ZP Zentrales Projekt - Zentrale Forschungsplattformen und Modellierungsansätze

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Mutez Ali Ahmed; Professor Dr. Bernhard Schuldt; Professor Dr. Jan Vanderborght; Professorin Dr. Christiane Werner
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538902328

Ein tiefgreifendes mechanistisches Verständnis darüber, wie Pflanzen ihre Wassernutzung unter atmosphärischer und bodenbedingter Austrocknung regulieren, ist angesichts des Klimawandels und zunehmender Dürreereignisse von großer Bedeutung. Ein solches Verständnis kann nur durch die Verknüpfung von fach- und skalenübergreifendem Prozesswissen sowie durch sorgfältig abgestimmte Experimente gewonnen werden. Unsere zentrale Hypothese lautet, dass die Wasserleitfähigkeit von Boden, Rhizosphäre, Wurzeln, Xylem und Stomata sowohl auf kurzen (täglichen) als auch auf langen (saisonalen) Zeitskalen koordiniert ist, um eine lineare Beziehung zwischen Transpirationsrate und Blattwasserpotenzial aufrechtzuerhalten. Diese Koordination ermöglicht es Pflanzen, ihr Wachstum zu optimieren und gleichzeitig das Risiko eines hydraulischen Versagens zu minimieren. Um diese skalenübergreifende Koordination zu erforschen, planen wir vier eng aufeinander abgestimmte Labor- und Freilandexperimente, in denen wir Fachwissen aus Bodenphysik, Molekularbiologie, Pflanzenphysiologie, Ökohydrologie und großskaliger Modellierung zusammenführen. In (halb-)kontrollierten Experimenten wollen wir die wichtigsten hydraulischen Grenzen der Transpiration identifizieren und Mechanismen untersuchen, die stomatäre Regulation sowie unterirdische Anpassungen an verschiedene Bodenbedingungen steuern. Um zu prüfen, inwieweit unsere Hypothesen unter natürlichen Bedingungen anwendbar sind, werden ergänzend Feldmessungen an krautigen und holzigen Pflanzenarten durchgeführt. Um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, werden in allen Experimenten dieselben Sorten von zwei krautigen und zwei Baumarten verwendet und einheitliche Bodentexturen (Sand und Lehm) eingesetzt. Im Labor werden je zwei Genotypen von Mais und Sonnenblume - zwei Nutzpflanzen mit unterschiedlichem isohydrischem Verhalten - in mittelgroßen Lysimetern unter kontrollierten Bedingungen im Zentralen Experiment 1 (CE1) untersucht. Ein analoger Aufbau mit denselben Arten und Bodentexturen kommt in großen Freiland-Lysimetern im Zentralen Experiment 3 (CE3) zum Einsatz. Für das Zentrale Experiment 2 (CE2) werden zwei Baumarten - Linde und Buche - mit ebenfalls unterschiedlichem isohydrischem Verhalten in großen Mesokosmen unter kontrollierten Bedingungen in einer Hangaranlage kultiviert. Dieses Experiment wird im Zentralen Experiment 4 (CE4) gespiegelt, in dem ausgewachsene Exemplare derselben Arten unter natürlichen Freilandbedingungen untersucht werden, wiederum auf den gleichen Bodentexturen. Die in den vier Experimenten gewonnenen Daten fließen in ein mechanistisches Modell ein. Das hier beschriebene zentrale Projekt stellt die notwendige Infrastruktur bereit, koordiniert und unterstützt die Experimente, bündelt das Wissen aus den verschiedenen Fachrichtungen und entwickelt Modellierungswerkzeuge, die eine konsistente Betrachtung über verschiedene Skalen hinweg ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5820: Der Einfluss der Hydraulik von Boden und Pflanze auf Transpiration und Pflanzenwachstum in Reaktion auf Trockenheit [SOPHY]