The interactive effects of rising atmospheric CO2 and nutrient supply on carbon and water relations of grassland ecosystems
Final Report Abstract
Mit einem retrospektiven Ansatz wurden die Auswirkungen der steigenden atmosphärischen CO2-Konzentration im letzten Jahrhundert auf die intrinsische Wassernutzungseffizienz (Wi-Reaktion) von Grasland untersucht. Im Zentrum des Projekts stand die Frage, ob die Wi-Reaktion von der Nährstoffverfügbarkeit abhängig ist, und inwiefern gefundene Wi-Reaktionen auf Änderungen der Assimilationsleistung oder stomatären Leitfähigkeit zurückzuführen sind. Die Untersuchungen nutzten das Probenarchiv des Park Grass Experiments in Rothamsted (England) und beschränkten sich zunächst auf Nitrat- und PK-gedüngte Parzellen auf Böden mit neutralem pH. Die Wi-Reaktion wurde als Trend der 13C-Diskriminierung im Probenmaterial detektiert. Allfällige Änderungen der stomatären Leitfähigkeit sollten aus der 18O-Signatur der Cellulose in Park Grass Proben – und mithilfe von Detailuntersuchungen zur Relation von 18O-Signaturen in verschiedenen Ökosystemwasserpools und 18O in der Cellulose von Stängel und Blättern in Graslandpflanzen – abgeleitet werden. Mit zusätzlichen Projektmitteln konnte die Fragestellung auf ein breiteres Spektrum von Behandlungen (Ammoniumdüngung und Kalkung) ausgedehnt werden. Die Untersuchungen zeigten keine direkten Auswirkungen der N- und PK-Düngung auf die Wi-Reaktion der Graslandbestände. Auch die N-Düngerform (Ammonium bzw. Nitrat) hatte keinen direkten Einfluss auf die Wi-Reaktion. Allerdings bewirkten Kalkung und Düngung markante Veränderungen im Boden-pH, in der Pflanzenartenzahl und Bestandeszusammensetzung, welche direkte Zusammenhänge mit der Wi-Reaktion zeigten. Die intrinsische Wassernutzungseffizienz zeigte besonders auf Böden mit niedrigem pH eine sehr starke positive Reaktion unter der rezenten steigenden atmosphärischen CO2-Konzentration. Diese Bedingungen korrespondierten mit einer niedrigen Artenzahl und einem hohen Grasanteil an der Aufwuchsbiomasse. Obwohl die Ergebnisse einen starken (indirekten) anthropogenen Effekt (Düngung und Kalkung) auf die Wi-Reaktion belegen, ist derzeit noch unklar, inwiefern Artenzahl, Grasanteil und Boden-pH mittel- oder unmittelbar mit der beobachteten Wi- Reaktion zusammenhängen. Die Untersuchungen zu 18O-Signaturen in Ökosystemwasserpools (Regenwasser, Boden, Stängel, Blätter, Luftfeuchte) zeigten starke Effekte der evaporativen Bedingungen (v.a. Wasserdampfsättigungsdefizit der Atmosphäre) auf die 18O-Signatur von Cellulose in Stängel- und Blattmaterial. Die 18O-Signatur von Cellulose in den Park Grass Proben zeigte starke interannuelle Schwankungen aber keine signifikanten Langzeittrends. Inwiefern diese Ergebnisse Hinweis für eine fehlende (Langzeit-)Änderungen der stomatären Leitfähigkeit sind, kann derzeit noch nicht beurteilt werden. Hierzu sind weitere Untersuchungen mithilfe prozessbasierter 13C- und 18O-fähiger Ökosystemmodelle erforderlich.
Publications
- (2012) Nutrient supply enhanced the increase in intrinsic water-use efficiency of a temperate semi-natural grassland in the last century. Global Change Biology 18, 3367-3376
Köhler IH, Macdonald and Schnyder H
(See online at https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2012.02781.x) - (2013) Effects of nitrogen supply and nitrogen form on intrinsic water-use efficiency in temperate, semi-natural grasslands under rising atmospheric CO2. In: Mehr Eiweiß vom Grünland und Feldfutterbau, Potenziale, Chancen und Risiken: 57. Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft für Grünland und Futterbau der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften e.V. 214-216
Köhler IH, Macdonald A, Schnyder H
- (2013) Effects of nitrogen supply and nitrogen form on intrinsic water-use efficiency in temperate, semi-natural grasslands under rising atmospheric CO2. In: Revitalising Grasslands to Sustain our Communities: Proceedings 22nd International Grassland Congress. 1327-1328
Köhler IH, Macdonald A, Schnyder H
