KROOF 3 Experiment – Legacy and Extremes - Limits of Drought Tolerance
In der Projektphase 3 (ab März 2025) steht die Bedeutung von Langzeiteffekten der vorangegangenen Austrocknungen, sogenannte „Legacy-Effekte“, im Fokus des Interesses.
Die natürliche Trockenheit im Sommer 2022 hat dazu bereits erste Ergebnisse angedeutet. Die langsame Regeneration der Laubfläche der zuvor trockengestressten Fichten (Kroof1: 2014-2018) war während der Sommertrockenheit 2022 von Vorteil für die Bäume. Die ehemals trockengestressten Fichten hatten auch nach drei Jahren der Regeneration noch eine reduzierte Laubfläche im Vergleich zu den ungestressten Kontrollbäumen. Der dadurch reduzierte Wasserverbrauch führte zu deutlich geringeren Trockenstress-Symptomen. Hier deuten sich also bereits interessante Langzeiteffekte in der Folge von Trockenperioden an. Weitere detaillierte Untersuchungen, auch zu der bisher stark vernachlässigten Bodenmikrobiologie versprechen sehr interessante neue Einblicke in die Trockenresistenz von Buche, Fichte und Kiefer.
KROOF 3 besteht aus einem Regenausschlussexperiment (throughfall exclusion experiment, TEE) und einem Experiment mit natürlichem Niederschlagsgradient (precipitation gradient, PGR).
In KROOF 3 arbeiten voraussichtlich neben assoziierten Partnern drei Forschergruppen zusammen, die sich mit den Schwerpunkten „Growth & Scaling“, „Ecophysiology & Hydraulics“ and „Rhizosphere & Carbon“ beschäftigen. Die experimentellen Forschungsansätze werden in allen Teilen von Modellierung begleitet, um die räumlichen und zeitlichen Skalen zu erweitern.
TEE: Regenausschlussexperiment
Im Regenausschlussexperiment (throughfall exclusion experiment, TEE) werden die Bäume im Phase 3 des Projekts wiederholt sowie erstmals extremer experimenteller Trockenheit ausgesetzt. Das bisherige experimentelle Design von KROOF wird jetzt um weitere auszutrocknende Versuchsparzellen (TE1) erweitert. Die bisher trockengestressten Parzellen (TE2) werden nun erneut ausgetrocknet (Abb. 1).
Mit diesem Konzept ist ein Vergleich von legacy-Effekten durch Trockenheit an Buchen und Fichten möglich, zwischen Bäumen, die zum ersten Mal extreme Trockenheit erleben (TE1) und Bäumen, die diese zum zweiten Mal erlebt haben (TE2) und im Vergleich zu Kontrollbäumen (CO), die den derzeit natürlichen Niederschlägen ausgesetzt sind.
Die Schlüsselfrage ist, ob und inwieweit die Bäume, die die extreme experimentelle Trockenheit im Regenausschlussexperiment (throughfall exclusion experiment, TEE) überlebt haben, in der Lage sein werden, ihre Funktionen wiederherzustellen und sich besser an künftige Trockenereignisse anzupassen, oder ob sie vorgeschädigt sind und bei künftigen extremen Dürren bald absterben werden. Feed-back-Mechanismen innerhalb des soil-plant-atmosphere Kontinuums (soil-plant-atmosphere continuum, SPAC) können trockenheitsbedingte Effekte bis hin zum Baumsterben entweder abmildern oder beschleunigen. Die Prozesse und Interaktionen auf Zweig-, Stamm- und Wurzel-Ebene und die Effekte auf Kohlenstoff-Transport und – Allokation auch im Zusammenhang mit der Baum-Sterblichkeit sind nur unzureichend verstanden.
PGR: Experiment mit natürlichem Niederschlagsgradient
Das Experiment mit natürlichem Niederschlagsgradient (precipitation gradient, PGR) setzt sich aus vier Plots mit Tripletts von Rein- und Mischbeständen von Buche und Fichte entlang eines Niederschlaggradienten in Bayern sowie dem TEE-Plot im Kranzberger Forst zusammen. An den vier PGR-Plots werden je zehn Buchen und Fichte vom natürlichen Niederschlag ausgeschlossen. . (Abb. 2).
Frühere Untersuchungen im Rahmen von KROOF haben gezeigt, dass das Wachstum von Fichten in Mischbeständen im Vergleich zu monospezifischen Beständen deutlich weniger durch Trockenheit beeinträchtigt wurde. Ebenso wuchs die Buche in monospezifischen Beständen besser, aber die Fähigkeit, sich von Trockenheit zu erholen, war in gemischten Beständen höher. Mit dem PGR-Konzept sollen speziell die Effekte der Baumartenmischung auf die Baumhydraulik und die Wassernutzung genauer untersucht werden. Zur Analyse und zum Verständnis der unterschiedlichen Reaktionen von Rein- und Mischbeständen auf Trockenheit über räumliche und zeitliche Skalen werden fortgeschrittene statistische Verfahren einsetzen. Außerdem begleitet die prozessbasierte Modellierung des Einzelbaumwachstums (mittels BALANCE) alle Experimentabschnitte.
Forschungsfragen und Ziele:
Forschungsfrage I: Auswirkungen von legacy-Effekten auf die Trockenheitstoleranz und die Sterblichkeit bei wiederholt extremer Trockenheit.
Ziel ist es, die Rolle physiologischer und morphologischer legacy-Effekte für die Erholung bzw. das Überleben bei wiederholt extremer Trockenheit zu klären.
Forschungsfrage II: Untersuchung ökophysiologischer Reaktionen von Bäumen auf Trockenheit und Bewertung kritischer Phasen des Wassertransports entlang des Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuums (SPAC) unter extremer Trockenheit.
Hier soll die Abfolge von Ereignissen analysiert werden, die zur Sterblichkeit durch Trockenheit führen, die noch immer kaum verstanden ist. Die hydraulische Leitfähigkeit wird an verschiedenen Punkten entlang des SPAC, einschließlich des Wurzel-Boden-Kontakts, gemessen. Es ist anzunehmen, dass die Wasseraufnahme und der Wassertransport durch die Wurzeln versagen wird, bevor der Wassertransport durch den Stamm versagt, wobei das Versagen der Feinwurzeln eine wichtige Rolle spielt.
Forschungsfrage III: Quantifizierung des Wasserverlust durch Rinden-Transpiration bei Trockenheit.
Ziel ist es, die tägliche und saisonale Dynamik der Rinden-Transpiration von Stämmen und Ästen zu quantifizieren und festzustellen, wie sich der Wasserverlust auf die Wasserverhältnisse der Bäume bei Trockenheit auswirkt.
Forschungsfrage IV: Auswirkungen der Baumartenmischung auf die Baumhydraulik und die Wassernutzung.
Ziel ist hier, unser begrenztes Verständnis der Interaktion von Arten bei der Ressourcenverteilung und -nutzung und der zugrunde liegenden hydraulischen Mechanismen zu verbessern.