Environmental changes in biodiversity hotspot ecosystems of
South Ecuador: RESPonse and feedback effECTs (FOR2730)

Abstract:

The tropical montane forests of the E Andean cordillera in Ecuador receive episodic Sahara dust inputs particularly increasing Ca deposition. We added CaCl2 to isolate the effect of Ca deposition by Sahara dust to tropical montane forest from the simultaneously occurring pH effect. We examined components of the Ca cycle at four control plots and four plots with added Ca (2 × 5 kg ha–1 Ca annually as CaCl2) in a random arrangement. Between August 2007 and December 2009 (four applications of Ca), we determined Ca concentrations and fluxes in litter leachate, mineral soil solution (0.15 and 0.30 m depths), throughfall, and fine litterfall and Al concentrations and speciation in soil solutions. After 1 y of Ca addition, we assessed fine-root biomass, leaf area, and tree growth. Only < 3% of the applied Ca leached below the acid organic layer (pH 3.5–4.8). The added CaCl2 did not change electrical conductivity in the root zone after 2 y. In the second year of fertilization, Ca retention in the canopy of the Ca treatment tended to decrease relative to the control. After 2 y, 21% of the applied Ca was recycled to soil with throughfall and litterfall. One year after the first Ca addition, fine-root biomass had decreased significantly. Decreasing fine-root biomass might be attributed to a direct or an indirect beneficial effect of Ca on the soil decomposer community. Because of almost complete association of Al with dissolved organic matter and high free Ca2+ : Al3+ activity ratios in solution of all plots, Al toxicity was unlikely. We conclude that the added Ca was retained in the system and had beneficial effects on some plants.

Abstract:

Zu Beginn der Untersuchungen wurden im ersten Schritt die freien Aluminiumkonzentrationen mit Hilfe der Donnan Membran Technik bestimmt. Anschließend wurden im zweiten Schritt die gemessenen freien Aluminiumkonzentrationen mit den modellierten Aluminiumkonzentrationen verglichen. Hierbei stellte sich heraus, dass die Werte vergleichbar sind und somit das Programm Visuell Minteq zur Modellierung der Aluminiumspeziierung eingesetzt werden konnte. Es wurde weiter festgestellt, dass der Anteil des freien Aluminiums an der gesamten Aluminiumkonzentration mit der Bodentiefe zunimmt. Der Anteil des freien Aluminiums an der gesamten Al-Konzentration betrug in der Bodenlösung unterhalb der organischen Auflage in allen untersuchten Plots lediglich 0% bis 0,96% (Mittelwert 0,0451%), während er im Mineralboden, bedingt durch geringe DOC-Werte, zwischen 0% und 29,11% (15 cm Tiefe) sowie zwischen 0% und 36,88% (30 cm Tiefe) schwankte. Der dritte Schritt galt der Untersuchung des Ca/Al Verhältnisses. Das Ergebnis zeigte hier, dass das freie molare Ca2+/Al3+ Verhältnis durch die Calciumdüngung nur geringfügig beeinflusst wird und über dem von Cronan & Grigal (1995) als kritisch betrachtetem Wert von <1 liegt. Calcium tritt daher vermutlich als wachstumslimitierender Faktor auf. Eine direkte Aluminiumtoxizität ist in den untersuchten Bodenlösungen nicht bzw. nur in geringem Maße festzustellen gewesen