Effects of increased nitrogen input on the net primary production of a tropical lower montane rain foest, Panama

Abstract

Die zunehmende Deposition anthropogenen Stickstoffs (N) aus landwirtschaftlicher und industrieller Nutzung, Anbau von Leguminosen und Verbrennung fossiler Brennstoffe und Biomasse war bis vor kurzem ein Problem der industrialisierten Staaten Europas, Nordamerikas und Ostasiens. Infolgedessen stammen die meisten Studien, die die Reaktion natürlicher Ökosysteme auf diese Bedrohung untersuchen, aus diesen temperaten Regionen. Durch die fortschreitende Entwicklung wirtschaftlich aufstrebender Länder wird die stärkste Zunahme der anthropogenen N-Deposition in den tropischen Regionen Asiens und Lateinamerikas stattfinden, wobei fast nichts darüber bekannt ist, wie tropische Ökosysteme auf diese zukünftige Bedrohung reagieren werden. Die Netto-Primärproduktion (NPP) in vielen terrestrischen Ökosystemen ist durch N limitiert. Tropische Regenwälder üben mit einem Drittel der globalen terrestrischen NPP großen Einfluß auf das globale Budget des Kohlenstoffs (C) aus. Daher können anthropogene Veränderungen der N-Versorgung der möglicherweise N-limitierten NPP einiger tropischer Ökosysteme drastischen Einfluß auf den globalen C-Kreislauf haben. Die vorliegende Arbeit untersucht, wie N-Düngung verschiedene Aspekte der NPP eines tropischen Bergregenwaldes der unteren Höhenstufe in West-Panama beeinflußt. Die Zielsetzung bestand darin 1) Unterschiede zwischen den Komponenten der oberirdischen Netto-Primärproduktion (ANPP; Stammzuwachs, Streufall) festzustellen, 2) die Reaktion von Feinwurzelproduktion und Umsatz zu bestimmen und 3) das Potential der Vegetation als C- und N-Senke abzuschätzen. Zur Untersuchung diente ein N-Düngungsexperiment bestehend aus vier Kontroll- und vier N-gedüngten Parzellen; letztere erhielten 125 kg Urea-N ha-1 a-1 an vier Terminen pro Jahr. Der Stammdurchmesser-Zuwachs wurde für einzelne Brusthöhendurchmesser-Klassen und für die drei häufigsten Baumarten (Oreomunnea mexicana, Eschweilera panamensis, Vochysia guatemalensis) untersucht. Streufall wurde jede zweite Woche aus vier Streusammlern pro Parzelle gesammelt. In drei Bodenschichten (organische Auflage, 0-10 cm- und 10-20 cm-Mineralbodenschicht) wurden Feinwurzel-Produktion und Umsatz durch sequential coring und Feinwurzel-Einwuchs durch ingrowth cores gemessen. C- und N-Gehalt-Analysen verschiedener Gewebe (frische Blätter, Holz und Rinde, Blattstreu und Feinwurzeln) wurden zur Abschätzung der C- und N-Festlegung durch NPP herangezogen. Die Reaktion des Stammdurchmesser-Zuwachses und der Streuproduktion auf N-Düngung variierten stark sowohl innerhalb dieser Komponenten (DBH-Klassen, Arten; Streu-Kategorien), als auch zeitlich, da die verschiedenen ANPP-Komponenten nicht einheitlich durch die N-Versorgung limitiert und klimatischen Unterschieden zwischen den Untersuchungsjahren unterworfen waren. N-Düngung führte zu einer Zunahme der ANPP im ersten Untersuchungsjahr, verursacht durch einen Anstieg des Streufalls, der die wichtigste Komponente der ANPP ist. Gesamt-Streufall und Blattstreu waren unter N-Düngung für die beiden Untersuchungsjahre zusammen erhöht. Die oberirdische Holzproduktion sowie der Stammdurchmesser-Zuwachs der meisten DBH-Klassen und Baumarten reagierten nicht auf N-Düngung, wobei E. panamensis mit einem DBH von 10-30 cm in ersten Untersuchungsjahr die einzige Ausnahme bildete. Die Fähigkeit einer Art, ihren Stammdurchmesser-Zuwachs als Reaktion auf N-Zugabe zu erhöhen, scheint von den N-Kosten des Stammwachstums ausgedrückt als C:N-Verhältnis des Holzes abhängig zu sein. E. panamensis mit niedrigen Holz-C:N-Verhältnis war stärker N-limitiert als O. mexicana und V. guatemalensis mit relativ hohen Holz-C:N-Verhältnissen und folglich niedrigerem N-Bedarf für die C-Festlegung im Holz. Feinwurzel-Produktion und -Umsatz wurden nicht durch N-Düngung beeinflußt. Der Feinwurzel-Einwuchs in die 10-20 cm-Mineralbodenschicht war zweifach erhöht in N-gedüngten Parzellen, möglicherweise weil die veränderte vertikale Verteilung des mineralischen N es den Feinwurzeln ermöglicht, nach anderen limitierenden Nährelementen, z.B. Phosphor, im Mineralboden zu suchen, ohne durch die niedrige N-Verfügbarkeit des ungedüngten Mineralbodens eingeschränkt zu sein. N-Zugabe erhöhte die C-Festlegung im ersten Untersuchungsjahr. Diese Zunahme ist zurückzuführen auf eine Zunahme der Gesamt-NPP, da die C-Konzentrationen im Gewebe sich unter N-Düngung nicht veränderten. Ebenso kann die Zunahme der C- und N-Rückführung zum Waldboden auf die erhöhte Blattstreu-Produktion zurückgeführt werden. 16,5% des zugegebenen N wurden auf diesem Wege auf den Waldboden zurückgeführt. Blattstreu- und Feinwurzel-Produktion waren die wichtigsten C- und N-Senken. Die C- und N-Senkenstärke der Vegetation hängt sowohl davon ab, ob es zu einer NPP-Zunahme kommt, als auch vom C:N-Verhältnis der betreffenden NPP-Komponente(n).