Kohlenstoffvorräte in Boden und Vegetation bei verschiedenen Landnutzungen in einer ländlichen Region in Mexiko

Inhalt:

1 Einleitung und Zielstellung

2 Darstellung des Untersuchungsgebietes
2.1 Lage und Klima
2.2 Vegetation
2.3 Boden
2.4 Nutzung
2.5 Charakterisierung der Untersuchungsflächen

3 Methodik
3.1 Erfassung der Kohlenstoffvorräte im Boden
3.1.1 Probenahme
3.1.2 Probenaufbereitung und -analyse
3.1.3 Bestimmung der Bodendichte
3.1.4 Berechnung der Kohlenstoffvorräte im Boden
3.2 Erfassung der Kohlenstoffvorräte in der Vegetation
3.2.1 Quantifizierung der Biomasse
3.2.1.1 Bäume
3.2.1.1 Kraut- und Strauchschicht
3.2.1.3 Streu
3.2.1.4 Wurzeln
3.2.1.5 Biomasse der Kulturpflanzen (Mais)
3.2.2 Bestimmung der Kohlenstoffgehalte - und vorräte der Vegetation
3.3 Stickstoffbestimmung

4 Ergebnisse
4.1 Vegetation
4.1.1 Bäume/Baumschicht
4.1.1.1 Regressionsmodell zur Berechnung der Biomasse der Bäume
4.1.1.2 Biomasse der Bäume
4.1.1.3 Kohlenstoff- und Stickstoffkonzentrationen
4.1.2 Kraut- und Strauchschicht
4.1.3 Streuschicht
4.1.4 Wurzeln
4.1.5 Kulturpflanzen (Mais)
4.1.6 Kohlenstoffvorräte in der Vegetation der Untersuchungsflächen
4.2 Boden
4.2.1 Corg - Konzentrationen im Boden
4.2.2 Stickstoffkonzentrationen
4.2.3 Dichte
4.2.4 Kohlenstoffvorräte im Boden
4.3 C - und N- Vorräte der Untersuchungsflächen

5 Diskussion
5.1 Vegetation
5.2 Boden
5.3 Kohlenstoffvorräte der Untersuchungsflächen

6 Zusammenfassung

7 Summary

8 Literatur

9 Danksagung

10 Eidesstattliche Erklärung

11 Anhang

Tabellenverzeichnis:

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

Tabelle 2: Bodenkennwerte eines Profils im Bereich der Untersuchungsfläche MVC

Tabelle 3: Überblick über die Untersuchungsflächen

Tabelle 4: Höhenlage und Relief der Untersuchungsflächen

Tabelle 5: Übersicht über die Bewirtschaftung der Maisanbauflächen

Tabelle 6: Übersicht über die gewonnenen Bodenproben

Tabelle 7: Eigenschaften der Eingangsdaten für die Parameterschätzung pro Spezie

Tabelle 8: Ergebnisse der Parameterschätzung des Regressionsmodells Y=aXb

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

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

Tabelle 11: Mittlerer Durchmesser und Biomasse der Kaffeepflanzen auf MVC

Tabelle 12: Stickstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen ausgewählter Vegetationsproben

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

Tabelle 14: Biomasse und Kohlenstoffgehalte der Streuschicht

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

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

Tabelle 17: Mittlere Kohlenstoffkonzentrationen der Untersuchungsflächen pro Tiefenstufe

Tabelle 18: Ausgewählte Mittelwertvergleiche bei den Regenerationsflächen

Tabelle 19: Ausgewählte Mittelwertvergleiche bei den Maisanbauflächen

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

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

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

Tabelle 23: Kohlenstoffvorräte in Boden und Vegetation bei verschiedenen Landnutzungen

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 ...

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

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 CO2 - 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 CO2 Emissionen aus dem land- bzw. forstwirtschaftlichen Sektor, verursacht hauptsächlich durch Landnutzungsänderungen und Deforestation (Instituto nacional de Ecologia, 2001).

Einen Beitrag zur Reduzierung der CO2 - 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

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 - Eichenwald) die Kohlenstoffvorräte in Boden und Vegetation?

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 in dieser Leseprobe nicht enthalten

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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.

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 in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Vegetation der Region Mixe

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 (KAKeff) 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.

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

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.4 Nutzung

Die landwirtschaftliche Nutzung im Untersuchungsgebiet wird bestimmt durch den Mais- bzw. 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).

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

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Lage der Untersuchungsflächen ^[*] im Einzugsgebiet von Zompantle

Tabelle 4: Höhenlage und Relief der Untersuchungsflächen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die einzelnen Flächen werden im Folgenden ausführlich besprochen.

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 in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Blick auf die Untersuchungsfläche "Kaffeeanbau"

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten ^[*][**]

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.

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 in dieser Leseprobe nicht enthalten

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.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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 in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Positionierung der Uhren auf der Untersuchungsfläche MVC

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 in dieser Leseprobe nicht enthalten

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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^[*] Die Untersuchungsfläche BP (Kiefern – Eichenwald) ist nicht dargestellt, da sie außerhalb des Talkessels liegt.

^[*] bezogen auf 1/3 der Untersuchungsfläche

^[**]bezogen auf 2/3 der Untersuchungsfläche