Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt W7: Modellierung des Wasserhaushaltes in einem Buchenwald - Integration experimenteller Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Ökologische Modellbildung durchgeführt. Das Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Wasserhaushaltsmodells fuer Baeume. Wie in vielen phaenomenologischen Modellen fuer die Wassernutzung wurde die gesamte Kontrolle auf dem Niveau der Stomata angesetzt. Dies bedeutet, dass das Hauptaugenmerk der Dynamik der stomataeren Leitfaehigkeit galt. Die Oeffnung der Stomata an sich entspricht dem Bedarf der Pflanze an Aufnahme von CO2. Der Wasserverlust durch Transpiration waere demnach der Preis, den die Pflanze fuer die Kohlenstoffassimilation zu zahlen hat. Hier wird nun angenommen, dass die tatsaechliche Kontrolle aus der Anpassung der Pflanze an ihre Umgebung resultiert. Die zugrundeliegende Hypothese besagt, dass die Pflanze ihre Photosyntheseleistung unter einer gegebenen Wasserversorgung maximiert, wobei die stomataere Leitfaehigkeit und damit Transpiration als Kontrollparameter dient. Im Rahmen dieser Sichtweise waere es nicht noetig, die tatsaechlichen Prozesse der Wasseraufnahme naeher zu betrachten. Die existierenden mathematischen Beschreibungen dieses Optimierungsproblems erweisen sich jedoch als nur fuer kuenstliche, stark vereinfachte Umgebungen brauchbar. Eine Verallgemeinerung auf beliebige Randbedingungen scheint nur schwerlich moeglich. Als eine Alternative zum bekannten analytischen Zugang zu diesem Problem werden evolutionaere Algorithmen benutzt, um die optimale Kontrolle der stomataeren Leitfaehigkeit zu bestimmen. Mit dieser Technik ist es moeglich, die beschraenkte Anwendung der Hypothese zu erweitern. Ein Programm namens opTree wurde geschrieben, das mit beliebigen Zeitreihen fuer Niederschlag und klimatische Daten konfrontiert werden kann. Als Antwort auf diese Trainingssaetze bestimmt das Programm dann die optimierte feedback-Funktion, d.h. stomataere Leitfaehigkeit als Funktion der vorliegenden Umweltbedingungen. Das Modell fuer den Boden konnte sehr einfach gehalten werden und wurde an den beobachteten Abfluss gefittet. Die erse Anwendung war ein Buchenwald in Panola. In diesem Einzugsgebiet ist die Transpiration sehr hoch, weshalb die Dynamik des Abflusses sehr sensitiv auf die modellierte Transpiration reagiert. Es zeigte sich deutlich, dass die Optimimalitaetshypothese in der Lage ist, den Wasserhaushalt von Baumbestaenden zu beschreiben. (Abschlussbericht 1998).
Das Projekt "Pflanzlicher Kohlenstoff- und Wasserhaushalt in Oekosystemen der Bornhoeveder Seenkette" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Botanisches Institut und Botanischer Garten, Lehrstuhl für Ökophysiologie durchgeführt. Unsere Arbeitsgruppe fuehrt ihre Untersuchungen in Oekosystemen in einer Waldcatena (Buchenwald, Erlenbruch) und einer Ackercatena (Knick, Acker, Gruenland) durch. Die photosynthetische Stoffproduktion in Abhaengigkeit von den Bestandsstrukturen und Mikroklimaverhaetnissen als Eingangsgroessen fuer den Kohlenstoffkreislauf in diesen Systemen ist die Basis fuer die Biomasseproduktion. Im Zusammenhang hiermit steht der pflanzliche Wasserzustand und der transpiratorische Wasserumsatz. Diese Vorgaenge werden zugleich als Energieumsaetze beschrieben und Modelle erstellt. Als weitere Komponente des Kohlenstoffflusses wird die Bodenatmung fuer die Einschaetzung der trockenen Deposition auf Blattoberflaechen kozipiert und gerechnet werden. Unsere Untersuchungen sind Teil eines interdisziplinaeren Forschungsvorhabens (Bornhoeveder Seenkette bei Kiel), sie sind eng vernetzt mit anderen biologischen, meteorologischen, hydrologischen und oekonomischen Teilvorhaben dieses Projektes.
Das Projekt "Untersuchungen zu histologischen, biochemischen und physiologischen Veraenderungen bei Phytophthora quercina-infizierten Eichensaemlingen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Forstbotanik, Arbeitsgruppe Phytopathologie durchgeführt. Fuer die geplanten Arbeiten soll die aggressivste Phytophthora-Art, welche als neue Art identifiziert und als Phytophthora quercina benannt wurde, verwendet werden. Die unter kontrollierten Bedingungen in der Klimakammer durchzufuehrenden Wurzelinfektionsversuche sollen Aufschluss ueber das Eindringen des Pathogens in den Wirt und ueber das weitere Wachstum des Pilzes im Wurzelgewebe geben. Weiterhin sollen die geplanten Arbeiten Einblick in moegliche biochemische und physiologische Veraenderungen infizierter Wurzelabschnitte erlauben. In diesem Zusammenhang wird die Induktion wichtiger Resistenzfaktoren (Ligninbildung, Pr-Proteine, wie Chitinasen, Beta-1,3-Glucanasen, Chitosanasen und Osmotin-Proteine) untersucht. Ausserdem ist beabsichtigt, einen molekularbiologischen Assay zur Quantifizierung des Pilzbefalls infizierter Wurzeln aufzubauen. Da im Augenblick noch keine gegen Phytophthera-Pilze resistente und anfaellige Eichen zur Verfuegung stehen, kann nur der Vergleich der Induktionskinetiken der einzelnen Resistenzfaktoren mit der Wachstumskurve des Pathogens Aufschluss ueber ihre moegliche Bedeutung fuer das Pilzwachstum geben. Zudem ist zu klaeren, ob in oberirdischen Pflanzenteilen vor Auftreten makroskopischer Symptome eine in der Wurzel erfolgte und sich weiter entwickelnde Phytophthera-Infektion erkennbar ist. Hierzu soll auf Blattebene die Abstimmung zwischen Chlorophyll-Fluoreszenz, CO2-Aufnahme und Transpiration, stomataerer Leitfaehigkeit und Blatt-Wasserpotential, Primaer-Zuckern und der ABA-Konzentration analysiert werden.