Tod durch Dehydration: Wie Savannenbäume bei Dürre sterben

• Antragsteller: Professor Dr. Steven Higgins
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458911709

Wie Pflanzen auf Dürre reagieren stellt sich zunehmend als entscheidende Unsicherheit bei der Vorhersage von Klimawandeleffekten auf Ökosysteme heraus. Neue Forschungsarbeiten stellen die etablierte Theorie in Frage, nach der Mortalität während einer Dürre durch die Kombination aus hydraulischem Versagen, Kohlenstoffmangel und biotischen Interaktionen vorhergesagt werden kann (das McDowell-Modell). Unser Ziel ist, eine alternative Hypothese zu testen: Während einer Dürre führt Dehydration – und nicht das Versagen des Wassertransports – zu einer verringerten physiologischen Leistungsfähigkeit, die zu Mortalität führen kann. Zu diesem Zweck möchten wir einzelne Savannenbäume beobachten und ihre Wasserversorgung manipulieren. Wir werden unser Experiment in Savannen-Ökosystem durchführen, da Savannenbäume mit ihren charakteristischen hohen Stockausschlags-Raten und großen Reserven an nicht-strukturellem Kohlenstoff die Annahmen des McDowell-Modells offensichtlich verletzen. Wir werden 54 Savannenbäume monitoren, die sich in Art (6 Arten), Größe und Wettbewerbsumgebung unterscheiden. Bei jedem Baum werden wir unter anderem Saftfluss, Stammwassergehalt, Blattwasserpotenzial, Battfläche und Stammdurchmesser beobachten. Zusätzlich überwachen wir die Evapotranspiration des Bodens und der Grasbestände in der Umgebung jedes Baumes. Um das Verhalten der Bäume während der Wachstumsperiode zu interpretieren, werden wir ein innovatives Zustands-Raum-Modell (State-Space-Model) verwenden. Manche Prozesse, wie zum Beispiel die Wasseraufnahme von der Wurzeloberfläche, sind schwierig zu beobachten. Das State-Space-Model ermöglicht uns jedoch, solche Prozesse aus Messdaten über Saftfluss, Stamm- und Bodenwassergehalt abzuleiten. Da der State-Space-Ansatz von Variation in den Prozessen abhängt, die der Messreihe unterliegen, erzeugen wir zusätzliche Umweltvariation indem wir einzelne Bäumen mit Hilfe eines BACI-Designs (before after control impact) experimentell Trockenheit aussetzen. Das Hauptziel dieser Forschung wird der Test unserer Arbeitshypothese sein (Dehydration statt Versagen des Wassertransports führt bei Dürre zu Mortalität). Dazu werden wir untersuchen, ob Stammwachstum, Stammmortalität und gesamtpflanzliche Mortalität in unseren Messreihen besser durch den modellierten Wasservorrat der Pflanze oder ihr modelliertes Wassertransportdefizit erklärt wird. Die Studie wird bewerten, ob das McDowell-Modell formell um die Hypothese des Absterbens durch Dehydration ergänztwerden muss.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südafrika, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. James S. Clark; Professor Dr. Edmund February, Ph.D.; Dr. Corli Wigley-Coetsee, Ph.D.