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Above- and belowground biomass and nutrient stocks in monoculture and agroforestry cacao production systems in the Alto Beni, Bolivia

dc.contributor.advisorGerold, Gerhard Prof. Dr.
dc.contributor.authorSchneidewind, Ulf
dc.date.accessioned2022-03-08T12:31:09Z
dc.date.available2022-03-15T00:50:08Z
dc.date.issued2022-03-08
dc.identifier.urihttp://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/13913
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-9098
dc.description.abstractPrácticamente no queda ningún lugar en el planeta que pueda considerarse como naturaleza intacta. Los humanos penetran en todas las áreas de esta tierra, ya sea a través de las emisiones de gases de efecto invernadero o de otros tipos de contaminación atmosférica y ambiental. La deforestación y la conversión del suelo a la agricultura son procesos que acompañan a la expansión de los humanos en esta tierra, y que dan forma a los paisajes. En este contexto, los bosques tropicales están hoy en día en el punto de mira de la deforestación y el cambio de uso del suelo. Para mantener o restaurar las funciones del ecosistema y la biodiversidad de los bosques tropicales, se necesitan usos alternativos del suelo agrícola. Para examinar sistemas de producción alternativos, el Instituto de Investigación en Agricultura Orgánica (FiBL) puso en marcha el proyecto de investigación "Comparación de sistemas de cultivos en los trópicos" (https://systems-comparison.fibl.org/). En Alto Beni (Bolivia) se están probando cinco sistemas diferentes de producción de cacao en un ensayo a largo plazo con respecto a sus impactos económicos, ecológicos y sociales. Los sistemas de cultivo van desde los monocultivos hasta los sistemas agroforestales simples, cada uno de ellos bajo gestión convencional y orgánica, pasando por los sistemas agroforestales multistrata altamente complejos. Las parcelas se establecieron en 2008, en un diseño de bloques completamente randomizados, con cuatro réplicas. El objetivo general de esta tesis es comparar, dentro del experimento a largo plazo en Bolivia, los diferentes sistemas de cultivo de cacao en términos de su capacidad para acumular y convertir el carbono, y sacar conclusiones sobre la disponibilidad de nutrientes a través de la actividad microbiana. Se planteó la hipótesis de que (1) los AFS almacenan más biomasa por encima y por debajo del suelo, en forma de carbono, a lo largo del tiempo, y que (2) tanto el manejo orgánico como los AFS dan lugar a una mayor actividad biológica. Para verificar esto, (1) se estudiaron los diferentes reservorios de biomasa sobre el suelo, (2) se midió la biomasa obtenida de la poda, (3) se registró la caída anual de hojas, (4) se analizó la descomposición de la hojarasca en un año, y (5) se estimó el crecimiento de las raíces.   El trabajo realizado mostró que la biomasa total sobre el suelo es mayor en los AFS que en los monocultivos. Sin embargo, en los monocultivos, la biomasa de los árboles de cacao es mayor que en los otros sistemas de cultivo. La biomasa total sobre el suelo en AFS es sólo un tercio de la biomasa acumulada en los árboles de los bosques circundantes. En los AFS bien manejados, la biomasa producida por la poda puede ser el doble de la caída natural de las hojas, y es por lo tanto una importante fuente de carbono y nitrógeno. La vida media de la descomposición de la hojarasca en los distintos sistemas no difirió, a pesar de los diferentes microclimas y de la mayor actividad microbiana en las parcelas manejadas orgánicamente. Las hojas ricas en nitrógeno de las leguminosas se descompusieron más rápidamente que las hojas de cacao, ricas en lignina. La calidad del suelo mejoro 6 años después de la instalación, en las parcelas manejadas orgánicamente en comparación con las parcelas convencionales, como lo demuestran los mayores niveles de carbono y nitrógeno, así como una mayor actividad microbiana. El crecimiento de las raíces finas también es mayor en las parcelas de AFS y de gestión biológica que en los monocultivos. Los diferentes estudios muestran que los AFS tienen una pronunciada ventaja sobre los monocultivos en términos de acumulación de biomasa, aunque no alcancen el nivel de los bosques primarios o secundarios. Los trabajos muestran que existe una fuerte vinculación de los diferentes depósitos de carbono en los AFS. La mayor biomasa sobre el suelo y las leguminosas de rápido crecimiento permiten una poda regular, que estimula el ciclo del carbono y del nitrógeno. La hojarasca acumulada es descompuesta por los microorganismos, lo que permite mejorar las condiciones del suelo y la disponibilidad de nutrientes. Por lo tanto, del presente trabajo se puede concluir que el AFS no puede impedir per se la deforestación de los bosques tropicales para la obtención de tierras agrícolas. Sin embargo, los AFS, a diferencia de los monocultivos, tienen un mejor balance ecológico, con más biomasa y mejores suelos. Por lo tanto, los AFS, más estables y sostenibles, son preferibles, desde una perspectiva ecológica, a los monocultivos diseñados para obtener beneficios a corto plazo.de
dc.language.isoengde
dc.relation.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject.ddc910de
dc.subject.ddc550de
dc.titleAbove- and belowground biomass and nutrient stocks in monoculture and agroforestry cacao production systems in the Alto Beni, Boliviade
dc.typecumulativeThesisde
dc.contributor.refereeGerold, Gerhard Prof. Dr.
dc.date.examination2022-02-25de
dc.description.abstractgerAuf der Erde gibt es kaum noch einen Ort, der als Unberührte Natur gelten kann. Der Mensch dringt in alle Bereich dieser Erde vor, und sei es durch Treibhausgasemissionen oder andere Arten der Luft- und Umweltverschmutzung. Waldrodungen und die Nutzbarmachung der Flächen für die Landwirtschaft sind Prozesse, die die Ausbreitung des Menschen auf dieser Erde begleiten, und die die Landschaften gestalten. Die tropischen Wälder stehen dabei heutzutage im Fokus der Waldrodung und des Landnutzungswandels. Um die ökosystemaren Funktionen und die Biodiversität der tropischen Wälder zu erhalten oder wiederherzustellen, bedarf es alternativer Landwirtschaftlichernutzungsformen. Um alternative Produktionssysteme zu testen, wurde vom Forschungsinstituts für Ökologischen Landbau (FiBL) das Forschungsprojekte “Vergleich von Anbausystemen in den Tropen” ins leben gerufen (https://systems-comparison.fibl.org/). Im Alto Beni (Bolivien) werden in einem Langzeitversuch fünf verschiedene Kakaoanbausysteme hinsichtlich ihrer ökonomischen, ökologischen und sozialen Auswirkungen getestet. Die Anbausysteme reichen von Monokulturen über einfache Agroforstsystemen, jeweils in konventioneller und ökologischer Bewirtschaftung, hin zu hoch komplexen sukzessionalen, multistrato Agroforstsystemen. Die Flächen wurden 2008, in einem vollständig randomisierten Blockdesign, mit vierfacher Wiederholung eingerichtet. Das generelle Ziel dieser Doktorarbeit ist im Rahmen des Langzeitversuches in Bolivien die verschiedenen Kakaoanbausysteme zu vergleichen, hinsichtlich Ihrer Kapazität Kohlenstoff zu speichern und umzusetzen, sowie Rückschlüsse zu ziehen auf die Verfügbarkeit von Nährstoffen durch die mikrobielle Aktivität. Es wurden die Hypothesen aufgestellt, dass (1) AFS mehr Ober- und Unterirdischebiomasse, in Form von Kohlenstoff, über die Zeit speichern, und dass (2) sowohl ein biologisches Management als auch AFS dazuführen, dass eine höhere biologische Aktivität vorherrscht. Um dies zu überprüfen, wurden (1) die verschiedenen oberirdischen Biomassepools untersucht, (2) die anfallende Biomasse durch den Baumschnitt erfasst, (3) der jährliche Blattfall aufgenommen, (4) die Zersetzung der Blattstreu binnen eines jahres analysiert, und (5) das Wurzelwachstum abgeschätzt. Die durchgeführten Arbeiten haben gezeigt, dass die gesamte oberirdische Biomasse in den AFS größer ist als in den Monokulturen. Jedoch ist in den Monokulturen die Biomasse der Kakaobäume größe als in den anderen Anbausystemen. Die gesamte oberirdische Biomasse in den AFS beträgt nur etwa ein Drittel der Biomasse, die in den Bäumen der umliegenden Wälder gespeichert ist. In gemanagten AFS kann die Biomasse, die durch den Baumschnitt anfällt, doppelt so hoch sein wie der natürliche Laubfall, und ist somit eine wichtige Kohlenstoff und Stickstoff Quelle. Die Halbwertszeit der Streuzersetzung in den verschiedenen Systemen unterschied sich nicht, trotz unterschiedlichem Mikroklima und höherer Mikrobielleraktivität in den organisch gemanagten Flächen. Stickstoffreiche Blätter von Leguminosen wurden schneller zersetzt als die ligninhaltigen Kakaoblätter. Die Bodenqualität ist 6 Jahren nach der Installation, in den biologisch gemanagten Flächen verbessert im Vergleich zu den konventionellen Flächen, was sich sowohl durch höhere Kohlenstoff und Stickstoff Werte bemerkbar macht, als auch in einer höheren mikrobiellen Aktivität. Auch das Feinwurzelwachstum ist in AFS und biologisch gemanagten Flächen größer, als in den Monokulturen. Die unterschiedlichen Untersuchungen zeigen, dass AFS hinsichtlich der Biomassenakkumulation einen ausgeprägten Vorteil haben gegenüber Monokulturen, auch wenn sie nicht das Niveau der Primär- oder Sekundärwälder erreichen. Die Arbeit zeigt, dass es in den AFS eine starke Verknüpfung der verschiedenen Kohlenstoffpools gibt. Mehr oberirdische Biomasse und schnell-wachsende Leguminosen ermöglichen einen regelmäßigen Baumschnitt, der den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf anregt. Die anfallende Streu wird von Mikroorganismen zersetzt und führt zu besseren Bodenverhältnissen und der Verfügbarkeit von Nährstoffen. Aus der vorliegenden Arbeit lässt sich daher ableiten, dass AFS nicht per se die Abrodung der Regenwälder für landwirtschaftliche Flächen verhindern können. AFS im Gegensatz zu Monokulturen jedoch eine bessere ökologische Bilanz aufweisen, mit mehr Biomasse und besseren Böden. Die stabileren und nachhaltigeren AFS sind daher aus ökologischer Perspektive den auf kurzfristigen Gewinn ausgelegten Monokulturen vorzuziehen.de
dc.description.abstractengThere is hardly any place left on earth that can be considered untouched nature. Humans penetrate into all areas of this earth, and may it be through greenhouse gas emissions or other types of air and environmental pollution. Deforestation and the conversion of land to agriculture are processes that accompany the spread of humans on this earth, and which shape the landscapes. In this context, tropical forests are nowadays in the focus of forest clearing and land use change. To maintain or restore the ecosystem functions and biodiversity of tropical forests, alternative agricultural land uses are needed. In order to test alternative production systems, the Research Institute of Organic Agriculture (FiBL) launched the research project "Comparison of cropping systems in the tropics" (https://systems-comparison.fibl.org/). In Alto Beni (Bolivia), five different cacao production systems are being tested in a long-term trial with regard to their economic, ecological and social impacts. The farming systems range from monocultures to simple agroforestry systems, each under conventional and organic management, to highly complex successional, multistrata agroforestry systems. The plots were established in 2008, in a completely randomized block design, with four replications. The general objective of this dissertation is to compare, within the long-term experiment in Bolivia, the different cacao cropping systems in terms of their capacity to store and convert carbon, and to draw conclusions on the availability of nutrients through microbial activity. It was hypothesized that (1) AFS store more above and below ground biomass, in the form of carbon, over time, and that (2) both biological management and AFS result in higher biological activity. To verify this, (1) the different aboveground biomass pools were studied, (2) the biomass obtained from pruning was measured, (3) the annual leaf fall was recorded, (4) the decomposition of leaf litter within one year was analyzed, and (5) the root growth was estimated. The work performed showed that total aboveground biomass is greater in AFS than in monocultures. However, in the monocultures, the biomass of cacao trees is larger than in the other cropping systems. The total aboveground biomass in AFS is only about one-third of the biomass stored in trees in the surrounding forests. In managed AFS, the biomass produced by pruning can be twice that of natural leaf fall, and is thus an important source of carbon and nitrogen. The half-life of litter decomposition in the different systems did not differ, despite different microclimates and higher microbial activity in the organically managed plots. Nitrogen-rich leaves of legumes were decomposed faster than lignin-rich cacao leaves. Soil quality is improved 6 years after installation, in the organically managed plots compared to the conventional plots, as evidenced by higher carbon and nitrogen levels, as well as higher microbial activity. Fine root growth is also greater in AFS and biologically managed plots than in the monocultures. The different studies show that AFS have a pronounced advantage over monocultures in terms of biomass accumulation, even if they do not reach the level of primary or secondary forests. The work shows that there is a strong linkage of the different carbon pools in AFS. More aboveground biomass and fast-growing legumes allow regular pruning, which stimulates carbon and nitrogen cycling. Accumulated litter is decomposed by microorganisms, leading to better soil conditions and nutrient availability. Therefore, it can be concluded from the present work that AFS cannot per se prevent the clearing of rainforests for agricultural land. However, AFS, unlike monocultures, have a better ecological balance, with more biomass and better soils. The more stable and sustainable AFS are therefore preferable from an ecological perspective to monocultures which are designed for short-term profit.de
dc.contributor.coRefereeKreft, Holger Prof. Dr.
dc.subject.engAgroforestry Systemsde
dc.subject.engBoliviade
dc.subject.engTheoborma Cacaode
dc.subject.engCacaode
dc.subject.engAboveground carbonde
dc.subject.engsoil organic carbonde
dc.subject.englitterfallde
dc.subject.englitter decayde
dc.subject.engbiomassde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-ediss-13913-8
dc.affiliation.instituteFakultät für Geowissenschaften und Geographiede
dc.subject.gokfullGeographie (PPN621264008)de
dc.description.embargoed2022-03-15de
dc.identifier.ppn1795043733


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