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.
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.
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.
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.
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.
Das Projekt befasst sich mit der Auswirkung der Luftverschmutzung durch Ozon. Das Ziel des Projektes besteht darin, die Auswirkungen des Ozons auf landwirtschaftliche Kulturpflanzen zu beschreiben. Als Wirkungsparameter werden bei Einzelpflanzen Wachstum, Ertrag, Qualitaet und verschiedene physiologische Parameter (z.B. Photosynthese) und bei Pflanzengemeinschaften zusaetzlich deren botanische Zusammensetzung untersucht. Wichtigste Versuchspflanzen sind Weizen, Klee und Klee-Gras-Mischungen. Die Exposition der Versuchspflanzen erfolgt im Freiland mit Hilfe von open-top Kammern. Die Versuche werden verwendet, um mit Hilfe von Modellen zeitliche und raeumliche Risikotrends darzustellen.
Beschreibung: Das Projekt befasst sich mit der Auswirkung der Luftverschmutzung durch Ozon auf landwirtschaftliche Nutzpflanzen, sowie der kritischen Belastungsgrenze (Critical Level). In einem ersten Teilprojekt wird mit Hilfe von Feldexperimenten versucht, eine quantitative Beziehung zwischen der Ozonbelastung und verschiedener Wirkungsparameter bei einer Serie von Wiesenpflanzen zu etablieren, und gleichzeitig die modifizierende Wirkung von Trockenheit zu untersuchen. Dazu werden Einzelpflanzen waehrend 2 Jahren bei unterschiedlichen Ozonbelastungen und Bewaesserungsniveaus in open-top Begasungskammern kultiviert. Wichtige Wirkungsparameter sind Wachstum, Biomasseverteilung, Bluetenbildung, Pollenvitalitaet und Samenproduktion. Aufgrund der Expositionswirkungsbeziehungen wird der Critical Level fuer normale und trockene Bedingungen abgeleitet, welcher anschliessend fuer die raum-zeitliche Risikobeurteilung verwendete werden kann. In einem weiteren Schritt werden intakte Wiesenparzellen einer erhoehten Ozonbelastung ueber laengere Zeit ausgesetzt, um die Langzeitwirkung und realistischen Feldbedingungen studieren zu koennen. Dazu wird eine Expositionstechnik eingesetzt, welche ohne Kammern auskommt. Ein zweites Teilprojekt befasst sich mit der Frage, wieweit die Auswirkungen des Ozons in der bodennahen Luft auf Nutzpflanzen nachweisbar ist. Dazu werden Feldversuche in Cadenazzo (TI) durchgefuehrt. Pflanzen werden der normalen Aussenluft ausgesetzt und ueber laengere Zeit beobachtet (sichtbare Schaedigungen) und das Wachstum bestimmt. Als Kontrolle dienen Pflanzen, welche chemisch vor Ozonwirkungen geschuetzt werden, oder welche gegenueber Ozon resistent sind (resistente Klone). Insgesamt werden die Daten dieses Projekts im Rahmen der Arbeiten der UN/ECE Konvention ueber grossraeumige, grenzueberschreitende Luftverschmutzung (LRTAP) umgesetzt, deren Ziel es ist fuer die Vorlaeufer der Ozonbildung (NOx, VOC) verbindliche, internationale Vorschriften (Protokolle) fuer Emissionsreduktionen auszuarbeiten. Leitfragen: l. Welche Wirkung hat troposphaerisches Ozon auf Wachstum, Ertrag und physiologische Parameter landwirtschaftlicher Kulturpflanzen? 2. Welche Interaktionen mit andern Standortsfaktoren (Klima, Boden) beeinflussen die Ozonwirkung? 3. Wie kann ein'Critical Level' definiert werden? 4. Welche Bedeutung hat NO im tiefen Konzentrationsbereich fuer die Phytotoxizitaet von Ozon? 5. Welche Pflanzenarten, -sorten oder -klone sind besonders gefaehrdet? 6. Wie wirkt sich Ozon auf die Artenvielfalt von Dauerwiesen aus?
Die Haupttauerzeuger sind nicht nur als Nahrungsgrundlage fuer die einheimische lnsektenfauna von oekologischer Bedeutung, sondern auch von wirtschaftlichem Interesse fuer die Imkerei. Allein von Fichte und Tanne werden in der Bundesrepublik jaehrlich ca. 15.000 t Honig erzeugt. Die Auswirkungen verschiedener Schadstoffkomponenten auf die Baumphysiologie lassen die Vermutung zu, dass auch der Massenwechsel der Fichtenquirlschildlaus Physokermes hemicryphus und damit die Honigtauproduktion veraendert werden koennte. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, den Einfluss von Luftschadstoffen auf Naehrelementgehalte und den Massenwechsel sowie deren Wechselwirkungen zu untersuchen. Die Untersuchungen erfolgten im Freiland an verschiedenen geschaedigten Standorten im Welzheimer Wald, im Schoenbuch und im Schwarzwald. Zur naeheren Untersuchung des Einflusses der Naehrelementversorgung sowie zum Einfluss von Immissionen wurden Versuche im Flugzelt sowie in Open-Top-Kammern angeschlossen. Im Verlauf der Freilanduntersuchungen ging die Populationsdichte teilweise stark zurueck. Nur an einem Teilstandort war ein nennenswerter Anstieg zu verzeichnen. Eindeutig signifikante Zusammenhaenge des Naehrstoffgehalts in den verschieden stark geschaedigten Wirtsbaeumen mit dem Verlauf der untersuchten Entwicklungsstadien konnten weder beim Einzelbaumvergleich noch beim Vergleich der Standortsmittelwerte gefunden werden. Bei Proben gut besetzter Fichtenzweige konnten teilweise fehlende und reduzierte Neuaustriebe festgestellt werden. Bei den verschieden geduengten Fichtenklonen im Flugzelt, die kuenstlich mit Blasen und Larven infiziert wurden, zeigten sich signifikant verschiedene Koerpergroessen, die sich aber im einzelnen nicht mit den einmalig gemessenen Naehrelementgehalten korrelieren lassen. Am groessten waren die Stadien auf den Fichten, die mit einem reduzierten N-Gehalt geduengt wurden. Zwischen Koerperflaeche und Zahl der Eier bzw. Larven bestanden signifikante Zusammenhaenge. Die Untersuchungen in den Open-Top-Kammern bestaetigen zunaechst das Ergebnis des Duengeversuches im Flugzelt, wonach die Flaechengroesse der Imaginalstadien mit dem Ei-Larveninhalt positiv korreliert war. Im Flugzelt kann der Einfluss auf die unterschiedliche Koerpergroesse, auf Duengung, innerartliche Konkurrenz und reduzierten Neuaustrieb zurueckgefuehrt werden, im Oekodrom dagegen auf den Einfluss der verschiedenen miteinander kombinierten gasfoermigen Luftschadstoffe. Einen negativen Einfluss scheint insbesondere der pH-Wert zu besitzen. Seine Wirkung auf das Wachstum der Schildlaeuse ist ueber einen verminderten N- und K-Gehalt denkbar.
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