C.v.O. University, Soil Science division, FB 7, PO BOX 2503, D Oldenburg, Germany

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1 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 Oldenburg, Germany 1. Zielsetzung und Untersuchungsgebiet Ziel der Untersuchungen sind Klassifizierung und genauere chemisch-mineralogische Kennzeichnung typischer Böden bzw. Standorte im Übergangsbereich Savanne- Regenwald 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 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 Rupunini- Savannen bei Eden (1973) bzw. Frost (1968). 1

2 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

3 Table 1: Soils of Savanna-Rainforest Transition Prof. No. Site Hor. Depth ph C Fe o Grain Sizes (%) cm H 2 O % %o < 2 µm 7 Sav. A Forest A Sav. A Forest A Forest A Forest Bt Forest BC 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 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 A- Horizont 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 % aus Quarz. Daneben finden sich vor allem stabile durch Fe-Al-Oxide verkittete Quarz- Schluff-Aggregate und einige opake Teilchen (in der Grobsandfraktion von Profil 10 3

4 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-Oxid- Abscheidungen 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-Oxid- Verbindungen 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 % 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 % 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

5 Table 2: Nutrients in Soils of Savanna-Rainforest Transition Site No. Site Nutrients (mg/kg) ph C N K Mg Ca P H 2 O --- % ---- tot. wat. tot. wat. tot. wat. tot. wat. 7 Sav Forest Sav Forest Forest 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

6 Table 3: Nutrients in Soils after Burning Site No. Material Nutrients (mg/kg) ph C N K Mg P H 2 O --- % --- tot. wat. tot. wat. tot. wat. 11 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 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 their Geography, Formation, Properties and Use. Agricultural University Wageningen Eden M J (1973) Savanna vegetation in the Northern Rupunini, Guyana. Savanna Research Series No. 17. Deptm. of Geography, McGill University, Montreal, P.Q., Kanada FAO-Unesco (1990) Soil Maps of the World, Revised Legend. Soils Bulletin 60, FAO Rome Frost D B (1968) The Climate of the Rupununi Savannas. Savanna Research Series No. 12. McGill University Montreal, P.Q., Kanada Gebhardt H, Meyer B & Scheffer F (1967) Mineralogische Schnelluntersuchung der Grobton-, Schluff- und Feinsandfraktionen von Böden mit dem Phasenkontrastmikroskop. Zeiss-Mitteilungen 4/7, Riezebos H T (1979) Geomorphology and soils of sipaliwini savanna South Suriname. Utrechtse Geografrische Studies 12 Sinha N K P (1968) Geomorphic Evolution of the Northern Rupununi Basin, Guyana. Savanna Research Series No. 11. Deptm. of Geographie, McGill University Montreal, P.Q., Kanada ter Welle B J H, Jansen-Jacobs M J & Sipman H J M (1992) Botanical Exploration in 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 6