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Wachstumsschwankungen europäischer Baumarten während der letzten 1000 Jahre

Als Grundlage für hochaufgelöste Klimarekonstruktionen der letzten Jahrtausende dienen jahrgenau datierbare natürliche Klimaproxies wie Jahresringe von Bäumen. Bisher konzentrierten sich dendroklimatologische Untersuchungen in Europa auf Temperaturrekonstruktionen borealer und alpiner Waldgrenzstandorte. In weitaus geringerem Umfang liegen dagegen hydroklimatische Rekonstruktionen basierend auf niederschlagssensitiven Baumarten der Tieflagen (kleiner als 1000 m NN) vor, obgleich hydroklimatische Schwankungen in der Abschätzung zukünftiger und historischer Klimaveränderungen eine wichtige Rolle spielen. Die Steuerungsfaktoren, das Ausmaß und die zeitliche Abfolge dekadischer bis mehrhundertjähriger Schwankungen im Baumwachstum, welche für die Rekonstruktion des gesamten Spektrums hydroklimatischer Variabilität von entscheidender Bedeutung sind, wurden bisher kaum untersucht und verstanden. In dem geplanten Projekt sollen nun zum ersten Mal langfristige Wachstumstrends auf verschiedenen raum-zeitlichen Skalen von acht europäischen Baumarten über die letzten 1.000 Jahre gegenübergestellt werden. Die hauptsächlich aus archäologischen und historischen Holzfunden generierten Jahrringdaten von Eiche, Buche, Erle, Esche, Ulme, Tanne, Kiefer und Fichte, in Verbindung mit Daten lebender Bäume, decken die letzten 1.000 Jahre lückenlos mit hoher Belegung ab. Dieser einmalige Datenbestand mit rund 60.000 Jahrringserien ökologisch und ökonomisch wichtiger heimischer Baumarten wird von europäischen Jahrringforschern bereitgestellt. Das Ziel des geplanten Projektes ist ein besseres Verständnis der raum-zeitlichen Variabilität von niederfrequenten Wachstumstrends und die Identifizierung gemeinsamer Faktoren, die das längerfristige Baumwachstum in Europa maßgeblich steuern (z.B. Klima und/oder Vulkanemissionen, Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre oder Veränderungen der Sonnenaktivität). Die angewandten Methoden umfassen neue Standardisierungsverfahren, Trend- und Spektralanalysen sowie Filterungsverfahren, um niederfrequente Schwankungen der Jahrringchronologien zu detektieren und extrahieren. Faktoren, die das langfristige Baumwachstum maßgeblich steuern, werden unter Einbeziehung verschiedener Klimaparameter (Temperatur, Niederschlag, Abflussmengen von Flüssen, Grundwasserstände) sowie Zeitreihen externer und interner Einflüsse auf das Klimasystem identifiziert. Darüber hinaus werden die langfristigen Wachstumstrends mit Zeitreihen anderer Paläoarchive verglichen. Die in dem geplanten Projekt gewonnenen neuen Erkenntnisse über klimabedingter, langfristiger Wachstumsschwankungen und deren Ursachen werden eine deutlich bessere Grundlage für zukünftige valide Klimarekonstruktionen, globale Klimamodelle und für die Quantifizierung von Langzeitveränderungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs schaffen.

Umwandlung von Fichtenreinbeständen durch Buchen-Saat

Versuch innerhalb des Deutschen Verbandes Forstlicher Forschungsanstalten (DVFFA) Waldumbau durch Bucheckern-Voraussaat (Technik, Keimprozente, Wachstum, Konkurrenz Fi-Naturverjüngung) Waldbautechnik zur Buchen-Saat (Maschinelle, manuelle Verfahren) Aktuelle Bedeutung als Waldumbau-Maßnahmen im Klimawandel

Quantifizierung der Rate der CaCO3-Rekristallisation im Boden und Bildung pedogener Karbonate unter verschiedenen Bedingungen: Experimente, Modell und Überprüfung

Rekristallisation des geogenen Kalks mit dem CO2 aus der Atmung von Wurzel und Mikroorganismen führt zur Bildung pedogener Karbonate, die einer der wichtigsten Schlüssel zur Bestimmung des Alters der Bodenbildung (Radiokarbondatierung) und der Rekonstruktion der Paläou-welt (d13C, d18O) unter semiariden und ariden Klimatenbedingungen sind. Deswegen war ein erhöhtes Interesse für pedogene Karbonate seitens der Geowissenschaften in den vergangenen zwei Jahrzehnten zu verzeichnen. Bis jetzt ist die Geschwindigkeit der Bildung pedogener Karbonate völlig unbekannt, obwohl davon die Präzision der Altersbestimmung und der Paläoumweltrekonstruktionen wesentlich abhängt. In diesem Vorhaben wird die Geschwindigkeit der Bildung der pedogenen Karbonate durch den Isotopenaustausch bei der Rekristallisation des geogenen Kalks mit dem 14CO2 aus der Rhizosphärenatmung der in der 14CO2-Atmosphäre markierten Pflanzen bestimmt. Mit dieser sehr sensitiven und bereits erprobten Methode wird der Einfluss der Pflanzenarten, Dauer des Pflanzenwachstums, Temperatur, Feuchte, CaCO3-Gehalte und CaCO3-Verlagerung auf die CaCO3-Rekristallisationsrate bestimmt. Aus den experimentell ermittelten Abhängigkeiten der Rekristallisation von den Umweltvariablen wird ein Modell zur Bildung der pedogenen Karbonate erstellt und anhand der Radiokarbondatierung der unter verschiedenen Bedingungen entnommen pedogenen Karbonate geprüft. Das Forschungsvorhaben ermöglicht erstmalig die Präzision der Bestimmung des Alters der Bodenbildung und der Rekonstruktion der Paläoumwelt anhand der pedogenen Karbonate experimentell zu quantifizieren.

Raum-zeitliche Variabilität des Klimaeinflusses auf das Wachstumsmuster an der unteren und oberen Waldgrenze in der Gebirgswaldsteppe der Mongolei

In der Mongolei herrscht ein extrem kontinentales Klima, das durch eine große zeitliche und räumliche Variabilität gekennzeichnet ist. Diese Variabilität ergibt sich daraus, dass die Mongolei im Rand bzw. Überschneidungsbereich verschiedener Zirkulationssysteme liegt. Mit dem spärlichen meteorologischen Stationsnetz und Messreihen von maximal 40-60 Jahren kann die raum-zeitliche Klimavariabilität kaum erfasst werden. Ausgehend von dendrochronologischen Untersuchungen im Nordwesten der Mongolei sollen im Verbreitungsgebiet der Lärchenwälder in der Gebirgswaldsteppe der Mongolei mit einem weitgespannten Netzwerk von Probenstandorten an der oberen und unteren Waldgrenze in sechs Teilgebieten die regionalen Disparitäten des Klimaeinflusses erfasst und charakterisiert werden. Dafür sollen Chronologien der Jahrringbreite, maximalen Spätholzdichte, Isotopenverhältnisse und der Häufigkeit von Extremwerten berücksichtigt werden. Lange Chronologien der Jahrringbreite, der maximalen Spätholzdichte und der Isotopenverhältnisse dienen der Ermittlung der zeitlichen Variabilität der allgemeinen Wachstumsbedingungen und der Rekonstruktion der Sommertemperaturen und Niederschlagsverhältnisse. Diese Chronologien sollen auch für den überregionalen Vergleich mit angrenzenden Gebieten zur Verfügung stehen. Die räumlichen Disparitäten des Baumwachstums als Ausdruck der lokalen und regionalen Klimaeinflüsse sollen vor allem anhand von Altersklassen-Chronologien sowie mit Hilfe von Einzeljahranalysen charakterisiert werden. Mit diesem synoptischen Untersuchungsansatz wird es erstmals möglich, die raum-zeitliche Klimavariabilität im Bereich der Gebirgswaldsteppe der Mongolei zu beschreiben. Damit werden gleichzeitig bessere Voraussetzungen für die Interpretation der Chronologien von Einzelstandorten geschaffen.

Auswirkungen der historischen Köhlerei auf Bodenlandschaften in West Connecticut, USA

Holzkohlemeilerrelikte (HKMs) sind anthropogene Kleinformen, die in historischen Montanregionen der Mittelgebirge in Europa weit verbreitet sind. Neue Funde von mehreren tausend HKMs im Norddeutschen Tiefland und die Auswertung hochauflösender digitaler Geländemodelle (DGMs) haben gezeigt, dass die historische Holzkohleproduktion eine bedeutende Rolle bei der spätholozänen Landschaftsentwicklung spielen kann. Neben den historischen und archäologischen Aspekten von HKMs sind die möglichen ökosystemaren Auswirkungen der Köhlerei von Bedeutung, u.a. Veränderungen der physikalischen und chemischen Bodeneigenschaften, erhöhte Gehalte an Bodenkohlenstoff und Effekte auf das Pflanzenwachstum. Es besteht ein beachtliches Forschungsdefizit hinsichtlich der allgemeinen ökologischen Relevanz von HKMs, da die gesamte Dimension der großen HKM-Landschaften bisher nur in Ansätzen verstanden ist. Köhlerei war auch im Nordosten der USA von Bedeutung, obwohl dort deren Auswirkungen auf die Landschaft weitgehend unbekannt sind. Jüngst konnten mittels Analyse von schattenplastischen Reliefkarten über 3.000 HKMs in einem 40 km2 großen Gebiet in Pennsylvania und über 20.000 HKMs in einem 1.170 km2 großen Areal in Litchfield County (NW Connecticut) nachgewiesen werden. Aufgrund dieser Befunde ergibt sich ein komplett neues Bild hinsichtlich der anthropogenen Komponente bei der Entwicklung der Bodenlandschaft im Nordosten der USA. Relativ dicht gedrängt finden sich HKMs in den Litchfield Hills in der Umgebung von West Cornwall, Litchfield County, Connecticut. Die HKMs sind an den Hängen des Housatonic River besonders gut erhalten und bilden kreisförmige Plattformen mit Durchmessern von i.d.R. weniger als zehn Metern. Es ist bemerkenswert, dass heute unter dichter Bewaldung diese Hinterlassenschaften der frühen Holzkohleindustrie weitgehend in Vergessenheit geraten sind, obwohl viele Meiler noch Ende des 19. Jahrhunderts in Betrieb waren. Weitere Forschungen sind erforderlich, um unser Verständnis zu den Umweltauswirkungen der historischen Köhlerei zu verbessern und die Quantität sowie Qualität dieses Nutzungserbes auf unsere modernen Ökosysteme zu erfassen. Die Litchfield Hills bieten beste Voraussetzungen, um Eigenschaften, Entwicklung und Verbreitung der HKM-beeinflußten Böden zu untersuchen und generell neue Erkenntnisse zu anthropogenen Bodenlandschaften zu erhalten.

Untersuchungen zur Klärung der Funktion der ELIP's bei höheren Pflanzen

Dem Antrag liegt die Hypothese zugrunde, wonach ELIPs Xanthophyll-bindende Proteine sind, die der Abstrahlung überschüssiger und gefährlicher Lichtenergie dienen. Diese These soll geprüft werden, indem ELIP-mRNA-Sequenzen in Antisenseorientierung in Lutein-freie Tomatenpflanzen integriert werden. Diese Pflanzen sollten empfindlich gegen hohe Lichtflüsse sein. Zusätzlich wird die Expression der ELIPs auf mRNA- und Proteinebene untersucht. Dazu sollen Antikörper gegen den Aminoterminus der ELIPs gewonnen und die ELIP-Expression im Wildtyp, in transgenen Pflanzen, und in deren Fruchtentwicklung untersucht werden. Der zweite Teil des Antrages ist der Beantwortung der Frage gewidmet, in welchen Zelltypen von C4-Pflanzen (Bündelscheiden oder Mesophyll) ELIPs exprimiert werden. Diese Frage soll mit Methoden der Immunbiologie auf mikroskopischer Ebene analysiert werden. Mit Antikörpern gegen phosphorylierte Aminosäuren wird geprüft, welchen Einfluss Proteinkinasen auf die Integration und Stabilität von ELIPs besitzen. Zusätzlich werden nqp-Mutanten von Ararbidopsis auf die Expression von ELIPs untersucht. Die Vorhaben werden in Zusammenarbeit mit ausländischen Gruppen durchgeführt.

Forschergruppe (FOR) 496: Poplar - a model to address tree-specific questions, Environment-dependent regulation of nitrogen import system in poplar

Poplar could succeed in nutrient rich areas as well as in nutrient poor forests soils where plants live in symbiosis with certain soil fungi to enable sufficient nutrition. Due to its huge demand, nitrogen, as major nutrient, is of special interest for poplar nutrition. In this project we want to characterize nitrate, ammonium and amino acid transporters from poplar roots that are differentially regulated as result of nitrogen nutrition (shortage or nitrogen excess), or by plant/fungus interaction. The kinetic parameters of selected transporters will be determined by heterologous expression. Tissue and organ specific expression of certain transporter genes will be investigated by Northern blot and RT-PCR and by the utilization of poplar transformants containing promoter-GFP fusions. GFP fusions with truncated promoters will also be used for the identification of cis-elements responsible for the nitrogen-dependent expression of selected transporter genes. In addition, the global impact of nitrogen nutrition on poplar gene expression will be investigated using macro and micro arrays hybridization and probes of poplar roots grown at different nitrogen sources and concentrations as well as mycorrhizas.

Optimales Stoffwechsel- und Wachstumsverhalten bei Pflanzen

Zielsetzung: Mathematische Modelle fuer Stoffwechselprozesse bei Pflanzen sind zu entwickeln und Strategien sind zu bestimmen, die zu optimalem Pflanzenwachstum fuehren. Arbeitsprogramm: 1) Modellierung fuer die biologischen Zusammenhaenge; 2) Entwicklung numerischer Verfahren zur Simulation und zur Berechnung optimaler Loesungen; 3) Implementierung am Computer; 4) Sensitivitaetsanalysen und Vergleich mit biologischer Realitaet;

Impact of elevated nitrogen inut on the biogeochemistry and productivity of tropical forests (NITROF) - Effects of enhanced N deposition on productivity and structure of a tropical montane rainforest in Panama

Nitrogen deposition in tropical areas is projected to increase rapidly in the next decades due to increase in N fertilizer use, fossil fuel consumption and biomass burning. As tropical forest ecosystems cover about 17 percent of the land surface and are responsible for about 40 percent of net primary production, even small changes in N (and consequently C) cycling can have global consequences. Until now studies an consequences of enhanced N input in tropical forest ecosystems have been very limited and even very rarely addressed its deleterious effects to the environment. There is undoubtedly a huge discrepancy between the expected increase in N deposition in the tropics and the present knowledge an how tropical forest ecosystems will react to this extra input of reactive N. Our research aims at quantifying the changes in processes of N retention (plant growth, biotic and abiotic N immobilization in the soil) and losses (gaseous N losses, nitrification, denitrification, leaching of different forms of dissolved N). Implementation of policy and management tools, like the international trading of carbon credits under the Kyoto Protocol, need researches that allow us to better understand the consequences of environmental change (N deposition) an forest productivity. Our research will have important implications for predicting future responses of forest C cycle to changes in N deposition, and for the role of N deposition in tropical forests to affect potential feedback mechanisms of CO2 fertilization and climate change.

Wachstum und Trockenstress: Was verrät die Zellstruktur der Jahrringe über die Wasserversorgung der Bäume?

Der Prozess der Jahrringbildung wird durch innere und äußere Faktoren gesteuert. In diesem Kooperations-Forschungsvorhaben zwischen dem Institut für Waldwachstum und der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA), Freiburg untersuchen wir die Zellstruktur der Jahrringe von Fichten (Picea abies) und Buchen (Fagus sylvatica) mit besonderem Augenmerk auf Trockenstressreaktionen in den Jahren 1976 und 2003 sowie deren Nachwirkungseffekte. Die Untersuchungsbäume wurden an verschiedenen Standorten der Bodenzustandserfassung (BZE) sowie des intensiven Waldmonitorings (Level II) in Baden-Württemberg ausgewählt. Damit ist es möglich, standortangepasste Bodenwasserhaushaltsmodelle für die Untersuchungsstandorte zu parametrisieren und damit die Wasserverfügbarkeit der Bäume zu rekonstruieren. Das Ziel dieser jahrringbasierten Forschungsarbeit besteht darin, Zellparameter zu identifizieren, anhand derer Trockenstress-Intensitäten quantifiziert werden können. Zudem liefern die Auswertungen Daten und Informationen für die Validierung von Geländewasserhaushaltsmodellen.

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