Auswirkungen von ENSO-Trockenperioden und Landnutzungspraktiken auf die Dynamik von C, N und P in einem tropischen Regenwald und in Agroforst-Systemen in Zentral-Sulawesi, Indonesien

Abstract

Der Schwerpunkt dieser Arbeit umfasste Untersuchungen zu den Auswirkungen simulierter ENSO- Trockenperioden auf die Dynamik von C, N, P sowie der Kationen Ca2+, K+, Mg2+ und Na+ in tropischen Wald- und Agroforstökosystemen. Für die Durchführung des replizierten Regenausschlussexperimentes wurde je eine ausgewählte Fläche im Randgebiet des Lore-Lindu-Nationalparks und in einem, in dieser Region weit verbreiteten, Kakao-Agroforst mit einer mehrgliedrigen Dachkonstruktion versehen. Um replizierte Ergebnisse zu erhalten, setzten sich die Dachkonstruktionen beider Flächen aus je drei überdachten und drei Kontrollflächen zusammen wobei ein Abdeckgrad von etwa 67 % für die Regenwaldflächen und von ca. 80 % auf dem Agroforst-Standort erzeugt wurde. Für die Regenwald- Dachflächen wurden aus dem Bestandesniederschlag Nährstoffverluste um 46 - 59 % gegenüber den Kontrollen ermittelt. Im Agroforst betrugen die Verringerungen der Flüsse auf den Dachflächen 75 - 79 %. Des Weiteren besaß der Regenwald auf seinen Dach- und Kontrollflächen 2 - 4-fach höhere DOC bzw. bis 2-fach höhere K+-Flüsse als der Agroforst. Umgekehrt lagen die DNb- und Ptot-Konzentrationen des Agroforstes 2-fach über denen der Regenwaldflächen. Als Folge des künstlichen Regenausschlusses traten in der organischen Auflage des Agroforstes signifikante qualitative und quantitative Veränderungen auf. Besonders Gliricidia sep. zeigte signifikant höhere C-, N-, P- und K+-Streueinträge auf den Kontrollen. Doch wirkte sich dies innerhalb der gesamten Streueinträge nur für N und K+ aus, sonst überwog der Einfluss der Streu von Theobroma cacao. Weder im Regenwald noch im Agroforst wurde ein erhöhter Blattabwurf als Merkmal für einen unter Trockenstress stehenden Bestand beobachtet. Die Streuauflage der Agroforst-Dachflächen wies als Folge der Abdeckung (80 %) verminderte Abbau- und Mineralisationsraten in Bezug auf die Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorvorräte auf, da hier signifikant höhere mittlere Vorräte auf den Dachflächen quantifiziert wurden. Zudem zeigten sich für C, N, P K+ und TM auf den Dachflächen um 30 - 50 % höhere Zersetzungsdauern, was ebenfalls auf eine verminderte mikrobielle Abbautätigkeit und Freisetzung von C, N, P und K+ infolge der künstlichen Überdachung hindeutet. Die Oberbodenhorizonte des Agroforstes (0 - 10 cm) wiesen auf den zu 80 % überdachten Flächen signifikant geringere Kohlenstoff-, Phosphor- und Kaliumvorräte auf. Da aus der extrem trockenen organischen Auflage nur lokal Nährstoffe nachgeliefert wurden (Stammabfluss, Dachlücken), sanken vermutlich die Vorräte im Ah-Horizont. DOC wies, nach mehrmonatigen Experimentverlauf, in den Streuauflagen der Dach- und Kontrollflächen beider Standorte seine höchsten Flüsse/Flüsse auf. Infolge des künstlichen Regenausschlusses lagen die mittleren Konzentrationen der Dachplots beider Standorte signifikant über denen der Kontrollen. Die künstlich verringerten Wasserflüsse besaßen entsprechend der jährlichen DOC-Flüsse der Streuauflage beider Standorte den größten Einfluss. Hier wurde eine Reduzierung der Austräge um das dreifache (Wald) und das Fünffache (Agroforst) gegenüber den Kontrollen beobachtet. Die mittleren DNb-Konzentrationen des Agroforstes lagen von der Streuauflage bis zum Bv-Horizont über denen im Regenwald. DON besaß auf beiden Standorten den mit Abstand höchsten Anteil am DNb, außerdem stiegen die DNb/DON-Konzentrationen beider Standorte mit zunehmender Bodentiefe an. Infolge des künstlichen Regenausschlusses wurden die jährlichen DNb-Flüsse in der organischen Auflage des Regenwaldes um den Faktor 3 und im Agroforst um den Faktor 5 reduziert. Im Agroforst wurden zwei- bis sechsfach höhere Ptot-Konzentrationen als im Regenwald beobachtet, wobei beide Standorte einen hohen Anteil an DOP und nur geringe PO4-P-Konzentrationen aufwiesen. Beide Standorte zeigten im Bestandesniederschlag und der Streuauflage maximale Ptot-Konzentrationen. Die künstlich verminderten Wasserflüsse reduzierten die Ptot-Flüsse in den Ah- und Bv-Horizonten der Regenwald-Dachflächen um das 2-3-fache. Der Agroforst-Standort zeigte besonders in den Bv-Dachflächen eine Verringerung der Ptot-Austräge um das 16-fache. Im Gegensatz zu den Konzentrationserhöhungen von DNb/DON, fand keine messbare Erhöhung der Ptot-Konzentrationen statt. Der Einfluss des experimentellen Regenausschlusses auf den Makronährstoff Kalium zeigte sich in einer Verminderung der K+-Flüsse auf den Dachplots, welche im Regenwald das 2-6-fache bzw. im Agroforst das 2- bis 5-fache der Kontrollen erreichte. Zusammen mit den hohen Kationen-Konzentrationen erzeugten die in den Bv-Horizonten des Agroforstes vorhandenen Wassermengen sehr hohe K+, Ca2+, Mg2+ und Na+-Austräge, welche die Einträge über den Freilandniederschlag um ein Vielfaches überstiegen. Trotz vereinzelter signifikanter Auswirkungen während des künstlichen Regenausschlusses löste die Wiederbefeuchtungsphase im Agroforst keinen messbar erhöhten Mineralisierungs- und Mobilisierungsschub für DOC, DNb, Ptot, K+ sowie weiterer Nährstoffe aus, welcher für kurze Zeit den biologischen Bedarf und die Sorptionskapazität des Bodens überstieg und zu einem verstärkten Nährstoffaustrag mit dem Sickerwasser führte. Als Ergänzung zu den Stoffflussdynamik-Analysen im replizierten Regenausschlussexperiment wurde die Entwicklung der Stickstoffdynamik im Hinblick auf verschiedene Bewirtschaftungsmaßnahmen wie Variation der N-Düngung (0 und 100 kg Harnstoff ha-1) und der Unkrautbeseitigung (oft, selten) untersucht. Die Mittelwertvergleiche der C- und N-Gehalte sowie der C- und N-Vorräte zeigten zwischen den wenig und den stärker bewirtschafteten Teilflächen weder im Dezember 2006 noch im März 2008 signifikante Unterschiede. Einen wesentlich größeren Einfluss übten Standortfaktoren wie die Höhe der Versuchsflächen, das Alter der Kakaobäume und das Vorhandensein von ehemaligen Waldbäumen in den eher heterogenen Kakaobeständen aus.