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2.  Material und Methoden

2.1. Beschreibung der Pflanzungen

2.1.1. Auswahl und Herkunft der angepflanzten Schilfklone

Zur Untersuchung wurde Pflanzmaterial von verschieden Berliner Schilfbeständen entnommen: vom Müggelsee (Klone MÜGG und MÜGG-klein), Seddinsee (Klone SEDDIN1 bis 4) und der Havel (Klone HAVEL2 und HAVEL3.1). Die Berliner Schilfklone wurden verwendet, da die beste Entwicklung auf den Pflanzungen im Berliner Raum von den autochthonen Klonen erwartet wurde (Kühl 1994b). Als Referenzmaterial diente ein Klon vom nährstoffarmen Parsteiner See (Klon PAR1) und ein Klon von den hoch belasteten Rieselfeldern bei Blankenfelde (Klon RIES1). Eine Kurzbeschreibung der Schilfklone an ihren ursprünglichen Standorten sowie eine kurze Charakterisierung der jeweiligen Standorte ist in Tabelle 1 wiedergegeben.

Die Pflanzen von den verschiedenen Herkunftsstandorten wurden meristematisch vermehrt, so dass genetisch einheitliches Pflanzmaterial in ausreichender Stückzahl zur Verfügung stand. Die Vermehrung wurde von der Firma TINPLANT (D-39164 Klein Wanzleben) durchgeführt.

2.1.2. Anlage der Versuchsfelder, Schema der Bepflanzung

Zur Vorbereitung der Anpflanzung erfolgte eine Entfernung der Ufergehölze (meist Erlen). Die Ufer wurden mit Sand aufgeschüttet. Dadurch herrschten auf allen Versuchsfeldern vergleichbare Bedingungen. Der Schutz der Pflanzungen gegen Wellenschlag wird durch eine Palisaden-Lahnung gewährleistet. Die vorbereitenden Arbeiten sind in Kühl (1994b) beschrieben.

Die Pflanzen wurden in Töpfen angezogen und bildeten dort ein enges Rhizomgeflecht. Die Anpflanzung der Schilfklonen erfolgte über diese Ballen, die Dichte betrug 15 bis 25 Ballen pro m² (Tab. 2). Die Anzahl der Halme je Ballen war zwischen den Klonen verschieden und schwankte von 2-4 Halme (SEDDIN2) bis 10-20 Halme (MÜGG-klein) (Kühl 1995). Die Pflanzarbeiten fanden in den Monaten Juni und Juli 1995 statt.


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Tab. 1: Kurze Bestandesbeschreibung der Schilfklone des Pflanzversuches an ihren ursprünglichen Standorten sowie Charakterisierung der jeweiligen Standorte (vgl. Kühl & Zemlin 2000)

Klon

See bzw. Fluss

kurze Bestandsbeschreibung

MÜGG

Müggelsee
eutropher Flachsee mit dichten Phytoplankton
Größe: 767 ha
maximale Wassertiefe: 7,85 m

hoch produktives Wasserschilf, sehr hohe Halmlängen, Bestandsstruktur an der Wasserseite bultig, Bestandsbreite: ca. 50m, maximale Wassertiefe an der Röhrichtfront (max. WT): 1,3 m
(weitere Angaben siehe Kühl & Kohl 1992, 1993, Kohl et al. 1998)

MÜGG-klein

siehe MÜGG

produktives Wasserschilf mit kleinen Halmen und sehr hohen Dichten, homogene Bestandsstruktur, Bestandsbreite: ca. 25m, max. WT: 1,0 m
(weitere Angaben siehe Kühl 1994a)

SEDDIN1

Seddinsee
eutropher Flachsee mit dichten Phytoplankton
Größe: 225 ha
maximale Wassertiefe: 7,0 m

produktiver, homogener Wasserschilfbestand, assoziiert mit Typha angustifolia, hohe Halmlängen, Bestandsbreite: ca. 12 m, max. WT: 0,7 m
(weitere Angaben siehe Kühl et al. 1999)

SEDDIN2

siehe SEDDIN1

produktiver, homogener Wasserschilfbestand, hohe Halmlängen, ohne Rispen seit mehr als 40 Jahren, Bestandsbreite: ca. 12 m, max. WT: 0,7 m
(weitere Angaben siehe Kühl et al. 1999, Rolletschek et al. 1999a)

SEDDIN3

siehe SEDDIN1

hoch produktiver Wasserschilfbestand mit Lücken, an der Wasserseite leicht bultig, sehr hohe Halmlängen, Bestandsbreite: ca. 12 m, max. WT: 0,7 m
(weitere Angaben siehe Kühl et al. 1999, Rolletschek et al. 1999a)

SEDDIN4

siehe SEDDIN1

produktiver, homogener Wasserschilfbestand, hohe Halmlängen, ohne Rispen seit mehr als 40 Jahren, Bestandsbreite: ca. 12 m, max. WT: 0,7 m
(weitere Angaben siehe Kühl et al. 1999, Rolletschek et al. 1999a)

HAVEL2

Havel
hoch eutropher Fluß mit dichten Phytoplankton

hoch produktiver Wasserschilfbestand mit Lücken, an der Wasserseite leicht bultig, hohe Halmlängen, Halme mit relativ geringer mechanischer Stabilität, Bestandsbreite: ca. 30 m, max. WT: 0,7 m
(weitere Angaben siehe Sukopp et al. 1975, Sukopp & Markstein 1989)

HAVEL3.1

siehe HAVEL2

hoch produktiver Wasserschilfbestand mit Lücken, an der Wasserseite leicht bultig, hohe Halmlängen, Halme mit relativ geringer mechanischer Stabilität, Bestandsbreite: ca. 30 m, max. WT: 0,7 m
(weitere Angaben siehe Sukopp et al. 1975, Sukopp & Markstein 1989)

PAR1

Parsteiner See
mesotropher Klarwassersee
Größe: 1100 ha
maximale Wassertiefe: 27 m

schwachwüchsiges Wasserschilf, geringe Produktivität, kleine Halme, homogene Bestandsstruktur, Bestandsbreite: ca. 25 m, max. WT: 1,5 m
(weitere Angaben siehe Kühl & Kohl 1992, 1993, Kühl et al. 1997, Kohl et al. 1998)

RIES1

Rieselfeld im Norden von Berlin
Boden ist hoch mit Schwermetallen und Nährstoffen belastet
Nutzung als Rieselfeld bis 1970

hoch produktiver Schilfbestand vom nicht überstauten Teil des Rieselfelds, sehr hohe Halmlängen, homogene Bestandsstruktur


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Tab. 2: Mittlere Pflanzdichten für die Felder 1 bis 5 in Anzahl der Ballen je m² (aus Kühl 1995)

Klon

Feld 1

Feld 2

Feld 3

Feld 4

Feld 5

MÜGG

16,4

15,2

18,0

21,4

22,0

PAR1

19,1

22,1

19,7

19,8

22,8

HAVEL2

18,4

19,7

17,4

21,2

23,0

SEDDIN2

14,6

19,7

18,7

19,1

23,8

RIES1

19,3

24,9

20,7

22,8

23,0

SEDDIN4

18,4

16,5

18,2

22,3

19,6

MÜGG-klein

19,7

20,4

19,0

20,0

27,2

SEDDIN3

17,2

16,4

18,8

19,8

25,2

HAVEL3.1

20,8

19,9

17,7

20,3

21,8

SEDDIN1

16,8

19,6

18,0

19,8

20,4

Die Klone wurden nach einem festen Schema gepflanzt (Abb. 1), das eine Unterscheidung der einzelnen Schilfklone nach deren charakteristischen Merkmalen ermöglichen sollte (z.B. Halmlänge, Halmdichte, Vorwuchsverhalten). Da die Anfangsbedingungen auf Grund der künstlichen Sandschüttung auf den Feldern relativ homogen waren, ist ein Einfluss der nicht zufälligen Verteilung der Schilfklone in der Auswertung der Ergebnisse wenig wahrscheinlich.

Abb. 1: Schematische Darstellung eines Pflanzfeldes (nach Kühl & Zemlin 2000)


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2.1.3.  Lage der Pflanzfelder

Die Pflanzfelder wurden an sechs verschiedenen Standorten an unterschiedlichen Berliner Gewässern angelegt.

Abb. 2: Lage der Versuchsfelder, Felder 1 bis 5 am Langen See bzw. am Seddinsee [oben], Feld 6 an der Havel [unten]

Die Felder 1 und 2 liegen am Seddinsee, die Felder 3, 4 und 5 befinden sich am Langen See (Abb. 2). Die Ufer am Langen See und am Seddinsee besitzen eine ähnliche Morphologie. Sie sind meist erodiert und landseitig von einem Erlensaum begrenzt. Die Standorte waren ursprünglich mit Schilf bewachsen (Restbestände 1993 in der Nähe von Feld 3). Beide Seen sind hoch eutroph, mit einer ähnlichen Wasserqualität auf Grund der räumlichen Nähe und Verbindung (Kohl et al. 1993). Die Wasserstandsschwankungen sind durch die Stauregulie­rung dieser Gewässer nur gering.

Feld 6 liegt an der Havel und ist somit getrennt von den anderen Feldern (Abb. 2). Hier [Seite 12↓]ist die Pflanzfläche von zwei älteren Schilfbeständen begrenzt. Die Trophie des Wassers ist hier höher als an den anderen Standorten, am Ufer finden stärkere Akkumulationsprozesse statt als an den anderen Feldern. Im Gegensatz zu den stauregulierten Gewässern Langer See und Seddinsee kann es hier zu einer Überflutung der Pflanzflächen kommen.

Die Exposition der sechs Felder ist unterschiedlich (Abb. 2). Die Felder 1 und 2 (Seddinsee) sind nach Südosten exponiert und werden bis zum frühen Nachmittag von der Sonne beschienen. Feld 3 (Langer See) ist nach Westen ausgerichtet und bekommt erst ab Mittag direktes Sonnenlicht. Die Felder 4 und 5 (Langer See) richten sich nach Südwesten. Die Sonne kann hier vom frühen Vormittag bis zum Abend direkt einstrahlen. Feld 6 (Havel) ist nach Nordwesten exponiert und erhält vom frühen Nachmittag bis zum Abend direkte Sonnenstrahlung.


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2.2.  Substratuntersuchungen auf den Pflanzfeldern

Zur Untersuchung der Nährstoffgehalte und der Substratbeschaffenheit auf den Pflanzfeldern wurden im Februar und September 1998 je Feld getrennt nach Wasser- und Landbereich mindestens 2 und maximal 10 Sedimentkerne (Tab. 3) mit Hilfe eines UWITEC-Corer gestochen. Zusätzlich wurden an jedem Feld 2 Proben aus dem Freiwasser entnommen.

Tab. 3: Übersicht über Termin der Probenahme und Anzahl der Proben zur Substrat­untersuchung,

 

1. Probenahme (Anzahl / Termin)

2. Probenahme (Anzahl / Termin)

Feld 1

2 / 17.02.1998

2 / 07.09.1998

Feld 2

10 / 17.02.1998

5 / 07.09.1998

Feld 3

2 / 17.02.1998

3 / 07.09.1998

Feld 4

2 / 17.02.1998

3 / 07.09.1998

Feld 5

2 / 17.02.1998

3 / 08.09.1998

Feld 6

10 / 25.02.1998

3 / 08.09.1998

Die unterschiedliche Anzahl der Probe in der ersten Probenahme ergab sich aus der Untersuchung zur Stickstoffdynamik, die auf den Felder 2 und 6 an allen 10 Schilfklonen erfolgte, während auf den anderen Feldern zwei ausgewählte Klone untersucht wurden (vgl. Abschnitt 2.4.1). Nach den Ergebnissen der ersten Untersuchung wurde die Probenahme zur zweiten Substratuntersuchung modifiziert.

Die Sedimentkerne wurden ungestört ins Labor transportiert und dort aufgearbeitet. Jeder Kern wurde von der Substratoberfläche ausgehend in zwei Schichten geteilt (0-10 cm und 10-20 cm). Die Gewinnung des Interstitialwasser aus den einzelnen Schichten erfolgte durch Filtration mit Hilfe eines Unterdruckes (Zelluloseacetatfilter, Firma: Sartorius; 0,45 µm Porenweite). Die Freiwasserproben wurden nach dem gleichen Verfahren filtriert.

Die Bestimmung des Gehalts an Sulfat, o-Phosphat, Nitrat und Nitrit im Interstitial­wasser der Kerne sowie im Freiwasser erfolgte über Ionenchromatographie (DX-100, Firma: Dionex). Als Säule diente IonPac AS4A (Firma: Dionex), als Laufmittel wurde 1,8 mM Na2CO3 / 1,7 mM NaHCO3 verwendet. Die Detektion erfolgte über einen Leitfähigkeits­detektor (Sulfat, o-Phosphat, Nitrat) sowie einen UV-Detektor (Nitrat, Nitrit) bei 215 nm. Ammonium wurde am Flow-Injection-Analyzer (FIA, Firma: Eppendorf) photometrisch bei 585 nm bestimmt.

Von den beiden Substratschichten wurden die Trockenmasse (Trocknung bei 60 °C bis zur Gewichtskonstanz) und der Glühverlust (550 °C, 3 h) bestimmt (AUSGEWÄHLTE [Seite 14↓]METHODEN DER WASSERUNTERSUCHUNG 1989). Außerdem wurde der Gesamtgehalt an Stickstoff (TN), Kohlenstoff (TC) und Phosphor (TP) ermittelt. Die Bestimmung vom Stickstoff- und Kohlenstoff-Gesamtgehalt erfolgte nach Trocknung und Homogenisierung mit Hilfe eines Elementaranalysators (CHN-O Rapid, Firma: Foss Heraeus). Die Gesamtphosphat-Bestimmung wurde über HCl-Extraktion (15 min, 105 °C, 1 N HCl) des Glührückstandes (550 °C) und anschließender photometrischer Messung bei 830 nm (Molybdänblau-Methode) am Flow-Injection-Analyzer (Firma: Eppendorf) durchgeführt.


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2.3.  Untersuchungen der Morphometrie, Bestandsdynamik und Produktivität der angepflanzten Schilfklone

2.3.1. Messungen zur Bestandsdynamik und Morphometrie

Zur Einschätzung der Bestandsdynamik der einzelnen Klone wurde in monatlichen Messungen von April bis September in den Jahren 1998 und 1999 die Halmlängen und ‑dichten bestimmt. Dabei wurden Land‑ und Wasserbereiche getrennt untersucht (Abb. 1). Die Messung der Halmlängen erfolgte für jeden Klon an 25 repräsentativen Pflanzen je Bereich, die entlang eines Transekt vom Land zum Ufer bzw. vom Ufer zum Freiwasser vermessen wurden. Die Halmdichten der einzelnen Klone wurden auf jeweils zwei Quadrate (50 x 50 cm) pro Bereich bestimmt. Die Messungen der Längen und Dichten erfolgten in der Nähe des jeweiligen Probenpunktes (Abb. 1).

Die Ausbreitung der einzelnen Klone wurde auf jedem Feld ermittelt. Der Abstand zwischen der hinteren Bestandsgrenze und der Uferkante wurde als Bestandsbreite am Land gemessen. Die Ausbreitung am Land ergab sich aus der Differenz zur ursprünglichen Pflanzfläche. Der Abstand der wasserseitigen Ausbreitungsfront zur Uferkante wurde als Ausbreitung ins Wasser bestimmt (Abb. 1). Dabei wurde auch die maximal erreichte Wassertiefe (max. WT) des am weitesten vorgewachsenen Halmes ermittelt.

Zum gleichen Zeitpunkt fand für jeden Klon auf jedem Feld eine Einschätzung der Fraßschäden und des Blattlausbefalls statt. Die Schäden durch den Bisam (Odonatra zibethicus) wurden nach folgender Bonitur bewertet:

Bonitur

Beschreibung

0

keine Fraßspuren

1

einzelnen Halme fehlen, kein Einfluss auf die Bestandsentwicklung im Wasser

2

Fraßspuren deutlich sichtbar, aber Vorwuchs nicht eingeschränkt

3

Vorwuchs durch Verbiss stark eingeschränkt, am Rand nur Sekundärhalme, im wasserseitigen Bestand noch Primärhalme

4

Vorwuchs durch Verbiss vollständig verhindert, zum Teil auch Rhizome ausgegraben

Zur Charakterisierung der Morphometrie und des Entwicklungszustandes der einzelnen Klone wurden am Ende der Vegetationsperiode (September / Oktober) in den Jahren 1997, [Seite 16↓]1998 und 1999 je Feld und Klon 10 repräsentative Pflanzen am Land und im Wasser geerntet. 1997 fand keine Trennung der Bereiche statt, da der Vorwuchs in das Wasser zu gering war. An den geernteten Halmen erfolgte die Bestimmung folgender Parameter:

2.3.2. Berechnung der Gesamtblattflächen pro Halm und der Blattflächen­indizes

Aus den gemessenen Längen (BLL) und Breiten (BLBR) der einzelnen Blätter wurde die Einzelblattfläche (EinzelBLFL) nach Ondok (1968) bestimmt:

Die Maße der fehlenden oder beschädigten Blätter mussten dabei abgeschätzt werden.

Die Gesamtblattfläche pro Halm (BLFL) wurde aus der Summe der Einzelblattflächen ermittelt:

Der Blattflächenindex (BFI) berechnete sich für die einzelnen Schilfklone auf den verschiedenen Feldern aus den jeweiligen mittleren Gesamtblattflächen (BLFL) und den jeweiligen mittleren Halmdichten je m² (DI):

Der Blattflächenindex ist dimensionslos.


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2.3.3.  Berechnung der mittleren Trockenmassen pro Halm und der Halm­biomassen pro m²

Nach Kauppi et al. (1983) kann die Trockenmassen eines beblätterten Halmes aus dessen Länge über eine Regression abgeschätzt werden. Zur Datengewinnung für die Regressions­gleichung wurde die Trockenmassen der 10 zum Ende der Vegetationsperiode 1998 geernteten Halme im Labor durch Trocknung bei 60 °C bestimmt. Um Verluste durch abfallende Blätter zu vermeiden, wurden die ganzen Pflanzen einzeln in Papiertüten verpackt. Um eventuelle Unterschiede zwischen den Jahren herauszustellen, wurden 1999 aus den geernteten 10 Pflanzen nochmals 3 repräsentative Pflanzen ausgewählt.

Die Trockenmassen der einzelnen Halme und die dazugehörigen Längen wurden für jeden Klon zusammengefasst. Aus diesen Daten wurde für jeden Schilfklon eine nichtlineare Regressionsgleichung bestimmt, bei der die Halmlänge als unabhängige Größe diente (Tab. 4). Dabei erfolgte eine Trennung der Bereiche Land und Wasser. Mit Hilfe der jeweiligen Regressionsgleichung konnte für jeden Schilfklon die Trockenmassen der im Freiland vermessenen Halme bestimmt werden.

Die Halmbiomassedichten der Klone auf den einzelnen Feldern wurden für jeden Monat (Mai-September) aus der jeweiligen mittleren Trockenmasse (TM) und der jeweiligen mittleren Halmdichte je m² (DI) berechnet:


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Tab. 4: Gleichungen der nichtlinearen Regression der Halmlängen - Trockenmassen Daten (n=78)

Klon

Bereich

Formel

Bestimmt­heitsmaß (R²)

HAVEL2

Land

TM = 0,60034 * e(0,0118707*HL)

0,83

Wasser

TM=(-0,0716436*HL)+(0,000509741*HL2)+4,60467

0,79

HAVEL3.1

Land

TM=0,58967*e(0,0118099*HL)

0,87

Wasser

TM=(-0,0592592*HL)+(0,000473863*HL2)+3,32002

0,87

MÜGG

Land

TM=0,4268*e(0,014698*HL)

0,88

Wasser

TM=(-0,0357864*HL)+(0,000521227*HL2)+1,2571

0,83

MÜGG-klein

Land

TM=0,55574*e(0,0132587*HL)

0,8

Wasser

TM=(-0,0478495*HL)+(0,000553688*HL2)+1,81183

0,91

PAR1

Land

TM=0,416*e(0,0152514HL)

0,89

Wasser

TM=(-0,0890573*HL)+(0,000687703*HL2)+4,75401

0,88

RIES1

Land

TM=0,36773*e(0,0149203*HL)

0,89

Wasser

TM=(-0,0187347*HL)+(0,000450695*HL2)+0,11229

0,88

SEDDIN1

Land

TM=0,53082*e(0,0138098*HL)

0,86

Wasser

TM=(-0,0392611*HL)+(0,000476701*HL2)+2,2689

0,92

SEDDIN2

Land

TM=1,21704*e(0,0100308*HL)

0,82

Wasser

TM=(-0,0439166*HL)+(0,000499585*HL2)+1,3936

0,86

SEDDIN3

Land

TM=(-0.0239645*HL)+(0.00032091*HL2)+0,67637

0,78

Wasser

TM=(-0,0469369*HL)+(0.000503345*HL2)+2,14769

0,91

SEDDIN4

Land

TM=0,0000253058*HL2,40044

0,92

Wasser

TM=0,0001304893*HL2,16843

0,92


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2.4.  Untersuchung der Physiologie der angepflanzten Schilfklone

2.4.1. Bestimmung der Stickstoffgehalte in den Schilfhalmen

Um einen Überblick über klonale Unterschiede in der Stickstoffdynamik zu erhalten, wurden alle 10 Schilfklone auf den Feldern 2 und 6 untersucht. Diese beiden Felder wurden ausgewählt, da zwischen ihnen die deutlichsten Unterschiede in der Morphometrie der Schilfklone bestanden. Außerdem wurden die Klone MÜGG und PAR1 für eine Untersuchung auf allen Feldern ausgewählt. Von ihnen wurde vermutet, dass sie zwei unterschiedliche ökophysiologische Strategien in der N-Dynamik verfolgen, die als Assimilationstyp (MÜGG) und Translokationstyp (PAR1) beschrieben wurden (Kühl & Kohl 1993, Kohl et al. 1998).

Die Ernte der Pflanzen zur Analyse der Stickstoffdynamik erfolgte in den Monaten Mai, Juli, September und Oktober 1998. Dabei wurden auf den Feldern 2 und 6 für jeden Klon 5 repräsentativ ausgewählte Halme je Bereich geerntet. Die intensiver untersuchten Klone MÜGG und PAR1 wurden zusätzlich auf den Feldern 1, 3, 4 und 5 beprobt. Bis zur Aufarbeitung im Labor wurden die Pflanzen bei -20 °C gelagert.

Abb. 3: Schematische Darstellung der Trennung der Internodien zur Stickstoffbestimmung, Die Trennung erfolgte am Ansatz der Blattscheide.

Bei der Aufarbeitung wurde als erstes die Frischmasse der einzelnen Pflanzen bestimmt. Jede Pflanze wurden in Wachstumskegel, 2., 4., 8. Internodium (inklusive das dazugehörige Blatt und die Blattscheide) und Basalinternodium getrennt, die anderen Abschnitte wurden verworfen (Abb. 3). Die jeweiligen Indernodien der 5 Pflanzen wurden als Mischproben zusammengefasst und getrocknet. Um Stickstoffverluste zu vermeiden, erfolgte die Trocknung bei 60 °C. Aus den prozentualen Trockenmassen der einzelnen Mischproben wurde der Mittelwert gebildet, der der mittleren prozentualen Trockenmasse des gesamten Halms entspricht. Diese diente zur Bestimmung der Gesamttrockenmasse der Pflanzen aus deren Frischmasse.

Die getrockneten Mischproben wurden homogenisiert (Schwing-Mühle MM2000, Firma: Retsch). Der prozentuale Stickstoff- und Kohlenstoffgehalt der jeweiligen Probe wurde mit Hilfe eines Elementaranalysators (CHN-O Rapid, Firma: Foss Heraeus) bestimmt. Aus den prozentualen Werten der einzelnen Internodien wurde der prozentuale Gesamtstickstoffgehalt in der Trockenmasse der Pflanzen errechnet (nach Kühl 1989):

Der Verteilung des prozentualen Stickstoffgehaltes im oberen Abschnitt der Schilfpflanze (Wachstumskegel bis 8. Internodium) kann durch eine nichtlineare Regressionsgleichung beschrieben werden (Kühl 1989). Die Trockenmasseentwicklung verhält sich ebenfalls nichtlinear. Mit Hilfe der Regressionsgleichungen konnten die prozentualen Stickstoffgehalte und die Trockenmassen der nicht vermessenen oberen Internodien berechnet werden. Aus der Summe der prozentualen Stickstoffgehalte (N%-oben) und der Trockenmassen der oberen Internodien (TMoben) wurde der Stickstoffgehalt des oberen Halmabschnitts (NHalm-oben) bestimmt:

Im unteren Abschnitt (8. Internodium bis Basis) verhalten sich Stickstoffgradient und Trockenmasse der einzelnen Internodien nahezu linear (Kühl 1989). Der Stickstoffgehalt des unteren Halmabschnitts (NHalm-unten) wurde aus dessen prozentualen Stickstoffgehalt (N%-unten: Mittelwert des prozentualen N-Gehalts des 8. Internodiums und der Basis) und dessen Trockenmasse (TMunten: Differenz aus der TM des oberen Abschnitts und der Gesamttrockenmasse) bestimmt:

Aus dem Stickstoffgehalt des oberen und unteren Halmabschnitts (NHalm-oben bzw. NHalm‑unten) sowie der mittleren Gesamttrockenmasse (TMges) der Pflanzen wurde der prozentuale Stickstoffgehalt in der Trockenmasse (NTM) der Pflanzen bestimmt:

  • NHalm = NHalm-oben + NHalm-unten

Einheit: [g / Halm]

  • NTM = NHalm / TMges * 100

Einheit: [%]


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2.4.2.  Bestimmung der Gehalte an freien Aminosäuren und Zuckern in den Basalinternodien ausgesuchter Schilfklone

Im Juli und Oktober 1998 erfolgten die Probenahmen zur Bestimmung der Aminosäuren- und Zuckergehalte in den Basalinternodien der Klone MÜGG und PAR1. Es wurden auf allen Feldern je Klon und Bereich 5 repräsentativ ausgewählte Halme geerntet. Von diesen Halmen wurde jedes Basalinternodium in 3 Abschnitte unterteilt und die jeweiligen Abschnitte der 5 Halme zu einer Mischprobe vereinigt (3 Mischproben mit jeweils 5 Abschnitten). Die Proben wurden für den Transport sofort in flüssigem Stickstoff eingefroren und im Labor bei –20 °C gelagert.

2.4.2.1 Extraktion der Proben zur Analyse der freien Aminosäuren und Zucker

Vor der Aufarbeitung wurden die Proben mindestens 3 Tage bei –20 °C und 0,06 mbar gefriergetrocknet (Gefriertrocknungsanlage, Firma: Christ).

Zur Homogenisierung wurden die Proben mit flüssigem Stickstoff eingefroren und in 3 bis 5 Minuten im Mahlbecher zerkleinert (Schwing-Mühle MM2000, Firma: Retsch).

Zur Extraktion wurden ca. 70 mg der homogenisierten Proben in ein 1,5 ml-Eppendorfgefäß eingewogen. Zusätzlich wurde als interner Standard 5 µl Norleucin (40 mmol / l) zugegeben. Die Extraktion erfolgte mit Ethanol (80 %) in drei Schritten bei Raumtemperatur, wobei bei jedem Schritt die Ethanolmenge abnahm: 1 ml → 0,7 ml → 0,3 ml. Im ersten Extraktionsschritt wurden die Proben zusätzlich 10 min im Ultraschallbad (50-60 kHz, Eiskühlung) behandelt. Nach jedem Extraktionsschritt wurde zentrifugiert (4 °C, 6000 rpm, 10 min / Zentrifuge, Firma: Heraeus). Der Überstand wurde in einem 2 ml-Eppendorfgefäß gesammelt. Nach dem letzten Extraktionsschritt wurde das Gesamtvolumen bestimmt (ca. 1,6–1,75 ml). Bis zur Analyse der Aminosäuren- und Zuckergehalte wurden die Extrakte bei –20 °C gelagert.

2.4.2.2 Messung des Gehaltes an freien Aminosäuren

Zur Proteinentfernung wurden 150 µl der einzelnen Extrakte durch Ultrafree-Einheiten (Firma: Millipore) zentrifugiert (4 °C, 5000 rpm, ca. 150 min / Zentrifuge, Firma: [Seite 23↓]Heraeus).

50 µl der proteinfreien Extrakte wurden in Spezialreagenzgläschen überführt und gefriergetrocknet (über Nacht, 4 °C, 0,06 mbar / Gefriertrocknungsanlage, Firma: Christ). Danach folgte ein zweiter Trocknungsschritt, in dem zu jedem Extrakt 10 µl Trocknungs­lösung (Methanol / 1 M Natriumacetat-3-hydrat / Triethylamin; Mengenverhältnis 2:1:1) gegeben wurde. Anschließend wurden die Proben 2-5 Stunden bei 25 °C unter Vakuum getrocknet (0,06 mbar).

Die Derivatisierung der Proben erfolgte, in dem zu den trockenen Extrakten 20 µl Derivatisierungsreagenz (Methanol / Triethylamin / Wasser / Phenylisothiocyanat; Mengen­verhältnis 7:1:1:1) pipettiert wurde. Nach einer Reaktionszeit von 20 min bei Raum­temperatur wurden die Extrakte gefriergetrocknet (über Nacht, 4 °C, 0,06 mbar). Die trockenen Derivate wurden in 100 µl Probenlösungsmittel (Phosphatpuffer) aufgenommen und in Autosampler-gefäße überführt. Die Trennung und Detektion der Aminosäuren erfolgte über eine HPLC (Chromasystem 500, Firma: Biotech) mit der Vorsäule Sentry Nova pak C 18 (Firma: Waters) und der Säule Pico-Tag (3,9 x 300 mm, Firma: Waters). Zur Bestimmung der Konzentration der einzelnen Aminosäuren wurden Aminosäure-Standardlösungen mit herangezogen.

2.4.2.3 Messung des Gehaltes an freien Zuckern

Die freien Zucker im Extrakt wurden mit Hilfe eines HPLC-Systems (DX-100, Firma: Dionex) getrennt und mit einem gepulsten amperometrischen Detektor (PAD, Firma: Dionex) bestimmt. Die Trennung erfolgte über eine PA1–Guard Vorsäule und eine PA1 Säule (CarboPac, Firma: Dionex). Als Eluent diente Natriumhydroxid (0,15 M). Zur Bestimmung der Konzentration der einzelnen Zucker wurden Zucker-Standardlösungen mit herangezogen.


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2.5.  Auswertung der Daten

Die Datenaufbereitung erfolgte mit dem Tabellenkalkulationsprogramm EXCEL 5.0 (Microsoft). Für die Datenauswertung wurden verschiedene Statistikprogramme genutzt: WinSTAT 3.0 (Kalmia Co. Inc.), STATGRAPHICS 3.0 Plus (Statistical Graphics Corp.) und InStat2 (GraphPad Software).

Die graphische Darstellung der Daten erfolgte meist als Mittelwert mit dem 95 %igen Konfidenzintervall. Daneben wurde bei einer geringen Anzahl an Wiederholungen die Standardabweichung der Einzelwerte zur Verdeutlichung der Streuung verwendet bzw. bei einer hohen Variabilität der Messwerte der Median mit der Median-Absolut-Deviation (MAD) als Streuungsmaß. Der MAD entsprach dem Median der Datenreihe aus den Einzelwerte (xi) minus des Gesamtmedians (x): MAD = Median{|xi-x|} (Sachs 1997). Die Visualisierung dieser Daten erfolgte im Box and Whiskers Plot (vgl. Bärlocher 1999): ein Rechteck mit den äußeren Kanten 1. und 3. Quartil, das durch den Median geteilt wird. Außerdem werden der höchste bzw. niedrigste Wert, der maximal das 1,5fache des Abstandes zwischen 1. und 3. Quartil von der näheren Kante entfernt ist, durch Spannweiten gekennzeichnet. Werte, die mehr als den 1,5fache des Abstandes entfernt sind, werden gesondert dargestellt.

Die Daten wurden vor jedem statistischen Test auf Normalverteilung geprüft. Wenn keine Normalverteilung vorlag, wurden verteilungsunabhängige Verfahren angewendet. Auf eine Transformation der Daten wurde weitgehend verzichtet.

Beim Vergleich zweier ungepaarter Messreihen wurde der t-Test bzw. der verteilungsunabhängige U-Test (auch Mann-Whitney Test) angewendet.

Der Vergleich 10 Klone bzw. 6 Felder erfolgte über die one-way ANOVA (Analysis of Variance - Varianzanalyse) mit anschließenden multiplen Mittelwertsvergleich (post-Test) nach Student-Newmann-Keuls (S-N-K). Lag keine Normalverteilung vor (Test über standardisierte Schiefe und Kurtosis der Häufigkeitsverteilung der Daten) oder war die Gleichheit der Varianzen nicht gegeben (Test über Cochran Test und Bartlett Test), kam der verteilungsfreie Kruskal-Wallis Test mit anschließenden multiplen Mittelwertsvergleich (post-Test) nach Dunn zur Anwendung (Bärlocher 1999).

Stand bei einem Vergleich nur ein Wert je Feld bzw. Klon zur Verfügung (z.B. Blattflächenindex), erfolgte die Datenauswertung über gepaarte Tests. Zum Vergleich zweier Datenreihen wurde dann der gepaarter t- Test bzw. der verteilungsunabhängige Vorzeichen-[Seite 25↓]Rang-Test nach Wilcoxon genutzt. Bei einem Vergleich mehrerer Datenreihen wurde der verteilungsunabhängige Friedman Test mit post-Test nach Wilcoxon-Wilcox angewendet.

Die Korrelationsanalysen wurden nach Spearman durchgeführt.

Das Signifikanzniveau (Irrtumswahrscheinlichkeit) lag bei allen Tests und bei den Korrelationsanalysen bei α = 0,05.

Beim Vergleich der Dynamik der mittleren Halmlängen der Jahre 1998 und 1999 wurde das Wachstum der Halme mit Hilfe der Temperatursumme an Stelle der Zeit verglichen. Dadurch sollte der Einfluss der unterschiedlichen Temperaturen in den verschiedenen Jahren auf die Entwicklung des Schilfs vergleichbar gemacht werden (Zemlin et al. 2000). Die Temperatursumme errechnete sich aus der Summe der Tagesmitteltemperaturen bis zum Tag der Messung. Die Summierung der Temperaturen begann am 01. März des jeweiligen Jahres. Die Tagesmitteltemperaturen werden in der WETTERKARTE (Datenteil) vom Deutschen Wetterdienst (DWD) veröffentlicht. Für den Berliner Raum wurden sie in Berlin-Tempelhof gemessen.

Eine Clusteranalyse wurde zur Eingruppierung der Schilfklone nach verschiedenen morphometrischen Parameter durchgeführt (Software: STATGRAPHICS 3.0 Plus). Als Distanzmaß wurde die quadrierte Euklidische Distanz gewählt. Die Zusammenfassung der Gruppen (Clusterbildung) erfolgte nach Ward. Bei diesem Verfahren werden möglichst homogene Cluster gebildet (Backhaus 1994). Die Daten wurden durch das Statistikprogramm standardisiert (Mittelwert = 0 und Varianz = 1).

Zu einer vergleichenden Bewertung der einzelnen Schilfklone kam die Hassediagrammtechnik (HDT) zur Anwendung (vgl. Brüggemann et al. 1998). Die Vorteile gegenüber multivariaten Verfahren bestehen darin, dass dies ein robustes, parameterfreies Verfahren mit relativ wenig Voraussetzungen und guten Möglichkeiten zur Visualisierung der Zusammenhänge ist. Für jeden Parameter wurden drei Klassen gebildet, in die sich die Klone nach ihren Daten einordneten. Die Größe der Klassen ergab sich aus der Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Wert für das jeweilige Merkmal dividiert durch 3 (Anzahl der Klassen). Die Klassen wurden als „gut“, „mittel“ bzw. schlecht“ bezeichnet, wobei hohe Werte als positiv betrachtet wurden. Als Grundlage der Bewertung der einzelnen Klone diente die Häufigkeit, mit der sie in den jeweiligen Klassen vertreten waren. Die Darstellung im Hasse-Diagramm erfolgte aufsteigend, so dass die Schilfklone mit den häufigsten „schlechten“ Werten unten standen während die oberen Klone die besten Werte aufwiesen. Die Berechnungen erfolgte über die Software WHASSE.


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01.10.2004