citation: FORSTREUTER, M (1993) Langzeitwirkungen
der atmosphärischen CO2-Anreicherung auf den
Kohlenstoff- und Wasserhaushalt von Rotklee-Wiesenschwingelgemeinschaften.
Dissertation, Universität Osnabrück, Landschaftsentwicklung
und Umweltforschung (Berlin) 91: 208 S.
|
Langzeitwirkungen der
atmosphärischen CO2-Anreicherung auf den
Kohlenstoff- und Wasserhaushalt von Rotklee- Wiesenschwingelgemeinschaften
Manfred Forstreuter
Manfred.Forstreuter@fu-berlin.de
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit behandelt die Wirkungen der
atmosphärsichen CO2-Anreicherung auf das Wachstum, den Kohlenstoff-
und Wasserhaushalt von Modell-Ökosystemen. In drei Teilversuchen
wurden Mischkulturen (1:1) von Trifolium pratense Huds.
und Festuca pratensis L. bei CO2-Konzentrationen von 350,
450, 600 und 800 ppm in Langzeitversuchen bis zu 1007 Tage begast.
Für dieser Untersuchungen wurde eine Freiland-Versuchsanlage
entwickelt, mit der vier Modell-Ökosysteme, bestehend aus den
obengenannten Pflanzen und einem eingeschlossenen Bodenmonolithen
von 80*80*60 cm3, über mehrere Vegetationsperioden unter freilandnahen
Bedingungen untersucht werden konnte.
Die Auswertungen der kontinuierlichen Meßreihe der atmosphärischen
CO2-Konzentration am Standort Osnabrück seit 1984 ergaben einen
nchweisbaren jährlichen Anstieg um 2.8 ppm.
Die Trockensubstanzakkumulation (oberirdisch+Wurzeln) der krautigen
Pflanzenbestände wurde durch die Anhebung der CO2-Konzentration
nachhaltig gefördert. Aus den Untersuchungsergebnissen wurde
eine Sättigungsfunktion des CO2-Düngefaktors erstellt,
wonach Trockengewicht der Pflanzenbestände im Mittel gegenüber
der Kontrolle (350 ppm) um 18% (450 ppm), um 50% (600 ppm) und um
52% (800 ppm) zunahm. Besonders zu Beginn der Vegetationsperiode
und nach Schnittereignissen war die Trockensubstanzakkumulation
stark gefördert. Die oberirdische Phytomassenakkumulation lag
schon bei 600 ppm im Optimumsbereich. Die Wurzeln als zusätzliche
Speicherorgane konnten sogar den Kohlenstoffeinbau oberhalb dieser
CO2-Konzentration noch steigern.
Die reproduktiven Organe waren mit zunehmender CO2-Konzentration
schwerer. Das Samen- und Karyopsengewicht der Versuchspflanzen war
aufgrund der veränderten CO2-Konzentration beeinflußt.
Die Erhöhung der CO2-Konzentration führte zu einer Zunahme
der Blattflächen des Pflanzenbestandes. Diese Abhängigkeit
konnte durch eine Exponentialfunktion beschrieben werden. Die Blattflächen
des Pflanzenbestandes waren bei 450 ppm nur unwesentlich beeinflußt,
während sie in den Pflanzenbeständen bei 600 und 800 ppm
um 14% und 35% zunahmen.
Die Anhebung der CO2-Konzentrationsniveaus führte zu einer
Erhöhung der maximalen Nettoassimilationsraten der Modell-Ökosysteme.
Sie waren zwischen den Modell-Ökosystemen bei 350 ppm und 450
ppm um 21 - 31%, bei 350 und 600 ppm um 48% - 58% und bei 350 und
800 ppm um 59% gesteigert. Damit einhergehend waren die Respirationsraten
in den Modell-Ökosystemen unter hoher CO2-Konzentration größer,
besonders mit steigender Temperatur. Dieses trat im Tagesverlauf
der Nettoassimilationsraten als "Hysteresis-Effekt" in
Erscheinung und führte zu einer Veränderung der Lichtkompensationspunkte
der Modell-Ökosysteme.
Bei den Photonenflußdichten von 1000 µE m-2 s-1 zeigte
der CO2-Gaswechsel in einem Zeitraum von 100 Tagen einen Optimumsverlauf.
Das Niveau des Optimumbereiches stieg mit zunehmender CO2-Konzentration
auf höhere CO2-Gaswechselwerte. Die Ergebnisse der CO2-Gaswechselmessungen
im "switch experiment" zeigten, daß langfristig
eine positve Akklimatisierung der Modell-Ökosystemen an die
höheren CO2-Konzentrationen stattgefunden hat. Die langfristig
hohen CO2-Konzentrationen ausgesetzten Modell-Ökosysteme zeigten
bei gleicher CO2-Konzentration die höchsten CO2-Nettoassimilationsraten.
Dagegen wiesen die Modell-Ökosysteme, die unter hohen CO2-Konzentrationen
aufwuchsen, bei niedrigen CO2-Stufen die niedrigsten CO2-Nettoassimilationsraten
auf.
Ein Sättigungsniveau der Nettoassimilationsraten wurde annähernd
bei allen CO2-Stufen bei hohen BFI-Werten erreicht. Dieses nahm
mit zunehmender CO2-Stufe höhere Werte bei höheren BFI-Werten
an.
Die Tagesbilanzen der Nettoassimilationsraten der untersuchten Grünland-Modell-Ökosysteme
wiesen während der gesamten Entwicklung innerhalb jeder Phänophase
eine enge lineare Beziehung zu den Tagesummen der Photonenflußdichte
auf. An Tagen mit hohen Photonenflußdichten besaßen
die Modell-Ökosysteme unter erhöhten CO2-Konzentrationen
deutlich höhere CO2-Nettoassimilationsraten, während sie
an wolkigen Tagen mehr CO2 abgaben.
Das Modell-Ökosystem bei 600 ppm CO2 wies in den Monaten April
bis August der Versuchsjahre 1984-1989 eine gegenüber 350 ppm
gesteigerte Kohlenstoffaufnahme von bis zu 40% auf. In den restlichen
7 Monaten dagegen war eine geringere CO2-Nettoaufnahme bzw. eine
deutliche höhere CO2-Abgabe aus den Modell-Ökosystemen
bei 600 ppm zu verzeichnen.
Der Vergleich der Jahresbilanz zwischen 350 und 600 ppm ergab eine
gesteigerte CO2-Aufnahme von 16% bei 600 ppm. Grünland-Ökosysteme
stellen somit eine Senke für zusätzlich in die Atmosphäre
abgegebene CO2-Mengen dar, diese fällt jedoch erheblich geringer
aus, als bislang vermutet.
Erst bei Photonenflußdichten über 10 E m-2 d-1 traten
bei 600 ppm höhere CO2-Aufnahmeraten als bei 350 ppm auf, während
unterhalb dieser Photonenflußdichten das System bei 350 ppm
mehr CO2 aufnahm.
Entsprechend der theoretischen Erwartung bestand ein exponentieller
Zusammenhang zwischen den monatlichen CO2-Tagesbilanzen und den
Mittelmonatstemperaturen. Positve CO2-Gaswechselratenließen
sich für beide Modell-Ökosysteme ab 5°C zu Jahresbeginn
ermitteln. Die höchsten CO2-Gaswechselraten wurden bei einer
mittleren Temperatur von 13° im Mai erreicht. Höhere Temperaturen
in Juni führten bei beiden Modell-Ökosystemen zu einer
Verringerung der Gaswechselraten.
Der Wasserhaushalt der Modell-Ökosysteme wurde durch die erhöhte
CO2-Konzentration beeinflußt. Bei 450 ppm waren die Evapotranspirationsraten
im Vergleich zu den Kontrollenbeständen herabgesetzt, bei 600
ppm waren diese zu 350 ppm nahezu ausgeglichen, bei 800 ppm jedoch
wurden jedoch höhere Evapotranspirationsraten gegenüber
den Kontrollsystemen ermittelt. Dies führte in dem System bei
800 ppm zu einer verringerten Rücklage im Bodenwasservorrat,
analog dazu war die Rücklage bei 450 ppm erhöht.
Die Werte der Wassernutzung-Effizienz stiegen mit zunehmender CO2-Konzentration
signifikant an und zeigten hinsichtlich des Wasserverbrauches eine
effizientere Stoffproduktion unter erhöhter CO2-Konzentration
an.
Back
Long-term effects of increased atmospheric
CO2-concentrations on the carbon and water budgets of red clover and
meadow fescue communities
Manfred Forstreuter
Summary
This work studies the effect of increased atmospheric
carbon dioxide concentration on carbon and water budgets of model
ecosystems. In three long-term investigations, mixed plant stands
of Trifolium pratense Huds. and Festuca pratensis L.
were exposed to CO2-concentrations of 350, 450, 600 and 800 ppm over
a period of up to 1007 days.
For these experiments a measuring system was specially constructed
and was located outside. This made it possible to expose four model
ecosystems - consisting of the aforesaid species in a soil block of
80 * 80 * 60 cm3 - to natural environmental conditions for several
vegetation periods.
more...
|
