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dc.contributor.authorKattge, Jens
dc.date.accessioned2023-03-03T14:40:17Z
dc.date.available2002-08-20T22:00:00Z
dc.date.available2023-03-03T14:40:17Z
dc.date.issued2002
dc.identifier.urihttp://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-7940
dc.identifier.urihttps://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/10560
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.22029/jlupub-9943
dc.description.abstractFür die Prognose des CO2-Düngeeffektes werden in zunehmendem Maße Modelle genutzt, die das Pflanzenwachstum auf der Basiswesentlicher Prozesse aus dem Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalt der Pflanzen berechnen: Aufnahme von Stickstoff, Allokation vonStickstoff und Kohlenstoff, Photosynthese, Respiration und Regulation der Stomatakonduktanz. Im Rahmen dieser Arbeit habe ichuntersucht, in wie weit sich eine Reaktion dieser Prozesse auf erhöhte CO2-Konzentrationen durch den Einfluß der CO2-Konzentrationenauf den Stickstoffstatus der Pflanzen erklären läßt. In einem ersten Experiment wurden zweijährige Bäume der Arten Acacia melanoxylon, Acacia dealbata, Eucalyptus debeuzevillei,Eucalyptus niphophila, Eucalyptus pauciflora, Quercus ilex, Quercus robur, Fagus sylvatica, Alnus glutinosa, Pinus sylvestris, Piceaabies und Pseudotsuga menziesii über mehrere Monate in Klimakammern bei CO2-Konzentrationen von 380ppmV (aktuell) bzw.1000ppmV (erhöht) exponiert. Daneben wurden Keimlinge von Chenopodium album für fünf Wochen in einem FACE-System beiCO2-Konzentrationen von 400 bzw. 510ppmV exponiert. Die Mineralstoffversorgung erfolgte über tägliches Gießen mit Nährlösung, dieStickstoff in folgenden Konzentrationen enthielt: 0, 1, 5 und 25mmol l-1. Zu Beginn und am Ende der Exposition wurden Trockengewicht und Stickstoffkonzentration von Sproß, Blatt, Wurzel und Feinwurzelnbestimmt. Hieraus wurden Aufnahmeraten für Stickstoff und die Allokation von Stickstoff und Kohlenstoff berechnet. Während derExpositi-on wurden Gaswechselmessungen an Blättern zur Bestimmung von Stomatakonduktanz, Photosynthese und Respirationdurchgeführt. Der Stickstoffstatus der Pflanzen wurde anhand der Konzentrationen an Kohlenhydraten und Stickstoff in Blättern und dengesamten Pflanzen charakterisiert. Pflanzen, die unter erhöhten CO2-Konzentration gewachsen waren, wiesen gegenüber Pflanzen aus aktueller CO2-Konzentration höhereKonzentrationen an löslichen Kohlenhydraten und Stärke auf, während die Konzentration an Stickstoff verringert war. Dies wurde alsdeutliche Verschiebung des Stickstoffstatus zugunsten des Kohlenstoffhaushaltes interpretiert. Gleichzeitig erreichten Pflanzen aus erhöhtem CO2 ein höheres Trockengewicht und enthielten mehr Stickstoff. Die Steigerung desTrockengewichtes war dabei in etwa proportional zur Zunahme der Stickstoffmenge. Die deutlichste Steigerung wiesen Pflanzen ausmittleren Düngestufen auf. Abgesehen von vollständig stickstofffreier Nährlösung, wurde eine generelle Limitation des CO2-Düngeeffektesdurch ein geringes Stickstoff-Angebot nicht beobachtet. Alle untersuchten Prozesse wurden durch den Stickstoffstatus der Pflanzen beeinflußt. Für Photosynthese und Respiration war dieAbhängigkeit vom Stickstoffstatus artübergreifend. Der Einfluß des Stickstoffstatus auf die Aufnahme von Stickstoff, Allokation vonKohlenstoff und Stickstoff und Regulation der Stomatakonduktanz wies neben artübergreifenden Gemeinsamkeiten deutlich arttypischeMuster auf. Mit Ausnahme der Respiration war der Einfluß des Stickstoffstatus auf die Prozesse unabhängig davon, ob der Stickstoffstatus durchunterschiedliche Düngung oder verschiedene CO2-Konzentrationen der Atmosphäre variiert wurde. Die Auswirkungen der erhöhtenCO2-Konzentration auf die untersuchten Prozesse konnten daher im wesentlichen durch den Einfluß der erhöhten CO2-Konzentration aufden Stickstoffstatus der Pflanzen erklärt werden. Der Einfluß der erhöhten CO2-Konzentrationen auf den Stickstoffstatus der Pflanzen hatte zur Folge, daß Stickstoff vorzugsweise in dieStickstoffaufnahme und weniger in die Kohlenstoffassimilation investiert wurde. Dies hatte enorme Folgen für das Pflanzenwachstum, dadie Steigerung des Trockengewichtes durch erhöhtes CO2 in etwa proportional zur zusätzlichen Stickstoffaufnahme der Pflanzen war. Da der Stickstoffstatus alle untersuchten Prozesse beeinflußte, sollten prozeßorientierte Modelle zur Prognose des CO2-Düngeeffektesden Einfluß einer erhöhten CO2-Konzentration auf den Stickstoffstatus berücksichtigen. Sofern diese Modelle den Stickstoffstatus derPflanzen berücksichtigen, scheint, mit Ausnahme der Respiration, die Para-meterisierung anhand von Pflanzen aus aktuellerCO2-Konzentration angemessen um das Verhalten der Pflanzen in erhöhter CO2-Konzentration zu berechnen.de_DE
dc.description.abstractModels predicting the CO2 fertilization effect are often based on essential processes of plant carbon and nitrogen budget. The reaction ofthese processes to elevated concentrations of CO2 might be explained by the influence of elevated CO2 on the nitrogen status of the plants.Regarding this hypothesis the following processes were examined: uptake of nitrogen, allocation of nitrogen and carbon, regulation ofstomatal conductance, photosynthesis and respiration. In a first experiment two year old trees of 12 species (Acacia melanoxylon, Acacia dealbata, Eucalyptus debeuzevillei, Eucalyptusniphophila, Eucalyptus pauciflora, Quercus ilex, Quercus robur, Fagus sylvatica, Alnus glutinosa, Pinus sylvestris, Picea abies andPseudotsuga menziesii) were exposed for several months in climate chambers to actual (380ppm) and elevated (1000ppm) CO2concentrations. In a second experiment sprouts of Chenopodium album were exposed for five weeks on a FACE system to CO2concentrations of 400ppm and 510ppm. Plants were watered daily with nutrient solution containing the following nitrogen concentrations: 0,1, 5 and 25mmol l-1. At the start and end of the exposition periods dry weight, carbon and nitrogen concentration of shoot, leaves, roots and fine roots weremeasured to calculate nitrogen uptake and allocation of nitrogen and carbon. During the exposition gas exchange measurements werecarried out to calculate photosynthesis, respiration and the regulation of stomatal conductance. The concentrations of carbohydrates andnitrogen in leaves and whole plants were used to characterize the plant nitrogen status. Plants grown under elevated CO2 contained higher concentrations of soluble carbohydrates and starch, while their nitrogen concentrationwas lower. This was interpreted as a shift of the nitrogen status towards the carbon budget. At the same time they achieved higher dry mass and contained more nitrogen. The increase of dry mass was almost proportional to theincrease of nitrogen content, with the strongest increase in plants with intermediate nitrogen nutrition. A general limitation of the CO2nutrition effect by low nitrogen nutrition was not observed, with the exception of nitrogen-free nutrient solution. All investigated processes depended on the nitrogen status of the plants. The dependence of photosynthesis and respiration was almostequal among different species; nitrogen uptake, allocation and regulation of stomatal conductance were highly specific for differentspecies. With the exception of respiration, the interrelation of processes and nitrogen status was independent of the way the nitrogen status wasvaried: either by different nitrogen nutrition or CO2 concentration. So the influence of elevated CO2 on the processes could be explained bythe influence of elevated CO2 on the nitrogen status. The influence of elevated CO2 on the nitrogen status lead to enhanced nitrogen investment to processes involved in nitrogen uptake andassimilation and less investment to processes involved in carbon assimilation. This influence of high CO2 on the nitrogen budget wasimportant for the CO2 fertilization effect, because the CO2 fertilization effect was almost proportional to the increase of nitrogen uptake. Process-based models to predict the CO2 fertilization effect should consider the influence of elevated CO2 on the nitrogen status, becauseall investigated processes depended on the nitrogen status of the plants. With the exception of respiration, it is concluded that the currentmodels are adequate to model plant growth in elevated CO2, if they consider the influence of elevated CO2 on the nitrogen status.en
dc.language.isode_DEde_DE
dc.rightsIn Copyright*
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/page/InC/1.0/*
dc.subject.ddcddc:570de_DE
dc.titleZur Bedeutung von Stickstoff für den CO2-Düngeeffektde_DE
dc.typedoctoralThesisde_DE
dcterms.dateAccepted2002-07-02
local.affiliationFB 08 - Biologie und Chemiede_DE
thesis.levelthesis.doctoralde_DE
local.opus.id794
local.opus.instituteInstitut für Pflanzenökologiede_DE
local.opus.fachgebietBiologiede_DE


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