Fundamental axes of life-history variation in tropical tree species
Final Report Abstract
Funktionelle Merkmale tropischer Baumarten beeinflussen deren demografische Raten, die wiederum die Walddynamik bestimmen. Anhand von Informationen über demografische Raten und funktionelle Merkmale von >250 Baumarten des tropischen Tieflandregenwaldes in Barro Colorado Island (BCI), Panama, sollten Schlüsseldimensionen demografischer Variation tropischer Baumarten identifiziert werden. In Voruntersuchungen wurde klar, dass das Wachstum von Bäumen, im Gegensatz zur Regeneration und Mortalität, stark mit den funktionellen Eigenschaften der Baumarten zusammenhängt. Daher habe ich mich im Verlauf des Projektes auf die Wachstumsraten konzentriert. Ich habe untersucht, wie das Wachstum von der Lichtverfügbarkeit abhängt und wie es sich über die Lebensspanne des Baumes mit seiner Größe ändert. Jede Baumart wird dabei charakterisiert durch eine intrinsische Wachstumsrate sowie durch die Licht- und Größenabhängigkeit des Wachstums. Metabolic Ecology Theory sagt voraus, dass die Wachstumsraten mit der Baumgröße steigen, dass ein Baum, der seinen Durchmesser verdoppelt, dann 26% schneller wächst (im Durchmesser). Ich konnte zeigen, dass diese Vorhersage der Metabolic Ecology Theory nur für Bäume zutrifft, denen ausreichend Licht zur Verfügung steht. Das heißt, in tropischen Regenwäldern, wo die Mehrheit der Bäume von der Konkurrenz um Licht betroffen ist, kann die Metabolic Ecology Theory weder für die Mehrheit der Baumarten, noch für die Artengemeinschaft im Mittel angewendet werden. Ein anderer Ansatz, die drei Wachstumscharakteristika auch für seltene Baumarten abzuschätzen, ist diese mit den funktionellen Eigenschaften der Baumarten in Beziehung zu setzen. Hierfür habe ich ein neuartiges hierarchisches Bayessches Modell entwickelt, das verschiedene Quellen von Unsicherheit explizit berücksichtigt, z.B. Messfehler, innerartliche Variation, und Unsicherheit aufgrund der schlechteren Datenlage für seltene Arten. Je dichteres Holz eine Baumart hat, desto langsamer wächst sie, desto weniger reagiert ihr Wachstum auf Licht und desto mehr tendiert sie dazu schneller zu wachsen, je größer der Baum wird. Arten mit leichtem Holz tendieren dazu, langsamer zu wachsen, je größer der Baum wird (bei gleicher Lichtverfügbarkeit). Dieses Ergebnis ist neu, stimmt aber mit der Theorie überein, dass Arten mit geringer Holzdichte kurzfristigen Zuwächsen den Vorrang geben, während Arten mit dichtem Holz in langfristige Zuwächse investieren. Je größer die Höhe, die eine Baumart maximal erreicht, desto schneller wächst und desto mehr reagiert sie auf Licht. Je leichter die Samen und je größer die Nährstoffkonzentration der Blätter, desto mehr reagiert das Wachstum auf Licht. Das entwickelte Modell erlaubt erstmalig, ökologische Wachstumsstrategien, nicht nur mittlere Wachstumsraten, auch für seltene tropische Baumarten abzuschätzen. Dabei hat sich gezeigt, dass funktionelle Merkmale – hauptsächlich die Holzdichte und die maximale Höhe – ein größeres Potential haben als die Metabolic Ecology Theory, um in Zukunft lokale, regionale und globale Vegetationsmodelle zur Vorhersage der Kohlenstoffdynamik zu verbessern. Ein überraschendes Ergebnis zeigte, dass Baumarten, die dieselbe maximale Höhe erreichen, denselben Biomassezuwachs verzeichnen, unabhängig von ihrer Holzdichte. Die Arten mit dichtem Holz produzieren eine kleine Menge dichtes Holz, während die Arten mit leichtem Holz eine große Menge leichten Holzes produzieren. Da der Datensatz hauptsächlich kleine Bäume umfasst, konnten wir das jedoch nur für kleine Bäume (bis 20 cm Durchmesser) zeigen, und dieses vorläufige Ergebnis sollte durch weitere Untersuchungen bestätigt werden, bevor es z.B. zur Vorhersage der Kohlenstoffdynamik in Wäldern benutzt wird.
Publications
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Functional traits explain light and size response of growth rates in tropical tree species. Ecology
Rüger, N., C. Wirth, S.J. Wright, and R. Condit
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2011. Growth strategies of tropical tree species: disentangling light and size effects. PLoS ONE 6(9): e25330
Rüger, N., U. Berger, S.P. Hubbell, G. Vieilledent, and R. Condit
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2012. Testing metabolic theory with models of tree growth that include light competition. Functional Ecology 26: 759-765
Rüger, N., and R. Condit
