Mit den im vorliegenden Aufstockungsantrag zum Projekt 89/018/1A beantragten zusaetzlichen Mitteln sollen die seit Juli 1988 in der Versuchsanlage Edelmannshof durchgefuehrten oekophysiologischen Untersuchungen an 20-jaehrigen Fichten, die in Open-Top-Kammern in gereinigter Luft bzw. Umgebungsluft aufwachsen, in den Jahren 1990 bis 1992 im bisherigen Umfang fortgefuehrt werden. Diese Untersuchungen beinhalten sowohl Messungen zur Faktorenabhaengigkeit (Licht/CO2) des CO2/H2O-Gaswechsels unter kontrollierten Bedingungen, als auch die vergleichende Bestimmung von Photosynthese, Transpiration und Saugspannung unter den natuerlichen Standortsbedingungen im Tagesverlauf an allen acht Kammerbaeumen.
Ergebnisse: Das Ziel des Forschungsvorhabens war es zu pruefen, ob vor dem Auftreten sichtbarer Schadsymptome unter Immissionsbelastung Veraenderungen im CO2/H2O-Gaswechsel auftreten und ob solche Veraenderungen auf Schaedigungen im Mesophyllbereich und/oder auf einer Schaedigung des Stomataapparates beruhen. Zu diesem Zweck wurden an nicht sichtbar geschaedigten Fichten, die an ihrem natuerlichen Standort in Open-Top-Kammern unter Reinluft sowie Umgebungsluft aufwuchsen, verschiedene oekophysiologische Untersuchungen durchgefuehrt. Hierbei wurde einerseits Photosynthese, Transpiration und Nadelsaugspannung im Tagesgang unter den natuerlichen Standortsbedingungen untersucht, andererseits erfolgten Messungen zur Bestimmung der Leistungsfaehigkeit des Photosyntheseapparates mittels Faktorenabhaengigkeitsbestimmungen (Licht/CO2) unter kontrollierten Bedingungen. Die Ergebnisse der Tagesgangmessungen im Jahr 1989, das durch hohe Trockenheit und Episoden mit hohen Ozonkonzentrationen gekennzeichnet war, zeigten bei vergleichbarem Strahlungsangebot bei den Umgebungsluftbaeumen niedrigere Nettophotosyntheseraten. die nicht generell auf Schliessbewegungen der Stomata zurueckzufuehren waren. Diese Baeume wiesen zudem eine erheblich gesteigerte Atmungsaktivitaet waehrend der Nachtstunden auf. Aus der Analyse von Licht- und CO2-Saettigungskurven ergaben sich Hinweise auf moegliche Schaedigungen im Mesophyllbereich. Im Untersuchungszeitraum 1990 (Folgeprojekt: PEF 1 89 018) wurden die im Jahr 1988 begonnenen vergleichenden Untersuchungen zum CO2/H2O-Gaswechsel fortgefuehrt. Im Gegensatz zu den Vorjahren waren im Jahr 1990 sieben der acht Kammerbaeume in die Untersuchungen einbezogen. Hierbei wurde einerseits das Gaswechselverhalten im Tagesgang unter den natuerlichen Standortsbedingungen untersucht, andererseits erfolgten Messungen zur Bestimmung der Leistungsfaehigkeit des photosynthetischen Apparates mittels Faktorenabhaengigkeitsbestimmung (Licht/CO2) an intakten Zweigen unter kontrollierten Bedingungen. Entsprechende Hinweise auf ein reduziertes Leistungsvermoegen des Photosyntheseapparates als Effekt der Luftfilterung, wie sie oben exemplarisch dargestellt wurden, zeigten sich erstmals im Jahr 1989 und wurden in den folgenden Jahren bis zum Fruehjahr 1992 bestaetigt. Die beobachteten Veraenderungen in Form einer verminderten RuBP-Carboxylas-Aktivitaet und reduziertem Funktionieren der Elektronentransportkette deuten hierbei auf Schaedigungen im Mesophyllbereich hin. Entsprechende Veraenderungen der photosynthetischen Leistungsfaehigkeit waren im Rahmen des Hohenheimer Langzeitexperimentes bei ozonbegasten Fichten festgestellt worden. Neben diesen seit 1989 ...
Ergebnisse: Da dem Auftreten aeusserlich sichtbarer Schadsymptome Aenderungen auf der Stoffwechselebene vorausgehen, wurde im Rahmen dieses Forschungsprojektes eine Vielzahl von biochemisch-physiologischen Parametern an verschiedenen Versuchsbaeumen untersucht. Dabei sollten einerseits die zentralen Stoffwechselprozesse erfasst werden, andererseits aber auch solche physiologischen Parameter beruecksichtigt werden, die sich in frueheren Experimenten als Fruehindikatoren fuer Immissionsbelastungen herauskristallisiert haben. Die Ziele des Forschungsprojekts betrafen die angewandte Forschung mit den Punkten: - Kausalanalytischer Nachweis von Immissionsbelastungen, - Zuordnung von physiologischen Aenderungen und dem Auftreten von typischen Immissionssituationen (z.B. Schoenwetterperioden mit hohen Ozonwerten), - Aufklaerung von Wirkungsmechanismen, - Ueberpruefung der Tauglichkeit von Open-Top-Kammern zur Langzeitexposition von groesseren Waldbaeumen an ihrem Wuchsstandort; die Grundlagenforschung mit den Punkten: - Erfassung der Jahres- und Altersabhaengigkeit von einzelnen Stoffwechselreaktionen, - Kombination und Integration der vielen Daten zur Beschreibung von Stoffwechselzustaenden und deren Aenderung im Jahresverlauf. Um die Immissionsbelastungen fruehzeitig nachweisen zu koennen, wurden die ausgewaehlten biochemisch-physiologischen Parameter (verschiedene Enzymaktivitaeten, Aminosaeureanalyse, Polyaminanalysen) an insgesamt 12 Fichten, die am Edelmannshof in Open-Top-Kammern mit gefilterter und ungefilterter Standortluft bzw. im Freiland gehalten wurden, gemessen. Bei mehreren Stoffwechselparametern wurden signifikante Unterschiede zwischen den Reinluft- und den Standortluftkammern gefunden. Im Herbst 1987 waren der Ascorbatgehalt sowie die Aktivitaet der Ascorbatperoxidase und der Glutaminsynthetase in den Kammerfichten mit Standortluft deutlich erhoeht. Diese Differenzen, die z.T. und in schwaecherer Form bis zum Versuchsende anhielten, lassen sich jedoch auf die unterschiedliche Nitratversorgung der einzelnen Baeume zurueckfuehren. Die im Mai 1989 beobachteten Differenzen in der Peroxidaseaktivitaet und im Spermingehalt hingegen beruhen vermutlich auf Ozonbelastungen. Bei den Begleituntersuchungen zur Abschaetzung des Kammereinflusses auf den Baumstoffwechsel wurden einige fruehzeitige (Ascorbat, Glutathion- und Schwefelgehalt) und einige erst spaeter aufgetretene Kammereffekte beobachtet (Ascorbatperoxidase- und Glutamatdehydrogenase-Aktivitaet). Sie lassen sich auf die leicht reduzierten Lichtverhaeltnisse in den Kammern zurueckfuehren. Die Ergebnisse zur Ascorbatperoxidas-Aktivitaet in Fichtennadeln wurden im Zusammenhang mit der Funktion dieses Enzyms diskutiert und die einzelnen Resultate zu den Komponenten des N-Metabolismus (Protein, Glutaminsynthetase, Glutamatdehydrogenase, Aminosaeure) bei unterschiedlicher ...
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.
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.
Bei den Schadgas-Ausschlussversuchen am Edelmannshof im Schwaebisch-Fraenkischen Wald; die seit Sommer 1986 durchgefuehrt wurden, wurden jeweils vier symptomfreie Fichten mit Hilfe von oben offenen Kammern. (Open-Top-Kammern) in gereinigter Luft bzw. Umgebungsluft gehalten. Vier weitere Baeume dienten als Freilandkontrollen. Das Projekt bildet die Grundlage fuer alle anderen Projekte, die am Standort Edelmannshof durchgefuehrt wurden (PEF 1 88 014, PEF 1 89 002, PEF 1 89 013, PEF 1 89 015, PEF 1 89 017, PEF 1 89 018). Die Ergebniss zum Stoffhaushalt koennen nach mehr als vierjaehriger Beobachtungsdauer folgendermassen zusammengefasst werden (vgl. auch PEF 1 85 012): Untersuchungen zum Mineralstoffhaushalt bestaetigen die in zahlreichen anderen Versuchen erzielten Befunde, dass in die Luft emittiertes SO2 zu erhoehtem Eintrag an Schwefelsaeure in den Kronenraum der Baeume fuehrt und Leaching-Effekte bei Fichten ausloest. Davon ist besonders Magnesium betroffen, aber auch Calcium, Mangan und andere Kationen. Mit der im Verlauf des Experimentes sinkenden S02-Grundbelastung am Standort war ein Rueckgang der Leaching-Raten gegeben, Wirkungen zeigen sich aber auch noch bei geringen SO2-Konzentrationen. Die Auslaugung der Mineralstoffe aus den Blattorganen fuehrte beiausreichender Nachlieferung aus dem Boden zu keiner erkennbaren Minderung der Gehalte in diesen, eine sehr gute Versorgung der Nadeln mit Ca und Mg fuehrte nicht zu hoeheren Auslaugungsraten. Ein Einfluss der unterschiedlichen Biomassen der Versuchsbaeume auf die Hoehe der Auswaschungsraten konnte nachgewiesen werden. Die vorliegenden Befunde stuetzen die Hypothese, dass auch geringe S02-Belastung zu vermehrtem Austrag von Mg, Ca, Mn und anderen Kationen aus dem Kronenraum fuehrt und sich bei mangelhafter Nachlieferung aus dem Boden - speziell von Mg - die als montane Vergilbung bezeichnete Fichtenerkrankung ergeben kann. Wirkungen von 'Ozon auf den Mineralstoffhaushalt waren nicht zu erkennen. Ein unterschiedlicher Einfluss der Behandlungsvarianten auf oberirdischen Aufwuchs, Wurzelentwicklung sowie Mykorrhizierung war nicht gegeben.
Ziel der Untersuchungen ist, immissionsbedingte Praedispositionsveraenderungen der Pflanze gegenueber einigen wichtigen Parasiten unter umweltnahen Bedingungen ('open top'-Kammern) zu erkennen und zu quantifizieren. Dazu werden in drei Kammerpaaren (gefiltere und Umgebungsluft) Klonfichten mit Schadinsekten im Larvenstadium besetzt und nach der Exposition die Insekten gesammelt, gezaehlt und gewogen. Zusaetzlich werden Nadelproben auf ihre Inhaltsstoffe hin im Labor analysiert (Amminosaeuren, Phenole, Peroxidaseaktivitaet etc.).
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.
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| Bund | 19 |
| Land | 1 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 19 |
| License | Count |
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| offen | 19 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 19 |
| Englisch | 1 |
| Resource type | Count |
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| Keine | 19 |
| Topic | Count |
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| Boden | 19 |
| Lebewesen & Lebensräume | 19 |
| Luft | 19 |
| Mensch & Umwelt | 19 |
| Wasser | 19 |
| Weitere | 19 |