Quantifizierung der Konkurrenzkraft von Buche und Fichte am Standort Kranzberger Forst
Häberle KH, Weigt R., Nikolova P, Reiter IM, Koch N,
Grams TEE, Blaschke H, , Matyssek R
Die Ressourcenverfügbarkeit der Waldbäume wurde durch
(1) Ozon (free-air Begasungsexperiment), (2) Trockenheit (klimatische Schwankungen im Niederschlag von Jahr zu Jahr),
(3) Lichtangebot (Auflichtungsexperiment) und (4) biotischen Stress (Infektionsexperiment mit Apiognomonia) variiert und die Auswirkung auf die Konkurrenzkraft von Buche und Fichte quantifiziert.
Raumbezogene Effizienzparameter bei Buche und Fichte:
Nach der Erstellung raumbezogener Kohlenstoffbilanzen auf Astebene (Reiter 2005) wurde die Effizienz der Raumbesetzung, der Ressourcenaufnahme und der Unterhaltskosten erstmals bei ausgewachsenen Waldbäumen im Wurzelraum erhoben. Die Ergebnisse bestätigen die oberirdischen Befunde. Erneut ergaben sich Konkurrenzvorteile für Buche ausgewiesen durch höhere Effizienz der Raumbesetzung und der Ressourcenaufnahme. Bei den Unterhaltskosten pro Bodenvolumen schnitten Buchen- und Fichtenwurzeln ähnlich ab. Bei Buche kompensierte die erhöhte Atmungsrate die geringere Wurzelbiomasse. Im Tiefenprofil ließ sich die bekannte Habitatverschiebung zwischen dem flacheren Wurzelsystem der Fichte und dem tieferen Verteilungsschwerpunkt der Buchenwurzeln an der höheren Effizienz der betreffenden Baumarten in der jeweiligen Bodenschicht festmachen. In einem Modellansatz ist es gelungen, die Bodenatmung getrennt nach „autotrophen“ und „heterotrophen“ Komponenten auf die jährliche CO2-Freisetzung aus dem Boden im Bestand hochzurechnen (Nikolova, in prep.).
In die Analyse der Konkurrenzkraft wurde in Phase III die Ressource Stickstoff durch das 15N-Markierungsexperiment im Juli 2005 einbezogen. Die Probenahme zur Analyse der Verteilung des 15N in den verschiedenen Kompartimenten wurde zusammen mit den Partnergruppen im Oktober 2006 abgeschlossen. Eine vollständige Bilanzierung ist erst nach Aufarbeitung der Proben möglich. Erste Befunde aus einem Küvettenexperiment in KF ergaben, dass der größte Teil des zugegebenen 15N im Boden blieb und nur ca. 5 Prozent des zugebenen 15N in der Wurzelbiomasse auftauchte.
Nikolova PS, Raspe S, Blaschke H, Andersen CP, Rainer Matyssek R, Häberle K-H (2007) Drought effects on soil respiration components in a mature Fagus sylvatica / Picea abies forest. New Phytol., in prep.
Reiter IM, Häberle K-H, Nunn AJ, Heerdt C, Reitmayer H, Grote R, Matyssek R (2005) Competitive strategies in adult beech and spruce: Space-related foliar carbon investment versus carbon gain. Oecologia 146: 337-349
Andersen CP, Nikolov I, Nikolova P, Matyssek R, Häberle K-H (2005) Estimating “autotrophic” belowground respiration in spruce and beech forests: Decreases following girdling. European Journal of Forest Research 124: 155-163
Ergebnisse zu (1) Ozon:
Deutliche ozonbedingte Unterschiede auf der Zell- und Blattebene schlugen nicht bis auf die Ast- und Baumebene bei der Einzelbaum bezogenen Betrachtung durch. Die Ergebnisse der einzelnen biochemischen und ökophysiologischen Messgrößen schwankten sehr stark im Jahresgang und von Jahr zu Jahr sowie zwischen den Individuen. Es war kein grundlegender Unterschied in der Ozonempfindlichkeit zwischen Buche und Fichte erkennbar. Eine Schlüsselrolle in der Reaktion auf die experimentell erhöhten Ozonkonzentrationen der Bestandesluft kommt der Reaktion der Spaltöffnungen zu. Durch partiellen Spaltenschluss schlug die Verdopplung der Ozonkonzentrationen in der Außenluft nur abgeschwächt auf die Ozonaufnahme (nur 1,2 bis 1,3fach erhöht) durch.
Die experimentell erhöhte chronische Ozonbelastung veränderte die Baumphysiologie allerdings bis in den Wurzelbereich (erhöhte Bodenatmung unter 2xO3, erhöhte Feinwurzelproduktion und –turnover) (Diss. Nikolova 2006).
Löw M, Warren CR, Matyssek R (2007) O3flux-related responsiveness of photosynthesis, respiration and stomatal conduc tance of adult Fagus sylvatica to experimentally enhanced free-air O3 exposure. Plant Biology, in press
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Herbinger K, Then C, Löw M, Haberer K, Alexous M, Koch N, Remele K, Heerdt C, Grill D, Rennenberg H, Häberle K-H , Matyssek R , Tausz M, Wieser G (2005) Tree age dependence and within-canopy variation of leaf gas exchange and antioxidative defense in Fagus sylvatica under experimental free-air ozone exposure. Environmental Pollution 137: 476-482
Nunn AJ, Anegg S, Betz G, Simons S, Kalisch G, Seidlitz HK, Grams TEE , Häberle K-H , Matyssek R , Bahnweg G, Sandermann H, Langebartels C (2005a) Role of ethylene in the regulation of cell death and leaf loss in ozone-exposed European beech. Plant Cell and Environment 28: 886-897
Nunn AJ, Kozovits AR, Reiter IM, Heerdt C, Leuchner M, Lütz C, Liu X, Löw M, Winkler JB, Grams TEE , Häberle K-H , Werner H, Fabian P, Rennenberg H, Matyssek R (2005b) Comparison of ozone uptake and sensitivity between a phytotron study with young beech and a field experiment with adult beech ( Fagus sylvatica ). Environmental Pollution 137: 494-406
Nunn AJ, Reiter IM, Häberle K-H, Langebartels C, Bahnweg G, Pretzsch H, Sandermann H, Matyssek R (2005c) Response pattern in adult forest trees to chronic ozone stress: identification of variations and consistencies. Environmental Pollution 136 (365-369)
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Cojocariu C, Escher P, Häberle K-H, Matyssek R, Rennenberg H & Kreuzwieser J: The effect of ozone on the emission of carbonyls from leaves of adult Fagus sylvatica . Plant, Cell and Environment (2005) 28, 603-611 Ergebnisse zu (2) Trockenjahr 2003
Der Effekt der Trockenheit im Extremjahr 2003 auf den Kohlenstoffgewinn war deutlich stärker als der Ozoneinfluss. Trockenheitsbedingt verengte Spaltöffnungen schränkten die Ozonaufnahme stark ein, so dass in der 2xO3-Behandlung trotz stark erhöhter Außenluftkonzentrationen nur unwesentlich höhere Aufnahmeraten berechnet wurden.
Die Baumartenmischung wirkte sich im trockenen Sommer 2003 positiv auf das Wurzelwachstum der Fichte aus, der verhältnismäßig länger Wasser zur Verfügung stand als auf Kleinflächen mit reinem Fichtenvorkommen (Diss. Nikolova 2006).
Matyssek R, Le Thiec D, Löw M, Dizengremel P, Nunn AJ, Häberle K-H (2006) Interaction between drought stress and O3 stress in forest trees. Plant Biology 8: 11-17
Löw M, Herbinger K, Nunn AJ, Häberle K-H, Leuchner M, Heerdt C, Werner H, Wipfler P, Pretzsch H, Tausz M, Matyssek R (2006) Extraordinary drought of 2003 overrules ozone impact on adult beech trees ( Fagus sylvatica ). Trees 20: 539-548
Ergebnisse zu (3) Auflichtung
Der Effekt der Auflichtung im Kranzberger Forst im Jahr 2004 wurde durch Berechnungen des LAI aus hemisphärischen Photos sowie durch Bonitur und SLA-Bestimmung ausgewählter Schatten- und Sonnenäste der „profitierenden“ Bäume verfolgt. Die Auswertung im Rahmen einer Diplomarbeit dauert noch an. Nach dem visuellen Eindruck 2006 beginnen sich die Lücken zu schließen, nachdem die Äste im ersten Jahr (2005) kaum merklich auf die partielle Freistellung reagiert hatten.
Ergebnisse zu (4) Infektion
In dem Infektionsexperiment in Kooperation mit A1 (Juli 2006) ergaben sich bei mehreren Messungen vor und nach der Infektion mit Apiognomonia keine Unterschiede in der Photosyntheserate zu den nicht infizierten Kontrollen, wohl aber zwischen den Ozonstufen (s. 1).
Bahnweg G, Heller W, Stich S, Knappe C, Betz G, Heerdt C, Kehr RD, Ernst D, Langebartels C, Nunn AJ, Rothenburger J, Schubert R, Müller-Starck G, Werner H, Matyssek R, Sandermann H (2005) Beech leaf colonization by the endophyte Apiognomonia errabunda dramatically depends on light exposure and climatic conditions. Plant Biology 7: 659-669
Abschätzung des Potentials für trade-off zwischen Wachstum und Abwehr
Als Einstieg in die integrierende Auswertung der Versuche wurde das Potential für die Wachstumsstimulierung durch etwaige Einsparungen in abwehrbezogene Stoffwechselprozesse abgeschätzt (trade-off zwischen Abwehr und Wachstum nach Herms & Mattson 1992). Der für eine Umverteilung in Frage kommende Kohlenstoffanteil lag bei beiden Baumarten im Laub trotz wesentlicher Unterschiede in der Zusammensetzung aus abwehrbezogenen Substanzen in einer ähnlichen Größenordnung zwischen 2 und 5 % der jährlichen Bruttoprimärproduktion.
Häberle K-H, Nunn AJ, Reiter IM, Werner H, Heller W, Bahnweg G, Gayler S, Lütz C, Matyssek R (2007) Variation of defence-related metabolites in the foliage of adult beech and spruce – a conceptual approach to approximating traded-off carbon. Basic Appl. Ecol., in prep.
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Ektomykorrhiza 
