Effects of experimental drought on hydraulic properties and leaf traits of upper canopy and understory tree species in a perhumid tropical forest in Central Sulawesi, Indonesia

Die verbliebenen tropischen immerfeuchten Regenwälder könnten durch den prognostizierten Klimawandel in Süd-Ost-Asien immer häufigerer und extremerer Trockenheit ausgesetzt sein. Dabei sind die Auswirkungen starker Trockenheit auf diese Ökosysteme schwer vorhersagbar. Feldexperimente im großen Maßstab schließen diese Lücke, und die sukzessiven Reaktionen des Ökosystems während eines Klimawandels lassen sich direkt beobachten.Bisher wurden tropische Austrocknungsexperimente lediglich in saisonalen Trockenwäldern in Ost Amazonien durchgeführt, wobei die hier vertretende Flora und Fauna Anpassungen an Trockenstress aufzeigen sollte. Über die Reaktion eines immerfeuchten tropischen Regenwaldes mit konstant hohen Bodenwassergehalten und hoher Luftfeuchtigkeit auf lang anhaltende Trockenheit ist bisher nichts bekannt.Ein repliziertes Austrocknungsexperiment wurde in einem immerfeuchten Primärwald in Zentral Sulawesi, Indonesien, durchgeführt. Das Untersuchungsgebiet ist durch jährliche Niederschlagsraten über 2500 mm und konstant hoher Luftfeuchtigkeit nahe dem Sättigungspunkt gekennzeichnet. Es wurde angenommen, das die hier vorkommenden Baumarten keinerlei Anpassung an Trockenstress, wie z.B. ein tief reichendes Wurzelsystem, aufzeigen im Vergleich zu den Amazonas Experimenten.Es sollte heraus gefunden werden, warum die größten tropischen Baumarten nach lang anhaltender Trockenheit die höchsten Baumsterberaten aufzeigen verglichen mit kleineren Bäumen. Untersucht wurden weiterhin morphologische und physiologische Reaktionen der am häufigsten vertretenden und hoch wachsenden Baumart Castanopsis acuminatissima auf 24 Monate anhaltende Niederschlagsentfernung, welche in Bodenwassergehalten unter dem konventionellen Welkepunkt resultierte.Drei Hypothesen wurden formuliert in Bezug auf baumphysiologische und -morphologische Anpassung an großes Höhenwachstum, und die Reaktion der Bäume dieses tropisch feuchten Klimas auf Bodentrockenheit. Das Ziel dieser Arbeit war zu testen, (i) ob die umgebungsbedingte Kontrolle der Saftflussdichte direkt mit der Baumgröße in Beziehung steht, (ii) inwieweit tropische Bäume ihre hydraulische Architektur an das Größenwachstum anpassen, um dem Einfluss des steigenden hydraulischen Widerstandes mit zunehmenden Fließweg entgegenzuwirken, und (iii) inwieweit die Bäume dieses Bestandes in Zentral Sulawesi angepasst sind an die vorherrschend immerfeuchten Bedingungen, und dementsprechend eher gefährdet sind bei lang anhaltender Trockenheit verglichen mit Baumarten der feuchten oder saisonalen Tropen.Um diese Fragestellungen beantworten zu können, wurde an ausgewachsenen Baumindividuen ein breites Spektrum an ökophysiologischen, morphologischen und anatomischen Merkmalen untersucht. Vor allem wurden dabei diverse hydraulische Eigenschaften des Xylems von Zweigen und des Stammholzes, Holzanatomie, Blattmorphologie und Blattnährstoffgehalte, stabile Isotopverhältnisse von C, N und O, Saftflussdichte, Streufall und das Mikroklima gemessen.Die nebeneinander vorkommenden tropischen Baumarten unterschieden sich beträchtlich in den gemessenen Saftflussdichten des Stammholzes. Dies war meist auf die vertikale Position der individuellen Baumkrone innerhalb des Bestandes zurückzuführen. Die wichtigste umgebungsbedingte Einflussgröße auf die Saftflussdichte war trotz des immerfeuchten Klimas das Sättigungsdefizit der Luft, welches linear mit zunehmender Bestandeshöhe anstieg. Bezogen auf den Wasserverbrauch tropischer Bäume kann der enge Zusammenhang zwischen Saftflussdichte und Baumgröße in diesem immerfeuchten Wald als konvergentes Muster interpretiert werden.Mit zunehmender Baumhöhe konnten diverse beträchtliche Veränderungen der hydraulischen Architektur innerhalb der acht untersuchten Baumarten festgestellt werden. Die Gefäße verjüngten sich konstant von der Stammbasis bis zur obersten Baumkrone in einer hoch wachsenden Baumart. Bei allen Arten wurden die kleinsten Gefäße in den endständigen Zweigen gefunden. Große Bäume besaßen im Allgemeinen die größten Gefäße entlang des gesamten Fließweges. Die Verteilung der Gefäßdurchmesser von Feinwurzeln bis hin zur Krone folgte einem Optimumskurvenverlauf, wobei die größten Gefäße im Stammholz und nicht, wie angenommen, in den Wurzeln gefunden wurden. Blattflächenspezifische und splintholzflächenspezifische Leitfähigkeit nahm mit zunehmender Baumhöhe zu, und beide Leitfähigkeiten waren eng mit zunehmendem Gefäßdurchmesser korreliert.Trotz 24 Monate konstant anhaltender Bodentrockenheit wies die in diesem Bestand am häufigsten vorkommende und hoch wachsende Baumart Castanopsis acuminatissima keine Anzeichen kritischer Schäden auf, obwohl aufgrund kleinerer Gefäßdurchmesser im neu angelegten Xylem die hydraulische Leitfähigkeit von Zweigen und des Stammholzes abgenommen hatte, die Anzahl der endständig versorgten Blätter sich reduziert hatte, und der Stammzuwachs zurück gegangen war. Es wurde vermutet, dass die konstant niedrige Evaporation während des Experiments aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit größere Schäden verhindert hatte, obwohl der Boden über den konventionellen Welkepunkt hinaus ausgetrocknet wurde. Trotzdem war die Reduktion der Saftflussdichte in großen Bäumen ausgeprägter. Dementsprechend sollten Trockenstress bedingte physiologische Effekte früher in größeren als in kleineren Bäumen auftreten. Stammzuwachs, Gefäßdurchmesser des Xylems, und der Blattaustrieb stellten sich als besonders sensitive Parameter in Castanopsis acuminatissima heraus. Ein erwarteter Blattabwurf oder Kronenrückgang wurde nicht beobachtet.Schlussfolgernd wurde festgestellt, dass hoch wachsende Baumarten der obersten Kronenschicht eine Reihe morphologischer und physiologischer Anpassungen aufweisen, welches sie deutlich von unterständigen Bäumen unterscheidet. Es wird vermutet, dass (a) die höhere Evaporation in der obersten Kronenschicht und direkt darüber, (b) der zwangsläufige Anstieg im hydraulischen Widerstand entlang eines längeren Flussweges, und (c) die größeren Gefäße an der Stammbasis, die hauptsächlichen Ursachen für die beobachtete höhere Mortalität von hoch wachsenden tropischen Bäumen nach lang anhaltender Trockenheit sind.

Author dc:creator

• Schuldt, Bernhard

Contributors dc:contributor

• Horna, Viviana Dr.
• Leuschner, Christoph Prof. Dr.
• Hauck, Markus PD Dr.

• 570 Biowissenschaften, Biologie
• Biologie
• Tropischer Regenwald
• Austrocknungsexperiment
• Trockenstress
• hydraulische Leitfähigkeit
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• Blattmorphologie
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• drought stress
• hydraulic conductivity
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• leaf morphology
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• tree height
• vessel anatomy
• wood density
• 42
• W 000

Licence

• https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/

Language dc:language

eng

Identifier

https://dx.doi.org/10.53846/goediss-410
urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2741-0
webdoc-2741
644935375

OAI identifier oai:identifier

oai:ediss.uni-goettingen.de:11858/00-1735-0000-0006-ADD8-8