Ziel des vorliegenden Kooperationsprojektes ist es, zu ermitteln, ob und inwieweit die Ergebnisse aus unterschiedlichen experimentellen Ansätzen zur Anpassung von Kulturpflanzen an den Klimawandel (CO2-Konzentration, Trockenheit) vergleichbar sind bzw. ob Ergebnisse aus Modellexperimenten im Labor auf die Feldsituation übertragbar sind. Durch das Projekt sollen: a) wechselseitig vorhandene Versuchsinfrastrukturen optimal genutzt werden, b) die beiden Ansätze der jeweiligen Arbeitsgruppen dadurch stärker vernetzt werden und c) die Basis für eventuell weitergehende Kooperation bis hin zu gemeinsamen Forschungsanträgen geschaffen werden. Ein aus bisherigen CO2-Versuchen in Braunschweig ausgesuchtes Kollektiv von neun Gerstesorten wird 2014 nach Martonvasar versandt und dort im vorhandenen Phytotron im Zeitraum zwischen November 2014 und März 2015 den gleichen atmosphärischen CO2 Konzentrationen wie in den Braunschweiger Feldversuchen (400 und 700 ppm) ausgesetzt. Parallel dazu findet während der Vegetationsperiode 2014 ein weiterer Wintergersteversuch in Braunschweig mit einer CO2-Anreicherung in sog. Open Top Kammern im Feld statt. In Martonvasar werden die neun Gerstesorten gleichzeitig kurzzeitigen Trockenstressbedingungen als einem weiteren Element des zukünftigen Klimawandels ausgesetzt, da eine CO2-Anreicherung durch ihre Wirkung auf die Transpiration möglicherweise Trockenstresseffekte beeinflussen kann. An beiden Standorten werden neben Ertragserhebungen insbesondere Messungen von Wasserhaushaltsgrößen (Gaswechsel, stabile 13C-Isotopensignatur) durchgeführt. Die Arbeiten liefern grundlegende Erkenntnisse zu der Frage, ob genetische Variation bei Wintergerste in der Anpassung an Elemente des Klimawandels (erhöhte CO2-Konzentration, Trockenheit) vorhanden ist und inwieweit Trockenstress die Reaktionen der Pflanzen auf erhöhte CO2-Konzentrationen beeinflusst.
Ergebnisse: Basierend auf den Erkenntnissen der Oekosystemforschung ist davon auszugehen, dass die Vitalitaetsminderung der Waldoekosysteme nicht nur durch die alleinige Einwirkung von Schadstoffen auf oberirdische oder unterirdische Vegetationsteile zu erklaeren ist, sondern durch Wechselwirkungen im Gesamtsystem. Ausgehend von dieser komplexen Belastungs- und Wirkungskonstellation wurde an der Universitaet Hohenheim ein mehrstufiges Untersuchungskonzept mit gleichzeitig experimenteller und freilandnaher Ausrichtung entwickelt, das im wesentlichen auf der Manipulation der atmosphaerischen Umwelt von Waldbaeumen mit Hilfe von oben offenen Kammern ('Open-Top-Kammern') beruht. So wird seit 1986 im Schwaebisch-Fraenkischen Wald (Edelmannshof) ein Schadgas-Ausschlussversuch durchgefuehrt, in dem jeweils vier symptomfreie Fichten mit Hilfe dieser Open-Top-Kammern in zu mehr als 80 Prozent von SO2, O3 und NOx gereinigter Luft bzw. in Kammern mit Umgebungsluft gehalten werden. Vier weitere Fichten dienen als Freilandkontrollen zur Beschreibung der Kammereffekte. Die Untersuchungen dieses Projektes konzentrierten sich auf den Betrieb der Versuchsanlage, auf die Beschreibung der klimatisch/edaphischen Standortbedingungen und der Schadstoffbelastung der Baeume. Damit wurde der experimentelle Rahmen gewaehrleistet, innerhalb dessen umfassende Wirkungserhebungen zur Stoffwechselphysiologie (PEF 87/002/1A; PEF 86/0181/1A), zum Mineralstoffhaushalt (PEF 85/012/1A), zur Oekophysiologie (PEF 87/009/1A), zur Photosyntheseaktivitaet (PEF 88/003/1A; PEF 88/014/1A), zu Phytohormonen (PEF 88/009/1A) und zur Terpenemission (PEF 87/003/1A) koordiniert durchgefuehrt werden konnten. Das Klima waehrend des Untersuchungszeitraumes von Mai 1986 bis November 1989 war durch sehr milde Winter mit niedriger SO2-Belastung und ueberdurchschnittlich trocken-heisse Sommer mit episodisch auftretenden hohen 0zonkonzentrationen gekennzeichnet. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass sich aufgrund der klimatischen Verhaeltnisse und der gegebenen lmmissionssituation der Standort Edelmannshof zu einem 'Ozonstandort' entwickelt hat. Schadstoffspezifische Wirkungen durch Stickoxide und SO2 auf die untersuchten Fichten koennen wegen der ueber den gesamten Versuchszeitraum geringen Belastung weitgehend ausgeschlossen werden. Die in den Kammern herrschenden klimatisch-edaphischen Bedingungen unterscheiden sich nur geringfuegig von denen im Freiland. Groessere Unterschiede in Temperatur und relativer Luftfeuchte lassen sich lediglich unter extremen Witterungsbedingungen feststellen. Die Einkammerung der Fichten und die daraus resultierende Veraenderung der Stroemungs- bzw. Windverhaeltnisse jedoch fuehrt in den Kammern im Vergleich zum Freiland zu unguenstigen Depositionsbedingungen. Ferner wird durch die Folienwand in den Kammern der Lichthaushalt beeintraechtigt, worauf erhoehter Nadelverlust der eingekammerten Fichten im unteren Kronbereich hindeutet.
Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurden 8 Open-Top Kammern und 4 benachbarte Freiflaechen mit je drei 5-jaehrigen Klonfichten bepflanzt. Das Mikroklima und die Konzentration von SO2, O3, NO2 und NO werden kontinuierlich gemessen. Durch je 4 der Open-Top Kammern stroemt gefilterte bzw. ungefilterte Luft. Nach jeder Vegetationsperiode werden die Klonfichten auf die Untersuchungsparameter allgemeine Vitalitaet, Anatomie, Oberflaecheneigenschaften und Stoffwechsel untersucht. Ziel ist es, Aussagen ueber die Schaedigung der Fichten durch herrschende Luftschadstoffe zu erhalten und Schwellenwerte fuer die Schadgasbelastung zu definieren, ueber denen mit einer Schaedigung der Fichten gerechnet werden muss. Zur Absicherung der Befunde muessen die Fichten noch ueber mehrere Vegetationsperioden untersucht werden.
Das Forschungsvorhaben ist geplant als Teil der Projekte 'Begasungsversuch Kettwig' und 'Open-Top-Kammerversuch Eggegebirge' der Landesanstalt fuer Immissionsschutz. Das Vorhaben stellt eine Auswertung unserer bisherigen Untersuchungen an den Freilandstandorten der LIS auf die Ebenen 'Modellbestand' (OTC) und 'Labor' (Begasungsversuch) dar. Hierbei sollen wichtige biochemische Indikatoren fuer Stress und latente Schaedigung untersucht und mit den an den Freilandstandorten erzielten Befunden verknuepft werden. Die biochemischen Analysen werden ergaenzt durch feinstrukturelle Untersuchungen.
A) Das FuE-Vorhaben soll einen Beitrag zur Aufklaerung der Kombinationswirkungen von gasfoermigen Luftverunreinigungen in Abhaengigkeit der Naehrstoffversorgung liefern. Die Untersuchungen in open top-Kammern dienen der genauen Kenntnisermittlung des Resistenzverhaltens von Pflanzen. Dies ist unerlaesslich fuer die Diagnose, die Ermittlung von Dosis-Wirkungsbeziehungen, die Abschaetzung der von einer Immissionsbelastung ausgehenden Gefaehrdung und fuer Abwehrmassnahmen am Standort. Die Untersuchungen werden an wirtschaftlich und oekologisch wichtigen einheimischen forstwirtschaftlichen Pflanzenarten durchgefuehrt. Naturnahe Versuchsbedingungen werden dadurch gewaehrleistet, dass die Expostion der Pflanzen in open top-Kammern unter bei uns vorherrschenden Immissionsbedingungen erfolgt. B) Die Untersuchungen ueber das Konkurrenz- und Resistenzverhalten von Forstgehoelzen und landwirtschaftlichen Nutzpflanzen unter Einfluss von Schadgasen soll fuer drei weitere Vegetationsperioden fortgesetzt werden. In Erweiterung der in Kombinationswirkung untersuchten Schadgase Ozon, Stickstoffdioxid und Schwefeldioxid um die Belastungskomponente Ammoniak soll gleichzeitig die Versorgung der Pflanzen mit Stickstoff variiert werden. Die bisherigen Untersuchungen in open top-Kammern haben u.a. gezeigt, dass bei Forstgehoelzen unter niedrigen, realistischen Immissionskonzentrationen die Expositionsdauer verlaengert werden muss, um zu signifikanten Reaktionsdifferenzierungen zu kommen. Im Rahmen des Vorhabens soll ein Beitrag zur Wirkung der kombinierten Belastung durch natuerliche (Frost) und anthropogene (o.a. Immissionskomponenten) Stressoren gegeben werden.
Beim Edelmannshof im Schwaebisch-Fraenkischen Wald wird seit Sommer 1986 ein Schadgas-Ausschlussversuch durchgefuehrt, indem jeweils vier, zur Zeit 19-jaehrige, symptomfreie Fichten mit Hilfe von Open-top-Kammern in gereinigter Luft bzw. Umgebungsluft gehalten werden, waehrend vier weitere Fichten als Freilandkontrollen dienen. Damit stehen 12 im Mittel etwa 7 m hohe Fichten fuer Wirkungserhebungen verschiedener Arbeitsgruppen zur Verfuegung, wobei die Kammern mit einem Durchmesser von 3,3 m und einer Hoehe von 10 m eine Fortsetzung des Versuchs um weitere 3 Jahre ermoeglichen. Die eigenen Arbeiten konzentrieren sich auf die Gewaehrleistung des Kammerbetriebs, die Beschreibung der klimatisch/edaphischen Standortsbedingungen und der Schadstoffbelastung in den verschiedenen Varianten, sowie auf die Bereitstellung von Probematerial, das von den am Edelmannshof beteiligten Arbeitsgruppen untersucht wird. Fuer dieses Projekt wird ueber die bisherige Laufzeit bis Ende 1989 hinaus eine halbjaehrige Verlaengerung beantragt, um den ordnungsgemaessen Abbau der Versuchsanlage und die Koordinierung des gemeinsamen Abschlussberichtes sicherzustellen.
Der Bericht beinhaltet Arbeiten zu methodischen Problemen der Immissionsoekologie und Ergebnisse aus Begasungsversuchen und freilandoekologischen Untersuchungen zur Empfindlichkeit verschiedener Wildpflanzenarten gegenueber HF-Immissionsbelastungen. Methodische Arbeiten: - Errichtung und Funktionspruefung einer Open-top-Kammer-Begasungsanlage - Weiterentwicklung der chemischen Analytik von Fluorid in immissionsoekologisch relevanten Matrizes. Resistenzuntersuchungen: - Die relative Empfindlichkeit von 14 Grasarten gegenueber HF-Immissionen und der Einfluss abiotischer und biotischer Umweltfaktoren auf deren Resistenzverhalten wurde ermittelt sowie HF-induzierte Verschiebungen im Bestandsaufbau einer Gruenlandgesellschaft nachgewiesen. - Mittels eines Screening-Tests wurden 27 krautige Wildpflanzenarten auf ihre Empfindlichkeit gegenueber HF-Immissionen getestet. Mischbelastungsexperimente mit HF und SO2 wurden durchgefuehrt. - Als Ergebnisse der Wirkungserhebungen an der Vegetation in der Umgebung eines HF-Emittenten wurden quantitative Beziehungen zwischen der akkumulierten HF-Menge und Schaedigung ermittelt und zur Resistenzcharakterisierung der Arten verwendet.
Die Untersuchungen im vorgeschlagenen Forschungsvorhaben sollen den Einfluss natuerlich-phytotoxischer Waldluft auf die Monoterpenemission von Picea abies am natuerlichen Standort aufzeigen. Dieses wird durch Beprobung der Abluft von Open-Top-Kammern (Welzheimer Wald) ermoeglicht, wobei jeweils ein Kammer-Set mit gereinigter bzw natuerlich-phytotoxischer Waldluft begast wird. Die Analyse der Monoterpene in der Abluft erfolgt mit Hilfe der Massenfragmentographie nach einem neu eingefuehrten spezifischen Sorptionsverfahren. Nach diesem sind Messungen bei allen Wetterlagen und auch bei Anwesenheit hoher Ozonkonzentrationen zuverlaessig moeglich. Es werden sowohl Tagesdynamiken (Messungen ueber 24 Stunden im 2 Stunden Abstand) als auch die Jahresdynamik der Monoterpenemission von Picea abies bei Begasung mit Reinluft und natuerlich-phytotoxischer Waldluft ermittelt. Besonderes Augenmerk soll hierbei auf Episoden hoher Schadgaskonzentrationen (Ozon/SO2) gelegt werden. Die Ergebnisse ermoeglichen eine Abschaetzung der natuerlichen Olefin-Emission von Fichtenbestaenden im mitteleuropaeischen Raum und Schadstoffeinfluesse auf diesen Prozess.
Leaching, das Auswaschen von anorganischen und organischen Inhaltsstoffen aus pflanzlichen Geweben durch Regen, Tau und Nebel ist ein natuerliches Phaenomen und wird durch Immissionseinfluss verstaerkt. In Klimakammern, Kleingewaechshaeusern und einer open top-Anlage werden unter realitaetsnahen Konzentrationen von Ozon, Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid sowie saeurehaltigem Nebel einzeln und in Kombination Fichte, Rotbuche und Pappel bei Variation der Naehrstoffversorgung mit Mg und Ca exponiert. An diesen unter definierten Bedingungen begasten Pflanzen sowie an Fichte in geschaedigten Waldbestaenden werden in Abhaengigkeit von bestimmten inneren und aeusseren Wachstumsfaktoren Auswaschungsraten und Gehalte der folgenden anorganischen und organischen Substanzen bestimmt: - Sulfat, Nitrat, Chlorid, Phosphat, Magnesium, Kalzium, Mangan, Zink - Oligo- und Polysaccharide - Aminosaeuren. Mit Hilfe biochemischer und physiologischer Methoden sollen Erkenntnisse zu den Ursachen des Leachings und dessen Bedeutung als praedisponierender oder schadausloesender Faktor unter Immissionsstress gewonnen werden.
In diesem Projekt werden Wirkmessgroessen zur Bioindikation nicht chlorierter Lackloesemittel mit verschiedenen Pflanzenarten ermittelt. Die Untersuchungen werden mit Hilfe von Schadgasausschlussexperimenten in Open-Top-Kammern und Begasungsversuchen in Kleingewaechshaeusern durchgefuehrt. Ein Screening verschiedener Arten wird vorgenommen auf Auspraegung sichtbarer Schaeden, physiologische Veraenderungen und Akkumulationsverhalten.
| Origin | Count |
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| Bund | 15 |
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| Förderprogramm | 15 |
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| Boden | 15 |
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