Inhalt:

1  Einleitung und Zielstellung.  5

2  Darstellung des Untersuchungsgebietes  8

2.1  Lage und Klima  8

2.2  Vegetation.  10

2.3  Boden.  11

2.4  Nutzung  13

2.5  Charakterisierung der Untersuchungsflächen.  14

3  Methodik  21

3.1  Erfassung der Kohlenstoffvorräte im Boden  21

3.1.1  Probenahme  21

3.1.2  Probenaufbereitung und -analyse  24

3.1.3  Bestimmung der Bodendichte  25

3.1.4  Berechnung der Kohlenstoffvorräte im Boden.  27

3.2  Erfassung der Kohlenstoffvorräte in der Vegetation  28

3.2.1  Quantifizierung der Biomasse  28

3.2.1.1  Bäume  28

3.2.1.1  Kraut- und Strauchschicht  31

3.2.1.3  Streu.  32

3.2.1.4  Wurzeln  32

3.2.1.5  Biomasse der Kulturpflanzen (Mais)  33

3.2.2  Bestimmung der Kohlenstoffgehalte - und vorräte der Vegetation.  33

3.3  Stickstoffbestimmung.  34

4  Ergebnisse  35

4.1  Vegetation.  35

4.1.1  Bäume/Baumschicht  35

4.1.1.1  Regressionsmodell zur Berechnung der Biomasse der Bäume  35

4.1.1.2  Biomasse der Bäume  38

4.1.1.3  Kohlenstoff- und Stickstoffkonzentrationen  41

4.1.2  Kraut- und Strauchschicht  42

4.1.3  Streuschicht  43

4.1.4  Wurzeln  43

4.1.5  Kulturpflanzen (Mais)  44

4.1.6  Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der Untersuchungsflächen  44

4.2  Boden.  48

4.2.1  Corg - Konzentrationen im Boden.  48

4.2.2  Stickstoffkonzentrationen  51

4.2.3  Dichte.  53

4.2.4  Kohlenstoffvorräte im Boden  54

4.3  C - und -N Vorräte der Untersuchungsflächen  56

5  Diskussion.  59

5.1  Vegetation.  59

5.2  Boden.  62

5.3  Kohlenstoffvorräte der Untersuchungsflächen  67

6  Zusammenfassung.  70

7  Summary  73

8  Literatur.  76

9  Danksagung.  88

10  Eidesstattliche Erklärung  89

11  Anhang.  90

2

  Tabellenverzeichnis:  

Tabelle 1:  Bodenkennwerte eines Profils im Bereich der Untersuchungsflächen LT und LC.  12

Tabelle 2:  Bodenkennwerte eines Profils im Bereich der Untersuchungsfläche MVC  12

Tabelle 3:  Überblick über die Untersuchungsflächen  14

Tabelle 4:  Höhenlage und Relief der Untersuchungsflächen  15

Tabelle 5:  Übersicht über die Bewirtschaftung der Maisanbauflächen.  19

Tabelle 6:  Übersicht über die gewonnenen Bodenproben.  24

Tabelle 7:  Eigenschaften der Eingangsdaten für die Parameterschätzung pro Spezie  35

b   35

Tabelle 8:  Ergebnisse der Parameterschätzung des Regressionsmodells Y aX  

Tabelle 9:  Ergebnisse der Bestandsaufnahme der Flächen AC7, AC10 und BP  38

Tabelle 10:  Ergebnisse der Bestandsaufnahme auf der Fläche "Kaffeeanbau"  39

Tabelle 11:  Mittlerer Durchmesser und Biomasse der Kaffeepflanzen auf MVC  40

Tabelle 12:  Stickstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen ausgewählter Vegetationsproben  41

Tabelle 13:  Biomasse, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt der Kraut- und Strauchschicht.  42

Tabelle 14:  Biomasse und Kohlenstoffgehalte der Streuschicht  43

Tabelle 15:  Biomasse und Kohlenstoffgehalt der Wurzeln (0 - 105 cm)  44

Tabelle 16:  Kohlenstoffvorräte C t/ha in der Vegetation bei verschiedenen Landnutzungen45  

Tabelle 17:  Mittlere Kohlenstoffkonzentrationen der Untersuchungsflächen pro Tiefenstufe  48

Tabelle 18:  Ausgewählte Mittelwertvergleiche bei den Regenerationsflächen  50

Tabelle 19:  Ausgewählte Mittelwertvergleiche bei den Maisanbauflächen  51

Tabelle 20:  C/N - Verhältnisse im Boden der Untersuchungsflächen.  52

Tabelle 21:  Mittlere scheinbare Dichte g/cm der Untersuchungsflächen pro Tiefenstufe  53

Tabelle 22:  Mittlere Kohlenstoffvorräte C t/ha der Untersuchungsflächen pro Tiefenstufe  54

Tabelle 23:  Kohlenstoffvorräte in Boden und Vegetation bei verschiedenen Landnutzungen  61

3

  Abbildungsverzeichnis:  

  Abbildung 1: Lage der Region Mixe im mexikanischen Bundesstaat Oaxaca  

  Abbildung 2: Topographische Karte der Region Mixe  

  Abbildung 3: Vegetation der Region Mixe  

  Abbildung 4: Lage der Untersuchungsflächen im Einzugsgebiet von Zompantle  

  Abbildung 5: Blick auf die Untersuchungsfläche "Kaffeeanbau"  

  Abbildung 6: Die Untersuchungsfläche LC  

  Abbildung 7: Kaffeereihe auf der Untersuchungsfläche MVC  

  Abbildung 8: Festlegung der Parzellen und der Probenahmepunkte  

  Abbildung 9: Probenahmeschema  

  Abbildung 10: Positionierung der Uhren auf der Untersuchungsfläche MVC  

  Abbildung 11: Probenahmeschema für den Kiefern - Eichenwald  

  Abbildung 12: Manuelles Entfernen der Wurzeln aus den Bodenproben  

  Abbildung 13: Kontrollmessung zur Bestimmung der Bodendichte.  

  Abbildung 14: Unterteilung der Probeexemplare in Sektionen.  

  Abbildung 15: Bestimmung des Frischgewichtes von Vegetationsproben im Feld.  

  Abbildung 16: Wiegen der Vegetationsproben  

  Abbildung 17: Probenahme der Vegetation der Kraut- und Strauchschicht  

  Abbildung 18: Probenahme der Streu  

  Abbildung 19: Ergebnisse der Parameterschätzung für ein exponentielles Durchmesser -  

  Biomasse - Modell bei verschiedenen Baumarten.  

  Abbildung 20: Beziehung zwischen Durchmesser und akkumulierter Trockenmasse  

  Abbildung 21: Mittelwertvergleich der Stammdurchmesser auf AC7 und AC10  

  Abbildung 22: Biomasse in der Baumschicht der Flächen MVC, CA, AC7, AC10 und BP.  

  Abbildung 23: Gesamtdarstellung der Kohlenstoffvorräte in der Vegetation  

  Abbildung 24: Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der landwirtschaftl. genutzten Flächen  

  Abbildung 25: Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der Sekundärwaldflächen  

  Abbildung 26: Durchschnittliche Corg - Konzentrationen im Boden  

  Abbildung 27: Stickstoffkonzentrationen der Untersuchungsflächen.  

  Abbildung 28: Anteil des gespeicherten Kohlenstoffs am Gesamtkohlenstoff im Boden  

  Abbildung 29: Kohlenstoffvorräte der Untersuchungsflächen.  

  Abbildung 30: Stickstoffvorräte der Untersuchungsflächen  

  Abbildung 31: Unterschiedliches Verhalten der Kohlenstoffkonzentrationen und -vorräte  

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1 Einleitung und Zielstellung

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen des Projektes "Nachhaltige Bewirtschaftung von Hanglagen" (Proyecto Manejo Sostenible de Laderas - PMSL), welches unter der Schirmherrschaft des Mexikanischen Ministeriums für Landwirtschaft und ländliche Entwicklung (Secretaria de Agricultura, Ganadería y Desarrollo Rural - SAGAR), der Regierung des Bundesstaates Oaxaca, der Global Environmental Facility (GEF) sowie der Weltbank derzeitig in drei Regionen des mexikanischen Bundesstaates Oaxaca durchgeführt wird. Bei den in das Projekt einbezogenen Regionen Mazateca, Cuicateca und Mixe handelt

es sich um ländliche, struktur- und einkommensschwache Gebiete im Bergland der Sierra Norte de Oaxaca, deren Bevölkerung vorwiegend von der Landwirtschaft zum Teil als Subsistenzwirtschaft lebt (Figueroa, 1999). Die Bewirtschaftung der Hänge mit Mais erfolgt dabei traditionell im Brandrodungsfeldbau mit Erholungsphasen von bis zu 10 Jahren. Die Erträge sind gering (ca. 500 kg/ha*a) und reichen oft nicht aus, um den Bedarf einer Familie zu decken (Merino, 2001). Der daraus resultierende Nutzungsdruck hat in der Vergangenheit zu einer Zunahme der Anbauflächen und zu einer drastischen Reduzierung der Erholungsphasen geführt. Die Folgen dieser Entwicklung sind der Verlust der Bodenfruchtbarkeit durch Erosion und das Zurückdrängen der natürlichen Vegetation. Anliegen des Projektes ist es daher, wirtschaftlich günstige und gleichzeitig ressourcenschonende Alternativen zu den traditionellen Anbaumethoden zu entwickeln, zu bewerten und zur Anwendung zu bringen.

In dem Unterprojekt MMCC (Metodología de Medición de la Captura del Carbono) wird dabei insbesondere die Rolle der Bewirtschaftungsmethoden bei der Speicherung von Kohlenstoff im Boden und in der Vegetation untersucht. Dem Kohlenstoff kommt neben seiner Eigenschaft als Hauptbestandteil der organischen Substanz eine besondere Bedeutung als klimarelevantem Faktor zu. Die Zunahme der Treibhausgase in der Atmosphäre und die damit verbundenen klimatischen und ökologischen Veränderungen geben derzeit weltweit Anlass zur Besorgnis (Andrasko, 1990; Bouwman und Leemans, 1995; Couzin, 1999; Fosberg et al., 1992; Soroos, 1998; Thomas et al., 1997; Waring et al., 1986). So stieg die Konzentration des atmosphärischen Kohlendioxids seit 1750 um 31 %, die von Methan und Distickstoffoxid um 151 % bzw. 17 % (IPCC, 2000). Die zu erwartende globale Erwärmung in den nächsten hundert Jahren wird zwischen 1,4°C und 5,8°C betragen, verbunden mit einem Anstieg des Meeresspiegels um 9 bis 88 cm, sowie einer Zunahme von

5

meteorologischen Extremereignissen (Stürme, Überschwemmungen, Dürren). Der zu erwartende Klimawandel und dessen negative Auswirkungen können aber laut IPCC abgebremst werden, wenn es gelingt die Emission von Treibhausgasen in den nächsten 20 Jahren wirksam zu verringern. Im Falle des Kohlendioxids gehen die Emissionen zwar zu einem überwiegenden Teil auf die Verbrennung von fossilen Energieträgern zurück (3/4 der anthropogenen CO 2 - Emissionen in den letzten 20 Jahren), aber auch landnutzungsbedingte Emissionen spielen weltweit eine nicht zu unterschätzende Rolle. In Mexiko stammen derzeitig ca. 30,6 % der gesamten CO 2 Emissionen aus dem land- bzw. forstwirtschaftlichen Sektor, verursacht hauptsächlich durch Landnutzungsänderungen und Deforestation (Instituto nacional de Ecologia, 2001).

Einen Beitrag zur Reduzierung der CO 2 - Emissionen, wie sie im Kyoto - Protokoll vereinbart wurde, können terrestrische Ökosysteme leisten (Watson, 2001). Ihre Bedeutung besteht einerseits in der Erhaltung der im Boden und in der Vegetation gespeicherten Kohlenstoffvorräte, sowie andererseits in der Erhöhung dieser Vorräte durch einen Wechsel hin zu nachhaltigerer Landnutzung bzw. angepasstem Management. Im letzen Fall dienen terrestrische Ökosysteme als Kohlenstoffsenken, die zwar aufgrund ihrer biologischen Dynamik grundsätzlich quantitativ begrenzt und temporärer Natur sind (Greenland, 1995; Scholes, 1999), aber kurzfristig einen effektiven Beitrag zur Verminderung des Treibhauseffektes leisten können (Dumanski et al., 1998; IGBP, 1998; Smith et al., 1998). Das Potential für eine solche biologische Verminderung ist nach Einschätzung des IPCC in den Tropen und Subtropen am größten, wobei der Umfang der Festlegung von Kohlenstoff jeweils von einer Vielzahl von Faktoren (Klima, Bodeneigenschaften, Vegetation, Landnutzung u.a.) abhängt und daher nicht pauschal abgeschätzt werden kann.

Derzeit existiert keine einheitliche Methode, um die Speicherung von Kohlenstoff in Agrarsystemen unter den spezifischen klimatischen und orographischen Bedingungen, wie sie im Bundesstaat Oaxaca vorherrschen, zu bestimmen (Etchevers et al., 2001a). Des weiteren fehlen Eingangsdaten auf deren Grundlage ökologische Modelle (wie z. B. das CENTURY -Modell) in der Lage sind, die zukünftige Entwicklung der Kohlenstoffvorräte in diesem Gebiet zu simulieren.

Anliegen des Unterprojektes MMCC, ist es daher, eine Grundlage für die Bestimmung der Kohlenstoffvorräte und deren Beeinflussung durch Landnutzung bzw.

Landnutzungsänderungen unter den spezifischen Bedingungen der genannten Regionen des

6

Bundesstaates Oaxaca zu schaffen. Dazu werden die Vorräte in Boden und Vegetation zu einem Zeitpunkt t = 0 und noch einmal nach 4 - 5 Jahren gemessen. Ziel der vorliegenden Arbeit, die im Rahmen dieses Unterprojektes angefertigt wurde, ist die Quantifizierung der Kohlenstoffvorräte bei verschiedenen Landnutzungen in Boden und Vegetation der Region Mixe in der Anfangsphase dieses Projekts.

Die ausgewählten Untersuchungsflächen repräsentieren sowohl traditionelle als auch alternative Landnutzungen, welche in der Lage sein sollten, die Kohlenstoffvorräte des Bodens zu erhöhen. Wissenschaftliche Studien aus anderen Gebieten und Klimazonen der Welt belegen, dass dies durch den Einsatz von landwirtschaftlichen Praktiken, welche die Biomasse der Pflanzen erhöhen, die Bodenerosion und die mikrobielle Oxidation der organischen Substanz verringern, erreicht werden kann (Lal, 1998). Neben einer Untersuchungsfläche mit traditionellem Maisanbau wurden daher zwei Untersuchungsflächen mit alternativen Landnutzungen etabliert: zum einen "konservierender" Maisanbau mit verringerter Bodenbearbeitung und stärkerer Bodendeckung, und zum anderen Maisanbau mit dazwischen gesetzten Kaffeereihen, die als Erosionsbarriere fungieren sollen. Des weiteren wurden eine Fläche mit Kaffee als Monokultur, sowie drei in Erholung befindliche Flächen, die sogenannten "Acahuales", in die Untersuchung einbezogen. Die Acahuales sind Bracheflächen, die der natürlichen Sukzession unterliegen und nach einer Erholungszeit wieder in die Nutzung übergehen. Von diesen Flächen wurden 3 Flächen unterschiedlichen Alters (2, 7 und 10 Jahre) ausgewählt. Als Repräsentant eines natürlichen Ökosystems im Reifezustand wurde außerdem eine Fläche mit Kiefern - Eichenwald (ca. 75 Jahre) untersucht, welcher einen charakteristischen Vegetationstyp der Region darstellt. Neben der Quantifizierung der Kohlenstoffvorräte auf diesen Flächen soll abgeklärt werden, ob und inwieweit bereits in der Anfangsphase des Projektes ein Zusammenhang zwischen der Art der Nutzung und der Menge an gespeichertem Kohlenstoff zu erkennen ist.

Folgende Fragen sollen im Rahmen dieser Arbeit geklärt werden:

• Wie viel Kohlenstoff wird in Boden und Vegetation bei verschiedenen Landnutzungen

gespeichert?

• Sind die alternativen Landnutzungen effizienter hinsichtlich der

Kohlenstoffspeicherung als die traditionellen?

• Wie beeinflusst die natürliche Regeneration der Flächen (Acahuales und Kiefern -

2 Darstellung des Untersuchungsgebietes

2.1 Lage und Klima

Die Region Mixe gehört zum mexikanischen Bundesstaat Oaxaca und ist im östlichen Teil der Sierra Norte de Oaxaca gelegen (Abbildung 1). Die gesamte Region umfasst eine Fläche von ca. 6400 km² und deckt hinsichtlich der Lage über dem Meeresspiegel einen Bereich von 200 m bis 3200 m ü. NN ab. Die mittleren Jahrestemperaturen schwanken in Abhängigkeit von der Höhenlage zwischen 17 und 27 °C und die Niederschläge zwischen 1500 mm und 2500 mm (PMSL, 2000). Das vorherrschende Klima in der Region reicht von tropischem Regenwaldklima bis hin zu gemäßigtem Klima.

Abbildung 1: Lage der Region Mixe im mexikanischen Bundesstaat Oaxaca

Für die Etablierung der Untersuchungsflächen des Projektes PMSL wurde ein Talkessel in der Nähe des Ortes Zompantle (Gemeinde Asunción Cacalotepec, Abbildung 2) ausgewählt. Das Gebiet umfasst 32 ha und liegt zwischen den geographischen Koordinaten 17° 00' 45'' und 17° 01' 16'' nördlicher Breite sowie 95° 53' 53'' und 95° 54' 10'' westlicher Länge. Die Höhe über dem Meeresspiegel variiert zwischen 1280 m und 1520 m. Der größte Teil der Hänge weist eine Neigung von über 30 % auf.

8

Abbildung 2: Topographische Karte der Region Mixe

Das Gebiet befindet sich klimatisch gesehen im Übergangsbereich zwischen Warm- und Kalttropen (Sommerhoff und Weber, 1999). Den Einheimischen zufolge ist das Klima gekennzeichnet durch drei Jahreszeiten: die Regenzeit von Juni bis Oktober, die kalte und neblige Jahreszeit von November bis März sowie die Trockenzeit von April bis Mai. Der Gesamtniederschlag beträgt ca. 1900 mm im Jahr. Aufgrund fehlender detaillierter Temperatur- und Niederschlagsdaten für das Gebiet kann der vorherrschende Klimatyp jedoch nicht eindeutig zugeordnet werden. Das Klima der nächstgelegenen meteorologischen Messstation Ayutla (2000 m ü. NN, mittl. Jahrestemperatur: 13,3 °C, Jahresniederschlag: 1322 mm) kann nach Köppen modifiziert von García als gemäßigt subhumid mit starken Niederschlägen in den Sommermonaten C(w2)(w) klassifiziert werden.

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2.2 Vegetation

Die natürliche Vegetation der Region Mixe reicht in Abhängigkeit von der Höhenlage von tropischem Tieflandsregenwald über Bergmischwald bis hin zu Kiefern - Eichenwäldern. Die potentielle natürliche Vegetation des Untersuchungsgebietes Zompantle stellt der Bergmischwald (bosque mesófilo de montaña) dar (INEGI, 1996, Abbildung 3). Rzedowski (1978) beschreibt diesen Vegetationstyp als dichten, 15 m bis 35 m hohen Wald, der sowohl immergrüne als auch laubabwerfende Bäume beherbergt. Die laublose Periode von 75 % der Spezies ist kurz und tritt in den kältesten Monaten des Jahres auf. Häufig ist auch eine starke Entwicklung des Unterwuchses sowie die Anwesenheit von Epiphyten. Typische Vertreter des Bergmischwaldes sind: Oreomunnea mexicana, Ulmus mexican, Weinmannia pinnata, Liquidambar styraciflua, Chiranthodendron pentadactylon, Nyssa sylvatica, Quercus sororia, Pinus ayacahuite, Hedyosmum mexicanum, sowie weitere Spezies der Lauraceae, Rosaceae, Cletraceae und Araliaceae (Gob. Edo. de Oaxaca).

Abbildung 3: Vegetation der Region Mixe

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Mit zunehmender Höhenlage setzen sich dann verstärkt boreale Arten durch und der Bergmischwald geht schließlich in einen Kiefern - Eichenwald (bosque pino - encino) über.

Aufgrund der wiederholten Abholzung der natürlichen Vegetation zugunsten einer landwirtschaftlichen Nutzung der Flächen besteht die vorherrschende Vegetation im Untersuchungsgebiet aus Sekundärwald bzw. den sogenannten "Acahuales". Als Acahual bezeichnet man in tropischen Zonen die Spontanvegetation auf Flächen, die vormals unter landwirtschaftlicher Nutzung standen. Acahuales besitzen weniger als 20 Bäume pro Hektar mit einem Durchmesser von mehr als 25 cm bzw. eine geringere Basalfläche als 40 m²/ha. Der Acahual ist ein junges Ökosystem, das potentiell die Fähigkeit hat, sich zu einem Waldökosystem ähnlich dem Original zu entwickeln (Ley forestal, 1994).

2.3 Boden

Für das Untersuchungsgebiet von Zompantle wird Acrisol als vorherrschender Bodentyp ausgewiesen (PMSL, 2000). Acrisole sind saure Böden mit tonreichem Bt-Horizont, die stark verwittert und entbast sind. Als Tonmineral wird hauptsächlich Kaolinit gebildet, was zu einer geringen Kationenaustauschkapazität beiträgt. Acrisole sind allgemein nährstoffarme, nach der Rodung erosionsanfällige Standorte, die gedüngt werden müssen oder traditionell als shifting cultivation genutzt werden. Ertragsbeschränkend wirken neben der Nährstoffarmut Al-Toxizität und P-Fixierung.

Im Rahmen der Voruntersuchungen wurden 1999 zwei Profile im Bereich der späteren Untersuchungsflächen LT, LC und MVC beprobt. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die ermittelten physikalischen und chemischen Bodenkennwerte für diese Untersuchungsflächen. Der Boden ist tiefgründig und weist im Oberboden hohe Gehalte an organischer Substanz (OS) auf. Entsprechend hoch sind auch die Gehalte an Gesamtstickstoff in den oberen 30 cm, insbesondere bei dem Profil LT / LC. Der pH-Wert des Bodens ist stark sauer, die effektive Kationenaustauschkapazität (KAK eff ) und Basensättigung (BS) sind bis auf die oberen 10 cm gering. Als Bodenart herrscht toniger Lehm (Lt) bis lehmiger Ton (Tl) vor. Das Profil im Bereich der Untersuchungsfläche MVC weist in Bezug auf Textur, KAK, BS und pH vergleichbare Charakteristika auf, besitzt aber einen geringeren Gehalt an organischer Substanz: durchschnittlich zwei Prozentpunkte weniger als das erste Profil. Zu den anderen Untersuchungsflächen liegen keine weiteren Angaben vor.

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Tiefe OS N t pH KAK eff BS Bodenart

Cm 0-10

10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90

Cm 0-10

10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90

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2.4 Nutzung

Die landwirtschaftliche Nutzung im Untersuchungsgebiet wird bestimmt durch den Maisbzw. Kaffeeanbau (10% bzw. 25 % der Gesamtfläche). Der überwiegende Teil der Fläche wird von Acahuales unterschiedlichen Alters und Entwicklungsstadien eingenommen. Von der ursprünglichen Waldvegetation existieren nur noch Restbestände von insgesamt 0,5 ha (1,5 % der Gesamtfläche).

Die Bewirtschaftung der Flächen erfolgt traditionell im Brandrodungsfeldbau. Dabei wird ca. 3 - 4 Wochen vor Beginn der Aussaat eine geeignete Fläche Primär- oder Sekundärwald mithilfe von Machete und/oder Axt gerodet. Die Bäume und Sträucher werden dabei kurz über dem Boden abgeschlagen, so dass die Wurzeln im Boden verbleiben. Je nach beabsichtigter Nutzung können auch wahlweise einige größere Stämme stehen gelassen bzw. weiter oberhalb abgeschlagen werden, die dann als Rankhilfe für Bohnen dienen, die neben dem Mais traditionell eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel darstellen. Die abgeschlagene Vegetation verbleibt an Ort und Stelle und wird nach dem Trocknen auf der Fläche verbrannt. Die Asche dient dabei als wertvoller Dünger für den Boden. Ursprünglich wurden die Flächen zwei bis drei Jahre lang für den Maisanbau genutzt und danach sich selbst überlassen. Der Anbau von Mais erfolgt dabei traditionell nicht als reine Monokultur sondern mit dem System "Milpa", welches neben dem Mais meist weitere Kulturpflanzen wie Bohnen oder Amaranth sowie Heil- und Gewürzpflanzen enthält. Die Regenerationszeiten der Flächen bis zur erneuten Rodung betrugen in der Vergangenheit bis zu 10 Jahren. Neuere Studien (Merino, 2001) zeigen, dass die durchschnittliche Nutzungsdauer in der Region Mixe zugenommen hat (7,4 Jahre), während die durchschnittliche Erholungszeit deutlich abnahm (2,6 Jahre).

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2.5 Charakterisierung der Untersuchungsflächen

Die Auswahl der Untersuchungsflächen unterlag einer Reihe von Kriterien und Restriktionen. Neben der Repräsentativität der Flächen für die Region hinsichtlich der ökologischen und sozioökonomischen Bedingungen spielten auch die Interessen der lokalen Behörden sowie der einheimischen Bevölkerung eine Rolle, da der Erfolg des PMSL-Projekts entschieden auf die Mitarbeit der letzteren angewiesen ist. Im Hinblick auf die natürlichen Gegebenheiten wurde besonders auf räumliche Nähe der Flächen (Lage innerhalb desselben Tals) Wert gelegt, so dass die Vergleichbarkeit der Flächen hinsichtlich klimatischer Bedingungen gewährleistet ist.

Als Untersuchungsflächen wurden neben den traditionellen Bewirtschaftungssystemen Mais-und Kaffeeanbau alternative Maisanbaumethoden, 3 Regenerationsflächen (Acahuales) unterschiedlichen Alters sowie eine Fläche mit adultem Sekundärwald berücksichtigt. Tabelle 3 gibt eine Übersicht über die Untersuchungsflächen, sowie deren Bewirtschaftung.

Tabelle 3: Überblick über die Untersuchungsflächen

traditioneller

alternativer

nachwachsender Vegetation ^{10-15jährige Fläche seit ca. 10-15 Jahren ohne} AC10 Acahual de 10 años

^{Sukzessionsfläche Bewirtschaftung} Sekundärwald BP Bosque de pino-encino Kiefern-Eichenwald Sekundärwald ca. 75 Jahre alt

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Alle Untersuchungsflächen mit Ausnahme des Kiefern - Eichenwaldes befinden sich im selben hydrologischen Einzugsgebiet. In Bezug auf Relief und Lage weisen sie aber teilweise Unterschiede auf. Während sich die drei Maisanbauflächen LT, LC und MVC am gleichen Hang befinden und diesbezüglich vergleichbare Verhältnisse aufweisen, variieren die drei Acahuales und der Kaffee stärker in Hangneigung und Exposition (vgl. Abbildung 4 und Tabelle 4).

* im Einzugsgebiet von Zompantle Abbildung 4: Lage der Untersuchungsflächen

Tabelle 4: Höhenlage und Relief der Untersuchungsflächen

Untersuchungsflächen Hangneigung Exposition Höhe [%] [m ü.NN] LT

Sekundär-

Die einzelnen Flächen werden im Folgenden ausführlich besprochen.

^* Die Untersuchungsfläche BP (Kiefern - Eichenwald) ist nicht dargestellt, da sie außerhalb

des Talkessels liegt.

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CA - Cafétal - Kaffeeanbau

Der traditionelle Kaffeeanbau wird in der Region nicht als reine Monokultur betrieben, sondern neben der Kaffeepflanze Coffea arabica sind zur Beschattung Bäume der Gattung Inga spp. vorhanden. Obwohl eine Beschattung den Ertrag der Kaffeepflanzen beeinträchtigen kann, überwiegen im Allgemeinen die positiven Effekte, die vor allem in dem Schutz der empfindlichen Kaffeepflanze gegenüber Wind, starken Temperaturschwankungen, Austrocknung sowie Erosion bestehen (Infoagro.com, 2002). Des weiteren pflanzen die Bauern gern Obstbäume z. B. japanische Mispel (Eriobotrya japonica) zwischen die Kaffeepflanzen. Der Abstand der Kaffeesträucher beträgt zwischen 2 m und 2,5 m, so dass eine Pflanzdichte von ca. 2000 Pflanzen pro Hektar erreicht wird. Das Unkraut zwischen den Sträuchern wird zweimal pro Jahr mit der Machete ausgelichtet. Die Untersuchungsfläche hat eine Neigung von durchschnittlich 35% in Richtung Osten und ist mit 1280 m ü. NN von allen Untersuchungsflächen am tiefsten gelegen.

Abbildung 5: Blick auf die Untersuchungsfläche "Kaffeeanbau"

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LT - Labranza tradicional - traditioneller Maisanbau

Diese Untersuchungsfläche entspricht dem traditionellen Maisanbau, wie er von den einheimischen Bauern der Region betrieben wird. Die Aussaat erfolgt mit dem Pflanzstock, so dass die Bodenbearbeitung gering ist. Die Saatdichte beträgt ca. 40000 Pflanzen pro Hektar. Die Fläche wird nicht gedüngt, und zwischen den Maispflanzen wird das Unkraut (z. B. Commelina sp, Pteridium aquilinum) ca. 2 Monate nach der Aussaat mithilfe von Hacke oder Spaten entfernt. Die Ernterückstände werden in der Regel zusammen mit dem Unkraut gesammelt und verbrannt.

Die Fläche wird seit 1998 bewirtschaftet. Der Ertrag der Fläche ging im Jahr 2000 (0,5 t/ha) im Vergleich zum Vorjahr (1,17 t/ha) bereits deutlich zurück. Die Untersuchungsfläche besitzt eine Hangneigung von 60 % und befindet sich im Mittelhangbereich (1310 m ü. NN).

LC - Labranza de conservación - Maisanbau mit Residuenmanagement

Der Begriff "Labranza de conservación" (engl. „conservation tillage“) beinhaltet das Konzept der "konservierenden Bodenbearbeitung" - denn so lautet die korrekte Übersetzung der spanischen Bezeichnung - besteht darin, die Bodenbearbeitung weitgehend zu reduzieren und den Boden mittels verstärkter Bodendeckung vor Erosion zu schützen. Dazu werden die Ernterückstände im Unterschied zum traditionellen Anbau nicht verbrannt, sondern verbleiben auf der Fläche. Damit soll eine Deckung des Bodens von mindestens 30 % erreicht werden. Dies ist besonders nach der Aussaat, d. h. unmittelbar vor Beginn der Regenzeit wichtig, da zu diesem Zeitpunkt die Erosionsgefahr am größten ist. Die Aussaat erfolgt mit dem Pflanzstock, die Saatdichte liegt bei ca. 50000 Pflanzen pro Hektar. Im Unterschied zum traditionellen Anbau wird das Unkraut nur oberirdisch durch den Einsatz von Machete entfernt, so dass die Bodenbearbeitung praktisch null ist. Des weiteren wird die Fläche mit Mineraldünger gedüngt (vgl. Tabelle 5).

Die Untersuchungsfläche befindet sich in unmittelbarer Nachbarschaft zur Fläche mit dem traditionellen Maisanbau, daher weist sie ähnliche Eigenschaften im Relief auf, d.h. die Hangneigung beträgt 56 % und die Höhe über dem Meeresspiegel 1310 m.

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Abbildung 6: Die Untersuchungsfläche LC

MVC - Muros vivos de café - Mais mit Kaffee

Die Anbaumethode auf dieser Untersuchungsfläche ist gekennzeichnet durch die Kombination von Mais- und Kaffeeanbau. Dabei werden Reihen von Kaffeesträuchern quer zum Hang zwischen den Mais gepflanzt. Diese Reihen sollen als Erosionsbarriere und Sedimentfilter wirken, zusammen mit Ernterückständen und Totholz, so dass sich mit der Zeit eine Terrasse bildet (Abbildung 7).

Der Abstand der Reihen untereinander beträgt 9 m, der Abstand der Kaffeepflanzen zueinander jeweils 75 cm, so dass sich für den Kaffee eine Pflanzdichte von 1400/ha ergibt. Im ersten Jahr des Projektes (1999) wurde die Fläche noch je zu einem Drittel mit Kaffee, Mais bzw. Bohnen bewirtschaftet. Da die Bohnen jedoch wegen einer Kaninchenplage keinen Ertrag brachten, wurde im folgenden Jahr die entsprechende Teilfläche ebenfalls für den Maisanbau verwendet, so dass nun zwischen den Kaffeereihen auf 6 m Mais angebaut wird, während die restlichen 3 m den Kaffeepflanzen der Sorte "Oro Azteca" vorbehalten sind. Mit Ausnahme der Düngung erfolgt die Bewirtschaftung der Fläche wie beim traditionellen Anbau, d. h. Verbrennung der Ernterückstände und Entfernung des Unkrauts mit Hacke und Spaten. Die Untersuchungsfläche befindet sich am selben Hang wie die beiden anderen Maisanbauflächen und weist daher ähnliche Charakteristika beim Relief auf.

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Abbildung 7: Kaffeereihe auf der Untersuchungsfläche MVC

Tabelle 5 gibt zusammenfassend einen Überblick über die unterschiedliche Bewirtschaftung der drei Maisanbauflächen.

Tabelle 5: Übersicht über die Bewirtschaftung der Maisanbauflächen

LT MVC LC

Jahr der Erschließung ^{1998 1997 1998} Saat ^{Mais Mais + Kaffee Mais} Düngung (NPK) ^{1999 ---80-80-0 100-80-0 2000 ---80-80-0 80-80-0} Herbizide ^---GRAMOXONE Bodenbearbeitung Traditionell eingeschränkt

≥ 30% Bodendeckung ^{< 30%} Ertrag in t/ha

Ernterückstände werden verbrannt verbleiben auf der Fläche

* bezogen auf 1/3 der Untersuchungsfläche **bezogen auf 2/3 der Untersuchungsfläche

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Die Bracheflächen AC2, AC7 und AC10

Die Acahuales sind Flächen in Erholung nach der landwirtschaftlichen Nutzung (vgl. Definition Abschnitt 2.2), die der natürlichen Sukzession unterliegen. Zu den Untersuchungsflächen gehören drei Flächen unterschiedlichen Alters:

• AC2 - Acahual de 2 años - 2jährige Regenerationsfläche

• AC7 - Acahual de 7 años - 7jährige Regenerationsfläche

• AC10 - Acahual de 10 años - 10-15jährige Regenerationsfläche

Das Alter der Vegetation der ältesten Fläche wird auf 10 bis 15 Jahren geschätzt, da das genaue Alter nicht bestimmbar ist und die zeitlichen Angaben der Einheimischen diesbezüglich sehr ungenau sind. Desgleichen gilt für Angaben zu früheren Nutzungen der Flächen; mit einiger Sicherheit kann jedoch davon ausgegangen werden, dass vorher auf den Flächen Mais auf traditionelle Weise angebaut wurde, über die jeweilige Nutzungsdauer liegen jedoch keine genauen Angaben vor.

Die Vegetation des 2jährigen Acahuals befindet sich noch im Pionierstadium, d. h. sie ist geprägt durch eine große Artenvielfalt und die Abwesenheit einer Baumschicht. Im Gegensatz dazu besitzen die beiden älteren Flächen bereits deutliche Baumbestände. Häufige Vertreter sind dort Clethra hartwegii, Rapanea myricoides, Alnus spp., Liquidambar macrophylla, Quercus spp. Der älteste Acahual (AC10) weist bereits eine Differenzierung hin zu einem zukünftigen Eichenwald auf.

BP - „Bosque de pino - encino“ - Kiefern - Eichenwald

Bei dieser Fläche handelt es sich um einen ca. 75jährigen Sekundärwald mit Ausprägung zum Kiefern- und Eichenwald. Diese Fläche wurde im Nachhinein einbezogen als Referenz für ein reifes Ökosystem unter natürlicher Vegetation im Vegleich zu den jungen Bracheflächen. Die Fläche befindet sich als einzige außerhalb des unter 2.1 definierten Untersuchungsgebietes, da innerhalb dieses Gebietes keine Flächen mit älterer Vegetation vorhanden waren. Die Untersuchungsfläche BP ist etwa. 5 km entfernt von Zompantle gelegen und weist eine Hangneigung von 20 bis 45% in südöstlicher Richtung auf. Der Boden ist hier im Vergleich zu den anderen Untersuchungsflächen weniger tiefgründig. Da diese Fläche erst später einbezogen wurde konnten keine Daten bezüglich der Stickstoffkonzentrationen im Boden und in der Vegetation erhoben werden.

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3 Methodik

3.1 Erfassung der Kohlenstoffvorräte im Boden

3.1.1 Probenahme

Die Methodik der Probenahme entspricht im Wesentlichen der von Woomer und Palm (1998) vorgeschlagenen Vorgehensweise zur Abschätzung von Kohlenstoffvorräten in den Tropen. Auf den Untersuchungsflächen wurden zunächst die Probenahmepunkte festgelegt. Dazu wurden auf den Flächen mit der nachwachsenden natürlichen Vegetation, d.h. den Acahuales (AC2, AC7, AC10), sowie auf der Fläche "Kaffeeanbau" (CA) jeweils 5 Parzellen von 4 m x 25 m nach dem Zufallsprinzip ausgewählt. Auf jeder dieser Parzellen wurden 2 Punkte markiert, die sich in Längsrichtung etwa im gleichen Abstand zueinander wie zum Parzellenrand befinden und in Querrichtung auf der Parzellenmitte liegen (Abbildung 8).

Abbildung 8: Festlegung der Parzellen und der Probenahmepunkte

Diese Punkte dienten als Zentrum einer gedachten Uhr, an deren Nord (12 Uhr) und Südpunkt (6 Uhr) im Abstand von 50 cm vom Zentrum jeweils die Probenahme erfogte, d.h. jede Parzelle besitzt zwei solcher "Uhren" mit jeweils 2 Probenahmepunkten im Abstand von 1m. (Abbildung 9). Auf diese Weise existiert zu jeder Probe eine Vergleichsprobe in nur 1 m Abstand. Im Zentrum jeder "Uhr" wurde ein Metallstab versenkt, um die Probenahmepunkte mithilfe eines Metalldetektors auch nach längerer Zeit (2.Projektphase nach 3 bzw. 5 Jahren) wiederfinden zu können.

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Abbildung 9: Probenahmeschema

Bei den Untersuchungsflächen mit Maisanbau wurden wegen des geringeren Flächenangebotes jeweils nur 3 Parzellen pro Fläche mit jeweils 9 m Länge ausgewählt, wobei die Festlegung in Richtung der Hangneigung erfolgte. Jede Parzelle besitzt 3 Uhren, die in gleichem Abstand angeordnet sind. Bei der Untersuchungsfläche "Mais mit Kaffee" (MVC) wurden diese so festgelegt, dass immer die mittlere Uhr mit der Reihe der Kaffeebäume zusammenfällt (Abbildung 10).

Abbildung 10: Positionierung der Uhren auf der Untersuchungsfläche MVC

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Die Untersuchungsfläche „Kiefern - Eichenwald“ ist wesentlich größer als die anderen Untersuchungsflächen, so dass für die Probenahme ein abweichendes Schema angewandt wurde, welches den Gegebenheiten besser entspricht: Es wurden 3 kreisförmige Flächen von 1000 m² (R = 17,84 m) bestimmt. Ausgehend vom Mittelpunkt wurden in den Richtungen N, 60° SO und 60 °SW jeweils im Abstand von 5,64 m ein Probenahmepunkt bestimmt, an denen sowohl die Probenahme des Bodens, als auch die der Streu und der Kraut- und Strauchschicht durchgeführt wurde (Abbildung 11).

Abbildung 11: Probenahmeschema für den Kiefern - Eichenwald

Die Probenahme an den so festgelegten Beprobungspunkten erfolgte manuell mit einem Probenehmer für ungestörte Proben (AMS Soil Sampling Equipment, Stechzylinder mit 4,78 cm Durchmesser und ca. 19 cm Länge). Die Proben wurden in Intervallen von 15 cm (0 - 15 cm, 15 - 30 cm, 30 - 45 cm, 45 - 60 cm, 60 - 75 cm, 75 - 90 cm und 90 - 105 cm) kontinuierlich bis zu einer Tiefe von 1m entnommen, soweit die Geländebedingungen dieses zuließen. Bei der Probenahme wurden Auffälligkeiten der Proben wie Fehlstellen, Störungen etc. dokumentiert, um bei der Auswertung gegebenenfalls Ausreißer identifizieren zu können.

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Tabelle 6 gibt abschließend eine Übersicht über Art und Anzahl der gewonnenen Bodenproben.

Tabelle 6: Übersicht über die gewonnenen Bodenproben

Anzahl der Anzahl der Anzahl Probenanzahl

Fläche

Parzellen "Uhren" Probepunkte gesamt AC2 ^{5 10 20 101} AC7 ^{5 10 20 119} AC10 ^{5 10 20 117} CA 5 10 20 114

MVC ^{3 9 18 106} LT ^{3 9 18 100} LC ^{3 9 18 106} BP ^{3 - 9 35} Gesamt 67 143 798

3.1.2 Probenaufbereitung und -analyse

Zunächst werden aus den Bodenproben mit der Pinzette (Abbildung 12) sämtliche mit bloßem Auge erkennbaren nicht mineralischen Bestandteile, wie Wurzeln, Kleinstlebewesen (Insekten) und Vegetationsreste entfernt bzw. gesondert aufgehoben und getrocknet (vgl. auch 3.2.1.4). Die so behandelten Bodenproben werden dann 2 bis 3 Tage an der Luft getrocknet und anschließend gewogen. Danach wird der Skelettanteil der Bodenproben (Korngröße > 2 mm) durch Sieben abgetrennt. Die eventuell im Siebrückstand enthaltenen Bodenaggregate werden mithilfe eines Holzhammers zerstört und nocheinmal durch das Sieb gegeben. Der Skelettanteil jeder Bodenprobe wird gewogen und getrennt aufbewahrt. Die Proben werden anschließend homogenisiert und es wird eine repräsentative Unterprobe entnommen (ca. 5 g). Bevor diese Unterprobe gemahlen wird, erfolgt nochmals per Hand eine Auslese der organischen Reste (Wurzeln, abgestorbene Pflanzenteile), die eventuell bei der ersten Bearbeitung übersehen wurden.

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Abbildung 12: Manuelles Entfernen der Wurzeln aus den Bodenproben

Die Probe wird mit der Kugelmühle 8000 MIXER/MILL 3 min lang gemahlen, so dass eine

Korngröße von 150 µm erreicht wird. Nachdem die Proben anschließend mindestens 24

Stunden bei 105 °C im Trockenofen getrocknet wurden, erfolgte die Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes der Proben mit dem Elementanalysator Shimadzu TOC 5050-A. Da in den Proben kein anorganischer Kohlenstoff vorhanden war, ist der vom Gerät gemessene Gesamtkohlenstoff gleich dem organischen Kohlenstoff der Probe. Abschließend werden die gewonnenen Daten auf mögliche Meßfehler bzw. Ausreißer überprüft. Eine erste Detektion von möglichen Ausreißern erfolgt mit dem Statistikprogramm SPSS. Die so selektierten Meßwerte werden dann unter Einbeziehung der Probenahmeprotokolle und/oder durch Vergleich mit der jeweils korrespondierenden

¹ als wirkliche Ausreißer oder als natürliche Varianz interpretiert und Bodenprobe gegebenenfalls verworfen.

3.1.3 Bestimmung der Bodendichte

Die Bestimmung der Dichte ist notwendig für die spätere Berechnung der Kohlenstoff- bzw. Stickstoffvorräte des Bodens. Da nur der Feinerdeanteil in diese chemischen Analysen eingeht, ist für die entsprechende Quantifizierung die Dichte der Feinerde (Korngröße < 2 mm) von Interesse und nicht die Lagerungsdichte der gesamten Probe. Bei Bodenproben mit einem geringen Skelettanteil, wie es bei der Mehrzahl der Proben der Fall ist, entspricht die ermittelte Dichte jedoch weitgehend der Lagerungsdichte.

¹ Aufgrund des Probenahmerasters liegen die Bodenproben im Normalfall paarig vor, d. h. zu

jeder Probe (z.B. 12 Uhr) existiert eine Vergleichsprobe in nur 1m Entfernung (6 Uhr).

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Die Dichte wurde aus dem Trockengewicht der Probe und dem jeweiligen Volumen des Stechzylinders mithilfe der folgenden Formel errechnet:

m

Das Volumen der Wurzeln ergibt sich dabei aus:

V w = Trockenmasse der Wurzeln bei 75 °C / mittlere Dichte der Wurzeln

Und das des Skelettanteils analog:

V s = Masse des Skelettanteils / mittlere Dichte des Skelettanteils.

Die mittleren Dichten für Wurzeln und Skelettanteil wurden zuvor empirisch aus jeweils 10 Stichproben ermittelt. Die mittlere Dichte der Wurzeln betrug dabei 0,3 g/cm³, die des Skelettanteils 2,4 g/cm³.

Die erläuterte Methode ist sehr fehleranfällig und setzt die Gewinnung von ungestörten Bodenproben ohne Fehlstellen voraus. In der Praxis kann dies jedoch nicht immer gewährleistet werden, so daß bereits bei der Probenahme im Feld darauf geachtet wurde, daß erkennbar gestörte Proben (z.B. durch Wühltätigkeit von Kleinsäugern oder Beeinträchtigung der Probenahme durch große Wurzeln) entsprechend gekennzeichnet und nicht in die spätere Berechnung der Dichte einbezogen wurden.

Da die Dichtewerte später direkt in die Berechnung der Kohlenstoffvorräte eingehen und damit eventuelle Meßfehler verschleppt werden können, wurde außerdem eine Ausreißerdetektion mithilfe des Statistikprogramms SPSS durchgeführt, die auf der relativen Entfernung des Meßwertes vom Bereich der 50% mittleren Werte beruht (Brosius, 1998). Ausreißer, die auch nach der individuellen Überprüfung als solche erkannt wurden, wurden durch den Mittelwert der jeweiligen Grundgesamtheit ersetzt. Als Kriterium für die

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Eliminierung galt ein Vergleich der Meßwerte mit Maxima und Minima von Kontrollmessungen einer separaten Probenahme (Abbildung 13), die zusätzlich im Bereich der Maisanbauflächen durchgeführt wurde.

Abbildung 13: Kontrollmessung zur Bestimmung der Bodendichte

3.1.4 Berechnung der Kohlenstoffvorräte im Boden

Die gemessenen Kohlenstoffkonzentrationen der Proben [in %] werden nach der folgenden Formel in eine flächenbezogene Mengenangabe [t/ha] umgerechnet:

C[t/ha] = C[%] * Bodendichte [g/cm³]* Tiefe der Probe [cm]

In den Fällen, wo die angestrebte Probentiefe von 15 cm nicht eingehalten werden konnte, werden die Werte mithilfe mathematischer Umformungen auf diese Standardtiefe umgerechnet, um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mithilfe der einfaktoriellen ANOVA und post-hoc- Tests wie Tukey HSD. Die Signifikanzniveaus entsprechen den allgemein üblichen

Standards von α = 0,05.

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3.2 Erfassung der Kohlenstoffvorräte in der Vegetation

3.2.1 Quantifizierung der Biomasse

Für die Erfassung der in der Vegetation enthaltenen Kohlenstoffvorräte muss zunächst die Biomasse quantitativ bestimmt werden. Dazu wurde die Biomasse der Untersuchungsflächen in Wurzeln, Streu, Kräuter und Sträucher, Bäume, sowie Kulturpflanzen unterteilt. Die folgenden Abschnitte erläutern die jeweilige Vorgehensweise bei der Probenahme bzw. der Bestimmung der Biomasse der einzelnen Betsandteile.

3.2.1.1 Bäume

Für die Schätzung der Biomasse der Bäume auf der Untersuchungsfläche „Kiefern -Eichenwald“ wurden die Durchmesser aller Bäume innerhalb des Radius von 17,84 m

(entspricht 1000 m²) ermittelt, deren Durchmesser ≥ 10 cm war. Auf den anderen

Untersuchungsflächen wurden die Durchmesser aller innerhalb der Parzelle (25 m x 4 m) befindlichen Bäume (bzw. aller Bäume die sich mit mehr als der Hälfte ihres Stammes innerhalb der Parzelle befinden) in Brusthöhe (1,3 m) gemessen. Als Bäume galten dabei alle Gehölze, deren Durchmesser in Brusthöhe größer oder gleich 2,5 cm war (Woomer und Palm, 1998; Kotto - Same, 1997), alle anderen Pflanzen wurden der Kraut- und Strauchschicht zugeordnet. Des weiteren wurde, soweit dies möglich war, die jeweilige Baumart bestimmt. Anschließend erfolgte die Berechnung der Biomasse der Bäume entsprechend der Spezie mithilfe von Funktionen, welche auf der Beziehung zwischen Durchmesser und Trockenmasse der Bäume basieren, wie sie bereits verschiedentlich in der Literatur beschrieben worden sind (Brown et al., 1989; Deans et al., 1996 und De Jong et al., 1995). Im Falle der Gattung Pinus wurde ein logarhitmisches Modell verwendet, welches von Garcidueñas (1987) zur Schätzung der Biomasse von Pinus montezumae entwickelt wurde. Die entsprechenden Gleichungen für die Spezies Clethra hartwegii, Rapanea myricoides, Alnus spp., Liquidambar macrophylla, Quercus spp., Inga spp., und Coffea arabica, welches typische Arten bzw. häufige Nutzpflanzen in der Region sind, wurden im Rahmen des Projekts MMCC eigens hierfür ermittelt (Acosta et al., 2002). Für den Fall, dass die auf den Untersuchungsflächen gefundenen Bäume einer anderen Spezie angehörten, wurde für die Berechnung die Gleichung derjenigen Spezie verwandt, die diesem von der Phänologie her am ähnlichsten war.

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Die Gleichungen wurden mithilfe von nichtlinearer Regression ermittelt und genügen der Form

^b y = ax

Dabei entspricht x dem gemessenen Durchmesser und y der ermittelten Trockenmasse des Baumes. A und b sind jeweils die artspezifischen Parameter.

Für die Aufstellung der Gleichungen mußten zunächst die Trockenmasse verschiedener Bäume bestimmt werden. Pro Spezie wurden 6 bis 10 Exemplare unterschiedlichen Durchmessers, im Bereich von 3 bis 25 cm, ausgewählt. Kleinere Bäume (bis ca. D = 10 cm) wurden vollständig als Probe genommen. Bäume mit Durchmessern größer 10 cm wurden nach dem Fällen entlang des Stammes in insgesamt 7 verschiedene Sektionen unterteilt (Abbildung 14). Jede Sektion wurde separat mithilfe von Feldwaagen vor Ort gewogen (Abbildung 15 und Abbildung 16), sowie daraus repräsentative Proben für die spätere Bestimmung des Kohlenstoff- und Wassergehaltes entnommen.

Abbildung 14: Unterteilung der Probeexemplare in Sektionen

Aus dem Stammbereich (P1 bis P3) wurden pro Sektion je eine Probe der verholzten Sproßachse entnommen, während im Kronenbreich (P4 bis P7) neben letzterem auch die Blätter und Zweige beprobt wurden. Auf diese Weise ist es möglich nach der Bestimmung des Wassergehaltes der Vegetationsproben im Labor jeder Sektion das entsprechende Trockengewicht zuzuordnen sowie die Gesamttrockenmasse der beprobten Bäume zu bestimmen.

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  Abbildung 15: Bestimmung des Frischgewichtes von Vegetationsproben im Feld  

  Abbildung 16: Wiegen der Vegetationsproben  

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3.2.1.1 Kraut- und Strauchschicht

Für die Bestimmung der Biomasse der Kraut- und Strauchschicht auf den Acahuales sowie auf der Fläche mit Kaffeeanbau wurde an den Probenahmepunkten ein Quadrat von 1m² abgemessen und sämtliche krautige Vegetation sowie Gehölze mit einem Durchmesser kleiner 2,5 cm innerhalb dieser Begrenzung vollständig als Probe entnommen. Es wurden jeweils zwei Punkte pro Parzelle, d. h. 10 Punkte pro Untersuchungsfläche beprobt. Die Lage dieser Probenahmepunkte stimmt mit der der "Uhren" überein, d. h. den Stellen, an denen später auch die Bodenproben entnommen wurden (vgl. auch 3.1.1.).

Abbildung 17: Probenahme der Vegetation der Kraut- und Strauchschicht

Auf den Maisanbauflächen ist neben der Biomasse der Kulturpflanzen (vgl. 3.2.1.5) die Biomasse der krautigen Vegetation, die zwischen den Maispflanzen als Unkraut wächst, zu berücksichtigen. Dazu wurde pro Parzelle eine Fläche von 30 cm x 30 cm gewählt und der

Inhalt dieses Quadrates als Probe genommen.

Sämtliche Proben wurden im Labor bei 75 ° C für 48 Stunden getrocknet und anschliessend ihr Trockengewicht bestimmt.

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3.2.1.3 Streu

Zur Quantifizierung der Streu wurde jeweils innerhalb des Quadrates von 1 m², wo zuvor die Vegetation der Kraut- und Strauchschicht beprobt worden war, eine kleinere Fläche von 0,5 x 0,5m (0,25 m²) ausgewählt und sämtliche darin befindliches totes organisches Material als Probe entnommen (Abbildung 18).

Auf den Maisanbauflächen war es indes nicht notwendig Streuproben zu entnehmen, da die Streu dieser Flächen hauptsächlich aus den Residuen der Maispflanzen besteht, und diese nach der Ernte auf den Flächen LT und MVC per definitionem entfernt werden. Im Falle der Untersuchungsfläche LC, wo die Ernterückstände auf der Fläche verbleiben, ergibt sich die entsprechende Biomasse der Residuen aus der Gesamtbiomasse der geernteten Maispflanzen abzüglich der Biomasse des Kolbens.

Abbildung 18: Probenahme der Streu

3.2.1.4 Wurzeln

Die Biomasse der Wurzeln wurde anhand der in den Bodenproben vorhandenen Wurzeln bestimmt. Die Probenanzahl und -art korreliert demzufolge mit dem jeweiligen Schema zur Entnahme der Bodenproben, d. h. es liegen Proben zu verschiedenen Bodentiefen (max. bis

1 m) und in unterschiedlichem Umfang vor. Die im Stechzylinder enthaltenen Wurzeln

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wurden bei der Aufbereitung der Bodenproben (vgl.3.1.2) aussortiert, getrocknet und gewogen. Die Trocknung erfolgte wie bei den anderen Vegetationsproben für 48 Stunden bei 75 °C.

Die Trockenmasse der Wurzeln einer Probe wird mithilfe des Stechzylinderdurchmessers auf die Fläche bezogen, so dass die Angaben in t/ha vorliegen. Die Biomasse der Wurzeln ist abhängig von der jeweils betrachteten Bodentiefe, im Normalfall wurden die Einzelwerte bis 1 m Bodentiefe aufaddiert.

3.2.1.5 Biomasse der Kulturpflanzen (Mais)

Die Biomasse der Maispflanzen auf den 3 betroffenen Untersuchungsflächen LC, LT und MVC wurde im Rahmen des Unterprojektes für alternative Anbaumethoden (Subproyecto de Tecnologias Alternativas Sustentables) ermittelt. Dazu wurden die Maispflanzen auf den Untersuchungsflächen im Reifezustand geerntet und das Frischgewicht bestimmt. Für weitere Analysen wurde sowohl der Anteil des Maisstrohs an der Ernte bestimmt, als auch exemplarisch Proben für die spätere Ermittlung des Kohlenstoff- und Wassergehaltes entnommen.

3.2.2 Bestimmung der Kohlenstoffgehalte - und vorräte der Vegetation Zur Bestimmung der Kohlenstoffvorräte der Vegetation mußten zunächst die

durchschnittlichen Kohlenstoffgehalte der verschiedenen Vegetationsproben ermittelt werden. Dazu wurden aus der Gesamtheit der Vegetationsproben jeweils einige Proben pro Fläche und Vegetationsschicht folgendermaßen ausgewählt: bei den Mischproben (d.h. Kraut- und Strauchschicht sowie Streu) jeweils 3 Proben pro Vegetationsschicht und Untersuchungsfläche, bei den Wurzeln insgesamt 6 Proben aus der Menge aller Wurzelproben und bei den anderen Proben (alle Baumarten sowie Mais) jeweils 3 pro Spezie. Die bereits getrockneten Proben wurden auf Siebgröße 30 gemahlen. Insofern das Volumen bzw. die Masse einer Probe zu groß war (z.B. Trockenmasse > 200 g), wurde zu diesem Zweck vorher eine repräsentative Unterpobe entnommen. Die Bestimmung der Kohlenstoffgehalte erfolgte wie die der Bodenproben mit dem Elementanalysator SHIMADZU TOC-5050A. Die so ermittelten Kohlenstoffkonzentrationen wurden anschließend durch Mittelwertbildung entsprechend der Zugehörigkeit zur Art der Probe zusammengefasst. Aus diesen durchschnittlichen Konzentrationsangaben und der jeweilig dazugehörigen Biomasse ergeben sich die entsprechenden Kohlenstoffvorräte der Vegetation auf den Untersuchungsflächen.

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3.3 Stickstoffbestimmung

Aufgrund der Relevanz des Stickstoffs für den Kohlenstoffkreislauf bzw. die Umsetzung der organischen Substanz wurden bei einigen Boden- und Vegetationsproben zusätzlich die Stickstoffkonzentration (Gesamtstickstoff) gemessen.

Bei den Bodenproben wurden exemplarisch jeweils 6 Proben pro Untersuchungsfläche aus den Entnahmetiefen 0 -15 cm und 15 - 30 cm für die Bestimmung der Stickstoffkonzentration ausgewählt. Die Stickstoffvorräte ergeben sich äquivalent zur Bestimmung der Kohlenstoffvorräte aus der durchschnittlichen Konzentration pro Tiefe und der jeweiligen Bodendichte.

Bei den Vegetationsproben muß unterschieden werden zwischen den Mischproben (Streu, Kraut- und Strauchschicht) und den Proben der Baumschicht, für die sowohl Proben der Blätter als auch des Holzes vorliegen. Aus den Mischproben wurden jeweils 3 Proben pro Untersuchungsfläche und Vegetationschicht analysiert, während bei den Proben der Baumschicht jeweils Blatt- und Holzproben der verschiedenen Baumarten, soweit vorhanden, zur Stickstoffanalyse ausgewählt wurden. Die Stickstoffvorräte ergeben sich wieder äquivalent zu denen des Kohlenstoffs aus den gemessenen Stickstoffkonzentrationen und der entsprechenden Biomasse der Proben.

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4 Ergebnisse

4.1 Vegetation

4.1.1 Bäume/Baumschicht

Zur Quantifizierung der Kohlenstoffvorräte in der Baumschicht der Untersuchungsflächen musste zuvor die Biomasse des Baumbestandes mithilfe eines eigens zu diesem Zweck entwickelten Modells geschätzt werden. Daher soll im folgenden Abschnitt 4.1.1.1 zunächst auf die Ergebnisse des Modells eingegangen werden.

4.1.1.1 Regressionsmodell zur Berechnung der Biomasse der Bäume ^b mussten zunächst zu Für die Parameterschätzung des gewählten Modells der Form y = ax den gemessenen Durchmessern der Probeexemplare die entsprechenden Trockenmassen anhand des im Labor gemessenen Wassergehaltes bestimmt werden. Tabelle 7 gibt eine Übersicht über Art und Umfang der in die Schätzung eingehenden Daten. In Tabelle 8 und Abbildung 19 sind die Ergebnisse der Parameterschätzung pro Spezie sowie das Bestimmtheitsmaß R² für die jeweilige Gleichung dargestellt.

Tabelle 7: Eigenschaften der Eingangsdaten für die Parameterschätzung pro Spezie (nach Acosta et al. 2002) DN [cm]

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Abbildung 19: Ergebnisse der Parameterschätzung für ein exponentielles Durchmesser - Biomasse - Modell bei verschiedenen Baumarten

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Die Gleichungen zeigen mit Ausnahme von Coffea ein hohes Bestimmtheitsmaß R², so dass davon ausgegangen werden kann, dass die mithilfe der Gleichungen ermittelten Biomassen der Bäume die Realität gut wiederspiegeln. Die etwas schlechtere Anpassung der Gleichung im Falle der Kaffeepflanze kann möglicherweise durch die Auswahl der Probeexemplare verursacht worden sein, die wegen der destruktiven Probenahme und dem ökonomischen Nutzen der jüngeren Kaffeesträucher sich auf zumeist ältere Exemplare beschränken musste. Daneben ist die abweichende Wuchsform des Kaffeebaumes zu berücksichtigen, der im botanischen Sinne zwar zu den Bäumen zu zählen ist, als Nutzpflanze aber den Eingriffen des Menschen unterliegt, und durch stetiges Stutzen bzw. Zurückschneiden auf Strauchgröße (bis ca. 3 m Höhe) gehalten wird. Dieser Eingriff in das natürliche Wachstum wirkt sich letztendlich auch auf die pro cm Stammdurchmesser akkumulierte Biomasse aus und kann das Ergebnis beeinträchtigt haben.

Die übrigen Spezies können nach Acosta et al. (2002) hinsichtlich der Parameterschätzung in zwei Untergruppen zusammengefasst werden, d.h. zum einen Quercus, Liquidambar und Inga und zum anderen Alnus, Clethra und Rapanea. Erstere zeigen einen höheren Biomassezuwachs mit zunehmendem Durchmesser (Abbildung 19).

Abbildung 20: Beziehung zwischen Durchmesser und akkumulierter Trockenmasse bei verschiedenen Baumarten

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4.1.1.2 Biomasse der Bäume

Gehölze mit einem Durchmesser größer 2,5 cm (bzw. 7,5 cm bei BP) entsprechend der Definition für Bäume im Abschnitt Methodik (vgl. 3.2.1.1) sind auf den Untersuchungsflächen Kiefern - Eichenwald (BP), den beiden älteren Acahuales (AC7, AC10) und dem Kaffee (CA) vorhanden. Obwohl die noch jungen Kaffeesträucher auf der Fläche MVC (Maisanbau mit Kaffeereihen) dieses Kriterium nicht erfüllen, werden sie ebenfalls in diesem Abschnitt erfasst, da der Bestimmung ihrer Biomasse die selbe Methode wie die der Gehölze mit D > 2,5 cm zugrunde liegt. In Tabelle 9, Tabelle 10 und Tabelle 11 sind die Ergebnisse der quantitativen Bestandsaufnahme sowie die daraus berechneten Biomassen auf den genannten Flächen dargestellt.

Tabelle 9: Ergebnisse der Bestandsaufnahme der Flächen AC7, AC10 und BP Anzahl* DN Mw DN max St.abw. Biomasse

Fläche Rep Bäume (cm) (cm) DN t/ha ^{1 47 4,5 7,0 1,3 27,56 2 53 4,6 10,7 1,9 33,48 3 49 3,8 7,0 1,1 21,19} Acahual 7 ^{4 69 3,8 8,0 1,1 29,33} Jahre ^{5 75 4,5 15,8 2,0 48,39} 59 4,2 15,8 1,6 31,99 Gesamt ^{1 73 4,3 10,1 1,7 40,34 2 57 3,9 8,7 1,4 25,20 3 72 3,9 9,1 1,4 29,51} Acahual 10 ^{4 67 4,2 10,6 1,7 37,03} Jahre ^{5 71 3,7 7,8 1,2 26,74} 68 4,0 10,6 1,5 31,76 Gesamt ^{1 43 29,8 53,5 11,6 218,4} Kiefern - ^{2 78 21,9 63,0 14,0 270,8} Eichenwald ^{3 55 22,5 51,0 14,4 201,6} 75 Jahre 59 24,7 63,0 13,9 230,3 Gesamt

*bezogen auf je 100 m² bei AC7 und AC10 bzw. auf 1000 m² bei BP

Die älteste Fläche, d.h. der 75jährige Kiefern - Eichenwald, weist mit 24,7 cm im Durchschnitt den größten Stammdurchmesser aller Flächen auf. Die akkumulierte Biomasse in der Baumschicht dieser Fläche ist mit 230 t/ha mehr als 7mal so groß als die der wesentlich jüngeren Sekundärwaldflächen AC7 und AC10. Bezogen auf das Alter der Fläche entspricht das einem jährlichen Zuwachs an Biomasse von 3,1 t/ha*a.

Die Stammdurchmesser der auf den Acahuales erfassten Bäume variieren im wesentlichen zwischen 2,5 und 11 cm. Bei dem in Tabelle 9 als maximaler Durchmesser mit 15,8 cm angebenen Exemplar handelt es sich um einen Ausreißer, der vermutlich noch aus einer

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vorherigen Nutzungsperiode stammt und stehengelassen wurde, da ein solcher Durchmesser bei einem Alter von maximal 7 Jahren durch natürliches Wachstum unwahrscheinlich ist. Der mittlere Durchmesser des jüngeren Acahual ist geringfügig größer (0,22 cm) als der des älteren. Ein Vergleich der beiden Mittelwerte mit dem T -Test (Abbildung 21) zeigt, dass diese sich aber nicht signifikant voneinander unterscheiden. Der Altersunterschied der beiden Flächen spiegelt sich also nicht in der Größe des Stammdurchmessers wieder. Gleiches gilt für die aus den Durchmessern errechneten Biomassen: auf beiden Flächen ist der Beitrag der Bäume an der Gesamtbiomasse mit jeweils 32 t/ha gleich groß. Das entspricht einer jährlichen Biomasseakkumulation von 4,6 t/ha*a bei der 7jährigen Fläche und 3,2 t/ha*a bei der 10jährigen Fläche.

Abbildung 21: Mittelwertvergleich der Stammdurchmesser auf AC7 und AC10 mit dem T - Test

Im Vergleich zu den beiden Acahuales wurde auf der Kaffeeanbaufläche mit durchschnittlich 19 t/ha deutlich weniger Biomasse in der Baumvegetation akkumuliert. Bei der Unterscheidung des Bestandes nach Kaffeepflanzen und des zur Beschattung dienenden Inga-Baumes fällt auf, dass ca. 2/3 der Biomasse des Gesamtbestandes auf den Inga zurückzuführen ist, im Extremfall (Rep 5) sogar bis zu 90%. Dementsprechend variieren die auf den Repetitionen gefundenen Biomassen sehr stark, je nach Anzahl und Alter (Durchmesser) der dort vorhandenen Ingas.

Tabelle 10: Ergebnisse der Bestandsaufnahme auf der Fläche "Kaffeeanbau"

Anzahl DN [cm] Biomasse [t/ha] Fläche Rep Kaffee Inga Kaffee Inga Kaffee Inga Gesamt ^{1 21 12 2,8 6,1 4,72 9,78 14,50 2 16 4 2,8 11,3 2,89 20,84 23,73 Kaffee, 3 14 6 3,0 6,8 3,24 5,32 8,55 Beschattung mit Inga 4 29 2 3,2 9,8 7,43 5,15 12,57 5 17 4 3,0 15,1 3,60 32,91 36,50} Gesamt 97 28 3,0 8,5 4,38 14,80 19,17

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Die Biomasse der Kaffeesträucher auf der Fläche mit kombinierten Mais- und Kaffeeanbau ist wegen des geringen Alters der Kaffeepflanzen noch gering. Tabelle 11 zeigt die gemessenen Durchmesser und die ermittelte Biomasse der Kaffeepflanzen auf der genannten Fläche.

Tabelle 11: Mittlerer Durchmesser und Biomasse der Kaffeepflanzen auf MVC

Reihe mittl. DN Anzahl Biomasse [cm] [t/ha] ^{1 1,7 7 0,23 2 1,8 6 0,23 3 2,0 6 0,29} Gesamt 0,75

Der Durchmesser der jungen Kaffeebäume musste im Gegensatz zu den Bäumen der anderen Flächen am Stammfuß gemessen werden, da die Pflanzen nur maximal 1 m hoch waren. Der größte gemessene Durchmesser betrug dabei 2,5 cm der geringste 1 cm. Die Berechnung der

^2,3644 (vgl. Abbildung 19), Biomasse erfolgte mithilfe des gemeinsamen Modells y = 0,1114 x da die ermittelte Gleichung für Coffea arabica aufgrund der o.g. Gründe (vgl. 4.1.1.1) weniger zuverlässig erscheint. Trotzdem muss davon ausgegangen werden das die wahre Biomasse der jungen Kaffeepflanzen überschätzt wird, da sich das Modell auf den gemessenen Durchmesser in Brusthöhe (1,3 m) bezieht. Dieser Fehler ist jedoch bei dem geringen Anteil der Kaffeebäume an der Gesamtbiomasse der Fläche unerheblich bzw. vernachlässigbar. Selbst bei ausgewachsenen Pflanzen mit einem angenommenen Durchmesser von 3 cm (bei gleicher Pflanzdichte) wird nur eine vergleichsweise geringe Biomasse von 2,3 t/ha erreicht. Der Effekt der eingefügten Kaffeereihen auf die Quantität der akkumulierten Biomasse ist also generell gering, wovon im Vorfeld auch ausgegangen wurde, liegt doch der Sinn dieser Maßnahme eher in der Wirkung als Erosionsbarriere. Der Vollständigkeit halber wurde sie aber ebenfalls quantifiziert.

Abschließend ist in Abbildung 22 die akkumulierte Biomasse für die Baumschicht aller Untersuchungsflächen dargestellt.

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Abbildung 22:

4.1.1.3 Kohlenstoff- und Stickstoffkonzentrationen

Die Kohlenstoffkonzentrationen der untersuchten Spezies schwanken zwischen 45% im Stammbereich und 51% in den Blättern. Aus Gründen der Vereinfachung wird der Berechnung der Kohlenstoffvorräte bei den beiden Acahuales der durchschnittliche C - Gehalt aller untersuchten Spezies von 47 % zugrunde gelegt, während für die Kaffeesträucher der spezifisch ermittelte Konzentration von 45% zur Anwendung kommt.

Tabelle 12: Stickstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen ausgewählter Vegetationsproben

Spezie Art der Probe Stickstoff Kohlenstoff ^{N% C% C/N Blätter 2,63 50,2 19} Alnus spp. ^{Blätter 3,11 48,0 15} Inga spp. ^{Blätter 1,39 47,0 34} Liquidambar macrophylla Quercus spp. Pinus spp. Clethra hartwegii Rapanea myricoides Alnus spp. Inga spp. Liquidambar macrophylla Pinus spp. Rapanea myricoides Coffea arabica Clethra hartwegii

Die ermittelten Stickstoffkonzentrationen für ausgewählte Vegetationsproben variieren von 0,5% N in den verholzten Bereichen bis hin zu 3,1 % in den Blättern (Inga). Dabei sind besonders die Spezies Alnus spp. und Inga spp. hervorzuheben, die in ihren Blättern erhöhte

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Konzentrationen an Stickstoff aufweisen (2,6 und 3,1 % jeweils). Die Gattung Inga gehört zu den Leguminosen (Faria et al. 1989) und ist daher ebenso zur symbiontischen biologischen Stickstofffixierung befähigt wie Alnus spp., welche oft mit Actinomyceten der Gattung Frankia assoziiert sind (Larcher, 1994).

4.1.2 Kraut- und Strauchschicht

Die Ergebnisse für die Kraut- und Strauchschicht der Untersuchungsflächen sind in Tabelle 13 dargestellt. Erwartungsgemäß ist diese Schicht bei dem 2jährigen Acahual am stärksten ausgebildet, begünstigt durch das Fehlen einer Baumschicht. Erstaunlich groß ist dagegen die Biomasseakkumulation bei dem 10jährigen Acahual in diesem Bereich, besonders im Vergleich zum 7jährigen Acahual, da mit fortschreitender Entwicklung eher mit einem Rückgang dieser Schicht (u.a. wegen der zunehmenden Beschattung, Nährstoffkonkurrenz etc.) zu rechnen ist. Die Ursache hierfür ist einerseits in der Art der Probenahme begründet, bei der es zu keiner „echten“ Unterscheidung zwischen verholzten Pflanzen und reiner krautiger Vegetation kommt; zum anderen scheint die Vegetation des 10jährigen Acahuals langsamer zu wachsen als die der 7jährigen Fläche, was auch schon anhand der geringeren jährlichen Zuwachsraten in der Baumschicht deutlich wurde (vgl. 4.1.1.2).

Tabelle 13: Biomasse, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt der Kraut- und Strauchschicht

Proben

Am geringsten ist die Biomasseakkumulation auf den Maisanbauflächen und dem Kaffee, da der Bestand dort regelmäßig durch Bewirtschaftung (Abschlagen/Auslichten des Unkrauts mit der Machete) dezimiert wird. Die Vegetation der bewirtschafteten Flächen ist im Gegensatz zu den Acahuales ausschließlich krautig, was ein weiterer Grund für die geringere Akkumulation ist.

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Die Kohlenstoffgehalte schwanken zwischen 36% beim Cafe und 46% bei dem Kiefern -Eichenwald. Bei den Stickstoffkonzentrationen fallen besonders die hohen Werte in der Krautschicht des Kaffee auf. Sie lassen den Schluss zu, dass es sich bei den zwischen den Kaffeesträuchern als "Unkraut" wachsenden Kräutern um Leguminosen handeln könnte. Aus technischen Gründen war leider eine Bestimmung des Stickstoffs in der bodendeckenden Vegetation der Maisanbauflächen nicht möglich.

4.1.3 Streuschicht

Die Ergebnisse der Streuschicht wie in Tabelle 14 dargestellt weisen eine ähnliche Charakteristik wie die der Baumschicht auf: die größte Biomasseakkumulation tritt bei dem Kiefern - Eichenwald und den beiden älteren Acahuales auf, wobei sich letztere wiederum nur geringfügig voneinander unterscheiden. Danach folgen mit deutlichem Abstand, d.h. mit etwa um die Hälfte verringerten Werten, der 2jährige Acahual und der Kaffee.

Tabelle 14: Biomasse und Kohlenstoffgehalte der Streuschicht

Proben

Bei den Stickstoffwerten ist die Streu des Kaffeeanbau hervorzuheben, welche aufgrund des Vorhandenseins von Baumleguminosen und eventuell auch anderen Leguminosen in der Krautschicht (vgl. 4.1.2) hohe Stickstoffkonzentrationen aufweist.

4.1.4 Wurzeln

Bedingt durch die Art der Probenahme zeigen die Untersuchungsergebnisse eine sehr hohe Streuung (Tabelle 15). Die größte Wurzelmasse wurde in den älteren Systemen akkumuliert, am wenigsten in den landwirtschaftlich genutzten. Bei den Flächen mit Sekundärvegetation nimmt die akkumulierte Biomasse mit zunehmendem Alter zu, d.h. in der Reihenfolge AC2 < AC7 < AC10 < BP. Insgesamt gesehen stellt die unterirdische Biomasse einen bedeutenden Anteil an der Gesamtbiomasse. Er liegt etwa in der selben Größenordnung wie der der Streuschicht.

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Die durchschnittliche Kohlenstoffkonzentration in den Wurzeln, die aus den Proben von verschiedenen Flächen ermittelt wurde beträgt 45,7%. Stickstoff konnte aus technischen Gründen nicht bestimmt werden.

Tabelle 15: Biomasse und Kohlenstoffgehalt der Wurzeln (0 - 105 cm)*

Proben

*bei BP (0 - 60 cm)

4.1.5 Kulturpflanzen (Mais)

Die Daten für die Biomasse der Kulturpflanzen wurden innerhalb des Unterprojektes für alternative Anbaumethoden (Subproyecto de Tecnologias Alternativas Sustentables) erhoben. Folgende Biomassen wurden für die drei Maisanbausysteme ermittelt: LC 4,57 t/ha, LT 8,15 t/ha, MVC 9,72 t/ha. Bei einem durchschnittlichen C - Gehalt von 46,8 % ergeben sich daraus jeweils die folgenden Kohlenstoffvorräte: 2,1 C t/ha, 3,8 C t/ha und 4,5 C t/ha.

4.1.6 Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der Untersuchungsflächen

Die Kohlenstoffvorräte, die in Form von Biomasse in der Vegetation der Untersuchungsflächen akkumuliert wurden sowie ihre Verteilung auf die verschiedenen Bestandteile (Bäume, Wurzeln, etc.) sind zusammenfassend in Abbildung 23 bzw. Tabelle 16 dargestellt.

Die größte Akkumulation weist der 75jährige Kiefern - Eichenwald mit insgesamt 122 C t/ha auf. Das entspricht in etwa dem 4 bis 8fachen der Acahuales und dem 15 bis 20fachen der Maisanbauflächen. Der Kaffee befindet sich als permanente landwirtschaftliche Kultur mit insgesamt 15,2 C t/ha zwischen diesen beiden Gruppen, bzw. in etwa auf dem gleichen Niveau wie der jüngste der Acahuales (AC2).

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Abbildung 23: Gesamtdarstellung der Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der Untersuchungsflächen

Tabelle 16: Kohlenstoffvorräte [C t/ha] in der Vegetation bei verschiedenen Landnutzungen

oberirdisch ^{Streu Strauch/Kr. Bäume Stroh} Wurzeln*

Gesamt 13,0 28,8 32,4 121,8 15,2 7,6 5,9 7,4

*0-60 cm für BP und 0-105 cm für alle anderen

Der größte Teil der Kohlenstoffvorräte wurde in der oberirdischen Biomasse akkumuliert, insbesondere in der Baumschicht, soweit diese vorhanden war. Allerdings ist bei den Maisanbauflächen der Beitrag der Wurzeln an der Gesamtbiomasse des Systems von besonderer Bedeutung, da man berücksichtigen muss, dass die gesamte oberirdische Biomasse (wie bei LT) oder Teile davon (bei MVC und LC) im Rahmen der Ernte oder der Unkrautbekämpfung entfernt werden. Der Anteil der Wurzeln macht bei den Maisanbauflächen etwa ¼ (MVC) bis ½ (LC) der gesamten in der Biomasse akkumulierten Kohlenstoffvorräte aus (Abbildung 24). Mit nur 6 bis 8 C t/ha weisen diese Flächen deutlich geringere Mengen an akkumulierter Biomasse auf als die natürlichen Systeme, d.h. nur etwa

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die Hälfte der Biomasse des jüngsten Acahual (AC2). Untereinander unterscheiden sich die Maisanbauflächen hinsichtlich der Biomasse erwartungsgemäß kaum voneinander; wegen des geringen Alters der Kaffeepflanzen auf der Fläche mit den eingeschobenen Kaffeereihen (MVC) ist ihr Beitrag an der Gesamtbiomasse mit 0,38 C t/ha zu diesem frühen Zeitpunkt des Projektes noch unbedeutend.

Abbildung 24: Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der landwirtschaftlich genutzten Flächen

Innerhalb der Sekundärwaldflächen nehmen die Biomasse und damit die in der Vegetation gespeicherten Kohlenstoffvorräte mit zunehmendem Alter zu (Abbildung 25), d.h. die 2jährige Fläche (AC2) besitzt die geringsten und der 75jährige Kiefern - Eichenwald die höchsten C - Vorräte. Die beiden mittleren Flächen (AC7 und AC10) unterscheiden sich hinsichtlich der akkumulierten Biomasse kaum voneinander. Zwar zeigt die 10jährige Fläche mit 32 C t/ha einen Trend zu höherer C - Akkumulation als die 7jährige Fläche mit 29 C t/ha, allerdings ist dieser Unterschied nicht auf eine größere Akkumulation in der Baumschicht, sondern im Bereich der Wurzeln sowie in der Kraut- und Strauchschicht zurückzuführen. Dagegen ist die Abgrenzung zum 2jährigen Acahual (13 C t/ha) recht deutlich: mit der zunehmenden Verholzung wurden die Kohlenstoffvorräte innerhalb der 5 bzw. 8 Jahre gegenüber dem 2jährigen Acahual mehr als verdoppelt. Die jährlichen Zuwachsraten der Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der Sekundärwaldflächen betragen jeweils 6,5, 4,1, 3,2 und 1,6 C t/ha*a und nehmen in der Reihenfolge AC2 > AC7 > AC10 > BP, d.h. mit zunehmendem Alter der Fläche ab.

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Abbildung 25: Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der Sekundärwaldflächen

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4.2 Boden

4.2.1 Corg - Konzentrationen im Boden

Die Böden der Untersuchungsflächen weisen insgesamt hohe Gehalte an organischer Substanz auf. Entsprechend der AG Boden (1994) kann der Humusgehalt in den oberen 15 cm als sehr stark humos bzw. humusreich klassifiziert werden. Mit zunehmender Tiefe nimmt der Gehalt an organischer Substanz auf allen Flächen jeweils ab. Die ermittelten Corg -Konzentrationen liegen im Bereich von 5,0 (AC7) bis 10,2 % Corg (LT) in den oberen 15 cm sowie zwischen 0,2 % (AC2) und 1,3 % Corg (LT) in ca. 1m Tiefe (Tabelle 17).

Tabelle 17: Mittlere Kohlenstoffkonzentrationen Corg [%] der Untersuchungsflächen pro Tiefenstufe

0 - 15 15 - 30 30 - 45 45 - 60 60 - 75 75 - 90 90 - 105 ± Standardfehler des Mittelwerts

Die höchsten Kohlenstoffkonzentrationen wurden beim traditionellen Maisanbau (LT) ermittelt. Es folgen die beiden alternativen Maisanbauflächen LC und Mvc sowie der Kiefern

- Eichenwald (BP). Die Regenerationsflächen sowie der Kaffeeanbau weisen im Vergleich zu den Maisanbauflächen fast über das gesamte Profil deutlich geringere Corg - Werte auf. Ein Vergleich der Mittelwerte mithilfe der einfaktoriellen ANOVA und anschließenden Post-Hoc-Tests ergaben signifikante Unterschiede der gemessenen Kohlenstoffkonzentrationen zwischen den Maisanbauflächen einerseits und den Regenerationsflächen einschließlich Kaffeeanbau andererseits (Abbildung 26). Der Kiefern - Eichenwald zeigt dagegen eine ambivalente Charakteristik: In den oberen 15 cm weist er mit durchschnittlich 6,6 % Corg Kohlenstoffkonzentrationen auf, die im Bereich der alternativen Maisanbauflächen liegen (insbesondere MVC). Darunter nimmt der Corg - Gehalt allerdings sehr stark und sehr schnell ab und ist dann wieder vergleichbar mit der Charakteristik der Regenerationsflächen. Bei einem Bestandsalter von ca. 75 Jahren kann davon ausgegangen werden, dass sich der

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Gehalt der organischen Substanz nunmehr nur noch geringfügig ändert, da sich mittlerweile ein natürliches Gleichgewicht zwischen Anlieferung und Abbau der organischen Substanz eingestellt haben sollte (Klimaxstadium). Der Einfluss einer eventuellen vorherigen Nutzung auf den jetzigen Corg - Gehalt kann ebenfalls vernachlässigt werden, so dass die Höhe der akkumulierten organischen Substanz außer von der Art der Vegetation nur noch von den klimatischen und edaphischen Bedingungen abhängt. Daher können die ermittelten Corg -Werte dieser Fläche als Referenzwerte für das Potential einer Akkumulation der organischen Bodensubstanz in dieser Region unter natürlicher Vegetation angesehen werden. Dies ist insbesondere wichtig für den Vergleich der ermittelten Kohlenstoffkonzentrationen bei den Untersuchungsflächen, wo die Nutzungsgeschichte nicht eindeutig klärbar ist.

Abbildung 26: Durchschnittliche Corg - Konzentrationen im Boden der Untersuchungsflächen

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Die durchschnittlichen Kohlenstoffkonzentrationen bei den Regenerationsflächen (Acahuales) liegen im Bereich von 5,0 - 5,5 % Corg in den oberen 15 cm und 0,2 bis 0,4% Corg in der Tiefe. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Regenerationsflächen sind dabei zumeist nicht signifikant (Tabelle 18). Insbesondere die beiden jüngeren Flächen AC2 und AC7 weisen keine Unterschiede im Oberboden (t-test, Tabelle 18) auf. Der älteste Acahual (AC10) zeigt dagegen zumindestens die Tendenz zu einer stärkeren C-Akkumulation. Die Messwerte im Bereich von 0 bis 75 cm sind hier leicht erhöht gegenüber den jüngeren Flächen. Signifikant ist dieser Trend allerdings nur in der Tiefe von 15 cm - 45 cm. Somit ist tendenziell eine Akkumulation von organischer Bodensubstanz mit zunehmender Regenerationsdauer der Flächen zwar zu erkennen, aber statistisch gesehen nicht konsistent. In diesem Zusammenhang sei auf die Arbeit von Garten und Wullschleger (1999) verwiesen, welche die Grenzen der Detektion von kleinen Unterschieden in der organischen Bodensubstanz vor dem Hintergrund der hohen Varianz derselben aufzeigten.

Tabelle 18: Ausgewählte Mittelwertvergleiche bei den Regenerationsflächen;

a) ANOVA, b) T- Test

ANOVA

0 - 15 cm

15 - 30 cm 30 - 45 cm 45 - 60 cm 60 - 75 cm 75 - 90 cm 90 - 105 cm 90 - 105 cm 3,35 0,052 -2,42 0,041

Die Untersuchungsfläche „Kaffeeanbau“ ist hinsichtlich der gemessenen Corg-Werte vergleichbar mit den Regenerationsflächen, insbesondere mit dem ältesten Acahual (AC10). Die Corg-Konzentrationen reichen von 5,4 % an der Oberfläche bis zu 0,5 % in der Tiefe und sind damit deutlich geringer als die mit Mais bewirtschafteten Flächen.

Bei den Maisanbauflächen ist besonders der traditionelle Anbau (LT) hervorzuheben, der sowohl die höchsten Corg - Konzentrationen aller Untersuchungsflächen als auch signifikant höhere Werte als die benachbarten alternativen Maisanbauflächen aufweist. Erst in größerer Tiefe (> 60 cm) sind keine Unterschiede mehr zwischen den einzelnen Maisanbauflächen feststellbar (ANOVA, Tabelle 19). Dagegen können für die Flächen LC und MVC über das

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gesamte Profil keine Unterschiede hinsichtlich der Corg - Konzentration im Boden festgestellt werden (vgl. T-Test Tabelle 19).

Insgesamt weisen die drei Maisanbauflächen jeweils eine starke Streuung der Messwerte über das gesamte Profil auf. Der Corg-Gehalt nimmt zwar im Schnitt von oben nach unten ab, allerdings ist der Gradient im Unterboden unter anderem wegen der starken Heterogenität der Flächen nicht so deutlich wie bei den anderen Untersuchungsflächen (vgl. Tabelle 17). Die Flächen weisen kleinräumig große Unterschiede auf: z.B. ist beim traditionellen Anbau der Boden stellenweise bis hinab in 1m Tiefe humos (maximal 4% Corg), während an anderen Probenahmepunkten der Corg - Gehalt bereits in 45 cm Tiefe auf 0,8 % absinkt. Die Corg -Gehalte einer Tiefenstufe korrelieren dabei nicht mit der relativen Lage der Probenahmepunkte zum Hang. Weitergehende Untersuchungen in der betreffenden Region hinsichtlich der räumlichen Variabilität der Kohlenstoffkonzentrationen zeigten generell eine uniformere Verteilung des Kohlenstoffs bei den Systemen mit natürlicher bzw. nachwachsender Vegetation im Vergleich zu den Maisanbauflächen (Vergara, 2002).

Tabelle 19: Ausgewählte Mittelwertvergleiche bei den Maisanbauflächen;

a) ANOVA, b) T- Test ANOVA Maisanbauflächen T - Test Mvc, LC

0 - 15 cm 15 - 30 cm 30 - 45 cm 45 - 60 cm 60 - 75 cm 75 - 90 cm 90 - 105 cm 90 - 105 cm 0,29 0,753 0,82 0,430

4.2.2 Stickstoffkonzentrationen

Die ermittelten Gesamtstickstoffkonzentrationen auf den Untersuchungsflächen liegen zwischen 0,32 % und 0,78% in den oberen 15 cm bzw. 0,25% und 0,42% in der zweiten Probentiefe (Abbildung 27), und sind damit nach Pagel (1982) als sehr hoch zu bewerten. In der zweiten Probentiefe nehmen die Stickstoffkonzentration jeweils ab, mit Ausnahme der 10jährigen Regenerationsfläche (AC10), wo Nges in beiden Tiefen konstant bleibt. Aus technischen Gründen war eine Bestimmung des Stickstoffgehaltes in den Bodenproben des Kiefern - Eichenwaldes nicht möglich.

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Abbildung 27: Stickstoffkonzentrationen der Untersuchungsflächen

Wie auch schon im Falle des organischen Kohlenstoffs (vgl. 4.2.1) wurden die höchsten Konzentrationen wieder auf der Fläche mit dem Traditionellen Maisanbau ermittelt. Es konnte eine positive Korrelation der Corg - und Nges - Werte der Proben nachgewiesen werden (Korrelationskoeffizient R = 0,92), d.h. hohe Corg%-Werte der Flächen sind in der Regel verbunden mit hohen Nges% - Werten. Daher ist es nicht überraschend, dass die Maisanbauflächen etwas höhere Nges - Werte aufweisen als die Regenerationsflächen. Dennoch ergeben sich einige Unterschiede hinsichtlich der ermittelten

Stickstoffkonzentrationen im Vergleich zur Verteilung der Corg - Konzentrationen der Flächen. So fällt auf, dass der Maisanbau mit Residuenmanagement (LC) trotz hoher Corg -Werte deutlich geringere Stickstoffkonzentrationen aufweist als die beiden anderen Maisanbauflächen LT und Mvc. Dieser Sachverhalt wird auch anhand der C/N - Verhältnisse (Tabelle 20) deutlich.

Tabelle 20: C/N - Verhältnisse im Boden der Untersuchungsflächen

Tiefe AC10 AC7 AC2 CA MvC LC LT 0 - 15 cm ^{14 13 11 13 16 20 16} 15 - 30 cm 13 14 11 13 17 20 18

Während die C/N - Ratio beim traditionellen Anbau und beim kombinierten Mais-Kaffee-Anbau etwa bei 16 liegen, ist das C/N - Verhältnis bei LC mit ca. 20 schon stärker geweitet und nicht mehr optimal. Im Vergleich zu den Regenerationsflächen besitzen alle

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Maisanbauflächen schlechtere C/N-Verhältnisse, so dass mit einem vergleichsweise langsameren Abbau der organischen Substanz des Bodens zu rechnen ist. Die Regenerationsflächen und der Kaffeeanbau besitzen mit 11 bis 14 ein enges C/N-Verhältnis im Boden und somit günstige Voraussetzungen für den Abbau bzw. die Mineralisation der organischen Substanz. In diesem Zusammenhang sei außerdem auf die Bedeutung der biologischen Stickstofffixierung hingewiesen, die in den Tropen zu beachtlichen Stickstoffeinträgen in die Brachevegetation führen kann (Thielen - Klinge, 1997). Sowohl der Kaffeeanbau als auch die Regenerationsflächen weisen in der Vegetation Leguminosen oder Spezies auf, die mit stickstofffixierenden Pilzen in Symbiose leben. Das engste C/N - Verhältnis besitzt der 2jährige Acahual, dessen Stickstoffkonzentrationen leicht erhöht sind gegenüber den anderen Acahuales und dem Kaffeeanbau.

4.2.3 Dichte

Untenstehende Tabelle (Tabelle 21) zeigt die ermittelten Bodendichten pro Tiefenstufe und Untersuchungsfläche. Die ermittelte Dichte entspricht nicht der Lagerungsdichte, da aus technischen und rechnerischen Gründen die entsprechenden Massen und Volumina von Steinen und Wurzeln abgezogen wurden (vgl. Methodik). Ein Vergleich mit mehreren normgerechten Kontrollmessungen im Bereich der Maisanbauflächen ergab allerdings keine relevanten Abweichungen der auf diesem Wege bestimmten Dichten, so dass die ermittelten Messwerte auch Hinweise auf die Lagerungsdichte geben.

Tabelle 21: Mittlere scheinbare Dichte [g/cm³] der Untersuchungsflächen pro Tiefenstufe

0 - 15 15 - 30 30 - 45 45 - 60 60 - 75 75 - 90 90 - 105

Insgesamt sind die ermittelten Dichten bei allen Flächen wegen des hohen Anteils an organischer Substanz relativ gering. Bei den Maisanbauflächen kommt außerdem eine Auflockerung durch die Bodenbearbeitung hinzu. Nur die Regenerationsflächen AC2 und

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AC7 weisen im Durchschnitt eine dichtere Lagerung als die übrigen Flächen auf. Beispielsweise ist der 7-jährige Acahual jeweils um ca. 0,2 g/cm³ pro Tiefenstufe dichter gelagert als der 10jährige Acahual. Dies ist insofern relevant, da sich bei der anschließenden Berechnung der Kohlenstoffvorräte im Boden entsprechend größere Vorräte ergeben bei gleicher Kohlenstoffkonzentration. Worauf dieser Dichteunterschied letztendlich zurückzuführen ist, kann (u.a. wegen fehlender Daten zur Textur) nicht eindeutig geklärt werden. Möglichweise spielt in diesem Zusammenhang aber das häufigere Auftreten von Grobwurzeln bei dem älteren Acahual und dem Kiefernwald eine Rolle, wodurch bereits bei der Probenahme eher Fehler entstehen können (z.B. durch die Verschleppung der Wurzeln oder Fehlstellen im Innern des Probenahmezylinders).

4.2.4 Kohlenstoffvorräte im Boden

Nach Multiplikation der entsprechenden ermittelten Kohlenstoffkonzentrationen mit der Dichte und der Bodentiefe ergeben sich die in Tabelle 22 dargestellten Kohlenstoffvorräte im Boden der Untersuchungsflächen.

Tabelle 22: Mittlere Kohlenstoffvorräte C [t/ha] der Untersuchungsflächen pro Tiefenstufe

[cm] AC10 AC7 AC2 BP CA Mvc LC LT

0 - 15 15 - 30 30 - 45 45 - 60 60 - 75 75 - 90 90 - 105 4 7 4 9 15 18 18

b b b b b a a a Gesamt 142 167 133 133 166 259 266 332

Die Ergebnisse spiegeln im wesentlichen die Verhältnisse wie bei den Kohlenstoffkonzentrationen wieder, d.h. die Maisanbauflächen, insbesondere der traditionelle Anbau (LT), weisen die stärkste Akkumulation von organischem Kohlenstoff auf. Die Untersuchungsflächen lassen sich bezüglich des insgesamt akkumulierten Kohlenstoffs in zwei Gruppen einteilen: zum einen die Maisanbauflächen und zum anderen die Sekundärwaldflächen einschließlich Kaffeeanbau. Mit Gesamtmengen von 259 C t/ha bis 332 C t/ha an im Boden gespeichertem Kohlenstoff besitzen die ersteren teilweise doppelt so hohe Vorräte wie die übrigen Untersuchungsflächen.

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Abweichungen zur Verteilung der Corg - Konzentrationen gibt es bei den natürlichen Systemen aufgrund von Unterschieden bezüglich der Dichte sowie der Tiefgründigkeit des Bodens (im Falle des Kiefernwaldes). So weist beispielsweise die 7jährige Regenerationsfläche (AC7) ca. 25% mehr Kohlenstoff im Boden auf als die 2jährige Fläche (AC2), obwohl hinsichtlich der Kohlenstoffkonzentrationen keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden konnten. Ähnliches gilt für den Kiefern - Eichenwald (BP), bei dem neben der geringeren Lagerungsdichte auch die geringere Tiefgründigkeit eine Rolle spielt.

Aus der Tiefenverteilung des Kohlenstoffs geht hervor, dass über die Hälfte der gesamten Kohlenstoffvorräte des Bodens jeweils in den oberen 30 cm gespeichert sind; bei den Regenerationsflächen kann der Anteil dieser Tiefenstufe sogar bis zu 2/3 des Gesamtvorrates ausmachen (vgl. AC2). Bei den bewirtschafteten Flächen (Mais- und Kaffeeanbau) hingegen verschiebt sich das etwas mehr in die Tiefe, so dass dieser Wert erst bei 45 cm erreicht wird. Trotzdem sind die Vorräte im Unterboden nicht zu vernachlässigen, da sie mengenmäßig immer noch einen bedeutenden Kohlenstoffspeicher darstellen. Dies gilt insbesondere für die Maisanbauflächen, wo im Bereich von 45 bis 100 cm noch zwischen 80 und 100 C t/ha vorhanden sind. Das entspricht bei den natürlichen Systemen in etwa der Menge, die in den oberen 30 cm gespeichert ist.

Abbildung 28: Anteil des in verschiedenen Tiefen gespeicherten Kohlenstoffs am Gesamtkohlenstoff im Boden der Untersuchungsflächen

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4.3 C - und N- Vorräte der Untersuchungsflächen

Die im Boden gespeicherten Vorräte machen den überwiegenden Teil der auf den Untersuchungsflächen gespeicherten Gesamtvorräte an Kohlenstoff aus (Abbildung 29).

Abbildung 29: Kohlenstoffvorräte der Untersuchungsflächen

Anhand der Abbildung 29 wird ebenfalls deutlich, dass die auf den Maisanbauflächen vorwiegend im Boden gespeicherten Gesamt - C - Vorräte außerordentlich hoch sind im Vergleich zu den übrigen Untersuchungsflächen. Einzig der Kiefern - Eichenwald kann dieses Niveau durch die Akkumulation im Bereich der Vegetation annähernd erreichen. Während bei den Maisanbauflächen der Anteil der Vegetation mit maximal 8 C t/ha quantitativ betrachtet keine Rolle spielt, gewinnt bei den Sekundärwaldflächen mit zunehmendem Alter der in der Biomasse gespeicherte Kohlenstoff an Bedeutung. Bei der 2jährigen Fläche (AC2) beträgt der Anteil der Biomasse am Gesamtkohlenstoff 10%, bei der 10jährigen (AC10) bereits 20% und im Falle des Kiefernwaldes bestehen mit 122 C t/ha knapp 50% der Vorräte in der ober- und unterirdischen Biomasse. Im Gegensatz dazu bleiben die Vorräte im Boden weitestgehend konstant, d.h. trotz des zunehmenden C-Inputs (z.B. durch den Bestandsabfall der Vegetation) kommt es bei den Regenerationsflächen mit Zunahme des Brachealters nicht zu einer Erhöhung der Corg-Vorräte im Boden. Daraus folgt, dass die C-Akkumulation bei diesen Flächen hauptsächlich in der Vegetation und nicht im Boden erfolgt. Der allgemeine Trend zu zunehmender Kohlenstoffakkumulation im System

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mit wachsendem Alter der Flächen (wie gezeigt für die Vegetation und tendenziell für die Kohlenstoffkonzentrationen im Boden) ist überlagert durch den Einfluss von physischen Bodenparametern (Bodendichte und Tiefgründigkeit) auf den Boden - C - Vorrat. Dadurch besitzt beispielsweise die 7jährige Sekundärwaldfläche insgesamt höhere

Gesamtkohlenstoffvorräte als die 10jährige Fläche, obwohl letztere höhere Kohlenstoffvorräte in der Vegetation und tendenziell höhere Kohlenstoffkonzentrationen im Boden aufweist.

Insgesamt kann man bei den untersuchten Flächen von einem gegenläufigen Trend bezüglich des in Boden und Vegetation gespeicherten Kohlenstoff sprechen: Landnutzungssysteme mit mehr Biomasse - C haben weniger Kohlenstoff im Boden gespeichert. Das gleiche gilt im übrigen auch, und zwar sogar noch verstärkt, für Stickstoff (Abbildung 30). Boden-Stickstoff und Pflanzenstickstoff sind negativ korreliert (R= -0,82), d.h. je mehr Stickstoff in der Biomasse der Pflanzen akkumuliert ist, desto weniger Nt ist im Boden vorzufinden.

Abbildung 30: Stickstoffvorräte der Untersuchungsflächen

Die Stickstoffvorräte in der Vegetation der Untersuchungsflächen reichen von 34 kg/ha bei LT bis zu 530kg/ha bei AC10 (BP nicht berücksichtigt). Neben der größeren Biomasseakkumulation ist auch der höhere N - Eintrag durch die biologische Stickstofffixierung relevant für die Größe der Gesamtstickstoffvorräte der Flächen. Besonders deutlich wird dies z.B. anhand eines Vergleichs der Stickstoffvorräte in der Vegetation zwischen dem 2jährigen Acahual und dem Kaffeeanbau: Obwohl beide Flächen quantitativ etwa die gleiche Biomasse aufweisen, besitzt die Fläche mit dem Kaffeeanbau doppelt so große N-Vorräte in der Vegetation.

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Die Stickstoffvorräte im Boden übertreffen die in der Vegetation um ein Vielfaches: sie sind in der Regel um eine (bei den natürlichen Systemen einschließlich Kaffeeanbau) bzw. zwei Zehnerpotenzen (bei den Maisanbauflächen) größer als in der Vegetation. Sie liegen im Bereich von 7,1 N t/ha bei AC10 bis hin zu 12,3 N t/ha bei LT.

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5 Diskussion

5.1 Vegetation

Die ermittelten Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der Untersuchungsflächen entsprechen im wesentlichen denen, die in der Literatur für vergleichbare Klimate und Vegetationstypen vorliegen. Beispielsweise wird für einen temperierten Wald zwischen 53 und 166 C t/ha an akkumulierter Biomasse angegeben (Tabelle 23). Der in dieser Studie ermittelte C-Gehalt des 75jährigen Kiefern - Eichenwaldes liegt mit ca. 122 C t/ha innerhalb dieses Bereiches. Die anderen Untersuchungsflächen entsprechen ebenfalls den aus der Literatur bekannten Angaben.

Bei den Flächen unter der natürlichen Vegetation ist eine Zunahme der Kohlenstoffvorräte mit zunehmendem Alter der Vegetation zu verzeichnen. In der Regel ist dies auf die Zunahme des Baumbestandes bzw. der verholzten Vegetation zurückzuführen. Lediglich die 10jährige Regenerationsfläche macht hierbei eine Ausnahme: bei gleicher Biomasse in der Baumschicht im Vergleich zu der 7jährigen Fläche wurde mehr Biomasse in der Kraut- und Strauchschicht akkumuliert. Letzteres ist auf die unterschiedliche Artenzusammensetzung zurückzuführen: die verschiedenen Spezies besitzen unterschiedliche C-Allokationsstrategien, so dass Sekundärwälder in der Menge der akkumulierten Biomasse variieren können. Des weiteren kann die Akkumulationsrate auch von der Intensität der vorhergehenden Nutzung beeinflusst werden (Uhl et al., 1988).

Die Zweitstärkste Akkumulation erfolgte im Bereich der Wurzeln und in der Streuschicht. Übereinstimmend mit Manlay et al. (2000) konnte eine Zunahme der Wurzelbiomasse mit zunehmendem Brachealter beobachtet werden. Bei der Kraut- und Strauchschicht war keine eindeutige Tendenz feststellbar, was an der Probenahmestrategie lag, die nicht zwischen diesen beiden Vegetationsbestandteilen unterschied und damit auch keine Unterscheidung nach Gehölz- oder krautiger Vegetation vornehmen konnte.

Die jährlichen Zuwachsraten betragen zwischen 1,6 C t/ha*a bei dem Kiefern - Eichenwald und 6,5 C t/ha*a bei der 2jährigen Fläche, und liegen damit ebenfalls innerhalb der Literaturangaben. Brown und Lugo (1990) schätzen die jährliche Biomasseakkumulationsrate von Sekundärwäldern auf 5 t/ha (das entspricht ca. 2,3 C t/ha*a bei angenommenen 45% C), Woomer et al. (1998) geben für eine natürliche Brachevegetation in den humiden Tropen 7,9 C t/ha*a an, und Steininger (2000) fand in Sekundärwäldern Boliviens und Brasiliens Biomassezuwachsraten von jeweils 5,4 und 9,1 t/ha (d.h. 2,4 und 4,1 C t/ha*a).

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Die Biomasseakkumulation der Maisanbauflächen ist gering im Vergleich zu den Flächen unter natürlicher Vegetation, zumal ein großer Teil davon durch die Ernte wieder entzogen wird. Um so wichtiger ist der Eintrag der Wurzeln. Der Beitrag des wurzelbürtigen Kohlenstoffs zur organischen Bodensubstanz ist zudem größer als der des sprossbürtigen Kohlenstoffs (Balesdent und Balabane, 1996; Bolinder et al., 1999; Gale und Cambardella, 2000). Balesdent und Balabane (1996) führen dies zum einen auf den höheren physikalischen Schutz des organischen Materials durch den direkten Kontakt mit der Tonmatrix des Bodens zurück (Oades, 1995), und zum anderen auf die geringere Biodegradabilität der Wurzeln (Broadbent und Nakashima 1974; Mary, 1987) wegen ihrem höheren Gehalt an Lignin und phenolischen Substanzen (Bottner, 1982).

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Tabelle 23: Kohlenstoffvorräte in Boden und Vegetation bei verschiedenen Landnutzungen

Veg./

Vegetation bzw. Nutzung C [t/ha] C [t/ha] C [t/ha] [%] Borealer Wald 24 150 174 14 Amthor et al. (1998) allgemein

Temperierter Primärwald

Temperierter Sekundärwald Temperierter Wald 123 120 243 51 Amthor et al. (1998) allgemein Temperierter Nadelwald 70 109 179 39 Masera et al. (1997) Mexiko Temperierter Laubwald (Eiche) 53 100 153 35 Masera et al. (1997) Mexiko Kiefernwald 146 173 318 46 De Jong et al. (1999) Mexiko, Chiapas Kiefernwald (p. pseudostrobus) 74 94 217 34 Ordonez (1999) Mexiko, Michoacan Kiefern - Eichenwald 166 174 341 49 De Jong et al. (1999) Mexiko, Chiapas Eichen- und immergrüner 261 243 504 52 De Jong et al. (1999) Mexiko, Chiapas

Nebelwald

Kiefern - Eichenwald, 122 133 255 48 diese Arbeit Mexiko, Oaxaca

^{ca. 75 Jahre} Tropischer Wald 220 85 305 72 Woomer et al. (1998) Humide Tropen 162 70 232 70 Masera et al. (1997) Mexiko (Tieflandsregenwald) 165 83 248 67 Amthor et al. (1998) allgemein

Sekundärwald 26 66-115 92-141 18-28 Masera und Ordonez (1997) Mexiko Sekundärwald, 4 Jahre 28 269,0 297 9 Hugh et al. (1999) Mexiko, Veracruz Sekundärwald, 8 Jahre 17-51 139-243 146-293 12-17 Hugh et al. (1999) Mexiko, Veracruz Baumbrache (9,4 Jahre) 65 71 136 48 Woomer et al. (1998) Humide Tropen Sekundärwald (Erle), ca. 10 35 240 275 13 Etchevers et. al. (2001a) Mexiko, Oaxaca

Jahre

Sekundärwald, 16 Jahre 137 211,0 348 39 Hugh et al. (1999) Mexiko, Veracruz Sekundärwald (19,4 Jahre) 134 85 219 61 Woomer et al. (1998) Humide Tropen Sekundärwald, 30 Jahre 122 205 327 37 Hugh et al. (1999) Mexiko, Veracruz Laubwald (Liquidambar), 103 152 255 40 Etchevers et. al. (2001a) Mexiko, Oaxaca

ca. 30 Jahre

Laubwald (Eiche) 52 45 97 53 Etchevers et. al. (2001a) Mexiko, Oaxaca Laubwald (Erle) 49 156 205 24 Etchevers et. al. (2001a) Mexiko, Oaxaca

^{Degrad. und fragment. Wald} Sekundärwald, ca. 2 Jahre Sekundärwald, ca. 7 Jahre Sekundärwald (Eiche), 10-15 32 142 174 19 diese Arbeit Mexiko, Oaxaca

^Jahre 20 66-115 86-135 15-23 Masera und Ordonez (1997) Mexiko Kaffeeanbau mit Beschattung

^{durch Inga 39 148,0 187 21 Etchevers et. al. (2001a) Mexiko, Oaxaca} 15 166,0 181 8 diese Arbeit Mexiko, Oaxaca

kultiviertes Land 7 153 160 4 De Jong et al. (1999) Mexico, Chiapas kultiviertes Land 2 79 81 2 Amthor et al. (1998) allgemein brandgerodet und kultiviertes 12 40 52 23 Woomer et al. (1998) Humide Tropen

Land (2,1 Jahre)

^{Maisanbau 5-8 131-273 135-281 2-5 Etchevers et. al. (2001a) Mexiko, Oaxaca} Maisanbau 6-8 259-332 277-339 2 diese Arbeit Mexiko, Oaxaca

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5.2 Boden

Die im Boden der Untersuchungsflächen gespeicherten Kohlenstoffvorräte variieren in einem sehr weiten Rahmen und sind mit 133 C t/ha bis 332 C t/ha insgesamt hoch. Batjes (1996) gibt beispielsweise für einen 1 m tiefen Acrisol als Mittelwert 94 C t/ha an, bzw. 203 C t/ha für einen humic Acrisol. Der Gehalt an organischer Substanz im Boden hängt neben chemischen und physikalischen Faktoren (wie z.B. pH - Wert und Textur) sehr stark vom Klima ab (Zech et al., 1997). Es ist allgemein bekannt, dass Böden in feuchten Klimaten, mit hohen jährlichen Niederschlagsmengen zu höheren Kohlenstoffgehalten tendieren (Jenny, 1980; Lugo et al., 1986). Im Untersuchungsgebiet begünstigt das warmgemäßigte, subhumide Klima der Region die Akkumulation von organischem Material im Boden einerseits durch die hohen Niederschlagsmengen während der Sommermonate und andererseits durch die eher moderaten Temperaturen im Vergleich zu den humiden Tropen im Tiefland, da niedrigere Temperaturen den mikrobiellen Abbau stärker restringieren als die Nettoprimärproduktion (Kirschbaum, 1995). Die ermittelten Kohlenstoffvorräte im Boden unter natürlicher Vegetation entsprechen daher auch eher denen, die in der Literatur für temperierte Zonen angegeben werden (Tabelle 23).

Die höchsten Kohlenstoffvorräte weisen die Untersuchungsflächen mit dem Maisanbau auf, und zwar unabhängig von der Art der Bewirtschaftung, d.h. sowohl der traditionelle Anbau als auch die beiden alternativen Varianten besitzen bedeutend höhere C-Vorräte im Boden als die Flächen mit natürlicher Vegetation bzw. dem Kaffeeanbau. Dieses Ergebnis ist eher ungewöhnlich, da allgemein davon ausgegangen wird, dass die kontinuierliche Bewirtschaftung von Flächen bzw. die Inkulturnahme von Waldstandorten in den Tropen mit einem schnellen Verlust an organischer Bodensubstanz einhergeht (Allen, 1985; Aweto, 1981; Brams, 1971; Detwiler, 1986; Houghton et al., 1983; Nye und Greenland, 1964). Lediglich bei der Umwandlung von tropischem Wald in Weideland ist es unter Umständen möglich, den Kohlenstoffgehalt nach anfänglichen Verlusten wieder zu erhöhen (Cerri et al., 1991; Eden et al., 1990; Lugo und Brown, 1993). Cerri et al. (1991) erklären diesen Zuwachs mit dem Kohlenstoffeintrag von durchschnittlich 5 C t/ha pro Jahr durch Rhizodeposition. Unter Getreide kommt es wegen der kürzeren Vegetationsperiode jedoch gewöhnlich zu einem geringeren Wurzel-C-Eintrag als bei Weidegräsern (Kuzyakov und Domanski, 2000), so dass dieser Effekt mit Sicherheit zu klein und zu kurzzeitig war, um Unterschiede der Größenordnung wie sie zwischen den Untersuchungsflächen bestehen, verursacht haben zu können.

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Die starke räumliche Heterogenität der organischen Substanz bzw. das Fehlen eines räumlichen Musters auf den Maisanbauflächen im Vergleich zu den Flächen unter natürlicher Vegetation (Vergara, 2002) weisen vielmehr auf anthropogene Beeinflussung im Zuge der menschlichen Siedlungstätigkeit hin, beispielsweise durch Bodenbewegungen oder das Einbringen von Abfall- oder Reststoffen. Dafür spricht auch, dass sich die Maisanbauflächen in unmittelbarer Nähe der Häuser der Siedlung Zompantle befinden. Des weiteren handelt es sich um eine Region, in der Kaffeeanbau betrieben wurde und wird, d.h. es fallen große Mengen an organischen Abfallstoffen in Form von Fruchtfleisch beim Entkernen der Kaffeekirsche an. Das Fruchtfleisch macht fast 50% der frischen Kaffeekirsche aus und seine Entsorgung stellt, wegen dem hohen Gehalt an Koffein und Tannin und deren toxischer Wirkung, in vielen Regionen ein großes Problem dar (Pandey et al., 2000; Ramirez Martinez, 1999). Es ist daher oftmals gängige Praxis, dieses Abprodukt der Kaffeeproduktion auf die Felder nahe den menschlichen Behausungen auf- bzw. einzubringen (Acosta; persönl. Kommunikation). Zudem restringiert der hohe Anteil der Kaffeekirsche an Polyphenolen den mikrobiellen Abbau, so dass der hohe Gehalt an organischer Bodensubstanz der Maisanbauflächen durch den früheren Eintrag von Abfallstoffen aus der Kaffeeproduktion erklärt werden könnte. Die Nutzungsgeschichte der untersuchten Maisanbauflächen lässt sich allerdings abschließend nicht eindeutig klären, so dass letztendlich auch die Ursache für deren hohe Kohlenstoffgehalte im Unklaren bleibt.

Innerhalb der Maisanbauflächen ist besonders der traditionelle Anbau (LT) hervorzuheben, der die höchsten Corg - Konzentrationen und - Vorräte aufweist. Dieses Ergebnis ist wiederum überraschend, da aufgrund der Bodenbearbeitung und der Hangneigung mit einem Verlust der organischen Substanz durch Erosion im Vergleich zu den beiden alternativen Maisanbaumethoden LC und Mvc zu rechnen war. Letztere weisen jedoch trotz nahezu identischer Bedingungen hinsichtlich Lage, Hangneigung und Exposition in den vergleichbaren Tiefen deutlich geringere Werte an organischem Kohlenstoff auf. Aufgrund der oben erläuterten Problematik hinsichtlich der Nutzungsgeschichte und wegen des geringen Nutzungsalters der Flächen ist es jedoch bedenklich, diese Differenz auf den Einfluss der gegenwärtigen Anbaumethode zurückzuführen. Parallele Feldversuche in anderen Regionen (Etchevers et al., 2001b) mit dem selben Untersuchungsansatz zeigten zudem eher gegenläufige Trends, d.h. im Anfangsstadium konnten entweder keine signifikanten Unterschiede der Flächen hinsichtlich des Corg-Gehaltes festgestellt werden, oder bei den alternativen Anbaumethoden waren die Corg-Werte gegenüber dem

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traditionellen Anbau leicht erhöht. Wahrscheinlicher ist daher, dass die gegenwärtig gemessenen Unterschiede zum traditionellen Anbau auf den Einfluss früherer Nutzungen bzw. Einträge zurückzuführen sind, und der Effekt der gegenwärtigen Nutzungsunterschiede vor diesem Hintergrund zu gering ist. Will man den Einfluss der gegenwärtigen Nutzung auf den Corg-Gehalt klären wäre es sicherlich sinnvoll, zusätzliche Untersuchungen durchzuführen. Beispielsweise reagieren einige Fraktionen der organischen Bodensubstanz sensibler auf Landnutzungsänderungen als der Gesamtgehalt, wie z.B. die leichte Fraktion (Gregorich et al., 1994; Barrios et al., 1996), die mikrobielle Biomasse (Carter et al., 1999), das organische Material der Sandgrößenfraktion (Tiessen und Stewart, 1983) oder kombinierte Dichte - Korngrößen - Fraktionen (Gaiser et al., 1998). Änderungen innerhalb dieser Fraktionen gehen oftmals den Änderungen des Gesamtgehalts an organischer Substanz voraus und sind damit geeignet als Indikatoren für zukünftige Trends, insbesondere bei kultivierten Flächen.

Bei den Flächen unter natürlicher Vegetation, d.h. den Regenerationsflächen (Acahuales) und dem Kiefern - Eichenwald, ist zwar tendenziell eine langsame Zunahme der organischen Substanz mit zunehmendem Alter der Flächen zu erkennen, allerdings ist diese Zunahme kaum signifikant. Dies deckt sich mit den Ergebnissen von Lugo und Brown (1993), wonach tropische Sekundärwälder erst im Alter von ca. 10 Jahren wieder eine deutlichere Tendenz zur C-Akkumulation im Boden zeigen. Des weiteren ist die Akkumulationsrate von Sekundärwäldern sehr stark von der vorherigen Nutzung abhängig (Weaver et al., 1987), die in diesem Fall nicht hinreichend bekannt ist, und daher durchaus unterschiedlich sein kann. Der Einfluss der früheren Nutzung ist manchmal so groß, dass einige Autoren (Hughes et al., 1999; Wadsworth et al., 1988) überhaupt keinen Zusammenhang mehr zwischen dem Alter der Sekundärvegetation und dem Ct-Gehalt des Bodens finden konnten. Würde man die untersuchten Maisanbauflächen als Referenz für das Kohlenstoffniveau bei Beginn einer landwirtschaftlichen Nutzung, d.h. unmittelbar bei der Inkulturnahme einer Sekundärwaldfläche betrachten, so stellt man fest, dass die untersuchten Sekundärwaldflächen weit davon entfernt sind, dieses Niveau wieder zu erreichen. Im Anfangsstadium der Brachevegetation kann es zwar zunächst einmal zu einem Verlust von organischer Bodensubstanz kommen, bevor der Corg - Gehalt dann wieder zunimmt (Aweto, 1981; Juo et al., 1995; Ramakrishnan und Toky, 1981; Szott und Palm, 1996), aber die hier auftretenden Unterschiede zwischen den Maisanbauflächen und den Regenerationsflächen sind dann doch zu groß, um einen natürlichen Hintergrund zu haben. Daher ist anzunehmen, dass für die

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entsprechenden Flächen jeweils unterschiedliche Ausgangsbedingungen gab bzw. wie oben schon erwähnt, andere Einflussgrößen (wie z.B. der Eintrag von Abfallstoffen) vorlagen. Besonders deutlich wird dies am Beispiel des Kiefern - Eichenwaldes: Bei einem Bestandsalter von ca. 75 Jahren kann davon ausgegangen werden, dass sich der Gehalt der organischen Substanz nunmehr nur noch geringfügig ändert, da sich bei reifen Wäldern ein Gleichgewicht zwischen Anlieferung und Abbau der organischen Substanz eingestellt (Van Noordwijk et al., 1997), der nur noch von den klimatischen und edaphischen Bedingungen abhängt und bei dem der Einfluss einer eventuellen vorherigen Nutzung auf den jetzigen Corg-Gehalt vernachlässigt werden kann. Daher können die ermittelten Corg - Werte dieser Fläche unter Umständen als eine Art natürlicher Hintergrundwert für die Region angesehen werden. Daraus ergeben sich folgende Konsequenzen: zum einen bedeutet das, dass die Regenerationsflächen ebenso wie der Kaffeeanbau an organischer Substanz verarmt sind im Vergleich zur natürlichen Vegetation, zum anderen wird aber die Ausnahmestellung der untersuchten Maisanbauflächen insbesondere die des traditionellen Anbaus unterstrichen, deren Kohlenstoffkonzentrationen dann überdurchschnittlich hoch wären und nicht allein durch natürliche Sukzession erreichbar sind.

Generell kann man sagen, dass es eines der größten Probleme dieser Arbeit ist, den Einfluss der gegenwärtigen Nutzung, von denen früherer Nutzungen abzugrenzen. Hinzu kommt die hohe Varianz der Messwerte hinsichtlich ihres Ct - Gehaltes im Boden. Die organische Bodensubstanz ist ein Gemisch von verschiedenen organischen Komponenten unterschiedlichen Alters und chemischer Zusammensetzung (Chapin et al., 2002), so dass sie von Natur aus eine große räumliche Heterogenität aufweisen kann (Ågren und Hansson, 2000). Vor diesem Hintergrund ist es daher im Allgemeinen schwierig, kleine oder kurzfristige Veränderungen des Gesamtgehaltes an organischer Substanz festzustellen (Carter, 2001; Garten und Wullschleger, 1999), insbesondere wenn die Hintergrundkonzentrationen, wie in diesem Fall, relativ hoch sind (Buyanovsky und Wagner, 1995). Ein weiteres Problem stellt das unterschiedliche Verhalten von C - Konzentrationen und C -Vorräten dar. Abbildung 31 zeigt die entsprechenden Größen im Oberboden für die Untersuchungsflächen unter natürlicher Vegetation. Während bei den C - Konzentrationen eine leichte Zunahme mit zunehmendem Vegetationsalter zu erkennen ist, spiegelt sich dieser Trend nicht in den C - Vorräten wieder. Grund dafür sind die unterschiedlichen Bodendichten. Aufgrund des Fehlens von Daten bezüglich der Textur des Bodens einiger Untersuchungsflächen ist es nicht möglich festzustellen, inwieweit diese Dichteunterschiede

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tatsächlich texturbedingt sind, oder ob es sich um Messfehler handelt. Wegen der großen Bedeutung der Mineralogie und Textur des Bodens für den Gehalt an organischer Substanz (Feller und Beare, 1997), wäre es sicherlich sinnvoll, diesen Sachverhalt in Nachuntersuchungen abzuklären. Dies ist auch wichtig im Hinblick auf die Tatsache, dass Änderungen der organischen Bodensubstanz, die durch Landnutzungsänderungen hervorgerufen werden, klein sind im Vergleich zu den Unterschieden, die die verschiedenen Bodentypen untereinander aufweisen (Lugo und Brown, 1993).

Abbildung 31: Unterschiedliches Verhalten der Kohlenstoffkonzentrationen und -vorräte im Boden (0-15 cm) bei den Flächen unter natürlicher Vegetation

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5.3 Kohlenstoffvorräte der Untersuchungsflächen

Die größten Kohlenstoffvorräte sind erwartungsgemäß im Boden der Untersuchungsflächen vorhanden. Dies ist konsistent mit den Angaben aus der Literatur, wonach auf der Erde insgesamt ca. 2,7 mal mehr Kohlenstoff in der organischen Bodensubstanz gespeichert sind als in der Vegetation (Zech et al., 1997). Übereinstimmend mit anderen Arbeiten (Hughes et al., 1999; Woomer et al., 1998) nimmt der Anteil der Vegetation am Gesamtkohlenstoff des Systems mit zunehmenden Alter der Vegetation zu (Tabelle 23).

Anders als in den humiden Tropen, wo das Potential zur Kohlenstoffspeicherung eher in der Vegetation liegt (IPCC, 2000; De Jong et al., 1999), besitzt die Untersuchungsregion aufgrund der klimatischen und edaphischen Bedingungen ein hohes Potential zur C-Speicherung, was anhand der Maisanbauflächen deutlich wird, welche bereits ein sehr hohes Kohlenstoffniveau aufweisen. Allerdings kann der Gehalt an organischer Substanz im Boden nicht unendlich steigen (Merckx, 2002). Die Kapazität eines Bodens zur C - Speicherung ist limitiert durch den Ton- und Schluffgehalt (Hassink, 1997; Feller, 1995), da diese Korngrößenfraktionen stabile organo-mineralische Verbindungen mit der organischen Bodensubstanz eingehen, die dadurch physikalisch vor dem mikrobiellen Abbau geschützt wird. Organisches Material, das darüber hinaus in den Boden kommt, ist nicht mehr geschützt und unterliegt einem schnellen Abbau, sobald alle anderen eventuell bestehenden Abbaurestriktionen (z.B. Temperatur, Wassergehalt, Nährstoffmangel) aufgehoben sind. Solche Änderung der Umweltbedingungen finden vor allem bei Landnutzungsänderungen statt, weshalb z.B. bei der Umwandlung von Waldstandorten in Acker- oder Weideland ein großer Teil der physikalisch nicht geschützten organischen Substanz verloren geht (Carter et al., 1998). Nach Hassink und Whitmore (1997) hängt die Nettoakkumaltionsrate zudem nicht nur vom Ton- und Schluffgehalt des Bodens ab, sondern auch von dem Umfang in dem diese Kapazität bereits ausgeschöpft ist. Daher besitzen degradierte Böden ein höheres Potential zur C - Akkumulation und können bei entsprechendem Management relativ schnell organische Substanz anreichern. Legt man das Modell von Hassink und Whitmore (1997) zugrunde, so ergibt sich für die hier untersuchten Maisanbauflächen ein Corg - Gehalt von maximal 3,6 % (bei einem Tongehalt von 40%), der durch die Ton- und Schlufffraktion geschützt wird. Das bedeutet, dass das Potential zur C-Akkumulation in der Ton- und Schlufffraktion bereits ausgeschöpft ist. Daher ist es fraglich, ob die Maisanbauflächen unter der gegenwärtigen Nutzung noch weiter Kohlenstoff akkumulieren können. Wichtiger ist eher die Erhaltung der bereits bestehenden Vorräte des Bodens und die Minimierung der C-Verluste. In diesem Zusammenhang ist es z.B. unklar, wie sich Düngung und Residueneintrag auf den C-Gehalt

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auswirken werden. Nach Merckx et al. (1987) sowie Helal und Sauerbeck (1986) ist das mikrobielle Wachstum eher limitiert durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen als von Energiesubstraten, so dass es durch Nährstoff- und Residueneintrag zu einer Stimulierung des Abbaus der organischen Bodensubstanz kommen kann (Zak et al., 1993). Ebenso gehen Green et al. (1995) davon aus, dass eine kontinuierliche N - Zugabe, die die Menge übersteigt, die für eine maximale Ernte benötigt wird, langfristig zu einem C-Verlust führt. Andererseits muss gedüngt werden, um der N-Immobilisierung, die durch den Abbau der Maisresiduen verursacht wird (Recous et al., 1995; Sakala et al., 2000), in der Wachstumsphase der Maispflanzen entgegenzusteuern und somit einem Ernteverlust durch Nährstoffmangel vorzubeugen. Möglicherweise liegt hier ein Nutzungskonflikt vor: einerseits die Akkumulation von organischer Bodensubstanz und andererseits die Maximierung der Erträge bzw. die schnelle Stickstoffversorgung der Kulturpflanzen.

Bei den Regenerationsflächen kam es bisher zu keiner nennenswerten Akkumulation von Kohlenstoff im Boden, sondern nur in der Vegetation. Unter der jungen nachwachsenden Vegetation verbleibt ein Großteil des assimilierten Kohlenstoffs in der oberirdischen Vegetation und der anfallende Bestandsabfall wird zügig mineralisiert. Daher wird im Boden kaum organische Substanz akkumuliert, und es ist keine Zunahme des Corg-Gehaltes unter diesen Flächen mit zunehmendem Alter zu erkennen. Deutlich wird dies auch anhand der C/N-Verhältnisse, die bei den Regenerationsflächen enger sind als bei den Maisanbauflächen, was auf eine schnellere Mineralisierung bzw. Umsatz der organischen Bodensubstanz hindeutet. Das engste C/N - Verhältnis besitzt im Übrigen der 2jährige Acahual, der auch die höchste Biomasseakkumulationsrate aufweist. Die Stoffflüsse zwischen Boden und Vegetation sind auch anhand der C - und N - Gesamtgehalte der Untersuchungsflächen festzustellen: hohe Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte in der Vegetation waren in der Regel mit niedrigeren Vorräten im Boden korreliert. Zu einer wirklich bedeutenden Akkumulation von Kohlenstoff im Boden kommt es erst wieder mit zunehmender Reife des Ökosystems, wie bei dem hier untersuchten 75jährigen Kiefern - Eichenwald. Im Allgemeinen wird die Bedeutung der Brache in Slash-and-Burn - Systemen in der Erholung der Bodenproduktivität gesehen. Die Verbesserung der Bodeneigenschaften basiert nach Ahn (1979) auf der Zunahme der organischen Bodensubstanz, verursacht durch den stetigen Eintrag von Pflanzenmaterial, wobei die Vegetation als Nährstoffpumpe fungiert. Neuere Studien zeigen ein differenzierteres Bild: nach Juo und Manu (1996) ist die Stabilität der Slash-and-Burn-Systeme eine Funktion des gesamten Ökosystems und weniger des

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Nährstoffgewinns im Boden. Diekmann (1997) sieht die Funktion der Brache ebenfalls eher in der Umverteilung der Nährelemente, durch Stofflüsse zum einen in die mikrobielle Biomasse des Bodens und zum anderen in die Vegetation. Die Brachevegetation spielt in den Tropen beispielsweise für den Stickstoffeintrag durch die Biologische Stickstofffixierung eine große Rolle (Thielen-Klinge, 1997). Auch für das Recycling von Phosphor scheint die Brachevegetation eine große Bedeutung zu haben. So fanden Szott und Palm (1996) eine Anreicherung von extrahierbarem P in der Brachevegetation, die den Verlust im Boden überstieg. Diese Funktion der Brache ist insbesondere deshalb wichtig, da P und N in den Tropen am stärksten limitierend sind.

In diesem Sinne ist auch die Bedeutung der hier untersuchten Regenerationsflächen zu sehen, d.h. weniger in der Akkumulation von organischer Bodensubstanz als vielmehr in der Akkumulation, Umverteilung bzw. dem Recycling von Kohlenstoff und Stickstoff (und gegebenenfalls auch anderer Nährstoffe) im Gesamtsystem.

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6 Zusammenfassung

Ziel dieser Arbeit war die Quantifizierung der Kohlenstoffvorräte bei verschiedenen Landnutzungen in einer ländlichen Bergregion in Mexiko. Die dazu ausgewählten Untersuchungsflächen repräsentieren sowohl traditionelle als auch alternative Landnutzungen. Untersucht wurden Flächen mit traditionellem Mais- bzw. Kaffeeanbau (LT und CA), verschieden alte Bracheflächen (AC2, AC7, AC10), eine 75jährige Waldfläche (BP) sowie zwei Flächen mit alternativen Maisanbaumethoden (LC, MVC). Die traditionelle Bewirtschaftung erfolgt in dieser Region als shifting cultivation im Brandrodungsfeldbau, d.h. die Flächen werden durch Abbrennen der natürlichen Vegetation in Kultur genommen und nach ca. 3 bis 4 jähriger Nutzung wieder der Natur überlassen. Die hier untersuchten Bracheflächen (AC2, AC7 und AC10) waren 2, 7 und 10 Jahre alt und unterlagen der natürlichen Sukzession. Der traditionelle Maisanbau (LT) erfolgt mit dem Pflanzstock, d.h. ohne zu pflügen, und in der Regel auch ohne Düngerzugabe. Die Ernteresiduen und Unkräuter werden nach der Ernte verbrannt. Bei den alternativen Maisanbauflächen wurde versucht, durch geeignete Maßnahmen den Schutz des Bodens gegen Erosion zu erhöhen bzw. dem Verlust der organischen Bodensubstanz entgegenzuwirken: so wurden bei einer Variante quer zum Hang Kaffeereihen als Erosionsbarriere eingezogen (MVC) und bei der anderen verblieben die Residuen nach der Ernte auf der Fläche (LC).

Die Kohlenstoffvorräte in der Vegetation lagen innerhalb des Erwartungshorizontes und entsprechen dem, was aus der Literatur für vergleichbare Klimate und Landnutzungen bekannt ist. Sie liegen zwischen 6 C t/ha beim Maisanbau und 122 C t/ha bei dem 75jährigen Kiefern - Eichenwald. Bei den Flächen unter natürlicher Vegetation (d.h. Bracheflächen und Kiefern - Eichenwald) ist eine Zunahme der Kohlenstoffvorräte in der Vegetation mit zunehmendem Alter der Flächen zu verzeichnen. Diese geht einher mit der Akkumulation von Biomasse in der Baumschicht und in den Wurzeln. In der Kraut- und Strauchschicht sowie in der Streuschicht war dagegen keine eindeutige Tendenz feststellbar. Am meisten Kohlenstoff wird jeweils in der Baumschicht (soweit vorhanden) gespeichert. Diese kann bis zu 85% der Gesamtvorräte des in der Vegetation akkumulierten Kohlenstoffs ausmachen (Untersuchungsfläche BP). Die jährlichen Zuwachsraten in der Vegetation betragen zwischen 1,6 C t/ha*a und 6,5 C t/ha*a und nehmen in der Reihenfolge AC2 > AC7 > AC10 > BP, d.h. mit zunehmendem Alter der Fläche ab.

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Der Kaffeeanbau als semipermanente Kultur erreicht mit 15 C t/ha an in der Vegetation gespeichertem Kohlenstoff das Niveau der 2jährigen Brachefläche, während bei den Maisanbauflächen die akkumulierte Biomasse erwartungsgemäß am geringsten ist. Da auf diesen Flächen die oberirdische Vegetation im Zuge der Ernte oder anderer Maßnahmen teilweise oder ganz entfernt wird, spielt die unterirdische Biomasse eine vergleichsweise wichtigere Rolle für das Gesamtsystem. Die Wurzelbiomasse machte bei den untersuchten Maisanbauflächen ¼ bis ½ der akkumulierten Gesamtbiomasse aus, dh. ca. 2 - 3 C t/ha.

Die im Boden ermittelten Kohlenstoffvorräte variieren in einem sehr weiten Rahmen und sind begünstigt durch das subhumide, gemäßigte Klima der Region relativ hoch. Sie liegen zwischen 133 C t/ha beim 2jährigen Acahual und 332 C t/ha beim traditionellen Maisanbau, bezogen auf 1 m Bodentiefe. Die größte Akkumulation an organischer Substanz ist dabei jeweils in den oberen 45 cm des Bodens zu verzeichnen. Die dort gespeicherten Mengen machen etwa 65 bis 90 % der Gesamtkohlenstoffvorräte des Bodens aus. Die höchsten Kohlenstoffvorräte wurden auf den Untersuchungsflächen mit Maisanbau ermittelt (259 bis 332 C t/ha). Die Ursache hierfür ist unklar, aber mit großer Wahrscheinlichkeit ist sie nicht auf die gegenwärtige Bewirtschaftung zurückzuführen, sondern eher das Ergebnis früherer anthropogener Beeinflussung. Möglicherweise führten in der Vergangenheit Einträge von Abfallstoffen aus der Kaffeeproduktion zu den gegenwärtig gemessenen hohen Corg - Gehalten. Vor diesem Hintergrund sind auch die Unterschiede zwischen den einzelnen Maisanbauvarianten zu sehen: die Fläche mit dem traditionellen Anbau (LT) weist im Boden zwar signifikant höhere Kohlenstoffvorräte auf als die alternativen Varianten LC und MVC, es ist aber im Hinblick auf das geringe Nutzungsalter und in Unkenntnis der früheren Nutzungsgeschichte äußerst fragwürdig diese Unterschiede auf die gegenwärtige Bewirtschaftung zurückzuführen.

Die Flächen unter natürlicher Vegetation sowie der Kaffeeanbau wiesen insgesamt deutlich geringere Kohlenstoffvorräte im Boden auf als die Maisanbauflächen, d.h. etwa um die Hälfte weniger (133 bis 167 C t/ha). Bei den Bracheflächen konnte keine signifikante Zunahme der Kohlenstoffvorräte mit zunehmender Dauer der Brache beobachtet werden. Grund hierfür ist zum einen die starke Varianz der Messwerte, vor deren Hintergrund kleine Unterschiede der Kohlenstoffgehalte nicht feststellbar bzw. kaum signifikant waren, und zum anderen der schnelle Umsatz bzw. das Recycling der organischen Substanz in diesen noch jungen Ökosystemen. Letzteres wird auch anhand der C/N- Verhälnisse deutlich, welche auf den Bracheflächen enger waren als auf den Maisanbauflächen und auf eine schnelle

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Mineralisation der organischen Bodensubstanz hindeuten. Tendenziell ist aber eine Akkumulation von organischer Bodensubstanz mit zunehmendem Alter der Brachevegetation vorhanden, was anhand der steigenden Corg - Konzentrationen im Oberboden zu erkennen war. Der 75jährigen Kiefern - Eichenwald wies im Oberboden bereits signifikant höhere Corg - Konzentrationen auf, die in etwa im Bereich der Maisanbauflächen lagen. Dieser Trend war aber in Bezug auf die Vorräte durch bodenphysikalische Parameter (Lagerungsdichte, Tiefgründigkeit) teilweise überlagert.

Die Gesamtkohlenstoffvorräte der Untersuchungsflächen wurden bestimmt durch die Vorräte im Boden, da diese zum Teil erheblich größer waren als die in der Vegetation gespeicherten Kohlenstoffvorräte. Allerdings nahm mit zunehmendem Alter der Vegetation auch der Anteil der in der Vegetation gespeicherten Vorräte zu: bei dem 75jährigen Wald machten die Vorräte in der Vegetation bereits knapp 50% aus.

Anhand der Untersuchungsergebnisse wurde deutlich, dass es in der Region ein großes Potential für die Kohlenstoffspeicherung im Boden gibt (siehe Maisanbauflächen), wobei im Unklaren bleibt wie es zu dieser Akkumulation kam und wie sich zukünftige Landnutzungen darauf auswirken werden. Zum anderen zeigte die Untersuchung, dass unter natürlich nachwachsender Vegetation der Kohlenstoff zunächst einmal in der Vegetation gespeichert, und erst nach längerer Zeit (d.h. >> 10 Jahre) vermehrt im Boden akkumuliert wird.

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7 Summary

The aim of the study was to quantify carbon stocks resulting from different land use in a rural mountainous region in Mexico. The selected plots represent traditional as well as alternative land uses and include traditional corn and coffee cultivation (LT and CA), two corn cultivation plots with alternative treatments (LC, MVC), 3 fallow plots that have not been cultivated for 2, 7, and 10 years, respectively (AC2, AC7 and AC10) and a 75-year-old forest site (BP). The traditional farming system in this region is shifting cultivation which includes the slash - and - burn practice for land preparation. After approximately 3 to 4 years of cultivation the land will be left and is subjected to natural regrowth of the native vegetation. Traditional corn treatment (LT) is a no tillage system, where seeding is carried out using a planting stick and usually no fertilizer bonus is applied, neither. Crop residues and weeds are burned after the harvest. The two alternative corn treatments were designed in order to increase soil protection against erosion and/or to counteract loss of soil organic matter: hence, for the combined corn - coffee plot (MVC) coffee rows were planted perpendicular to the slope to serve as erosion barriers, whereas for the conservation tillage (plot LC) crop residues remained on the field after harvest.

Carbon stocks in the vegetation lie within expected ranges and correspond to what is known from other studies on similar climates and land uses. Figures from 6 C t/ha in corn cultivation plots up to 122 C t/ha in 75-year-old pine - oak forest could be observed. On the plots with naturally growing vegetation, i.e. fallow sites and the pine - oak - forest, carbon stocks increased with increasing age of vegetation. This was accompanied by accumulation of biomass in the tree layer and the roots. On the contrary, no clear trend was detectable in the herbal and bush layer as well as in the litter layer. At all sites most carbon was stored in the tree layer. The carbon accumulated in this part of the vegetation can reach up to 85% of the biomass’ total carbon stock. Annual accumulation rates in the vegetation were between 1.6 C t/ha*a and 6.5 C t/ha*a and decreased in the following order AC2 > AC7 > AC10 > BP, i. e. with increasing age of vegetation.

The coffee plot as a semi-permanent culture reaches the level of the 2-year-old fallow, with a total of 15 C t/ha of accumulated carbon. The smallest amount of accumulated biomass could be observed on corn plots. This is not surprising since on these plots the above ground vegetation is partially or completely removed by harvest or other cultivation activities, hence, the belowground biomass plays a comparatively more important roll for ecosystem’s total

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carbon stock. The root biomass contributed from ¼ to ½ to the total accumulated biomass at the corn plots, i.e. up to approximately 2 - 3 C t/ha.

Carbon stocks observed in the soil vary in a very wide range and are relatively high because of the benefit from the subhumide temperate climate in the studied area. They were between 133 C t/ha at the 2-year-old fallow and 332 C t/ha at the traditional corn treatment, corresponding to a sampling depth of 1 m. The greatest accumulation of organic matter could be observed in the upper 45 cm of the soil. At this depth stored quantities amounted for about 65 to 90% of the total carbon stocks in the soil.

The highest carbon stocks were determined at the corn cultivation plots (259 to 332 C t/ha). The reason for this remains unclear but it seems to be rather the result of some previous human impacts than due to the present management. It is very likely that former inputs of waste materials from coffee production led to these high organic carbon contents measured at present time. Differences between various corn treatments were detectable, i.e. the traditional corn cultivation plot (LT) showed significantly higher carbon stocks in the soil than the alternative treatments LC and MVC. Taking into account the short time since implementation of the treatments, and the incertitude regarding the previous land use it would be very questionably to ascribe these differences to the present management.

The investigation areas under natural vegetation as well as the coffee cultivation definitively showed smaller carbon stocks in the soil than did the corn plots (133 to 167 C t/ha) - to be more precisely: they only had around half of the amount stored at the corn cultivation sites. Within the fallow plots there were no significant increases of the carbon stocks with increasing fallow age. This is partly because of the strong variance of the soil organic matter, where little differences in carbon contents are difficult to measure against the large background of variation/ heterogeneity. On the other hand the fast turnover of the organic matter in these young ecosystems may have prevented an appreciable accumulation within the soil. This also becomes evident looking at the C to N ratios, which were narrower for fallow plots than for corn plots, indicating a faster mineralization of soil organic matter by the former. Nevertheless, a tendency for accumulation of soil organic matter can be seen looking at the carbon concentrations which increased in the top soil with increasing age of the vegetation. So the 75-year-old pine - oak - forest already showed significantly higher organic carbon concentrations in the top soil, which approximately reached the level of the corn treatments. However, concerning the stocks this trend was partly overlain by physical soil parameters like bulk density or sampling depth.

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Total carbon stocks of the investigated plots were governed by the below ground stocks, since these were substantially bigger than the carbon stocks of the vegetation. However, the portion of carbon stocks saved in the vegetation increased with increasing age, this means that for a 75-year-old forest site the biomass stocks already contributed to nearly 50% of system’s total carbon.

The study showed that in the studied area there is a high potential for carbon sequestration in the soil (see corn plots), however, it remains uncertain how it came to this accumulation and how future land uses will affect it. In addition, it was shown that under natural re-growing of vegetation assimilated carbon will be stored first of all within the vegetation and an increase of carbon stocks in the soil will be only noticeable after longer time, i. e. at fallow periods much longer than 10 years.

75

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87

9 Danksagung

Folgenden Personen möchte ich danken:

Dr. Jorge D. Etchevers Dr. Claudia Hidalgo Moreno Dr. Leobardo Jiménez Sánchez M.C. Miguel Acosta Mireles Gabino Hernández und Eloy Fernández Dr. Bernd Uwe Schneider.

88

10 Eidesstattliche Erklärung

Ich versichere hiermit an Eides Statt, dass ich die von mir eingereichte Diplomarbeit selbständig verfasst und ausschließlich die angegebenen Hilfsmittel benutzt habe.

89

11 Anhang

Tabellenverzeichnis:

Tabelle 24: Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Vorräte auf der Fläche LT ................ 91 Tabelle 25: Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Vorräte auf der Fläche LC ................ 92 Tabelle 26: Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Vorräte auf der Fläche MVC ............ 93 Tabelle 27: Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Vorräte auf der Fläche CA................ 94 Tabelle 28: Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Vorräte auf der Fläche AC2.............. 95 Tabelle 29: Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Vorräte auf der Fläche AC7.............. 96 Tabelle 30: Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Vorräte auf der Fläche AC10............ 97 Tabelle 31: Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Vorräte auf der Fläche BP ................ 98 Tabelle 32: Gemessene Stickstoffkonzentrationen im Boden.................................................. 98 Tabelle 33: Oberirdische Biomasse [t/ha] der Untersuchungsflächen ................................... 101 Tabelle 34: Biomasse der Wurzeln (0 - 105 cm) der Untersuchungsflächen ........................ 102 Tabelle 35: Ergebnisse der Bestandaufnahme der Bäume ..................................................... 102 Tabelle 36: Bestandsaufnahme der Bäume auf der Fläche AC7 „7jähriger Acahual“........... 103 Tabelle 37: Bestandsaufnahme der Bäume auf der Fläche AC10 „10jähriger Acahual“....... 104 Tabelle 38: Bestandsaufnahme der Bäume auf der Fläche CA „Kaffeeanbau“ ..................... 105

Abbildungsverzeichnis:

Abbildung 32: Corg - Konzentrationen der Untersuchungsflächen ....................................... 99 Abbildung 33: Corg - Vorräte der Untersuchnungsflächen ................................................... 100

90

Tabelle 24: Gemessene Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Kohlenstoffvorräte auf der Fläche „Traditioneller Maisanbau“

^* Rot gekennzeichnete Werte sind Ausreißer

91

Tabelle 25: Gemessene Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Kohlenstoffvorräte auf der Fläche „Mais mit Residuen“

92

Tabelle 26: Gemessene Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Kohlenstoffvorräte auf der Fläche „Mais mit Kaffee“

93

Tabelle 27: Gemessene Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Kohlenstoffvorräte auf der Fläche „Kaffeeanbau“

94

Tabelle 28: Gemessene Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Kohlenstoffvorräte auf der Fläche „2jähriger Acahual“

95

Tabelle 29: Gemessene Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Kohlenstoffvorräte auf der Fläche „7jähriger Acahual“

96

Tabelle 30: Gemessene Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Kohlenstoffvorräte auf der Fläche „10jähriger Acahual“

97

Tabelle 31: Gemessene Kohlenstoffkonzentrationen, Dichte sowie Kohlenstoffvorräte auf der Fläche „Kiefern - Eichenwald“

Tabelle 32: Gemessene Stickstoffkonzentrationen im Boden

98

Abbildung 32: Corg - Konzentrationen der Untersuchungsflächen (Fehlerbalken zeigen jeweils Minimum und Maximum an)

99

Abbildung 33: Corg - Vorräte der Untersuchnungsflächen(Fehlerbalken zeigen jeweils

100

Tabelle 33: Oberirdische Biomasse [t/ha] der Untersuchungsflächen

101

Tabelle 34: Biomasse der Wurzeln (0 - 105 cm) der Untersuchungsflächen

Tabelle 35: Ergebnisse der Bestandaufnahme der Bäume auf der Fläche BP „Kiefern - Eichenwald“ Anzahl Bäume DN Basalfläche 2 Parzelle Art pro Hektar (cm) (m /ha)

102

Tabelle 36: Bestandsaufnahme der Bäume auf der Fläche AC7 „7jähriger Acahual“

Parzelle Art lfd. Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 1 Clethra h. 3,0 3,0 3,0 3,1 3,1 3,2 3,6 3,8 4,0 4,3 4,6 4,7 5,1 5,1 5,3 5,3 5,8 6,0 6,0 6,0 6,1 6,6 7,0 Rapanea m. 3,1 3,1 3,2 3,2 3,2 3,3 3,3 3,4 3,5 3,6 4,0 5,1 5,4 6,5 Liquidambar 4,0 sonstige 2,9 4,0 4,1 4,2 4,6 5,6 6,3 6,4 6,7 2 Clethra h. 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,1 3,1 3,1 3,2 3,2 3,3 3,3 3,3 3,4 3,4 3,6 3,7 3,7 3,8 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,5 4,5 4,9 5,6 5,8 6,1 6,3 6,3 6,7 7,6 Rapanea m. 2,5 3,5 3,7 3,7 4,7 4,7 4,9 4,9 5,5 8,2 10,7 Liquidambar 2,5 3,3 4,8 7,2 10,3 sonstige 8,5 3 Clethra h. 2,5 2,5 2,6 2,6 3,0 3,0 3,2 3,3 3,5 3,5 3,6 3,6 3,7 3,8 3,8 4,3 4,3 4,4 4,5 4,6 4,9 4,9 4,9 5,1 5,3 6,4 7,0

4 Clethra h. 2,5 2,6 2,6 2,7 2,7 2,7 2,8 2,8 2,8 2,9 3,0 3,0 3,2 3,2 3,2 3,3 3,3 3,3 3,4 3,4 3,5 3,5 3,6 3,6 4,0 4,0 4,0 4,0 4,4 4,4 4,6 4,7 4,8 5,0 5,2 6,1

5 Clethra h. 2,8 3,0 3,0 3,0 3,1 3,1 3,2 3,3 3,3 3,6 3,9 4,0 4,1 4,1 4,2 4,2 4,2 4,2 4,5 4,9 4,9 5,0 5,2 5,8 6,5 6,6 7,0 7,1

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Tabelle 37: Bestandsaufnahme der Bäume auf der Fläche AC10 „10jähriger Acahual“

Parzelle

Art lfd. Nr. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 1

1

2

3

4

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Tabelle 38: Bestandsaufnahme der Bäume auf der Fläche CA „Kaffeeanbau“ CA Bestandsaufnahme gemessene Durchmesser in [cm] Parzelle Art lfd. Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 ^Coffea 2,5 2,5 2,5 2,5 2,6 2,7 2,7 2,7 2,8 2,8 2,9 2,9 2,9 2,9 3,1 3,1 3,2 3,7 Inga spp 4,7 4,7 5,3 5,4 5,6 5,7 5,7 6,5 6,8 7,0 7,0 9,0 Sonstige 3,2 5,3 5,7

2 Coffea 2,4 2,5 2,5 2,6 2,6 2,7 2,7 2,7 2,8 2,8 2,8 2,9 3,0 3,0 3,0 3,1 Inga spp 6,1 7,1 13,9 18,1 Sonstige

3 Coffea 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,6 2,6 3,0 3,1 3,1 3,3 3,4 3,6 3,8 4,3 Inga spp 5,4 5,6 7,3 7,3 8,5 Sonstige

4 Coffea 2,5 2,5 2,5 2,5 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,7 2,7 2,8 2,8 2,9 3,0 3,0 3,0 3,1 3,2 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 4,0 9,6 Inga spp 9,5 10,1 Sonstige

5 Coffea 2,5 2,5 2,6 2,6 2,7 2,8 2,8 2,8 2,8 2,9 3,1 3,1 3,2 3,4 3,5 3,8 3,9 Inga spp 11,4 15,4 16,5 17,1 Sonstige

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