| dc.contributor.advisor | Knohl, Alexander Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Tamrakar, Rijan | |
| dc.date.accessioned | 2020-05-07T11:57:14Z | |
| dc.date.available | 2020-05-07T11:57:14Z | |
| dc.date.issued | 2020-05-07 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-138C-8 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-7964 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 634 | de |
| dc.title | Implications of forest structure on carbon dioxide fluxes | de |
| dc.type | cumulativeThesis | de |
| dc.contributor.referee | Ammer, Christian Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2020-04-28 | |
| dc.description.abstractger | Wälder bieten der Gesellschaft zahlreiche wichtige Ökosystemdienstleistungen (ESS, ecosys-
tem services), die empfindlich gegenüber dem Klima und extremen Klimaereignissen wie
bspw. Dürren sind. Eine für diese Arbeit relevante ESS ist die Fähigkeit, das Treibhausgas
Kohlendioxid ( CO2 ) zu speichern. Es wird vermutet, dass Artendurchmischung und struk-
turelle Heterogenität, den Effekt von Klimaschwankungen auf Wälder reduzieren können.
Es ist wichtig zu verstehen, wie zunehmende Diversität und Heterogenität dazu beitragen
können, die Effekte von Klimaereignissen auf die CO2 -Aufnahme zu dämpfen. Gegenwärtig
ist die Fähigkeit verschiedener Wälder, den Klimaauswirkungen zu widerstehen oder sich
von diesen zu erholen noch unbekannt. Diese Arbeit untersucht deshalb die Bedeutung
von der Waldstruktur für die CO2 -Flüsse, um diese Wissenslücke zu füllen. Kapitel 1
enthält den allgemeinen Hintergrund zur Thematik. Kapitel 2 untersucht die Rolle von
struktureller Diversität für die saisonalen und jährlichen CO2 -Flüsse in zwei gemäßigten
Laubwäldern für einen Zeitraum von elf Jahren. Die beiden Waldgebiete haben ein ähn-
liches Bestandsalter und nahezu gleiche Klimabedingungen, jedoch ist die Bestandstruktur
unterschiedlich. Die Hauptfrage war, wie sich das Management und damit verbundene
strukturelle Diversität auf die CO2 -Flüsse auswirken kann. Wir zeigen, dass die jährliche
Nettoökosystemproduktivität (NEP, net ecosystem productivity) im gemanagten, gleichal-
trigen und homogenen Wald im Durchschnitt um 13 % höher war als im unbewirtschafteten,
ungleichaltrigen und strukturell vielfältigen Wald. Das homogene Waldgebiet zeigte jedoch
eine stärkere Empfindlichkeit der saisonalen NEP und der Bruttoprimärproduktivität
(GPP, gross primary productivity) gegenüber Umwelteinflüssen. Kapitel 3 stützt sich auf
Daten von 21 Fluxnet-Standorten, um den Effekt von neun strukturellen Parametern auf
die zeitliche Stabilität der lichtgesättigten photosynthetischen Kapazität ( GPP1000 ) und
auf ihre Widerstandfähigkeit gegenüber Veränderungen der Wasserverfügbarkeit während
Dürren zu untersuchen. Die Studie befasst sich mit zwei Fragen: (a) Haben strukturell
vielfältige Wälder eine geringere Variation der jährlichen GPP1000 ? Und (b) Sind strukturell
vielfältige Wälder resistenter gegenüber Dürreereignissen? Die Ergebnisse zeigen, dass un-
bewirtschaftete Wälder und als Hochwald bewirtschaftete Wälder, die höhere Grundflächen
haben und tendenziell älter und vielfältiger in der Größe sind, stabilere jährliche GPP1000
haben. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Standorten hinsichtlich der Anomalien
der GPP1000 während Dürreperioden wurden hauptsächlich durch die Lufttemperatur in
der Vegetationszeit erklärt. Kapitel 4 präsentiert ein neues Modell des Bodenwassers und
dem damit verbundenen Flüssen in Wäldern – Forest Soil Water Model (FSWM), welches
mithilfe von R entwickelt wurde. Das Modell eignet sich für das Simulieren von Boden-
wasser in einem weiten Spektrum von Waldböden. FSWM beinhaltet das Gash-Modell
für Interzeption, das Ritchie-Modell für Bodenverdunstung und die Richard-Gleichung
für Bodenwasserbewegung. Die Leistungfähigkeit von FSWM wurde anhand von Boden-
wassermessungen an 12 Standorten geprüft. Die Modellleistung war gut für Laubwälder,
mäßig für Misch- und immergrüne Nadelwälder. FSWM bietet Flexibilität beim Simulieren
von Bodenhorizonten mit verschiedenen Tiefen und ist nützlich, wenn modellierte und
beobachtete Werte von verschiedenen Bodentiefen miteinander verglichen werden. Mit
diesen Eigenschaften ist FSWM ein flexibles und frei verfügbares Werkzeug für Ökosystem-
und hydrologische Forschung. Es sind zusätzlich zwei Co-Autorenbeiträge im Anhang
enthalten. Der erste Aufsatz bewertete den Nettoökosystemaustausch (NEE, net ecosys-
tem exchange) von CO2 , die Gesamtevapotranspiration und die Nettoprimärproduktion
(NPP, net primary production) für zwei benachbarte Buchenwälder (Fagus syvatica L.) in
Mitteldeutschland, die sich im Standortmanagement unterschieden. Wir fanden heraus,
dass die zwischenjährliche Variabilität im bewirtschafteten, gleichaltrigen Bestand höher,
und die Funktion als CO2 -Senke im unbewirtschafteten Wald während eines Trockenjahres
niedriger war. Die Waldstruktur hätte die Reaktion auf Dürren beeinflussen können, aber
in unserem Fall konnte der Struktureffekt nicht von den Umwelteinflüssen getrennt werden.
Der zweite Aufsatz untersuchte Faktoren, die die zwischenjährliche Variabilität (IAV, inter-
annual variability) der photosynthetischen Kapazität bei Lichtsättigung beeinflussen, einer
wichtigen funktionalen Eigenschaft des Ökosystems, die die GPP bestimmt. Die Studie
ergab, dass der ältere und artenreiche Wald die IAV der photosynthetischen Kapazität bei
Lichtsättigung reduzierte. Im Allgemeinen unterstützen die Ergebnisse dieser Arbeit die
Idee, dass unbewirtschaftete Wälder, vor allem ältere und artenreiche, eine geringere IAV
in NEP, GPP und GPP1000 aufweisen. Grund hierfür ist ihre Anpassung an das jeweilige
Habitat durch die Selektion geeigneter Arten, wodurch eine Waldstruktur entsteht, die
Licht, Wasser und Nährstoffressourcen effizienter nutzen kann. Der Effekt der Waldstruktur
war während Dürreperioden nicht eindeutig. Um eindeutige Ergebnisse zu bekommen, sind
weitere Untersuchungen notwendig, die ein breites Spektrum von verschiedenen Standorten
aus verschiedenen Klimazonen und mehr strukturelle Attribute abdecken. | de |
| dc.description.abstracteng | Forests provide numerous crucial ecosystem services to society that are sensitive to climate
and to extreme climate events such as droughts. One of the services of interest is the ability
to sequester the greenhouse gas carbon dioxide ( CO2 ). Species mixture and structural
heterogeneity has been suggested to reduce the effect of climate variability on forests. It
is important to understand how increasing diversity and heterogeneity will help dampen
the effect of climate events on CO2 uptake. Currently, knowledge about the ability of
different forests to resist or recover from the effect of climate events is limited. To mitigate
this knowledge gap, this thesis examines the implications of forest structure on CO2
fluxes. Chapter 1 provides the general background of the topic. Chapter 2 examines the
implications of structural diversity for seasonal and annual CO2 fluxes in two temperate
deciduous forests for a period of 11 years. The two forest sites have similar mean stand
age and near-identical climate conditions but different stand structure. The main question
asked was how management and related structural diversity may affect CO2 fluxes. We
show that the annual net ecosystem productivity (NEP) was on average 13 % higher in the
managed, even-aged, and homogenous forest, than in the unmanaged, uneven-aged, and
structurally diverse forest. The homogenous forest was observed to have, however, stronger
sensitivities of seasonal NEP and gross primary productivity (GPP) to environmental
variables. Chapter 3 relies on data from 21 Fluxnet sites to explore the effect of nine
structural parameters on the temporal stability of light-saturated photosynthetic capacity
( GPP1000 ) and on its resistance to changes in water availability during droughts. The study
addresses two questions, (a) Do structurally diverse forests have lower variation in annual
GPP1000 ? (b) Are structurally diverse forests more resistant to drought events? The results
show that unmanaged forests and forests managed as high forests, which have higher basal
areas and tend to be older and more diverse in size than coppice forests, had more stable
annual GPP1000 . The differences between individual sites in anomalies in GPP1000 in
response to droughts were mostly explained by growing season air temperature. Forest
structure could have influenced the response to droughts, but in our case the structure
effect could not be separated from environmental effects. Chapter 4 presents a new model
of soil water and related fluxes in forests, Forest Soil Water Model - FSWM, developed
in the R environment. The model is suitable for predicting soil water in a wide range of
forest soils. FSWM incorporates the Gash model for interception, the Ritchie model for
soil evaporation and the Richards equation for soil water movement. FSWM’s performance
was evaluated against soil water measurements at 12 sites. The model performance was
good for deciduous broadleaf forests, moderate for mixed forests and evergreen needle leaf
forests. FSWM offers flexibility in simulating soil horizons with different depths and it is
helpful when comparing modelled with observed values at different soil depths. With these
characteristics, FSWM is a flexible and freely available tool for ecosystem and hydrological
research. Additionally, two co-author papers are included in the appendix. The first paper
assessed the net ecosystem CO2 exchange (NEE), total evapotranspiration and net primary
production of two neighbouring beech (Fagus sylvatica L.) forests in central Germany
differing in site management. We found the interannual variability was higher in the
managed, even-aged stand, and the unmanaged forest was a weaker sink of CO2 during a
dry year. The second paper investigated the factors influencing the interannual variability
(IAV) of photosynthetic capacity at light saturation, a key ecosystem functional property
determining gross primary productivity. The study found that the older and species rich
forest had reduced IAV of GPP1000 . In general, the results of this thesis support the
idea that unmanaged forests, mostly older and diverse, have lower interannual variability
in NEP, GPP and GPP1000 as the result of their adaptation to the habitat by selecting
appropriate species, developing structure to make best use of the light, water, and nutrient
resources. During droughts, the effect of the forest structure was not clear. More research
covering a large range of different sites is still required to get definitive results involving
more structural attributes and sites from different climates. | de |
| dc.contributor.coReferee | Herbst, Mathias Dr. | |
| dc.subject.eng | Carbon dioxide, droughts, photosynthetic capacity, forest structure, interannual variability, soil water model | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0005-138C-8-8 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie | de |
| dc.subject.gokfull | Forstwirtschaft (PPN621305413) | de |
| dc.identifier.ppn | 1697712002 | |