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Solute fluxes via bulk precipitation, throughfall & stemflow in a humid tropical lowland rainforest, Costa Rica

Florian Hofhansl

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Wolfgang Wanek

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DOI

10.25365/thesis.23013

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30248.38660.205665-3

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Tropische Regenwälder könnten eine große Rolle in der globalen Kohlenstoffbilanz spielen, da sie als eine der größten terrestrischen C-Senken angesehen werden. Anhand vieler Studien wird deshalb versucht den Beitrag und die Verteilung von Nährstoffflüssen in Ökosystemen zu quantifizieren. Wüsste man erst einmal über momentane Umsatzraten bescheid, könnte man vorhersehen wie sich Veränderungen der Nährstoffzusammensetzung in Zukunft auf ein Ökosystem auswirken. Derzeit besteht die Möglichkeit dass sich der Status der tropischen Regenwälder als C-Senken aufgrund von anthropogenen Eingriffen (Abholzung von Regenwäldern, Landwirtschaft und vermehrter Düngereintrag) insofern umkehren könnte, als dass sie letztendlich zu C-Quellen werden könnten. Im Zuge dieser Diplomarbeit in einem tropischen Tieflandregenwald in Costa Rica wurde in mehreren Arbeitsgruppen versucht die Dynamik und Stoffflüsse des außerordentlich diversen Ökosystems zu quantifizieren. Die Datenerhebung umfasste zahlreiche Aufnahmen: Angefangen von der Ausweisung der vorgesehenen Untersuchungsflächen, Messung des pflanzlichen Biomasse-Zuwachs mittels Dendrometerbändern, Besammlung von Laubstreu und Charakterisierung des C/N-Verhältnisses, über die Bestimmung der Flussmengen von Kronentrauf, Stammabfluss und des Bodenwassergehalts, bis hin zu Untersuchungen der Nährstoff-turnover Prozesse anhand von pool-dilution Experimenten mittels stabiler Isotope. Es wurden insbesondere die Stoffflüsse und Quellen der häufigsten Nährstoffe, in Form von DOC, DON und der An- und Kationen Cl-, NO3-, SO42-, PO43- und Na+, K+, NH4+, Mg2+ und Ca2+ untersucht und deren Herkunft und Verteilung in einem tropischen Waldökosystem beschrieben. Dazu wurden Proben von Laubstreu, Regenwasser, Kronentrauf, Stammabfluss und Bodenwasser zur Beantwortung der Fragestellungen betreffend der Dekomposition, nutrient use efficiency (NUE) und turnover Prozesse des Ökosystems Regenwald entnommen und in konservierter Form zur Analyse an das Department überstellt. Die darauf folgende Laborarbeit bezog sich vor allem auf die Quantifizierung des gesammelten Probenmaterials durch Analyse von Bodenextrakten, Blattmaterial, Groblitter und Wasserproben. Für die Bestimmung und Auswertung der Stoffflüsse der Hydrologie wurden Analysen mittels HPLC-Ionenchromatographie, Massenspektrometrie, Photometrie und TOC/TN Analysen verwendet. Die Studie ergab im Wesentlichen, dass der Eintrag von Nährstoffen durch Freilandniederschlag, Kronentrauf und Stammabfluss im Zeitraum von einem Jahr extremen Schwankungen unterliegt, welche auf mehrere Faktoren zurückzuführen waren. Hauptsächlich bestimmten die Faktoren: Saisonalität, Topographie, Geologie, Sukzession etc. die Nährstoffverfügbarkeit auf den unterschiedlichen Standorten. Es konnten auch gemeinsame Quellen betreffend der Herkunft von Nährstoffen ausgewiesen werden. So wurden Na, Cl, Mg und SO4 etwa hauptsächlich durch Verdunstungsprozesse an der Meeresoberfläche eingebracht während Stoffflüsse von NO3 und PO4 der besseren Versorgung von Nährstoffen auf unterschiedlich situierten Standorten zugewiesen werden konnten. Obwohl Unterschiede im Diversitäts- und Blattflächenindex zwischen verschiedenen Sukzessionsstadien nachgewiesen werden konnten, war es nicht möglich die Zusammensetzung der Baumarten der einzelnen Standorte mit den Nährstoffflüssen zu korrelieren. Dies mag daran liegen das der ausgesprochene Artenreichtum von über 200 Baumarten in der Region des Esquinas Nationalparks, die unterliegenden Differenzierungen betreffend der Zusammensetzung und Verteilung von Nährstoffen in diesem tropischen Ökosystem überschattet. Tropische Regenwälder gehören zu den diversesten Ökosystemen der Erde und daher wird es weiterhin eine Herausforderung bleiben darin Stoffflüsse zu messen, zu quantifizieren und zu beschreiben. Diese Studie bietet einen weiteren Einblick in die Funktionen und Mechanismen von Nährstoffflüssen, welche in Zukunft hinsichtlich der Kohlenstoff-Bilanz, besonders in Zeiten globaler Erwärmung, von erhöhter Bedeutung sein könnten.

Abstract

(Englisch)

Tropical rainforests are considered to play major roles as sinks in the planet’s carbon budget; therefore numerous studies try to quantify the input, cycling and dispersal of nutrients. By calculating present states and turnover rates we will be able to foresee the impact of shifts in nutrient fluxes in future scenarios (e.g. global warming caused by the alteration of pristine landscapes) which may invert the current status insofar as tropical regions might soon act as carbon source instead. In this study measurements of Bulk Precipitation, throughfall and stemflow were used to investigate nutrient fluxes in three forest sites in different stages of succession. Collectors for throughfall (n=45), stemflow (n=36), soil water content (n=9) and litter percolate (n=6) were put into three forest sites of 0.12 hectares each, and sampled on event basis up to intervals of two weeks over a period of 2 years. Nutrients (H+, Na+, HH4+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, NO32-, CO32-, SO42-, PO43-, DOC and DON) were determined by HPLC (Dionex) and tested statistically to investigate significant differences between sites by one-way and two-way ANOVA, after log normalization of data, and Tuckey-HSD post-hoc test. Here, we constitute an innovative approach for the quantification of nutrient inputs via net throughfall fluxes (NTF) deriving from BP and DD, based on the multiple regression model (Lovett & Lindberg 1984) which announced that the role of canopy exchange is of major importance in terms of tropical nutrient cycling, whereas the influence of dry deposition was weak since largely independent of rainfall. We moreover investigated the major controls on NTF such as soil fertility, topography, canopy structure and species assemblage. The use of a Sun Scan probe (estimating canopy closure) did reveal significant differences between forest sites, but spearman-rank correlation of NTF and canopy closure showed no significant coherency. Investigating species inventory, Fisher’s alpha diversity index, ANOSIM and SIMPER analysis indicated differences in species composition between pristine and secondary forests. However, relating resemblance matrices showed no significant influence of species assemblages on nutrient composition of forest sites. The clustering of nutrients revealed by PCA gave insight on origin and sources of associated solutes in NTF.

Autor*innen

Florian Hofhansl

Haupttitel (Englisch)

Solute fluxes via bulk precipitation, throughfall & stemflow in a humid tropical lowland rainforest, Costa Rica

Publikationsjahr

2008

Umfangsangabe

90 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Wolfgang Wanek

Klassifikationen

42 Biologie > 42.90 Ökologie: Allgemeines ,

42 Biologie > 42.91 Terrestrische Ökologie

AC Nummer

AC06786331

Utheses ID

20573

Studienkennzahl

UA | 444 | | |

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Schlagwörter