Pflanzendiversität entlang eines Höhengradienten in den Anden Südecuadors

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2011-01-11
Issue Year
2010
Authors
Diertl, Karl-Heinz
Editor
Abstract

Vascular plant species diversity was studied along an altitudinal gradient within the tropical mountain rainforest in Southern Ecuador, which is one of the world´s five diversity hotspots. The research area is located within the RBSF (Reserva Biológica San Francisco) forming part of the eastern escarpment of the Cordillera Real north of the Podocarpus National Park. Since 1997, the research units 402 and 816 of the DFG (German research foundation) are attended to understand the surrounding complex mountain rainforest ecosystem. The aim of this study was, firstly, to record the species diversity at the Cerro del Consuelo between 2,000 and 3,150 m a.s.l., and secondly, to search for the scale dependent reasons for the outstanding diversity of terrestrial plants including climatic and edaphic aspects along the vertical and topographical gradient. Along the altitudinal gradient, four vegetation sampling transects per 100 meters altitude difference with a plot size of 50 m x 2 m each were applied (with a total of 48 transects). This method seemed to be adequate to obtain a rapid plant species inventory. To distinguish topography dependent gradients, transect sites at ridges (1x), slopes (2x) and ravines (1x) were chosen at each altitudinal level. In addition to recording terrestrial plants, the percentage coverage as well as structural parameters such as life forms, leave sizes and leave consistencies of each species and morphospecies were evaluated. Nearby the vegetation transects 24 soil study sites (4 sites per 200 meters altitude difference) could be analysed. Furthermore, climatic data along the whole vertical distance studied was included in the interpretations. The results show different patterns of diversity distribution of the 1,006 species and morphospecies collected (within a total plot size of 4,800 m2) both vertically and horizontally. Generally, there was a constant decrease of species diversity with increasing altitude, starting with the loss of tropical lowland taxa in the lower parts and the reduction of trees in the upper parts, both leading to an increased decline. Structurally, the expected reduction of tree heights and leave sizes as well as a higher scleromorphism rate of leaves with increasing altitude was obvious. Analysis of beta-diversity show transition zones between the principal plant formations evergreen lower montane forest and evergreen upper montane forest at about 2.100 – 2.200 m a.s.l., and the transition to subpáramo at 2.600 – 2.700 m a.s.l., which underlines the particularity of the study site located within the Andean Depression. Along the topographical gradient the humid ravines represented higher plant diversity as well as greater heights and leave sizes in comparison with ridges. Slopes mostly served as transition areas between ridges and ravines. The favourability of ravines was evident, considering the chemical and physical soil conditions e.g. higher pH-values, better C : N -, C : P - and Al : Ca – ratios, and a higher nutrient availability of the organic matter. Along the altitudinal gradient, changes of the temperature and precipitation regime seemed to control soil conditions, whereas topography-dependent solid transports were the main triggers explaining the high spatial heterogeneity of the soils. Hence, a majority of vegetation patterns can be deduced. The highest plant species diversity could be found at lower slopes and ravines (at about 2.000 m a.s.l.) obtaining abundant precipitation amounts at moderate temperatures, where more nutrients were available due to the wash-in of nutrients from higher altitudes and, concomitantly, increased mineralization rates because of a higher soil activity appeared. At ridges and particularly at high altitudes fundamental plant nutrients were missing due to leaching effects in the soil, but there were also inhibited mineralization processes because of unfavourable soil conditions, which caused a deficiency of available nutrients. In addition to the indirect climatic factors temperature and precipitation, nitrogen content, C : N – ratio and phosphor content of the organic matter presented the best relationship with species diversity. At the local scale, high precipitation rates, nutrient poor mineral soils, a complex topography (altitudinal and topographical gradient) with a multitude of ecotones, a meeting point of lowland and high mountain taxa as well as natural disturbances result in a mosaic of microhabitats, which represented a crucial contribution to the outstanding plant diversity of the Cordillera Real.

Abstract

Im südecuadorianischen Bergregenwald, in dem eine der höchsten Pflanzenvielfalt weltweit vorzufinden ist, wurde die Diversität an terrestrischen Gefäßpflanzenarten entlang eines Höhengradienten untersucht. Den Ausgangspunkt der Studien bildete die Reserva Biológica San Francisco (RBSF) in der Cordillera Real, in der sich seit 1997 die DFG-Forschergruppe 402 (seit 2007 DFG-Forschergruppe 816) den komplexen Ökosystembeziehungen eines Bergregenwaldes widmet. Dabei sollte einerseits die Artendiversität am Cerro del Consuelo zwischen 2.000 und 3.150 m ü. M. erfasst, und andererseits die Gründe für die enorme Pflanzenvielfalt des Gebiets durch die Integration von klimatischen und edaphischen Aspekten entlang des Höhen- und topographischen Gradienten sowie in Abhängigkeit vom Betrachtungsmaßstab beleuchtet werden. Bei einer Äquidistanz von 100 Höhenmetern wurden vier Vegetationsaufnahmen à 100 m2 pro Höhenniveau realisiert, wobei jeweils ein Grat-, ein Schlucht- (Quebrada) sowie zwei Hangstandorte zur Erfassung topographieabhängiger Gradienten Berücksichtigung fanden. Die insgesamt 48 Aufnahmen erfolgten in Transektform (2 x 50 m), was eine umfangreiche Inventarisierung der terrestrischen Vegetation in überschaubarer Zeit ermöglichte. Neben der Erfassung der Arten und Morphospezies wurden die jeweiligen prozentualen Deckungswerte geschätzt sowie strukturelle Parameter wie Lebensformen, Blattgrößen und Blattkonsistenzen aufgenommen. An 24 Transektstandorten konnten pedologische Untersuchungen durchgeführt werden (4 Bodenprobenstandorte pro 200 Höhenmeter). Zudem flossen Temperatur- und Niederschlagsdaten in die Analysen mit ein. Es zeigt sich zunächst, dass die 1.006 aufgenommenen Arten und Morphospezies (auf einer Untersuchungsfläche von 4.800 m2) ein differenziertes vertikales sowie horizontales Verbreitungsmuster besitzen. So erfolgt generell eine stetige Abnahme der Artenvielfalt mit zunehmender Höhe, wobei sich in den tieferen Lagen zunächst der Ausfall tropischer Taxa, in den höheren Waldgrenzregionen der Ausfall der Bäume in Form einer verstärkten Artenreduktion bemerkbar macht. Strukturell weisen die Pflanzen höhenwärts erwartungsgemäß eine Reduzierung der Wuchshöhen und Blatt¬größen sowie die Zunahme des Skleromorphiegrades der Blätter auf. Analysen zur beta-Diversität dokumentieren Übergangsbereiche zwischen den Hauptvegetationsformationen immergrüner tieferer Bergwald und immergrüner höherer Bergwald bei 2.100 – 2.200 m ü. M. sowie den Übergang zum Subpáramo bei 2.600 – 2.700 m ü. M, was die Besonderheit des Standortes innerhalb der Andinen Depression unterstreicht. Entlang des topographischen Gradienten wird deutlich, dass die Vegetation der feuchteren Quebradas im Gegensatz zu Gratstandorten sowohl artenreicher ist, als auch über größere Wuchshöhen und Blattflächen verfügt. Hänge stellen meist Übergangsbereiche zwischen Graten und Schluchten dar. Dass Quebradas Gunstbereiche darstellen, zeigt sich auch an den bodenchemischen und -physikalischen Bedingungen, wie z. B. höheren pH-Werten, günstigeren C : N-, C : P- und Al : Ca-Verhältnissen und insbesondere in der höheren Nährstoffverfügbarkeit. Während im Höhengradienten demnach vor allem Veränderungen des Temperatur- und Niederschlagsregimes die edaphischen Bedingungen steuern, scheinen es entlang des horizontalen Gradienten eher reliefbedingte Stofftransporte zu sein, die die räumliche Variabilität der Bodeneigenschaften erklären. Daraus lässt sich bereits ein Großteil der Vegetationsmuster ableiten. Die größte Artendiversität stellt sich demnach in den tiefsten Quebrada- und Hanglagen (bei ca. 2.000 m ü. M.) ein, wo bei moderaten Temperaturen und ausreichenden Niederschlagsmengen viele Nährstoffe aus den höheren Lagen eingeschwemmt und gleichzeitig bei gesteigerten Mineralisierungsraten durch erhöhte Bodenaktivität mehr pflanzenverfügbare Nährstoffe bereitgestellt werden. Auf den Graten und vor allem in den Hochlagen fehlen hingegen einerseits die für die Pflanzenernährung wichtigen Nährstoffe durch Auswaschungsprozesse im Boden; andererseits zeichnen sie sich aber auch durch eine gehemmte Mineralisation aufgrund ungünstiger Bodenverhältnisse aus, wodurch der Anteil an verfügbaren Nährstoffen meist defizitär bleibt. Den größten Zusammenhang mit der Artenvielfalt bilden - neben den indirekten klimatischen Faktoren Temperatur und Niederschlag – der Stickstoffgehalt, das C : N - Verhältnis sowie der Phosphorgehalt der organischen Auflage. Hohe Niederschläge, nährstoffarme Mineralböden, eine komplexe Reliefstruktur (höhen- und topographiebedingter Gradient) mit einer Vielzahl an Ökotonen, das Zusammentreffen von Tiefland- und Hochgebirgstaxa sowie natürliche Störungen bedingen ein Mosaik aus Mikrohabitaten und tragen so entscheidend zur außergewöhnlich hohen Pflanzendiversität der Cordillera Real im lokalen Maßstab bei.

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