Sensitivity of planted European beech saplings to soil drought

Im Kontext des Klimawandels ist die Erforschung von möglichen Trockenheitsreaktionen der Rotbuche, insbesondere von gepflanzten Jungbäumen im Stadium der Etablierung im Waldbestand, von fundamentaler waldbaulicher Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen von Trockenheit auf morphologische, physiologische und chemische Parameter gepflanzter Jungbuchen untersucht. Weiterhin wurde ein quantitatives Trockenheitsmaß erarbeitet, welches eine allgemeingültige Darstellung von Dosis-Wirkungs-Beziehungen hinsichtlich Trockenstress ermöglichte. In einem aufgelichteten Fichtenbestand wurden gepflanzte Jungbuchen durch Niederschlagsmanipulation über drei Vegetationsperioden verschiedenen Trockenheitsintensitäten ausgesetzt. Zusätzlich wurden zwei Experimente durchgeführt, im Rahmen welcher in Rhizoboxen bzw. Container gepflanzte Jungbuchen unterschiedlicher Bodenwasserverfügbarkeit unterlagen. Das Bodenwasserpotential im Wurzelraum wurde regelmäßig erfasst. Mittels kontinuierlicher FDR-Messungen konnte der zeitliche Verlauf des Bodenwasserpotentials für jede Jungbuche zudem individuell modelliert werden. Als Trockenheitsmaß wurde das kumulative Bodenwasserpotential (Trockenstressdosis, DSD) herangezogen und mit einer Vielzahl von Pflanzenparametern (Wachstum, Physiologie, Morphologie, Ernährungszustand, Gehalt nicht-struktureller Kohlenhydrate, Kohlenstoff-Allokation usw.) in Beziehung gesetzt. In die statistische Analyse wurden neben DSD gegebenenfalls die individuelle Lichtexposition sowie allometrische Aspekte als Kovariaten miteinbezogen. DSD korrelierte mit δ13C in Respirationsflüssen und anderen Pflanzenparametern; als sofortige Trockenheitsreaktion zeigte sich bei gestressten Pflanzen eine Verringerung von Photosyntheserate und stomatärer Leitfähigkeit. Ebenso wurde der Assimilattransport gehemmt, was durch eine Erhöhung der mittleren Verweilzeit rezenten Kohlenstoffs in Blättern und dessen zeitverzögertem Auftreten in der Bodenrespiration gezeigt wurde. Insgesamt wurde die Rhizosphärenrespiration unter starkem Trockenstress um 50% reduziert, während das Wurzel/Spross-Verhältnis generell anwuchs. Diese Befunde erklären den gehemmten Radialzuwachs der Jungbuchen mit steigender DSD und spiegeln ein verändertes C-Allokationsmuster unter Trockenstress wider. Die Sensitivität von Photosynthese und Zuwachs gegenüber DSD nahm jedoch im Verlauf der drei Jahre nach der Pflanzung stetig ab, was auf effziente Akklimatisierungsprozesse, insbesondere hinsichtlich der Wurzel- und Sprossmorphologie, zurückzuführen ist: So ermöglichten z. B. die Erhöhung der Durchwurzelungstiefe und die Verminderung der spezifischen Blattfläche eine Intensivierung der Bodenerschließung bzw. eine Reduktion von Transpirationsverlusten. Nicht-lineare Reaktionen wurden beispielsweise beim Feinwurzelwachstum beobachtet, welches unter moderater Trockenheit stimuliert wurde, unter starkem Trockenstress jedoch zum Erliegen kam. Trockenheitsinduzierte Veränderungen im Gehalt nicht-struktureller Kohlenhydrate wiesen teilweise auf eine C-Limitierung der Pflanzen hin. Der Ernährungszustand der Jungbuchen spiegelte reduzierte Nährstoffmobilität unter Trockenbedingungen wider. Wiederbefeuchtung nach Trockenstress führte zu einer raschen Erholung der am Assimilattransport beteiligten Prozesse, was aus der Dynamik von Label-bürtigem 13C in Respirationsflüssen gefolgert wurde. Persistente Trockenheitseffekte, die anhand von 13C-Partitionierungsmustern aufgedeckt wurden, wurden Reparaturprozessen zugeschrieben, jedoch insgeamt als gering eingeschätzt. Die multivariate Analyse konnte einige Parameter als Indikatoren für rezenten Trockenstress (z. B. C/N-Verhältnis in Blättern) oder vorangegangene Trockenperioden (z. B. spezifische Blattfläche) identifizieren, während andere eher das Langzeitmittel der Bodentrockenheit widerspiegelten (z. B. C/N-Verhältnis in Feinwurzeln, Anteil mykorrhizierter Wurzelspitzen). Insgesamt wiesen die Jungbuchen eine hohe Resilienz gegenüber Trockenheit auf, welche auf einem ausgeprägten Akklimatisierungspotential, vor allem der Morphologie, gründet. Zudem besitzt die Trockenstressdosis als erklärende Variable eine große physiologische Aussagekraft.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Bayreuth

Year

2014

Author dc:creator

• Zang, Ulrich Franz

Contributors dc:contributor

• Borken, Werner

Repository record source_url

https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/1725/

OAI identifier oai:identifier

oai:epub.uni-bayreuth.de:1725