A3.2 Populationsdynamik, Phänologie und Ertrag [funded by LOEWE]
PI(s) for this project:
Dr. Manfred Stoll
Hans Reiner Schultz
Prof. Dr. Jana Zinkernagel
Prof. Dr. Ludger Grünhage
Annette Otte
Prof. Dr. Jörg Bendix
PD Dr. Katrin Kahlen
Prof. Dr. Peter Braun
Abstract:
This project concerns the impact of enhanced atmospheric CO2-concentrations in combination with drought stress on phenology and yield of field grown vegetable crops. We aim at analyzing the interaction of these specific environmental cues with water use efficiency and physiological processes determining the yield. Therefore, our analysis involves both experimental data and a modelling approach, which combines plant architecture with plant functioning.
Description:
Wissenschaftliche Ziele:
1. Untersuchung der Auswirkung von erhöhtem CO2 auf Phänologie und Ertragsleistung von Reben, Feldgemüse und extensiv bewirtschafteten Dauergrünland. Der Einfluss steigender CO2-Konzentrationen in Kombination mit erhöhten Lufttemperaturen wird im Core-Experiment I, die Kombination mit Wasserstress im Core-Experiment II untersucht.
2. Entwicklung eines kombinierten Architektur-/Wachstumsmodells um den Einfluss der CO2-Wasserhaushalt-Interaktion auf Ertragsbildung und Produktqualität bei Feldgemüse zu erfassen. Das Modell wird auf Grundlage der in diesem Teilprojekt erhobenen Größen in Kooperation mit AP B3 entwickelt (Core-Experiment II).
3. Abbildung der Pflanzendiversität, Ertragsbildung und Ökophysiologie des Grünland¬ökosystems im Core-Experiment I als Funktion der hyperspektralen Diversität (vgl. AP B2).
4. Untersuchung der Dynamik der Bodendiasporenbank im Grünland und des Reeta¬blier¬ungs-potenzials von Pflanzenarten aus Samen unter erhöhtem atmosphärischen CO2, erhöhter Luft-temperatur und variierten Schnittregime.
Arbeitsplan:
Die phänologischen Entwicklungsphasen der untersuchten Kulturen bzw. Systeme werden nach dem Schema der BBCH-Skala erfasst. In zahlreichen Untersuchungen hat sich bei Reben gezeigt, dass das Blatt/Frucht-Verhältnis (BFV) ein objektives Maß für die Menge oder Güte des Lesegutes in Abhängigkeit von der dafür benötigten Blattfläche darstellt. Mittels verschiedener Blattflächenmodelle wird die Blattfläche bestimmt und zusätzlich die Dynamik des Blattflächenindexes erfasst. Der Traubenertrag resultiert aus der Summe der entnommen Beerenproben sowie dem Einzelstockertrag bei der Lese. Beim Fruchtgemüse "Gurke" werden CO2- und H2O-Flüsse auf Blattebene, phänologische Kenngrößen (Anzahl von Organen und deren Größe), Erntedaten (Länge ab 9 cm, Durchmesser, Erntedatum, Bonitur des Blüten- und Fruchtabwurfs, Bonitur der äußeren Fruchtqualität) sowie optische Eigenschaften und Orientierung der Blätter erhoben. Im Core-Experiment I werden neben Messkampagnen mit automatisierten Kammern auf Bestandesebene (in Zusammenarbeit mit AP A1) CO2- und H2O-Flüsse auf Blattebene erhoben. Untersuchungen zur Anzahl und Größe der Stomata sollen der mechanistischen Aufklärung von Wirkungszusammenhängen dienen. Die zeitliche Entwicklung der Bestandesstruktur wird über phänologische Kenngrößen, Dynamik des Blattflächenindexes und Bestandeshöhe erfasst. Vegetationsökologische Daten über Artenmuster und Biomasse (Arten¬zahl, Deckungsgrad- und Massenschätzung) und deren CO2-bedingten Veränderungen werden mit Hilfe optischer Erfassungsmethoden (Feldspektrometer, Hyperspektralkamera, z.B. Abbildung der Pflanzendiversität als Funktion der hyperspektralen Diversität) abgeleitet. Zu den Ernte-terminen werden Gesamtertrag sowie die Ertragsanteile der Hauptgruppen Gräser, Kräuter und Leguminosen bestimmt. Der Einfluss steigender CO2-Konzentration und Lufttemperatur auf die Dynamik des Wurzelwachstums wird nicht-destruktiv mittels der Mini-Rhizotrontechnik in einem geplanten assoziierten Projekt untersucht. Die Struktur und Dynamik der Diasporenbank u.a. über vertikale Profile der Diasporen-Verteilung im Boden, den Diasporeneintrag aus Bestand und Umgebung im Jahresgang mittels Klebfallen, sowie Auskeim¬ungsmethode und Tetrazoliumtests werden in einem weiteren assoziierten Projekt analysiert. Das Reetablierungspotenzial wird über populationsökologische Vitalitätsparameter wie Etablierungs-, Überlebens- und Reproduktions¬raten erfasst.