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Field patterns of nodulation in fifteen Aspalathus species and their ecological role in the fynbos vegetation of southern Africa

2001; Elsevier BV; Volume: 2; Issue: 2 Linguagem: Alemão

10.1078/1439-1791-00042

1618-0089

Martin P. Cocks, William D. Stock,

Legume Nitrogen Fixing Symbiosis

This study evaluates the importance of soil characteristics in determining the periodic dominance and scarcity of legumes in fynbos environments in South Africa. To do this we investigated (i) whether the soil nutrient status of 9 recently burned areas facilitated the establishment and success of 15 Aspalathus spp., which are the most species rich group of legumes in the region, (ii) whether patterns of nodulation were species specific and unrelated to environmental controls, and (iii) what the contribution of the fixation process to the nitrogen capital of selected Aspalathus spp. and fynbos stands was. In order to answer these questions we investigated soil nutrient status of recently burned and adjacent unburned fynbos stands. This was then related to nodulation patterns and estimates of nitrogen contributed from fixation for all Aspalathus spp. Significant differences among the 9 experimental sites in terms of soil total nitrogen were found however within sites there were no consistent changes in total nitrogen with age of vegetation since the last fire. Soil phosphorus, pH and organic matter contents were also very similar across sites. Average nodulation of Aspalathus spp. in the field showed considerable variation among the species sampled. These patterns appeared to be species specific rather than environmentally controlled since multiple regression analyses showed that only 12.9% of the variation in nodule mass could be explained by these factors. Despite the short duration presence of Aspalathus spp. (generally <5 years) in the post-fire environment it was estimated that fixation accounts for approximately 0.5% of the total nitrogen capital of an 11 year old fynbos stand. This could be a significant contribution balancing the estimated 20–158 kg N ha-1 lost by volatilization during the burning of 12–20 year old fynbos stands. In summary it appears that the ecological role of the Aspalathus spp. is limited to that of post-fire colonizer and that the fixation process appears to confer benefit during this stage. We were however unable to find environmental factors responsible for the short lifespan of the Aspalathus spp. and reasons for the lack of Fabaceae in mature stands of fynbos are unknown especially if we consider the success that the longer-lived Australian nitrogen fixing Acacia invasive species have attained in the region. Muster der Knöllchenbildung von fünfzehn Aspalathus- Arten und ihre ökologische Rolle in der Fynbos-Vegetation von Südafrika In dieser Arbeit wird die Bedeutung von Bodenmerkmalen für die periodische Dominanz und Seltenheit von Leguminosen in der Fynbos-Vegetation von Südafrika untersucht. Wir analysierten (i) ob der Nährstoffstatus des Bodens in neuen, vor kurzem abgebrannten Gebieten die Etablierung und den Erfolg von 15 Aspalathus-Arten fördert, welche die artenreichste Gruppe der Leguminosen in dieser Region sind, (ii) welche Muster der Knöllchenbildung artspezifisch und unabhängig von Umweltfaktoren sind und (iii) welches der Beitrag des Fixierungsprozesses für das Stickstoff-Kapital ausgewählter Aspalathus-Arten und das Fynbos-Gebiet war. Um diese Fragen zu beantworten, untersuchten wir den Nährstoffstatus von vor kurzem abgebrannten und benachbarten, nicht abgebrannten Fynbos-Gebieten. Diese Untersuchungen wurden auf das Muster der Knöllchenbildung bezogen und für die Schätzung der Stickstoffmenge genutzt, die durch die Fixierung aller Aspalathus-Arten beigetragen wurde. Signifikante Unterschiede im Gesamtgehalt an Bodenstickstoff wurden zwischen den neun Untersuchungsflächen gefunden, allerdings gab es innerhalb der Flächen keine konsistenten Veränderungen im Stickstoff-Gesamtgehalt mit dem Alter der Vegetation seit dem letzten Feuer. Der Phosphorgehalt im Boden, der pH-Wert und der Gehalt an organischem Material war auch ähnlich zwischen den Flächen. Die mittlere Knöllchenbildung der Aspalathus-Arten im Feld zeigte eine erhebliche Variation zwischen den Arten. Dieses Muster schien eher artspezifisch als durch die Umwelt kontrolliert zu sein, da multiple Regressionsanalysen zeigten, dass nur 12,9% der Variation in der Knöllchenmasse durch diese Faktoren erklärt werden konnte. Trotz der geringen Dauerhaftigkeit der Aspalathus-Arten nach dem Feuer (im allgemeinen <5 Jahre) wurde geschätzt, dass die Fixierung für annähernd 0,5% des gesamten Stickstoff-Kapitals eines elfjährigen Fynbos-Gebiets verantwortlich war. Dies könnte ein signifikanter Beitrag sein, der den geschätzten Verlust von 20–158 kg N pro ha durch Verflüchtung nach einem Brand in 12 bis 20jährigen Fynbos-Gebieten ausgleicht. Zusammenfassend erscheint die ökologische Rolle der Aspalathus-Arten begrenzt auf die von Besiedlern nach Feuer zu sein, für die der Fixierungsprozess in diesem Stadium von Vorteil ist. Wir waren allerdings nicht in der Lage, Umweltfaktoren zu finden, die für die kurze Lebensdauer der Aspalathus-Arten verantwortlich zu machen sind. Ebenso sind die Ursachen für das Fehlen von Fabaceae in reifen Fynbos-Gebieten unbekannt, insbesondere wenn wir den Erfolg berücksichtigen, den die langlebigen, australischen, Stickstoff-fixierenden und invasiven Acacia-Arten in dieser Region erreicht haben.