Fine root dynamics and resource uptake in a South Ecuadorian mountain rainforest as dependent on elevation

Tropische Bergregenwälder erstrecken sich über große Höhenstufen und sind damit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ausgesetzt. Eine charakteristische Veränderung dieser Ökosysteme ist die Abnahme der oberirdischen und die Zunahme der unterirdischen Biomasse mit ansteigender Meereshöhe. Waldbestände in großen Höhenlagen sind zudem durch mächtige organische Auflagen und relativ nasse Bodenverhältnisse gekennzeichnet. Für den Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf spielt der Umsatz von Feinwurzeln eine wichtige Rolle in diesen Ökosystemen. Das Wissen über Feinwurzelumsätze in tropischen Bergregenwäldern ist bisher jedoch sehr begrenzt. Ebenso ist nicht viel über die Wasser- und Nährstoffaufnahmekapazität von Wurzeln auf unterschiedlichen Höhenstufen bekannt.Die vorliegende Arbeit wurde in fünf südecuadorianischen Bergregenwaldbeständen entlang eines Höhengradienten von 1050 bis 3060 m üNN durchgeführt. Ziel der Studie war es, (1) den Einfluss von Temperatur und Bodeneigenschaften auf den Feinwurzelumsatz entlang des Gradienten mit Hilfe von Minirhizotronen zu untersuchen, (2) die Bedeutung von Nährstofflimitierung und Staunässe für die Aktivität von Feinwurzeln durch ein Düngungs- bzw. Austrocknungsexperiment zu testen sowie die N-Aufnahmefähigkeit von Feinwurzeln durch ein 15N-Tracer-Experiment zu erfassen und (3) mit Miniatur-Saftflusssystemen die Abhängigkeit des Wurzelsaftflusses von Umweltvariablen zu untersuchen sowie anatomische Charakteristika von Wurzelquerschnitten zu analysieren.Der Umsatz von Feinwurzeln (d < 2 mm) war in dem untersten und dem obersten Waldbestand signifikant höher (0.9 cm cm-1 Jahr-1) als in den drei Bestände auf mittleren Höhenstufen (ca. 0.6 cm cm-1 Jahr-1). Der Umsatz von Feinstwurzeln (d < 0.5 mm) war generell höher als der Feinwurzelumsatz (d < 2 mm) und überschritt 1.0 cm cm-1 Jahr-1 an den beiden Endpunkten des Transektes. Der Feinwurzelumsatz nahm demnach vom prae-montanen zum montanen Bestand ab, wie man es vom Einfluss niedrigerer Temperatur auf physiologische Prozesse erwarten würde, nahm jedoch mit noch größerer Meereshöhe wieder zu. Dieser nicht-lineare Trend lässt sich durch ein Überlappen des Temperatureffektes mit anderen Umweltgradienten in der oberen Hälfte des Höhentransektes erklären. Neben der Temperatur sind vermutlich ungünstige Bodenbedingungen der Grund für die verkürzte Lebensdauer der Feinwurzeln in hochmontanen Bergregenwäldern. Ein hoher Feinwurzelumsatz ist offenbar eine Anpassungsstrategie von Bäumen an limitierende Umweltbedingungen in großen Höhenlagen.Das Düngungsexperiment ergab nach einer P-Düngung das stärkste Wurzelwachstum auf 1050 m, und nach einer N-Düngung auf 3060 m, was darauf schließen lässt, dass prae-montane Wälder P limitiert sind, während hochmontane Wälder eher N limitiert sind. Nährstoffkonzentrationen in Feinwurzeln, insbesondere N, nahmen signifikant mit zunehmender Höhe ab, was auf eine verminderte Nährstoffverfügbarkeit mit zunehmender Meereshöhe deutet. Das Austrocknungsexperiment lieferte keine Hinweise auf eine reduzierte Feinwurzelmortalität unter trockeneren Bodenbedingungen. Nässe scheint somit keine Erklärung für den hohen Feinwurzelumsatz in großen Höhenlagen zu sein. Das 15N-Tracer-Experiment ergab eine konstant hohe Aufnahmerate von Nitrat und Ammonium auf allen drei Flächen (1050, 1890 und 3060 m), was annehmen lässt, dass Feinwurzeln in hochmontanen Bergregenwäldern eine verminderte Nährstoffverfügbarkeit durch eine hohe Nährstoffaufnahmekapazität kompensieren.Saftfluss in Wurzeln folgte deutlich täglichen und saisonalen Schwankungen des Wasserdampf-Sättigungsdefizits der Luft (VPD) in den drei Waldbeständen auf 1050, 1890 und 3060 m, nahm aber etwa um den Faktor drei zwischen dem untersten und dem obersten Bestand ab. Eine verminderte Saftflussrate wurde beobachtet, wenn VPD über mehrere Tage überdurchschnittlich hoch war. VPD wurde als einflussreichster Umweltfaktor für die Wurzelwasseraufnahme identifiziert, sein Einfluss nahm aber mit zunehmender Meereshöhe ab. Dagegen stieg der Einfluss von Temperatur mit zunehmender Höhe stark an und war in dem höchstgelegenen Bestand der Faktor mit dem größten Einfluss auf den Wurzelsaftfluss. Anatomische Analysen von Wurzelquerschnitten ergaben abnehmende Gefäßdurchmesser mit zunehmender Meereshöhe. Die theoretische hydraulische Leitfähigkeit nahm dadurch um mehr als das 10-fache entlang des Höhentransektes ab. Die Temperaturabnahme mit zunehmender Meereshöhe wirkt folglich über verschiedene Mechanismen auf die Wurzelwasseraufnahme: (i) den physikalischen Wasserfluss im Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum durch die höhere Viskosität des Wassers und eine Abnahme von VPD, (ii) durch ein vermindertes Wachstum von Zellen der leitenden Gefäße, (iii) durch eine verminderte Nährstoffverfügbarkeit und (iv) durch eine möglicherweise verminderte Aquaporin-Aktivität in den Wurzeln.

Author dc:creator

• Graefe, Sophie

Contributors dc:contributor

• Leuschner, Christoph Prof. Dr.
• Veldkamp, Edzo Prof. Dr.

• 570 Biowissenschaften, Biologie
• Biologie
• Ecuador
• Bergregenwald
• Feinwurzeln
• Nährstofflimitierung
• Wurzelsaftfluss
• mountain rainforest
• fine roots
• nutrient limitation
• root sap flow
• 42.90 Ökologie: Allgemeines
• W Biologie

Licence

• https://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/de/

Language dc:language

eng

Identifier

https://dx.doi.org/10.53846/goediss-281
urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1887-6
webdoc-1887
610597604

OAI identifier oai:identifier

oai:ediss.uni-goettingen.de:11858/00-1735-0000-0006-AD0A-7