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Leaf nitrogen content and photosynthetic activity in relation to soil nutrient availability in coastal and mountain fynbos plants (South Africa)

2002; Elsevier BV; Volume: 3; Issue: 4 Linguagem: Inglês

10.1078/1439-1791-00115

1618-0089

Margaretha Herppich, Werner B. Herppich, D. J. von Willert,

Pasture and Agricultural Systems

Leaf carbon and nutrient status, nitrogen content and photosynthetic CO2 exchange were investigated in 36 evergreen sclerophyllous species at two typical sites in the coastal and the mountain fynbos (South Africa). The study sites differed in soil nutrient composition and mean vegetation age. The species selected comprise the main fynbos elements (proteoid, ericoid and restioid) and vary in growth and leaf form, including broad mesophyllous to narrow leptophyllous shrubs or mid-height trees and wiry aphyllous hemicryptophytes. Thus, they allow a test of whether plants from functionally and morphologically different groups from these communities are distinguishable in their photosynthetic activity and photosynthetic nitrogen use efficiency. Furthermore, this broad range of species facilitates a re-evaluation of the relationship between photosynthesis and leaf nitrogen content in a range of structural types. Nitrogen and ion contents were lower in soils of the coastal than the mountain fynbos. Leaf nitrogen content was low in plants of all groups, however only those of the proteoid and the ericoid elements reflect these differences in soil nutrient availability. The comparison with published data of other mediterranean climate-type ecosystems confirms that the nutrient-poor fynbos systems may at best be similar to the Australian heathlands. Photosynthetic activity was generally higher in proteoid coastal fynbos species than in the majority of the other plants, and they had the highest nitrogen use efficiency of all groups. All groups of both fynbos communities showed the same linear relationship between mean light saturated rates of photosynthesis and leaf nitrogen content, although the overall correlation was weak (r2 = 0.28), but stronger for the coastal fynbos proteoids (r2 = 0.37). When [N] was expressed on a leaf area basis, the data yielded even poorer relationships (r2 = 0.16 and 0.26, respectively). This is consistent with earlier findings that mass-based calculations normally yield better correlations. On the other hand, leaf mass per area, and leaf form and size did not affect the relationship. 36 immergrüne hartlaubige Arten zweier typischer Standorte im Coastal und Mountain Fynbos (Südafrika) wurden auf ihren Blattkohlenstoffgehalt, Nährstoffzustand, Stickstoffgehalt, sowie die photosynthetische CO2-Aufnahme untersucht. Die Standorte unterschieden sich in ihrer Bodennährstoffzusammensetzung und dem durchschnittlichen Vegetationsalter. Die ausgewählten Arten vertreten größtenteils die drei Hauptvegetationselemente (Proteaceenartige, Erikaceenartige Restionaceenartige) des Fynbos. Die Variation in Blatt- und Wuchsform reicht von breitblättrigen mesophyllen zu schmalblättrigen leptophyllen Büschen oder mittelhohen Bäumen bis hin zu blattlosen Hemikryptophyten. Diese Artenvielfalt ermöglichte es nachzuprüfen, inwieweit Pflanzen dieser funktionell und morphologisch verschiedenen Gruppen aus beiden Fynbos-Gesellschaften sich in ihrer Photosyntheseaktivität und photosynthetischen Stickstoffnutzungseffizienz unterscheiden. Es konnte außerdem der Einfluss der genannten Parameter auf eine geltende generelle Beziehung zwischen Photosynthese und Blattstickstoffgehalt neu bewertet werden. Stickstoff- und Ionengehalt im Boden des Coastal Fynbos waren geringer als im Mountain Fynbos. Obwohl die Blattstickstoffgehalte in Pflanzen aller Gruppen niedrig waren, spiegelten nur Angehörige der erikaceenartigen und proteaceenartigen Wuchsgruppe diese Nährstoffverfügbarkeit wider. Ein Literaturvergleich mit anderen mediterranen Ökosystemen zeigt, dass der nährstoffarme Fynbos der australischen Heide am ähnlichsten ist. Die Photosyntheseaktivität überstieg in den meisten proteaceenartigen Arten des Coastal Fynbos die der anderen Pflanzen. Diese proteaceenartigen Pflanzen wiesen auch die effizienteste photosynthetische Stickstoffnutzung auf. Die anderen immergrünen Hartlaubgewächse beider Fynbosgesellschaften zeigten die gleiche, wenn auch schwache lineare Korrelation (r2 = 0.283) zwischen lichtgesättigter Photosyntheserate und Blattstickstoffgehalt. Bei den proteaceenartigen Arten des Coastal Fynbos betrug diese r2 = 0.373. Bei Bezug auf die Blattfläche ergaben sich noch niedrigere Bestimmtheitsmaße (r2 = 0.161 bzw. 0.263). Dies stimmt mit früheren Ergebnissen, die bei Massenbezug eine bessere lineare Korrelation aufweisen, überein. Auf der anderen Seite wirken sich Sklerophylliegrad, Blattform und -größe oder Blattlebensdauer nicht auf die Beziehung aus.