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Das Bodenwasser ist die Wasser- und Nahrungsquelle der Bäume und wirkt sich unmittelbar auf die Funktionen und die Produktivität des Ökosystems Wald aus. Daher untersuchen wir die Menge des für Bäume verfügbaren Wassers und seine Qualität.
Sowohl die Menge als auch die Qualität werden durch den Klimawandel beeinflusst, zum Beispiel durch die in letzter Zeit häufiger auftretenden Dürren und die Luftverschmutzung. Mit Langzeitmessungen der Bodenfeuchtigkeit und der Chemie der Bodenlösung liefern wir Entscheidungsgrundlagen für Politik und Forstexperten.
Die Wasserflüsse in den Wäldern sind über den Wald hinaus von wesentlicher Bedeutung, da sie eine Trinkwasserquelle darstellen, die Flüsse speisen und über die Verdunstung das Klima und den Kohlenstoffkreislauf beeinflussen.
Ziele
- Wie viel Wasser ist in den Schweizer Böden heute (Nowcasting) und unter veränderten Klimabedingungen (Szenarien) verfügbar?
- Wie werden die Wasserqualität und die biogeochemischen Kreisläufe durch Luftverschmutzung, z.B. Stickstoffeintrag, und Klimaextreme beeinflusst?
- Woher bezieht ein Baum sein Wasser und wie kann er sich an eine geänderte Wasserverfügbarkeit anpassen?
Methoden
- Überwachung der Wasserverfügbarkeit: Mit dem Netzwerk SwissSPOT erfassen wir schweizweit die Bodenfeuchtigkeit nahezu in Echtzeit.
- Überwachung der Bodenlösung: Alle zwei Wochen sind Feldbeobachter in der ganzen Schweiz unterwegs, um Bodenlösungsproben in verschiedenen Bodentiefen zu sammeln. Diese Proben werden in unserem Labor auf die wichtigsten Elemente untersucht.
- Wasserflüsse in Ökosystemen modellieren: Wir verwenden ein mechanistisches Boden-Vegetations-Atmosphären-Modell (SVAT), um die Daten zur Wasserverfügbarkeit hochzurechnen und sie mit den Daten zur Bodenlösung zu verknüpfen. Damit können wir Veränderungen in biogeochemischen Kreisläufen und im Wasserkreislauf ableiten.
- Wasserflüsse mit Wasserisotopen nachverfolgen: Wir verwenden Messungen stabiler Wasserisotope im Boden und im Xylem der Bäume, um grüne und blaue Wasserflüsse zu unterscheiden (blaue Wasserflüsse gehen in Fliessgewässer und ins Grundwasser, grüne zurück in die Atmosphäre), und um die Wasserverweilzeit sowie die verschiedenen Wasserverbrauchsstrategien der Bäume abzuschätzen.
WEITERFÜHRENDE INFORMATIONEN
Kontakt
Lorenz Walthert
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Dr. Katrin Di Bella Meusburger
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Publikationen
Meusburger, K.; Trotsiuk, V.; Schmidt-Walter, P.; Baltensweiler, A.; Brun, P.; Bernhard, F.; Gharun, M.; Habel, R.; Hagedorn, F.; Köchli, R.; Psomas, A.; Puhlmann, H.; Thimonier, A.; Waldner, P.; Zimmermann, S.; Walthert, L., 2022: Soil–plant interactions modulated water availability of Swiss forests during the 2015 and 2018 droughts. Global Change Biology, 28, 20: 5928-5944. doi: 10.1111/gcb.16332
Schönbeck, L.; Grossiord, C.; Gessler, A.; Gisler, J.; Meusburger, K.; D'Odorico, P.; Rigling, A.; Salmon, Y.; Stocker, B.D.; Zweifel, R.; Schaub, M., 2022: Photosynthetic acclimation and sensitivity to short- and long-term environmental changes in a drought prone forest. Journal of Experimental Botany, 73, 8: 2576-2588. doi: 10.1093/jxb/erac033
Bose, A.K.; Rigling, A.; Gessler, A.; Hagedorn, F.; Brunner, I.; Feichtinger, L.; Bigler, C.; Egli, S.; Etzold, S.; Gossner, M.M.; Guidi, C.; Lévesque, M.; Meusburger, K.; Peter, M.; Saurer, M.; Scherrer, D.; Schleppi, P.; Schönbeck, L.; Vogel, M.E.; ... Schaub, M., 2022: Lessons learned from a long‐term irrigation experiment in a dry Scots pine forest: impacts on traits and functioning. Ecological Monographs, 92, 2: e1507 (18 pp.). doi: 10.1002/ecm.1507
Frei, E.R.; Gossner, M.M.; Vitasse, Y.; Queloz, V.; Dubach, V.; Gessler, A.; Ginzler, C.; Hagedorn, F.; Meusburger, K.; Moor, M.; Samblás Vives, E.; Rigling, A.; Uitentuis, I.; Von Arx, G.; Wohlgemuth, T., 2022: European beech dieback after premature leaf senescence during the 2018 drought in northern Switzerland. Plant Biology, 24, 7: 1132-1145. doi: 10.1111/plb.13467
Klesse, S.; Wohlgemuth, T.; Meusburger, K.; Vitasse, Y.; Von Arx, G.; Lévesque, M.; Neycken, A.; Braun, S.; Dubach, V.; Gessler, A.; Ginzler, C.; Gossner, M.M.; Hagedorn, F.; Queloz, V.; Samblás Vives, E.; Rigling, A.; Frei, E.R., 2022: Long-term soil water limitation and previous tree vigor drive local variability of drought-induced crown dieback in Fagus sylvatica. Science of the Total Environment, 851: 157926 (12 pp.). doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.157926
Lembrechts, J.J.; Van den Hoogen, J.; Aalto, J.; Ashcroft, M.B.; De Frenne, P.; Kemppinen, J.; Kopecký, M.; Luoto, M.; Maclean, I.M.D.; Crowther, T.W.; Descombes, P.; Frei, E.R.; Meusburger, K.; Pellissier, L.; Pitteloud, C.; Risch, A.C.; Rixen, C.; Wipf, S.; Zellweger, F.; Lenoir, J., 2022: Global maps of soil temperature. Global Change Biology, 28, 9: 3110-3144. doi: 10.1111/gcb.16060
Guidi, C.; Frey, B.; Brunner, I.; Meusburger, K.; Vogel, M.E.; Chen, X.; Stucky, T.; Gwiazdowicz, D.J.; Skubała, P.; Bose, A.K.; Schaub, M.; Rigling, A.; Hagedorn, F., 2022: Soil fauna drives vertical redistribution of soil organic carbon in a long‐term irrigated dry pine forest. Global Change Biology, 28, 9: 3145-3160. doi: 10.1111/gcb.16122
Gessler, A.; Bächli, L.; Freund, E.R.; Treydte, K.; Schaub, M.; Haeni, M.; Weiler, M.; Seeger, S.; Marshall, J.; Hug, C.; Zweifel, R.; Hagedorn, F.; Rigling, A.; Saurer, M.; Meusburger, K., 2022: Drought reduces water uptake in beech from the drying topsoil, but no compensatory uptake occurs from deeper soil layers. New Phytologist, 233, 1: 194-206. doi: 10.1111/nph.17767
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Zhu, J.; Thimonier, A.; Etzold, S.; Meusburger, K.; Waldner, P.; Schmitt, M.; Schleppi, P.; Schaub, M.; Thormann, J.; Lehmann, M.M., 2022: Variation in leaf morphological traits of European beech and Norway spruce over two decades in Switzerland. Frontiers in Forests and Global Change, 4: 778351 (17 pp.). doi: 10.3389/ffgc.2021.778351
D'Odorico, P.; Schönbeck, L.; Vitali, V.; Meusburger, K.; Schaub, M.; Ginzler, C.; Zweifel, R.; Velasco, V.M.E.; Gisler, J.; Gessler, A.; Ensminger, I., 2021: Drone‐based physiological index reveals long‐term acclimation and drought stress responses in trees. Plant, Cell and Environment, 44, 11: 3552-3570. doi: 10.1111/pce.14177
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Walthert, L.; Ganthaler, A.; Mayr, S.; Saurer, M.; Waldner, P.; Walser, M.; Zweifel, R.; Von Arx, G., 2021: From the comfort zone to crown dieback: sequence of physiological stress thresholds in mature European beech trees across progressive drought. Science of the Total Environment, 753: 141792 (14 pp.). doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.141792
Zweifel, R.; Etzold, S.; Sterck, F.; Gessler, A.; Anfodillo, T.; Mencuccini, M.; Von Arx, G.; Lazzarin, M.; Haeni, M.; Feichtinger, L.; Meusburger, K.; Knuesel, S.; Walthert, L.; Salmon, Y.; Bose, A.K.; Schoenbeck, L.; Hug, C.; De Girardi, N.; Giuggiola, A.; ... Rigling, A., 2020: Determinants of legacy effects in pine trees - implications from an irrigation-stop experiment. New Phytologist, 227, 4: 1081-1096. doi: 10.1111/nph.16582
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Nussbaumer, A.; Meusburger, K.; Schmitt, M.; Waldner, P.; Gehrig, R.; Haeni, M.; Rigling, A.; Brunner, I.; Thimonier, A., 2020: Extreme summer heat and drought lead to early fruit abortion in European beech. Scientific Reports, 10: 5334 (11 pp.). doi: 10.1038/s41598-020-62073-0
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Johnson, J.; Graf Pannatier, E.; Carnicelli, S.; Cecchini, G.; Clarke, N.; Cools, N.; Hansen, K.; Meesenburg, H.; Nieminen, T.M.; Pihl-Karlsson, G.; Titeux, H.; Vanguelova, E.; Verstraeten, A.; Vesterdal, L.; Waldner, P.; Jonard, M., 2018: The response of soil solution chemistry in European forests to decreasing acid deposition. Global Change Biology, 24, 8: 3603-3619. doi: 10.1111/gcb.14156
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Camino-Serrano, M.; Graf Pannatier, E.; Vicca, S.; Luyssaert, S.; Jonard, M.; Ciais, P.; Guenet, B.; Gielen, B.; Peñuelas, J.; Sardans, J.; Waldner, P.; Etzold, S.; Cecchini, G.; Clarke, N.; Galic, Z.; Gandois, L.; Hansen, K.; Johnson, J.; Klinck, U.; ... Janssens, I.A., 2016: Trends in soil solution dissolved organic carbon (DOC) concentrations across European forests. Biogeosciences, 13, 19: 5567-5585. doi: 10.5194/bg-13-5567-2016
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Weber, P.; Bugmann, H.; Pluess, A.R.; Walthert, L.; Rigling, A., 2013: Drought response and changing mean sensitivity of European beech close to the dry distribution limit. Trees: Structure and Function, 27, 1: 171-181. doi: 10.1007/s00468-012-0786-4
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Thimonier, A.; Graf Pannatier, E.; Schmitt, M.; Waldner, P.; Walthert, L.; Schleppi, P.; Dobbertin, M.; Kräuchi, N., 2010: Does exceeding the critical loads for nitrogen alter nitrate leaching, the nutrient status of trees and their crown condition at Swiss Long-term Forest Ecosystem Research (LWF) sites?. European Journal of Forest Research, 129, 3: 443-461. doi: 10.1007/s10342-009-0328-9
Hagedorn, F.; Moeri, A.; Walthert, L.; Zimmermann, S., 2010: Kohlenstoff in Schweizer Waldböden – bei Klimaerwärmung eine potenzielle CO2-Quelle. Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen, 161, 12: 530-535. doi: 10.3188/szf.2010.0530
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