The effects of climate change on fine root dynamics in a Norway spruce forest

Abstract

Feinwurzeln gelten als eine der bedeutendsten Senken im Kohlenstoffhaushalt von Bäumen. Eine genaue Quantifizierung der Bedeutung von Feinwurzelsystemen für den Kohlenstoffkreislauf in Wäldern ist jedoch aufgrund methodischer Schwierigkeiten bislang nicht möglich. In der vorliegenden Dissertation wurden sequentielle Bohrstockbeprobung und Minirhizotrone angewandt um die Auswirkungen von experimenteller Sommertrockenheit und Winterfrost auf die Feinwurzeldynamik von Picea abies im Fichtelgebirge zu untersuchen. Zusätzlich wurde die Lebensdauer von Feinwurzeln in Abhängigkeit von Durchmesser, C/N-Verhältnis und Bodentiefe unter natürlichen Bedingungen durch sequentielle Bohrstockbeprobung, Minirhizotron- und Radiocarbountersuchungen ermittelt. Es wurden die Hypothesen untersucht, dass (i) Austrocknung und Frost die Feinwurzelmortalität erhöhen und dadurch den Eintrag von organischem Material in die Rhizosphäre vergrößern und dass (ii) der trockenheits- beziehungsweise frostbedingte Feinwurzelverlust zu einem kompensatorischen Feinwurzelwachstum nach Wiederbefeuchtung beziehungsweise Auftauen führt. Der Ausschluss von Regenwasser über eine Zeit von 6 Wochen verringerte die Bodenfeuchte im oberen Mineralboden von 20 auf 12 Vol. % während das Räumen von Schnee zu Bodenfrost mit Temperaturen von bis zu -5.5 °C in der organischen Auflage führte. Die Ergebnisse der sequentiellen Bohrstockbeprobung zeigten, dass Austrocknung und Frost die Feinwurzelmortalität in der organischen Auflage um 61 beziehungsweise 29 % erhöhten. Der trockenheits- beziehungsweise frostbedingte Feinwurzelverlust wurde jedoch durch erhöhte Feinwurzelproduktion ausgeglichen. Die Ergebnisse der Minirhizotronuntersuchungen deuten darauf hin, dass der Ausschluss von Regenwasser lediglich die Feinwurzeldynamik in der Auflage beeinflusste, während das Schnee räumen zusätzlich Mortalität und Produktion in den oberen 25 cm des Mineralbodens erhöhte. Es wurde errechnet, dass Austrocknung und Frost den Kohlenstoffeintrag in den Boden um 28 beziehungsweise 47 g m-2 erhöhten. Unter natürlichen Bedingungen waren Kohlenstoffalter und C/N-Verhältnis von Feinwurzeln am geringsten in der organischen Auflage und stiegen mit zunehmender Tiefe an. Feinwurzeln > 0.5 mm Durchmesser lebten länger als Feinwurzeln < 0.5 mm. Außerdem wurden die Ergebnisse der durchschnittlichen Lebensdauer stark von der gewählten Untersuchungsmethode beeinflusst. Die Werte der Radiocarbonanalysen deuteten darauf hin, dass Feinwurzeln im untersuchten Fichtenbestand länger als 5 Jahre leben, während sequentielle Bohrstockbeprobung und Minirhizotronuntersuchungen zu deutlich kürzere Lebensdauern (< 1 Jahr) führten.