Quelle Nummer 239

Rubrik 23 : BOTANIK   Unterrubrik 23.00 : BOTANIK

KONKURRENZ
MANFRED HUEHN
UNTERSUCHUNGEN ZUR KONKURRENZ ZWISCHEN VERSCHIEDENEN
GENOTYPEN IN PFLANZENBESTAENDEN
VON DER FAKULTAET FUER MATHEMATIK UND NATURWISSEN-
SCHAFTEN DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET HANNOVER ZUR
ERRLANGUNG DER WUERDE EINES DOKTORS DER NATURWIS-
SENSCHAFTEN DR. RER. NAT. GENEHMIGTE DISSERTATION
VON MANFRED HUEHN GEBOREN AM 12.8.1940 IN HECKHOLZ-
HAUSEN
DATUM DER VEROEFFENTLICHUNG:DEZEMBER 1971,O.O.,S.1-


001  Einleitung. Allgemeine
002  Betrachtungen zum Problemkreis " Konkurrenz ". Das
003  Problem der Kunkurrenz zwischen verschiedenen Individuen in
004  Pflanzenbeständen ist in den letzten Jahren unter den
005  verschiedensten Voraussetzungen und mit den verschiedensten
006  Methoden untersucht worden. Dabei gibt es fast so viele
007  Definitionen des Begriffes Konkurrenz als es verschiedene Autoren
008  solcher Untersuchungen gibt. Diese Vieldeutigkeit demonstriert
009  auch gleichzeitig, wie verschieden das Interesse an Konkurrenz in
010  verschiedenen biologischen Arbeitsgebieten sein kann:
011  " Pflanzengeographen und Ökologen kennen Grenzen von Artarealen,
012  welche durch Konkurrenz mit anderen Arten gezogen sind.
013  Pflanzensoziologen und Genökologen mögen sich, wenn auch aus
014  verschiedenen Gründen, für die Möglichkeiten zur Ausbildung
015  von Lokalrassen interessieren, die an besondere
016  Konkurrenzbedingungen angepaßt sind. Populationsgenetiker und
017  Züchter mögen über Konkurrenz als Ursache für die
018  Aufrechterhaltung genetischer Variation in Populationen oder
019  Beständen experimentieren. Pflanzenbauer und Forstwirte
020  schließlich haben seit jeher über den Dichtstand und seine
021  Auswirkungen auf den Ertrag gearbeitet " (STERN 1969).
022  Neben HARPER (1961) gibt STERN (1969) eine
023  ausfuhrliche Diskussion der verschiedenen Aspekte des Phänomens
024  Konkurrenz. Ebenfalls findet man dort ein sehr umfangreiches
025  Literaturverzeichnis, weshalb wir hier auch auf ausführlichere
026  Literaturhinweise verzichten wollen.. Vorerst wollen wir den
027  Begriff Konkurrenz ganz allgemein und rein qualitativ so fassen:
028  Gegenseitige Beeinflussung von Individuen im Bestand während
029  ihres Wachstums, ohne festzulegen, wie diese Effekte zu bestimmen
030  und zu messen sind. Über die Existenz dieser Konkurrenzeffekte
031  gibt es wohl keinen Zweifel, denn überall in der Natur, wo
032  Organismen mit ähnlichen Ansprüchen an die Umwelt in
033  Nachbarschaft zusammenleben, kommt es zu Konkurrenz zwischen ihnen
034  um diejenigen Umweltfaktoren, in die sie sich teilen müssen.
035  Diese wechselseitige Beeinflussung, deren Bedeutung für das
036  Verständnis biologischer Zusammenhänge mindestens seit Darwin
037  bekannt ist, verändert für die Einzelpflanze die Ausprägung
038  qualitativer und quantitativer Merkmale. Sie ist also eine
039  Variationsursache, deren genauere Kenntnis eine Steigerung der
040  Genauigkeit der im Versuch ermittelten Schätzwerte (z.B.
041  genetische Varianzen, Heritabiltäten) und damit eine
042  sinnvollere Versuchsplanung erlaubt. Es ist seit langem bekannt,
043  daß ein Pflanzenbestand als ganzer, aber auch die Leistung der
044  Einzelpflanze im Bestand durch diese gegenseitige Beeinflussung
045  maßgeblich mitbestimmt wird. " Die Faktoren Standort, Klima
046  und Alter bestimmen vor allem die mögliche Gesamtleistung eines
047  Bestandes. Für die Leistung und Leistungsmöglichkeit des
048  einzelnen Baumes dagegen ist vor allem seine Stellung im sozialen
049  Gefüge maßgebend. Das heißt, es muß zur Schätzung des
050  Leistungsvermögens auch das Verhältnis zu den Nachbarbäumen mit
051  berücksichtigt werden. Eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit
052  einzelner Bäume ist besonders bei Mischbestandsuntersuchungen
053  wichtig. Aber auch bei der Frage nach der Wirkung verschiedener
054  Durchforstungsmaßnahmen oder Düngungsmaßnahmen oder
055  bei der Ansprache und Beurteilung verschiedener Rassen und
056  Genotypen kann die richtige Einschätzung stellungsbedingter
057  Zuwachsunterschiede von einzelnen Bäumen sehr aufschlußreich sein. "
058  (KENNEL 1966). Dieses Hinwenden vom Bestand zum
059  Einzelbaum und der Versuch, diesen dann möglichst genau zu kennen
060  und einschätzen zu können, wird durch verschiedene Probleme
061  gerade der forstlichen Praxis nahegelegt: Der Erfolg bei der
062  Auswahl sogenannter Plusbäume für Züchtungsvorhaben wie
063  Samenplantagen, vegetative Vermehrung, Nachkommenschaftsprüfung
064  usw. hängt entscheidend davon ab, wie genau man den
065  " Zuchtwert " eines Baumes bestimmen kann, d. h. wieviel von
066  allen wirkenden Umwelt-Variationsursachen man einschätzen und
067  berücksichtigen kann. Eine solche Umwelt-Variationsursache
068  ist eben die Existenz von Konkurrenzeffekten. Für den
069  Versuchsansteller ist das Konkurrenzverhalten eine unbequeme und
070  schwer zu fassende Eigenschaft der Pflanzen, denn: " Zunächst
071  einmal ist das Konkurrenzverhalten nicht alleiniges Attribut eines
072  Individuums oder eines Genotyps; es kann nur sinnvoll angegeben
073  werden, wenn man sich gleichzeitig auf mindestens ein anderes
074  Individuum oder mindestens einen anderen Genotyp bezieht.
075  Betrachtet man unter dieser Voraussetzung Konkurrenzverhalten als
076  eines unter vielen Merkmalen eines Phänotyps, oder Genotyps,
077  nicht anders als etwa Wachstum, Blütenfarbe oder dergleichen, so
078  wird seine Sonderstellung sofort klar: Das Konkurrenzverhalten
079  kann nicht in absoluten Werten und ein für alle Mal angegeben
080  werden, da sein jeweiliger Wert durch die Gruppe konkurrierender
081  Phänotypen oder Genotypen mitbestimmt ist und zwar nicht allein
082  durch die Art der Phänotypen, die als Konkurrenten auftreten
083  können, sondern auch durch die Häufigkeiten, mit denen sie als
084  Konkurrenten auftreten. " (STERN 1969). Weiter
085  erschwerend kommt noch hinzu, daß dieses Konkurrenzverhalten -
086  wie jedes quantitative Merkmal - Umwelt-Interaktionen
087  aufweisen kann. Einer dieser Umweltfaktoren ist auch der
088  Dichtstand. Um den Einfluß der Standweite auf den Ertrag der
089  Einzelpflanze oder des ganzen Bestandes zu untersuchen, wurden in
090  der Vergangenheit sehr viele Pflanzweitenversuche
091  Saatdichteversuche, Durchforstungsversuche usw.
092  durchgeführt, durch die man für sehr viele Kulturpflanzen die
093  optimalen Bedingungen ungefähr kennt. Oftmals wird in der
094  Literatur in diesem Zusammenhang von verschiedenen
095  Konkurrenzintensitäten bei dichten Verbänden gesprochen. In
096  seinen für den Fragenkomplex " Konkurrenz " grundlegenden
097  Arbeiten hat SAKAI (1953, 1955) dargelegt, daß man in
098  Konkurrenzversuchen den Dichtstand als besondere Umweltvariable
099  behandeln sollte. Dieses nur unter Bezugnahme auf eine feste
100  Konkurrenzsituation zu definierende Durchsetzungsvermögen eines
101  Individuums, das abhängig ist vom Genotyp, der biotischen und
102  abiotischen Umwelt, wird oft als " Konkurrenzfähigkeit "
103  bezeichnet. Wegen der bestehenden Umwelt-Interaktionen sind
104  manche Populationsgenetiker, z. B. HALDANE, sogar
105  so weit gegangen, den Eignungswert von Populationen nur für
106  bestimmte Konkurrenzbedingungen anzugeben. Die genotypische
107  Komponente des Merkmals Konkurrenzfähigkeit resultiert natürlich
108  daraus, daß verschiedene Genotypen verschiedene Fähigkeiten
109  haben, sich den in einer bestimmten Konkurrenzsituation gegebenen
110  Bedingungen anzupassen. Es gibt eine Menge von Versuchen, die
111  Unterschiede zwischen den Konkurrenzfähigkeiten verschiedener
112  Genotypen nachweisen. Auch weiß man, daß Auslese die
113  Konkurrenzfähigkeit von Populationen schon in wenigen
114  Generationen entscheidend verändern kann. Ebenso ist seit langem
115  bekannt, daß die gegenseitige Beeinflussung genetisch
116  verschiedener Individuen, die als Nachbarn im Bestand aufwachsen,
117  eine große Rolle spielt und das Aussehen von Pflanzenbeständen
118  mitbestimmt. Man unterscheidet gewöhnlich zwischen einer
119  intraspezifischen und einer interspezifischen Konkurrenz, das
120  heißt einem Wettbewerb um die Wachstumsfaktoren innerhalb
121  derselben Arten im Reinbestand und einem solchen zwischen
122  verschiedenen Arten in Mischbeständen. Wie in vielen Versuchen
123  nachgewiesenwerden konnte, führt intraspezifische Konkurrenz
124  keineswegs zu Populationen, in denen ein Genotyp, nämlich der
125  gegenüber Konkurrenz Bestgeeignete, erhalten bleibt, sondern
126  intraspezifische Konkurrenz kann ein entscheidender Auslesefaktor
127  sein und führt meistens zu balancierten Systemen mit hoher
128  genetischer Variation. Die Untersuchungen von Mischbeständen
129  aus verschiedenen Arten fanden früh das Interesse in der
130  Pflanzenzuchtung - und schon DARWIN wies darauf hin, daß
131  die Leistungen in Mischbeständen oft über den Leistungen von
132  Reinbeständen der beteiligten Arten liegen. In dieser Arbeit
133  wollen wir uns auschließlich mit dieser interspezifischen
134  Konkurrenz beschäftigen. Diese - besonders den Ökologen
135  interessierende - Konkurrenz zwischen verschiedenen benachbart
136  aufwachsenden Arten ist auch von großer Bedeutung für die
137  Grundlagen der Pflanzensoziologie. Man weiß, daß verschiedene
138  Arten sich gegenseitig aus ihren physiologischen Optima verdrängen
139  können, daß bestimmte Artgrenzen nicht Klimagrenzen sondern
140  Konkurrenzgrenzen sind, und man weiß, daß die
141  Konkurrenzbedingungen, unter denen eine Population steht, ihre
142  genetische Zusammensetzung maßgeblich mitbestimmen kann. Durch
143  Konkurrenz mit anderen Arten wird aber auch die natürliche
144  Auslese innerhalb jeder der konkurrierenden Populationen wesentlich
145  mit gesteuert. In vielen Fällen konnte man nachweisen, daß
146  spezifische Konkurrenzbestimmungen auch zu spezifischen Reaktionen
147  der beteiligten Populationen führen. Es muß also genetische
148  Faktoren geben, die das Konkurrenzverhalten von Populationen und
149  Individuen beeinflussen. Konkurrenz wird also auch zu einem
150  Problem im Rahmen der Genetik, Züchtung und Evolutionslehre.
151  Zur Untersuchung dieser Konkurrenz zwischen verschiedenen
152  Genotypen wurde auch dem Einfluß der genotypischen
153  Zusammensetzung des Bestandes konkurrierender Pflanzen in vielen
154  Versuchen nachgegangen. Das Ergebnis dieser Versuche ist, daß
155  Genotypengemische je nach Wahl der Komponenten höhere oder
156  geringere Erträge haben können, als man aus den Reinanbauten
157  dieser Genotypen annehmen könnte. (SAKAI 1953, 1955, 1961;
158  Gustafsson 1953; DE WIT 1960, HINSON and
159  HANSON 1962, HARPER 1961, 1963; CHALBI 1967a
160  und b; BOLZ (1968), SCHUTZ and BRIM 1967,
161  JENNINGS and DE JESUS 1968, BAROCKA,
162  GEIDEL und HAUFE 1968, BAEUMER and DE WIT
163  1968, SCHUTZ, BRIM and USANIS 1968). Leistung im
164  Reinanbau muß also nicht positiv mit der Leistung im Mischanbau
165  korreliert sein. Es ist hier sogar eine negative Korrelation
166  möglich (Montgomeryeffekt). Die meisten dieser Versuche wurden
167  mit Sorten von selbstbefruchtenden Kulturarten ausgeführt. Dabei
168  wurde jede Sorte oder Linie einmal für sich und weiter in
169  Mischung mit jeder anderen angebaut. Die Mischungen bestanden
170  also jeweils nur aus zwei Komponenten, und das
171  Mischungsverhältnis war meistens 1:1. Erst
172  verhältnismäßig spät (DE WIT 1960, GEIDEL und
173  HAUFE 1965, LICHTER 1967, GEIDEL und HAUFE
174  1968) begann man mit der Untersuchung des Einflusses der
175  Häufigkeiten der Komponenten in der Mischung. Eine
176  Zusammenfassung der Ergebnisse solcher Versuche für
177  Mischbestände oder Mischpopulationen aus verschiedenen Arten
178  findet man bei RÖHRIG (1964) und KNAPP (1967).
179  Besonders kompliziert werden diese Verhältnisse natürlich in
180  Pflanzenbeständen, die aus vielen und, wie im Fall von
181  Beständen fremdbefruchtender Arten, nicht zu identifizierender
182  Genotypen bestehen. In Versuchen der Pflanzenzüchtung - dabei
183  aber ganz besonders beim Arbeiten mit Fremdbefruchtern - ist
184  Konkurrenzvarianz gleich Fehlervarianz zu setzen, denn Konkurrenz
185  verschleiert die genetisch bedingten Leistungsdifferenzen zwischen
186  Pflanzen und erschwert so die Einschätzung des Zuchtwertes der
187  auszulesenden besten Pflanzen. Bei der Voraussage des
188  Zuchterfolgs, beim Vergleich verschiedener Züchtungsverfahren
189  usw. tritt also Konkurrenz - und besonders Konkurrenz zwischen
190  verschiedenen Genotypen - als Fehlerursache in Erscheinung, die
191  man nicht getrennt einschätzen und isolieren kann: Über den
192  Erfolg etwa bei Plusbaumauswahl in der Forstpflanzenzüchtung
193  entscheidet die Heritabilität. Konkurrenz in den Beständen
194  bewirkt eine höhere Umweltvarianz und führt damit zu überhöhter
195  Schätzung der genetischen Varianz und damit zu höherer
196  Schätzung der Heritabilität. Durch Kenntnis der
197  Konkurrenzvarianzen - oder wenigstens ihrer Größenordnung -
198  könnte man die Erbebnisse dementsprechend korrigieren, und man
199  käme zu höheren Selektionsgewinnen. Konkurrenz zwischen
200  Parzellen mit verschiedenen Sorten innerhalb eines vergleichenden
201  Sortenversuches erzeugt Randwirkungen, Nachbarschaftswirkungen
202  usw. Diese Konkurrenzeffekte sind von großer Bedeutung z.B.
203  für züchterische Nachkommenschaftsprüfungen, wo ja
204  benachbarte Parzellen in Konkurrenz treten. Die Frage der
205  optimalen Parzellenform und Parzellen größe erhält also
206  auch aus dieser Blickrichtung eine erhöhte Bedeutung. Die
207  hiermit zusammenhängenden Probleme werden in Abschnitt 3 behandelt.
208  Beschreibung einiger bisheriger Methoden und
209  Ergebnisse.. Konkurrenz, d. h. gegenseitige
210  Beeinflussung von im gleichen Bestand aufwachsenden Pflanzen,
211  kann positive und negative Komponenten haben, die durch den an den
212  phänotypischen Werten der Pflanzen sichtbar werdenden Effekten
213  gemessen werden. Die ersten Versuche zur quantitativen Erfassung
214  von Konkurrenzerscheinungen waren Dichtstandsversuche,
215  Durchforstungsversuche usw. zur Ermittlung der optimalen
216  Abstandsverhältnisse. Hierher gehören die Untersuchungen von
217  KIRA (1953), DONALD (1961), MILTHORPE (1961),
218  HARPER (1961 und 1963), SAKAI and IYAMA (1965)
219  und LIN and TORRIE (1968). Für den Abstand
220  konkurrierender Pflanzen finden z. B. STENEKER und
221  JARVIS (1963), daß die Konkurrenzeffekte zwischen
222  Nachbarn in einem Waldbestand umgekehrt proportional zum Abstand
223  zwischen den Nachbarn sind. Doch diese Ergebnisse sind nicht
224  eindeutig, denn oft haben sich andere Abstandstransformationen als
225  besser erweisen: etwa die doppelt-logarithmische
226  Transformation von SAKAI (1961), die die Konkurrenz-
227  Verhältnisse zwischen Genotypen am besten wiedergab oder die
228  verschiedenen untersuchten Transformationen von STERN (1966).
229  Eng hiermit zusammen hängt natürlich auch die Frage nach dem
230  Einfluß der Anzahl konkurrierender Nachbarn. Hierüber hat vor
231  allem SAKAI (1955, 1957) gearbeitet, und er fand, daß für
232  die Konkurrenz etwa zwischen verschiedenen Sorten allein die
233  Anzahl von benachbarten Konkurrenten aus der jeweils anderen Sorte
234  für die Größe des Konkurrenzeffektes entscheidend war. Doch
235  auch dieses Ergebnis ist nicht eindeutig und in anderen Versuchen
236  ergaben sich entgegengesetzte Folgerungen. (HARPER 1961).
237  In diesen Zusammenhang gehören auch die Untersuchungen von
238  KENNEL (1966), STERN (1966) und JACK (1967)
239  über die Konkurrenzbeziehungen zwischen indirekten Nachbarn in
240  Waldbeständen. Viele Untersuchungen beschäftigen sich mit dem
241  Einfluß der Konkurrenz auf das Populationswachstum
242  (VOLTERRA 1931, LOTKA 1932, LESLIE 1958,
243  LESLIE und GOWER 1958 und 1960, BARTLETT 1960,
244  DE WIT 1961) und die Veränderung von konkurrenzbeeinflußten
245  Merkmalen wie etwa Ertrag pro Flächeneinheit
246  (MITSCHERLICH 1919, KIRA 1953, DE WIT 1960,
247  MILTHORPE 1961). Hierher gehören auch die
248  Untersuchungen über die Veränderung des Variations-
249  koeffizienten bei verschiedenen Populationsdichten und zu
250  verschiedenen Zeiten, die Betrachtungen über die Veränderung
251  der Schiefe von Häufigkeitsverteilungen und die Verbindung
252  solcher Verteilungsmomente mit Wachstumsmodellen (KOYAMA und
253  KIRA 1956). In vielen Versuchen zeigte sich, daß bei
254  Konkurrenz zwischen zwei verschiedenen Genotypen meist der eine
255  einen Gewinn erzielt, während der andere einen Wachstumsverlust
256  hinnehmen muß. Oftmals addierten Gewinn der einen und Verlust
257  der anderen zu Null. (SAKAI 1961, HARPER 1961,
258  WILLIAMS 1962). Doch auch hier gibt es Beispiele, bei
259  denen dieses nicht zutrifft (GUSTAFSSON 1953, ROY 1960).
260  Neue Möglichkeiten zur Untersuchung dieser komplexen
261  Zusammenhänge ergaben sich, als man begann, Methoden der
262  quantitativen Genetik auf die Konkurrenzphänomene anzuwenden.
263  Besonders SAKAI sind die ersten Schritte auf diesem Weg
264  zuzuschreiben. Da den Untersuchungen in Abschnitt 2 eine
265  Modifikation des SAKAI'schen Modells zugrundeliegt, sei hier
266  kurz auf seine Untersuchungen und seinen Modellansatz eingegangen:
267  Er arbeitete mit Mischungen aus verschiedenen Linien
268  selbstbefruchtender Kulturarten und fand dabei immer wieder, daß
269  das Verhalten einer Linie im Mischbestand ganz anders sein kann
270  als im Reinbestand. Er folgerte, daß Ertragsfähigkeit und
271  Konkurrenzeignung nicht positiv korreliert sein müssen. SAKAI
272  läßt in seinen Versuchen nicht Parzellen sondern je zwei
273  Genotypen einzelpflanzenweise auf den Parzellen konkurrieren und
274  vergleicht dann den Ertrag auf diesen Mischparzellen mit den
275  Erträgen der Reinanbauten der beiden Genotypen. SAKAI's
276  Ansätze und Ergebnisse kommen daher der forstlichen Realität am
277  nächsten, da die Waldbaumarten Fremdbefruchter sind und im
278  Bestand daher Konkurrenz zwischen Einzelbäumen verschiedenen
279  Genotyps der Normalfall ist. Nach weiteren Versuchen über den
280  Einfluß der Anzahl und des Verteilungsmusters der konkurrierenden
281  Pflanzen um eine Pflanze, stellte SAKAI ein Konkurrenzmodell
282  auf, das folgende Voraussetzungen enthält: Die
283  Konkurrenzwirkung eines Genotyps ist ein quantitatives Merkmal
284  unter der Kontrolle von Mendelgenen. Die Konkurrenzwirkung
285  hängt ab vom Abstand der konkurrierenden Pflanzen, nicht aber von
286  der Verteilung und der Stellung der einzelnen Konkurrenten
287  innerhalb der Nachbarn-Konkurrentengruppe. Gewinn oder
288  Verlust einer Pflanze durch Konkurrenz mit einer anderen wird
289  jeweils durch Verlust oder Gewinn des Konkurrenten ausgeglichen.

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