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Stand structure and tree increment of a tropical lowland rainforest in Costa Rica
Eva-Maria Pölz
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*innen
Andreas Richter ,
Wolfgang Wanek
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.18422
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29395.84103.991955-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Anthropogen verursachte CO2 Emissionen steigen nach wie vor an und während Teile davon in der Atmosphäre akkumulieren und zur globalen Erwärmung beitragen, nehmen Ozeane einen anderen Anteil davon auf. Der verbliebene Teil jedoch wird aller Wahrscheinlichkeit nach von der terrestrischen Vegetation und ihren Böden gebunden. Tropische Regenwälder fixieren und speichern eine größere Menge an Kohlenstoff als jedes andere Biom und sind daher ein sehr wichtiger Kohlenstoffpool. Bis jetzt ist jedoch wenig darüber bekannt wie diese sensiblen Ökosysteme auf den fortschreitenden globalen Klimawandel reagieren werden. Aktuelle globale terrestrische Biosphärenmodelle und empirische Messungen variieren sehr stark in ihren Voraussagen bezüglich zukünftigen Interaktionen von Biosphäre und Atmosphäre, oder bezüglich Reaktionen des Ökosystems auf den Klimawandel und die ansteigende Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre. Neuere Ergebnisse lieferten bis jetzt keine klaren Antworten auf die Frage ob tropische Regenwälder trotz des globalen Klimawandels eine Kohlenstoffsenke bleiben oder sich im Gegenteil zu einer zusätzlichen Kohlenstoffquelle wandeln werden. In vielen Studien zeigten biometrische und mikrometeorologische Daten, dass man in den meisten untersuchten Wäldern in den Neotropen kaum von einer konstant starken Kohlenstoffsenke sprechen kann. Einige von ihnen könnten stattdessen sogar ihre Biomasseproduktion deutlich reduzieren wenn zukünftige Klimaszenarien tatsächlich auch nur wenig trockener und/oder wärmer ausfallen. Große Mengen an Kohlenstoff lagern in den Tropen über Jahrhunderte hinweg fest eingebunden in mineralische Bodenschichten. Kurzfristige Umlagerungen im Kohlenstoffkreislauf finden in der Biomasse statt, da Kohlenstoff in lebenden Bäumen nur eine vergleichsweise geringe Verweildauer von einigen Jahrzehnten aufweist. Wir sprechen von Wäldern als Kohlenstoffsenken weil sie durch Photosynthese atmosphärischen Kohlenstoff fixieren, und als Quellen, da sie Kohlenstoff im Zuge von sowohl autotropher als auch heterotropher Atmung freisetzen. Die Bilanz von Photosynthese, Atmung und Dekomposition in einem Ökosystem variiert mit den Tages- und Jahreszeiten. Eine verbreitete Variable um die Photosyntheseaktivität eines Waldes und schließlich auch die Aufnahme von Kohlenstoff durch den Wald zu messen ist die Nettoprimärproduktion (NPP). Unter den Anteilen zur Nettoprimärproduktion sticht die oberirdische Biomasse (AGB) hervor, da sie mengenmäßig eine wesentliche Rolle spielt und relativ einfach zu ermitteln ist. Auf der anderen Seite sind kurzfristige Ereignisse wie das El Niño and Southern Oscillation (ENSO) Phänomen gut geeignet um die Sensitivität von tropischen Ökosystemen gegenüber klimatischen Veränderungen zu untersuchen, da diese Naturerscheinung periodisch wiederkehrende Klimaschwankungen mit sich bringt, ähnlich denen, die für langfristigen globalen Klimawandel vorausgesagt werden. Diese Studie untersuchte die Einflüsse auf den Holzzuwachs in einem tropischen Tieflandregenwald in der Provinz Puntarenas in Costa Rica. Dazu wurden drei bereits angelegte Untersuchungsflächen genutzt, die sich in ihren topographischen Eigenschaften und in ihrem Sukzessionsstadium unterscheiden: ein sekundärer Hangwald, ein primärer Hangwald und ein primärer Kammwald. Anzahl, Grundfläche und Biomasse aller Bäume in verschiedenen Größenklassen, sowie Anzahl und Biomasse von Totholz wurde in den Untersuchungsflächen aufgenommen bzw. ermittelt und verglichen, um einen Einblick in die Waldstruktur zu bekommen. Um Aufzeichnungen über das Mikroklima in den einzelnen Standorten zu erhalten wurden Datenlogger im Unterwuchs und im Boden installiert, die Bodentemperatur, Lufttemperatur und Luftfeuchte erfassten. Auf der Tropenstation La Gamba wurden Werte zu photosynthetisch aktiver Strahlung (PAR), Lufttemperatur und Niederschlag gemessen. Um das Wachstum der Bäume mit einem Durchmesser größer als 10 cm untersuchen zu können wurden Dendrometerbänder in Brusthöhe am Stamm der Bäume installiert und der Durchmesser in Brusthöhe (dbh) monatlich abgelesen. Kleinere Bäume wurden mit einer Schublehre alle drei Monate vermessen. Die so erfassten Zuwachsdaten über einen Zeitraum von 5 Jahren wurden auf ihre Beziehung zu Topographie, Größenklassen der Bäume und Familienzugehörigkeit hin untersucht, beziehungsweise auf Zuwachsschwankungen im Bezug auf verschiedene Monate und Jahre. Für Bäume unter 10 cm Durchmesser und Bäume mit einem Durchmesser über 10 cm wurden diverse allometrische Gleichungen gestestet um von ihrem Durchmesser auf die Biomasse hochzurechnen. Diese wurden getestet und verglichen und schließlich für jede der 2 Größenklassen die passendste ausgewählt. Mit den so erhaltenen AGB Datensätzen wurde der Biomassezuwachs auf zeitverzögerte Reaktionen auf saisonale Klimaschwankungen untersucht. Ebenso wurde nach signifikanten Zuwachsschwankungen zwischen den einzelnen Jahren und nach deren klimatischen Auslösern- vor allem im Hinblick auf ENSO- gesucht. Der jährliche dbh- Zuwachswert, gemittelt über 5 Jahre, war mit 3.72 ± 0.23 mm für Bäume mit dbh > 10cm und 1.22 ± 0.07 mm für Bäume dbh < 10 cm sehr hoch verglichen mit Werten aus der Literatur. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass die Topographie und das Sukzessionsstadium größeren Einfluss auf das Wachstum zu besitzen scheinen als das Mikroklima. Vor allem der Sekundärwald hatte signifikant höhere Zuwachsraten als die Primärwälder. Kleine Bäume bis zu einem Durchmesser von 10 cm oder einer Höhe bis zu 5 m wiesen das höchste relative Wachstum auf, vor allem im Sekundärwald, was auf die spezielle Artenzusammensetzung mit einer hohen Dichte von schnell wachsenden Pionierbäumen zurückzuführen ist. 2010/11 kann als extremes La Niña Jahr charakterisiert werden und fiel durch besonders hohe Wachstumsraten auf, ansonsten jedoch konnte kein signifikanter Zusammenhang zwischen AGB- Zuwachs und ENSO- Phasen entdeckt werden. Das könnte am zeitverzögerten Reaktionspotential von Ökosystemen von bis zu einem Jahr nach einem starken Klimaereignis liegen, Solche Trends und Zusammenhänge sind jedoch mit dem vorliegenden Datensatz von 5 Jahren nur schwer statistisch signifikant nachweisbar. Was sehr wohl festgestellt werden konnte war ein zeitverzögerter saisonaler Effekt von Niederschlag, sowie der Anzahl der Trockentage pro Monat auf den Zuwachs an Biomasse, während Temperaturschwankungen im Unterschied dazu eine eher geringere Rolle zu spielen schienen. Zusammenfassend zeigte diese Studie, dass Wälder in verschiedenen topographischen Positionen unterschiedlich sensibel auf klimatische Schwankungen innerhalb eines Jahres und zwischen den Jahren reagieren, und damit wohl auch unterschiedlich auf zukünftige Klimaveränderungen.
Abstract
(Englisch)
Given the proceeding change in global climate little is known yet on how tropical forest ecosystems will react - ecosystems which are known for storing large amounts of carbon in their vegetation and soils because of their high productivity. Latest results differed whether tropical forests will still act as carbon sinks or on the contrary will become carbon sources under global change. Analyzing growth patterns and therefore carbon accumulation in different forest sites along with climatic parameters is one possible strategy to find out more about future scenarios of tropical rainforest responses. This study focused on diameter at breast height (dbh) and aboveground biomass (AGB) growth at three sites differing in topographic and successional conditions. A secondary slope forest, a primary slope forest and a primary ridge forest in the Esquinas Rainforest, Costa Rica were investigated for differences in dbh and AGB increments, forest structure and microclimate. Stand structure turned out not to be significantly different while microclimate differed in minimum soil temperature being lowest in the primary ridge forest and lowest maximum air temperature in the primary slope site. Tree growth rates according to sites, family level, dbh and height size classes, months, years and various climatic factors such as rainfall, air temperature, number of dry days or multivariate ENSO index were analyzed with data collected over 5 years. Mean annual dbh increment (averaged over 5 years) in the Esquinas rainforest was very high, i.e. 3.72 ± 0.23 mm for trees with dbh>10 cm and 1.22 ± 0.07 mm for trees with dbh<10 cm. Successional stage played a considerable role as the secondary site showed significantly higher gain in tree increment than the primary sites due to large contributions of fast growing pioneer species. Interactions between growth patterns and interannual climate were investigated but no significant correlation between tree increment and ENSO phases could be demonstrated. A time delay of the effect of rain fall and dry days per month on AGB increments could be proved, while air temperature had little effect. The data therefore indicate that forests in different topographic positions are differently sensitive to intra- and interannual changes in climate, and therefore are expected to differently respond to future climate change.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Climate change diameter growth rate tropical rainforest AGB increment ENSO forest structure microclimate
Schlagwörter
(Deutsch)
Klimawandel dbh Zuwachs tropischer Regenwald AGB Zuwachs ENSO Waldstruktur Mikroklima
Autor*innen
Eva-Maria Pölz
Haupttitel (Englisch)
Stand structure and tree increment of a tropical lowland rainforest in Costa Rica
Paralleltitel (Deutsch)
Bestandesstruktur und Zuwachs eines tropischen Tieflandregenwaldes in Costa Rica
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
73 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andreas Richter
Klassifikation
42 Biologie > 42.90 Ökologie: Allgemeines
AC Nummer
AC09021449
Utheses ID
16505
Studienkennzahl
UA | 444 | | |
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