Structure and function of root systems at different altitudes of a south Ecuadorian montane forest

Abstract

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.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