Jun 23, 2023
Physikalische und chemische Eigenschaften von grobem Holzabfall, der dem natürlichen Zersetzungsprozess in einem sekundären atlantischen Waldfragment in Brasilien ausgesetzt wurde
Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 7377 (2023) Diesen Artikel zitieren 449 Zugriffe auf Metrikdetails Grobe Holzabfälle (CWDs) sind ständig dem natürlichen Zersetzungsprozess von Holz ausgesetzt.
Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 7377 (2023) Diesen Artikel zitieren
449 Zugriffe
Details zu den Metriken
Grober Holzabfall (CWDs) ist ständig dem natürlichen Zersetzungsprozess von Holz ausgesetzt, der zu einer Veränderung seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften führen kann. Allerdings sind diese Veränderungen noch nicht vollständig geklärt, so dass weitere Studien erforderlich sind, um die Auswirkungen dieses Prozesses auf den CWD-Abbau zu verstehen. Die Ziele dieser Studie waren daher: (i) zu überprüfen, ob die Zersetzung die physikalisch-chemischen Eigenschaften der CWDs beeinflusst; (ii) mithilfe sofortiger chemischer und thermogravimetrischer Analyse überprüfen, ob sich die strukturelle chemische Zusammensetzung der CWDs als Funktion der Zersetzung verändert. Um diese Analysen durchzuführen, wurden Holzproben von den CWDs gesammelt, wobei Stücke mit Durchmessern ≥ 5 cm in 4 Zerfallsklassen eingeteilt wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die durchschnittliche scheinbare Dichte als Funktion der Zunahme der CWD-Zersetzung abnahm (0,62–0,37 g cm−3). Die durchschnittlichen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte hatten mit der Zunahme der CWD-Zersetzung weniger Einfluss und lagen zwischen 49,66 und 48,80 % bzw. 0,52 und 0,58 %. Eine sofortige chemische und thermogravimetrische Analyse zeigte einen Verlust an Holocellulosen und Extraktstoffen sowie einen Anstieg der Lignin- und Aschekonzentration während des Zersetzungsprozesses. Der durch thermogravimetrische Analyse analysierte Gewichtsverlust war bei weniger zersetzten CWDs und mit größeren Durchmessern größer. Durch die Verwendung dieser Analysen wird die Subjektivität der Zerfallsklassen von CWDs aufgehoben, wodurch die Anzahl der Tests zur Bestimmung der physikalisch-chemischen Eigenschaften von CWDs verringert und die Genauigkeit der Studien erhöht wird, die sich auf den Kohlenstoffkreislauf dieser Materialien konzentrieren.
Grober Holzabfall (CWDs) spielt eine wichtige ökologische Rolle im Waldökosystem1,2,3 und dient als Nahrung für saprophagen Organismen4,5, Lebensraum für Wirbeltiere und Wirbellose6 und als Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs7,8,9. Die Bedeutung von CWDs im Kohlenstoffkreislauf hat im Laufe der Jahre aufgrund des Anstiegs der Baumsterblichkeit zugenommen10. Faktoren wie Waldschädigung11,12, Landnutzungsänderungen13,14 und die negativen Auswirkungen des Klimawandels15,16 sind in erster Linie für diesen Anstieg der Baumsterblichkeit in Wäldern auf der ganzen Welt verantwortlich, einschließlich der Wälder des brasilianischen Atlantischen Regenwaldes17,18.
Der in CWDs enthaltene Kohlenstoff kann in tropischen Umgebungen über 30 Jahre lang gespeichert werden19,20. Durch den Zersetzungsprozess wird dieser Waldbestandteil jedoch zu einer emittierenden Kohlenstoffquelle in die Atmosphäre21,22,23. Der Abbau von CWDs ist ein Prozess, der eine komplexe Reihe von Umwandlungen umfasst, die zur Reduktion organischer Strukturen in ihre mineralische Form führen24. Während dieses Prozesses werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften von CWDs durch mikrobielle Wirkung (Atmung und biologische Transformation), Insekten, physikalischen Abbau, Auswaschung und Feuer verändert1,25,26,27.
Veränderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften von CWDs beginnen mit dem Abbau der Holzzellwände, die größtenteils aus Holozellulose (Zellulose und Hemizellulose) und Lignin bestehen28,29. Die Konzentrationen dieser Strukturverbindungen im Totholz verändern sich mit fortschreitender Zersetzung30. Die Konzentration an Holocellulosen wird vorzugsweise in den frühen Stadien des CWD-Abbaus reduziert. In fortgeschritteneren Stadien werden die Holozellulosen selektiv zersetzt und die Ligninkonzentration in den verbleibenden Materialien steigt tendenziell an31,32,33.
Diese Veränderungen der Holocellulosen und Ligninkonzentrationen aufgrund des Zersetzungsprozesses beeinflussen die scheinbare Dichte34,35 und den Gehalt an chemischen Verbindungen wie Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) der CWDs36,37,38,39. Darüber hinaus beeinflussen die Konzentrationen dieser Strukturverbindungen die Zersetzungsbeständigkeit von CWDs24,40 und bestimmen den Grad der Verschlechterung von Holz, das diesem Prozess bereits ausgesetzt war, wodurch die Subjektivität bei der Klassifizierung der Zersetzungsklasse dieser Materialien beseitigt wird1,25,38. In diesem Sinne werden chemische Analysen wie die Sofortanalyse und die thermogravimetrische Analyse, die die strukturelle chemische Zusammensetzung von CWDs anhand der Bestimmung des Gehalts an flüchtigen Materialien, des festen Kohlenstoffs, des Restgewichts (Asche) und des Gewichtsverlusts in verschiedenen Temperaturbereichen anzeigt, für das Verständnis von wesentlicher Bedeutung Auswirkung der CWD-Zersetzung.
In unserer Studie präsentieren wir eine physikalische und chemische Charakterisierung von CWDs, die dem natürlichen Zersetzungsprozess ausgesetzt sind, was zum Verständnis der Holzabbaudynamik in tropischen Wäldern beiträgt. Darüber hinaus kann unsere Studie verwendet werden, um die Quantifizierung des Kohlenstoffbestands durch CWDs in internationalen Berichten wie den Forest Resources Assessments (FRA)41 zu unterstützen, die sich mit dem Schutz und der Nachhaltigkeit der Waldbewirtschaftung weltweit befassen42.
Die Ziele dieser Studie waren daher: (i) zu überprüfen, ob die Zersetzung die physikalischen Eigenschaften (scheinbare Dichte) und chemischen Eigenschaften (chemische Elementaranalyse) der CWDs in einem Sekundärwald des Atlantischen Regenwaldes beeinflusst; (ii) Überprüfung, ob sich die chemische Strukturzusammensetzung von CWDs als Funktion des natürlichen Zersetzungsprozesses verändert, mithilfe einer sofortigen chemischen Analyse und einer thermogravimetrischen Analyse (TG/DTG).
Die Studie wurde in einem Fragment des sekundären Atlantischen Waldes mit einer Fläche von 17 ha, bekannt als „Mata da Silvicultura“, durchgeführt, das sich in der Gemeinde Viçosa-MG, Brasilien, befindet (Abb. 1). Das lokale Klima ist Cwa-Typ (Köppen-Klassifikation) mit Temperatur, Luftfeuchtigkeit und durchschnittlichem Niederschlag von 19,9 °C, 79,9 % bzw. 1269,4 mm43. Die Höhe des Fragmentes variiert zwischen 670 und 730 m16 und die Region weist pädogeomorphologische Gradienten mit aluminiumreichen dystrophischen Latosolen auf den Gipfeln der Hügel, kolluviale Rampen mit flachen Latosolen und kambischem Horizont auf, während die Böden der Haine eine Vorherrschaft epieutrophischer Cambisole aufweisen, die reich an Aluminium sind Nährstoffe44.
Lage des im Atlantischen Wald untersuchten Fragments (die Karte wurde mit QGIS 3.10.6-http://qgis.osgeo.org45 erstellt).
Die Vegetation in der Region wird als saisonaler Halblaubwald46 klassifiziert. Das untersuchte Waldfragment befindet sich in einem mittleren Regenerationsstadium16, wobei der quadratische mittlere Durchmesser und die Gesamthöhe der Bäume zwischen 10 und 20 cm bzw. 5 und 12 m liegen47. Phytosoziologische Parameter, floristische Zusammensetzung, dendrometrische Variablen und Walddynamik wurden im Laufe der Jahre regelmäßig quantifiziert (Tabelle 1).
Grober Holzabfall (CWDs) wie Äste, Baumstümpfe und umgestürzte Bäume auf dem Waldboden und mit einem Durchmesser ≥ 5 cm wurden von Juli bis Oktober 2018 in zehn Dauerparzellen von 20 m × 50 m inventarisiert. Das arithmetische Mittel der Durchmesser Der an den Enden der Rückstände gemessene Wert wurde berechnet, um das Material in Durchmesserklassen mit einer Amplitude von 5 cm zu unterteilen. Die in diesen Parzellen gefundenen CWDs wurden entsprechend ihrem Zersetzungsstadium in vier Klassen eingeteilt48,49,50: (i) Materialien, die gerade mit intakten Blättern und Rinde zu Boden gefallen sind; (ii) Materialien, die denen der Klasse „i“ ähneln, deren Rinde jedoch verrottet oder abgeblättert ist; (iii) Materialien mit einem hohen Zersetzungsgrad und einer gewissen Bruchfestigkeit; (iv) Materialien, die faul, bröckelig und nicht bruchfest sind.
In den zehn inventarisierten Parzellen wurden nach Möglichkeit drei Proben jedes Durchmessers und jeder Zerfallsklasse gesammelt. Von diesem Material wurden zwei Teilproben entnommen, um die physikalische Analyse (scheinbare Dichte) zu bestimmen, und der Rest des Materials wurde in einem Ofen mit Zwangsluftzirkulation bei ± 60 °C getrocknet, bis sich sein Trockengewicht stabilisierte, um die chemische (Elementardichte) zu bestimmen und unmittelbar) und thermogravimetrische (TG/DTG) Analysen.
Das ofengetrocknete Material wurde gepflückt und in einer Messermühle vom Willey-Typ (Thomas Scientific®) gemahlen. Das zerkleinerte Material wurde unter Verwendung von 40-Mesh- und 60-Mesh-Granulometersieben für die elementare, sofortige und thermogravimetrische chemische Analyse gesiebt. Die in den 60-Mesh-Sieben zurückgehaltenen Materialien wurden durch zufällige Auswahl von drei Parzellen pro Durchmesser und Zerfallsklasse homogenisiert, was insgesamt 28 zusammengesetzte Proben für jede Art von Analyse ergab.
Die scheinbare Dichte des CWD wurde aufgrund der Zerbrechlichkeit des Materials gemäß NBR 1194151,52 durch das Eintauchen in Quecksilber bestimmt. Der zur Bestimmung der scheinbaren Dichte verwendete Ausdruck war: \(\rho = {\text{m}}/{\text{v}}\), wobei: ρ die scheinbare Dichte in g cm−3 ist; \({\text{m}}\) ist die Masse der Probe in g; und \({\text{v}}\) ist das scheinbare Volumen in cm3. In diesem speziellen Fall wurde das scheinbare Volumen (v) durch den Ausdruck erhalten: \(\text{v } = {\text{m}}_{1}/{ \rho }_{\text{Hg}}\ ), wobei: m1 die eingetauchte Masse in g ist; und ρHg ist die Dichte von Quecksilber in g cm−3. Die Mittelwerte der scheinbaren Dichte wurden für jeden Durchmesser und jede Zerfallsklasse unter Berücksichtigung des arithmetischen Mittels der Dichte jeder Teilprobe berechnet.
Der Kohlenstoff- (C) und Stickstoffgehalt (N) von CWDs wurde mit einem Trockenverbrennungs-Elementaranalysator (LECO TruSpec® Micro Elemental Series CHN/CHNS/O; St. Joseph, MI) bestimmt. Bei dieser Methode wurden die von bei 1050 °C brennenden Proben emittierten Gase mit einem Infrarotdetektor quantifiziert, was die Bestimmung des Gehalts dieser Elemente in % ermöglicht39. Als Indikator für die natürliche Zersetzung dieser Materialien auf dem Waldboden wurde das C/N-Verhältnis von CWDs berechnet.
Flüchtige Materialien (Vol), Aschegehalt (Ash) und fester Kohlenstoff (FC) wurden mit einem Muffelofen von Linn Elektro Therm® gemäß den ASTM-Standards D1762-8453 quantifiziert. Die Berechnungen zur Bestimmung dieser Parameter in % basierten auf den folgenden Ausdrücken:
wobei P die ursprüngliche Masse der Probe in g ist; P0 ist die ursprüngliche Masse des Tiegels in g; P1 ist die Anfangsmasse des Tiegels + die Masse der Probe in g; P2 ist die Endmasse des Tiegels + die Masse der Probe, in g54,55.
Die thermogravimetrische Analyse von CWDs wurde mit einem DTG-60H Shimadzu-Gerät unter einer Stickstoffatmosphäre und einer konstanten Durchflussrate von 50 ml min-1 durchgeführt. Thermogramme wurden von einer Temperatur von 100 °C bis zu einer Temperatur von 450 °C mit einer Heizrate von 10 °C min−1 erstellt. Die thermogravimetrischen Kurven (TG) von CWDs wurden nach Durchmesser und Zerfallsklassen analysiert, um den Gewichtsverlust als Funktion der Temperatur zu bewerten, während die erste Ableitung der thermogravimetrischen Kurve (DTG) ermittelt wurde, um die Temperaturen zu identifizieren, bei denen die höchsten Gewichtsverluste auftraten . Gewichtsverluste wurden anhand der TG-Kurve für die folgenden Temperaturbereiche berechnet: 100–200 °C; 200–300 °C; 300–450 °C. Das Restgewicht wurde bei einer Temperatur von 450 °C ermittelt, wobei als Ausgangswert die Masse der absolut trockenen Probe bei einer Temperatur von 100 °C berücksichtigt wurde.
Mithilfe der Varianzanalyse (ANOVA) und des Tukey-Post-hoc-Tests wurde getestet, ob sich die Mittelwerte der physikalischen (scheinbare Dichte) und chemischen (Elementar- und unmittelbare chemische Analyse) Parameter der CWDs zwischen den Zerfallsklassen statistisch unterschieden. Der Shapiro-Wilk-Test wurde durchgeführt, um die Normalitätsannahme in den folgenden thermogravimetrischen Analysedatensätzen zu testen: (i) Gewichtsverluste nach Zerfallsklassen von CWDs in drei Temperaturbereichen; (ii) Restgewicht nach Zerfallsklassen von CWDs; (iii) Restgewicht nach Durchmesserklassen der CWDs. Nur der Datensatz mit Gewichtsverlusten bei Temperaturen von 100–200 °C und 200–300 °C verstieß gegen die Annahme der Datennormalität (P < 0,05). In diesen Fällen wurde der nichtparametrische Kruskal-Wallis-Test angewendet, um zu testen, ob statistische Unterschiede zwischen den Medianen der ausgewerteten Gruppen bestehen. In den anderen Datensätzen, in denen Normalität erreicht wurde (P > 0,05), wurde die Varianzanalyse (ANOVA) gefolgt von Tukeys Post-hoc-Test angewendet, um zu testen, ob es statistische Unterschiede zwischen den Mittelwerten der bewerteten Gruppen gab.
Die Korrelation nach Spearman wurde berechnet, um den Assoziationsgrad zweier nichtparametrischer Variablen in Intensität und Richtung zu quantifizieren16,56,57. Die Korrelationsmatrix wurde von der Software R Core Team58 unter Verwendung der thermogravimetrischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von CWDs generiert.
Die Sammlung von Pflanzenmaterial, experimentelle Forschung und Feldstudien entsprachen den relevanten institutionellen, nationalen und internationalen Richtlinien und Gesetzen.
Die scheinbare Dichte (Mittelwert ± Standardabweichung) nahm als Funktion der Zerfallsklasse der CWDs ab und reichte von 0,62 g cm−3 (± 0,13 g cm−3) für den am wenigsten zersetzten Rückstand (Klasse 1) bis 0,37 g cm−3 (± 0,17 g cm−3) für die am stärksten zersetzte Substanz (Klasse 4). Die scheinbaren durchschnittlichen Dichten folgten keinem Muster der Wertzunahme oder -abnahme als Funktion der Variation der Durchmesserklassen des CWD (Tabelle 2).
Der Kohlenstoffgehalt (C) (Mittelwert ± Standardabweichung) zeigte eine geringe Variation zwischen den CWD-Zerfallsklassen: 49,66 % (± 0,90) bis 48,80 % (± 1,39 %). Das gleiche Verhalten wurde für den Stickstoffgehalt (N) (Mittelwert ± Standardabweichung) beobachtet, der zwischen 0,44 % (± 0,08 %) und 0,58 % (± 0,20 %) lag. Das C/N-Verhältnis reichte von 88,14 (± 19,86) bis 116,61 (± 21,72), wobei die niedrigsten Werte für die höchsten Zersetzungsklassen galten. Die Durchmesserklassen des CWD hatten keinen signifikanten Einfluss auf diese Parameter und sie zeigten kein klar definiertes Verhaltensmuster (Tabelle 3).
Die in den CWDs enthaltenen flüchtigen Materialien (Mittelwert ± Standardabweichung) lagen zwischen 67,71 % (± 5,70 %) und 81,59 % (± 2,63 %), während der Aschegehalt (Mittelwert ± Standardabweichung) Werte im Bereich von 1,47 % (± 0,36 %) aufwies. ) auf 10,07 % (± 5,89). Der Gehalt an festem Kohlenstoff im CWD lag zwischen 16,63 % und 22,22 %. Die Parameter der unmittelbaren chemischen Analyse zeigten kein Verhaltensmuster als Funktion der Zunahme der Durchmesserklassen des CWD (Tabelle 4).
Die Holzabbaukomponenten traten in einem engen Temperaturbereich auf, teilweise überlappend, wobei: (i) Wasserverlust (0–100 °C); (ii) Abbau von Hemizellulose (225–275 °C); (iii) Zelluloseabbau (275–375 °C); und (iv) Ligninabbau (> 370 °C).
Für jeden CWD-Durchmesser und jede Zerfallsklasse wurden thermogravimetrische Kurven (TG/DTG) erhalten (Abb. 2). Die Kurven zeigten, dass die thermischen Abbauprofile von CWDs Schwankungen in den Restmassen und in den maximalen Spitzenwerten des Abbaus von Holzbestandteilen aufwiesen. Thermogravimetrische Kurven (TG/DTG) zeigten, dass die thermischen Abbauprofile je nach Durchmesser und Zersetzungsklasse der CWDs Schwankungen in den Restmassen und in den maximalen Peaks des Abbaus von Holzbestandteilen aufwiesen. Die Gewichtsverluste der ersten Zerfallsklasse (G1) waren ähnlich. Allerdings wurde für die Probe mit dem größeren Durchmesser eine längere Länge der DTG-Kurve (nahe 287 °C) beobachtet. Der zweite DTG-Peak (nahe 351 °C) zeigte einen größeren Gewichtsverlust bei Proben mit größeren Durchmessern. Die Gewichtsverluste für die zweite Zerfallsklasse (G2) waren unterschiedlich, wobei Proben mit kleinerem Durchmesser eine größere Länge in der DTG-Kurve zeigten (nahe 295 °C). Die DTG-Peaks lagen im Bereich von 348–361 °C, wobei größere Durchmesser höhere Peaks aufwiesen. Die dritte Zerfallsklasse (G3) wies ebenso wie G2 ein breites Spektrum an Gewichtsverlusten auf. Der erste DTG-Peak (nahe 297 °C) zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen den Durchmesserklassen der CWDs. Allerdings stieg die maximale Zersetzungstemperatur des zweiten Peaks (nahe 358–366 °C) mit zunehmendem CWD-Durchmesser. Die letzte Zerfallsklasse (G4) zeigte im Vergleich zu den anderen Zerfallsklassen einen geringeren Gewichtsverlust. Die DTG-Peaks (nahe 277 °C) waren bei Proben mit größeren Durchmessern länger.
TG/DTG-Kurven nach Durchmesser und Zerfallsklassen von CWDs. (i) TG (a)- und DTG (b)-Kurve für Zerfallsklasse 1 (G1); (ii) TG (a)- und DTG (b)-Kurve für Zerfallsklasse 2 (G2); (iii) TG (a)- und DTG (b)-Kurve für Zerfallsklasse 3 (G3); (iv) TG (a)- und DTG (b)-Kurve für Zerfallsklasse 4 (G4). Verfallsklassen: G1-Materialien, die gerade mit intakten Blättern und Rinde zu Boden gefallen sind; G2-Materialien, die denen der Klasse „i“ ähneln, deren Rinde jedoch verrottet oder abgeblättert ist; G3-Materialien mit einem hohen Zersetzungsgrad und einer gewissen Bruchfestigkeit; G4-Materialien, die faul, bröckelig und nicht bruchfest sind.
Gewichtsverluste und Restmasse wurden für jeden Durchmesser und jede Zerfallsklasse von CWDs in verschiedenen Temperaturbereichen quantifiziert (Tabelle 5). Der Gewichtsverlust lag im ersten Temperaturbereich (100–200 °C) zwischen 0,00 und 1,55 %, im zweiten Temperaturbereich (200–300 °C) zwischen 10,84 und 18,65 % und im letzten Temperaturbereich zwischen 25,63 und 65,13 % (300–450 °C). Die Restmasse bei 450 °C lag zwischen 21,54 und 60,59 %, wobei sie bei den stärker zersetzten CWDs höher war.
Der Kruskal-Wallis-Test zeigte, dass die Unterschiede zwischen den Gewichtsverlustmedianen im ersten (100–200 °C) und zweiten (200–300 °C) Temperaturbereich, je nach Zerfallsklasse, nicht signifikant waren (P > 0,05). Andererseits zeigte ANOVA einen signifikanten Unterschied im Bereich von 300–450 °C und für die Restmasse bei 450 °C (P < 0,05), da es sich um den Zersetzungsmittelwert der Klasse 4 handelt, der sich von den anderen Klassen durch den Tukey-Test unterscheidet (Abb . 3). Auf diese Weise konnte die thermogravimetrische Analyse CWD-Proben in zwei Gruppen differenzieren, wobei die erste Gruppe die Zerfallsklassen 1, 2 und 3 umfasste und die zweite Gruppe nur Zerfallsklasse 4 umfasste. Die Unterschiede zwischen den Restmassendurchschnitten nach CWD-Durchmesserklassen waren nicht signifikant (P > 0,05).
(a) Boxplot- und Gewichtsverlustdurchschnitte nach Zerfallsklasse im Temperaturbereich von 300–450 °C; (b) Boxplot und Restmassenmittelwerte bei 450 °C, nach Zerfallsklasse. Boxplots, denen derselbe Buchstabe folgt, unterscheiden sich beim Tukey-Test statistisch nicht auf dem Signifikanzniveau von 5 %.
Auf diese Weise wurde die Spearman-Korrelation für die Gewichtsverluste im Temperaturbereich von 300–450 °C und für das Restgewicht bei 450 °C berechnet und die statistisch unterschiedlichen Gruppen durch den Tukey-Test unterteilt in: Gruppe 1 (G1)- Zerfallsklassen 1, 2 und 3; Gruppe 2 (G2) – Zerfallsklasse 4. Die zur Berechnung der Korrelation verwendeten physikalischen und chemischen Eigenschaften waren: flüchtige Materialien (%), Aschegehalt (%), fester Kohlenstoff (%), C/N-Verhältnis und scheinbare Dichte (g cm). −3).
Der Gewichtsverlust von CWDs im Temperaturbereich von 300–450 °C von G1 zeigte eine positive und stärkere Korrelation mit flüchtigen Materialien, C/N-Verhältnis und Dichte. Der Gewichtsverlust von G2 war nur mit flüchtigen Materialien positiv verbunden. Das Restgewicht von G1 bei 450 °C zeigte eine positive Korrelation mit dem Asche- und Festkohlenstoffgehalt, während G2 auch positiv mit diesen Variablen sowie dem C/N-Verhältnis korrelierte (Abb. 4).
Korrelationsmatrix nach Spearman zwischen Gewichtsverlust bei 300–450 °C (Gewichtsverlust %), Restgewicht bei 450 °C (Rest %), flüchtigen Bestandteilen (Vol. %), Aschegehalt (Ash %), festem Kohlenstoff (FC %), C/N-Verhältnis (C/N) und Dichte (Dens. g cm−3). (a) Gewichtsverlust von 300–450 °C von G1; (b) 300–450 °C Gewichtsverlust von G2; (c) Restgewicht von G1 bei 450 °C; (d) Restgewicht von G2 bei 450 °C. Dunkelblaue Kreise zeigen positive Korrelationen an, während dunkelrote Kreise negative Korrelationen anzeigen. Die Größe des Kreises gibt die Stärke der Korrelation an.
Der Abbau von CWDs in Waldökosystemen ist ein entscheidender Weg für die Nährstoffrückführung in den Boden59. Während dieses Prozesses durchlaufen CWDs auf dem Waldboden unterschiedliche Veränderungen ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften, wie z. B. eine Verringerung der Dichte, eine Erhöhung des Wassergehalts, eine Anreicherung von Nährstoffen und Lignin sowie eine Verringerung des pH-Werts60. Die meisten dieser physikalisch-chemischen Umwandlungen wurden in dieser Studie beobachtet.
Die Ergebnisse zeigten eine Verringerung der durchschnittlichen scheinbaren Dichte als Funktion der Zunahme der CWD-Zersetzung (Tabelle 2). Diese Verringerung der Dichte kann durch den Gewichtsverlust aufgrund der Wirkung holzzersetzender Mikroorganismen erklärt werden61. Frühere Studien haben dieses Muster des Datenverhaltens auch für die CWD-Dichte festgestellt37,38,39,50.
Der Zersetzungsprozess hatte weniger Einfluss auf die Kohlenstoffkonzentrationen (C), die keine großen Schwankungen mit zunehmender Zerfallsklasse der CWDs zeigten (Tabelle 3). Die höhere Ligninkonzentration in CWDs könnte einer der Faktoren sein, die den C-Abbau begrenzen, da es sich um eine große und komplexe Struktur handelt und daher schwer zu zersetzen ist37,62,63,64. Darüber hinaus kann dieser Holzbestandteil auch den Abbau von Zellulose und Hemizellulose beeinträchtigen, wenn er in großen Mengen in Zellwandstrukturen eingebaut wird26.
Auch der Stickstoffgehalt (N) schwankte mit zunehmender Zerfallsklasse der CWDs nur geringfügig (Tabelle 3). Dieses Verhalten war jedoch nicht zu erwarten, da sich dieser Nährstoff im Laufe der Jahre aufgrund der Fixierung und Translokation dieses chemischen Elements aus dem Boden in CWDs durch heterotrophe Mikroorganismen tendenziell ansammelt1,65,66,67. Darüber hinaus kann die Zunahme der strukturellen Bindungen zwischen Stickstoff und abbaubeständigeren Elementen wie Lignin, aromatischen und phenolischen Verbindungen auch die N-Anreicherung während des Holzzersetzungsprozesses begünstigen68.
Die in unserer Studie gefundenen C- und N-Gehalte führten zu niedrigeren C/N-Verhältniswerten für die stärker zersetzten CWDs (Tabelle 3). Dieses Muster sinkenden C/N-Verhältnisses wurde auch in Studien gefunden, die in tropischen und subtropischen Wäldern durchgeführt wurden37,38,69,70. Ein niedriges C/N-Verhältnis von CWDs weist auf ein größeres Potenzial für die Holzzersetzung hin, wodurch diese Materialien kürzere Zeit im Waldökosystem verbleiben71,72.
Die Ergebnisse zeigten eine Tendenz zur Verringerung flüchtiger Materialien mit der CWD-Zersetzung (Tabelle 4). Diese Verringerung der flüchtigen Stoffe kann mit dem Abbau von Holozellulose und der Abnahme des Extraktgehalts zusammenhängen73. Während des Holzzersetzungsprozesses werden Holocellulosen durch zersetzende Mikroorganismen leicht abgebaut, da ihre Strukturen im Vergleich zu anderen Verbindungen, wie z. B. Lignin, leichter abgebaut werden können74. Bei extraktiven Inhaltsstoffen erfolgt die Konzentrationsreduzierung durch Prozesse wie enzymatische Desaktivierung, Autooxidation, mikrobiellen Abbau oder durch Auswaschung1.
Die Aschegehalte zeigten einen gegensätzlichen Trend zu den flüchtigen Stoffen und erhöhten ihre Konzentration mit zunehmender CWD-Zerfallsklasse (Tabelle 4). Diese Ergebnisse legen nahe, dass CWDs anorganische Nährstoffe wie Kalium, Kalzium, Magnesium und Silizium in ihrer Zusammensetzung anreichern, da sie durch den Zersetzungsprozess Gewicht und Kohlenstoff verlieren38,66,75. Darüber hinaus kann auch die Kontamination durch Bodenrückstände zum höheren Aschegehalt in den am stärksten zersetzten CWDs beitragen. Es gibt jedoch keine Möglichkeit, die Auswirkungen dieser Kontamination auf unsere Ergebnisse zu messen.
Fester Kohlenstoff hatte in dieser Studie keinen Zusammenhang mit der Zerfallsklasse der CWDs (Tabelle 4). Die Tatsache, dass diese Komponente der unmittelbaren chemischen Analyse durch Differenz gewonnen wird, könnte diese Ergebnisse beeinflusst haben. Fester Kohlenstoff zeigte jedoch Werte, die umgekehrt proportional zu flüchtigen Materialien waren, was auf eine negative Korrelation mit Holocellulosen und eine positive Korrelation mit Lignin hinweist37,68.
Thermogravimetrische Analysen zeigten, dass Proben mit einem hohen Zersetzungsgrad eine hohe Restmasse und einen geringen Gewichtsverlust aufweisen. Dieses Muster kann durch den größeren Kohlenstoffverlust im Waldökosystem aufgrund der Atmung von Mikroorganismen, Photoabbau und Auswaschung erklärt werden76,77. Die thermogravimetrische Analyse zeigte auch, dass die Zersetzung von Hemicellulose bei niedrigeren Temperaturen (225–275 °C) erfolgt. Die Zersetzung von Hemizellulose in diesem Temperaturbereich hängt mit seiner amorphen chemischen Struktur78 zusammen, die aus Zuckern wie Pentosen und Hexosen79,80 besteht. Der thermische Abbau von Cellulose erfolgt aufgrund ihrer Kristallinität bei 275–375 °C81. Lignin beginnt sich im Allgemeinen bei niedrigeren Temperaturen zu zersetzen82, aufgrund seiner vernetzten Struktur und seines hohen Molekulargewichts ist es jedoch die letzte Holzverbindung, die sich vollständig zersetzt79.
Darüber hinaus zeigten die TG/DTG-Kurven ein unterschiedliches Verhalten der CWDs in den verschiedenen Größen- und Zerfallsklassen. Die längeren Längen der DTG-Kurve, wie sie in den ersten Zerfallsklassen (G1) beobachtet wurden, weisen auf höhere Konzentrationen von Holocellulosen in Proben mit größeren Durchmessern hin. Darüber hinaus zeigt das geringere Restgewicht bei Proben mit größerem Durchmesser, dass die Zersetzungsrate im Waldökosystem bei kleineren CWDs höher ist77. Die deutlichen Gewichtsverluste, die in der zweiten (G2) und dritten (G3) Zerfallsklasse beobachtet werden, lassen sich durch die große Vielfalt der im Wald vorkommenden Baumarten erklären. Ein geringerer Gewichtsverlust und ein höheres Restgewicht, wie sie in der letzten Zersetzungsklasse (G4) beobachtet wurden, zeigen, dass die Strukturbestandteile von Holz im Ökosystem Wald bereits erheblich abgebaut wurden. Beim Vergleich der vier Zerfallsklassen wurden die DTG-Peaks mit zunehmender Zerfallsklasse zu höheren Temperaturen verschoben, was mit der Entfernung von Extraktstoffen zusammenhängt. Tatsächlich werden bei der Zersetzung die Extraktstoffe freigesetzt und die Temperatur des thermischen Abbaus von Zellulose und Hemizellulose verschiebt sich zu höheren Temperaturen83.
Die Varianzanalyse und der Tukey-Test ergaben statistische Unterschiede nur für die Durchschnittswerte des Gewichtsverlusts im letzten Temperaturbereich (300–450 °C) und für die Durchschnittswerte des Restgewichts bei 450 °C, die sich zwischen den Zerfallsklassen 1, 2 und 3 unterscheiden (Gruppe 1) der Zerfallsklasse 4 (Gruppe 2) (Abb. 3). Der Unterschied zwischen den Gruppen 1 und 2 kann hauptsächlich durch die scheinbare Dichte und das C/N-Verhältnis erklärt werden, die während des CWD-Zersetzungsprozesses stark beeinflusste Variablen sind (Abb. 4). Auf diese Weise kann die Bestimmung physikalischer und chemischer Eigenschaften zusammen mit der unmittelbaren und thermogravimetrischen Analyse als wichtiges Instrument zur Untersuchung der Auswirkungen des CWD-Zersetzungsprozesses angesehen werden, wodurch die Klassen der CWD-Zersetzung präziser definiert werden können.
Unsere Ergebnisse verringerten die bestehenden Unsicherheiten beim Verständnis der natürlichen Zersetzungsdynamik von CWDs. Obwohl unser Untersuchungsgebiet begrenzt ist, werden die neuen Richtlinien zur Bestimmung der physikalisch-chemischen Parameter von CWDs als Grundlage für die nachhaltige Bewirtschaftung dieser Komponente und für die Verfeinerung internationaler Berichte dienen, die auf die Quantifizierung der Kohlenstoffbilanz in Waldökosystemen abzielen. Zukünftige Forschungen sollten sich auf die Durchführung dieser Analysen auf Artenebene konzentrieren, da dieser Faktor einen großen Einfluss auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von CWDs hat38,39. Darüber hinaus wird empfohlen, die im Boden und in den CWDs vorhandenen Mikrobiota zu charakterisieren, um die Arten von Mikroorganismen und ihre Fähigkeit, jeden Bestandteil des Holzes abzubauen, zu unterscheiden1,84. Schließlich müssen auch klimatische Faktoren wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit berücksichtigt werden, da sie die Aktivität und Selektion dieser Mikroorganismen im Waldökosystem beeinflussen27,85.
Die scheinbare Dichte von CWDs wird durch den natürlichen Zersetzungsprozess beeinflusst, während der Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt von diesem Prozess weniger beeinflusst wird. Das C/N-Verhältnis nahm direkt mit der Zersetzungsklasse der CWDs ab. Die Größenklassen von CWDs sind für die Bestimmung dieser Eigenschaften nicht relevant. Aufgrund der Artenvielfalt und der klimatischen Bedingungen jedes Waldökosystems müssen die physikalisch-chemischen Eigenschaften stets entsprechend den Zerfallsklassen der CWDs quantifiziert werden.
Die strukturelle chemische Zusammensetzung der CWDs wird durch die Zersetzung beeinflusst, was zum Verlust von Holocellulosen und Extraktstoffen sowie zu einem Anstieg der Lignin- und Aschekonzentration während dieses Prozesses führt. Der Gewichtsverlust ist bei den weniger zersetzten CWDs größer und das Restgewicht ist bei den stärker zersetzten höher. Die kleinsten Durchmesserklassen weisen einen geringeren Gewichtsverlust und ein größeres Restgewicht auf. Durch die Verwendung einer unmittelbaren chemischen und thermogravimetrischen Analyse entfällt die Subjektivität bei der Klassifizierung der Zersetzungsstadien von CWDs, wodurch die Anzahl der Tests zur Bestimmung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von CWDs verringert wird.
Unsere Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Zersetzungsdynamik von CWDs bei und liefern wichtige Informationen über ihre ökologische Rolle. Die in dieser Studie vorgestellten technischen Richtlinien sollten in anderen Waldökosystemen auf der ganzen Welt angewendet und verbessert werden, um die Genauigkeit wissenschaftlicher Studien und internationaler Berichte zu erhöhen, die sich auf den Kohlenstoffkreislauf dieser Materialien konzentrieren.
Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.
Harmon, ME et al. Ökologie grober Holzabfälle in gemäßigten Ökosystemen. in Advances in Ecological Research vol. 15 133–302 (Elsevier, 1986).
Christensen, M. et al. Totholz in Rotbuchenwaldreservaten (Fagus sylvatica). Für. Ökologisch. Geschäftsführer 210, 267–282 (2005).
Artikel Google Scholar
Campbell, JL et al. Abschätzung der Unsicherheit hinsichtlich des Volumens und der Kohlenstoffspeicherung abgeholzter grober Holzabfälle. Ökologisch. Appl. 29, 4489 (2019).
Artikel Google Scholar
Araujo, LS, Komonen, A. & Lopes-Andrade, C. Einflüsse der Landschaftsstruktur auf die Vielfalt der mit Klammerpilzen assoziierten Käfer im brasilianischen Atlantikwald. Biol. Konserv. 191, 659–666 (2015).
Artikel Google Scholar
Seibold, S. et al. Experimentelle Studien zur Biodiversität von Totholz – eine Übersicht, die globale Wissenslücken identifiziert. Biol. Konserv. 191, 139–149 (2015).
Artikel Google Scholar
Thibault, M. & Moreau, G. Verbesserung der Besiedlung und des Überlebens von Borken- und Holzbohrkäfern in vertikalem Totholz während der Durchforstung. J. Insektenschutz. 20, 789–796 (2016).
Artikel Google Scholar
Pan, Y. et al. Eine große und dauerhafte Kohlenstoffsenke in den Wäldern der Welt. Science 333, 988–993 (2011).
Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar
Harmon, ME Die Rolle von Holzdetritus in biogeochemischen Kreisläufen: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Biogeochemie 154, 349–369 (2021).
Artikel Google Scholar
Martin, AR, Domke, GM, Doraisami, M. & Thomas, SC Kohlenstoffanteile im Totholz der Welt. Nat. Komm. 12, 889 (2021).
Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Köhl, M. et al. Veränderungen in der Waldproduktion, Biomasse und Kohlenstoff: Ergebnisse der UN FAO Global Forest Resource Assessment 2015. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 352, 21–34 (2015).
Artikel Google Scholar
McDowell, N. et al. Treiber und Mechanismen der Baumsterblichkeit in feuchten Tropenwäldern. Neues Phytol. 219, 851–869 (2018).
Artikel PubMed Google Scholar
Scaranello, MAS et al. Schätzung grober Totholzbestände in intakten und degradierten Wäldern im brasilianischen Amazonasgebiet mittels luftgestütztem Lidar. Biogeowissenschaften 16, 3457–3474 (2019).
Artikel ADS CAS Google Scholar
Venter, O. et al. Sechzehn Jahre Veränderung des globalen terrestrischen menschlichen Fußabdrucks und Auswirkungen auf den Schutz der biologischen Vielfalt. Nat. Komm. 7, 12558 (2016).
Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Diniz, MF, Coelho, MTP, de Sousa, FG, Hasui, É. & Loyola, R. Die unterschätzte Rolle kleiner Fragmente für die Verbreitung von Fleischfressern im Atlantischen Regenwald. Perspektive. Ökologisch. Konserv. 19, 81–89 (2021).
Google Scholar
Chambers, JQ et al. Das stationäre Mosaik aus Störung und Sukzession in einer alten Waldlandschaft im zentralen Amazonasgebiet. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. 110, 3949–3954 (2013).
Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
da Rocha, SJSS et al. Auswirkungen von Dürre auf die Kohlenstoffdynamik von Bäumen in einem sekundären Atlantikwald. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 465, 118097 (2020).
Artikel Google Scholar
da Rocha, SJSS et al. Künstliche neuronale Netze: Modellierung des Überlebens und der Sterblichkeit von Bäumen im Atlantischen Waldbiom in Brasilien. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 645, 655–661 (2018).
Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar
Souza, CR et al. Langfristige ökologische Trends kleiner Sekundärwälder des atlantischen Wald-Hotspots: Ein 30-jähriger Studienfall. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 489, 119043 (2021).
Artikel Google Scholar
Yizhao, C. et al. Die Rolle der Verweilzeit in diagnostischen Modellen der globalen Kohlenstoffspeicherkapazität: Modellzerlegung basierend auf einem nachvollziehbaren Schema. Wissenschaft. Rep. 5, 16155 (2015).
Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar
Barbosa, RI et al. Zersetzungsraten von grobem Holzabfall in ungestörten, saisonal überfluteten und nicht überfluteten Amazonaswäldern im Rio Negro-Rio Branco-Becken in Roraima. Brasilien. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 397, 1–9 (2017).
Artikel Google Scholar
Brienen, RJW et al. Langfristiger Rückgang der Kohlenstoffsenke Amazonas. Natur 519, 344–348 (2015).
Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar
Bonal, D., Burban, B., Stahl, C., Wagner, F. & Hérault, B. Die Reaktion tropischer Regenwälder auf Dürre – Lehren aus neuerer Forschung und Zukunftsaussichten. Ann. Für. Wissenschaft. 73, 27–44 (2016).
Artikel PubMed Google Scholar
Harmon, ME et al. Freisetzung von grobem, holzigem Detritus-bezogenem Kohlenstoff: Eine Synthese über Waldbiome hinweg. Kohlenstoffbilanzmanagement 15, 1 (2020).
Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar
Zhou, L., Dai, L., Gu, H. & Zhong, L. Übersicht über die Zersetzung und Einflussfaktoren von grobem Holzabfall im Waldökosystem. J. Für. Res. 18, 48–54 (2007).
Artikel Google Scholar
Russell, MB et al. Quantifizierung von Kohlenstoffspeichern und -abbau in Totholz: Ein Rückblick. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 350, 107–128 (2015).
Artikel Google Scholar
Magnússon, R. Í., Tietema, A., Cornelissen, JHC, Hefting, MM & Kalbitz, K. Tamm Rezension: Sequestrierung von Kohlenstoff aus grobem Holzabfall in Waldböden. Für. Ökologisch. Geschäftsführer Rev. 377, 1–15 (2016).
Artikel Google Scholar
Bradford, MA, Berg, B., Maynard, DS, Wieder, WR & Wood, SA Die dominanten Kontrollen bei der Abfallzersetzung verstehen. J. Ecol. 104, 229–238 (2016).
Artikel CAS Google Scholar
Fioretto, A., Di Nardo, C., Papa, S. & Fuggi, A. Lignin- und Zelluloseabbau und Stickstoffdynamik während der Zersetzung von drei Laubstreuarten in einem mediterranen Ökosystem. Bodenbiol. Biochem. 37, 1083–1091 (2005).
Artikel CAS Google Scholar
Colodette, JL & Gomes, FJB Bleichen von Zellulosezellstoff: Von der Herstellung des braunen Zellstoffs bis zum fertigen Produkt. (Herausgeber UFV, 2015).
Martínez, AT et al. Biologischer Abbau von Lignozellulose: Mikrobielle, chemische und enzymatische Aspekte des Pilzbefalls von Lignin. Int. Mikrobiol. Aus. J. Span. Soc. Mikrobiol. 8, 195–204 (2005).
Google Scholar
Fukasawa, Y., Osono, T. & Takeda, H. Dynamik der physikalisch-chemischen Eigenschaften und Vorkommen von Pilzfruchtkörpern während der Zersetzung grober Holzreste von Fagus crenata. J. Für. Res. 14, 20–29 (2009).
Artikel CAS Google Scholar
Klotzbücher, T., Kaiser, K., Guggenberger, G., Gatzek, C. & Kalbitz, K. Ein neues konzeptionelles Modell für das Schicksal von Lignin in zersetzenden Pflanzenabfällen. Ökologie 92, 1052–1062.
Artikel PubMed Google Scholar
Strukelj, M. et al. Chemische Umwandlungen in umgestürzten Baumstämmen und Baumstümpfen gemischter borealer Arten während der Zersetzung. Dürfen. J. Für. Res. 43, 785–798 (2013).
Artikel CAS Google Scholar
Mori, S. et al. Einfluss der Holzdichte und Wasserdurchlässigkeit auf die Holzzersetzungsraten von 32 Regenwaldbäumen auf Borneo. J. Plant Ecol. 7, 356–363 (2014).
Artikel Google Scholar
Pietsch, KA et al. Globaler Zusammenhang zwischen der Zersetzbarkeit von Holz und Laubstreu: Die Rolle funktioneller Merkmale innerhalb und zwischen Pflanzenorganen: Globaler Zusammenhang zwischen der Zersetzbarkeit von Holz und Laubstreu. Globus. Ökologisch. Biogeogr. 23, 1046–1057 (2014).
Artikel Google Scholar
Chambers, JQ, Higuchi, N., Schimel, JP, Ferreira, LV & Melack, JM Zersetzung und Kohlenstoffkreislauf toter Bäume in tropischen Wäldern des zentralen Amazonas. Oecologia 122, 380–388 (2000).
Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar
Meriem, S., Tjitrosoedirjo, S., Kotowska, MM, Hertel, D. & Triadiati, T. Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte im Totholz tropischer Tieflandwälder in Abhängigkeit vom Holzzerfallsstadium und der Landnutzungsintensität. Ann. Für. Res. 59, 558 (2016).
Artikel Google Scholar
Chao, K.-J. et al. Die Kohlenstoffkonzentration nimmt mit zunehmender Zerfallsklasse in Holzabfällen tropischer Wälder ab. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 391, 75–85 (2017).
Artikel Google Scholar
Moreira, AB, Gregoire, TG & do Couto, HTZ,. Holzdichte und Kohlenstoffkonzentration von grobem Holzabfall in einheimischen Wäldern, Brasilien. Für. Ökosystem. 6, 18 (2019).
Artikel Google Scholar
Bani, A. et al. Die Rolle der mikrobiellen Gemeinschaft bei der Zersetzung von Laubstreu und Totholz. Appl. Bodenöko. 126, 75–84 (2018).
Artikel Google Scholar
Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation FAO. Global Forest Resources Assessment 2020: Hauptbericht. (2020).
Rondeux, J. et al. Bewertung von Totholz anhand harmonisierter nationaler Waldinventurdaten. Für. Wissenschaft. 58, 269–283 (2012).
Artikel Google Scholar
Bundesuniversität Viçosa-UFV. Abteilung für Agrartechnik. Hauptklimatologische Station Viçosa. Wetterbericht. (2021).
Ferreira Junior, WG, Schaefer, CEGR & Silva, AF Eine pädogeomorphologische Sicht auf Waldformationen im Atlantischen Regenwald. in Ecology of Tropical Forests in Brazil 141–174 (Editora UFV, 2012).
QGIS.org. Geografisches Informationssystem QGIS. QGIS-Vereinigung. (2020).
Brasilianisches Institut für Geographie und Statistik-IBGE. Technisches Handbuch der brasilianischen Vegetation. (2012).
Brasilien. CONAMA-Resolution Nr. 392 vom 25. Juni 2007: Definition der Primär- und Sekundärvegetation für die Regeneration des Atlantischen Waldes im Bundesstaat Minas Gerais. (2007).
Harmon, ME, Whigham, DF, Sexton, J. & Olmsted, I. Zersetzung und Masse von Holzdetritus in den trockenen tropischen Wäldern der nordöstlichen Halbinsel Yucatan, Mexiko. Biotropica 27, 305 (1995).
Artikel Google Scholar
Keller, M., Palace, M., Asner, GP, Pereira, R. & Silva, JNM Grober Holzschutt in ungestörten und abgeholzten Wäldern im östlichen brasilianischen Amazonasgebiet: Grober Holzschutt im östlichen Amazonasgebiet. Globus. Biol. ändern 10, 784–795 (2004).
Artikel ADS Google Scholar
Villanova, PH et al. Nekromasse-Kohlenstoffvorrat in einem sekundären atlantischen Waldfragment in Brasilien. Wälder 10, 833 (2019).
Artikel Google Scholar
Vital, BR Technisches Bulletin: Methoden zur Bestimmung der Holzdichte. (Forest Research Society, 1984).
Brasilianischer Verband für technische Standards – ABNT. Technische Normen NBR 11941: Holz – Bestimmung der Grunddichte. (2003).
Standard-ASTM. Standardtestmethode für die chemische Analyse von Holzkohle. (ASTM International, 2009).
Lana, AQ, Salles, TT, de Carneiro, ACO, Cardoso, MT & Teixeira, RU Vergleich der Verfahren zur sofortigen chemischen Analyse von Holzkohle. Rev. Árvore 40, 371–376 (2016).
Artikel CAS Google Scholar
Choi, Y.-K. & Kan, E. Auswirkungen der Pyrolysetemperatur auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von aus Luzerne gewonnener Pflanzenkohle für die Adsorption von Bisphenol A und Sulfamethoxazol in Wasser. Chemosphere 218, 741–748 (2019).
Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar
Hauke, J. & Kossowski, T. Vergleich der Werte der Korrelationskoeffizienten von Pearson und Spearman in denselben Datensätzen. QUAGEO 30, 87–93 (2011).
Artikel Google Scholar
Puth, M.-T., Neuhäuser, M. & Ruxton, GD Effektive Nutzung der Korrelationskoeffizienten von Spearman und Kendall für den Zusammenhang zwischen zwei gemessenen Merkmalen. Anim. Verhalten. 102, 77–84 (2015).
Artikel Google Scholar
R-Kernteam. R: Eine Sprache und Umgebung für statistische Berechnungen. (2020).
Krishna, MP & Mohan, M. Abfallzersetzung in Waldökosystemen: Ein Überblick. Energieöko. Umgebung. 2, 236–249 (2017).
Artikel Google Scholar
Fukasawa, Y. & Matsuoka, S. Gemeinschaften holzbewohnender Pilze in abgestorbenen Kiefernstämmen entlang eines geografischen Gefälles in Japan. Pilz-Ecol. 18, 75–82 (2015).
Artikel Google Scholar
Schilling, JS, Kaffenberger, JT, Liew, FJ & Song, Z. Charakteristische Holzmodifikationen enthüllen die Geschichte der Zersetzergemeinschaft. PLoS ONE 10, e0120679 (2015).
Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar
Freschet, GT, Weedon, JT, Aerts, R., van Hal, JR & Cornelissen, JHC Interspezifische Unterschiede in der Holzzersetzungsrate: Erkenntnisse aus einer neuen Kurzzeitmethode zur Untersuchung der langfristigen Holzzersetzung: Neue Methode zur Beurteilung der Holzzersetzung Dynamik und Raten. J. Ecol. 100, 161–170 (2012).
Artikel Google Scholar
Harmon, ME, Fasth, B., Woodall, CW & Sexton, J. Kohlenstoffkonzentration von stehendem und umgestürztem Holzabfall: Auswirkungen von Baumtaxa, Verfallsklasse, Position und Gewebetyp. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 291, 259–267 (2013).
Artikel Google Scholar
Demuner, IF, Colodette, JL, Demuner, AJ & Jardim, CM Bioraffinerie-Rezension: Weitreichende Produkte durch Kraft-Lignin. BioResources 14, 7543–7581 (2019).
Artikel Google Scholar
Philpott, TJ, Prescott, CE, Chapman, WK & Grayston, SJ Stickstofftranslokation und -akkumulation durch einen strangbildenden Pilz (Hypholoma fasciculare) in simulierten Holzabfall. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 315, 121–128 (2014).
Artikel Google Scholar
Foudyl-Bey, S., Brais, S. & Drouin, P. Die Streuheterogenität moduliert die Pilzaktivität, die C-Mineralisierung und die N-Retention im borealen Waldboden. Bodenbiol. Biochem. 100, 264–275 (2016).
Artikel CAS Google Scholar
Rinne-Garmston, KT et al. Kohlenstofffluss aus zersetzendem Holz und seine Abhängigkeit von der Temperatur, der N 2 -Fixierungsrate des Holzes, der Feuchtigkeit und der Pilzzusammensetzung in einem Fichtenwald. Globus. Biol. ändern 25, 1852–1867 (2019).
Artikel ADS Google Scholar
Hishinuma, T., Osono, T., Fukasawa, Y., Azuma, J. & Takeda, H. Anwendung der 13C-NMR-Spektroskopie zur Charakterisierung organischer chemischer Komponenten zersetzender grober Holzabfälle aus verschiedenen Klimaregionen. Ann. Für. Res. 58, 3 (2015).
Artikel Google Scholar
Yang, F.-F. et al. Dynamik von grobem Holzabfall und Zersetzungsraten in einem Urwald im unteren tropischen China. Für. Ökologisch. Geschäftsführer 259, 1666–1672 (2010).
Artikel Google Scholar
Fujisaki, K. et al. Zersetzungskinetik und organische Geochemie von Holzabfällen in einem Ferralsol in einem feuchten tropischen Klima: Zersetzung von Holzabfällen. EUR. J. Bodenwissenschaft. 66, 876–885 (2015).
Artikel CAS Google Scholar
Jacob, M., Viedenz, K., Polle, A. & Thomas, FM Laubstreuzersetzung in gemäßigten Laubwaldbeständen mit einem abnehmenden Buchenanteil (Fagus sylvatica). Oecologia 164, 1083–1094 (2010).
Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar
Purahong, W. et al. Auswirkungen von Waldbewirtschaftungspraktiken in Buchenwäldern gemäßigter Zonen auf Bakterien- und Pilzgemeinschaften, die am Abbau von Laubstreu beteiligt sind. Mikrob. Ökologisch. 69, 905–913 (2015).
Artikel PubMed Google Scholar
Stefanidis, SD et al. Eine Studie zur Pyrolyse von Lignozellulose-Biomasse durch die Pyrolyse von Zellulose, Hemizellulose und Lignin. J. Anal. Appl. Pyrolyse 105, 143–150 (2014).
Artikel CAS Google Scholar
Bonanomi, G. et al. Die durch Festkörper-13C-NMR-Spektroskopie beurteilte Abfallqualität sagt die Zerfallsrate besser voraus als die C/N- und Lignin/N-Verhältnisse. Bodenbiol. Biochem. 56, 40–48 (2013).
Artikel CAS Google Scholar
Morris, D., Wiebe, S., Luckai, N. & Reid, D. Nährstoffrückhalte- und Auslaugungspotenzial von groben Holzbolzen, die aus abgeholzten und verbrannten Hochland-Borealstandorten gesammelt wurden: Ein Gewächshaus-Vernebelungsexperiment. Boreale Umgebung. Res. 20, 45–61 (2015).
Google Scholar
Kahl, T., Mund, M., Bauhus, J. & Schulze, E.-D. Gelöster organischer Kohlenstoff aus europäischen Buchenstämmen: Muster des Eintrags und der Speicherung durch den Oberflächenboden. Écoscience 19, 364–373 (2012).
Artikel Google Scholar
Herrmann, S., Kahl, T. & Bauhus, J. Zersetzungsdynamik grober Holzreste von drei wichtigen mitteleuropäischen Baumarten. Für. Ökosystem. 2, 27 (2015).
Artikel Google Scholar
Hill, CAS Holzmodifikation: Chemische, thermische und andere Prozesse (Wiley, 2006).
Buchen Sie Google Scholar
Yang, H. et al. Eingehende Untersuchung der Biomassepyrolyse basierend auf drei Hauptkomponenten: Hemizellulose, Zellulose und Lignin. Energy Fuels 20, 388–393 (2006).
Artikel CAS Google Scholar
Stelte, W. et al. Eine Untersuchung der Bindungs- und Versagensmechanismen in Brennstoffpellets aus verschiedenen Biomasseressourcen. Biomass Bioenergy 35, 910–918 (2011).
Artikel CAS Google Scholar
Garcia-Maraver, A., Salvachúa, D., Martínez, MJ, Diaz, LF & Zamorano, M. Analyse der Beziehung zwischen dem Zellulose-, Hemizellulose- und Ligningehalt und dem thermischen Verhalten der Restbiomasse von Olivenbäumen. Abfallmanagement 33, 2245–2249 (2013).
Artikel CAS PubMed Google Scholar
Nassar, MM & MacKay, GDM Mechanismus der thermischen Zersetzung von Lignin. Holzfaserwissenschaft. 16, 441–453 (1984).
CAS Google Scholar
Poletto, M. Einfluss des Extraktgehalts auf die thermische Stabilität von zwei Holzarten aus Brasilien. Maderas Cienc. Tecnol. 18, 435–432 (2016).
CAS Google Scholar
Cornwell, WK et al. Pflanzenmerkmale und Holzschicksale auf der ganzen Welt: Verrottet, verbrannt oder verbraucht? Globus. Biol. ändern 15, 2431–2449 (2009).
Artikel ADS Google Scholar
De la Cruz, FB, Yelle, DJ, Gracz, HS & Barlaz, MA Chemische Veränderungen während der anaeroben Zersetzung von Hartholz, Weichholz und altem Zeitungspapier unter mesophilen und thermophilen Bedingungen. J. Agrar. Lebensmittelchem. 62, 6362–6374 (2014).
Artikel PubMed Google Scholar
Referenzen herunterladen
Wir möchten uns bei allen Studierenden bedanken, die an den Feldarbeiten teilgenommen haben. Wir danken der Minas Gerais Research Foundation (FAPEMIG: Grant # APQ-03088-18) und der Fundação Arthur Bernardes (FUNARBE: Grant # Funarpeq-4292) für die Unterstützung bei der Feldarbeit. Wir danken der Koordination für die Verbesserung des Hochschulpersonals Brasiliens (CAPES: Grant # 88887.319055/2019-00) und dem Nationalen Rat für wissenschaftliche und technologische Entwicklung (CNPq: Grant #309128/2020-0 und Grant #140467/2017- 3) für Stipendien.
Abteilung für Forstwirtschaft, Bundesuniversität Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brasilien
Paulo Henrique Villanova, Carlos Moreira Miquelino Eleto Torres, Laércio Antônio Gonçalves Jacovine, Angélica de Cássia Oliveira Carneiro, Bruno Leão Said Schettini, Maria Paula Miranda Xavier Rufino und Mariany Filipini de Freitas
Abteilung für Böden, Bundesuniversität Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, Brasilien
Fabiane Carvalho Ballotin
Abteilung für Forstwirtschaft, Bundesuniversität Lavras, Lavras, Minas Gerais, Brasilien
Samuel José Silva Soares da Rocha
Abteilung für Forstwirtschaft, Bundesuniversität São João del-Rei, Sete Lagoas, Minas Gerais, Brasilien
Renato Vinícius Oliveira Castro
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen
PHV: Untersuchung; Schreiben – Originalentwurf; Formale Analyse. CMMET: Aufsicht; Projektverwaltung; Akquise von Fördermitteln; Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten. LAGJ: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; Validierung. ACOC: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; Formale Analyse. FCB: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; Validierung; Formale Analyse. BLSS: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; Formale Analyse. SJSSR: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; Formale Analyse. MPMXR: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; Formale Analyse. MFF: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten. RVOC: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; Validierung.
Korrespondenz mit Paulo Henrique Villanova.
Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.
Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.
Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Nachdrucke und Genehmigungen
Villanova, PH, Torres, CMME, Jacovine, LAG et al. Physikalische und chemische Eigenschaften von grobem Holzabfall, der dem natürlichen Zersetzungsprozess in einem sekundären atlantischen Waldfragment in Brasilien ausgesetzt wurde. Sci Rep 13, 7377 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34526-9
Zitat herunterladen
Eingegangen: 10. November 2022
Angenommen: 03. Mai 2023
Veröffentlicht: 05. Mai 2023
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34526-9
Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:
Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.
Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt
Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.