Original paper

Biogeochemistry of nitrogen in a coastal dune succession on Spiekeroog (Germany) and the impact of climate

Gerlach, Albrecht

Phytocoenologia Band 23 Heft 1-4 (1993), p. 115 - 127

51 references

published: Dec 15, 1993

DOI: 10.1127/phyto/23/1993/115

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ArtNo. ESP024002300012, Price: 29.00 €

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Abstract

The nitrogen cycle of terrestrial plant-dominated ecosystems is explained by means of a compartment model. Its main parts are described: the plant-internal cycle, the ecosystem-internal cycle and the global N-cycle, including input-output relations and biological N-fixation. The distribution of total nitrogen (Nt) as well as the net mineralization of nitrogen in the soils of a dune succession on Spiekeroog Island (Germany) are described. Values for 13 different sites are given, ranging from foredunes to climax dune forests in a chronosequence from 0 to >250 years. In the course of development, the N-pools in the soils increase from approximately 150 kg to more than 3000 kg Nt · ha-1 · 30 cm-1. Mineralization process investigations indicate an increase of mineral nitrogen (Nmin) rates from about 10-20 kg in the sands of the beachplain and younger dunes up to 50 kg in the brown dunes and more than 100 kg Nmin · ha-1 · vegetation period-1 in natural dune forest soils. The input-output balance of the nitrogen cycle is estimated from literature data. The impact of the microclimate seems to be important in older dune ecosystems with zonal vegetation but less so in the foredunes with azonal vegetation. The impact of microclimate on the mineralization process is estimated to be small in the azonal foredune vegetation around the coasts of Europe. It is expected that climatic change has a strong impact only on nitrogen mineralization (and vegetation) of slopes of older dunes with zonal vegetation and soils.

Kurzfassung

Der Stickstoff-Kreislauf in terrestrischen, pflanzendominierten Ökosystemen wird an einem Kompartimentmodell erläutert. Als wesentliche Teile werden der pflanzen-interne, der ökosystem-interne und der globale N-Kreislauf einschließlich der Eintrag-Austrag-Verhältnisse und der biologischen N-Fixierung beschrieben. In einer Dünensukzession auf der Insel Spiekeroog (Ostfriesische Inseln) werden die Akkumulation von Gesamtstickstoff (Nt) in den Böden und die Nettomineralisation untersucht. Insgesamt werden 13 Standorte der Xeroserie von der Strandplate bis zum Birken-Eichenwald einbezogen. Sie sind - nach alten Karten - zwischen 0 und mehr als 250 Jahre alt. Im Laufe der Entwicklung der Böden steigen die Nt-Vorräte von ca. 100 kg im Sand der Strandplate und Vordünen auf 1700 kg in den Braundünen und mehr als 3000 kg Nt · ha-1 · 30 cm-1 unter den Dünenwäldchen an. Auch die Stickstoff-Nettomineralisation zeigt an denselben Standorten einen raschen Anstieg von 10-20 kg Nmin in den jungen Dünenstadien bis zu 100 kg in den älteren und ca. 150 kg Nmin · ha-1 · 30 cm-1 in der Vegetationsperiode unter den Dünenwäldchen. Die Input-Output-Bilanz für den Stickstoffkreislauf wird nach Literaturdaten abgeschätzt. Die Bedeutung der expositionsbedingten Temperatur- und Feuchtebedingungen in den Böden für die N-Nettomineralisation wird diskutiert. Mikroklimatische, expositionsbedingte Unterschiede scheinen besonders in den Braundünen entscheidend für die Höhe der Mineralisation zu sein, weniger in den jungen Vordünen mit azonaler Vegetation. In älteren Dünenstadien ist mit größerem Einfluß klimatischer Veränderungen auf die N-Nettomineralisation (und auch auf die Vegetation) zu rechnen.

Keywords

Nitrogen cyclenitrogen mineralizationcoastal dunesmicroclimatemacroclimate. Syntaxonomy according to POTT (1992)