In the semiarid Southwestern United States, prolonged drought conditions since the early 2000s have resulted in widespread declines of the vegetation productivity in this water-constrained ecosystem, as revealed by analyses of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). However, the spatial pattern of the NDVI response to dry years is not uniform: a divergent response of NDVI to precipitation is observed between the low-lying desert and the high montane forests at elevations above 2,500 meter. Weanalyzed relationships between 15 years of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) NDVI and gridded climate data (PRISM) along elevation gradients at scales from regional to local. Our elevation-explicit analysis captures the transition from water-limited to temperature-limited ecosystems, with a sign-reversal in the correlation coefficient between precipitation and NDVI observed at about 2,500-3,000m altitude. Wesuggest warmer temperatures and less snow cover associated with drier years as explanations for high elevation gains in vegetation productivity during dry years.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-05-17T13:11:30Z No. of bitstreams: 1 PDF - Fabrício Correia Diniz.pdf: 1709834 bytes, checksum: 43e4f8c72a3f970f3e159f409f5fad74 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2016-07-21T20:41:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Fabrício Correia Diniz.pdf: 1709834 bytes, checksum: 43e4f8c72a3f970f3e159f409f5fad74 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-21T20:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Fabrício Correia Diniz.pdf: 1709834 bytes, checksum: 43e4f8c72a3f970f3e159f409f5fad74 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / The composition and structure of the shrub and tree vegetation along the altitudinal gradient are reflections of environmental heterogeneity resultant from the interaction of several variables, resulting in the formation of distinct floristic arrangements. Aimed to evaluate and understand the formation and variance of shrub-tree communities along na altitudinal gradient in Brazilian semiarid according to variables abiotic and biotic. The search was accomplished along an altitudinal gradient in Serra da Arara in São João do Cariri/PB. It was established 100 permanent plots distributed in four transects 25 and each with 100 m², forming a continuum in the gradient, distant from one another 10 m, two on the slope northeast of the mountain range and two in the southeast side, including all plants with height ≥ 1 meter and DNS (diameter at ground level) ≥ 3 cm. Measured weekly rainfall, humidity, temperature and winds peed at three locals situated in the altitudes (up to 500 m), foot; (up to 600 m) intermediate altitude; (> 600 m) in the top and each parcel were measured the altitude, ground slope, soil depth, rockiness, amount of burlap and presence of terrestrial bromeliads. There was the formation of two distinct floristic groups, one (G1) at the lower altitudes (between 479 to 563 meters) and other (G2) in the higher altitudes plots (between 564 to 653 meters) with composition and structure that differed significantly. The rainfall, humidity, temperature and winds peed can not explain the formation of floristic groups. The altitude, the presence of Bromeliaceae and amount of burlap are the predictive variables which together with the slope, rockiness and soil depth influence on the formation of groups formed along the gradient. Conclude that these variables jointly with the species in each habitat floristic group act as filters, resulting in na environmental heterogeneity with distinct microhabitats forming. / A composição e estrutura da vegetação arbustiva-arbórea ao longo do gradiente altitudinal são reflexos da heterogeneidade ambiental resultante da interação de diversas variáveis, resultando na formação de arranjos florísticos distintos. Objetivou-se avaliar e compreender a formação e divergência de comunidades arbustivo-arbóreas ao longo de um gradiente altitudinal no semiárido brasileiro de acordo com variáveis abióticas e bióticas. O trabalho foi realizado ao longo de um gradiente altitudinal na Serra da Arara em São João do Cariri/PB. Estabeleceu-se 100 parcelas permanentes distribuídas em quatro transectos de 25 e cada uma com 100 m², formando um continuum no gradiente, distando uma da outra 10 m, dois na vertente nordeste da serra e dois na vertente sudeste, incluindo todas as plantas com altura ≥ 1 metro e DNS (diâmetro ao nível do solo) ≥ 3 cm. Mediu-se semanalmente a pluviosidade, umidade, temperatura e velocidade do vento em três pontos localizados nas altitudes de (até 500 m), sopé; (até 600m), altitude intermediária; (> 600 metros), topo e em cada parcela foram medidas a altitude, declividade do terreno, profundidade do solo, rochosidade, quantidade de serapilheira e presença de bromélias terrestres. Houve a formação de dois grupos florísticos distintos, um (G1) nas menores altitudes (entre 479 a 563 metros) e o outro (G2) as parcelas de maiores altitudes (entre 564 a 653 metros), com composição e estrutura que diferiram significativamente. A pluviosidade, umidade, temperatura e velocidade do vento não conseguem explicar a formação dos grupos florísticos. A altitude, presença de Bromeliaceae terrestres e quantidade de serrapilheira constituem as variáveis preditivas que juntamente com a declividade, rochosidade e profundidade do solo influenciam na formação dos grupos formados ao longo do gradiente. Conclui-se que estas variáveis juntamente com as espécies em cada grupo florístico atuam como filtros de habitat, resultando numa heterogeneidade ambiental com formação de microhabitats distintos.

Heavy metals, such as mercury (Hg), have a long residence time in the atmosphere and can be transported long distances and deposited in the Arctic via wet and dry deposition. Still, there are few studies on the complex mercury cycle and how different plant groups absorb Hg. In this study, I investigated if and/or how Hg concentrations differ between different humus soils in tundra vegetation types in Alaska and Abisko. I also investigated the potential changes in Hg deposition with increasing elevation in Abisko (500, 750, and 1000 m a.s.l). Further, a comparison between the analyzing methods XRF (X-ray fluorescence) and HF digestion was evaluated to investigate if XRF is a suitable method for analyzing heavy metals in the humus layer of soils. To achieve this, humus soil samples from four different vegetation types in Alaska and two from Abisko were analyzed with a Hg analyzer (DMA-80 Direct Mercury Analyzer) and a handheld XRF. The results show that Hg concentration was highest in heath vegetation for Alaska and Abisko. Meanwhile, increasing elevation had no impact on Hg concentration in general, nor was there a difference within the two vegetation types. The comparison between HF digestion and XRF resulted in a positive linear relationship for P, Fe, and Al. The results highlight that Hg concentration differs between humus soil due to different vegetation types, although there is no clear explanation to the distribution of Hg in aboveground vegetation. Litterfall and precipitation may influence Hg concentrations with elevation, and the XRF samples need to be replicated multiple times to avoid errors, as my study shows.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(農学) / 甲第21968号 / 農博第2358号 / 新制||農||1070(附属図書館) / 学位論文||R1||N5219(農学部図書室) / 京都大学大学院農学研究科地域環境科学専攻 / (主査)教授 北山 兼弘, 教授 小杉 緑子, 教授 舟川 晋也 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DGAM

Montane forests provide habitat for unique assemblages of flora and fauna that contribute significantly to a region’s biodiversity. Previous work indicates that montane forest ecosystems are exceedingly vulnerable to a host of anthropogenic stressors including climate change, atmospheric deposition, and recreation, to name a few. Montane forests and other high elevation ecosystems are considered to be among the first and most severely impacted by climate change. It is therefore, imperative to evaluate anthropogenic impacts on montane ecosystems and maintain reliable monitoring methods that are capable of tracking potential shifts in the distribution of species dependent on these systems. I surveyed birds at various distances from hiking trails in the White Mountain National Forest from 2006 - 2009 to determine whether existing monitoring programs, all of which are based on trail-centered surveys, are accurately reflecting bird abundance, abundance stability and recruitment. Contrary to previous studies, I found that recreational trails generally did not alter estimates of abundance, recruitment, abundance stability, and detection probability for five species of birds considered to be indicators of montane forest ecosystem integrity in northeastern North America. Therefore, trail-based monitoring programs for montane birds appear to accurately reflect dynamics of bird communities undisturbed by hiking trails. These conclusions were supported by my finding that the daily nest survival of a montane spruce-fir indicator species, blackpoll warbler (Steophaga striata), did not vary as a function of distance from trail. I then used data from the White Mountain National Forest’s montane bird monitoring program from 1994 through 2009 to assess potential shifts in the elevational distribution of montane birds in conjunction with documented habitat shifts in the region. My results provide evidence that low elevation forest birds have expanded their upper elevational boundary while high elevation birds have expanded their lower elevation boundary. These results highlight the complicated relationship between habitat, climate, and other anthropogenic stressors such as atmospheric deposition and that even in the face of climate change other stressors may be playing a significant role in shifts of species distributions. Understanding how climate affects the reproductive ecology of montane organisms is an important step toward unraveling the potential mechanisms by which climate change will alter the distribution of these species. I used blackpoll warbler breeding data from the Green Mountains, VT from 1994 to 2003 to determine if temporal variation in climate influenced blackpoll nesting initiation and found that years with warm Mays and typical precipitation lead to earlier nest initiation. I also examined the effect of spatial variation in climate on blackpoll reproductive ecology and demography. I found a gradient in habitat quality associated with the spatial variation in climate along an elevation gradient. Blackpolls were less abundant, younger, had lower pairing success, lower daily nest survival, higher nest predator occupancy, and lower fecundity at lower elevations. The climatic conditions at these lower elevations represent the climatic conditions predicted to encompass increasingly larger portions of montane areas. Collectively, these findings contribute to filling in a dearth of knowledge regarding management and an understanding of how species dependent on montane ecosystems are responding to climate change.

Heavy metals, such as mercury (Hg), have a long residence time in the atmosphere and can be transported long distances and deposited in the Arctic via wet and dry deposition. Still, there are few studies on the complex mercury cycle and how different plant groups absorb Hg. In this study, I investigated if and/or how Hg concentrations differ between different humus soils in tundra vegetation types in Alaska and Abisko. I also investigated the potential changes in Hg deposition with increasing elevation in Abisko (500, 750, and 1000 m a.s.l). Further, a comparison between the analyzing methods XRF (X-ray fluorescence) and HF digestion was evaluated to investigate if XRF is a suitable method for analyzing heavy metals in the humus layer of soils. To achieve this, humus soil samples from four different vegetation types in Alaska and two from Abisko were analyzed with a Hg analyzer (DMA-80 Direct Mercury Analyzer) and a handheld XRF. The results show that Hg concentration was highest in heath vegetation for Alaska and Abisko. Meanwhile, increasing elevation had no impact on Hg concentration in general, nor was there a difference within the two vegetation types. The comparison between HF digestion and XRF resulted in a positive linear relationship for P, Fe, and Al. The results highlight that Hg concentration differs between humus soil due to different vegetation types, although there is no clear explanation to the distribution of Hg in aboveground vegetation. Litterfall and precipitation may influence Hg concentrations with elevation, and the XRF samples need to be replicated multiple times to avoid errors, as my study shows.

Los suelos de los bosques tropicales desempeñan un papel importante en el clima de la Tierra mediante el intercambio con la atmosfera de grandes cantidades de gases de efecto invernadero (GEI). Sin embargo, esta importante función podría ser alterada por las actividades humanas causando el aumento en la deposición de nutrientes en los ecosistemas terrestres, especialmente en las regiones tropicales. Las causas de cómo el incremento de las cantidades de nutrientes está afectando los flujos de suelo de los GEI de los bosques tropicales es relativamente poco conocida, por ello los monitoreos de nutrientes in situ de los bosques montanos tropicales (BHT) son aún menos comprendidos. Ya que los BHT representan alrededor del 11-21% de la superficie forestal tropical, es de vital importancia predecir y cuantificar los cambios en los flujos de GEI del suelo en respuesta a la adición de nutrientes ya que podrían favorecer la retroalimentación a otros cambios globales. Esta tesis tiene como objetivo cuantificar el impacto de adición moderada de nitrógeno (N) y/o fósforo (P) en los flujos de tres GEI en suelo: dióxido de carbono (CO2), óxido nitroso (N2O) y el metano (CH4), a lo largo de un gradiente altitudinal (1000 m, 2000 m, 3000 m) de los BHT primarios en el sur de Ecuador. Desde hace más de cinco años, se ha medido los flujos de GEI del suelo en un experimento de manipulación de nutrientes (‘NUMEX’, por sus siglas en inglés), con replicas para control, y la adición de N (50 kg N ha-1 año-1), P (10 kg P ha-1 año-1) y N+P. Las mediciones in situ se realizaron mensualmente utilizando cámaras ventiladas estáticas, seguido por un análisis de cromatografía de gases para conseguir una perspectiva más profunda sobre los procesos implicados en el intercambio suelo-atmósfera de GEI. Se realizaron nuevas investigaciones incluyendo el monitoreo de factores básicos de control (i.e. temperatura del suelo, humedad y las concentraciones del N mineral), los diferentes componentes de los flujos de CO2 del suelo, tasas de reciclaje netos de N y fuentes de los flujos de N2O del suelo. Con este propósito, se utilizó la extracción de hojarasca y técnicas de excavación de zanjas (trenching technique), incubación de las muestras in situ (buried bag method) y el etiquetaje de 15N de corto plazo. Los flujos de GEI del suelo en los bosques que estudiados se mostraron en el rango de aceptado de los flujos de gases de otras BHT en elevaciones comparables, excepto para el N2O. Los flujos de N2O, que se derivan principalmente de la des nitrificación, fueron bajos para un TMF lo que se puede atribuir a los ciclos conservativos de N del suelo en nuestros sitios de estudios. Los suelos fueron fuentes de CO2 y N2O (la intensidad del recurso disminuye al aumentar la altitud) y en todas las elevaciones el CH4 es bajo. Encontramos efectos de los nutrientes en todos los flujos de GEI medidos en cada elevación. Las respuestas de los flujos de CO2 del suelo cambian con la duración y el tipo de nutrientes adicionado. En 1000 m, la adición del N no afecta los flujos de CO2 del suelo, mientras que las adiciones de P y N+P disminuyeron los flujos en el primer y cuarto a quinto año. En 2000 m., la adición de N y N+P incrementa los flujos de CO2 en el primer año; a partir de entonces, la adición del N disminuye los flujos mientras que la adición de N + P no mostro ningún efecto la adición de P carece de efectos. En 3000 m, la adición de N además incrementó los flujos de CO2 constantemente; la adición de P y N+P aumentaron los flujos sólo en el primer año a partir de entonces no existió ningún efecto. Los efectos diferenciales de los nutrientes estuvieron relacionados a un estatus del N y P y respuestas variadas de los componentes de la respiración del suelo. Las respuestas de los flujos de N2O y CH4 a la adición de nutrientes mostraron gran variabilidad entre años. Los flujos de N2O no se vieron afectados por la adición de tres a cinco años de N a pesar de las diferencias significativas observadas durante los dos primeros años del mismo experimento. Atribuimos la ausencia de las respuestas en años mas tardíos debido a los contenidos bajos de humedad del suelo en nuestro periodo de monitoreo 2010-2012. En todo el gradiente altitudinal, la adición de P disminuyó los flujos de N2O y las concentraciones de N mineral, presumiblemente debido a que alivió de la limitación del P en la producción primaria neta, lo que aumentó la captación de N a través de las plantas. La adición de N+P además mostró tendencias similares las respuestas a la adición de N solamente, pero con efectos menos fuertes debido a los efectos contrapuestos de la adición de P. Durante los dos primeros años de la adición de nutrientes, los flujos de CH4 no se vieron afectados en ninguna elevación, lo cual atribuimos a la combinación de cantidades moderadas de nutrientes añadidos, la fuerte inmovilización de nutrientes, y la separación de la más alta capacidad de absorción de CH4 en el subsuelo de la superficie del suelo donde se añaden fertilizantes. En el tercer a quinto año, la adición de nutrientes del suelo aumentaron la captación de CH4, aunque los efectos de N y P variaron a lo largo del gradiente altitudinal: en 1000 m, la adición de N y N+P aumentó la captación anual de CH4 a 20-60%; en 2000 m P y N+P incrementaron la captación a 21-50%; y en 3000 m la adición de P y N+P incrementó la captación de CH4 a 34-40%. Estos efectos diferenciales de la adición de nutrientes pueden estar relacionados con el estatus inicial de del suelo y respuesta diferenciales de otros componentes del ecosistema a la adición de nutrientes en cada elevación. Demostramos que los flujos de GEI del suelo y consecuentemente la red potencial de calentamiento global del suelo pueden cambiar considerablemente a lo largo de un gradiente de elevación, siguiendo una tendencia general de disminución con el aumento de la elevación. Los resultados indican además que la elevada deposición de N y P puede afectar los flujos de GEI del suelo en los BHT Andinos, pero las respuestas a los flujos de GEI a la adición de nutrientes depende del estatus inicial de los nutrientes del suelo, la duración de la adición de nutrientes y la variabilidad inter-anual de las condiciones climáticas. Puesto que los efectos de la adición de nutrientes fueron no lineares con el tiempo de exposición y a la par existen complejas interacciones con otros componentes del ecosistema, aún quedan muchas incertidumbres en la predicción exacta de los efectos de la deposición de nutrientes en los flujos de GEI. Sin embargo, ofrecemos los primeros datos sobre los efectos de nutrientes a medio plazo de N, P y N+P en los flujos de los tres principales gases de efecto invernadero del suelo a lo largo de un gradiente altitudinal de los BHT Andina. Nuestros resultados sugieren que la red potencial de calentamiento global de los suelos en todo el gradiente altitudinal podría aumentar ligeramente con la entrada contribución de N, mientras que podría disminuir con el aumento de la contribución de P y N+P.

Les montagnes sont des hotspots de biodiversité dont les réseaux plantes-pollinisateurs constituent un élément central, et où les conséquences du réchauffement climatique sont déjà avérées. Malgré le nombre colossal d’espèces potentiellement affectées par la destructuration du mutualisme entre les angiospermes et leurs pollinisateurs dans ces écosystèmes, les patrons spatio-temporels des communautés de pollinisateurs le long des gradients altitudinaux sont toujours méconnus. La première partie de ce travail propose une analyse des effets de l’altitude et de la phénologie sur l’abondance et la diversité des insectes anthophiles le long d’un gradient altitudinal de 1700 m. Nous montrons qu’il existe une structuration altitudinale et trophique entre les principaux ordres de pollinisateurs (hyménoptères, diptères, coléoptères), avec une nette prédominance des diptères dès 1500 m d’altitude qui s’amplifie jusqu’à la limite supérieure du gradient (2700 m). Ces diptères appartiennent principalement à trois familles (Anthomyiidae, Empididae, Muscidae) qui se structurent également le long du gradient par l’altitude, la phénologie et le choix des plantes visitées. Leur biologie, efficacité pollinisatrice comprise, est encore largement méconnue. Dans un second temps, nous étudions l’écologie de la pollinisation et les causes évolutives du succès d’un groupe central de ces communautés anthophiles, les Empidinae. Nous avons mesuré 1) leur importance relative dans un réseau plantes-visiteurs à l’étage subalpin et 2) leur efficacité pollinisatrice par rapport à celles des autres visiteurs pour une plante de ce réseau (Geranium sylvaticum L.). Nous montrons que les visites d’une grosse espèce d’Empis produisent le même nombre de graines que celles de l’abeille domestique (Apis mellifera L.), pollinisatrice réputée très efficace. Ces résultats suggèrent un rôle majeur des gros Empidinae dans la pollinisation des plantes alpines. Pour comprendre le rôle de la floricolie dans la diversification des Empidinae et l’origine de leur abondance en altitude, nous avons construit une phylogénie moléculaire mondiale sur la base de 4 marqueurs et pour plus de 210 espèces. La plupart des clades d’Empidinae contiennent des espèces qui occupent diverses altitudes, indiquant qu’il n’y a pas de conservatisme de niche impliqué dans leur distribution le long du gradient. L’association angiospermes-Empidinae remonte à la période de fin de radiation des angiospermes et semble, par l’intermédiaire de l’allongement de la trompe, avoir favorisé la radiation évolutive de certains clades en parallèle avec celles des plantes à fleurs. Leur large distribution altitudinale et leur capacité à visiter des morphotypes floraux inaccessibles à d’autres floricoles pourraient leur conférer une importante résistance aux changements globaux. / Mountains are biodiversity hotspots, where the effects of global warming have already been demonstrated in numerous studies. Plant-pollinator networks are a central element of these ecosystems, but, despite the tremendous number of species potentially affected by the disruption of this mutualism, spatial and temporal patterns of pollinator communities along altitudinal gradients are still poorly known. The first part of this work analyses the effects of elevation and phenology on the abundance and diversity of anthophilous insects along a 1700 m altitudinal gradient. I show that the main orders of pollinators (Diptera, Hymenoptera, Coleoptera) are structured by elevation and foraging preferences, with an increasing predominance of flies from 1500 m altitude up to 2700 m, the upper limit of the gradient. Most of these fly species belong to four families (Anthomyiidae, Empididae, Muscidae and Syrphidae) which also segregate along the gradient according to altitude, phenology and the choice of flowering plants they visit. The systematics and biology of these taxa, including their pollination efficiency, are still largely under-investigated. Second, I studied the pollination ecology and the evolutionary causes of the success of empidine dance flies (Empidinae), a central group in these anthophilous communities. I measured 1) their relative importance in the plant-visitor network of a subalpine meadow; and 2) the pollinating effectiveness of their visits to Geranium sylvaticum L. relative to the other visitors. Visits by large species of Empis produced the same number of seeds as those by the domestic bee (Apis mellifera L.), a highly effective pollinator. Such results suggest a major role of large empidines in the pollination of alpine plants. To understand the role of anthophily in Empidinae diversification and the origins of their abundance at altitude, I built a worldwide molecular phylogeny for the subfamily. The resulting cladogram includes 212 species for which four molecular markers were sequenced (28S D1-D2, D4-D5, 16S mtDNA, COI). Most clades of Empidinae contain species occupying various altitudes, indicating that there is no phylogenetic niche conservatism involved in their distribution along the gradient. The association between Empidinae and Angiosperms dates back to the end of the angiosperm radiation and seems, through the lengthening of the proboscis, to have favoured the evolutionary radiation of several clades in parallel with flowering plants. Their wide altitudinal distribution, combined with their ability to visit floral morphotypes inaccessible to other anthophilous insects, could confer them a strong resistance to global changes.

Das Miandam-Untersuchungsgebiet (35° 1′- 5′ N, 72° 30′-37′ E) liegt in der Swat-Region der Provinz Khyber Pakhtunkhwa (ehemals North West Frontier Province) im nördlichen Pakistan. Die vorliegende Arbeit berücksichtigt sowohl ethnobotanische und pflanzensoziologische Aspekte als auch die Pflanzenartendiversität innerhalb des Gebietes. Aufgrund der hohen Habitatvielfalt weist das Miandam-Gebiet einen großen Reichtum von Medizinalpflanzen auf. Die im Rahmen der Arbeit durchgeführte ethnobotanische Studie dokumentiert das Vorkommen der Medizinalpflanzen sowie deren Nutzung in der Region. Weiterhin wurden die durch Sammlerpräferierten Lebensräume bestimmt und evaluiert inwiefern die Heilpflanzen durch Sammlung und Habitatzerstörung bedroht werden. Insgesamt wurden 106 traditionelle Heilpflanzen aus 54 Pflanzenfamilien verzeichnet. Zu den am häufigsten gefundenen Wuchsformen zählten mehrjährige (43%) und kurzlebige Kräuter (23%), Sträucher (16%) und Bäume (15%). Ein Großteil der untersuchten Heilpflanzen und ihrer Produkte wird zur Behandlung von Magen-Darm-Erkrankungen eingesetzt. Die Produkte werden vorrangig als Sud oder Pulver zubereitet und oral angewendet. Achtzig der 106 traditionellen Heilpflanzen gehören der Gruppe der einheimischen Arten an. Fast 50% der Pflanzenarten treten dabei in synanthroper Vegetation auf, während der Rest in naturnaher Umgebung (z.B. extensiv beweidete Wald- und Graslandbereiche) vorgefunden werden kann. Wälder sind der Ursprung der meisten nicht synanthropen einheimischen Medizinalpflanzen. Drei Arten (Aconitum violaceum, Colchicum luteum, Jasminum humile) können als Folge intensiven Sammelns als bedroht eingestuft werden. Um die pflanzensoziologischen und phytogeografischen Aspekte des Projektes abzudecken wurde die Vegetation des Miandam-Gebietes mit einem Fokus auf Wäldern, Gebüschen und anderen Formationen untersucht. Die Ergebnisse der Vegetationserhebungen wurden mit denen anderer Studien in der weiteren Umgebung des Hindukush-Himalayas verglichen. Weiterhin wurde untersucht inwiefern die Waldökosysteme durch anthropogene Aktivitäten im Untersuchungsgebiet bedroht sind. Die im Gebiet verzeichneten Gefäßpflanzenarten umfassen insgesamt 33 Bäume, 52 Sträucher, 305 Kräuter und 11 Lianen. Basierend auf einer multivariaten Analyse konnten 12 Pflanzengesellschaften identifiziert werden. Die Spanne dieser Gesellschaften reichte von subtropischen semiariden Wäldern mit Ailanthus altissima im Tiefland zu alpinen Rasen von Sibbaldia cuneata durchsetzt mit Juniperus. Die dominierende Vegetation des Untersuchungsgebietes besteht aus von Abies pindrow und Viburnum grandiflorum Wäldern. Eine georeferenzierte Karte der Vegetation erleichtert die Lokalisierung der ökologisch interessanten Vegetation. Artenreichtum und –diversität wurden entlang eines Höhengradienten untersucht. Dazu wurde die Alpha- sowie Beta-Diversität verschiedener Wuchsformtypen bestimmt. Der Artenreichtum aller Gefäßpflanzenarten erreichte sein Maximum zwischen 2200-2500 m. Dagegen zeigte der Artenreichtum der Sträucher einen glockenkurvenartigen Verlauf mit einem Maximum zwischen 2000 und 2200 m. Die höchste Alpha-Diversität der Gefäßpflanzenarten wurde in den tieferen Lagen des Untersuchungsgebietes verzeichnet. Die Beta-Diversität aller Wuchsformtypen zeigte entlang des gesamten Höhengradienten hohe Werte und somit einen starken Artenwechsel. Die Beta-Diversität der Straucharten fluktuiert entlang des Höhengradienten und zeigt damit ein einzigartiges Muster.

Obwohl Böden des Kronendachs (canopy soils) deutlich zur oberiridischen labilen Biomasse beitragen können, werden sie oft in Studien über Nährstoffkreisläufe übersehen. In Wäldern mit einem großen Vorkommen an Böden im Kronendach, wie beispielsweise jene in tropischen Bergregionen, könnte dies zu einem unvollständigen Verständnis der Gesamt-Nährstoffprozesse des Waldes beitragen. Böden im Kronendach sind Ansammlungen organischen Materials, welche gewöhnlich auf Zweigen von Bäumen tropischer Wälder zu finden sind. Sie bestehen in erster Linie aus zersetztem epiphytischen Material aber umfassen auch herunterfallendes Laub, Staub, wirbellose Tiere, Pilze und Mikroorganismen. Es gibt nur eine Handvoll Studien, die Stickstoff (N) Kreisläufe und/oder Treibhausgas (THG) Flüsse in Böden des Kronendachs untersucht haben und keine hat versucht die tatsächlichen Feldraten zu bestimmen oder herauszufinden, wie sich diese Böden – welche besonders sensibel gegenüber atmosphärischen Prozessen sind – mit Nährstoffdeposition ändern könnten. Diese Dissertation stellt die Ergebnisse einer Forschungsstudie dar, welche N-Umsatzraten und THG Flüsse von Böden des Kronendachs quantifiziert und untersucht, wie diese Raten durch zunehmende Mengen an N und Phosphor (P) im Boden verändert werden. In Gebieten mit atmosphärischer N- und P-Deposition, erhalten Böden des Kronendaches sowohl direkte als auch indirekte Nährstoffeinträge auf Grund von angereichertem Bestandsniederschlag und Pflanzenstreu. Es wurden folgende Umsatzraten in Böden des Kronendachs tropische Bergwälder entlang eines Höhengradienten (1000 m , 2000 m , 3000 m) gemessen: (1) asymbiotische biologische N2-Fixierung, (2) Netto- und Brutto-N-Transformation, und (3) Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O) Flüsse. Zudem wurden indirekte Auswirkungen von N-und P-Gaben, die auf dem Waldboden ausgebracht wurden, untersucht. Umsatzraten der N2-Fixierung, des N Kreislaufes und von THG Flüssen, welche in Böden des Kronendachs gemessen wurden, wurden mit denen vom Waldboden verglichen (entweder als Teil dieser Arbeit oder in parallelen Studien von zwei anderen Mitgliedern unserer Arbeitsgruppe), um die Aktivität von Böden des Kronendachs in den Kontext des gesamten Waldes zu stellen. N2-Fixierung wurde mit der Acetylenreduktionsmethode, Netto-N-Umsatzraten wurden mittels in situ Inkubationen (buried bag method) und Brutto-N-Umsatzraten wurden mit der 15N-Verdünnungsmethode (15N pool dilution technique) bestimmt. Gasflüsse wurden sowohl unter Verwendung statischer Kammern gemessen, deren Sockel permanent im Boden angebracht waren, als auch unter Verwendung regelmäßig entfernter intakter Bodenproben, die zur Gasmessung in luftdichten Einweckgläsern inkubiert wurden. Messungen der N2-Fixierung und des N Kreislaufes erfolgten während der Regen- und Trockenzeit im Feld unter Verwendung intakter Bodenproben. THG Messungen wurden fünf Mal während des Zeitraumes von einem Jahr durchgeführt. Der Waldboden unserer Standorte war 4 Jahre lang zweimal im Jahr mit moderaten Mengen an N ( 50 kg N ha-1 Jahr-1) und P (10 kg P ha-1 Jahr-1) gedüngt worden und umfasste folgende Behandlungen: Kontrolle, N-, P- und N+P-Zugaben. Das Kronendach trug 7-13 % zur gesamten Boden N2-Fixierung (Kronendach + Waldboden) bei, welche zwischen 0,8 und 1,5 kg N ha-1 Jahr-1 lag. N2-Fixierungsraten veränderten sich nur geringfüging mit der Höhenstufe, waren aber in der Trockenzeit deutlich höher als in der Regenzeit. N2-Fixierung im Waldboden wurde in N-Parzellen im Vergleich zu Kontroll- und P-Parzellen gehemmt, währen sie in Böden des Kronendachs in P-Parzellen im Vergleich zu Kontrollparzellen stimuliert wurde. Böden des Kronendachs trugen bis zu 23% zur gesamten mineralischen N-Produktion (Kronendach + Waldboden) bei; Brutto-N-Mineralisierung in Böden des Kronendachs lag zwischen 1,2 und 2,0 mg N kg-1 d-1. In Kontrollparzellen nahmen Brutto-Umsatzraten von Ammonium (NH4+) mit zunehmender Höhe ab, wohingegen Brutto-Umsatzraten von Nitrat (NO3-) keinen klaren Trend mit der Höhenstufe aufwiesen, aber signifikant durch die Saison beeinflusst wurden. Effekte durch Nährstoff-Zugabe unterschieden sich je nach Höhenstufe, aber kombinierte N+P-Zugabe erhöhte in der Regel auf allen Höhenstufen die N-Umsatzraten. CO2 Emissionsraten von Böden des Kronendachs berechnet auf der Basis der Fläche von Gaskammern (10,5 bis 109,5 mg CO2-C m-2 h-1) waren ähnlich denen vom Waldboden ähnlich und nahmen mit zunehmender Höhenstufe ab. Emissionen vom Kronendach, berechnet auf der Basis der Waldfläche (0,15 bis 0,51 Mg CO2-C m-2 h-1), machten jedoch nur 5-11% der gesamten Boden-CO2 Emissionen (Kronendach + Waldboden) aus. CH4 Flüsse (-0,07 bis 0,02 kg CH4-C ha-1 Jahr-1) und N2O Flüsse (0,00 bis 0,01 kg N2O-N ha-1 Jahr-1) von Böden des Kronendachs machten weniger als 5% der Gesamtflüsse von Böden aus. P-Zugabe reduzierte CH4 Emissionen in allen Höhenstufen, so dass Böden des Kronendachs als leichte CH4 Senken agierten (-10,8 bis -2,94 μg CH4-C m-2 h-1). Nur in 2000 m wurden Böden des Kronendachs unter N Zugabe zu leichten N2O Quellen (2,43 ± 3,72 μg N2O-N m-2 h-1), wohingegen P Zugabe die CO2 emissionen um ungefähr 50% reduzierte. Die Ergebnisse zeigen, dass Böden des Kronendachs eine aktive Mikrobengemeinschaft besitzen, welche wertvolle Dienstleistungen hinsichtlich von Nährstoffkreisläufen für das Ökosystem des Kronendachs erbringt. Zusätzlich, war der Nährstoffkreislauf der Böden des Kronendachs in unseren Wäldern eindeutig an die Nährstoffverfügbarkeit des Waldbodens gekoppelt, was im Gegensatz zu Theorien steht, die besagen dass Böden des Kronendachs vom Nährstoffkreislauf der Waldböden entkoppelt seien. Wir haben festgestellt, dass Böden des Kronendachs in höheren Lagen eher einen wesentlichen Anteil des gesamten Wald-Nährstoffkreislaufes ausmachen; dies sollte in Studien berücksichtigt werden, die sich mit Nährstoffkreisläufen solcher Gegenden beschäftigen. Langfristige atmosphärische N- und P-Deposition verfügt über das Potenzial, die Dynamik von Nährstoffflüssen im Kronendach erheblich zu verändern. N-Deposition könnte die N2-Fixierung hemmen, wobei “hotspots“ weiterhin in Bereichen mit großen Mengen an P vorkommen. Interne N-Kreisläufe in Böden des Kronendachs werden wahrscheinlich durch N -und P-Deposition stimuliert werden, aber chronischen Nährstoffzugabe könnte auch zu erhöhten mineralischen N-Verlusten aus dem Bodensystem des Kronendachs führen. THG-relevante Prozesse in Böden des Kronendachs werden wahrscheinlich auch auf N- und P-Deposition reagieren, aber mit Ausnahme von CO2-Emissionen ist es unwahrscheinlich, dass Gasflüsse von Böden des Kronendachs wesentlich zum gesamten THG-Budget des Waldes beitragen.