The interrelation of carbon and water balance in beech-dominated forests

Abstract

Aktuelle Klimamodelle prognostizieren, dass viele bedeutendeWaldregionen in Mitteleuropa zukünftig einer steigenden Frequenz und höheren Intensität von Dürreperioden ausgesetzt sein werden. Buchendominierte Wälder bilden einen wichtigen Bestandteil dieser Waldregionen. Der Mangel hinsichtlich der Wasserversorgung ist eine der wichtigsten limitierenden Faktoren für das Wachstum der Pflanzen sowie der damit verbundene reduzierte Zugewinn an Kohlenstoff. Ein weiterer bedeutender Stressfaktor ist die Konkurrenz zwischen sowie innerhalb Pflanzengemeinschaften. Aufgrund dieser Tatsache ist es wichtig, die pflanzenphysiologischen Mechanismen während der Trockenheit sowie interspezifische und intra-spezifische Konkurrenz in buchendominierten Waldökosystemen zu verstehen. Die vorliegende Arbeit untersucht den Zusammenhang von Kohlenstoff- und Wasserhaushalt und deren Wechselwirkungen sowie die Transportwege während der Trockenheit auf unterschiedlichen räumlichen (Blattebene bis Bestandesebene) und zeitlichen (kurzfristig bis langfristig) Skalen. Insgesamt wurden sechs Arten ausgewählt (Fagus sylvatica, Acer platanoides, Fraxinus excelsior, Impatiens noli tangere, Mercurialis annua und Allium ursinum). Alle Arten haben verschiedene Strategien entwickelt, um Konkurrenz und Trockenstress zu bewältigen, zu verhindern oder zu tolerieren. In Abhängigkeit von der Trockenstressintensität wurden geringe Effekte, in der Mesophyllleitfähigkeit (gm), intrinsische Wassernutzungseffizienz (iWUE) sowie in der Transportmenge an neuen Assimilaten beobachtet.

Current climate models predict that many important forest regions in Central Europe will experience increasing frequencies and severities of drought periods. Beech-dominated forests are an important part of these forest regions. Shortage in water supply is one of the most important limiting factors for growth of plants and thereby linked to a reduced carbon gain. Another key stressor is the competition between as well as within a plant communities. Due to this fact it is important to understand the plants physiological mechanisms during drought as well as inter-specific and intra-specific competition in beech dominated forest ecosystems. This present study documents the interrelation of carbon and water balance and the interactions of its pathways during drought on different spatial (leaf area to the stand level) and temporal scales (intra-annual to decadal). Six relevant species were selected in total (tree species: Fagus sylvatica, Acer platanoides, Fraxinus excelsior and species from the understorey of beech dominated forests: Impatiens noli tangere, Mercurialis annua and Allium ursinum). All of them have developed various strategies to cope with competition and avoid or tolerate drought stress. Depending on the drought intensity (e.g. moderate realistic drought) small effects in mesophyll conductance (gm), intrinsic water use efficiency (iWUE) and amount of new assimilates within trees occurred.