Relationships between soil chemical properties and forest structure, productivity and floristic diversity along an altitudinal transect of moist tropical forest in Amazonia, Ecuador.

Abstract

Entlang eines Höhentransektes von ungestörten höheren Tiefland zu montanen Primärwäldern in Nordost Ecuadors, im Gebiet des Sumaco Biosphären Reservates (SBR), untersuchten wir die die Hypothesen, dass (1) die Verfügbarkeit von Phosphor niedrig ist in den tiefer gelegenen Wäldern und mit zunehmender Höhe ansteigt, während die Stickstoffverfügbarkeit relativ hoch ist in den tieferen Höhenlagen und mit der Höhe abnimmt, und dass sich (2) größere Mengen an Kalzium, Magnesium und Kalium in den oberen Bodenschichten mit zunehmender Humus-Anreicherung in den höheren Höhenlagen gespeichert sind, womit gleichzeitig auch die Verfügbarkeit dieser Elemente mit der Höhe zunimmt. Auf jeweils 20 Flächen in 500, 1000, 1500 und 2000 m Höhe (insgesamt 80 Flächen) nahmen wir ca. 20 Bodenparameter auf, darunter in situ Stickstoff Mineralisierungs- und Nitrifizierungsraten (NNM und NNI) pflanzenverfügbares Phosphor (Pa, Austauscherharz-Methode) und die Konzentrationen salzlöslicher Kationen wie Kalzium, Kalium und Magnesium (Caex, Kex, Mgex) in den organischen Horizonten und dem oberen Mineralboden. Der Pa-Gehalt nahm deutlich zu mit der Meereshöhe, Hypothese (1) wurde also bestätigt. Auf die Masse bezogene NNM- und NNI-Raten und auch C/N-Verhältnis der organischen Auflage zeigten keinen Höhentrend, während die auf die Fläche bezogenen NNM- und NNI-Raten eine Abnahme um 40% von 500 nach 2000 m hin aufzeigten aufgrund der abnehmenden Bodendichte des Oberbodens mit steigender Meereshöhe. Die organische Auflage und die organischen Bodenhorizonte spielen nicht nur eine Schlüsselrolle für die N und P Verfügbarkeit, sondern dienen zudem als Speicher für austauschbares Ca, Mg und K. Der Gehalt von Caex, Mgex und Kex im Boden nimmt mit der Meereshöhe zu, sowohl bezogen auf die Grundfläche als auch im Bezug auf die bestehende Humusmasse, somit wurde die zweite Hypothese ebenfalls bestätigt. Die Abhängigkeit von oberirdischer Biomasse und Produktivität von Bodenfruchtbarkeit in tropischen Wäldern ist aufgrund von widersprüchlichen Ergebnisse n nach wie vor nicht vollständig geklärt. Wir quantifizierten die oberirdischen Biomasse (AGB) und Holzproduktion und gleichzeitig den Einfluss der Bodenchemie auf diese Parameter. Wir nahmen eine Inventur aller Bäume mit einem Stammdurchmesser in Brusthöhe (dbh) ≥ 10 cm und maßen den Stammdurchmesser-Zuwachs mittels Dendrometer auf 32 Flächen. Baum-Basalfläche war am höchsten auf 1500 und 2000 m, wobei AGB und Produktivitätsmaße keinen Trend mit der Meereshöhe aufzeigten. Entlang aller Flächen fanden wir eine mittlere Basalfläche von 47,2±1,9 m2 ha-1, mittlere AGB von 336±17 Mg ha-1 und einen mittleren Grobholzzuwachs von 1,6±0,2 % pro Jahr (Mittelwerte ± Standardfehler). Der Grobholzzuwachs war am stärksten mit pflanzenverfügbarem Phosphor und austauschbarem Mg in den organischen Bodenhorizonten korreliert. Diese beiden Elemente scheinen am ehesten den Baumzuwachs zu kontrollieren, sowohl im Tiefland als auch in den niederen montanen Meereshöhen. Stand Basalfläche und AGB, welche sowohl durch Produktivität als auch Baumlebensdauer beeinflusst werden, kovariieren hauptsächlich mit den Konzentrationen austauschbaren MG, Ca und K in den organischen Bodenschichten. N-Verfügbarkeit hatte einen erstaunlich kleinen Einfluss auf die Waldbiomasse und Produktivität innerhalb der von uns untersuchten Waldtypen und widersprach somit der Hypothese von zunehmender N-Limitierung des Baumwachstums mit steigender Meereshöhe in tropischen Wäldern. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Holzbiomasse und Produktivität in äquatorialen Wäldern der Anden und ihren Ausläufern durch mehr als nur eine Nährstoffart beeinflusst werden, und dass N hierbei keine Schlüsselrolle zukommt. Wir untersuchten zudem die Hypothese, ob der Blattflächenindex (LAI) mit steigender Höhe abnimmt und gleichzeitig die diffuse Lichtdurchlässigkeit der photosynthetisch aktiven Strahlung (DT) zunimmt, und dass Baumdiversität und Stammdichte beide einen positiven Effekt auf LAI und einen negativen Einfluss auf den prozentualen Anteil an DT haben. LAI nahm signif ikant ab mit der Meereshöhe mit einem Faktor von ca. 1,1 m2 m-2 pro 1000 Höhenmetern, und erreichte einen Mittelwert von ca. 6,6 in 500 m Höhe und 5,2 in 2000 m. DT nahm signifikant mit der Meereshöhe zu und zeigte eine enge Abhängigkeit vom LAI. DT unter den Kronenschichten betrug im Mittel 2,1% in 500 m Höhe und 4,0% in 2000 m Höhe (relativ zu der eingehenden Strahlung oberhalb des Kronendaches). Baumdiversität und Stammdichte hatten beide einen signifikant positiven Einfluss auf LAI und einen negativen Einfluss auf DT. Die beobachtete Abnahme des LAI mit der Meereshöhe ist sowohl bedingt durch die Auswirkungen einer Abnahme der Stammdichte und der Baumdiversität mit der Meereshöhe als auch eines Effektes des Bodenfruchtbarkeit (C/N-Verhältnis des oberen Mineralbodens und pflanzenverfügbares Phosphor der organischen Auflagen). Zudem versuchten wir die Hauptfaktoren zu finden, welche die Lianenverteilung kontrollieren. Die Verteilung und die Durchmesser aller Lianen (mit einem dbh ≥ 1 cm) und Bäumen (mit einem dbh ≥ 10 cm) wurde aufgenommen. Mittlere Lianendichten und Basalflächen der Lianen zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Höhenstufen; allerdings nahm der mittlere Lianendurchmesser mit der Meereshöhe ab. Lianendichte, Basalfläche und Abundanz waren stark mit dem Durchmesser der befallenen Bäume korreliert. Die wichtigsten bestimmenden Faktoren der Lianenverteilung im Untersuchungsgebiet waren strukturelle Standeigenschaften (Baum-Basalfläche und mittlerer Baumdurchmesser), aber auch N-Verfügbarkeit im Boden (durch das C/N-Verhältnis ausgedrückt) hatte einen Einfluss auf die Lianenverteilung. Die bemerkenswerte hohe Lianenverteilung unter den verschiedenen Wäldern spiegelt hauptsächlich Unterschiede in der Standstruktur der untersuchten Altbestände wieder, während die Meereshöhe einen eher unbedeutenden Einfluss zu haben scheint.