Effekte globalen Wandels auf Waldunterwuchs: Wie beeinflussen die Wechselwirkungen zwischen Trockenheit und Landnutzungsintensität die Kreisläufe von Wasser, Kohlenstoff und Stickstoff?

In diesem Projekt werden in Waldflächen Dachkonstruktionen errichtet, um biogeochemische und hydropedologische Prozesse in Reaktion auf reduzierte Niederschläge sowie deren Interaktion mit dem Waldnutzungstyp, der Diversität des Wald-Unterwuchs und der Bodenbiota beobachten zu können. Es werden klimatische Einflüsse sowie Effekte der Bodenstruktur und bodenhydrologische Funktionen auf den Wasser- und Kohlenstoffhaushalt von Pflanzen-Spezies und -Lebensgemeinschaften entlang eines Landnutzungs- und Biodiversitätsgradienten untersucht.

Abbildung: Das Foto zeigt einen unbelaubten Wald. Der Boden ist großflächig von niedrig wachsenden Pflanzen mit weißen und violetten Blüten bedeckt.

Ziele

Wie wirkt sich das Klima auf Biodiversität aus beeinflusst durch Ökosystemfunktion und -struktur?
Verstärkt eine höhere Biodiversität das Resilienzpotential von Ökosystemen bei Klima/Wetterextremen?
Wie sehen die Beziehungen von Landnutzung, Biodiversität und Ökosystemprozessen unter Berücksichtigung von Klimawandel aus?

Hypothesen

1. Reduzierter Niederschlag beeinflusst Verdunstung und Produktivität.

2. Trockenheit verändert die hydraulischen Funktionen des Bodens.

3. Bodentrockenheit führt zu einer biotischen Rückkoppelung auf bodenhydrologische Eigenschaften.

4. Reduzierter Niederschlag beeinflusst die Pflanzendurchwurzlung und Nährstoffaufnahme.

5. Wasser und Nährstoffrückkopplungskreisläufe sollten in ein Unterwuchs-Wachstumsmodell integriert werden.

Methoden

In dieser Projektphase wird das Experiment etabliert und die ersten drei Hypothesen stehen im Vordergrund.

Auf 3 WaldEPs in jedem Exploratorium werden ein zentrales Dach (10x10m) und 4 kleinere Dächer (3x3m) aufgebaut und Kontrollflächen gleicher Größe eingerichtet.

Im ersten Arbeitspaket von Prof. Dr. Bruelheide, Dr. Welk und Herrn Baudis (Universität Halle) werden Transpirationsraten und die Produktivität von Pfanzen gemessen.

Im zweiten Arbeitspaket von Prof. Dr. Weiler und Frau Dr. Puhlmann (Universität Freiburg) werden die hydraulischen Funktionen des Boden mit Hilfe von Fluoreszenztracern, Chromotographie, Wurzelzählung, Massenspektrometrie und Laserabsorptionsspektrometrie zur Bestimmung stabiler Isotopengehalte.

Im dritten Arbeitspaket von Dr. Gessler, Dr. Ulrich, Dr. Kayler und Frau Dr. Ellerbrock (ZALF, Müncheberg) werden der Wasser- und Kohlenstoffkreislauf sowie Auswirkungen auf die Bodenmikroben untersucht. Mit Hilfe molekularer Finterprints und Sequenzierung wird die Diversität der Bodenmikroorganismen erfasst. Die Bodenwasserabweisung wird mittels Infrarotspektrometrie.

Publikationen

Responses of the structure and function of the understory plant communities to precipitation reduction across forest ecosystems in Germany

Felsmann K., Baudis M., Kayler Z. E., Puhlmann H., Ulrich A., Gessler A. (2018): Responses of the structure and function of the understory plant communities to precipitation reduction across forest ecosystems in Germany. Annals of Forest Science 75:3. doi: 10.1007/s13595-017-0681-7

Does drought alter hydrological functions in forest soils?

Verändert Dürre die hydrologische Funktion von Waldböden?

Gimbel K. F., Puhlmann H., Weiler M. (2016): Does drought alter hydrological functions in forest soils? Hydrology and Earth System Science 20 (3), 1301-1317. doi: 10.5194/hess-20-1301-2016

Soil bacterial community structure responses to precipitation reduction and forest management in forest ecosystems across Germany

Wie reagieren Bakterien im Waldboden auf den Klimawandel?

Felsmann K., Baudis M., Gimbel K., Kayler Z. E., Ellerbrock R., Bruehlheide H., Bruckhoff J., Welk E., Puhlmann H., Weiler M., Gessler A., Ulrich A. (2015): Soil bacterial community structure responses to precipitation reduction and forest management in forest ecosystems across Germany. PLoS ONE 10(4): e0122539. doi: 10.1371/journal.pone.0122539

Drought in forest understory ecosystems – a novel rainfall reduction experiment

Gimbel K. F., Felsmann K., Baudis M., Puhlmann H., Gessler A., Bruelheide H., Kayler Z., Ellerbrock R. H., Ulrich A., Welk E., Weiler M. (2015): Drought in forest understory ecosystems - a novel rainfall reduction experiment. Biogeosciences 12 (4), 961-975. doi: 10.5194/bg-12-961-2015

The response of three Fagus sylvatica L. provenances to water availability at different soil depths

Baudis M., Premper T., Welk E., Bruelheide H. (2015): The response of three Fagus sylvatica L. provenances to water availability at different soil depths. Ecological Research 30 (5), 853–865. doi: 10.1007/s11284-015-1287-x

Intraspecfic differences in responses to rainshelter-induced drought and competition of Fagus sylvatica L. across Germany

Die Reaktion auf Trockenheit und Konkurrenz verschiedener Buchenherkünfte an unterschiedlichen Standorten in Deutschland

Baudis M., Ellerbrock R., Felsmann K., Gessler A., Gimbel K., Kayler Z., Puhlmann H., Ulrich A., Weiler M., Welk E., Bruelheide H. (2014): Intraspecfic differences in responses to rainshelter-induced drought and competition of Fagus sylvatica L. across Germany. Forest Ecology and Management 330, 283–293. doi: 10.1016/j.foreco.2014.07.012