Universität zu Köln

Hense, Jonathan Boray (2016). Oribatid mite (Acari: Oribatida) and Chironomid (Diptera: Chironomidae) communities from a high-Andean cushion peatland in Peru (14°S) and their use for palaeoenvironmental reconstruction during the Nasca cultural period. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF Dissertation_Hense_2016_PRINT.pdf - Accepted Version Download (39MB)

Abstract

The edaphic Oribatid mites and Chironomid larvae of five different successional stages of a high-Andean cushion peatland in southern Peru (14°S) were investigated. In total, 17 Oribatid mite taxa, belonging to eight families could be identified. Taxonomic remarks for the species found and an analysis of community structures are provided. The investigation shows significantly higher Oribatid mite densities in the early and medium successional stages in comparison to the successional climax ecotope. From the Chironomids, 11 taxa belonging to three subfamilies could be identified. For the taxa found, taxonomic descriptions and an analysis of community structures are also provided. Within the successional rank order of the peatland, the abundance of Chironomids is highest in pioneer soils, followed by mid-successional and degraded soils. Subsequently, a biogeographical investigation is presented of the Oribatid mite fauna from the high Andes is. Only 39 sampling sites, ranging from 3000-5200 m altitude from southern Ecuador (4°S) to mid-Argentina (34°S), have been sampled before. Only seven of these sampling sites can be assigned to cushion peatlands. For all available sampling sites, a diversity analysis was carried out, which revealed 219 species from 116 genera, comprising 51 families from the high Andes >3000 m a.s.l.. For cushion peatlands, 48 species from 34 genera, comprising 18 families were identified, of which only nine species were found in two or more sampling sites. In the high Andes, the γ-diversity of Oribatid mites shows evident fluctuations with latitude. At low latitudes <10°S, species richness is high with >30 species. With increasing latitude, the richness declines to seven species at 19°S before it increases again to 14 species at >30°S. This fluctuation is probably associated with changes in precipitation. The analysis reveals that the high Andean Oribatid mite community is highly nested at both the genus- and species-level, and shows a zonal character for the community in contrast to the azonal occurrence of cushion peatlands; a significant change in the taxonomic composition of the community is indicated at about 4-7°S. In a subsequent geochemical investigation, the soil conditions (water content, C/N ratios, conductivity, pH and element content) of 38 samples from five ecotopes of the selected peatland in southern Peru were analysed. The data reveal the ecological heterogeneity of the peatland with strong variations in nutrient availability (very poorly oligotrophic - strongly mesotrophic), soil wetness (dry - saturated) and element content (e.g. in As, Cr, Cu, Fe, K, Pb and Rb). On the basis of these results, an advanced succession model is proposed for the different peatland ecotopes. Furthermore, the geochemical data were used to reveal microhabitat descriptions, community responses and the soil condition indicator potential of the Oribatid mite and Chironomid communities. From the Oribatid mites, seven indicators were assessed, with six species indicating low soil wetness <58%, and a single species indicating high soil wetness >73%. From the Chironomids, five indicator taxa were revealed, with four taxa indicating soil wetness of 80-81%, and a single taxon indicating soil wetness >81%. Finally, to apply the autecological data to the palaeoecological record, the Oribatid mite and Chironomid subfossil assemblages were investigated in a 152 cm-long core, retrieved from the cushion peatland, which represents a record covering 1064 years (1924-860 cal yr BP; 26-1090 AD). 16 Oribatid mite species and 12 Chironomid taxa were identified, with five significant indicator taxa from each being used to reconstruct soil wetness quantitatively, by employing a modern analogue technique (MAT) model. The model predicts a humid period from 1924-1426±22 yr BP (26-524±22 AD) with a significant dry spell occurring from 1601±35-1543±24 yr BP (349±35-407±24 AD), and which was fully established by 1567 yr BP (383 AD). After 1426±22 yr BP (524±22 AD), the soil wetness shifted to drier conditions and remained stable until 860 yr BP (1090 AD). The reconstructed soil wetness fluctuations are supported by supra-regional signals revealed by other studies and coincide with migration movements and cultural changes of the Nasca people in the Peruvian costal area. This investigation confirms the sensitivity of the high-Andean cushion peatlands for climate fluctuations and highlights the strong dependency of the foothill region and the local population on the water supply from the high Andes. The water supply is essentially controlled by the peatlands in the headwaters, which basically act as water storages and drainage controllers. The results emphasise the need for a sustained conservation effort to protect the high-Andean cushion peatlands, which are nowadays endangered by mining activities and overgrazing.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Die Oribatiden (Acari: Oribatida) und Chironomiden (Diptera: Chironomidae) Gemeinschaften eines hochandinen Hartpolstermoores in Peru (14°S) und deren Verwendung zur Paläoklimarekonstruktion in der Nasca-Periode German Comunidades de oribátidos (Acari: Oribatida) y quironómidos (Diptera: Chironomidae) en un bofedal altoandino en Perú (14°S) y su utilidad en la reconstrucción paleoambiental durante el periodo cultural Nasca Spanish
Translated abstract:	Abstract Language Die edaphischen Oribatiden und Chironomiden-Larven aus fünf verschiedenen Sukzessionsstadien eines hochandinen Hartpolstermoores in Süd-Peru (14°S) wurden untersucht. Insgesamt konnten 17 Oribatiden Arten aus acht Familien identifiziert werden. Zu den nachgewiesenen Arten wurden taxonomische Hinweise zusammengestellt und eine Strukturanalyse der nachgewiesenen Gemeinschaft erstellt. Die Untersuchung zeigt, dass im frühen und mittleren Sukzessionsstadium des Moores signifikant mehr Oribatiden nachweisbar sind als im Klimaxstadium. Bei den Chironomiden konnten 11 Taxa aus drei verschiedenen Unterfamilien identifiziert werden. Für die nachgewiesenen Arten wurden taxonomische Hinweise verfasst und eine Analyse der Gemeinschaftsstruktur durchgeführt. In dem Moorbereich, der erste Pionierbesiedlung von polsterbildenden Pflanzen aufwies, konnten am meisten Chironomiden nachgewiesen werden, gefolgt vom mittleren Sukzessionsstadium und vom degradierten Moorbereich. Anschließend erfolgte eine biogeographische Analyse der Oribatiden-Gemeinschaft der Hochanden. Bis jetzt sind zwischen Süd-Ecuador (4°S) und Zentral-Argentinien (34°S) nur 39 Probeflächen in der Höhenstufe zwischen 3000-5200 m NN untersucht worden, von denen sieben als Polstermoor klassifiziert werden konnten. Insgesamt wurden 219 Arten aus 116 Gattungen und 51 Familien in den Hochanden >3000 m NN nachgewiesen. Aus Hartpolstermooren sind 48 Arten aus 34 Gattungen und 18 Familien bekannt. Neun dieser Arten konnten in zwei oder mehr Mooren nachgewiesen werden. Die γ-Diversität innerhalb der Hochanden ändert sich mit zunehmender geographischer Breite: bei <10°S ist die Diversität mit >30 Arten pro Probefläche hoch, verringert sich dann auf sieben Arten bei ca. 19°S und nimmt anschließend mit mehr als 14 Arten pro Probefläche bei >30°S wieder zu. Diese Schwankung der Diversität kann statistisch mit Änderungen der Niederschlagsmenge in den Hochanden assoziiert werden. Die Analyse der Artgemeinschaft der Hochanden zeigt, dass diese sowohl auf Art- wie auch auf Gattungsebene aus vielen unabhängigen Untergruppierungen besteht. Außerdem deutet die Analyse einen signifikanten Wechsel der Oribatiden-Artengemeinschaft der Anden im Hinblick auf ihre systematische Zusammensetzung bei 4-7°S hin. Für die Artengemeinschaft der Moore konnte ein eher zonaler Einfluss auf die Zusammensetzung festgestellt werden, wohingegen das Vorkommen der typischen Polsterpflanzen, die die Vegetation der Moore bestimmen, azonal ist. Im Anschluss werden die Ergebnisse einer geochemischen Analyse verschiedener Bodenparameter (Bodenfeuchte, C/N Verhältnis, Leitfähigkeit, pH-Wert und Elementgehalte) der unterschiedlichen Sukzessionsstadien des Moores in Süd-Peru vorgestellt. Die Daten zeigen heterogene Umweltbedingungen in den Böden mit starken Schwankungen der Nährstoffverfügbarkeit (oligotroph bis mesotroph), der Bodenfeuchte (trocken bis gesättigt) und der Elementgehalte (z.B. von As, Cr, Cu, Fe, K, Pb und Rb). Auf der Basis dieser Ergebnisse wurde ein erweitertes Sukzessionsmodell für das Moor erstellt. Außerdem wurden die Mikrohabitate der nachgewiesenen Oribatiden- und Chironomidengemeinschaften herausgearbeitet, die Einflüsse der Bodenparameter auf die Abundanz der Gemeinschaften modelliert und das Potential einzelner Taxa als Indikatoren für verschiedene Bodenbedingungen getestet. Dabei konnten sechs Arten der Oribatiden als signifikante Indikatoren für trockene Böden <58% und eine Art als Indikator für Bodenfeuchte >73% identifiziert werden. Von den nachgewiesenen Chironomiden konnten vier Indikatoren für Bodenfeuchte zwischen 80-81% und ein Indikator für Bodenfeuchte >81% herausgestellt werden. Abschließend wurde auf Basis der vorhergehenden Untersuchungen ein 152 cm langer Torfbohrkern aus dem Moor paläoökologisch untersucht, der einen Zeitraum von 1064 Jahren von 1924-860 kal. a BP (26-1090 n. Chr.) abdeckt. In diesem Zeitfenster wurden die subfossil abgelagerten Oribatiden und Chironomiden analysiert. 16 Oribatiden-Arten und 12 Chironomiden-Taxa konnten identifiziert werden, von denen jeweils fünf in der vorhergehenden Untersuchung als signifikante Indikatoren für die Bodenfeuchte definiert worden waren. Auf dieser Grundlage wurde der Wassergehalt des Bodens mit Hilfe der Modern Analogue Technik (MAT) quantitativ rekonstruiert. Die rekonstruierten Werte zeigt stabil feuchte Bedingungen zwischen 1924-1426±22 a BP (26-524±22 n. Chr.) mit einer kurzen Unterbrechung mit trockeneren Bedingungen zwischen 1601±35-1543±24 a BP (349±35-407±24 n. Chr.), die um 1567 a BP (383 n. Chr.) voll ausgeprägt waren. Nach 1426±22 a BP (524±22 n. Chr.) ändern sich die Bedingungen dauerhaft hin zu trockeneren Bedingungen, die bis zum Ende des Untersuchungszeitraums um 860 a BP (1090 n. Chr.) andauern. Vergleiche mit den Ergebnissen anderer über-regionaler Paläoklimauntersuchungen bestätigen die rekonstruierten Schwankungen der Umweltbedingungen. Außerdem überscheiden sich die festgestellten Änderungen der Wasserversorgung des Moores zeitlich mit Wanderungsbewegungen und kulturellen Veränderungen innerhalb des Volkes der Nasca in der Küstenregion Südperus. Diese Untersuchung zeigt die hohe Sensibilität der Hartpolstermoore der Hochanden für Klimaschwankungen und betont die starke Abhängigkeit der Bereiche des Andenvorlandes und damit auch der dort lebenden Bevölkerung von der Wasserversorgung aus den Bergen. Die Versorgung wird maßgeblich von den Hartpolstermooren im Hochland beeinflusst, die Wasser speichern und den Wasserabfluss regulieren. Dadurch wird auch die Dringlichkeit des Schutzes dieses so wichtigen Ökosystems, das heutzutage durch Bergbau und durch starke Überbeweidung bedroht ist, verdeutlicht. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Hense, Jonathan Boray jonathan.hense@posteo.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-74244
Date:	2016
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Zoologisches Institut
Subjects:	Natural sciences and mathematics Earth sciences Life sciences History of ancient world
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Oribatida, Chironomida, Nasca, palaeoenvironment, palaeoecological reconstruction, cushion peatlands, bofedales, Andes, taxonomy, biogeography, ecology English Oribatiden, Chironomiden, Nasca, Paläoumwelt, Paläoökologische Rekonstruktion, Hartpolstermoore, Bofedales, Anden, Taxonomie, Biogeography, Ökologie UNSPECIFIED
Date of oral exam:	28 February 2016
Referee:	Name Academic Title Bonkowski, Michael Prof. Dr. Schäbitz, Frank Prof. Dr. Veit, Heinz Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/7424