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Skalenübergreifende Analyse von Dürreeffekten auf ökohydrologische Prozessdynamiken im Grünland durch stabile Isotopenanalyse

Antragstellerinnen / Antragsteller Dr. Maren Dubbert; Professor Youri Rothfuss, Ph.D.
Fachliche Zuordnung Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
Förderung Förderung von 2017 bis 2022
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323373178
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Naturnahes und bewirtschaftetes Grünland ist einer der am stärksten vertretenen Landoberflächentypen in Mitteleuropa. Sie zeichnen sich durch Pflanzenarten aus, die eine hohe Resilienz gegenüber extremen hydrologischen Ereignissen aufweisen. Das von der DFG geförderte Projekt mit dem Titel "Assessing dynamics in eco-hydrological processes during drought stress across scales in a grassland community by stable isotopes" hatte zum Ziel, zu untersuchen, wie eine Untergruppe dieser Grünlandarten ihre Wassernutzungsstrategien sowohl bei im Labor simulierten als auch bei natürlich auftretenden Stressperioden dynamisch verändert. Um dieses zentrale Ziel zu erreichen, wurde das Projekt in drei Arbeitspakete gegliedert, die sich auf unterschiedliche Maßstäbe (Pflanzenindividuum vs. Pflanzengemeinschaft) konzentrieren und sowohl experimentelle Arbeiten (im Labor und im Feld) als auch statistische und prozessbasierte Modellierung umfassen. In Laborversuchen wurde der plastische Charakter der Wasseraufnahme durch die Wurzeln einer einzelnen Centaurea Jacea hervorgehoben, die in einer Bodensäule wuchs, während der oberirdische Teil in einer dynamisch gespülten Pflanzenkammer eingeschlossen war. Genauer gesagt konnte anhand der Online-Überwachung der stabilen Isotopenzusammensetzung des Bodenwassers im Vergleich zum transpirierten Wasserdampf der Pflanze festgestellt werden, dass die Verbindung zwischen den Messungen des Wasserverfügbarkeitsstatus, der Anwesenheit der Wurzeln und dem geschätzten Wasseraufnahmeprofil der Wurzeln unter Stressbedingungen besonders schwach war. Darüber hinaus deuten die Isotopendaten darauf hin, dass es zu einer Umverteilung von Wasser aus tieferen in flachere Bodenschichten kommt. Wir bewerteten die kombinierte Wirkung von langfristiger Trockenheit und Stickstoffdüngung im Feld unter Verwendung eines Regenschutzes, indem wir ökophysiologische, ökologische und ökohydrologische Methoden vom Blatt bis zum Ökosystem kombinierten. Sowohl die Stickstoffdüngung als auch die Trockenheit hatten negative Auswirkungen auf die saisonale Kohlenstoffbilanz und die Wassernutzungseffizienz des Systems, wobei die Kombination aus Stickstoffdüngung und Trockenheit besonders nachteilig war und die Wassernutzungseffizienz und die Kohlenstoffbilanz um mehr als die Hälfte reduzierte. Wir konnten erfolgreich zeigen, dass strukturelle Veränderungen der Grünlandgemeinschaft (z. B. die zunehmende Dominanz von Gräsern gegenüber Kräutern in den N-gedüngten Parzellen) die Gemeinschaft als Ganzes sehr anfällig für Trockenheit machte: Die grasdominierte und artenarme Gemeinschaft litt während der trockenen Sommermonate unter einem starken oberirdischen Absterben, wahrscheinlich verursacht durch eine geringere Wassernutzungseffizienz und eine schwächere Anpassung der Artengemeinschaft an Trockenheit. Im Vergleich dazu waren die Schlüsselarten der beiden funktionalen Pflanzentypen (Gräser und Kräuter) in der Lage, die Homöostase der Pflanzenphysiologie aufrechtzuerhalten, was auf einen starken Zusammenhang zwischen Form (z. B. Artenzusammensetzung und Dominanz der funktionalen Pflanzengruppen) und Funktion (z. B. Wasser- und Kohlenstoffkreislauf) des untersuchten Grünlands auf der Gemeinschaftsebene hinweist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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