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Erarbeitung einer röntgendensitometrisch multivariaten Analysenmethode für die Datierung von Holz der Baumart Fichte (Picea abies (L.) Karst.)

An historisch wertvollen Gebäuden und Denkmälern sind häufig dendrochronologische Altersbestimmungen an hölzernen Baugruppen notwendig, um eine exakte zeitliche Einordnung und fachgerechte Sanierung zu ermöglichen. Grundlage der herkömmlichen dendrochronologischen Datierung sind Messreihen der Jahrringbreite. Mit diesem holzanatomischen Merkmal können in der Regel bisher nur Proben mit mehr als 50 Jahrringen zeitlich exakt eingeordnet werden. Wichtige Informationen zu kleineren Objekten können somit der Erforschung der Kunst- und Siedlungsgeschichte verloren gehen. In diesem Forschungsvorhaben soll deshalb am Lehrstuhl Forstnutzung der TU Dresden in Tharandt insbesondere in Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Forschungsanstalt Birmensdorf, dem Landesamt für Denkmalpflege Sachsen, der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft Hamburg und dem DAI Berlin eine röntgendensitometrische Datierungsmethode entwickelt werden, die auf der Grundlage einer multivariate Zeitreihenanalyse jahrringärmerer Holzstücke der Bauforschung und Archäologie neue Daten zur Verfügung stellen kann. Die Methode basiert auf einer multivariaten Analyse röntgendensitometrischer Daten von Rohdichteprofilen. Die Datierung von Fichtenholzproben mit einer multivariaten Standardkurve, bestehend aus Zeitreihen verschiedener Rohdichtemerkmale, als neue wissenschaftliche Methode würde durch die komplexe Erfassung der intraannuellen Xylemcharakteristika eine effizientere dendrochronologische Auswertung ermöglichen.

Effects of Elevated CO2 Levels and Nitrogen Deposition on the Carbon and Nitrogen Assimilation of Fagus Sylvatica and Picea Abies and the 15/14N - resp 13/12C - Relationship

As a contribution to the ICAT-Project, the main goal of this investigation is to analyze the influence of elevated C02 and increased nitrogen deposition on the flux dynamics and the pools of C and N in individual plants (Fagus sylvatica and Picea abies) as well as in the ecosystem. A change in the C02 regime influences the nitrogen balance, and the alteration of the nitrogen regime greatly influences the carbon balance. The pathways ,and pools of these elements in plants and in the ecosystem will be studied and described, analyzing the stable isotope relationships (I5/l4N and 13/12C). In this study both 13C and 15N will be used as tracer elements as well. The use of these tracers will allow to study the translocation and remobilisation mechanisms of N and C under changed environmental conditions. The use of labelled nitrogen as the below ground N-source (l5N-H4+,15N- 03-) and 15NO2 for the above ground fumigation in separate chambers allows the study of the different nitrogen sources and the various pathways. Variations in physiological processes during the vegetation period will be studied by supplying and harvesting plant material from potted plants at clearly defined times. The study of the 13/l2C relationship will allow to estimate the long term water use fficiency. It is planned to use this data material for the development of mechanistic oriented models which allow the simulation of these processes. Leading Questions: 1. How does elevated CO2 influence the carbon and nitrogen balance alone or in combination with an elevated nitrogen deposition. 2. What is the influence of this situation on the C- and N-Pools a) in the individual plant, b) in the ecosystem 3. Will the turnover rates be accelerated or slowed down, or is it not influenced 4. Where and at what time will the metabolites be translocated with an elevated CO2 and nitrogen level, and how will it differ from the controls.

Nährstoffkreislauf in reinen Fichten- und Mischbeständen

Als man im 19. Jahrhundert begann, Fichte (Picea abies) außerhalb ihres natürlichen Verbreitungsgebietes in typischen Mischwaldgebieten aufzuforsten, wurden die unterschiedlichen Effekte von Buche (Fagus sylvatica) und Fichte auf den Waldboden diskutiert. Aufgrund der heute vielfach praktizierten naturnahen Forstwirtschaft denkt man vermehrt über eine Rückführung in gemischte Fichten/Buchenbestände nach, obwohl auch die Buche nicht immer die natürliche Baumart darstellt. Die versauernde Wirkung der Fichte ist zwar erwiesen, nicht jedoch deren negative Auswirkung auf das Baumwachstum. Vergleichende Studien zum Nährstoffkreislauf in sekundären Fichten- und Fichten/Buchenwäldern sind Gegenstand dieses Projektes. Die Arbeitshypothesen lauten: a) Der Eintrag von Kohlenstoff und Makronährstoffen ist abhängig von der Baumartenzusammensetzung. b) Quantität und Qualität dieses Eintrages verändern Nährstoffvorräte und -kreisläufe in Waldökosystemen. c) waldbauliche Methoden, in diesem Fall Beimischung von Buche, stellen eine Möglichkeit dar, Nährstoffvorräte sowie Stickstoffspeicherung und -freisetzung zu manipulieren. Angesichts vielerorts bereits gesundheitsschädlicher Nitratwerte im Grundwasser, ist diese Thematik besonders aktuell. Der methodische Ansatz beruht auf vier Säulen: I) Regressionsanalysen von Boden- und Nährstoffdaten sollen zu einem besseren theoretischen Verständnis der Auswirkungen von waldbaulichen Maßnahmen führen. II) Modelle sollen die erworbenen Kenntnisse vertiefen und Auswirkungen forstlicher Maßnahmen auf Bodenprozesse und Nährstoffflüsse simulieren bzw. vorhersagen. III) Nährstoffkreisläufe für reine Fichten- und gemischte Fichten/Buchenbeständen werden anhand natürlicher Isotopenmessungen genauer differenziert, da C-13-, N-15-, O-18-Nitrat- und Sr-87-Signale in Vegetation und Boden wertvolle Hinweise über Nährstoffdynamik in Waldökosystemen liefern. IV) Mikrobiologische Nährstoffumsätze werden mit C- und N-Isotopenmessungen gekoppelt, weil im Verlauf von mikrobiellen Transformationen stets das schwerere Isotop diskriminiert wird.

Winterembolien in Koniferen: Effekte und Recovery

Im Rahmen einer vorhergehenden Studie (FWF P13782-BIO, 'Ecological significance of winter-embolism in conifers (Picea abies L. Karst., Pinus cembra L.) at the alpine timberline') wurde nachgewiesen, dass Winter-Embolien als typische Phänomene in Koniferen an der alpinen Waldgrenze auftreten. Dabei führen Gasblasen, die durch Frosttrocknis und möglicherweise durch Gefrier-Tau-Zyklen induziert werden, zu einer Blockade des Wassertransportsystems (Xylem). Obwohl Bäume an der alpinen Waldgrenze Adaptationen zur Vermeidung von Embolien aufweisen, wurden in einigen Arten extreme Leitfähigkeitsverluste beobachtet. Es ist deshalb anzunehmen, dass Winter-Embolien für das Leben und sogar Überleben von Bäumen des Waldgrenzökotons von Bedeutung sind. Mit dem eingereichten Projekt sollen Auswirkungen von Embolien und Recovery-Prozesse untersucht werden: Wir erwarten, dass Embolien Beeinträchtigungen von Wasserhaushalt, Photosynthese und Wachstum verursachen und andererseits leistungsfähige Wiederbefüllungsmechanismen und die Bildung von neuem Xylem diese negativen Effekte reduzieren. Um diese Hypothesen zu überprüfen sollen Untersuchungen unter natürlichen- und in Experimenten unter manipulierten Bedingungen bei Jungpflanzen, Zweigen und erwachsenen Koniferen (Picea abies (L.) Karst, Pinus cembra L., Pinus mugo Turra) kombiniert werden: Mit Druckkragen-Experimenten sollen sowohl die Auswirkungen von Embolien als auch Wiederbefüllungsvorgänge unter kontrollierten Bedingungen untersucht werden. Dazu ist unter anderem die Entwicklung einer Kavitationskammer geplant, die die künstliche Induktion von Embolien in Stämmen ausgewachsener Bäume ermöglichen soll. Zusätzlich werden Freilandexperimente, bei denen Manipulationen an natürlich embolierten Zweigen (z.B. Entfernen der Borke) durchgeführt werden, Aufschluss über für die Wiederbefüllung notwendige Bedingungen geben. Außerdem soll die Dynamik von Wiederbefüllung und Xylembildung unter natürlichen Bedingungen an der alpinen Waldgrenze untersucht werden. Das geplante Projekt soll unser Wissen über die Bedeutung von Winter-Embolien für alpine Baumarten erweitern und eine Abschätzung der Relevanz bezüglich der Bildung der Waldgrenze ermöglichen. Außerdem könnten sich die untersuchten Koniferenarten als ideale Modellpflanzen für die Untersuchung von Wiederbefüllungsprozessen erweisen, einem wichtigen aber noch kaum verstandenen Phänomen in Gefäßpflanzen.

Analyse stofflicher Veränderungen in Laub- und Nadelblättern immissionsgeschädigter Waldbäume

Ergebnisse: Ziel des Forschungsprojektes war es, quantitative und qualitative Veraenderungen fluechtiger organischer Substanzen in Blaettern immissionsgeschaedigter Waldbaeume zu erfassen. Ein Schwerpunkt wurde dabei auf die Stoffklasse der Terpene und die Baumart Picea abies gelegt. Daneben wurden auch die in der Luft der Schadgebiete auftretenden fluechtigen organischen Stoffe eingehend untersucht. Die Untersuchungen wurden an zwei verschiedenen Standorten des Schwarzwaldes durchgefuehrt, die sich hinsichtlich der Schadstoffsymptome deutlich unterscheiden. Im Welzheimer Wald waren die Schadsymptome ausschliesslich durch erhoehten Nadelverlust gekennzeichnet, waehrend im Bereich Kaelbelescheuer das dominierende Schadbild nicht nur durch Nadelverlust, sondern auch durch eine Vergilbung der Nadeln charakterisiert ist. Im ersten Schritt wurde eine quantitative gaschromatographische Methode zur Analyse von Mono- und Sesquiterpenen entwickelt. Bei den Monoterpenen und ihren Acetaten konnten in Fichtennadeln alle 30 Komponenten identifiziert werden, waehrend von den 22 Sesquiterpen-Kohlenwasserstoffen nur die bedeutendsten Komponenten bestimmt wurden. Im Versuchsansatz 'Welzheimer Wald' konnte gezeigt werden, dass sich die Terpen-Konzentrationen in Nadeln von Fichten, die in O3-, SO2 - oder O3/SO2-belasteter Luft in Open-Top-Kammern gewachsen waren, nur geringfuegig unterschieden. Auch die Terpenmuster waren mit Ausnahme des Limonens weitgehend aehnlich. Die Untersuchungen zur Terpenemission in Open-Top-Kammern wurden am Standort ,'Edelmannshof' fortgefuehrt (vgl. PEF 87/003/1A). Im Versuchsansatz 'Kaelbelescheuer' konnte gezeigt werden, dass sich das Terpenspektrum in jungen Nadeln nach dem Austrieb sowohl in geschaedigten als auch in den ungeschaedigten Baeumen ausserordentlich stark veraenderte. Beim Vergleich ein- und mehrjaehriger Nadeln der gesunden und kranken Baumkollektive fiel auf, dass die Nadeln kranker Baeume meist erhoehte Terpenkonzentrationen aufwiesen. Auffaellig war besonders die starke Zunahme von Camphen. An nicht terpenoiden Verbindungen konnten in den Nadeln geschaedigter Fichten hoehere p-Hydroxyacetophenon-Konzentrationen festgestellt werden.

Der Einfluß natürlich-phytotoxischer Luft und physiologische und biochemische Prozesse der Terpenemission bei Picea Abies in Open-Top-Kammern

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.

Auswertung der Waldzustanddaten von 1986 bis 1995

Mitte der achtziger Jahre wurde in Europa ein System zum Monitoring des Waldzustands aufgebaut. Hintergrund war die starke Verschlechterung des Waldzustandes zu Beginn der achtziger Jahre in verschiedenen europaeischen Staaten als mutmassliche Folge der Luftverschmutzung. Im Laufe der zurueckliegenden Dekade wurden in mehr als 30 Staaten 25170 permanente Monitoringplots eingerichtet, davon ca. 5400 auf einem transnationalen Gitternetz von 16 x 16 km. Bei der Einrichtung jedes transnationalen Plots wurden u.a. die geographische Lage und die Hoehe ueber dem Meeresspiegel zur Standortcharakterisierung erfasst. Auf den Plots werden in jaehrlichen Intervallen die Kronenverlichtung sowie Blatt-/Nadelverfaerbungen von ca. 24 Baeumen erhoben. In den letzten Jahren wurden auf den Plots zusaetzlich Boden- und Blatt-/Nadelanalysen durchgefuehrt. Durch dieses Monitoringsystem liegen mittlerweile umfangreiche Datensaetze ueber den Waldzustand in Europa vor. Die Datensaetze bildeten die Grundlage fuer ein Forschungsvorhaben, das in den Jahren 1996 und 1997 von 8 europaeischen Forschungsinstituten durchgefuehrt wurde. Fuer das Forschungsvorhaben wurden zum einen die Qualitaet der erhobenen Daten bewertet und zum anderen die Entwicklung des Kronenzustands von sieben weitverbreiteten Baumarten in Europa (Picea abies, Pinus sylvestris, P. maritima, Fagus sylvatica, Quercus robur, Q. petraea und Q. ilex) untersucht. Weiterhin wurde geprueft, inwieweit der Kronenzustand durch die erhobenen Standortfaktoren erklaerbar ist. Fuer die Plots wurden Daten ueber Trockenstress und Luftverschmutzung modelliert. Schliesslich wurde der Zusammenhang zwischen Kronenzustand einerseits und Trockenstress sowie Luftverschmutzung andererseits untersucht.

Die Assimilation von Kohlenstoff und der Assimilattransport in Koniferen unter dem Einfluss von Luftschadstoffen - enzymologische und transportphysiologische Untersuchungen, Die Assimilation von Kohlenstoff und Stickstoff und der Assimilationstransport in Coniferen unter Einfluss von Luftschadstoffen. Enzymiologische und transportphysiologische Untersuchungen

Fuer mehrere Kulturpflanzen sind die Eingangsenzyme der C- und N-Assimilation, Ribulosebisphosphat-Carboxylase, Nitrat-Reduktase sowie Glutaminsynthetase und Nitritreduktase in Leistung und Regulation bereits gut beschrieben, fuer Coniferen jedoch nicht. Gleiches gilt fuer den Transport der in den gruenen Blattern bzw Nadeln gebildeten Assimilate in der Pflanze. Die experimentellen Wege zur Untersuchung dieser zentralen Teilaspekte des Gesamtprozesses Assimilation sind heute bekannt und gangbar. Daher wird ihre Analyse an gesunden Fichten im nachfolgenden Vergleich mit schadstoffexponierten Fichten einen Beitrag zur besseren Erkennung der emissionsbedingten Schaeden an Coniferen liefern.

Untersuchungen ueber die Auswirkungen des 'Waldsterbens' auf die Honigtautracht der Bienen

Der Einfluss der Waldschaeden auf die fuer die Wirtschaftlichkeit der mitteleuropaeischen Imkerei wichtigen Honigtauerzeuger soll untersucht werden. Eine laufende Auszaehlung der Populationsdichte der honigtauerzeugenden Insekten (Coccidae, Aphidae) und eine Erhebung des Baumzustandes werden durchgefuehrt. Von Honigtauerzeugern der Gattung Physokermes (Coccidae) liegen bereits seit 1974 baumindividuelle Besatzdichteschaetzungen vor. Ergebnisse liegen bisher nur ueber die untersuchten Zusammenhaenge Physokermes sp. : Wirtspflanze Picea abies und ueber die bienenwirtschaftliche Bedeutung dieser Untersuchung vor. In der laufenden Vegetationsperiode werden Zustandserhebungen der Versuchsbaeume durchgefuehrt, um erste statistische Analysen der Zusammenhaenge erstellen zu koennen.

Untersuchung der kinetischen Eigenschaften verschiedener PEP-Carboxylase-Phaenotypen aus unterschiedlichen PEP-Carboxylase-Genotypen der Fichte

Ziel: Untersuchung der kinetischen Eigenschaften verschiedener Phosphoenolpyruvat (PEP) Carboxylase Phaenotypen der Fichte. Hypothese: Unter dem Einfluss von Luftschadstoffen kommt es zu einer Selektion des heterozygoten Genotyps, da dieser den homozygoten Genotypen in seinen kinetischen Eigenschaften ueberlegen ist.

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