Das Projekt "Durch Pflanzen induzierte Heterogenität des osmotischen Potentials in Böden. Bedeutung für Wasseraufnahme und Wachstum der Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Landwirtschaftliche Fakultät, Institut für Bodenkunde und Pflanzenernährung, Lehrstuhl Physiologie und Ernährung der Pflanzen durchgeführt. Durch Massenfluss kann es zur Anreicherung von Salzen in der Rhizosphäre kommen. Dem entsprechend muß es auch zur Ausbildung von Gradienten des osmotischen Potentials in Böden kommen. Diese wurden bislang, obgleich immer wieder theoretisch postuliert, messtechnisch kaum erfasst. Osmotische Potentialgradienten in der Rhizosphäre sollten für die Wasseraufnahme von Pflanzen und damit für deren Wachstum von erheblicher Bedeutung sein. Ihre Quantifizierung in Abhängigkeit von verschiedenen Umweltfaktoren kann einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis des Wasserhaushaltes von Pflanzen unter Stressbedingungen leisten. Dies dürfte vor allem bei Managementmaßnahmen in Landnutzungssystemen von Bedeutung sein, in denen Wassermangel bzw. Salzstress eine wichtige Rolle spielen (Bergbaufolgelandschaften, Weidewirtschaft in ariden Gebieten). Ziel der im Antrag vorgeschlagenen Untersuchungen ist es, Methoden zur systematischen Messung der räumlichen und zeitlichen Dynamik des osmotischen Potentials in der Rhizosphäre im Vergleich zum Gesamtboden zu entwickeln und anzuwenden. Dies soll durch eine Kombination bekannter Techniken zur Untersuchung von Prozessen in der Rhizosphäre mit neueren Verfahren zur Gewinnung von Bodenlösung aus kleinen Bodenvolumina bzw. zur in situ Messung verwirklicht werden.
Das Projekt "Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme am Bauwerk" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstühle für Baustoffkunde und Institut für Bauforschung durchgeführt. Die der Witterung ausgesetzten Aussenwandkonstruktionen gehoeren zu den schadenanfaelligsten Bauteilen eines Bauwerkes. Etwa 1/3 aller Bauschaeden treten an den Aussenwaenden und Fassaden auf. Diese Schaeden erfordern aufwendige und kostspielige Instandsetzungen. Da die Aussenhaut eines Bauwerkes nur in Verbindung mit kapillarer Wasseraufnahme zu Schaeden fuehrt, ist die Entwicklung von praxisgerechten Pruefeinrichtungen und Methoden zur Beurteilung der Wasseraufnahme von Einzel- und Verbundbaustoffen erforderlich.
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 "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A9: Bedeutung verschiedener Wurzelzonen fuer die Ionen- und Wasseraufnahme von Altfichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Bodenökologie durchgeführt. Antrag 1997 : Die geplanten Arbeiten sollen detailliertere Erkenntnisse zur Ernaehrung von Altfichten auf sauren Standorten sowie eine verbesserte Datengrundlage zur Modellierung der Naehrstoff- und Wasseraufnahme von Fichten liefern. Im Rahmen der bisherigen Projektfoerderung wurden Methoden zur hochaufloesenden in-situ-Gewinnung und Analyse von Bodenloesungen erarbeitet. Diese Methoden sollen nun im Freiland zur Erfassung von Gradienten der Bodenloesungschemie im Rhizosphaerenbereich von Altfichten eingesetzt werden. Dabei steht die Frage nach der Bedeutung aelterer, bereits suberinisierter Wurzeln fuer die Naehrstoff- und Wasserversorgung der Baeume im Vordergrund. Zur Lokalisierung und Quantifizierung der Naehrstoffaufnahme verschieden alter Wurzelabschnitte werden sowohl in-situ Versuche mit stabilen Isotopen (25Mg, 41K, 44Ca), als auch Versuche mit Freilandwurzelkammern durchgefuehrt. Alle Arbeiten erfolgen auf der Versuchsflaeche Coulissenhieb, wo bereits existierende sowie neu anzulegende Wurzelfenster mit Mikrosaugkerzen bestueckt werden sollen. Da Mykorrhizapilze in signifikanter Weise zur Naehrstoffversorgung von Fichten beitragen, soll deren Einfluss auf die mikroskalige Verteilung von Naehrionen ebenfalls in die Untersuchungen einbezogen werden. Zwischenbericht 1999 : Zur Quantifizierung der Wasser- und Naehrstoffaufnahme aelterer, bereits suberinisierter Wurzeln wurden Freilandwurzelkammern entwickelt. Diese konnten an einer Altfichte der Versuchsflaeche Coulissenhieb/Waldstein an verschieden alten Grobwurzelabschnitten (Wurzeldurchmesser 0,2-4,6 cm) installiert werden. Nach der Befuellung mit einer definierten Naehrloesung (mit variierendem N-Angebot) wurde die Volumen- und Konzentrationsaenderung der Kammerloesung ueber mehrere Wochen waehrend der Vegetationsperiode ermittelt. Gleichzeitig wurde an einigen Wurzelabschnitten der Xylemmassenfluss gemessen. Versuche mit stabilen Isotopen (44Ca, 41K, 25Mg) dienten der naeheren Lokalisierung der Naehrstoffaufnahme. Dazu wurden die Wurzeln nach einer Applikationszeit von zwei Wochen aus der Kammer entnommen und der Verbleib der stabilen Isotope im Wurzelgewebe verfolgt. Die neu entwickelten Wurzelkammern haben sich im Freilandeinsatz bewaehrt. Mit dieser Methode konnte fuer alle untersuchten Grobwurzelsegmente eine signifikante Wasseraufnahme nachgewiesen werden. Die taeglichen Aufnahmeraten lagen zwischen 2-24 myl/cm2 Wurzeloberflaeche und sanken mit steigendem Wurzeldurchmesser. Alle Wurzelklassen zeigten eine aehnliche Entwicklung der K-, Ca- und Mg-Konzentrationen in der Kammerloesung: K haeufig starker Anstieg (Auswaschung aus dem Wurzelgewebe), Ca i.d.R. Abnahme, Mg keine deutliche Konzentrationsaenderung. Bei gleichzeitigem Angebot von NH4-N und NO3-N war eine bevorzugte NH4-Aufnahme zu erkennen, die in einer Absenkung der pH-Werte resultierte...
Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt A9: Bedeutung verholzter Wurzelzonen für die Ionen- und Wasseraufnahme von Fichte, Buche und Eiche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Bodenökologie durchgeführt. Die bisherigen Erkenntnisse zur Wasser- und Ionenaufnahme von Baumwurzeln stammen ueberwiegend aus Studien mit jungen Feinwurzeln. An Altbaeumen im Freiland soll daher die Bedeutung der Wasser- und Naehrstoffaufnahme ueber aeltere, verholzte Wurzeln - insbesondere ueber das Grobwurzelsystem - naeher untersucht werden. Die bisher an Altfichten (Standort Coulissenhieb/Fichtelgebirge) durchgefuehrten Naehrloesungsversuche zur Quantifizierung der Wasser- und Ionenaufnahme von Grobwurzeln mit speziell entwickelten Wurzelkammern sollen auf einen Buchen- und Eichenbestand (Standort Steigerwald/Steinkreuz) ausgeweitet werden. An Grobwurzeln verschiedener Staerkeklassen soll im Freiland die Dynamik der Wasseraufnahme sowie das Naehrelement K untersucht werden. Zur Lokalisierung der Naehrstoffaufnahme verschieden alter Wurzelabschnitte werden stabile Isotope (25Mg, 41K, 44Ca) in den Wurzelkammern eingesetzt. Zur Erweiterung der Datengrundlage fuer Fichte (Standort Coulissenhieb/Fichtelgebirge) wird die Ionen- und Wasseraufnahme von Grobwurzeln unter in-situ Bedingungen, direkt im Bodenmaterial gemessen. Im Gegensatz zu den bislang durchgefuehrten Wurzelkammerexperimenten im Naehrloesungsmilieu soll hier das Aufnahmeverhalten unter natuerlichen Bedingungen ueberprueft werden. Zur Ermittlung der Wasseraufnahme werden einerseits mit feuchtem Boden gefuellte Wurzelkammern eingesetzt. Andererseits koennen Mikrosaugkerzenmatrizes und Mikrotensiometer im Rhizosphaerenbereich grober Wurzeln im Bodenprofil eingebaut werden, um auftretende Gradienten (wurzelnah-wurzelfern) in der Bodenloesungschemie bzw. im Matrixpotential festzustellen. Diese Versuche sollen unter kontrollierten Umweltbedingungen (homogenisiertes Bodenmaterial, kontrollierte Befeuchtung) im Freiland durchgefuehrt werden. Zur genaueren Untersuchung der Ionenaufnahme unter Bodenbedingungen werden stabile Isotope in den Bodenwurzelkammern in begrenztem Bodenvolumen appliziert.
Das Projekt "Regulation der Wurzelwasseraufnahme von Waldbäumen: In situ-Absorptionsraten, Cavitationsgefährdung und morphologische und chemische Anpassung der Wurzeln an Wassermangel bei trockenheitsertragenden (Waldkiefer) und trockenheitsempfindlichen Baumarten (Rotbuche, Hybridpappel)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Albrecht-von-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften, Abteilung Pflanzenökologie und Ökosystemforschung durchgeführt. Die Wasseraufnahme von Pflanzen gehört aus methodischen Gründen zu den am wenigsten erforschten Bereichen der Ökophysiologie. Mit neu entwickelten Miniatursaftflusssystemen soll die Wasseraufnahme von drei wichtigen Nutzbaumarten (Kiefer, Buche, Pappel) in situ an Altbäumen gemessen werden, und oberflächenbezogene Wasseraufnahmeraten in Beziehung zu steuernden Umweltvariablen (Bodenfeuchte, vpd, Strahlung) gesetzt werden. An denselben Wurzeln werden Xylem-Wasserpotentiale, die anatomische Struktur von Periderm und axialem Leitgewebe, die CavitationsGefährdung (nach Sperry) und der Suberin- und Lignin-Gehalt der Periderm-Zellwände (mittels Methanol-Borontrifluorid bzw. Thiacidolyse) gemessen, um pflanzliche Einflussgrößen der radialen (Lpr) und axialen hydraulischen Leitfähigkeit (Kh) der Wurzel zu erfassen. Durch den Vergleich von Baumarten mit unterschiedlicher Trockenheitsempfindlichkeit (Kiefer vs. Buche) und hoher bzw. niedriger Transpirationsrate (Pappel vs. Kiefer) soll geklärt werden, ob (1) hohe Transpirationsraten mit hohen Wurzelwasseraufnahmeraten und großen radialen Wurzel-Leitfähigkeiten verbunden sind, (2) trockenheitsempfindliche Baumarten eine höhere Cavitationsempfindlichkeit ihrer Feinwurzeln aufweisen, und (3) Baumwurzeln sich durch Änderungen von hydraulischer Leitfähigkeit und Wurzeloberflächenentwicklung an Bodentrockenheit anpassen können.
Das Projekt "Wasseraufnahme und hydraulische Eigenschaften von Wurzeln verschiedener heimischer Baumarten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesamthochschule Kassel, Fachbereich 19 Biologie,Chemie, Abteilung Pflanzenökologie und Ökosystemforschung durchgeführt. Fragestellungen: 1) Unterscheidet sich die hydraulische Leitfaehigkeit der Wurzeln heimischer Baumarten (ua Buche, Traubeneiche, Haengebirke)? 2) Welche Beitraege liefern oberflaechennahe und tiefstreichende Wurzeln eines Baumes zur Wasseraufnahme? 3) Welchen Einfluss haben Subinisierungsgrad der Feinwurzeln und die relative Wurzelspitzen- und Mykorrhizenhaeufigkeit auf die Wurzelleitfaehigkeit? 4) Wie veraendert sich die Wasseraufnahme einer Wurzel bei Austrocknung des Bodens?
Das Projekt "Pflanzenwasserhaushalt und Wassernutzungseffizienz beim Raps" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Botanisches Institut und Botanischer Garten, Lehrstuhl für Ökophysiologie durchgeführt. Der Einfluss unterschiedlicher Produktionsmethoden (Duengung, Bodenbearbeitung) auf ein Agraroekosystem wird in einem Sonderforschungsbereich der DFG (SFB 192) untersucht. Unser Teilprojekt befasst sich mit der Wasseraufnahme und -abgabe von Rapsbestaenden. Dazu wurden neben Transpirations- und Blattwasserpotentialtagesgaengen auch kontinuierlich Mikroklima- und Bodenwasserparameter erhoben. Weiterhin wurden Untersuchungen zur Entwicklung der Wurzel-Laengen-Dichten im Jahresgang durchgefuehrt. Um die Wassernutzungseffizienz von Raps an diesem Standort zu beschreiben, werden zur Zeit auch Photosynthesemessungen im Freiland durchgefuehrt.
Das Projekt "Messung und Modellierung der Wasseraufnahme im Wurzelraum von Waldbaeumen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETHZ), Institut für Terrestrische Ökologie ITOE durchgeführt. Der Wasserkreislauf eines terrestrischen Oekosystems (Regen, Tiefensickerung, Verdunstung) macht Leben darin erst moeglich. Daneben ist Wasser aber auch fuer den Weitertransport von Fremdstoffen und Umweltgiften im Boden hauptverantwortlich. Die Messung der Wasserbilanzglieder Tiefensickerung und pflanzliche Verdunstung ist im natuerlichen Oekosystem sehr schwierig. In einem kuenstlich nachgebildeten System (Lysimeter) werden diese Groessen gemessen. Das Problem der Verdunstungsmessung wird dabei 'an der Wurzel' angegangen, d.h. mittels Messsonden im Boden wird der Wurzelwasserentzug direkt gemessen, unter besonderer Beruecksichtigung seiner Tiefenverteilung und der Abhaengigkeit vom Wasserangebot.
Das Projekt "Embolie in Koniferen an der alpinen Waldgrenze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Innsbruck, Institut für Botanik durchgeführt. Der Wassertransport in Landpflanzen findet unter negativer Spannung statt, die durch die Transpiration verursacht und in den Boden ueber kontinuierliche Wassersaeulen uebertragen wird (Kohaesionstheorie). Eine Kavitation dieser Wassersaeulen und die resultierende Embolie fuehrt zu einer verminderten hydraulischen Leitfaehigkeit durch die Blockade der Xylembahnen und kann so zu einer Bedrohung fuer das Leben eines Baumes werden. Kavitationen werden sowohl durch Lufteinbrueche aus benachbarten, luftgefuellten Leitgefaessen, als auch durch Gefrier-Tau-Vorgaenge verursacht. Es gibt Hinweise, dass die Dominanz von Nadelbaeumen an der alpinen Waldgrenze auf deren hydraulische Eigenschaften zurueckzufuehren ist. Unter Beruecksichtigung der klimatischen Verhaeltnisse im alpinen Winter koennen fuer an der alpinen Waldgrenze wachsende Koniferen folgende Hypothesen definiert werden: I) Die extremen Bedingungen im Winter (Frosttrocknis, Gefrier-Tau-Ereignisse) verursachen Kavitationen im Xylem der Baeume. II) Die kurze alpine Vegetationszeit wird weiter verkuerzt durch die notwendige Reaktivierung des Wassertransportes bei der Wiederbefuellung kavitierter Leitgefaesse und/oder beim Wachstum von neuem Xylem im Fruehjahr. III) Alpine Koniferen sind an Kaviationsstress adaptiert: Holzanatomische Eigenschaften vermindern die Wahrscheinlichkeit einer Kaviation, effektive Erholungsmechanismen ermoeglichen eine Reaktivierung des Wassertransportes. Entsprechend diesen Hypothesen sind Freilandmessungen an Pidea abies und Pinus cembra Baeumen (periodische Messungen des Emboliegrades, detaillierte Analysen kritischer Wettersituationen, Beobachtung der Erholung des Wassertransportes im Fruehjahr), Analyse von Hoehentransekten sowie Transferexperimente mit eingetopften Pflanzen geplant. Basierend auf diesen Untersuchungen sollen Wahrscheinlichkeit und Mechanismen von Kavitationsereignissen, Adaptationen in Abhaengigkeit von Hoehe und genetischer Disposition und die Dynamik und Mechanismen der Erholung analysiert werden. Die Untersuchungen sollen unser Verstaendnis vom Ueberleben der Baeume an der alpinen Waldgrenze vertiefen und eine detaillierte kausalanalytische Interpretation der Signifikanz von Kavitationsereignissen in diesem empfindlichen Habitat ermoeglichen.
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