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.
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.
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.
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.
Leaching, das Auswaschen von anorganischen und organischen Inhaltsstoffen aus pflanzlichen Geweben durch Regen, Tau und Nebel ist ein natuerliches Phaenomen und wird durch Immissionseinfluss verstaerkt. In Klimakammern, Kleingewaechshaeusern und einer open top-Anlage werden unter realitaetsnahen Konzentrationen von Ozon, Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid sowie saeurehaltigem Nebel einzeln und in Kombination Fichte, Rotbuche und Pappel bei Variation der Naehrstoffversorgung mit Mg und Ca exponiert. An diesen unter definierten Bedingungen begasten Pflanzen sowie an Fichte in geschaedigten Waldbestaenden werden in Abhaengigkeit von bestimmten inneren und aeusseren Wachstumsfaktoren Auswaschungsraten und Gehalte der folgenden anorganischen und organischen Substanzen bestimmt: - Sulfat, Nitrat, Chlorid, Phosphat, Magnesium, Kalzium, Mangan, Zink - Oligo- und Polysaccharide - Aminosaeuren. Mit Hilfe biochemischer und physiologischer Methoden sollen Erkenntnisse zu den Ursachen des Leachings und dessen Bedeutung als praedisponierender oder schadausloesender Faktor unter Immissionsstress gewonnen werden.
In enger Verbindung mit dem von der EG geplanten Programm zur Ermittlung von Ernteverlusten (crop loss) durch Luftverunreinigungen sollen Dosis-Wirkungsbeziehungen fuer landwirtschaftliche Nutzpflanzen ermittelt werden. Die Versuchsergebnisse sollen verwendet werden um (a) die Immissionswerte fuer SO2 und NO2 zu ueberpruefen und (b) eventuelle Ernteverluste zu quantifizieren. Begasungen in open - top-Kammern mit SO2, NO2 und Ozon sollen den Umweltkonzentrationen und dem zeitlichen Verteilungsmuster des jeweiligen Schadstoffs und der Lebenszeit der jeweiligen Kulturpflanzen entsprechen.
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.
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.
Charakterisierung aussagekraeftiger Photosynthese- und Atmungsparameter von Laubbaeumen der Vorwaldstufe unter kontrollierten Bedingungen. Ueberpruefung der Beeinflussung von Photosynthese und Atmung der Laubbaeume unter Langzeit- und Kurzzeitbelastung mit standortrelevanten Schadstoffen. Artenvergleich. Versuche zur Bestimmung wichtiger Stoffwechselwege zur Entgiftung der Schadstoffe im Artenvergleich. Charakterisierung blattanatomischer und -morphologischer Parameter. Bestimmung der Beeinflussung dieser Groessen durch Schadstoffeintrag.
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