Trockenstressresilienz von Buche und Fichte - Bedeutung von Facilitation, Wiederbewässerung und Artenmischung

Bearbeiter: Benjamin Hesse
PI: Prof. Dr. Thorsten Grams
Förderung: Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Trockenstressereignisse, einhergehend mit dem voranschreitenden Klimawandel, sind eine der größten Bedrohungen für unsere Ökosysteme. Besonders langlebige Ökosysteme, wie etwa Wälder in Zentraleuropa, waren stark eingeschränkt, durch warme und trockene Sommer, wie etwa 2003, 2015 oder 2018. Mischwälder scheinen dabei eine höhere Resistenz gegen Stress aufzuweisen, als etwa Monokulturen. Die größten Schäden wurden jedoch nicht während der Trockenheit, sondern in den darauf folgenden (meist wesentlich) milderen Jahren sichtbar. Wobei noch ungewiss ist warum manche Wälder stärker betroffen waren als andere, obwohl das Stressniveau vergleichbar war. Während die Forschung der vergangenen Jahrzehnte sich verstärkt auf die Erforschung der Stressreaktionen fokussiert hat, gibt es vergleichsweise wenige Studien welche die Auswirkungen von Erholung (z.B. Wiederbewässerung nach Trockenstress) untersucht haben.
In diesem Projekt sollen die Effekte von Trockenstress und auch einer folgenden Wiederbewässerung auf den Wasser- und Kohlenstoffhaushalt der mehr isohydrischen Fichte (Picea abies (L) Karst.)  und der mehr anisohydrischen Buche erforscht werden. (Fagus sylvatica L). In drei Experimenten soll die Resilienz und Erholung nach Trockenstress in Misch- und Reinkulturen untersucht werden, sowie Facilitationeffekte (positive Interaktionen zwischen Individuen), wie etwa der Austausch von Wasser oder Kohlenstoff zwischen Bäumen.

1.    Klimakammerexperiment mit Fokus auf Facilitation und Resilienz in Misch- und Reinkombinationen

Hypothesen:
a. Abiotischer Stress verstärkt facilitative Effekte in Mischbeständen stärker als in Reinbeständen
b. Klimawandeleffekte (z.B. höhere Temperaturen oder erhöhtes CO2) verstärken die Facilitation
c. Wiederbewässerungsintensität beeinflusst Facilitation und Resilienz

Ziel:
Mechanismen finden die Facilitation und Resilienz beeinflussen

2.    Feldexperiment zu NSC-Reservepools während und nach Trockenstressbedingungen im KROOF-Experiment (http://kroof.wzw.tum.de)

Hypothesen:
a. Buche ist weniger stark betroffen von “Carbon Starvation” als Fichte
b. NSC-Pools in Speicherorganen sind stärker betroffen als Transport- und Produktionsorgane
c.  Fichte profitiert von der Mischung mit Buche

Ziel:
Facilitationseffekte während und nach dem Trockenstress in NSC-Reservepools

3.    Feldexperiment zur Wiederbewässerung nach langfristigem und wiederholten Summertrockenstress im KROOF-Experiment (http://kroof.wzw.tum.de

Hypothesen:
a. Die anisohydrische Buche erholt sich schneller als die isohydrische Fichte nach Trockenstress
b. Mischbestände erholen sich schneller als Reinbestände

Ziel:
Resilienz nach Trockenheit und deren Relevanz in natürlichen Waldbeständen

Publication list

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Hafner BD, Hesse BD, Bauerle TL, Grams TEE (2020) Water potential gradient, root conduit size and root xylem hydraulic conductivity determine the extent of hydraulic redistribution in temperate trees. Funct Ecol:1–14.

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Manuela BAUMGARTEN, Benjamin D. HESSE, Ingrida AUGUSTAITIENĖ, Vitas MAROZAS, Gintautas MOZGERIS, Steigvilė BYČENKIENĖ, Genrik MORDAS, Ainis PIVORAS, Gintaras PIVORAS, Diana JUONYTĖ, Vidmantas ULEVIČIUS, Algirdas AUGUSTAITIS, Rainer MATYSSEK (2019) Responses of species-specific sap flux, transpiration and water use efficiency of pine, spruce and birch trees to temporarily moderate dry periods in mixed forests at a dry and wet forest site in the hemi-boreal zone. J Agric Meteorol 75:13–29.

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Tomasella M, Beikircher B, Häberle K-H, Hesse B, Kallenbach C, Matyssek R, Mayr S (2017) Acclimation of branch and leaf hydraulics in adult Fagus sylvatica and Picea abies in a forest through-fall exclusion experiment. Tree Physiol:1–14.