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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.

Für die montanen Regionen kontinental Südostasiens (Südwest China, Laos, Kambodscha, Myanmar, Nordost Thailand, Nordwest Vietnam) gibt es nur wenig Informationen über die organische Bodensubstanz (OBS) und ihre Beeinflussung durch Landnutzung, Bewirtschaftung und biophysikalische Eigenschaften. Zum Beispiel ist trotz großflächiger Entwaldung zu Gunsten von Kautschukplantagen der Einfluss dieser Landnutzungsänderung auf OBS Vorräte kaum bekannt. Auch wurde der Einfluss der Terrassierung, wie sie für den Kautschukanbau in montanen Regionen üblich ist, auf die Dynamik der OBS bislang nicht untersucht. Des Weiteren liegen nur begrenzt Informationen über die räumliche Verteilung von OBS Vorräten und die Rolle potentieller Regulationsfaktoren wie Landnutzung, Vegetation, Bodentextur und Topographie vor. Die vorliegende Arbeit zielte auf die genannten Wissenslücken und präsentiert in diesem Kontext drei Studien aus der montanen Region Xishuangannas, Süd Yunnan, China. In den ersten beiden, in einer tropischen Landschaft durchgeführten Studien, habe ich die Änderung des OBS Vorrats durch 1) die Umwandlung von Sekundärwald in Kautschukplantagen und 2) durch den Bau von Terrassen, quantifiziert. Um in der ersten Studie Landnutzungseffekte auf die OBS-Vorräte zu quantifizieren, habe ich den Ansatz der unechten Zeitreihe (space-for-time substitution) genutzt. Ich habe 11 terrassierte Kautschukplantagen im Alter von 5 bis 46 Jahren sowie sieben Sekundärwaldparzellen untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Umwandlung von Sekundärwald in Kautschukplantagen eine Abnahme der OBS Vorräte von 37.4 Mg C ha-1 im Bereich bis zu einer Tiefe von 1.2 m hervorrief; diese Abnahme entsprach 19% des ursprünglichen OBS Vorrats im Sekundärwald. Im Oberboden nahm der OBS Vorrat exponentiell ab; in den ersten 5 Jahren nach der Landnutzungsänderung war die Abnahme am stärksten, nach ca. 20 Jahren hat sich ein Gleichgewicht eingestellt. Der mittlere OBS-Verlust von 37.4 Mg C ha-1 war viel höher als literaturbasierte Schätzwerte für Änderungen der oberirdischen Kohlenstoffvorräte, welche zwischen einem Verlust von 18 Mg C ha-1 und einer Steigerung von 8 Mg C ha-1 liegen. Im Gegensatz zur IPCC tier 1-Methode, die davon ausgeht, dass OBS Vorratsänderungen bei einer Umwandlung von Wald zu Kautschuk gleich 0 sind, zeigen meine Ergebnisse, dass OBS-Verluste in Betracht gezogen werden müssen, um potentiell große Fehler bei der Schätzung von Kohlenstoffflüssen von Ökosystemen zu vermeiden. Terrassierte Kautschukplantage bestehen aus schmalen Terrassen mit einer Baumreihe, die sich mit ursprünglichen geneigten Flächen abwechseln. Bei der Konstruktion der Terrassen wird Boden vom Hang abgetragen, und so eine innere Kante der Terrasse entsteht (Entnahmebereich); der entfernte Boden wird dann auf den Hang unterhalb der Grabungsfläche aufgehäuft und bildet die äußere Kante der Terrasse (Ablagebereich). Die zweite Studie untersucht den Einfluss der Terrassierung auf OBS Vorräte in 5, 29 und 44 Jahre alten Plantagen. In jeder Plantage habe ich die Terrassen systematisch in den verschiedenen Bodenverteilungszonen beprobt, die ursprünglichen Hangflächen zwischen den Terrassen diente als Referenz. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass die Terrassierung die OBS Vorräte der 5 Jahre alten Plantage nicht beeinflusst hat. In den 29 und 44 Jahre alten Plantagen wurden jedoch in 0-1.2 m Tiefe höhere OBS Vorräte auf den Terrassen als auf den Referenzflächen beobachtet. Der positive Effekt der Terrassierung auf die OBS Vorräte in den beiden älteren Plantagen wurde auf die Erholung des OBS Vorrats im freiliegenden Oberboden des Entnahmebereichs, und die teilweise Erhaltung von OBS im begrabenen Boden des Ablagebereichs erklärt. Die Erholung der OBS Vorräte im Entnahmebereichen konnte durch die Aufnahme neuer OBS des freiliegenden Unterbodens in Form von Wurzeln und Laubfall sowie durch die Sedimentation von erodiertem Oberbodenmaterial des Oberhangs erklärt werden. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass Terrassierung die Verluste von OBS verringern kann; ohne die Anlage von Terrassen könnte der Verlust von OBS durch die Umwandlung von Wald zu Kautschukplantagen größer sein. In der dritten Studie, durchgeführt in einer subtropischen Landschaft, habe ich die aktuellen OBS Vorräte pro dominanter Landnutzung quantifiziert und die Beziehungen zwischen OBS und Landnutzung, sowie Vegetation, Bodentextur und Topographie untersucht. In einem 10.000 Hektar großen Gebiet habe ich 28 ein Hektar große Probeflächen in Wäldern mit geschlossenem und offenem Kronendach, Teeplantagen und Buschland ausgewählt. Die OBS-Vorräte in einer Tiefe von 0-0.9 m waren unter den höchsten der Region: 228.6 ± 19.7 (SE) Mg C ha-1 in Wäldern mit geschlossenem Kronendach, 200.4 ± 15.5 Mg C ha-1 in Wäldern mit offenem Kronendach, 197.5 ± 25.9 Mg C ha-1 in Teeplantagen und 236.2 ± 13.7 Mg C ha-1 im Buschland. OBS Konzentrationen und Vorräte unterschieden sich nicht signifikant zwischen den Landnutzungstypen. Mehr als 50% der gesamten Varianz der OBS wurde innerhalb der ein Hektar großen Flächen beobachtet und war abhängig von der Variabilität der Grundfläche der Bäume, Kohlenstoffvorrat der Streuauflage und der Geländeneigung. Diese Ergebnisse illustrieren die Bedeutung lokaler Prozesse auf die Variabilität von OBS Vorräten in einer montanen Landschaft. Die Ergebnisse aller drei hier vorgestellten Studien tragen zu einem besseren Verständnis von OBS Vorräten und deren Dynamik in einer schnellen Änderungsprozessen ausgesetzten Region bei. Darüber hinaus bilden sie eine potentielle Grundlage für weitere Studien über Änderungen von Ökosystemdienstleistungen in montanen Regionen des kontinentalen Südostasiens.

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