Diversity and distribution of bryophytes along an elevational gradient on Baru Volcano, Panama

Elevational gradients in tropical mountains are suitable systems for studying spatial variations in plant diversity. Due to their great abundance, diversity, and sensitivity to environmental changes, bryophytes are appropriate organisms to explore relationships between diversity patterns and environ...

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Main Author: Rodriguez Quiel, Eyvar Elias
Contributors: Bader, Maaike (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2020
Geographie
Subjects:
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Table of Contents: Höhengradienten im tropischen Gebirge sind gute Modellsysteme, um räumliche Unterschiede in der Biodiversität zu untersuchen. Wegen ihrer hohen Abundanz, Artenvielfalt und Empfindlichkeit gegenüber Umweltveränderungen sind Bryophyten besonders gut dafür geeignet, um Zusammenhänge zwischen Mustern in der Artenvielfalt und Umweltveränderungen aufzuspüren. Die vorliegende Studie untersucht die Artenvielfalt von Bryophyten sowie deren Funktionen im Ökosystem. Bryophyten von verschieden Substraten werden verglichen, um Aufschluss über den Einfluss der Mikrohabitate auf die Verteilung der Artenvielfalt zu gewinnen. Insbesondere werden folgende Fragen untersucht: 1. Wie verändert sich die Artenvielfalt der Bryophyten mit der geografischen Höhe, und wie ändern sich die höhenabhängigen Muster zwischen den verschiedenen Substrattypen? 2. Wie verändern sich die Artengemeinschaft und die Beta-diversität entlang des Höhengradienten? Ändern sich Assoziationen zwischen einzelnen Arten und Substraten entlang des Hanges? 3. Wie ändern sich Biomasse und Wasserspeichervermögen der Bryophyten mit zunehmender Höhe, wenn man den Effekt des Substrates mit berücksichtigt? Die Unterschiede in den verschiedenen Aspekten von Biodiversität und Ökosystemfunktionen wurden an einem Höhengradienten auf dem Vulkan Baru in Panama untersucht. Acht Untersuchungsstandorte wurden zwischen 1900 und 3300m ü. NN im Abstand von jeweils 200 Höhenmetern festgelegt. An jeder Fläche wurden Waldstruktur und Klimadaten aufgenommen, sowie die die Deckungsgrade der verschiedenen Bryophytenarten auf sechs unterschiedlichen Substrattypen, gemessen auf Probeflächen von 600 cm², bestimmt. Auf diesen Probeflächen wurden Proben von Bryophyten entnommen, in Plastiktüten gelagert und in ein Labor transportiert, wo ihre Biomasse und Wasserspeicherkapazität gemessen sowie eine taxonomische Bestimmung durchgeführt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass i) die Artenvielfalt der Bryophyten mit zunehmender Höhe abnahm, ii) die Zusammensetzung der Bryophytengemeinschaften entlang des gesamten Gradienten durch die Höhe erklärt wurde, wohingegen die Substrattypen Unterschiede innerhalb von kleineren Höhenintervallen erklärten, und iii) Biomasse und Wasserspeicherkapazität mit der Höhe zunahmen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass Bryophyten auf die Umweltveränderungen entlang des tropischen Höhengradienten mit Veränderungen in Artenvielfalt und -gemeinschaft reagieren. Auf allen Substrattypen sank die Artenvielfalt mit zunehmender Höhe. Verteilungsmuster in der Artenvielfalt hingen von der Größenskala der Analyse ab, und die verschiedenen Substrattypen zeigten hier nur dann unterschiedliches Verhalten, wenn man die Gesamtzahl der Arten auf den Probeflächen betrachtete. Die Abnahme der Artenvielfalt war verbunden mit einer graduellen Veränderung der Artengemeinschaft. Unterschiede in der Artengemeinschaft wurden hauptsächlich durch Höhenunterschiede, in geringerem Umfang auch durch Unterschiede im Zusammenhang mit den Substrattypen erklärt. Die unterschiedlichen Substrattypen waren entscheidender dabei, die Zusammensetzung der Artengemeinschaft innerhalb kleinerer Höhenintervalle zu erklären (beispielsweise innerhalb der vier niedrigst- und der vier höchstgelegenen Flächen). Die Beta-Diversität zeigte im Zusammenhang mit einer Übergangszone in der Waldvegetation auf 2500m Höhe einen hohen Artenwechsel und eine Differenzierung der Artengemeinschaften ober- und unterhalb dieser Zone an. Der kontinuierliche Wechsel der Arten entlang des Höhengradienten führte auch zu einem Wechsel der für den jeweiligen Substrattyp typischen Leitart. Der Wechsel der Artengemeinschaften führte zu Variationen in den Ökosystemfunktionen, welche die Bryophyten entlang des Umweltgradienten ausführten. Biomasse und Wasserspeicherkapazität nahmen mit der Höhe zu. Bryophyten im Boden besaßen eine größere Fähigkeit, Wasser zurückzuhalten. Es ist wichtig, die unterschiedlichen Substrate in der Analyse zu berücksichtigen, da jedes dieser Mikrohabitate in unterschiedlichem Maße Informationen über den Artenreichtum, die Artengemeinschaft und die Funktion innerhalb des Ökosystems lieferte. Der Artenwechsel führte zu einer hohen ökologischen Differenzierung zwischen den niedrigst- und höchstgelegenen Gemeinschaften, was auch zu Unterschieden in den Assoziationen verschiedener Arten zu bestimmten Substrattypen führte. Die Ökosystemfunktionen der Bryophyten veränderte sich mit der Höhe aufgrund von Änderungen in der Biomasse, was allerdings in unterschiedlichen Substrattypen unterschiedlich stark ausgeprägt war. Daher erfüllten die Gemeinschaften der epiphytisch und terrestrisch wachsenden Brypohyten Ökosystemfunktionen in unterschiedlichem Maße entlang des Berghanges. An beiden Enden des Höhengradienten werden die Funktionen von unterschiedlichen Gemeinschaften und in abweichender Effektivität ausgeführt. Änderungen des Klimas, wie sie von den verschiedenen Szenarien des Klimawandels erwartet werden, könnten zu Änderungen in der Vielfalt der Bryophyten und deren Funktionen innerhalb der Bergökosysteme führen. Falls sich die höhenabhänge Verteilung des Artenreichtums zwischen den verschiedenen Substrattypen unterscheidet, dann bildet die Verfügbarkeit dieser Substrattypen ein weiteres Einfallstor für klimatisch bedingte Veränderungen der Biodiversität von Bryophyten im tropischen Gebirge. Daher ist ein besseres Verständnis der räumlichen Variationen der Artenvielfalt der Bryophyten in diesem Gebirgstyp essentiell, um sowohl die Auswirkungen der Umweltveränderungen auf diese so wichtige Pflanzengruppe als auch die daraus resultierenden Implikationen für die Funktionalität des Ökosystems zu erhellen. Unsere Daten legen nahe, den Höhengradienten in seiner jetzigen Form zu erhalten, sowohl im Interesse des Umweltschutzes, als auch zur Erhaltung der Produktivität des Ökosystems.