Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt W4: Charakterisierung landschaftlicher Heterogenitaet durch Transpirationsmessungen an unterschiedlichen Fichtenbestaenden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Pflanzenökologie durchgeführt. Tree canopy transpiration was measured at five Norway spruce stands at the Lehstenbach catchment (Fichtelgebirge) throughout the entire vegetation period of 1995. The investigated stands differed in age and structure, in exposition, or in soil characteristics. The seasonal pattern of tree transpiration was similar to those measured at three of the stands in 1994 but in 1995 the yearly sum was on average approx. 12 percent less than in the previous year. Among the stands, clear differences in tree canopy transpiration were observed. The highest transpiration rates (208 mm year-1) were observed at a 40-year-old stand growing on boggy soil and the tree transpiration decreased with increasing age of the stands. The lowest transpiration rates (90 mm year-1) were estimated for the trees of a 140-year-old stand investigated by Dr. B. Koestner. By the comparison of all investigated stands correlations were found between tree canopy transpiration and stand age and between tree canopy transpiration and tree density in the stands, which enable an estimation of whole watershed tree transpiration.
Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilvorhaben W2: Stofftransfer an den Schnittstellen Boden-Vegetation-Atmosphaere: Kontrollfaktoren der Kronendachleitfaehigkeit auf Einzelbaum- und Bestandesebene" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Pflanzenökologie durchgeführt. Untersuchungen zur Auswirkung von Landnutzungsaenderungen oder Aenderungen des physikalisch-chemischen Klimas auf Oekosystemfunktionen erfordern Kenntnisse ueber das Oekosystemverhalten auf Bestandesebene in Abhaengigkeit von atmosphaerischen Faktoren und von der Bestandesstruktur. In diesem Zusammenhang sind Kronendachtranspiration (Ec) und -leitfaehgikeit (gt) Schluesselparameter, um Oekosystemfunktionen zu beschreiben und funktionelle Vegetationstypen zu definieren. Xylemsaftflussmessungen wurden angewandt, um durch Beziehungen zwischen Baumstruktur und Wasseraufnahme die Wassernutzung der Baeume auf Bestandesniveau hochzurechnen und Bestaende unterschiedlicher Struktur zu vergleichen. In Altersklassenwaeldern von Picea abies (770m NN) waren grosse Unterschiede in Ec zu verzeichnen (Ecmax 1,5-2,5 mm d-1), die mit Aenderungen im Blattflaechen/Splintflaechenverhaeltnis sowie mit der Bestandesdichte korreliert waren. Maximale Werte von gt nahmen mit dem Bestandesalter (40- bis 140-jaehrig) von ca 13 mm s-1 auf ca 5 mm s-1 ab. Entsprechend war die Kopplung von Vegetation und Atmosphaere sehr hoch (mittlere Werte des Entkopplungsfaktors 1/2 von 0.1-0.2 fuer trockene bzw 0.25-0.4 fuer feuchte Tage) und am staerksten im aeltesten Bestand ausgepraegt. In einem tiefer gelegenen Mischbestand von Fagus sylvatica und Picea abies (380m NN) waren maximale Werte von Ec und gt auf Baum- und Bestandesebene bis doppelt so hoch fuer Buche (7 mm d-1; 15 mm s-1) im Vergleich zu Fichte (3 mm d-1; 9 mm s-1) trotz hoeherer Bestandesdichte der Fichten. Ferner wurde beobachtet, dass maximale Ec-Werte der Buchen an trockenen Sommertagen die verfuegbare Energie uebersteigen konnten. Dies deutet darauf hin, dass auf Landschaftsebene Advektion ein wichtige Rolle bei der Wassernutzung mosaikartiger Zusammensetzungen von Nadel- und Laubbaeumen spielen kann.
Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt W1: Quantifizierung der Evapotranspiration und des CO2-Gaswechsels der Waldbodenvegetation und Charakterisierung steuernder Einflussfaktoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Pflanzenökologie durchgeführt. Innerhalb des Lehstenbach Wassereinzugsgebietes im Fichtelgebirge wurden die Zusammensetzung der Unterwuchsvegetation, das Lichtklima und die Patch-Struktur der Bodenbedeckung unter monospezifischen Bestaenden von Fichte (Picea abies (L.) KARST.) charakterisiert. Die Unterwuchsvegetation wurde in sieben Patch-Typen eingeteilt. Jeder Patch-Typ wurde von einer Pflanzenart dominiert. Basierend auf 90 untersuchten Plots und 42 Biomasseernten im Bereich des Wassereinzugsgebietes wurde gezeigt, dass das Alter der Waldbestaende signifikant mit dem Patch-Typ korreliert. Die Parameter 'Bestandesalter und 'Blattflaechenindex des Kronendaches' erklaeren zusammen 57 Prozent der Zusammensetzung der Bodenvegetation. Schaetzungen der Transpiration des Baumbestandes und der Evapotranspiration der Bodenvegetation wurden an fuenf Fichtenbestaenden, die grosse Unterschiede in der Bestandesstruktur und im Entwickungsstadium aufwiesen, ermittelt. Der Deckungsgrad mit Bodenvegetation lag zwischen 83 Prozent bei einem offenen 140-jaehrigen Fichtenbestand und 10 Prozent bei einem dichten 40-jaehrigen Fichtenbestand. Trotz grosser struktureller Unterschiede war der Gesamtwasserverbrauch von vier gut drainierten Bestaenden sehr aehnlich und die durchschnittliche Bestandesevapotranspiration wurde auf 2,3 +/- 0,32 mm d-1 geschaetzt. Unterschiede in der Transpiration des Kronendaches, die durch die unterschiedliche Struktur des Bestandes verursacht waren, wurden fast vollstaendig durch den Wasserverbrauch des Unterwuchses kompensiert. Nur an einem der untersuchten Standorte, der edaphisch wesentlich feuchter war, waren sowohl die Baumkronen- als auch die Unterwuchs -Evapotranspiration deutlich hoeher und betrugen zusammen 3,2 mm d-1. Waehrend des Messzeitraumes im Hochsommer variierte der Anteil der Bodenevapotranspiration am Gesamtverbrauch an Wasser im Bestand von 14 Prozent bis 42 Prozent. Die Messungen des Mikroklimas zeigten dabei, dass der Einfluss des Wasserdampfdruckdefizits und der Einstrahlungsenergie mit der Dichte der Bodenbedeckung zunehmen. Die Turbulenz und Windgeschwindigkeit unterhalb des Kronendaches sind dagegen nur in Bestaenden mit sehr offener Kronenstruktur von Bedeutung. (Abschlussbericht 1998).
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A1: Steigerwald: Bedeutung von Lichtklima und Blattflaechenentwicklung fuer die Wasser- und CO2-Fluesse des Kronendaches entlang eines Baumarten-Struktur-Gradienten im" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Pflanzenökologie durchgeführt. Im Rahmen dieses Projektes wird der Frage nachgegangen, wie gross das durch Baumartenmischung und Bestandesaufbau gegebene strukturelle Potential einzuschaetzen ist, das die Wasser- und CO2-Fluesse im Kronenraum von Mischbestaenden steuert. Es soll aufgezeigt werden, dass innerhalb eines Wuchsraumes mit vergleichbaren Standortsbedingungen quantifizierbare und systematisierbare Beziehungen zwischen dem Bestandesaufbau, den Wasserfluessen und modellierten CO2-Fluessen von Mischwaldoekosystemen bestehen. An einem Baumarten-Struktur-Gradienten von Buche-Eiche-Mischbestaenden mit unterschiedlichen Anteilen der Baumarten und einem Buchenreinbestand im Steigerwald werden biometrische Messungen, Biomasseernten, Lichttransmissionsmessungen zur Bestimmung des saisonalen Blattflaechenindex sowie Mikroklima- und Xylemflussmessungen stattfinden. Die Messungen werden einerseits unmittelbar fuer die Struktur-Funktions-Analyse von Bestandesausschnitten mit unterschiedlichen Lichtbedingungen herangezogen und andererseits dienen sie als Grundlage fuer Projekt A2 (3D-Modelle des Gasaustausches), um die CO2-Fluesse der Bestaende zu modellieren. Zwischenbericht 1999: Mischwaelder nehmen in Nordbayern einen bedeutenden Teil der Waldflaeche ein, im Steigerwald dominieren naturnahe Buchen-Eichen-Mischwaelder. Aus der unterschiedlichen Licht- und Kronenraumnutzung beider Arten resultieren in Mischbestaenden andere Wuchsbedingungen fuer die einzelne Art als in ihren Reinbestaenden. Vor dem Hintergrund des zunehmenden Waldumbaus von Rein- in naturnaehere Mischbestaende besteht hier Bedarf an Einsicht in diese Zusammenhaenge, wozu bisher kaum Untersuchungen vorliegen. Die Effekte der Baumartenmischung und des Bestandesaufbaus auf die Wasser- und CO2-Fluesse im Kronenraum von Laubmischbestaenden aus Rotbuche (Fagus sylvatica) und Traubeneiche (Quercus petraea) werden analysiert und die Hypothese ueberprueft, dass quantifizierbare Beziehungen zwischen Bestandesstruktur, Wasser- und CO2-Fluessen bestehen. In zwei Bestaenden (Steinkreuz und Grossebene, Forstamt Ebrach) mit unterschiedlichen Anteilen von Buche (68 Prozent bzw. 37 Prozent der Grundflaeche) und Eiche (32 Prozent bzw. 63 Prozent) wurden 1998 und 1999 umfangreiche biometrische Erhebungen durchgefuehrt und die Kronendachtranspiration mittels der Xylemsaftflussmethode nach Granier (1987) bestimmt. Es wurden eingehende Messungen an Buchen zur Bestimmung der Variabilitaet des Xylemflusses mit der Splinttiefe durchgefuehrt als Grundlage einer quantitativen Extrapolation der Wasserfluesse auf Baum- und Bestandesebene. Die CO2-Fluesse werden in Teilprojekt A2 modelliert. Erste Analysen der Xylemsaftflussdaten auf Bestandesebene deuten an, dass sich Eichen und Buchen gleicher Groessenklassen beider Bestaende jeweils wenig in ihren Wasserfluessen unterschieden...
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A2: Entwicklung eines 3-D-Mischbestandesmodelles des N-abhaengigen CO2- und Wasseraustausches von Buchenmischbestaenden in Nordbayern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Pflanzenökologie durchgeführt. Ziel des Antrages ist es, fuer Buchenmischwaelder Nordbayerns ein vorhandenes, prozessbasiertes Modell des Lichtklimas, der Photosynthese und der Transpiration durch die Integration des Faktors Stickstoffnutzungseffizienz der Photosynthese und durch die Beruecksichtigung der 3-D Stickstoffverteilung im Kronenraum zu erweitern. Die Modellierung umfasst die in Nordbayern am haeufigsten vertretenen Buchenmischbestandtypen, deren forstliche Bedeutung in den naechsten Jahrzehnten noch zunehmen wird: Buchenwaelder mit Eichenbeimischung auf trocken-warmen Standorten (Steigerwald) und Buchen-Fichten Mosaikbestaende in den klimatisch kuehleren und humideren Wuchsgebieten wie dem Fichtelgebirge. Die vorgeschlagenen Untersuchungen verwenden dabei Buchenreinbestaende als Referenz fuer die Modellentwicklung und -validierung. Entwicklung und Anwendung des Modells erfolgen in enger Zusammenarbeit mit den Projekten A1 (Gasaustausch in Mischwaeldern) und C1 (Erfassung des Wasserverbrauches bewirtschafteter Waldbestaende).Der oekophysiologische Teil des Projekts umfasst Messungen von Blattgaswechsel in situ, die mit transportablen Messgeraeten und einer vorhandenen Hebebuehne durchgefuehrt werden. Diese Arbeiten konzentrieren sich auf die Ermittlung der Lichtabhaengigkeit des Blattgaswechsels in Verbindung mit der Bestimmung der Blattstrukturen, sowie des - und Chlorophyllgehaltes als Basis fuer die korrekte Parametrisierung eines Blattgaswechselmodells (siehe Niinemets und Tenhunen 1997).