Factors controlling the lower elevational limits in tropical montane plants in the Andes and their implications under the current climatic change

Abstract

Über die Ursachen der unteren Höhengrenzen von Pflanzenarten in tropischen Gebirgen ist nur wenig bekannt. In Frage kommen vier Faktorenkomplexe: Autökologische Eigenschaften der Arten, interspezifische Konkurrenz, Herbivorie/Prädation und Pathogene. Die Reaktion von Pflanzenarten und Vegetationseinheiten auf zukünftige Klimaveränderungen kann sehr unterschiedlich ausfallen, je nachdem welche dieser Faktoren ausschlaggebend sind. Mit einer Reihe von Experimenten untersuchten wir die Relevanz von einigen Faktoren für die Lage der unteren Höhengrenzen von Pflanzenarten in tropischen Gebirgen. Da die Reaktion von Pflanzenarten auf globale Klimaveränderungen teilweise von den arealbegrenzenden Faktoren abhängt, bewerteten wir auch, wie Klimaveränderungen die Verbreitung von Pflanzen in tropischen Gebirgen betreffen könnten. Im ersten Experiment untersuchten wir die Relevanz von biotischen und abiotischen Faktoren für die Festlegung von Höhengrenzen von tropischen Farnen, indem wir die Symmetrie und Schiefe des Verbreitungsmusters für jede Art beobachten. Wir nahmen an, dass abiotische Faktoren scharfe Verbreitungsgrenzen und biotische Faktoren fließende Verbreitungsgrenzen bestimmen sollten, und dass die Verbreitungsgrenzen räumlich regelmäßiger sind, wenn sie von abiotischen Faktoren bestimmt worden sind. Die Farnarten hatten verschiedene Verbreitungsmuster, die von symmetrischer bis zu asymmetrischer Verteilung reichten. Jedoch waren die meisten Arten asymmetrisch verteilt und zeigten abgeschnittene obere Höhengrenzen und fließende untere Höhengrenzen. Dieses Muster passt zur Hypothese, wonach obere Höhengrenzen hauptsächlich durch klimatische Faktoren, untere Höhengrenzen hingegen durch biotische Interaktionen bestimmt sind. In einem zweiten Experiment untersuchten wir den Effekt von Streufall auf zwei Unterwuchsarten des tropisch-montanen Waldes, indem wir ihr Wachstum auf drei verschiedenen Höhen beobachteten. Nach zwei Jahren fanden wir, dass die auf höheren Stufen verbreiteten Arten empfindlicher gegenüber Streufall waren als Arten mit größerer Höhenamplitude. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass der Streufall einen wichtigen Einfluss auf die Lage der unteren Höhengrenzen von Unterwuchsarten der tropisch-montanen Wäldern spielt, und dass die Höhenamplitude teilweise die Widerstandfähigkeit der Arten gegenüber Bedeckung durch Streufall widerspiegelt. Im dritten Versuch untersuchten wir den Einfluss der umgebenden Vegetation auf die Verbreitung und räumliche Verteilung von fünf hochandinen Geophyten. Wir fanden, dass Unterschiede in der Vegetationsstruktur Strukturänderungen in der Vegetation die Anwesenheit/Abwesenheit und Abundanz von geophytischen Arten entlang des Höhengradienten zu bestimmen schienen. Im vierten Experiment beobachteten wir die Veränderungen in den Biomasseverteilung zwischen Wurzel und Spross in Keimlingen von zwei Puna-Arten, die wir außerhalb ihrer natürlichen Höhenverbreitung wachsen ließen. Unsere Ergebnissen zeigen, dass die Fähigkeit oder Unfähigkeit dieser Arten die Biomassezuteilungsmuster zu ändern, einen wichtigen Einfluss auf ihre gegenwärtigen Verbreitungsmuster haben, ein Schlüsselfaktor in der Reaktion dieser Arten auf die Klimaveränderung sein könnten. Im letzten Experiment bewerteten wir die Wirkung von wärmeren und trockeneren Umweltbedingungen auf Epiphytengemeinschaften. Dafür verpflanzten wir ganze Epiphytengemeinschaften von 3000 m auf 2700 und 2500 m Höhe. Nach zwei Jahren gab es keine Unterschiede in der Bryophyten-Gesamtdeckung zwischen Gemeinschaften auf verschiedenen Höhen, aber auf Artniveau waren die Deckungsänderungen in Gemeinschaften auf 3000 m dynamischer, mit größeren Veränderungen in die Artenzusammensetzung. Die Reaktion der Epiphytengemeinschaften auf Verpflanzung war ausgesprochen artenspezifisch. Dementsprechend kann nicht nur postuliert werden, dass Epiphytengemeinschaften bereits jetzt auf die Klimaveränderung reagieren, sondern auch dass Gemeinschaften unter den neuen klimatischen Bedingungen nicht zusammenbrechen werden, und dass die Ökosystem-Funktionen, die die Epiphyten erfüllen, nur beschränkte Änderungen erfahren werden.Mit diesen Experimenten war es möglich, einige relevante Faktoren für die Verbreitungsmuster von Pflanzenarten in den Anden zu bestimmen, und wie Klimaveränderungen sie betreffen könnten. Jedoch ist es notwendig anzumerken, dass viele Faktoren, wie Keimung, eingeschränkte Ausbreitung (dispersal limitation) und die direkte Wirkung von Herbivoren und Pathogenen in dieser Untersuchung nicht berücksichtigt werden konnten. In diesem Sinne ist das Gesamtbild der Faktoren noch unvollständig. Nur die Bestimmung der Relevanz aller Faktoren wird erlauben, die tatsächlichen Auswirkungen des Klimawandels auf die Vegetation in diesen Gebieten vorauszusagen.