Zweck der Waldkalkungen ist, der zum Teil tief reichenden Versauerung der Waldböden entgegenzuwirken. Die fortschreitende Versauerung der Böden geht mit erheblichen Schädigungen des Ökosystems Wald einher. So werden mit sinkenden pH-Werten (Säuregradmesser) das giftige Aluminium und Schwermetalle ausgewaschen, die die Wurzeln der Bäume schädigen und ins Grundwasser verlagert werden. Auch Nährstoffe werden dem Boden entzogen und stehen damit den Pflanzen nicht mehr zur Verfügung. Durch die Kalkungsmaßnahmen werden die Waldböden sozusagen mit einer Schutzhülle aus Kalk bedeckt. Der Kalk soll die über die Niederschläge eingetragenen Säuremengen in den obersten Bodenschichten über einen gewissen Zeitabschnitt neutralisieren, um damit den Bodenzustand zu stabilisieren und ggfs. auch wieder zu verbessern. Die Kalkung dient zudem auch dem Grundwasser- und damit letztlich dem Trinkwasserschutz. Besonders kalkungsbedürftig sind die Waldflächen der Buntsandsteingebiete im Saarland, da deren Böden von Natur aus ein nur geringes Pufferungsvermögen gegenüber Säureeinträgen aufweisen. Den Kalkungsmaßnahmen vorausgegangen waren bodenchemische Analysen durch das Landesamt für Umwelt und Arbeitsschutz (LUA), um zuverlässige Aussagen über den Bodenzustand zu erhalten. Im Anschluss an die Kompensationskalkung wird es weitere Untersuchungen im Sinne einer Wirkungskontrolle geben. Von der Kalkung ausgeschlossen werden einerseits aus Naturschutzgründen sensible Flächen (z.B. Naturschutzgebiete, Naturwaldzellen u.ä.). Anderseits werden Verkehrsflächen und siedlungsnahe Flächen ausgeschlossen. Die Kompensationskalkung erfolgt ausschließlich in der vegetationsarmen Zeit, da nur dann sichergestellt ist, dass eine möglichst große Kalkmenge den Boden auch erreicht. Ausgebracht wird der Magnesiumkalk per Hubschrauber. Bei einer Menge von etwa 3 Tonnen pro Hektar können so pro Tag zwischen 60 und 75 Hektar Wald behandelt werden.
Mykorrhizen sind in der Lage, das Wachstum der Bäume durch erhöhte Aufnahme von Nährstoffen zu verbessern. Im Gegensatz zu Phosphat und Nitrat, ist nur wenig über die Bedeutung der Mykorrhiza für die Aufnahme und den Metabolismus von Schwefel bekannt, obwohl schwefelhaltige Stoffe eine wichtige Rolle bei Rhizobiumwurzel Symbiose spielen, die in vielen Aspekten ähnlich zu Mykorrhizierung ist. Ziel des Projekts ist es, Gene des Schwefelhaushalts von Wurzeln zu identifizieren, die bei der Wechselwirkung Wurzelpilz eine Rolle spielen, und deren Expression und Regulation zu analysieren. Als Modellsystem soll dabei die Pappel und der Pilz Amanita muscaria eingesetzt werden. In diesem Modellsystem soll die Hypothese überprüft werden, dass der Pilz die Sulfatversorgung der Pflanze durch eine erhöhte Aufnahme sowie einen intensiven Austausch mit der Wurzel verbessert und, in Analogie zu Rhizobien, dem Pilz von der Pflanze reduzierter Schwefel in Form von Glutathion zur Verfügung gestellt wird. In der ersten Phase wird der Einfluss der Schwefel- und Stickstoffernährung auf die Expression der Gene des Schwefel-Metabolismus in Pappel und im Pilz untersucht. Weiterhin soll der Einfluss der Modulation des Schwefelhaushalts in Pappeln durch genetische Manipulation auf die Wechselwirkung im Schwefelhaushalt zwischen Wurzel und Pilz analysiert werden.
Der boreale Nadelwald, die Taiga, ist eines der groessten Oekosysteme der Erde. Doch seine verschiedenen Teilgebiete sind auch innerhalb des Postglazials recht unterschiedlich alt. Ebenso verschiedenartig sind die oekologischen Gegebenheiten. Es stellt sich die Frage, ob die Taiga als ein einziges Oekosystem betrachtet werden darf. Die laufenden oekologischen Untersuchungen sollen die Ursachen fuer den lichten Stand der Baeume in einzelnen Teilen der Taiga klaeren. Von Bedeutung sind dabei Fragen nach Art, Ort und Intensitaet der Wurzelkonkurrenz sowie nach den oekologischen Folgen der Nadelstreu und des Moos- und Flechtenteppichs im Hinblick auf den Wasser und Waermehaushalt und auf die Bestandesverjuengung. Die Untersuchungen werden in Kanada, Nordeuropa und Ostjakutien durchgefuehrt.
In den Wäldern Mitteleuropas dominieren Fichte (Picea abies (L.) Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.). Aufgrund ihrer vorteilhaften Wirkungen und Leistungen werden diese Arten in Mischkulturen bevorzugt, allerdings ist das Verhalten solcher Mischungen bei Stress, unter anderem bedingt durch Klimaveränderungen, infrage gestellt. Anhand eines ökologischen Transektes von feuchten zu trockenen Standorten und eines Überdachungsexperimentes werden die Auswirkungen von Trockenheiten von 3 Teilprojekten untersucht: (A) Zuwachs auf Baum- und Bestandesebene, (B) artspezifische Reaktionsmuster unter inner- und zwischenartlichen Wuchsbedingungen bei trockenheitsbedingter Xylem-Dysfunktion und Kohlenstoffverarmung und (C) Wirkung von Ektomykorrhizen auf Wurzel- und Baumwachstum. Die entlang eines Niederschlagsgradienten erzielten Wechselwirkungen zwischen Fichte und Buche werden untermauert durch experimentelle Befunde und Modellszenarien mit ökophysiologischen Prozessmodellen. Am Projekt sind drei antragstellende Arbeitsgruppen beteiligt sowie zwei externe Arbeitsgruppen. Durch Zusammenführung von Expertise in der langfristigen Versuchsbeobachtung, einzigartiger Infrastruktur, die durch das Kranprojekt im Kranzberger Forst gegeben ist und innovative Modellierungsansätze entsteht ein Projekt mit großer Synergie, Innovation und Erfolgsaussicht.
Phosphor (P) ist einer von fünf essentiellen Makronährstoffen für Wachstum und Entwicklung von Pflanzen. Seine geringe Verfügbarkeit in vielen Waldböden macht eine effiziente Aufnahme, Verwendung und Verteilung erforderlich. Diese Prozesse müssen zudem an den sich während der Vegetationsperiode ändernden Bedarf angepasst werden. Ziel des vorliegenden Projekts ist es, die P Akquisition mykorrhizierter und nicht-mykorrhizierter Baumwurzeln zu charakterisieren (Km, vmax, Temperatur und pH Abhängigkeit) und die Regulation der P Akquisition durch externe und intrinsische Faktoren aufzuklären. Dabei stehen (a) die Interaktion der Aufnahme von Pi und Porg, (b) die Konkurrenz zwischen Altbestand und Naturverjüngung und (c) die Konkurrenz zwischen Wurzeln und Mikroben im Vordergrund von aufeinander abgestimmten Laborversuchen unter kontrollierten Bedingungen und Freilanduntersuchungen. Unter kontrollierten Bedingungen sollen Aufnahme und Xylembeladung radioaktiv markierter P Verbindungen an abgeschnittenen Wurzeln mit der Pitman-Kammertechnik analysiert werden; im Freiland soll die Aufnahme ausgegrabener Wurzeln über die Akkumulation von stabilen Isotopen oder über die 'Depletion'-Technik durch Inkubation in künstlichen Bodenlösungen bestimmt werden. Die Regulation der P Aufnahme durch externe und intrinsische Faktoren soll in 'flap-feeding' und 'split-root' Experimenten im Labor untersucht werden. Die Konkurrenz zwischen Altbestand und Naturverjüngung soll im Freiland durch vergleichende saisonale Analyse der P Aufnahme Kapazität, die Konkurrenz zwischen Wurzeln und Mikroben durch P-Fluss Analysen im Boden mit Hilde der Mikrodialyse bestimmt werden. Ein weiteres Ziel des Projekts ist die Charakterisierung von Prozessen der saisonalen P Speicherung und Mobilisierung. Dies umfasst die Aufklärung saisonaler Veränderungen des P-Metaboloms in Blättern, Wurzeln, Xylem und Phloem sowie die Zell- und Gewebe-spezifische Analyse der Orte von Speicherung und Mobilisierung in Zweigen mit nanoSIMS. Labor- und Freilandversuche sollen mit Buche und Pappel durchgeführt werden. Buche wurde als häufigste Laubbaumart Mitteleuropas ausgewählt und soll an je einem SPP-Standort mit hoher (Conventwald, saurer Boden; 'P acquiring system') und geringer (Tuttlingen, Kalkboden; 'P-recycling system') P Verfügbarkeit untersucht werden. Pappel wurde als Baumart gewählt, die für molekulare Untersuchungen von Prozessen herangezogen werden kann. Hierzu werden Proben zentraler Versuche dieses Projekt an andere Gruppen des SPP für Transkriptom Analysen weitergegeben. Aufgrund der unterschiedlichen Blatt- und Blüten-Entwicklungsstrategien kann von unterschiedlichen Strategien der P-Akquisition von Buchen und Pappeln ausgegangen werden. Deshalb sollen die mit den beiden Baumarten erzielten Ergebnisse in dieser Hinsicht verglichen werden.
Im Projekt ECTOMYC werden Ökosystemfunktionen und Artenreichtum von Ektomykorrhizapilzen an den Wurzeln ihrer Wirtsbäume untersucht und die Reaktion dieser Pilzgesellschaften auf Waldbewirtschaftungsmaßnahmen charakterisiert. Unsere Ergebnisse zeigten, dass Boden pH, Bewirtschaftungsintensität, Baumart und Wurzelnährelementgehalt Triebkräfte für die taxonomische Zusammensetzung von Pilzgesellschaften sind. Mit Hilfe stabiler Isotope (15NO3-, 15NH4+) zeigten wir, dass verschiedene Ektomykorrhiza-Arten große Unterschiede im Hinblick auf ihre N-Anreicherung aufwiesen. Dies zeigt, dass erhebliche Art-spezifische Unterschiede in der Pilzgemeinschaft für die N-Akquise bestehen. Über den gesamten Gradienten der Waldplots in den Exploratorien wurde ein signifikanter Zusammenhang zwischen N und der Zusammensetzung der Pilzgesellschaften nachgewiesen. Obgleich 'traits' von Pilzen wichtig für Dynamik von Nährstoffkreisläufen in Ökosystemen sind, gibt es nur wenige Untersuchungen über die Substratpräferenzen von Pilzen in ihrer natürlichen Umgebung. Um diese Wissenslücken zu schließen, planen wir in der neuen Phase folgende Untersuchungen: i) Analyse der zeitlichen und räumlichen Variation der Zusammensetzung der Pilzgesellschaften an Wurzeln (Mkcorrhiza, Saprophyten, Pathogene) und ihrer potentiellen Triebkräfte (Landnutzung, Klima, Boden, Wurzelnährelemente) ii) Analyse von Substratpräferenzen von Pilzgesellschaften in Köderexperimenten iii) Etablierung kausaler Zusammenhänge zwischen forstlichen Eingriffen (Lückenhieb), Veränderungen der Wurzelphysiologie und der Funktion und Diversität von unterschiedlichen ökologischen Gruppen in Pilzgesellschaften Um diese Ziele zu erreichen, soll die Diversität der Pilzgesellschaften auf den 150 experimentellen Waldplots untersucht und die Ergebnisse genutzt werden, um die Zeit-räumliche Variation der Pilzgesellschaften von 2014-2020 zu erforschen. Des Weiteren werden wir Substratköder auslegen und die besiedelnden Pilzgemeinschaften untersuchen. Durch das neue Waldexperiment (Auflichtung) wird der Kohlenstofffluss in den Boden stark verändert. Wir wollen diese Situation nutzen, um den Einfluss auf die Wurzelphysiologie, die Wurzel-assoziierten Pilzgesellschaften und mögliche feedback Reaktionen auf die Baumernährung zu analysieren. Insgesamt werden die Ergebnisse zu einem besseren Verständnis von funktionalen Zusammenhängen von Artengemeinschaften in Ökosystemen beitragen.
Bodenmikrobiologische N-Umsetzungsprozesse nehmen eine zentrale Stellung im N-Kreislauf von Wäldern ein, da sie einerseits als N-Lieferanten für den Bestand fungieren, andererseits aber auch mit diesem um N konkurrieren. Bisher lagen keine systematischen Untersuchungen über den Einfluss von Klimafaktoren (Temperatur, Niederschlagsverteilung) und Bewirtschaftungsmaßnahmen (Schirmhieb) auf (a) bakterielle N-Umsetzungsraten im Boden, (b) die an sie gekoppelten gasförmigen N-Verluste, (c) die Konkurrenzsituation zwischen Baumwurzel-Aufnahme und bakteriellen N-Umsetzungsprozessen um im Boden vorhandenen Stickstoff wie auch (d) Zusammensetzung der am N-Kreislauf in Buchenwäldern beteiligten bakteriellen Populationen vor. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen die bisher durch Freiland- und Laboruntersuchungen auf den Kernflächen des auslaufenden Sonderforschungsbereichs 433 (K1: NO-exponiert und K2: SW-exponiert) gewonnenen Ergebnisse um Untersuchungen auf der NW-exponierten Satellitenfläche S erweitert werden, um belastbare Aussagen über den Einfluss von Klima bzw. Bewirtschaftung auf die o.g. Parameter treffen zu können. Die eigenen und in engster Zusammenarbeit mit weiteren Disziplinen (Hildebrand/Bodenkunde, Mayer/Meteorologie, Rennenberg/Baumphysiologie gewonnenen Freiland- und Labor-Datensätze werden dazu genutzt, ein im IFU vorhandenes prozessorientiertes Modell zur Simulation der biogeochemischen N- und C-Umsetzungen in Waldböden und der an sie gekoppelten gasförmigen N- und C-Emissionen so weiterzuentwickeln, dass es zur Berechnung der genannten Umsetzungen/Emissionen auf der lokalen Skala, d.h. der Skala der Untersuchungsflächen, eingesetzt werden kann.
Die Wasseraufnahme von Pflanzen gehört aus methodischen Gründen zu den am wenigsten erforschten Bereichen der Ökophysiologie. Mit neu entwickelten Miniatursaftflusssystemen soll die Wasseraufnahme von drei wichtigen Nutzbaumarten (Kiefer, Buche, Pappel) in situ an Altbäumen gemessen werden, und oberflächenbezogene Wasseraufnahmeraten in Beziehung zu steuernden Umweltvariablen (Bodenfeuchte, vpd, Strahlung) gesetzt werden. An denselben Wurzeln werden Xylem-Wasserpotentiale, die anatomische Struktur von Periderm und axialem Leitgewebe, die CavitationsGefährdung (nach Sperry) und der Suberin- und Lignin-Gehalt der Periderm-Zellwände (mittels Methanol-Borontrifluorid bzw. Thiacidolyse) gemessen, um pflanzliche Einflussgrößen der radialen (Lpr) und axialen hydraulischen Leitfähigkeit (Kh) der Wurzel zu erfassen. Durch den Vergleich von Baumarten mit unterschiedlicher Trockenheitsempfindlichkeit (Kiefer vs. Buche) und hoher bzw. niedriger Transpirationsrate (Pappel vs. Kiefer) soll geklärt werden, ob (1) hohe Transpirationsraten mit hohen Wurzelwasseraufnahmeraten und großen radialen Wurzel-Leitfähigkeiten verbunden sind, (2) trockenheitsempfindliche Baumarten eine höhere Cavitationsempfindlichkeit ihrer Feinwurzeln aufweisen, und (3) Baumwurzeln sich durch Änderungen von hydraulischer Leitfähigkeit und Wurzeloberflächenentwicklung an Bodentrockenheit anpassen können.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 189 |
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