Drought effects on soil carbon dioxide efflux in two ecosystems in Central Sulawesi, Indonesia

Abstract

Zur Untersuchung des Einflusses von Trockenheitsperioden auf die unterirdische Kohlenstoffdynamik wurden Emissions- und Produktionsraten von CO2 in den Böden zweier tropischer Ökosysteme in Zentralsulawesi/Indonesien gemessen. Für diese Untersuchungen wurde eine künstliche Trockenheit mit Hilfe von Dächern aus durchsichtiger Folie erzeugt, die den Bestandesniederschlag von drei Versuchsflächen im Vergleich zu drei Kontrollflächen verringerten. Ein solches Trockenheitssimulationsexperiment wurde in einem Kakao (Theobroma cacao) / Gliricidia sepium Agroforst (560 m ü.NHN) durchgeführt, und ein weiters in einem sub-montanen tropischen Regenwald (1,050 m ü.NHN). Alle zwei Wochen wurde die Produktion von CO2 sowohl horizontal-räumlich als auch vertikal bis zu einer Tiefe von 2,5 m gemessen. Die CO2-Produktion der bedachten Flächen wurde dabei mit den Kontrollflächen verglichen. Das Simulationsexperiment im Kakao / Gliricidia Agroforst bestand aus einer einmonatigen Vorphase (vor der künstlichen Austrocknung), gefolgt von einer 13 monatigen Trockenheitssimulation und einer fünfmonatigen Wiederbefeuchtungsphase. Während der Trockenphase war die CO2-Emission aus dem Boden im Vergleich zu den Kontrollflächen um 13 % reduziert. Diese relativ schwache Reaktion kann auf zweierlei Weise erklärt werden. Die Emission von CO2 in den Dach- wie auch in den Kontrollflächen war bei mittlerer Bodenfeuchtigkeit am höchsten, und sehr niedrig wenn die Bodenfeuchte entweder sehr gering oder sehr hoch war. Daher konnten kaum Unterschiede in der Bodenrespirationsrate zwischen Kontrollflächen und Dachflächen festgestellt werden, wenn die Bodenfeuchtigkeit in den Kontrollflächen hoch war, während die Dachflächen gleichzeitig sehr trocken waren. Weiterhin zeigten die von der simulierten Trockenheit beeinflussten CO2-Emissionen in den Dachflächen eine starke räumliche Variabilität. An einigen Messpunkten (n = 11) war der Einfluss der simulierten Trockenheit sehr deutlich. Die CO2-Emissionen nahmen hier mit verminderter Bodenfeuchtigkeit ab. An anderen Messpunkten (n = 7) konnte dagegen kein Einfluss der Bodenfeuchte auf die CO2-Emissionen festgestellt werden. Die CO2-Emissionen des Bodens waren am höchsten am Fuß der Bäume und nahmen mit zunehmender Entfernung von diesen ab. Insgesamt glichen sich die CO2-Emissionen von Dach- und Kontrollflächen über die Zeitdauer des Experimentes aus: Die Emissionen auf den Dachflächen waren während der simulierten Trockenheit niedrig, nahmen aber während der fünfmonatigen Wiederbefeuchtungsphase zu, wobei sie sogar die Emissionen der Kontrollflächen übertrafen. In einem weiteren Trockenheitsexperiment wurde die unterirdische Kohlenstoffdynamik eines tropischen Regenwaldes untersucht. Das Simulationsexperiment begann mit einer zweieinhalbmonatigen Vorphase (vor der künstlichen Austrocknung), gefolgt von einer 24,5-monatigen Trockenheitssimulation und einer viermonatigen Wiederbefeuchtungsphase. Im Gegensatz zu dem Experiment im Kakao / Gliricidia Agroforst war die CO2-Produktion im Regenwald bei Trockenheit stark vermindert. Die CO2-Emissionen in den Dachflächen nahmen im Vergleich zu den Kontrollflächen um durchschnittlich 39 % ab. Die Bodenfeuchtigkeit, die Haupteinflussgröße der CO2-Produktion, war stark lineare positiv mit der CO2-Produktion korreliert (R2 = 0.72). Die Reaktion auf die simulierte Trockenheit verlief in zwei Teilen: In den ersten neun Monaten nahm die Respirationsrate der Laubstreu ab, die autotrophe (Wurzeln) und die heterotrophe Respiration (Mikroorganismen) im Boden blieb indes unverändert. Die CO2-Produktion in den oberen Bodenschichten nahm dabei zu, während sie in tieferen Schichten abnahm. Während der nächsten 16 Monate des Experiments verstärkte sich die Auswirkung der Trockenheit und die autotrophe und heterotrophe CO2-Produktion nahm in allen Bodentiefen ab. Die Respirationsrate der Laubstreu blieb dabei sehr gering. Während der Wiederbefeuchtungsphase stiegen die CO2-Emissionen in den Dachflächen an. Die Emissionswerte der Kontrollflächen wurden dabei allerdings nicht mehr erreicht. Im Ökosystem Regenwald führte eine Trockenheit daher zu insgesamt verminderten CO2-Emissionen.