Invasions and collapses of tree species after the Ice Age

Pollen and macrofossils are used to reconstruct mechanisms and processes of past invasions and collapses of tree species. They are also providing bottom lines for future invasions and collapses. The Swiss forest communities were always shifting to adjust to climate and land use changes. Some invasions occurred surprisingly synchronous in space. Ecosystem adjustment processes started rapidly after climate change or disturbance, but usually lasted several centuries, given that they involved several tree generations. The available climate and vegetation history evidence suggests that the today's rather homogenous sweet chestnut, oak, beech and spruce forests are particularly prone to be invaded, because the communities were created by millennial-long land use and also because the realized climatic niche of the dominant species is strongly anthropogenically widened. On the other hand, the realized climatic niche of silver fir is strongly narrowed by human impact. This implies that silver fir is far more resilient to climate change than its today's range would suggest. Thus new plant species may have considerable difficulties to enter quasi-natural mixed silver fir forest communities. A similar finding, although less pronounced, was obtained for linden, elm, ash and maple species. Evergreen broadleaved species from the Mediterranean region, which are native to Switzerland since millennia but were not able to expand due to climatic reasons (e.g. Quercus ilex), will presumably spread spontaneously within a few decades under changing climate. Such future invasions can be considered as a natural process from an ecological point of view, if the invading species involved originate from the neighboring subtropics.

Invasionen und Zusammenbrüche von Baumarten nach der Eiszeit

Die Analyse von Pollen, Sporen und Makrofossilien erlaubt es, Mechanismen und Prozesse vergangener Invasionen und Zusammenbrüche von Baumarten zu rekonstruieren und daraus Schlüsse für künftige Entwicklungen zu ziehen. Durch Klimaänderungen und Landnutzung waren die Schweizer Waldgesellschaften seit der letzten Eiszeit stetig Veränderungen unterworfen. Dabei liefen gewisse Invasionen überraschend gleichzeitig im Raum ab. Die Anpassungsprozesse der Ökosysteme setzten nach einer Klimaänderung oder einer Störung rasch ein, dauerten dann aber mehrere Jahrhunderte, da sie mehrere Baumgenerationen umfassten. Die Erkenntnisse aus Klima- und Vegetationsgeschichte lassen vermuten, dass die heutigen, wenig durchmischten Kastanien-, Eichen-, Buchen- und Fichtenwaldgesellschaften besonders anfällig für Invasionen sind, da sie durch die Landnutzung über die Jahrtausende geschaffen wurden und die realisierte klimatische Nische der dominanten Baumarten anthropogen stark geweitet ist. Im Gegensatz dazu ist die von der Weisstanne realisierte klimatische Nische anthropogen stark verengt. Dies bedeutet zum einen, dass die Weisstanne viel klimaelastischer ist, als ihre heutige Verbreitung vermuten lässt, und zum andern, dass neue Pflanzenarten in naturnah bestockte Tannenwaldgesellschaften deutlich schlechter eindringen könnten. Ähnlich, aber weniger ausgeprägt, verhält es sich für Linden-, Ulmen-, Eschen- und Ahornarten. Immergrüne Laubbaumarten aus dem Mittelmeergebiet, die seit Jahrtausenden in der Schweiz heimisch sind, sich aber aufgrund der Klimabedingungen nicht ausbreiten konnten (z.B. Quercus ilex), werden sich wegen des Klimawandels nun vermutlich spontan und innerhalb weniger Jahrzehnte ausbreiten. Solche Invasionen können aus ökologischer Sicht als natürlicher Prozess aufgefasst werden, falls die vordringenden Arten aus den angrenzenden Subtropen stammen.

Invasions et régressions des essences forestières après l'ère glaciaire

L'analyse du pollen, des spores et des macrofossiles nous permet de reconstruire les mécanismes et les processus à la base des invasions et des régressions des espèces forestières dans le passé et de tirer des conclusions pour les invasions et régressions futures. Depuis la dernière ère glaciaire, les associations forestières suisses sont en transformation permanente suite aux changements du climat et de l'utilisation du sol. Certaines invasions se sont déroulées de façons étonnamment synchronisées spatialement. Les processus d'adaptation des écosystèmes ont commencé rapidement après un changement climatique ou une perturbation, mais ont duré plusieurs siècles, car ils comprennent plusieurs générations d'arbres. Les résultats disponibles sur l'histoire du climat et la végétation suggèrent que les associations forestières actuellement essentiellement composées d'une essence telles que les châtaigneraies, les chênaies, les hêtraies et les pessières sont particulièrement exposées aux invasions, car elles ont été créées par l'action millénaire de l'homme et la niche climatique des essences dominantes a fortement été étendue. A l'inverse, la niche climatique du sapin blanc a été considérablement réduite par l'action anthropogène. Cela signifie d'une part que le sapin est beaucoup plus tolérant aux changements climatiques que sa répartition actuelle ne le laisse supposer et, d'autre part, que des nouvelles espèces ont plus de peine à pénétrer des sapinières proches de l'état naturel. Il en est de même, mais de façon moins marquée, pour les tilleuls, ormes, frênes et érables. Les feuillus sempervirents méditerranéens (par ex Quercus ilex) qui sont autochtones depuis des millénaires en Suisse, mais qui n'ont pas pu se développer pour des raisons climatiques vont sans doute se propager spontanément sous l'influence du changement climatique en l'espace de quelques décennies. Une invasion qui peut être considérée naturelle du point de vue écologique, si les espèces concernées sont originaires des zones subtropicales voisines.

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