In Amazonien dominieren nährstoffarme Oxisole und Ultisole, die nur schwer nachhaltig nutzbar sind. Innerhalb dieser Bodenlandschaft kommen allerdings aufgrund langandauernder anthropogener Nutzung durch präkolumbische Indianer tiefhumose, nachhaltig bewirtschaftbare Böden vor. Unsere bisherigen Untersuchungen belegen, dass die hohen und stabilen Humusvorräte dieser Böden maßgeblich auf pyrogenen Kohlenstoff zurückzuführen sind. Ungeklärt ist bisher die Herkunft ihrer hohen Nährstoffgehalte (bes. N, P, Ca, Mg). Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es deshalb, durch die kleinräumige Analyse von Biomarkern und ihrer Stabilisotopenverhältnisse sowie von P-Bindungsformen Hinweise auf die Terra Preta-Genese zu bekommen. Insbesondere soll zwischen dem Eintrag menschlicher und tierischer Exkremente sowie zwischen aquatischer und terrestrischer Biomasse unterschieden werden. Von den Ergebnissen der Untersuchungen erwarte ich gezielte Aussagen über die Anreicherung der Terra Preta-Böden mit Nährstoffen sowie die Heterogenität der Eintragspfade.
Im zweiten Projektjahr wurden die Versuchsflächen ergänzt. Eine im ersten Jahr missglückte Anpflanzung (Pappel) wurde wiederholt, und eine neue Versuchsfläche im Bereich Oststeiermark-Südburgenland wurde im Raum Hartberg gefunden und angelegt. Weiters wurden Demonstrationsflächen mit den bisher besten Pappel- und Weidenklonen im Raum Haag (Mostviertel, NÖ) angelegt. Diese Flächen sind alle wunschgemäß angewachsen. Ein Aussaatversuch mit Robinie schlug jedoch wegen der heißen Witterung im Frühjahr 2012 fehl. Die Pappelflächen wurden auf Rostbefall bonitiert; die Selektionen des BFW aus nordamerikanischen Schwarzpappeln zeigen sich als sehr vielversprechend. Bei den Weiden wurde die Tullner Versuchsfläche zurückgeschnitten, und die Aufwüchse des ersten Jahres wurden vermessen und gewogen. Es wurden Biomasse-Erträge bis zu 13 Tonnen pro Hektar und Jahr ermittelt. Im Labor wurde die Amplifikation von Genen aus Pappeln und Weiden fortgesetzt und um Versuche mit extrahierter RNA ergänzt.
Waldökosysteme sind bedeutende terrestrische Kohlenstoffsenken, die große Mengen an CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen. Der Kohlenstoff wird sowohl in der Baumbiomasse als auch im Boden festgelegt. Schätzungen der Vorräte an organischem Kohlenstoff basieren im Allgemeinen auf der Anwendung allometrischer Biomassefunktionen, die den Stammdurchmesser und die Höhe der Bäume für die Berechnung der Baumbiomasse nutzen. Folglich wird in den Biomassegleichungen ausschließlich die äußere Form der Bäume ausgenutzt, während Holzzersetzung im Stamminneren und Baumhöhlungen vernachlässigt werden. Diese Vorgehensweise ist sicher für viele Bäume gerechtfertigt, solange sie keine Bereiche mit reduzierter Holzdichte durch Holzzersetzung und keine Höhlungen aufweisen. In einer aktuellen Studie von 2018 wiesen allerdings Lutz und Mitarbeiter darauf hin, dass alte Bäume mit großem Stammdurchmesser in stark überdurchschnittlichem Ausmaß zur gesamten Waldbiomasse beitragen. Die Autoren schlussfolgerten, dass die größten 1 % der Bäume global in etwa 50 % der gesamten oberirdischen Waldbiomasse stellen würden. Vor diesem Hintergrund kann die Holzzersetzung im Stamminneren in großen Altbäumen sehr wohl ins Gewicht fallen, da sie zu einer Überschätzung der gesamten Kohlenstoffvorräte von Wäldern führen würde. Im vorliegenden Projekt hinterfragen wir daher die Schlussfolgerungen von Lutz und Mitarbeitern, da wir davon ausgehen, dass vor allem die alten und großen Bäume besonders anfällig für Holzzersetzung im Stamminneren sind, was zu einem Schätzfehler für die Biomasse des gesamten Bestandes führen würde, wenn diese von den größten Bäumen dominiert wird. Wir bezweifeln daher, ob Biomasseschätzungen, die sich nur auf die äußere Form beziehen, in diesem Zusammenhang gerechtfertigt sind. Unser Projekt hat deswegen zum Ziel, den Einfluss von Holzzersetzung im Stamminneren und Baumhöhlungen auf die Baumbiomasse in Bäumen unterschiedlicher Größenklassen zu analysieren. Durch den kombinierten Einsatz von Schalltomographie, elektrischer Widerstandstomographie und der Entnahme von Holzbohrkernen beabsichtigen wir die Masseverluste durch Holzzersetzung im Stamminneren in die Biomasseschätzungen zu integrieren, indem der angenommene Massenverlust von der Baumbiomasse, die mit Hilfe konventioneller Biomassefunktionen bestimmt wurde, subtrahiert wird. Diese Untersuchungen sollen in ausgewählten temperaten und borealen Waldökosystemen durchgeführt werden, um die Hypothese zu testen, dass die oberirdische Biomasse der 1 % größten Bäume deutlich weniger als 50 % der gesamten oberirdischen Bestandesbiomasse entspricht, sobald reduzierte Holzdichten durch Vermorschung im Stamminneren und Baumhöhlungen in die Biomasseschätzung einbezogen werden.
Gemessen an der Holzproduktion hat die Produktivität vieler Waldstandorte in Europa in den vergangenen Jahrzehnten zugenommen. Zahlreiche Befunde belegen für verschiedene Baumarten, Standorte und Regionen ein gesteigertes Volumenwachstum der Waldbestände im Vergleich zu früher. Für die Nadelhölzer ist bekannt, dass breitere Jahrringe im Mittel eine geringere mittlere Holzdichte aufweisen. So stellt sich die Frage, ob die erhöhte Volumenproduktion gleichbedeutend ist mit einer Erhöhung der Biomasseproduktion, oder ob sich die produzierte Biomasse lediglich auf ein größeres Holzvolumen verteilt. In dem Forschungsvorhaben wollen wir aufklären, ob sich die Dichte der Jahrringe unter Berücksichtigung des gesteigerten Wachstums langfristig verändert hat. Dazu untersuchen wir anhand von Stammscheiben verschieden alter Bäume der Baumarten Fichte (Picea abies) und Buche (Fagus sylvatica) die Zusammenhänge zwischen der Jahrringdichte, der Jahrringbreite, dem Baumalter, dem Kambialalter und dem Kalenderjahr. Das Untersuchungsmaterial stammt sowohl von großräumigen Wachstumserhebungen als auch von experimentellen Düngungs-Versuchsflächen. Die Holzdichte der Jahrringe wird mit dem Verfahren der Hoch-Frequenz-Densitometrie (HF-Densitometrie) ermittelt. Die Frage nach trendhaften Veränderungen der Holzdichte und Biomasseproduktion ist relevant für die Abschätzung der Kohlenstoffbindung der Wälder und auch für die Beurteilung der Qualitätseigenschaften des produzierten Holzes.
Naturwaldreservate (Naturwald-Programm) Naturwald-Programm der Landesforstverwaltung; Ausweisung, Betreuung und Untersuchung von Naturwaldreservaten und Naturwaldvergleichsflächen in Mecklenburg- Vorpommern. Die Landesregierung Mecklenburg-Vorpommerns hat am 5. Dezember 1995 die Ziele und Grundsätze einer naturnahen Forstwirtschaft in Mecklenburg-Vorpommern beschlossen. Hier wurde festgelegt, die Naturwaldreservatsforschung durch die Landesforstverwaltung zu betreiben. Mit der Ausweisung und Unterhaltung von Naturwaldreservaten und Naturwaldvergleichsflächen beteiligt sich die Landesforstverwaltung an primär waldökologischer Forschung, wie sie bundesweit schon länger betrieben wird, wobei die Untersuchungsobjekte unter verschiedenen Bezeichnungen (Bannwälder, Naturwaldzellen, Naturwälder etc.) geführt werden. Die Auswahl repräsentativer Waldflächen und die Einstellung jeglicher Maßnahmen ("Urwälder von Morgen") lassen erkennen, welche Bedeutung der waldökologischen Forschung auf diesen Flächen für die naturnahe Bewirtschaftung und auch im Hinblick auf die verschiedenen Belange des Naturschutzes im Wirtschaftswald zukommt. Das Naturwald-Programm unterstützt weitgehend die Leitlinien für eine nachhaltige Waldbewirtschaftung, die auf europäischer und internationaler Ebene (wie z. B. auf den Europäischen Ministerkonferenzen von Helsinki 1993 und Lissabon 1998) beschlossen wurden. Mit Stand 01.01.2010 sind im Gesamtwald Mecklenburg-Vorpommerns 35 Naturwaldreservate mit einer Waldfläche von insgesamt 1400 ha ausgewiesen. Begriffsbestimmungen Naturwaldreservate (NWR) sind Waldflächen, die in ihrer Entwicklung sich selbst überlassen bleiben. Alle Störungen ihres Zustandes und der ablaufenden natürlichen Prozesse werden hier vermieden. Naturwaldvergleichsflächen (NWV) sind naturnah zu bewirtschaftende Waldflächen, die einem unmittelbaren Vergleich mit NWR auf der Grundlage wissenschaftlicher Erhebungen dienen. Sie weisen ähnliche Standorts- und Bestockungsverhältnisse wie die NWR auf, denen sie räumlich zugeordnet werden. NWR und zugeordnete NWV werden generell als Untersuchungseinheit (NWR/V) betrachtet.
Die Auswirkung der prognostizierten Klimaveränderungen auf Wachstum und Produktivität von Fichte und Buche werden aktuell noch immer kontrovers diskutiert. Die Analyse der inter- und intraannuellen Wachstumsdynamik unter verschiedenen ökologischen Bedingungen wird detaillierte Einblicke zu Resilienz- und Anpassungspotential des Dickenwachstums im Hinblick auf klimatische Extremereignisse und Umweltveränderungen bereitstellen. Diese Studie basiert auf der geplanten Auswertung von einzigartig langen Zeitreihen von Dendrometermessungen, welche in drei dendroökologischen Messstationen des Instituts für Waldwachstum, entlang eines Höhengradienten im südwestlichen Deutschland gesammelt wurden. In den drei Versuchsflächen wird durch automatische Präzisions-Dendrometer die Radialveränderungen der Schäfte von Buchen- und Fichtenuntersuchungsbäumen kontinuierlich seit 1990 (in 1250 m Höhenlage) und 1997 (in 450 m und 750 m Höhenlage) in hoher zeitlicher Auflösung (alle 15 Minuten) aufgezeichnet. Für den gleichen Zeitram werden in diesen Versuchsflächen auch meteorologische und pedologische Parameter erfasst. Ergänzende Umweltdaten stehen von der nahegelegenen Messstation des deutschen Umweltbundesamt es zur Verfügung, welche außerdem hochauflösende Zeitreihen der troposphärischen CO2 Konzentration beinhalten. Zur Erweiterung der retrospektiven Analyse werden Stammscheiben und Bohrkerne von Dendrometerbäumen und deren Nachbarbäumen entnommen. Der innovative Ansatz, lange Dendrometerzeitreihen mit Parametern wie Jahrringbreite, Zellstruktur, intra-annuellem Dichteprofil sowie mit Daten aus eingehenden Studien zur kambialen Aktivität und Jahrringbildung zu kombinieren, bietet eine einmalige Gelegenheit unser Verständnis und das Wissen über Interaktionen von verschiedenen Umweltfaktoren mit der kurz-, mittel- und langfristigen Wachstumsdynamik von den zwei wichtigen Baumarten der deutschen Forstwirtschaft zu vertiefen.
Ziel des Projektes ist die Verbindung der Untersuchung kurz- bis mittelfristiger Reaktionen von Waldökosystemen auf Veränderungen des Nutzungsregimes hinsichtlich Waldstruktur, Verjüngungsdynamik, Baumvitalität, Kohlenstoffumsatz und -speicherung mit der Entwicklung eines geeigneten Monitoringsystems welches das langfristige effiziente Monitoring dieser Faktoren ermöglicht und damit übertragbar auf andere Standorte ist. Zum einen werden wir zeigen, ob und welche Anpassungen mittelfristig (dekadische Skala) nach Managementänderung eintreten. Zum anderen wird das Monitoringsystem auch an anderen Standorten die effektive Erfassung und Bewertung von waldbaulichen Maßnahmen zur Klimaanpassung hinsichtlich Kohlenstoffsequestrierung, Walddynamik sowie Natürlichkeit und Diversität holzbewohnender Fauna ermöglichen. Um die gesteckten Ziele zu erreichen, bedarf es der inter-disziplinären Zusammenarbeit der beteiligten Projektpartner. Ein experimenteller Teil stellt sicher, dass auch hinsichtlich der Walddynamik Effekte beobachtet werden können. In Teilprojekt 3 wird der Effekt von langfristigen Klimatrends und kurzfristigen Wetterextremen auf die Kohlenstoffspeicherung in der Baumbiomasse repräsentativer Bestände erfasst. Dabei wird der Bewirtschaftungsart und dem Einfluss der Kronendachlücken auf diese Dynamik besondere Beachtung geschenkt, um daraus möglichst einfach zu erhebenden Indikatoren für das geplante Monitoringsystem abzuleiten. Geplant ist eine Kombination von retrospektiven Untersuchungen der Wachstumsdynamik mittels dendro-ökologischer Methoden und einem Monitoring während der Projektlaufzeit durch Banddendrometer und Kurzkerne. Zusammen mit TP2 können dadurch sowohl die langfristige C-Speicherung, als auch deren kurzfristige Dynamik in Boden und Vegetation analysiert werden.
Die Mobilisierung von Dendromasse aus Wäldern zur Bioenergiegewinnung ist limitiert. Die schnellwachsende Gattung Salix ist hervorragend geeignet für die Anpflanzung in Kurzumtriebsplantagen und Nutzung des Kernholzes für die Bioenergie. Die Weidenrinde könnte zusätzlich für pharmazeutische Zwecke genutzt werden. Bisher existieren keine Untersuchungen und Korrelationen von pharmakologischen Effekten zu einzelnen bioaktiven Sekundärmetaboliten der Weidenrinde. Auch wurden die Phytopharmaka aus Weidenrinde bisher nur hinsichtlich ihres Salicingehaltes bewertet, während andere Sekundärmetabolite unberücksichtigt blieben. Die Züchtungsprogramme konzentrierten sich bisher auf die Biomasseproduktion und nicht auf bioaktive Substanzen. Deshalb soll in der geplanten Studie die natürliche genetische Biodiversität von Weidenarten genutzt werden, um durch gezielte Kreuzungen unterschiedliche Chemotypen zu generieren, welche hinsichtlich ihrer Bioaktivität bzw. therapeutischen Potentials getestet werden. Im Vorhaben sollen wüchsige Weidenklone mit hohem therapeutischem Potential identifiziert werden, welche zur Nutzung als Phytopharmaka geeignet sind. Zunächst wird das Sekundärmetabolitprofil der Rinde von vielversprechenden Salix-Arten sowie inter- und intraspezifische Kreuzungen bestimmt. Gesamtextrakte von Weidenrindenklonen mit einem unterschiedlichen Chemoprofil werden in humanen Zellassays getestet und zu positiven Wirkungen korreliert. Mögliche Toxizität und ungewollte Wechselwirkungen werden erfasst. Auch wird die Bioaktivität sowie Bioverfügbarkeit der Extrakte in Zellassays und Tierversuchen zu den in der Rinde vorhandenen sekundären Pflanzeninhaltsstoffen korreliert. In weiterführenden Untersuchungen werden die relevanten bioaktiven Komponenten aktivitätsorientiert isoliert und identifiziert. Weidenklone mit dem gewünschten therapeutischen Inhaltsstoffprofil und guter Wachstumsparameter werden generiert.