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.

Mit zunehmender Meereshöhe werden die Wachstumsbedingungen in tropischen Bergregionen im Allgemeinen ungünstiger, was sich in einer sinkenden Nährstoffverfügbarkeit, sinkenden Temperaturen und sinkendem CO2-Partialdruck zeigt. In tropischen Bergregenwäldern führen verminderte Abbauraten in größeren Höhen einerseits zu dicken organische Auflageschichten und andererseits in Kombination mit verminderten Mineralisierungs- und Nitrifizierungsraten zu Veränderungen in der Verfügbarkeit der verschiedenen Stickstoffformen, und es gibt Nachweise einer Limitierung der Produktivität dieser Wälder durch Stickstoff. Auf welche Weise sich die Photosynthesekapazität (Amax) tropischer Bäume einerseits und die Stickstoffaufnahmekapazität und Präferenz für einzelne Stickstoffformen andererseits an die veränderten Umweltbedingungen entlang von Höhengradienten adaptieren ist nicht genau bekannt. Die vorliegende Untersuchung wurde in drei tropischen Bergregenwäldern durchgeführt, die entlang eines Höhengradienten auf 1000, 2000 und 3000 m ü. NN in Südequador liegen. Das Ziel war es, (1) die Photosynthesekapazität ausgewachsener tropischer Bäume entlang eines Höhengradienten mit Hilfe von Gaswechselmessungen zu bestimmen und die Effekte von Temperatur, CO2-Partialdruck und Nährstoffverfügbarkeit auf die Photosynthese zu quantifizieren und (2) Veränderungen in der Verwendung von Nitrat, Ammonium und organischen Stickstoffquellen durch tropische Waldbäume mit der Meereshöhe mittels einer Tracer-Untersuchung mit stabilen Isotopen an Jungpflanzen zu untersuchen. Mittelwerte der lichtgesättigten Photosyntheserate (Asat) auf Bestandeseben betrugen 8.8, 11.3 und 7.2 µmol CO2 m-2 s-1, die der Dunkelatmung (RD) 0.8, 0.6 und 0.7 µmol CO2 m-2 s-1 jeweils auf 1000, 2000 and 3000 m Meereshöhe, ohne einen signifikanten Höhentrend. Die Einordnung unserer Daten in den Kontext eines pantropischen Asat-Datensatzes von tropischen Bäumen (c. 170 Arten an 18 Standorten unterschiedlicher Meereshöhe) zeigte, dass das flächenbezogene Asat in tropischen Bergen im Mittel 1.3 µmol CO2 m-2 s-1 pro km Höhenzunahme abnimmt (bzw. 0.2 µmol CO2 m-2 s-1 pro K Temperaturabnahme). Die Abnahme von Asat trat auf, obwohl die Blattmasse je Fläche mit der Höhe zunahm. Eine verminderte Photosyntheserate und eine reduzierte Bestandesblattfläche bewirken gemeinsam eine Verringerung der Kohlenstoffaufnahme des Kronenraums mit der Meereshöhe in tropischen Bergregionen. Der Phosphorgehalt pro Blattmasse war der Faktor, der Amax entlang des Höhengradienten hauptsächlich beeinflusste, während die Effekte von Blattstickstoff, Temperatur und CO2-Partialdruck nicht signifikant waren. Amax erfuhr einen teilweisen und RD einen vollständigen homöostatischen Ausgleich als Reaktion auf die Verminderung von Temperatur und CO2-Partialdruck in größeren Höhen, was hauptsächlich durch eine stark reduzierte spezifische Blattfläche (SLA) und die daraus entstehende Zunahme von Blattstickstoff und -phosphor je Blattfläche bedingt war, während keine Zunahme der Karboxylierungseffizienz festgestellt wurde. Wir schlussfolgern, dass die Verminderung von SLA und Gesamtblattfläche mit der Meereshöhe die Kohlenstoffaufnahme von tropischen Wäldern in großen Meereshöhen deutlich stärker bestimmen als adaptive physiologische Modifizierungen des Photsyntheseapparates. Jungpflanzen von sechs Baumarten unterschieden sich hinsichtlich ihrer Präferenz für verschieden Stickstoffformen, allerdings schienen weder das Amonium- und Nitratvorkommen im Boden noch die Meereshöhe die Präferenz zu beeinflussen. Zwei Arten (jeweils die, mit den höchsten Wachstumsraten) bevorzugten Amonium gegenüber Nitrat, während die restlichen vier Arten Nitrat und Amonium mit ähnlichen Raten aufnahmen, wenn beide Stickstofformen verfügbar waren. Nach der Gabe von 15N13C-Glyzin zeigte sich bei drei Arten eine signifikante Akkumulierung von 13C in der Biomasse (zwei Arten mit arbuskulären Mykorrhiza und eine Art mit Ektomykorrhiza) zusätzlich zu einer signifikanten Akkumulierung von 15N, was darauf hindeutet, dass Bäume in tropischen Bergregenwäldern organische Stickstoffverbindungen unabhängig vom Typ ihrer Mykorrhizierung aufnehmen können.

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