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Der Einfluss von SO2-Immissionen auf den Stoffwechsel von Flechten als Bioindikatoren fuer Luftverunreinigungen

Wirkung von Schwefeldioxid auf Nettophotosynthese und Atmung von Flechten; Kartierung von Flechten im Stadtgebiet; Schwefel-Analysen in Flechten.

Oekophysiologie der Gruenlandpflanzen, a) Physiologie der Gruenlandpflanzen

Apparente Photosynthese und Dunkelatmung des Graesersprosses. Atmungsintensitaet der Graeserwurzel. CO2-Gaswechsel von ganzen und intakten Graspflanzen. Wirkung der Immissionsbelastung auf die Vegetation an Verkehrswegen.

Beobachtung Pflanzlicher Photosynthese mit satellitengestützten Messungen der Sonnen Induzierten Fluoreszenz (CropSIF)

Neben Maßnahmen, die die Produktivität von Agrarflächen erhöhen, werden neue objektive Methoden zur kontinuierlichen Überwachung globaler landwirtschaftlicher Ressourcen dringend benötigt. Eine besondere Rolle nimmt dabei die Photosyntheseleistung (gemessen als Bruttoprimärproduktion) der Kulturpflanzen ein, da sie die maximal mögliche Menge an Nahrung und Treibstoff darstellt, die durch landwirtschaftliche Systeme bereit gestellt werden kann. Desweiteren ist sie ein guter Indikator für Ernteerträge und Stress. In den vergangenen Jahrzehnten wurden auf Reflektivitätsdaten beruhende optische Fernerkundungsmethoden benutzt um landwirtschaftliche Ressourcen abzuschätzen. Spektral aufgelöste Reflektivitätsdaten lassen auf biochemische und strukturelle Eigenschaften der Vegetation schließen, die wiederum auf die potentielle Photosyntheseleistung hindeuten, und sie sind die Grundlage zur Bewertung des Zustands der Pflanzen und ihrer phenologischen Entwicklungsstufe in hoher räumlicher Auflösung. Basierend auf diesem Messprinzip sollen die Sentinel-2 Satelliten (2015 gestartet) die Zugpferde der operationellen Agrarüberwachung in den kommenden Jahrzehnten werden. Es ist jedoch bekannt, dass Vegetationsparameter aus der Fernerkundung, die auf spektralen Reflektanzen beruhen, nicht die komplexen und hoch variablen physiologischen Abläufe der Photosynthese erfassen können. Ergänzend zu Reflektivitätsmessungen sind seit Kurzem globale weltraumgestützte Messungen von sonneninduzierter Chlorophyllfluoreszenz (Englisch sun-induced chlorophyll fluorescence, SIF) möglich. Wie gezeigt werden konnte, besitzt SIF eine höhere Sensitivität gegenüber der Photosyntheseaktivität auf Agrarflächen als andere Parameter oder Modelle. Das Instrument TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument), das ab Mitte 2017 auf dem EU Copernicus Sentinel 5-Vorläufersatelliten fliegen wird, wird die Messung von SIF in einer sehr viel höheren räumlichen und zeitlichen Auflösung als alle bisherigen Instrumente/Missionen ermöglichen. Somit stellt TROPOMI einen Meilenstein für die Einschätzung von Photosynthese im Allgemeinen, und der Produktivität von Nutzpflanzen im Besonderen, dar. Die Kombination von TROPOMI und Sentinel-2 Daten wird eine auf Beobachtungen basierende, globale Beobachtung der Photosyntheseaktivität auf Agrar-, Gras- und Weideflächen mit einer bisher nie dagewesenen räumlichen und zeitlichen Auflösung und Genauigkeit erlauben. Das Projekt CropSIF wird Nutzen aus den besonderen Möglichkeiten ziehen, die diese Konstellation von Instrumenten in naher Zukunft bieten wird, um die Produktivität von Agrarpflanzen und klimatischer Einflüsse darauf abzuschätzen. Wir werden zeitlich aufgelöste Karten der Bruttoprimärproduktion der Nutzpflanzen erstellen, die dann der Analyse von Effekten extremer Klimaereignisse auf die Produktivität in verschiedenen Agrargebieten der Erde dienen werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Der Einfluss des Klimawandels auf die C-Bilanz von Photosynthese und Respiration in planktischen und benthischen Mikroalgen

Der biologische C-Kreislauf in der Antarktis unterliegt der Kontrolle der planktischen und benthischen Primärproduzenten. Die Menge an fixiertem Kohlenstoff hängt dabei nicht nur von deren photosynthetischer Aktivität ab, sondern auch von den Verlusten durch Respiration. Daher ist das Verhältnis von Photosynthese zu Respiration (rP/R) ein wichtiger Parameter den Einfluss des Klimawandels auf den antarktischen Kohlenstoffkreislauf abschätzen zu können, da aus Laborstudien bekannt ist, dass dieser Parameter empfindlich auf Umweltfaktoren reagiert. Allerdings sind quantitative Daten kaum verfügbar und Freilanddaten fehlen ganz. Das ist hauptsächlich einer methodischen Limitierung geschuldet, da sich zwar die Photosynthese Leistung über 14C, Sauerstoff oder Fluorometrie ermittelt lässt, sich die Atmung kaum oder nur mit hohem Aufwand erfassen lässt. In diesem Vorhaben soll zunächst gezeigt werden, wie hoch die Variabilität des Verhältnisses rP/R bei antarktischen Mikroalgen unter global change Bedingungen ist (steigende Temperatur, Eisenmangel. Mit diesen Daten kann dann in Modellrechnungen gezeigt werden, wie hoch der Fehler bei Primärproduktionsmessungen sein kann, wenn die Atmung nicht adäquat berücksichtigt wird. Danach soll eine Methode zur Messung der Atmung entwickelt werden, die ohne Gaswechsel und mit hohem Durchsatz im Freiland eingesetzt werden kann, um auch im Feld richtige rP/R Werte ermitteln zu können. Auf diese Weise können alle Teilprojekte, die sich mit klimawandel-abhängigen Veränderungen der antarktischen C-Bilanz beschäftigen, mit Zusatzinformationen versorgt werden, die den Wert der Daten deutlich steigern können.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1704: Flexibilität entscheidet: Zusammenspiel von funktioneller Diversität und ökologischen Dynamiken in aquatischen Lebensgemeinschaften; Flexibility Matters: Interplay Between Trait Diversity and Ecological Dynamics Using Aquatic Communities as Model Systems (DynaTrait), Teilprojekt: Die Relevanz von Konkurrenz- und Fraßeigenschaften von Konsumenten sowie deren gegenläufige Abhängigkeit und ihr Einfluss auf multitrophische Interaktionen

Der Einfluss von Biodiversitätsverlust auf die Dynamiken von Nahrungsnetzen hängt von der Komplexität und Konfiguration der Nahrungsnetze, der trophischen Position der Organismen, sowie derer spezifischen Eigenschaften ab, wie zum Beispiel Konsumentenspezialisierung, Fraß- und Wachstumsraten. Funktionelle Eigenschaften von Organismen und deren gegenläufige Abhängigkeiten (trade-offs) spielen eine Schlüsselrolle für Ökosystemfunktion. Das beantragte Projekt verfolgt das Ziel, die Bedeutung von inter- und intraspezifischer Merkmalsvariabilität (trait variation) für den zeitlichen Verlauf von Biomassen und mittleren Eigenschaften in einem limnischen Modell-System mit Ciliaten als Konsumenten und Mikroalgen als Beute zu untersuchen. Wir werden insbesondere den trade-off zwischen Hungerresistenz und maximaler Fraßrate in Abhängigkeit von unterschiedlicher Ressourcenverfügbarkeit untersuchen. Hierbei konzentrieren wir uns auf zwei Typen von Hungerresistenz, die mit unterschiedlichen Konsumenteneigenschaften einhergehen, nämlich 1) die Fähigkeit den Grundmetabolismus auf Kosten der Reproduktion zu reduzieren, und 2) die Fähigkeit zusätzlich zur Phagotrophie Kohlenstoff photosynthetisch zu fixieren (Mixotrophie). Darüber hinaus wollen wir untersuchen, wie induzierbare Angriffs- und Verteidigungsstrategien (Formen von großen Morphotypen, die dann innerhalb ihrer trophischen Ebene fressen können, bzw. die fraßresistenter sind) mit diesem trade-off interagieren indem trophische Interaktionen verändert werden. Laborexperimente werden durchgeführt, in denen die inter- und intraspezifische Merkmalsvariabilität von Konsumenten in unterschiedlichen Nahrungsnetzen und bei unterschiedlicher Ressourcenverfügbarkeit (Beute und Licht) manipuliert werden. Die kontinuierliche oder gepulste Hinzugabe von Ressourcen, die zeitweise Ressourcen-Limitierung mit sich bringt, wird einen großen Einfluss auf die Biomassen und mittleren Eigenschaften der Populationen und Gemeinschaften haben. Außerdem werden die Konsequenzen dieser inter- und intraspezifischen Merkmalsvariabilität für das gegenseitige Wechselspiel zwischen Merkmals- und Biomassedynamik auf unterschiedlichen hierarchischen Ebenen (Klone, Arten, Gemeinschaften) in einem komplexeren System über einen längeren Zeitraum untersucht. Alle Laborexperimente werden mit mathematischer Modellierung komplementiert, welche dazu verhelfen soll, das experimentelle Design darauffolgender Experimente zu optimieren und die den beobachteten Populationsdynamiken zugrundeliegenden Mechanismen zu identifizieren. Dieser gemeinsame Ansatz wird das bestehende experimentelle und theoretische Wissen über das Wechselspiel von Biomasse- und Merkmalsdynamiken in Mehrarten-Nahrungsnetzen erheblich erweitern und wird darüber hinaus unser Verständnis über die Konsequenzen von Konsumenten-Merkmalsvariabilität (i.e. ihr adaptives Potential unter Ressourcenfluktuationen) für Ökosystemprozesse und -funktionen maßgeblich stärken.

Saisonale Sensitivität von Ökosystemfunktionen in einer sich erwärmenden Arktis (Svalbard

Untersuchungen zu unterschiedlichen Kompostgaben und deren Auswirkungen auf den Boden und die vegetativen und generativen Leistungen der Rebe (Kompoststeigerung WB)

Ermittlung der optimalen Kompostausbringungsmenge zur Stabilisierung des Humusgehalts, zur Verbesserung der Bodenstruktur, zur optimalen Nährstoffversorgung der Reben und zur Erzielung einer optimalen vegetativen und generativen Entwicklung der Reben unter sich ändernden klimatischen Bedingungen. Untersuchungen zur Nährstoffdynamik (speziell Stickstoff, Phosphor, Kalium) über einen Zeitraum von 5 Jahren.

Weg des Kohlenstoffs und Regulation des Saeurestoffwechsels bei Sukkulenten (Crassulaceen-Saeurestoffwechsel)

Sukkulenten, die ueber den Crassulaceen-Saeurestoffwechsel (CAM) verfuegen, vermoegen in der Nacht CO2 aus der Atmosphaere zu binden und dieses in Form von Aepfelsaeure zu speichern. Am folgenden Tag wird die Aepfelsaeure decarboxyliert und das dabei entstehende CO2 ueber den Calvin-Zyklus der Photosynthese zugefuehrt. Diese Form des Kohlenstoffgewinns ermoeglicht einen besonders sparsamen Wasserhaushalt. Es handelt sich also um eine oekologische Anpassung an wasserarme Standorte. In dem vom hier vorliegenden Bericht abgedeckten Zeitraum wurden besonders folgende Teilaspekte des CAM erforscht: 1. Charakterisierung der PEP-Carboxylase, des Schluesselenzyms des CAM und Untersuchung seiner Regulierbarkeit in vivo und in vitro. 2. Vergleich verschiedener Sukkulententypen und verschiedener Organe bzw. Gewebe einer Pflanze hinsichtlich ihrer Faehigkeit CAM durchzufuehren oder nicht. Erkenntnisziel: Erforschung der Voraussetzungen fuer das Zustandekommen des CAM bei Pflanzen. 3. Untersuchung des Weges des Kohlenstoffs im CAM. Besonders untersucht wurde das Problem, ob in den Plastoglobuli der Chloroplasten gespeicherte Lipide im CAM umgesetzt werden.

Untersuchungen von Luftschadstoffen im Hinblick auf eine Klaerung der Ursachen der neuartigen Waldschaeden unter kontrollierten Bedingungen

Untersucht werden in erster Linie Wirkungen von Ozon allein oder in Kombination mit saurem Nebel unter kontrollierten Bedingungen. Als Arbeitshypothese liegt das Wirkungsschema der LIS zur Entstehung der neuartigen Waldschaeden zugrunde (siehe LIS-Bericht Nr. 28). Zur experimentellen Untersuchung der O3-Wirkung werden Waldbaeume in Plexiglaskammern mit gefilterter Luft unter Zusatz von Ozon begast und die verschiedenen physiologischen Parameter verfolgt. Dabei konnte festgestellt werden, dass unter O3-Einfluss a) die Photosyntheserate reduziert wird, b) die Atmungsrate ansteigt, c) der Chlorophyllgehalt abnimmt. Es laesst sich eine vorlaeufige Rangfolge der Sensitivitaet wie folgt aufstellen 1) Buchen 2) Ahorn 3) Fichte 4) Tanne. Zur Wirkung der kombinierten Behandlung von Fichten mit Ozon und saurem Nebel werden vor allem die aus den Baeumen ausgewaschenen Naehrstoffe analysiert. In Abhaengigkeit von der Ozonkonzentration werden Ca++, Mg++, K+, Mn+, NO3- und SO4-- verstaerkt ausgewaschen, Cl- dagegen nicht. Mit sinkendem pH-Wert in der Nebelloesung nimmt die Menge ausgewaschener Ionen ebenfalls zu.

Erhoehter CO2-Partialdruck in der Atmosphaere: Anpassung des Stoffwechsels und Inhaltsstoffe von Nutzpflanzen (insbesondere Getreide)

Hypothesen: Der steigende CO2-Partialdruck in der Erdatmosphaere veraendert die Expression von Genen und damit den Stoffwechsel der Pflanzen. Folgen sind veraenderter Naehrstoffbedarf und veraenderte Zusammensetzung auch der landwirtschaftlichen Produkte. Ergebnisse: Der Phosphatbedarf der Pflanzen steigt in Hoch CO2. - Der Stickstoffbedarf faellt in Hoch-CO2 (Wachstum) - Das C/N Verhaeltnis in Pflanzen ist erhoeht in Hoch-CO2; sehr hohe Stickstoffgaben wirken diesem Effekt entgegen. - Modifizierungen im Phosphat- und Stickstoffwechsel erfolgen in den Blaettern. - Die Expression mancher photosynthetischer Gene wird von Hoch CO2 beeinflusst. - Aufklaerung des Stoffwechsels in Sink-Geweben der Pflanze (insbesondere Speicherorgane) - Untersuchungen zu CO2-Effekten auf die Rhizosphaere und Mineralstoffaufnahme (einschl. Schwermetalle).

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