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Wie beeinflussen die Wechselwirkungen zwischen den Arten die langfristigen Auswirkungen von Hitze und Trockenheit?

 

Ziel des Projektes ist es, die physiologischen Prozesse zu bewerten, durch die sich Bäume in einem sich ändernden Klima anpassen und miteinander interagieren, die Folgen dieser dynamischen Prozesse für die physiologischen Reaktionen der Bäume auf klimatische Belastungen zu bestimmen und unser Verständnis dieser Auswirkungen auf langfristige Verschiebungen im internen Kohlenstoff- und Wasserkreislauf der Bäume zu verbessern.

 

Kontext und Motivation

In den letzten Jahrzehnten haben die weltweit steigenden Temperaturen zu einem exponentiellen Anstieg des atmosphärischen Verdunstungsbedarfs (d. h. des Dampfdruckdefizits, VPD) geführt. Temperatur und Dampfdruckdefizit sind in vielen terrestrischen Biomen zunehmend wichtige Faktoren für das Funktionieren der Pflanzen und tragen auch wesentlich zum jüngsten dürrebedingten Baumsterben bei. Gleichzeitig haben veränderte Niederschlagsmuster zu einer zunehmenden Häufigkeit und Intensität von Dürreereignissen geführt.

 

Wenn Pflanzen abiotischen (z. B. Hitze und Trockenheit) und biotischen (z. B. Artenzusammensetzung) Veränderungen in der Umwelt ausgesetzt sind, können sie ihre Physiologie anpassen, um unter restriktiveren Bedingungen eine optimale Leistung zu erzielen. Bäume, die trockeneren und wärmeren Bedingungen ausgesetzt sind, können zum Beispiel ihre physiologischen Feinmerkmale verändern, um ihre Strategien zum Wassersparen und zur Kohlenstoffgewinnung zu verbessern. Auch die Wechselwirkungen zwischen den Arten können uns helfen zu verstehen, wie und warum Wälder auf Hitze und Trockenheit reagieren.

Doch obwohl die Fähigkeit von Bäumen, ihre Funktionsweise an Veränderungen in ihrer Umwelt anzupassen, weithin anerkannt ist, berücksichtigen Klima-Vegetations-Modelle diese Prozesse nur selten, was unsere derzeitigen Möglichkeiten für langfristige Vorhersagen einschränkt.

 

Ziel des Projektes

Unser übergeordnetes Ziel ist es, die physiologischen Prozesse zu bewerten, durch die sich Bäume in einem sich ändernden Klima anpassen und miteinander interagieren, die Folgen dieser dynamischen Prozesse für die physiologischen Reaktionen der Bäume auf klimatische Belastungen zu bestimmen und unser Verständnis dieser Auswirkungen auf langfristige Verschiebungen im internen Kohlenstoff- und Wasserkreislauf der Bäume zu verbessern.

 

Versuchsaufbau und Messungen

In der Modell-Ökosystem-Anlage (MODOEK) der WSL in Birmensdorf haben wir seit dem Frühjahr 2018 junge Bäume einer Kombination aus Erwärmung (+5°C relativ zur Umgebung) und Trockenheit (-50% relative Luftfeuchtigkeit im Boden gegenüber der Umgebung) ausgesetzt. Zwei Baumarten mit unterschiedlicher Toleranz gegenüber Hitze und Trockenheit wurden in die offenen Kammern gepflanzt: Rotbuche (Fagus sylvatica L.) und Flaumeiche (Quercus pubescens Willd.). Die Bäume wachsen in verschiedenen Kombinationen (Monokulturen bzw. Mischungen), so dass wir die Auswirkungen ihrer Interaktion bewerten können.

Phänologie und Blatttemperatur werden kontinuierlich an den Pflanzen verfolgt. Mehrmals während der Vegetationsperiode führen wir Gasaustauschmessungen, hydraulische Messungen und Blattprobenahmen (für nicht strukturelle Kohlenhydrate, stabile Isotope und Elementaranalysen) durch. Wir messen auch mehrere anatomische Merkmale der Blätter, um die strukturelle Akklimatisierung der Blätter jedes Jahr zu charakterisieren.