Elevation Effects on Key Processes of Carbon Cycling in South Ecuadorian Mountain Forests
Der Einfluss der Meereshöhe auf Schlüsselprozesse des Kohlenstoffkreislaufs in Südecuadorianischen Bergregenwäldern
by Gerald Moser
Date of Examination:2008-01-24
Date of issue:2008-12-02
Advisor:Prof. Dr. Christoph Leuschner
Referee:Prof. Dr. Michael Kessler
Referee:Prof. Dr. Michael Mühlenberg
Referee:Prof. Dr. Edzo Veldkamp
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-298
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Description:Dissertation
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Abstract
English
This study on forests in South Ecuador aims at filling some of the great gaps of knowledge on the carbon cycling in mountain rainforests at elevations between 1000 and 3000 m. Special attention has been paid to the as yet unknown carbon turnover by fine root production, to stem diameter increment and litter production, and to the changes of these parameters with increasing elevation. The following parameters have been investigated along an altitudinal transect to assess their response to increasing elevation: leaf area index (LAI), specific leaf area (SLA), leaf standing crops and leaf production, stem wood production, fine, coarse and large root biomass and annual biomass production, total above- and belowground net primary production (NPP), root-shoot ratio of biomass and productivity, annual fluxes of carbon within the above- and belowground litter production and their relation to rates of decomposition Several methods were used to estimate not only aboveground biomass production, but carbon turnover by fine, coarse and large root production as well, thus allowing for the assessment of absolute amounts of above- and belowground NPP in tropical rainforests. This approach revealed the importance of total root production for the ecosystem s carbon balance. For the very first time the sum of above- and belowground NPP of five forest stands along an extended gradient from the lower montane altitudinal belt (1000 m a.s.l.) up to an tree line near elfin forest (3000 m a.s.l.) was comparatively investigated, thereby revealing new insights into the temperature dependence of key processes within the ecosystem carbon cycle. The results show a tremendous shift in the root/shoot ratio: while the aboveground biomass and production decreased with elevation, the root biomass and production increased. According to the resource balance hypothesis, this shift is best explained by a growing importance of soil resource limitation over light limitation of plant growth with increasing elevation, which would promote root over shoot growth.
Keywords: tropical rainforest; mountain forest; carbon cycle; root biomass; root production; aboveground biomass; leave biomass; leave area index; LAI; wood biomass; net primary production; NPP; litter production; elevation; elevation transect; Ecuador
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Diese Studie über Wälder Süd-Ecuadors hat das Ziel große Wissenslücken zu füllen, den Kohlenstoffkreislauf montaner Regenwälder in einer Meereshöhe von 1000 bis 3000 m betreffend. Besondere Aufmerksamkeit wurde dabei auf den bisher unbekannten Kohlenstoffumsatz durch Feinwurzeln, Stammholzzuwachs und Streuproduktion, und deren Änderung mit zunehmender Meereshöhe gelegt. Die folgenden Parameter wurden entlang eines Höhentransekts untersucht: Blattflächenindex (LAI), spezifische Blattfläche (SLA), lebende Blattbiomasse und Produktion, Stammholzproduktion, Fein- und Grobwurzel¬biomasse und jährliche Produktion, gesamte ober- und unterirdische Biomasse und Produktion (NPP), Wurzel-Spross-Verhältnis der Biomasse und Produktion, jährliche Kohlenstoffflüsse innerhalb der ober- und unterirdischen Streuproduktion und deren Verhältnis zu Dekompositionsraten. Verschiedene Methoden nicht nur zur Abschätzung der oberirdischen Biomasseproduktion, sondern auch zur Fein- und Grobwurzelproduktion, erlaubten es die gesamte ober- und unterirdische Nettoprimärproduktion tropischer Bergregenwälder zu erfassen. Dieser Ansatz machte deutlich, wie wichtig die Wurzelproduktion für den ökosystemaren Kohlenstoffhaushalt ist. Das allererste Mal wurde die Summe der ober- und unterirdischen NPP von fünf Waldbeständen entlang eines ausgedehnten Gradienten von der tiefmontanen Stufe (1000 m üNN) bis zu einem Nebelwald nah an der Waldgrenze (3000 m üNN) vergleichend untersucht, wobei neue Einsichten in die Temperaturabhängigkeit von Schlüsselprozessen des Kohlenstoffkreislaufs dieser Ökosysteme erzielt wurden. Die Ergebnisse zeigen einen dramatische Verschiebung der Wurzel-Spross-Verhältnisse: Während die oberirdische Biomasse und Produktion mit der Meereshöhe abnahm, stieg die Wurzelbiomasse und Produktion an. Entsprechend der Ressource-Balance-Hypothese kann diese Verschiebung am besten dadurch erklärt werden, dass mit zunehmender Meereshöhe die Bedeutung der Limitierung von Bodenressourcen die Bedeutung der Lichtlimitation für das Pflanzenwachstum übersteigt, und damit das Wurzelwachstum stärker gefördert wird als das Sprosswachstum.
Schlagwörter: Tropischer Regenwald; Bergregenwald; Kohlenstoffkreislauf; Wurzelbiomasse; Wurzelproduktion; oberirdische Biomasse; Blattbiomasse; Blattflächenindex; LAI; Holzbiomasse; Nettoprimärproduktion; NPP; Streuproduktion; Meereshöhe; Höhentransekt; Ecuador
