Below-ground carbon dynamics as a function of climate variability in undisturbed soils of a neotropical rain forest

Göttingen

2002

133 S.

zahlr. Lit. Ang.

Bandaufführung

106407

In einer mehrjährigen Studie wurde die unterirdische Kohlenstoffdynamik eines immerfeuchten tropischen Regenwaldes untersucht. Das Untersuchungsgebiet, die biologische Station La Selva, liegt im atlantischen Tiefland von costa Rica. Das Klima ist geprägt durch einen hohen Jahresniederschlag (~4 200 mm) und einer mittleren Jahrestemperatur von 24,6 °C. Die Böden des Gebietes sind vulkanischen Ursprungs. Die Untersuchung wirde sowohl auf alten alluvialen Terassen ('old alluvium') wie auch auf stark verwitterten Residualböden ('residual') durchgeführt. Die Hauptziele der Untersuchung waren: (i) Quantifizierung der Bodenrespiration auf zwei verschiedenen Bodentypen, (ii) Berechnung der CO2 Produktionsraten in verschiedenen Bodentiefen, (iii) Ermittlung des Einflusses von Bodentemperatur und Bodenwassergehalt auf die CO2 Produktion und Bodenrespiration, (iv) Beschreibung der Prozesse die die vewrtikale Verteilung der CO2 Konzentration in der Bodenluft beeinflussen und (v) Quantifizierung des Anteils an gelöstem organischen Kohlenstoff und Stickstoff sowie die biologische und chemische Charakterisierung des gelösten organischen Kohlenstoffs in Abhängigkeit der Bodentiefe. Dazu wurden seit April 1998 auf insgesamt 6 Flächen in zweiwöchentlichem Abstand eine Vielzahl von Messungen durchgeführt. Zur Charakterisierung der Bodenrespiration wurden auf jeder Fläche 8 Hauben installiert. Die Respirationsmessungen erfolgten mit einem tragbaren CO2-Gasanalysator. Parallel dazu wurde in in 0,05 cm Bodentiefe Bodentemperatur und Bodenfeuchte gemessen. Auf jeder Fläche wurde eine 3 bis 4 m tiefe Profilgrube angelegt. In verschiedenen Tiefenstufen wurden Sonden zur Gasprobeannahme, Temperatursensoren, FDR sonden zur Bodenwassergehaltsbestimmung und Saugkerzen istalliert. Die tiefenabhängigen Diffusionskoeffizienten wurden mit Hilfe von empirischen Formel ermittelt und gegen Radonprofile abgeglichen. Die Berechnung der CO2 Produktionsrate erfolgte auf der Basis der errechneten Diffusionskoeffizienten und gemessenen CO2 Konzentrationen. Die wichtigsten Ergebnisse sind: 1. Auf den 'old alluvium' Flächen war die Bodenrespiration (1l Mg ha -1 a -1) um 20 % niedriger als auf den 'residual' Flächen (14 Mg ha -1 a -1). Für Waldökosysteme in den feuchten Tropen werden in der Literatur Respirationsraten zwischen 9 und 20 MG ha -1 a -1 genannt. die räumliche Variabilität der CO2 Emissionen stand im Zusammenhang mit dem Bodenkohlenstoffgehalt, der Feinwurzelbiomasse und der Phosphatkonzentration. 20 bis 50 % der zeitlichen Variabilität der Bodenrespiration ließen sich mit dem Bodenwassergehalt beschreiben, Geringe CO2 Emissionen wurden sowohlk bei niedrigen wie auch bei sehr hohen Bodenwassergehalten gemessen. Bei Wassergehalten zwischen 0,35 und 0,50 cmß cm -3 wurde ein Optimum der Respiration gestgestellt. Im Oberboden waren Bodentemperatur und Bodenwassergehalt negativ korreliert. Dadurch war es nicht möglich den Einfluss von Bodenwassergehalt und Bodentemperatur auf die Respiration zu trennen. 2. In den oberflächennahen Schichten wurden in der Bodenluft CO2 Konzentrationen zwischen 0,5 und 1,0 % gemessen. Bei hohen Bodenwassergehalten stieg die CO2 Konzentration im Oberboden zeitweise bis auf 3 % an. Mit zunehmender Profiltiefe nahm der Gehalt an CO2 in der Bodenluft zu. In 2,5 m Tiefe wurden in der Bodenluft ein durchschnittlicher CO2 Gehalt von 3 % gemessen. Unterhalb von 1 m Bodentiefe waren 90 % des kohlendioxids im Bodenwasser gelöst. 3. Die CO2 Produktion (85 - 90 % der Gesamt CO2 Emission) konzentrierte sich auf die obersten 0,5 m des Bodenprofils (inkl. Streuschicht) und war durch den Bodenwassergehalt beeinflusst. Die CO3 Produktion in 1 - 2 m Tiefe war mit der solaren Einstrahlung korreliert. Auf den 'old alluvium' Flächen wurde in 2 - 3 m Tiefe eine Abhängigkeit der CO2 Produktion von der Bodentemperatur festgestellt. 4. Der Eintrag an gelöstem organischem Kohlenstoff ist gering verglichen mit den Kohlenstoffmengen die in Form von Streufall in den Boden eingetragen wurden (< 10 %). Durch die hohe Sorptionsfähigkeit der tonhaltigen Böden wurden 80 % des eingetragenen DOC im Boden zurückgehalten. Nitrat war die dominierende Stickstoffverbindung in der Bodenlösung. Dies wurde auch in anderen N-gesättigten Wäldern beobachtet. Die vorliegende Arbeit macht deutlich, dass in diesen tief verwitterten Böden vor allem auch die Prozesse in den tieferen Bodenschichten (>1m) untersucht werden müssen, da dort hohe Mengen an Kohlenstoff gespeichert sind (>100 Mg ha -1). Bis zu 30 % dieser vorröte sind 'Metastabil' und können bei Landnutztungsänderungen innerhalb von wenigen Jahrzehnten abgebaut werden.