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Heft 1/2001 Tropische Wald-Ökosysteme in Ecuador
Wolfgang Wilcke, Syafrimen Yasin, Carlos Valarezo and Wolfgang Zech:
Nutrient budget of three microcatchments under tropical montane forest in Ecuador - preliminary results
Nährstoffbilanz von drei kleinen Wassereinzugsgebieten unter tropischem Bergregenwald in Südecuador - vorläufige Ergebnisse
Balance de nutrientes en tres micro-vertientes de un bosque
de montaña húmeda tropical en el sur del Ecuador - resultados preliminares
Although the montane forests in the north Andes reduce soil erosion, prevent landslides, and protect the densly populated lower
slope and valley positions from flooding, they are threatened with extinction (Hamilton et al. 1995). The threat may consist of forest destruction by logging or burning or of more subtle changes in its functioning
because of anthropogenic nutrient and pollutant inputs. In the temperate zone, the future direction of the development of forest ecosystems has been assessed by nutrient budgets (Matzner and Ulrich 1981; Johnson and
Lindberg 1992; Likens and Bormann 1995). The much fewer nutrient budget studies on tropical rain forests frequently have focussed on the question whether nutrient cycles are tightly closed as indication of the
stability of these ecosystems (Bruijnzeel 1990). Most of the studies on tropical rain forests have been conducted in the lowland and comparatively few in montane forests. Our objective was to set up a preliminary
nutrient budget of a lower montane rain forest on nutrient-poor soils as indication of its stability and extent of anthropogenic disturbance.
Summary: Nutrient budget of three microcatchments under tropical montane forest in Ecuador - preliminary results
The nutrient budget of small water catchments informs about the future development of forest ecosystems. We studied chemical soil quality and the
budget of major plant nutrients in three 8-13 ha microcatchments under tropical lower montane rain forest in south Ecuador. All soils were acid Inceptisols. The mean pH of the A horizons ranged between 4.2 and 5.3,
the base saturation between 26 and 95%. Between 3 April 1998 and 2 April 1999, 2193 mm of rainfall were recorded of which between 28 and 56 % were lost by evaporation of intercepted water. Less than 1.1% of the
rainfall reached the soil as stemflow. Cloudwater deposition rates were low, ranging between 3 and 18 mm a-1. Between 27 and 57% of the rainfall left the catchments in streamwater. Evapotranspiration excluding
direct evaporation from the canopy ranged between 315-373 mm a-1. Nutrient input rates (5.6-10 kg Ca, 5.3-9.7 kg K, 1.8-3.2 kg Mg, 16-30 kg N, 0.9-1.6 kg P, and 3.5-4.7 kg S ha-1 a-1) and nutrient export rates with
streamwater (5.1-9.7 kg Ca, 1.8-4.3 kg K, 2.4-5.7 kg Mg, 0.7-2.6 kg N, 0.1-1.5 kg P, and 2.1-3.8 kg S ha-1 a-1) were low when compared with temperate and tropical ecosystems on geologically younger bedrock. Dry
deposition rates of base metals estimated with a chloride tracer technique were similar to those in temperate forest and contributed up to 55% of the total element input into the studied lower montane rain forest.
Leaching rates from the canopy were by far highest for K (115-135 kg ha-1 a-1) possibly related to leaf damage. During the first monitored year we observed average accumulation rates of 1.1 kg Ca, 4.5 kg K, 21 kg N,
0.5 kg P, and 1.3 kg S ha-1 while Mg was depleted by 1.4 kg ha-1. However, owing to uncertainties with respect to the output quantification and the gaseous N fluxes, these results must be considered as preliminary.
Zusammenfassung: Nährstoffbilanz von drei kleinen Wassereinzugsgebieten unter tropischem Bergregenwald in Südecuador - vorläufige Ergebnisse
Die Nährstoffbilanz von kleinen Wassereinzugsgebieten informiert über die zukünftige Entwicklung von Waldökosystemen. In drei 8 bis 13 ha großen
Einzugsgebieten unter tropischem unteren Bergregenwald im Süden von Ecuador untersuchten wir die chemischen Bodeneigenschaften und erstellten eine Bilanz der Makronährelemente. Alle Böden waren saure Braunerden oder
Pseudogleye. Der mittlere pH-Wert der A-Horizonte variierte zwischen 4,2 und 5,3, die Basensättigung zwischen 26 und 95%. Zwischen dem 3. April 1998 und dem 2. April 1999 wurden 2193 mm Niederschlag registriert, von
denen zwischen 28 und 56% bereits im Kronenraum verdunsteten. Weniger als 1,1% des Niederschlags erreichte den Boden als Stammabfluß. Die Nebelwassereinträge waren gering; sie lagen zwischen 3 und 18 mm a-1.
Zwischen 27 und 57% des Niederschlags verließ die Einzugsgebiete als Oberflächenabfluß. Die Evapotranspiration ohne die direkte Evaporation vom Kronendach betrug zwischen 315 und 373 mm a-1. Die Eintragsraten
(5,6-10 kg Ca; 5,3-9,7 kg K; 1,8-3,2 kg Mg; 16-30 kg N; 0,9-1,6 kg P und 3,5-4,7 kg S ha-1 a-1) und die Austragsraten mit dem Oberflächenabfluß (5,1-9,7 kg Ca; 1,8-4,3 kg K; 2,4-5,7 kg Mg; 0,7-2,6 kg N; 0,1-1,5
kg P und 2,1-3,8 kg S ha-1 a-1) waren gering im Vergleich mit Ökosystemen der gemäßigten Breiten und tropischen Ökosystemen auf geologisch jüngeren Ausgangsgesteinen. Die Raten der trockenen Depositions basischer
Metalle, die wir mit der Cl--Tracer-Technik schätzten, ähnelten denjenigen in Wäldern der gemäßigten Breiten und trugen bis zu 55% zum gesamten Nährstoffeintrag bei. Die mit Abstand höchsten Auswaschungsraten aus
der Krone wurden für K beobachtet (115-135 kg ha-1 a-1), was möglicherweise mit den großen Fraßschäden an den Blättern zusammenhing. Während des ersten Beobachtungsjahres wurden mittlere Akkumulationsraten von 1,1
kg Ca, 4,5 kg K, 21 kg N, 0,5 kg P und 1,3 kg S ha-1 errechnet, während der Mg-Vorrat des Ökosystems im Mittel um 1,4 kg ha-1 abnahm. Aufgrund von Problemen mit der genauen Erfassung der Austräge im
Oberflächenabfluß und der gasförmigen N-Verluste müssen unsere Ergebnisse jedoch als vorläufig betrachtet werden.
Resumen: Balance de nutrientes en tres micro-vertientes de un bosque de montaña húmeda tropical en el sur del Ecuador - resultados preliminares
El balance de nutrientes en micro-vertientes provee información acerca de la evolución futura de los ecosistemas de bosque. En un bosque de montaña
tropical húmedo en el sur del Ecuador se estudiaron las características químicas del suelo y el balance de los nutrientes mayores para las plantas en tres micro-vertientes de 8 a 13 ha de extensión. Todos los suelos
fueron Inceptisoles ácidos. El pH promedio de los horizontes A oscila entre 4,2 y 5,3, la saturación de bases va de 26 a 95%. Entre el 3 de abril de 1998 y el 2 de abril de 1999, se registraron 2193 mm de
lluvia, de los cuales de 28 a 56% se perdieron por evaporación del agua interceptada. Menos del 1,1% de la lluvia llegó al suelo como flujo del tallo. Las tasas de deposición de agua por neblina fueron bajas,
oscilando entre 3 y 18 mm a-1. De 27 a 57% de la lluvia salió de la micro-vertiente como corriente de desagüe. La evapotranspiración sin evaporación directa del dosel osciló entre 315 a 373 mm a-1. Las tasas de
aportes de nutrientes (5,6-10 kg Ca; 5,3-9,7 kg K; 1,8-3,2 kg Mg; 16-30 kg N; 0,9-1,6 kg P y 3,5-4,7 kg S ha-1 a-1) y las tasas de salida de nutrientes en la corriente de evacuación (5,1-9,7 kg Ca; 1,8-4,3
kg K; 2,4-5,7 kg Mg; 0,7-2,6 kg N; 0,1-1,5 kg P y 2,1-3,8 kg S ha-1 a-1) fueron bajas en comparación con ecosistemas temperados y tropicales sobre roca madre geológicamente más joven. Las tasas de deposición seca de
los metales básicos, estimados con la técnica de trazador de cloruros, fueron similares a los bosques temperados y contribuyeron con hasta el 55% del aporte de elementos al bosque de montaña estudiado. Las tasas de
lixiviación del dosel fueron en mucho las más altas para K (115-135 kg ha-1 a-1) posiblemente relacionadas con daños en las hojas. Durante el primer año de monitoreo se registraron tasas de acumulación promedio de
1,1 kg Ca, 4,5 kg K, 21 kg N, 0,5 kg P y 1,3 kg S ha-1 mientras que el Mg se redujo en 1,4 kg ha-1. Sin embargo, los resultados deben considerarse como preliminares, debido a dudas con respecto a la cuantificación
de las salidas y a los flujos gaseosos de N.
PD Dr. Wolfgang Wilcke, Syafrimen Yasin und Prof. Dr. Wolfgang Zech, Lehrstuhl für Bodenkunde und Bodengeographie, Universität Bayreuth, D-95440
Bayreuth, e-mail: wolfgang.wilcke@uni-bayreuth.de
Carlos Valarezo, Centro de Estudios de Postgrado, Universidad Nacional de Loja, Ciudad Universitaria ‘Guillermo Falconí Espinosa’, Casilla
795, La Argelia, Loja, Ecuador
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