Einfluß einwandernder Espen (Populus tremuloides) auf den Stickstoffhaushalt nordamerikanischer Prärieökosysteme
Influence of Invading Aspen (Populus tremuloides) on the Nitrogen Cycle of North-American Prairie Ecosystems
Martin Köchy
Diploma thesis
Date of Examination:
1994-04-20
Date of issue:
2009-02-12
Advisor:
Runge, Michael Prof. Dr.
Referee:
Schmidt, Wolfgang Prof. Dr.
Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B65E-4
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1,7 MB
Format:
PDF
Abstract
English
Variables that contribute to a higher soil mineral nitrogen content in forest soil than in adjacent grassland soil were studied in a Canadian forest-grassland ecotone. For this, the correlations of soil mineral nitrogen with tree age, soil moisture, air temperature and light penetration were studied along transects extending from the centre of aspen groves (Populus tremuloides) 5 m far into the prairie. Among all correlations only the increase of nitrogen content with decreasing soil moisture was significant. The results indicate that nitrogen uptake by plants and microbes in the forest is limited at a higher level of soil moisture than plants and microbes in the grassland. As an alternative explanation I have tested the assumption that, because of canopy shading, litter decomposition in forests is faster than in adjacent grassland and that therefore the mineral nitrogen content of forest soil is higher than that of grassland soil. For this, the effects of litter type (aspen or grass mix), habitat type (forest or grassland), and shading (with or without artificial shading) on the rates of litter mass loss and nitrogen release were investigated Previous year"s litter was collected in April and put in 1 dm2 large litter bags in portions of 2 g. The bags were laid out in the experimental plots in the first week of May. Bags containing ion-exchange resin were put under the litter bags to measure nitrogen release. Uncovered resin bags were used to measure nitrogen deposition. One fourth of the litter bags and resin bags were each retrieved after 4, 9, 16, and 21 weeks. Decomposition rates were calculated from litter mass loss measurements. Nitrogen release measurements were converted to rates of nitrogen retention and nitrogen loss. Grass litter (k=-1.36) decomposed signifcantly faster than aspen litter (k=-0.44). Decomposition of both litter types was fastest in unshaded prairie plots, thus there was a significant habitat type x shading interaction. Grass litter captured less and released more nitrogen from deposition than aspen litter. An analysis of total N content of litter showed that when deposition was accounted for both litter types had lost nitrogen. This nitrogen was probably lost by fragmentation and not by mineralization. Aspen litter decomposed slower than grass litter, even in shade. Thus, decomposition is rejected as an explanation for the higher nitrogen content in forest soils, but the first explanation should be retained.
Keywords: litter decomposition; habitat; insolation; photodegradation; nitrogen; deposition; grassland; prairie; steppe; forest; aspen; Canada
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In einem Grasland-Wald-Ökoton wurde untersucht, ob
der gegenüber dem Graslandboden höhere
Mineralstickstoffgehalt des Waldbodens mit dem Alter
der Bäume, der Bodenfeuchte, der Lufttemperatur oder
dem relativen Lichtgenuß im Wald zusammenhängt. Dazu
wurden diese Faktoren in Espenhainen (Populus
tremuloides) auf Radialtransekten, die in die
angrenzende Prärie verlängert wurden, gemessen. Es
zeigte sich, daß der Stickstoffgehalt mit abnehmender
Bodenfeuchte ansteigt. Nur diese Korrelation war
signifikant. Die Ergebnisse deuten an, daß der höhere
Stickstoffgehalt in Hainböden auf eine geringere
Stickstoffaufnahme der Hainarten bei Bodentrockenheit
zurückzuführen ist. Als Alternative zu dieser Erklärung
wurde die Annahme geprüft, daß die stickstoffärmere
Streu in Wäldern wegen geringerer Evapotranspiration im
Schatten schneller zersetzt wird als die
stickstoffreichere Streu im benachbarten Grasland und
dies zu einem höheren Mineralstickstoffgehalt im
Waldboden führt. Dazu wurde der Einfluß der Streusorte
(Grasgemisch oder Espe), des Biotoptyps (Grasland oder
Espenhain) und der Beschattung (ohne oder mit
künstlicher Beschattung) auf die Raten des
Trockenmasseverlustes und der Stickstoffabgabe der
Streu bestimmt. Je 2 g Ende April gesammelter
Vorjahresstreu wurde in 1 dm2 großen Netzen
Anfang Mai auf die Versuchsflächen ausgebracht. Zur
Messung der Stickstoffauswaschung wurden unter die
Streunetze Beutel mit Ionenaustauschern gelegt. Mit
unbedeckten Austauscherbeuteln wurde die
Stickstoffdeposition bestimmt. Je ein Viertel der
Streunetze und Austauscherbeutel wurden nach 4, 9, 16
und 21 Wochen geerntet. Aus dem Masseverlust der Streu
und der Stickstoffauswaschung wurden die Raten der
Zersetzung, Stickstoffabgabe- und -anhäufung berechnet.
Grasstreu wurde signifikant schneller (k= -1,36) als
Espenstreu (k= -0,44) und beide Sorten jeweils in
unbeschatteten Prärieteilflächen schneller als in
anderen Teilflächen zersetzt. Die Grasstreu fing
weniger Stickstoff aus der Deposition auf und ließ mehr
davon durch als Espenstreu. Eine chemische Analyse der
zersetzten Streu zeigte, daß bei Berücksichtigung der
Deposition beide Sorten Stickstoff verloren hatten.
Dieser Verlust war vermutlich durch Fragmentierung der
Streu, jedoch nicht durch Mineralisation entstanden. Da
entgegen der Annahme Espenstreu trotz Beschattung am
langsamsten zersetzt wurde, wird Streuzersetzung als
Erklärung des höheren Stickstoffgehaltes in Hainböden
verworfen und stattdessen die Annahme beibehalten, daß
Trockenheit die Stickstoffaufnahme im Hain
begrenzt.
Schlagwörter: Streuzersetzung; Habitat; Sonneneinstrahlung; Photodegradation; Stickstoff; Deposition; Grasland; Prärie; Steppe; Wald; Espe; Pappel; Kanada
