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Conversion of lowland forests to rubber and oil palm plantations changes nutrient leaching and nutrient retention efficiency in highly weathered soils of Sumatra, Indonesia

dc.contributor.advisorCorre, Marife Dr.
dc.contributor.authorKurniawan, Syahrul
dc.date.accessioned2016-03-23T09:27:11Z
dc.date.available2016-03-23T09:27:11Z
dc.date.issued2016-03-23
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0028-8706-8
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-5577
dc.description.abstractIn den letzten zwei Jahrzehnten wurden in Sumatra (Indonesien) große Regenwaldflächen für den Anbau von Kautschuk- und Palmölplantagen zerstört. Dies zeigt sich in der Abnahme Waldfläche in dieser Region um 36% zwischen 1990-2010. Eine solch schnelle Landnutzungsänderung hat Auswirkungen auf die Umwelt: Es ist davon auszugehen, dass die Zerstörung von Regenwald und die Etablierung von Kautschuk- und Palmölplantagen aufgrund von Einflüssen auf die Bodenoberfläche, Veränderungen von Streufall, Nährstoffverfügbarkeit und Management in den Plantagen zu erhöhter Nährstoffauswaschung und einer verminderten Nährstoffretentionseffizienz führt. Diese Arbeit stellt zwei Studien vor, die sich mit den Auswirkungen der Regenwaldzerstörung - und der einhergehenden Kultivierung von Kautschuk und Ölpalmenbäumen - auf Nährstoffauswaschung und Nährstoffretentionseffizienz beschäftigt. Außerdem untersucht sie Unterschiede in der Nährstoffauswaschung zwischen gedüngten und mit Palmwedeln bedeckten Bereichen in Palmölplantagen. Beide Studien wurden in zwei Landschaften der Provinz Jambi (Sumatra, Indonesien) mit stark verwitterten Acrisol-Böden durchgeführt, die sich in der Bodenart unterscheiden (lehm- bzw. tonhaltiger Acrisol). Die Nährstoffauswaschung im Boden wurde mit Saugkerzen-Lysimetern gemessen, die in 1,5m Tiefe im Boden installiert wurden. Beprobt wurde von Februar bis Dezember 2013 zweiwöchentlich bis monatlich. Die erste Studie beschäftigt sich mit der Nährstoffauswaschung und Nährstoffretentionseffizienz im Boden vierer verschiedener Landnutzungsarten. Dabei handelt es sich um die zwei Referenznutzungsformen Tieflandregenwald sowie Sekundärwald durchsetzt mit Kautschukbäumen, als auch um die veränderten Landnutzungsformen kleinbäuerlicher Kautschuk- und Ölpalmplantagen. Jede Landnutzung, ausgenommen der Palmölplantagen mit drei Wiederholungen, wurde durch vier Wiederholungsflächen innerhalb jeder Landschaft repräsentiert. Somit wurde die Studie auf insgesamt 30 Flächen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen für den lehmigen Acrisol-Boden der Referenzflächen eine höhere Auswaschung und eine niedrigere N-Retentionseffizienz für Stickstoff (N) und basische Kationen, verglichen mit dem tonigen Acrisol-Boden bestanden. In den Palmölplantagen zeigte sich, dass Düngung und Kalkung zu erhöhter Auswaschung von gelöstem N, gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) und basischen Kationen führte, sowie zu einer geringeren Retentionseffizienz von N und basischen Kationen im Boden. In den ungedüngten Kautschukplantagen dagegen waren die Auswaschungsverluste von gelöstem N, DOC und basischen Kationen geringer als in den Palmölplantagen. Zusammenfassend zeigten die Ergebnisse, dass Nährstoffverluste und Nährstoffretentionseffizienz in Kautschuk- und Palmölplantagen auf stark verwitterten Acrisolen primär von Tongehalt und Management abhängen. In der zweiten Studie wurde die Nährstoffauswaschung in den gedüngten und mit Palmwedeln bedeckten Bereichen in Palmölplantagen von Kleinbauern in lehm- bzw. tonhaltigen Acrisolen gemessen. Die Ergebnisse zeigten höhere Auswaschverluste (d.h. N, basische Kationen, Gesamt-Aluminium, Gesamt-Mangan, Gesamt-Schwefel und Chlor) in den gedüngten Bereichen als in den mit Palmwedeln bedeckten Bereichen aufgrund der Frequenz des Mineraldünger- und Kalkeinsatzes. Auf Landschaftsebene wurden die höheren Bodennährstoffvorräte und eine niedrigere Nährstoffauswaschung im Ton-Acrisol im Vergleich zum Lehm-Acrisol sowohl in den gedüngten als auch in den mit Palmwedeln bedeckten Bereichen durch die höhere Nährstoffretention (als Ergebnis höheren Tongehaltes) verursacht. Die Kombination von Nährstoffauswaschung und Nährstoffeintrag (d.h. Gesamtniederschlag und Dünger) mit zusätzlichen Informationen über den Nährstoffaustrag durch die Ernte, geben uns umfassendere Informationen über die Veränderungen im partiellen Nährstoffhaushalt von N, Phosphor (P), und basischen Kationen bei Waldumwandlung zu Palmöl- und Kautschukplantagen. Gedüngte Palmölplantagen hatten aufgrund der hohen jährlichen Nährstoffauswaschung und des Ernteexports das niedrigste jährliche Teilbudget an N, Kalzium (Ca) und Magnesium (Mg). Dennoch verringerten die hohen negativen Teilbudgets von N, Ca und Mg in den Palmölplantagen nicht deren Vorräte in 1m Bodentiefe verglichen mit den anderen Landnutzungsformen - außer für austauschbares Mg im Lehm-Acrisol. Obwohl ungedüngte Kautschukplantagen geringere Auswaschung zeigen als der Wald (z.B. für P), führte der Ernteexport zu einem geringeren jährlichen P-Teilbudget. Insgesamt implizieren die Ergebnisse der beiden Studien folgende verbesserte Managementverfahren für diese hochverwitterten Böden: eine Synchronisation der Düngermenge mit der Pflanzenaufnahme sowie eine Anpassung der Düngungshӓufigkeit.de
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc634de
dc.titleConversion of lowland forests to rubber and oil palm plantations changes nutrient leaching and nutrient retention efficiency in highly weathered soils of Sumatra, Indonesiade
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeVeldkamp, Edzo Prof. Dr.
dc.date.examination2016-03-07
dc.description.abstractengOver the last two decades, Sumatra, Indonesia has experienced rapid expansion of rubber and oil palm plantations through conversion of rainforests. This is evident from the 36% decrease in forest area in this region from 1990-2010. Such rapid land-use change necessitates assessment of its environmental impacts. Forest conversion to rubber and oil palm plantations are expected to increase nutrient leaching losses and decrease nutrient retention efficiency, following the changes in soil cover, litter input, soil nutrient availability and management practices. This thesis presents two studies, which focused on the impact of forest conversion to rubber and oil palm plantations on nutrient leaching and nutrient retention efficiency, and on the difference in nutrient leaching losses between fertilized and frond-stacked areas of oil palm plantations. All studies were conducted in two landscapes of highly weathered soils that mainly differed in texture (loam and clay Acrisol soils), located in the Jambi province, Sumatra, Indonesia. Nutrient leaching losses were measured using suction cup lysimeters installed at 1.5 m soil depth and sampling frequency was bi-weekly to monthly during February to December 2013. In the first study, nutrient leaching losses and nutrient retention efficiency in the soil were measured in four land uses: the reference land uses of lowland forest and jungle rubber (rubber trees interspersed in secondary forest), and the converted land uses of smallholder rubber and oil palm plantations. In each landscape, the first three land uses were represented by four replicate sites and the oil palm by three sites, totaling 30 sites. The results illustrated that for the reference land uses the loam Acrisol soil had higher leaching fluxes of dissolved nitrogen (N) and base cations, and lower retention efficiencies of N and base cations than the clay Acrisol soil. For the converted land uses, management practices such as fertilization and liming in oil palm plantations resulted in higher dissolved N, dissolved organic carbon (DOC), and base cations leaching fluxes, and lower N and base cation retention efficiencies in the soil than the reference land uses. On the other hand, in the unfertilized rubber plantations leaching losses of dissolved N, DOC, and base cations were lower than in the oil palm plantations. Overall, the results showed that clay content and management practices controlled nutrient leaching losses and nutrient retention efficiencies in heavily weathered Acrisol soils of these converted landscapes. In the second study, nutrient leaching losses were measured in fertilized and frond-stacked areas of smallholder oil palm plantations in clay and loam Acrisol soils. The results exhibited higher leaching losses (i.e. N, base cations, total aluminum (Al), total manganese (Mn), total sulfur (S), and chloride (Cl)) in the fertilized area than the frond-stacked area due to pulse rates of applications of mineral fertilizers and lime. At the landscape scale, higher soil nutrient stocks and lower nutrient leaching losses in the clay Acrisol soil compared to the loam Acrisol soil both in the fertilized and frond stack areas were caused by the higher nutrient retention as a result of higher clay content. Combining nutrient leaching losses and nutrient input (i.e. bulk precipitation and fertilizers) with ancillary studies on nutrient output through harvest export provides more comprehensive information about the changes in partial nutrient budgets of N, phosphorus (P), and base cations due to forest conversion to oil palm and rubber plantations. Fertilized oil palm plantations had the lowest annual partial budget of N, calcium (Ca) and magnesium (Mg) due to the high annual leaching losses and harvest export. However, the high negative partial budgets of N, Ca and Mg in oil palm plantations did not significantly decrease those stocks at 1-m soil depth compared to all the other land uses, except for exchangeable Mg in the loam Acrisol landscape. Even though unfertilized rubber plantations have lower leaching losses (e.g. P) than forest, harvest export caused the lower annual partial budget of P. Overall, these results from the two studies suggests for improved management practices on these highly weathered soils through synchronizing rate of application of fertilizer with plant uptake and frequency of fertilizer application.de
dc.contributor.coRefereeHoelscher, Dirk Prof. Dr.
dc.subject.engsoil nutrient leaching, nutrient retention efficiency, land use change, oil palm, soil water element concentration, water budget, partial nutrient budgetde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0028-8706-8-8
dc.affiliation.instituteFakultät für Forstwissenschaften und Waldökologiede
dc.subject.gokfullForstwirtschaft (PPN621305413)de
dc.identifier.ppn853871930


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