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Versuchsflächen: Düngung und Melioration

Untersucht werden in erster Linie die Wachstumsreaktion von Einzelbäumen und Beständen auf Düngung: Auswirkungen auf das Wachstum, die ökonomische Leistung und die Risiken als Ergebnis verschiedener Düngung. Auswirkung von Düngungsmaßnahmen auf Wachstum und Wertleistung von Beständen.

Charakterisierung des Wasserhaushalts und Nährstoffhaushalts von Buchen in Abhängigkeit von Klima und Bewirtschaftung

Die Verfügbarkeit von Wasser, die zum einen durch klimatische Faktoren, zum anderen kleinräumig durch waldbauliche Maßnahmen modifiziert wird, ist ein entscheidender Faktor, der Wachstum und Vitalität und somit auch die geographische Verbreitung der Buche beeinflusst. Veränderungen des Wasserhaushalts der Vegetation wirken sich ebenfalls auf den Nährstoffhaushalt aus, so dass beide Prozesse gemeinsam betrachtet werden. Die Charakterisierung des Wasserhaushaltes in Abhängigkeit von Klima (mesoklimatischer Expositionsgradient) und Bewirtschaftung (Schirmhiebe)soll ausgehend von einem Einzelbaumansatz mittels Xylemflussmessungen, Messungen des Wasserpotenzials und Bestimmung der C-, O- und N-Isotopensignaturen an adulten und jungen Bäumen erfolgen und mit Hilfe von Modellrechnungen auf die Bestandesebene extrapoliert werden. Weiterhin sollen die Isotopensignaturen in Phloem, Blättern und Holz auf ihre Eignung als Werkzeuge zur Regionalisierung des Wasserhaushalts überprüft werden. Der Nährstoffstatus wird anhand der Messungen und Modellierung der Aufnahme des wachstumslimitierenden Nährelements N aus dem Boden für adulte und junge Buchen charakterisiert. Es wird erwartet, dass sich die Untersuchungsparameter auf den verschiedenen Standorten in Abhängigkeit von Klima und Bewirtschaftung verändern und somit Rückschlüsse auf die Reaktions- und Anpassungsfähigkeit des Wasser- und Nährstoffhaushalts von Buchenbeständen gezogen werden können. Für diese Analyse wird eine gemeinsame Betrachtung des Wasser- und Nährstoffhaushalts des Bodens (Anträge Hilfebrand und Papen) und des Wasser- und Strahlungshaushaltes der Atmosphäre (Antrag Mayer) durchgeführt.

Trennung der Komponenten des CO2 Gaswechsels von Pflanzenbeständen im Licht

Photosynthese und Respiration - die zwei dominierenden Komponenten des C-Haushaltes von Pflanzen und Ökosystemen - lassen sich mit konventionellen Methoden der Gaswechselmessung nicht mit befriedigender Präzision trennen. Dieser Sachverhalt begründet Defizite im Verständnis des C- und Energiehaushaltes von Kulturpflanzen und Ökosystemen. Im vorliegenden Vorhaben sollen neuartige CO2 Gaswechselmesstechniken in Kombination mit der kontinuierlichen Messung der C- und O-isotopischen Signaturen (d13C und d18O) des CO2 eingesetzt werden, um Photosynthese und Respiration eines Pflanzenbestandes im Licht zu quantifizieren und zu trennen. Grundlage hierfür ist die Bestimmung der natürlich entstehenden Unterschiede in der C- und O-isotopischen Signatur von photosynthetischen und respiratorischen CO2-Flüssen. Diese Ergebnisse werden mit Schätzwerten aus Untersuchungen mit anderen Methoden verglichen. In den Experimenten sollen Photosynthese, Respiration, Wachstum und Assimilateverteilung der Bestände durch differenzielle N-Ernährung manipuliert und deren Auswirkung auf die 13C- und 18O-Signaturen des respirierten und fixierten CO2 charakterisiert werden. Mit den gewonnenen Daten lässt sich erstmalig die Übertragbarkeit der bislang nur auf der Skala von Blättern verifizierten Modelle zur C- und O-Isotopendiskriminierung auf die Skala von Pflanzenbeständen und Ökosystemen überprüfen.

The role of soil fauna for plant performance and ecosystem functioning in a plant diversity gradient

The soil fauna affects soil structure, nutrient mineralization, decomposition processes, and the activity and composition of the microbial community in soil. These effects likely also modify plant performance, plant competition and the use of plant tissue by above-ground herbivores. The proposed project investigates effects of earthworms and soil insects on the above-ground system in grassland communities of different diversity. Earthworm and soil insect density is manipulated in experimental plots differing in plant diversity. The manipulations include the combined exclusion of below-ground insects and above-ground herbivores. It is expected that the response of the above-ground plant and animal community to manipulations of soil animal populations depends on plant species, plant diversity and plant functional group. The differential response is expected to propagate into the herbivore system thereby affecting the structure of the above-ground animal community.

Fichtenstarkholznutzung in Naturverjüngungsbeständen

Durch die Struktur der Holzvorräte mit höheren Anteilen der Stärkeklassen 4-6 wird der Holzeinschlag künftig verstärkt in natürlich zu verjüngenden überwiegend reine Fichtenaltholz- bzw. Umbaubestände konzentriert. Daraus können erhöhte abiotische und biotische Risiken erwachsen. Es sind alternative Konzepte zur Ablösung der früheren Praxis flächenweiser Räumung gefragt. Sie sollen als Demonstrations- und Versuchsflächen für eine ressourcenschonende Praxis dienen. Dazu werden in den wichtigsten Wuchsgebieten Beispielsbestände ausgesucht, behandelt und bis zum Abschluss der Verjüngung beobachtet.

Biogeochemical modelling of biosphere-atmosphere-hydrosphere interactions

This project aims at the improvement and testing of a modeling tool which will allow the simulation of impacts of on-going and projected changes in land use/ management on the dynamic exchange of C and N components between diversifying rice cropping systems and the atmosphere and hydrosphere. Model development is based on the modeling framework MOBILE-DNDC. Improvements of the soil biogeochemical submodule will be based on ICON data as well as on results from published studies. To improve simulation of rice growth the model ORYZA will be integrated and tested with own measurements of crop biomass development and transpiration. Model development will be continuously accompanied by uncertainty assessment of parameters. Due to the importance of soil hydrology and lateral transport of water and nutrients for exchange processes we will couple MOBILE-DNDC with the regional hydrological model CMF (SP7). The new framework will be used at field scale to demonstrate proof of concept and to study the importance of lateral transport for expectable small-scale spatial variability of crop production, soil C/N stocks and GHG fluxes. Further application of the coupled model, including scenarios of land use/ land management and climate at a wider regional scale, are scheduled for Phase II of ICON.

Erhoehter CO2-Partialdruck in der Atmosphaere: Anpassung des Stoffwechsels und Inhaltsstoffe von Nutzpflanzen (insbesondere Getreide)

Hypothesen: Der steigende CO2-Partialdruck in der Erdatmosphaere veraendert die Expression von Genen und damit den Stoffwechsel der Pflanzen. Folgen sind veraenderter Naehrstoffbedarf und veraenderte Zusammensetzung auch der landwirtschaftlichen Produkte. Ergebnisse: Der Phosphatbedarf der Pflanzen steigt in Hoch CO2. - Der Stickstoffbedarf faellt in Hoch-CO2 (Wachstum) - Das C/N Verhaeltnis in Pflanzen ist erhoeht in Hoch-CO2; sehr hohe Stickstoffgaben wirken diesem Effekt entgegen. - Modifizierungen im Phosphat- und Stickstoffwechsel erfolgen in den Blaettern. - Die Expression mancher photosynthetischer Gene wird von Hoch CO2 beeinflusst. - Aufklaerung des Stoffwechsels in Sink-Geweben der Pflanze (insbesondere Speicherorgane) - Untersuchungen zu CO2-Effekten auf die Rhizosphaere und Mineralstoffaufnahme (einschl. Schwermetalle).

Entwicklung von Biomasse-Sonnenblumen

Seit Inkrafttreten des 'Erneuerbaren Energie Gesetzes' im Jahr 2000 hat die Erzeugung und Nutzung von Biogas erheblich zugenommen. In zunehmendem Maße werden als Gärsubstrate Nachwachsende Rohstoffe eingesetzt. Verwendet werden hierbei Pflanzenarten bzw. Fruchtfolgen, die einen möglichst großen Trockenmasseertrag liefern. In einer Energiepflanzenfruchtfolge wäre die Stellung der Sonnenblume nach einer früh geernteten Winterung (z. B. Roggen-Ganzpflanzensilage) sinnvoll. Mit diesem Projekt soll geklärt werden, ob es möglich ist, Sonnenblumen zu konkurrenzfähigen Biomassepflanzen zu entwickeln.

Ökologische Grundlagen des Waldwachstums, Wachstumsmonitoring von Fichte, Kiefer, Aspe und Birke in der mittleren Taiga, Komi, NW-Russland

In einem naturnahen Mischbestand werden an der forstlichen Versuchsstation Lyaly (Republik Komi) die Radialveränderungen der Baumschäfte von Fichten (Picea obovata), Kiefern (Pinus sylvestris), Aspen (Populus tremulus) und Birken (Betula spec.) zeitlich hochaufgelöst registriert. An einem Teilkollektiv der Untersuchungsbäume wird zusätzlich im 5-Minuten Takt die elektrische Leitfähigkeit des Stammes registriert. Gleichzeitig werden die Lufttemperatur, die Luftfeuchte sowie die Bodenfeuchte gemessen. Am Untersuchungsstandort werden mit einem Magnetometer Schwankungen des Erdmagnetfeldes in den drei Raumrichtungen registriert. Aus den Analysen werden Informationen über die Bedeutung verschiedener Standorts- und Umweltfaktoren auf das kurz-, mittel- und langfristige Wuchsverhalten von Bäumen erwartet.

Regulation des Wassertransports in mykorrhizierten Wurzelsystemen

Die Bedeutung der Pilz-Wurzel-Symbiose für die Wirtspflanze liegt nach gängiger Auffassung in einer durch den Pilzpartner verbesserten Nährstoff- und Wasserversorgung. Es existieren eine Reihe von Untersuchungen, die zeigen, dass generell die Wasserversorgung, und damit auch die Trockenstressresistenz von Pflanzen mit dem Grad der Mykorrhizierung korreliert ist. Ein Vergleich des Wasserstatus von Pflanzen in Abhängigkeit der Mykorrhizierung ist allerdings schwierig, da mykorrhizierte Pflanzen auch über eine bessere Nährstoffversorgung verfügen und damit andere Wuchseigenschaften besitzen. Es ist bis jetzt jedoch völlig unbekannt auf welche Weise eine Mykorrhizierung die Wasserversorgung des Wirts verändert. Unabhängig vom Weg des über pilzliche Rhizomorphen herangeschafften Wassers in den Zentralzylinder der Wirtswurzel sind Wasserkanäle der pflanzlichen Plasmamembranen wesentlich an der Feinregulation des Wasserflusses beteiligt. Unsere Vorarbeiten deuten daraufhin, dass sich die Expression von Wirts-Genen, die für Aquaporine kodieren, in Abhängigkeit von der Mykorrhizierung verändert. Es ist daher Ziel des vorgeschlagenen Projekts, die Regulation der Expression dieser Gene, und damit die Bedeutung von Aquaporinen für den Wassertransport in der mykorrhizierten Wurzel, zu untersuchen und mit dem Wasserfluss im Wurzelsystem zu korrelieren. Letzteres soll mittels der minimalinvasiven Druckmesssondentechnik erfolgen, die durch die Beobachtung der hydrostatischen Drücke einzelner Zellen oder Xylemelemente die Bestimmung wichtiger Wasser- und Stofftransportparameter wie der hydraulischen Leitfähigkeit ermöglicht.

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