Soils of savannas and rainforest in South Rupununi/Guyana shield

Soils of savannas and rainforest in South Rupununi/Guyana shield

Scientific registration n° : 191
Symposium n° : 33
Presentation : poster
Soils of savannas and rainforest in South
Rupununi/Guyana shield - Properties and effects of
buring
Sols de savane et de forêt tropicale humide dans le sud
du district Rupununi en Guyane – Propriétés et effets
du feu
GEBHARDT Harald
C.v.O. University, Soil Science division, FB 7, PO BOX 2503, D-26111 Oldenburg,
Germany
1. Zielsetzung und Untersuchungsgebiet
Ziel der Untersuchungen sind Klassifizierung und genauere chemisch-mineralogische
Kennzeichnung typischer Böden bzw. Standorte im Übergangsbereich SavanneRegenwald und in Savannen- bzw. Regenwaldgebieten mit Brandrodung. Dabei sollen
Aussagen zu den Boden- bzw. Nutzungseigenschaften und deren Bedeutung für die
Verbreitung von Savannen und Regenwald und zu den Auswirkungen der Brandrodung
auf Boden- und Nutzungseigenschaften bzw. Bodengenese gemacht werden.
Untersuchungsgebiet ist das südliche Guyana südlich der Kanuku Mountains in den
Flußebenen des Rupununi- und Sauriwau-River (s. Fig. 1). Hier finden sich ausgedehnte
Savannengebiete, aber auch dichte Regenwälder.
2. Verbreitung von Savanne und Regenwald im Untersuchungsgebiet
Der Begriff „Süd-Rupununi-Savanne“ bezieht sich auf das Gebiet südlich der Kanuku
Mountains (s. Fig. 1, engeres Untersuchungsgebiet). Die Grenze zwischen Savanne und
Regenwald verläuft in Fig. 1 etwa am östlichen Kartenrand. Die Profile bzw. Standorte
13 (nördl. Aishalton) sowie 15 und 16 befinden sich im Übergangsbereich zum
Regenwald. Westlich des Rupununi- bzw. Sauriwau-River (Profile 11 und 12) befinden
sich nahe den Shiriri- und Kusadmountains inselartige Regenwaldvorkommen („bush
islands“), die nach Sinha (1968) Relikte sehr viel größerer Regenwaldgebiete der
Vergangenheit sind. Am Fuße sowohl von Mt. Shiriri als auch Mt. Kusad wechselt die
Buschsavanne sehr schnell zu Regenwäldern mit 20-30 m hohen Bäumen (ter Welle u.a.,
1992). Weitere Angaben zur Vegetation in der Umgebung von Dadanawa sowie östlich
der Kanuku Mountains finden sich bei ter Welle u.a., 1992 und 1994, nähere
Ausführungen zum Nord-Rupunini Savannen-Ökosystem und zum Klima der RupuniniSavannen bei Eden (1973) bzw. Frost (1968).
1
3. Böden der Grassavanne (Trachypogon plumosis Savanne)
Ansprache bzw. Klassifikation der Böden erfolgt nach Driessen u. Dudal (1991) bzw.
FAO-UNESCO (1996).
Als Gründe für die Ausbreitung der reinen Gras-Savanne gelten u.a. Nährstoffmangel
und Nässe bzw. Staunässe (Sinha, 1968). Beispiele dafür sind die Profile 2 und 14. Profil
2 ist aus fast reinem (weißen) Quarzsand entstanden mit Tongehalten von nur 1-2 % und
Schluffanteilen von 7-9 %. Der Ah-Horizont ist nur etwa 10 cm mächtig. Darunter folgt
ein aufgehellter E-Horizont bis 33 cm Tiefe, der in den C-Horizont übergeht.
Ausgangsmaterial von Profil 14 sind ton- und schluffreichere Sedimente. Begrenzender
Faktor für die Bewaldung ist die hier schon in 25 cm Tiefe einsetzende ständige
Wassersättigung. In Senken kommt es bei permanenter Wassersättigung zur
Niedermoorbildung. Ein Beispiel für ständige Wassersättigung bei gleichzeitiger
Nährstoffarmut (Entstehung aus reinen Quarzsanden) ist Profil 1. Ein weiterer Grund für
die Ausbreitung der Savanne sind Niederschlagsdefizite (Sinha, 1968), d.h. zu starke
Austrocknung grundwasserferner Böden in der regenarmen Jahreszeit. Beispiele dafür
sind die Profile 5 und 10. Ähnlich wie bei Steppenböden hat sich ein ca. 50 cm mächtiger
dunkler Ah-Horizont gebildet. Im Unterboden kommt es zu einer Aufhellung
(Bleichung), die auf Auswaschungsprozesse hinweist. Ausgangsmaterial dieser Böden
sind ton- und schluffreichere Sande. Wegen des geringen Silikatgehaltes (s.a. Punkt 7)
sind diese Böden als „Humic Ferralsols“ anzusprechen.
4. Böden der Baum- und Strauchsavanne
Baum- bzw. Strauchsavanne mit Curatella americana findet sich auf den höher gelegenen
Gebieten mit ton- und schluffreicheren Sandböden sowie Latosolen und Planosolen bzw.
Nitisolen (Profile 9, 3 und 4). Während in den Profilen 9 und 4 umgelagertes lateritisches
Material ansteht (Rhodic Nitisols), ist Profil 3 ein mit grobem Material überlagerter
Tonboden.
5. Böden im Übergangsbereich Regenwald Savanne
Auch im Übergangsbereich Regenwald-Savanne finden sich auf den älteren
Verwitterungsdecken häufig Nitisole (Profile 15 u. 16, Fig. 1) und Latosole bzw.
Ferralsole (Standort 7), auf den jüngeren Sedimenten am Fuße der Gebirge auch
Regosole (Standort 13, Fig. 1). Dabei weisen die Böden im Regenwald zum Teil einen
bis zu 50 cm mächtigen Ah-Horizont auf (Humic Nitisols, Profil 15, analyt. Daten s.
Tabelle 1).
2
Table 1: Soils of Savanna-Rainforest Transition
Prof. Site
No.
7
7
13
13
15
15
15
Sav.
Forest
Sav.
Forest
Forest
Forest
Forest
Hor. Depth
A
A
A
A
A
Bt
BC
pH
C
Feo
Grain Sizes (%)
cm
H2O
%
%o
- 2000
- 630
- 200
- 63
2-20
- 30
- 30
- 30
- 30
- 45
- 75
- 110
4.6
4.7
4.6
5.5
5.5
5.0
4.8
1.8
2.8
0.3
0.5
2.1
0.9
0.8
1.15
1.01
0.81
0.71
4.41
2.19
0.94
5.9
9.0
31
34
3.0
2.7
13
17
27
25
32
12
5.3
21
19
21
13
15
16
3.8
7.5
6.9
6.0
6.2
4.1
15
5.2
4.5
13
10
14
10
28
39
21
<2
µm
38
27
9.5
6.4
26
44
33
Bei den Regosolen handelt es sich um humusärmere im A-Horizont aber stark
durchwurzelte lockere Böden (Umbric Regosol, Standort 13). Am gleichen Standort
direkt am Rande des Regenwaldes finden sich ebenfalls Regosole, aufgrund der
Grasvegetation schwächer durchwurzelt und etwas verfestigt.
Die Latosole der alten Verwitterungsdecken sind auch am Rande des Regenwaldes oft
stärker erodiert und vegetationslos (Standort 7, Plinthic Ferralsol). Im angrenzenden
Regenwald sind auch die A-Horizonte noch vorhanden und durch eine dünne
Streuauflage geschützt (Standort 7, Umbric Regosol). Die wichtigsten analytischen
Daten dieser Böden finden sich in Tabelle 1.
6. Böden unter Brandkultur (shifting cultivation)
Die Auswirkungen des Abrennens des Regenwaldes werden an den Standorten 11 und
12 (Fig. 1) untersucht. Während der Boden des Standortes 11 einen etwas
humusreicheren A-Horizont aufweist (Humic Nitisol), enthält Standort 12 auch im AHorizont umgelagertes lateritisches Material (Umbric Nitisol). Die Probenentnahme
erfolgte am Standort 11 einmal auf einer frisch abgebrannten Fläche und auf einer direkt
angrenzenden vor einem Jahr abgebrannten. Des weiteren wird eine vor 15 Jahren
abgebrannte und inzwischen wiederbewaldete Fläche untersucht. Am Standort 12
wurden lediglich Asche und A-Horizont der frisch abgebrannten Fläche entnommen.
An den Standorten 3 und 17 werden die Auswirkungen des Abbrennens der
Strauchsavanne (Standort 3) und der Grassavanne (Standort 17, Fig. 1) untersucht. Es
werden jeweils die A-Horizonte (0-10 cm, Asche separat) einer frisch abgebrannten
Fläche mit denen einer mehrere Jahre nicht abgebrannten verglichen. Beim Standort 3
handelt es sich um den A-Horizont eines Umbric Planosols beim Standort 17 um den
eines Haplic Nitisols.
7. Mineralbestand der Schluff- und Sandfraktionen
Die Bestimmung des Mineralbestandes der Schluff- und Sandfraktionen erfolgte
polarisations- bzw. phasenkontrastmikroskopisch (Gebhardt u.a., 1967).
Bei den Böden der Grassavanne (Profile 1, 2, 6, 10 und 14) handelt es sich durchweg um
tonarme bis sehr schwach tonhaltige Sandböden mit Schluffgehalten von 7-18 %. In den
A- und E-Horizonten bestehen sowohl Schluff- als auch Sandfraktionen zu 96-98 % aus
Quarz. Daneben finden sich vor allem stabile durch Fe-Al-Oxide verkittete „QuarzSchluff-Aggregate“ und einige opake Teilchen (in der Grobsandfraktion von Profil 10
3
größere Anteile dieser Aggregate). Nur vereinzelt finden sich „verwitterbare Minerale“
wie Orthoklas und Augit.
Farbgebend für die A- und E- bzw. B-Horizonte sind die Quarzkörner selbst, die in den
A-Horizonten durch feine Abscheidungen organischer Substanzen auf den Oberflächen
(„Humushüllen“) dunkelgrau und offenbar auch durch Eindringen organischer Stoffe in
die oberflächennahe Kristallstruktur („Humusintrusion“) im Durchlicht trübe erscheinen.
In den B-Horizonten finden sich dagegen rötlich-trübe Quarzkörner, die feine Fe-OxidAbscheidungen auf den Oberflächen („Fe-Oxid-Hüllen“) aufweisen und ebenfalls durch
Eindringen gelöster oder komplexierter Fe-Verbindungen in die oberflächennahe
Kristallstruktur („Fe-Oxid-Intrusion“) verändert wurden. Diese an den Quarzkörnern zu
beobachtenden Veränderungen sowohl durch organische Stoffe als auch durch Fe-OxidVerbindungen lassen sich nur durch eine sehr lange andauernde intensive Verwitterung
bzw. Pedogenese erklären.
In den C-Horizonten sind noch ca. 50 % der Quarze der Schluff- und Sandfraktionen
durch Fe-Oxid-Abscheidungen auf den Oberflächen (rötliche Flecken) und Eindringen
von Eisenoxidverbindungen in die oberflächennahe Kristallstruktur gekennzeichnet
(rötlich-trübe erscheinende Quarzkörner). Der Gehalt an verwitterbaren Mineralen (vor
allem Glimmer, Orthoklas, Augite u.a. Schwerminerale) ist mit maximal 3-5 % ebenfalls
gering.
Für die Böden der Baum- und Strauchsavanne (Profile 3, 4, 6, 9 und 12) ergibt sich ein
ähnliches Bild in den Schluff- und Sandfraktionen: Trübe erscheinende Quarzkörner mit
Abscheidungen organischer Stoffe und Fe-Oxiden und wenig verwitterbare Minerale.
Allerdings weisen diese Böden höhere Tongehalte auf.
In den Böden des Übergangsbereichs Savanne Regenwald (Standorte 7, 13 und 15)
finden sich dagegen höhere Silikatgehalte. Insbesondere die Regosole aus jüngeren
Sedimenten am Hangfuß (Standort 13) zeichnen sich durch Gehalte von 10-15 % aus
(ebenfalls Glimmer, Orthoklas, Augite u.a. Schwerminerale). Dieser höhere Anteil
verwitterbarer Minerale ist Ursache für den hier vorhandenen dichten Regenwald. Die
Böden der älteren Verwitterungsdecken im Übergangsbereich Savanne Regenwald
(Nitisole bzw. Ferralsole, Standort 7 und 15) enthalten ca. 5-10 % Silikate, hier aber nur
Orthoklase und stabile Schwerminerale (nur noch vereinzelt Glimmer). Insbesondere in
den B-Horizonten sind ca. 60 % der Quarze durch Fe-Oxid-Abscheidungen auf den
Oberflächen gekennzeichnet.
8. Tonmineralbestand
Die Tonfraktionen enthalten neben Kaolinit und Gibbsit unterschiedliche Anteile von
Dreischichtmineralen. Der Dreischicht-Tonmineralgehalt ist nur in den Tonfraktionen der
Regosole dominierend (> 50 %). In den übrigen Böden finden sich nur geringe Anteile
von Dreischichtsilikaten (< 10 %).
9. Nährstoffgehalte der Böden im Übergangsbereich Savanne-Regenwald
Die Nährstoffgehalte der Böden im Übergangsbereich Savanne-Regenwald (Standorte 7,
13 und 15) sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
4
Table 2: Nutrients in Soils of Savanna-Rainforest Transition
Site
No.
7
7
13
13
15
Site
pH
C
N
H2O --- % ---Sav.
4.6 1.8 0.12
Forest 4.7 2.8 0.25
Sav.
4.6 0.3 0.01
Forest 5.5 0.5 0.01
Forest 5.5 2.1 0.15
Nutrients (mg/kg)
K
tot.
188
243
570
6918
2335
Mg
tot.
wat.
163
2.5
374
12
766
1.3
1051
5.6
1333
6.3
wat.
8.2
7.4
6.4
23
7.2
Ca
tot. wat.
7.8
31
183
4.5
2005
13
1254
22
P
tot.
146
247
168
206
487
wat.
0.1
0.1
0.1
0.1
0.2
tot. = total contents, wat. = water extract 1:2,5
Insbesondere der direkte Vergleich der „Savannenböden“ mit den Böden des unmittelbar
angrenzenden Regenwaldes der Standorte 7 und 13 zeigt deutlich höhere Nährelementgehalte der „Regenwaldböden“ (Ausnahme Gesamt-N des Standortes 13). So sind
sowohl die Gesamtgehalte K, Mg und Ca, aber auch die wasserlöslichen Anteile dieser
Nährelemente deutlich höher. Der Boden des Standortes 15 (nur Regenwald) zeigt
ebenfalls vergleichbar höhere Werte.
Bei den Nährelementen K, Mg und Ca führen die höheren Gesamtgehalte der
Regenwaldböden auch zu deutlich höheren wasserlöslichen Anteilen, beim Phosphat
(Nährelement P) dagegen nicht.
10. Nährstoffgehalte der Böden unter Brandkultur
Die Nährstoffgehalte der Asche (s. Tabelle 3 „fresh ash layer“) sind nach Abbrennen des
Regenwaldes (Standorte 11 und 12) am höchsten, nach Abbrennen der Strauchsavanne
(Standort 3) deutlich niedriger und nach Abbrennen der Grassavanne am niedrigsten
(Standort 17, Tabelle 3). Eine Nährstoffanreicherung in den Oberböden (s. Tabelle 3
„soil freshly burned“) findet sowohl nach Abbrennen des Regenwaldes als auch der
Strauchsavanne statt, am wenigsten nach Abbrennen der Grassavanne.
Bereits 1 Jahr nach dem Abbrennen sind die Nährstoffgehalte im Regenwald (Standort
11) stark zurückgegangen, nämlich fast auf das Niveau eines vor 15 Jahren abgebrannten
Waldstücks (s. Standort 11) bzw. auf das Niveau vergleichbarer Böden ohne
Brandrodung (Standorte 3 und 17, Tabelle 3).
Bei den Nährelementen K und Mg führt die Erhöhung der Gesamtgehalte in den
Oberböden auch zu einer Erhöhung der wasserlöslichen Anteile (Ausnahme Mg des
Standortes 17). Die wasserlöslichen Phosphatgehalte (Nährelement P) erhöhen sich im
Vergleich zu den vor längerer Zeit bzw. den nicht abgebrannten Standorten ebenfalls
leicht.
Insgesamt zeigt sich, daß die Nährstoffanreicherung in den Böden auch bei höheren
Gehalten in der Asche gering ist und nach kurzer Zeit (1-2 Jahre) auf das alte Niveau
absinkt.
5
Table 3: Nutrients in Soils after Burning
Site Material
No.
11
11
11
11
12
12
3
3
3
17
17
17
fresh ash layer
soil freshly burned
burned 1 year ago
burned 15 years ago
fresh ash layer
soil freshly burned
fresh ash layer
soil freshly burned
soil not burned
fresh ash layer
soil freshly burned
soil not burned
Nutrients (mg/kg)
pH
C
H2O --- %
9.5 1.6
7.5 1.8
7.0 1.4
5.3 0.2
8.3 1.4
5.5 0.9
6.0 0.6
5.9 0.4
4.9 0.6
5.7 1.6
4.6 1.3
4.6 0.4
N
K
--tot.
wat.
0.11 3824 1165
0.14 654
40
0.11 298
24
0.01 251
20
0.10 1402
390
0.06 314
28
0.04 517
38
0.03 330
14
0.05 241
1.5
0.04 209
36
0.06 206
4.6
0.02 121
3.6
Mg
tot.
wat.
1360
2.9
198
2.0
178
1.4
126
1.6
793
56
165
4.4
544
1.0
273
3.8
210
1.0
73
4.4
46
1.0
45
1.1
P
tot.
420
205
179
135
371
183
190
88
76
133
94
76
wat.
5.8
0.9
0.2
0.1
2.4
0.2
0.3
0.3
0.2
0.4
0.3
0.2
tot. = total contents, wat. = water extract 1:2,5
12. Literatur
Driessen P M & Dudal R (Eds.) (1991) The Major Soils of the World. Lecture Notes on
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Savanna Research Series No. 11. Deptm. of Geographie, McGill University Montreal,
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Guyana Rupununi-District and Kuyuwini River. Herbarium Division, University of
Utrecht, Netherlands
ter Welle, B J H, Jansen-Jacobs M J, Chanderbali A & Raghoenandan U (1994)
Botanical Exploration in Guyana eastern Kanuku Montains/Grabwood Creek.
Herbarium Division, University of Utrecht, Netherlands
Keywords : soil properties, savannas, rain forest, shifting cultivation
Mots clés : propriétés du sol, savannas, forêt tropicale, culture itinérante
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