Dynamik der Blatt- und Wurzelphänologie europäischer Laubbaumarten der gemäßigten Zone unter dem Einfluss des Klimawandels

• Antragstellerin: Dr. Lena Muffler-Weigel
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527050950

Die globale Erwärmung verändert die Baumphänologie, was Auswirkungen auf die Fitness der Pflanzen und die Artenzusammensetzung haben kann. Viele Untersuchungen belegen, dass die oberirdische Phänologie der europäischen Laubbaumarten bei steigenden Temperaturen einer Verfrühung unterliegt. Wärmere Winter könnten jedoch den Beginn der Vegetationsperiode auch verzögern, wenn der Kältebedarf nicht erreicht wird. Die Herbstphänologie wird ebenfalls kontrovers diskutiert, da die Blattseneszenz entweder aufgrund der erhöhten Photosynthese bei Erwärmung früher oder aufgrund eines wärmeren Herbstes später eintreten könnte. Im Gegensatz zur Blattphänologie sind Studien zur Reaktion der unterirdischen Phänologie auf die Erwärmung unterrepräsentiert, obwohl sich Veränderungen in der Wurzelphänologie auf Nährstoff-, Wasser- und Kohlenstoffflüsse und damit auf das ganze Ökosystem auswirken. Die unterirdische Phänologie wird von exogenen Faktoren wie der Temperatur oder von endogenen Faktoren wie der Kohlenstoffassimilation bestimmt, aber die jeweilige Bedeutung dieser Faktoren und die Unterschiede zwischen verschiedenen Baumarten sind noch unklar. Je nach phänologischer Strategie, die sich zwischen Pionier- und Klimaxarten unterscheidet, könnte die Vegetationsperiode früher beginnen und enden oder sich verlängern, wobei unklar ist, ob Letzteres zur allgemeinen Produktivitätssteigerung beiträgt oder nicht. Darüber hinaus ist unklar, ob ober- und unterirdische Phänologie synchron reagieren oder ob Bodenerwärmung das Wurzelwachstum verlängert, was wiederum die Kohlenhydratallokation und -reserven beeinflussen könnte. Um diese Fragen zu beantworten, hat das vorgeschlagene Projekt zum Ziel, die Auswirkungen steigender Temperaturen auf die Phänologie der drei Laubbaumarten Fagus sylvatica, Betula pendula und Quercus petraea zu untersuchen und diese Veränderungen mit der Produktivität der Bäume und dem Kohlenstoffkreislauf des Waldes in Beziehung zu setzen. Hierfür werden zwei Experimente im Experimentellen Botanischen Göttingen durchgeführt. Im ersten Experiment werden getopfte Jungpflanzen erwärmt, um die Auswirkungen steigender Temperaturen auf die ober- und unterirdische Phänologie, die Biomasseproduktion, die jahreszeitliche Dynamik von C/N-Verhältnis und nicht-strukturellen Kohlenhydraten sowie auf die Photosyntheserate und die Wurzelatmung zu untersuchen. Im zweiten Experiment werden die Auswirkungen der Bodenerwärmung auf die ober- und unterirdische Phänologie isoliert betrachtet, indem wir nur den Boden im Göttinger Rhizolab erwärmen, wo die Wurzeldynamik junger Bäume ohne Einschränkungen des Wurzelraums über Rhizotrone direkt beobachtet werden kann. Das vorgeschlagene Projekt wird unser mechanistisches Verständnis der Baumphänologie vertiefen und damit einen wichtigen Beitrag zur Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Baumphysiologie und für präzise Vorhersagen von Stoff- und Energieflüssen in Waldökosystemen in einem wärmeren Klima liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen