Partitioning of ecosystem respiration in a beech forest ecosystem

Wir charakterisierten die Bodenatmung (CO2) und ihre isotopische Zusammensetzung (13C) eines temperaten Buchenwaldes (Fagus sylvatica) im Tages- bzw. Jahresverlauf und untersuchten die Aufteilung der Bodenatmung in ihre autotrophen und heterotrophen Anteile. Die Aufteilung in autotrophe und heterotrophe Bodenatmung wurde durch Vergleichen von Atmungsraten in beringelten und unbehandelten Kontrollflächen erreicht. Zusätzlich untersuchten wir ein umfangreiches Set an potentiellen Substraten und Quellen der Bodenatmung auf ihre δ13C Werte. In Kontrollflächen war Pflanzenmaterial (Laubstreu, Fein- und Grobwurzeln), sowie organisches Material im Boden (SOM) stärker an 13C abgereichert, als Kohlenhydrate in Pflanzenorganen (Zucker im Phloemsaft, Stärke und Zucker in Wurzeln) und Wurzelatmung, was anzeigt, dass ein größerer Teil von Bodenatmung von kürzlich assimiliertem Kohlenstoff angetrieben wird. Wir nahmen an, dass die Isotopensignatur von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) die Isotopensignatur der Quellen, wie Wurzelexudate oder Produkte von Abbauprozessen, die zum DOC beitragen widerspiegelt. In Kontrollen war DOC stärker angereichert an 13C als in den geringelten Flächen, und wies ähnliche Isotopensignaturen, wie die der Wurzelzucker auf. Das könnte darauf hindeuten, dass Wurzelexudate einen wesentlichen Anteil am DOC ausmachen. Beringeln führte zu einem durchschnittlichen Rückgang der Gesamtbodenatmung um 36 % und zu stärker abgereicherten 13C Signaturen von veratmeten CO2 um 1.5 ‰ im Jahresverlauf, was einen Rückgang der autotrophen Atmung und eine Verschiebung Richtung Abbau von Wurzelstreu und SOM anzeigt. Dies wurde auch von stärker abgereicherten Isotopensignaturen im DOC von geringelten Flächen bestätigt. Wir beobachteten Schwankungen von Bodenatmung und δ13C der Bodenatmung im Tages- und Jahresverlauf. Wir identifizierten Lufttemperatur als Hauptkontrollfaktor für Bodenatmung sowohl in beringelten, als auch in den Kontrollflächen auf verschieden Zeitskalen. In beringelten Flächen korrelierte im Jahresverlauf die Bodenatmung auch mit Bodentemperatur. Die δ13C Werte der Zucker aus dem Phloemsaft wiesen keine signifikanten Veränderungen im Tagesgang auf und korrelierte nicht mit den δ13C Werten der Bodenatmung in Kontrollflächen.We characterised fluxes of soil respired CO2 and corresponding δ13C values in a temperate beech (Fagus sylvatica) forest on a daily and seasonal time scale to investigate autotrophic and heterotrophic contributions to total soil respiration. Partitioning of soil respiration was achieved by comparing rates of soil respiration in girdled plots with non-girdled controls. Additionally we investigated a comprehensive set of potential substrates and sources of soil respiration for their δ13C values. In controls bulk plant litter (leaf, fine and coarse root litter) as well as soil organic matter (SOM) were more depleted in 13C than plant carbohydrates (phloem sap sugars, root starch and sugars) and root respiration, indicating that a major part of soil respiration was fuelled by recently fixed carbon. We assumed that the isotopic signature of dissolved organic carbon (DOC) reflects sources contributing to DOC such as root exudates and products of decomposition. In controls, DOC was enriched in 13C compared to girdled plots, and in the same range as root sugars, indicating that root exudates may contribute substantially to DOC. Girdling led to an average decline of total soil respiration of 36 % and to more depleted 13C signatures of soil respired CO2 by 1.5 ‰ on an annual scale, indicating reduced autotrophic respiration and a shift towards decomposition of root litter and SOM, which was corroborated by more depleted isotopic signatures of DOC in girdled plots. We observed daily and seasonal fluctuations of soil respiration and δ13C of respired CO2. We identified air temperature as a major predictor for soil respiration in both control and girdled plots at the various time scales. In girdled plots soil respiration was further correlated with soil temperature at an annual scale. The δ13C value of phloem sap sugars, however, did not exhibit significant changes on a daily time scale and did not correlate with the δ13C value of soil respiration in control plots