Structure and function of root systems at different altitudes of a south Ecuadorian montane forest [Elektronische Ressource] / von Nathalie Soethe

Nathalie Soethe

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• Publié par: humboldt-universitat_zu_berlin
• Publié le: 01 janvier 2006
• Nombre de lectures: 28
• Langue: Deutsch
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Extrait

Fachgebiet Pflanzenernährung und Düngung
Structure and function of root systems at
different altitudes of a south Ecuadorian
montane forest
Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum agriculturarum
(Dr. rer. agr.)
eingereicht an der
Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
der Humboldt-Universität zu Berlin
von Dipl.-Ing. agr. Nathalie Soethe
geboren den 04.07.1973 in Hamburg
Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät:
Prof. Dr. Dr. h.c. Otto Kaufmann
Gutachter: 1. Prof. Dr. Christof Engels
2. Prof. Dr. Eckhard George
3. Prof. Dr. Christoph Leuschner
eingereicht: 04. April 2006
Datum der Promotion: 19. Juli 2006

Abstrakt
Es wurden Wurzelsysteme auf 1900, 2400 und 3000 m eines südecuadorianischen
Bergregenwaldes untersucht. Ziel war es, ein besseres Verständnis über den Einfluss der
Höhenstufe auf die Wurzelfunktionen Nährstoffaneignung und Verankerung sowie
Speicherung von C und Nährstoffen in der Wurzelbiomasse zu erlangen.
Auf 2400 und 3000 m nahmen die Wurzellängendichten (WLD) mit zunehmender Bodentiefe
schneller ab als auf 1900 m. Die vertikale Verteilung der N-Aufnahme war ähnlich der
Verteilung der WLD. Das Nährstoffaneignungsvermögen war also in größerer Meereshöhe
deutlich mehr auf die organische Auflage konzentriert war als auf 1900 m.
Nährstoffkonzentrationen in Blättern zeigten, dass auf 1900 m das Pflanzenwachstum nicht
durch Nährstoffmangel limitiert war, während auf 2400 und 3000 m v. a. N, aber auch P, S
und K das Pflanzenwachstum limitierten. Die schlechte Nährstoffversorgung der Pflanzen in
großer Meereshöhe war vermutlich auf langsame Mineralisation organisch gebundener
Nährstoffe und auf ein geringes Nährstoffaneignungsvermögen aus tieferen Bodenschichten
zurückzuführen.
Die Wurzelbiomasse war auf 3000 m höher als in niedrigerer Meereshöhe. Die Bedeutung des
Wurzelsystems für die C-Speicherung stieg also mit zunehmender Höhenstufe. Auch Vorräte
an N, S, K, Ca und Mg in den Wurzeln waren auf 3000 m am höchsten.
Die Grobwurzelsysteme der Bäume wiesen auf allen Höhenstufen Verankerungs-fördernde
Merkmale auf. Bäume auf 3000 m bildeten flachgründigere Wurzelteller als auf 1900 m.
Wurzeleigenschaften, die die horizontale Ausdehnung des Wurzeltellers fördern, waren auf
3000 m häufiger oder ausgeprägter als auf 1900 m.
Es wird gefolgert, dass eine gehemmte Tiefendurchwurzelung des Bodens in größerer
Meereshöhe sowohl das Nährstoffaneignungsvermögen als auch auf die Verankerung der
Bäume verringerte. Die hohe Biomasseallokation in die Wurzeln in größerer Meereshöhe
weist darauf hin, dass Umweltbedingungen hier besondere Anforderungen an die
Wurzelfunktionen stellen.

Schlagwörter:
Kohlenstoffsequestrierung
Nährstoffaufnahme
Nährstoffspeicherung
Verankerung
Wurzelarchitektur

Abstract
Root systems at 1900, 2400 and 3000 m of a south Ecuadorian montane forest were
investigated. The aim of this study was to improve our knowledge on the impact of altitude on
the root functions nutrient acquisition, anchorage and storage of C and nutrients in root
biomass.
At 2400 and 3000 m, the decrease of root length densities (RLD) with increasing soil depth
was more pronounced than at 1900 m. The vertical distribution of N uptake was similar to the
vertical distribution of RLD. Thus, the ability for nutrient uptake was more concentrated to
the organic surface layer at high altitudes than at 1900 m.
Foliar nutrient concentrations showed that plant growth at 1900 m was not limited by nutrient
deficiency. In contrast, at 2400 and 3000 m especially N, but also P, S and K limited plant
growth. The decreased nutritional status of plants at high altitudes was caused by low
mineralization rates of nutrients as well as low ability for nutrient acquisition from deeper soil
layers.
At 3000 m, root biomass was higher than at low altitudes. Hence, the importance of root
systems for C sequestration increased with increasing altitude. Similarly, pools of N, S, K, Ca
and Mg were higher at 3000 m than at 1900 and 2400 m.
At all altitudes, coarse root systems of trees showed traits that are supposed to improve
anchorage. At 3000 m, root soil plates were more superficial than at 1900 m. Root traits that
improve the horizontal extension of root soil plates were more pronounced or occurred more
often at 3000 m than at 1900 m.
It is concluded that impeded rooting in deeper soil layers at high altitudes decreased both the
ability for nutrient acquisition and anchorage. At high altitudes, the high allocation of biomass
to the root systems showed that at these sites, environmental conditions enhanced the
requirements to the functions of roots.

Keywords:
anchorage
carbon sequestration
nutrient acquisition
nutrient storage
root architecture








„Den Äquator messen, fuhr Pater Zea
fort. Also eine Linie ziehen, wo nie
eine gewesen sei. Ob sie sich dort
draußen umgesehen hätten? Linien
gebe es woanders. Mit seinem
knochigen Arm zeigte er auf das
Fenster, das Gestrüpp, die von
Insekten umschwärmten Pflanzen.
Nicht hier!“

aus Daniel Kehlmann (2005): „Die
Vermessung der Welt“


Contents

Summary .................................................................................................................................... 1
Zusammenfassung...................................................................................................................... 5
Resumen........... 11
1 General Introduction............................................................................................................ 16
1.1 Characterization of tropical montane forests ........................................................... 16
1.2 The need for investigating tropical montane forests ................................................ 16
1.3 Structure and functions of root systems in tropical montane forests ....................... 17
1.4 Objectives................................................................................................................. 19
1.5 The investigation area .............................................................................................. 21
1.6 Choice of study sites ................................................................................................ 23
2 The vertical pattern of rooting and nutrient uptake at different altitudes of a
south Ecuadorian montane forest ........................................................................................ 25
2.1 Introduction.............................................................................................................. 27
2.2 Materials and methods............................................................................................. 29
2.3 Results...................................................................................................................... 33
2.4 Discussion................................................................................................................ 39
3 Nutritional status of plants growing at different altitudes of a tropical montane
forest in Ecuador.... 44
3.1 Introduction 45
3.2 Materials and methods............................................................................................. 47
3.3 Results...................................................................................................................... 50
3.4 Discussion 55
4 Carbon and nutrient stocks in roots at different altitudes of an Ecuadorian
tropical montane forest ........................................................................................................ 60
4.1 Introduction.............................................................................................................. 61
4.2 Methods 62
4.3 Results.. 65
4.4 Discussion................................................................................................................ 72
5 Root morphology and anchorage of six native tree species from a tropical
montane forest and an elfin forest in Ecuador..................................................................... 78
5.1 Introduction 80
5.2 Materials and methods............................................................................................. 81
5.3 Results...................................................................................................................... 87
5.4 Discussion................................................................................................................ 93

6 Phenotypic plasticity in coarse root architecture of the tree species
Graffenrieda emarginata (Ruiz & Pav.) Triana growing in an Ecuadorian
tropical montane forest ........................................................................................................ 98
6.1 Introduction.................