Effects of elevated ground-level ozone on nitrogen acquisition of mature European beech (Fagus sylvatica) and Norway spruce (Picea abies) trees [Elektronische Ressource] / Rosemarie Barbara Weigt

Weigt

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• Publié par: technische_universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2010
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• Langue: Deutsch
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Extrait

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN
Lehrstuhl für Ökophysiologie der Pflanzen
Effects of elevated ground-level ozone on nitrogen acquisition
of mature European beech (Fagus sylvatica) and Norway
spruce (Picea abies) trees
Rosemarie Barbara Weigt
Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für
Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung
des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften
genehmigten Dissertation.
Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. J. Schnyder
Prüfer der Dissertation:
1. Univ.-Prof. Dr. R. Matyssek
2. Univ.-Prof. Dr. A. Göttlein
3. Prof. Dr. P. Millard,
Scottish Agricultural College, UK (schriftliche Beurteilung)
Die Dissertation wurde am 07.06.2010 bei der Technischen Universität München eingereicht
und durch die Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung
und Umwelt am 11.11.2010 angenommen.Alles Wissen ist zuletzt Wissen vom Leben und alles Erkennen
Staunen über das Rätsel des Lebens – Ehrfurcht vor dem Leben
in seinen unendlichen, immer neuen Gestaltungen.
- Albert Schweitzer -
meinen ElternAcknowledgements - Danksagung
Acknowledgements - Danksagung
My deep gratitude I owe to all persons who continuously encouraged me during this work:
All den lieben Menschen, die mich während der Durchführung dieser Arbeit ermutigend und
unterstützend begleitet haben ein herzliches Dankeschön:
Prof. Dr. Rainer Matyssek für die sehr engagierte und gute Betreuung meiner Doktorarbeit, und
die lehrreiche und gute Zeit am Lehrstuhl für Ökophysiologie der Pflanzen
Dr. Karl-Heinz Häberle für die Zeit und Gelassenheit bei der Betreuung meiner Experimente, für
die zahlreichen inspirierenden Diskussionen und Gespräche und das Verständnis bei all
den Zweifeln
Dr. Helmut Blaschke für ein stets offenes Ohr, die gewitzten Sinnsprüche und als hilfreiches
“wandelndes Nachschlagewerk”
Prof. Dr. Dr. Axel Göttlein (FG Waldernährung und Wasserhaushalt, TUM) für die
unkomplizierte Hilfsbereitschaft bei Boden- und Nährstofffragen und für die Nutzung des
Bodenanalyseinventars
Prof. Dr. Pete Millard für die herzliche Gastfreundschaft am Macaulay Land Use Research
Institute, die hilfreichen Anregungen zu Isotopenfragen und die schöne Zeit in Aberdeen
Dr. Thomas Rötzer (LS Waldwachstumskunde, TUM), Ursula Metzger, Wilma Ritter, Dr.
Christoph Schulz (LWF), Dr. Jürgen Esperschütz (GSF) und Dr. Michael Schloter (GSF) für
die Zurverfügungstellung von Daten aus dem Kranzberger Forst zu Biomassen,
Transpiration, Phloemsaft, Stickstoffein- und -austräge sowie mikrobieller Biomasse.
Dr. Wolf-Anno Bischoff (Gutachterbüro TerrAquat) für die Hilfestellung und das Interesse bei der
Messung der N-Auswaschung
allen SFB607-Kollegen für die stets gute und motivierende Zusammenarbeit und den
interessanten interdisziplinären Austausch
den Technischen Mitarbeitern des Lehrstuhls für Ökophysiologie der Pflanzen, Ilse Süß,
Johanna Lebherz, Peter Kuba, Josef Heckmair und Thomas Feuerbach für den
unermüdlichen Einsatz bei Wind, Wetter, Wald und Wurzeln, sowie Hans Lohner für die
geduldige Betreuung des Massenspektrometers und die Isotopenmessungen der
verschiedensten Proben.
den zahlreichen Studentischen Hilfskräften, insbesondere Dominik Farnady, Michael Goisser,
Katharina Hermannsdorfer, Franziska Jäger, Angelika Kühn, Lukas Müller, Lena Penzkofer
und Lenka Vojtova für die fleißige Unterstützung bei der Freiland- und Laborarbeit
5Acknowledgements - Danksagung
der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die finanzielle Ermöglichung dieses Projekts
Prof. Dr. Reinhard Agerer, Dr. Stefan Raidl und Rita Verma (Systematische Botanik und
Mykologie, LMU) für die Eröffnung der interessanten Perspektive „Mykorrhiza“ als
Anknüpfungspunkt an diese Arbeit
den gütigen und kritischen Korrekturlesern
allen derzeitigen und ehemaligen Angehörigen des Lehrstuhls für Ökophysiologie der Pflanzen
für das fröhliche Arbeitsklima, das so gut getan hat
meinen Geschwistern und allen Freunden die mitgefiebert und so oft Mut zugesprochen haben,
insbesondere meiner Mitstreiterin Wilma Ritter,
und meinen Eltern, die mir die Freude an der Natur und die Ehrfurcht vor dem Leben
weitergegeben haben
und ganz besonders Michael Pfiz für die Zuversicht und das große Verständnis für alles
Komplizierte
6Table of contents
Table of contents
Acknowledgements - Danksagung ................................................................................ 5
Abbreviations and Definitions ....................................................................................... 9
Zusammenfassung ....................................................................................................... 10
Summary ...................................................................................................................... 14
Introduction ................................................................................................................. 18
Material and Methods .................................................................................................. 23
Study site ....................................................................................................... 23
Experimental setup ........................................................................................ 24
Sampling and measurements ......................................................................... 27
Calculations ................................................................................................... 37
Statistical analysis ......................................................................................... 47
Results ......................................................................................................................... 48
1 Nitrogen in above-ground organs ........................................................................ 49
Nitrogen in leaves and needles ...................................................................... 49
Nitrogen in buds ............................................................................................ 54
Nitrogen in twigs .......................................................................................... 57
Nitrogen in stem, xylem and phloem sap, and beech fruits ........................... 59
Correlation between transpiration and uptake of labelled N ......................... 61
2 Nitrogen in below-ground organs and soil .......................................................... 62
Nitrogen in the soil ........................................................................................ 62
Root distribution ............................................................................................ 65
Nitrogen in the roots ...................................................................................... 68
Nitrogen in specific root tissues: mycorrhizal root tips, bark and wood of
coarse roots .................................................................................................... 70
Nitrogen concentrations compared between soil and roots ........................... 71
3 Nitrogen balance and cycling .............................................................................. 73
Tree level N budget and partitioning ............................................................. 73
Nitrogen dynamics in foliage ........................................................................ 84
Recovery of labelled N at the whole-tree level ............................................ 85
Partitioning of new N within trees ................................................................. 88
N cycle at stand level ..................................................................................... 91
7Table of contents
Discussion .................................................................................................................... 94
Conclusions ............................................................................................................... 119
References ................................................................................................................. 121
Appendix ................................................................................................................... 135
8Abbreviations and Definitions
Abbreviations and Definitions
N nitrogen
O ozone 3
1×O3 free-air ambient ozone concentrations at the study site „Kranzberger Forst“
2×O twice-ambient ozone concentrations, experimentally released to the tree crowns3
at the study site via a free-air O fumigation system3
15N stable isotope of nitrogen (natural abundance = 0.37 atom%)
15 15 15 14atom% N proportion of the isotope N on the total N ( N + N)
15 15 15NH NO ammonium-nitrate enriched in N to 98 atom%, used for N labelling4 3
N fraction of labelled N on the total N content of a certain tissue or compartmentlabelled