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Under the conditions of climate change in South Africa, ecological and technical measures are needed to reduce the water consumption of irrigated crops. Windbreak hedges are long-rated systems in agriculture that significantly reduce wind speed. Their possibilities to reduce evapotranspiration and water demand are being investigated at a vineyard in the Western Cape Province, South Africa. Detailed measurements of meteorological parameters relevant for the computation of reference and crop-specific evapotranspiration following the FAO 56 approaches within a vineyard in the Western Cape Province of South Africa have shown the beneficial effect of an existing hedgerow consisting of 6 m high poplars (Populus simonii (Carrière) Wesm.). With reference to a control station in the open field, the mean wind speed in a position about 18 m from the hedgerow at canopy level (2 m) was reduced by 27.6% over the entire year and by 39.2% over the summer growing season. This effect leads to a parallel reduction of reference evapotranspiration of 15.5% during the whole year and of 18.4% over the growing season. When applying empirical crop-specific Kc values for well-irrigated grapes, the reduction of evapotranspiration is 18.8% over the summer growth period. The introduced tree shelterbelts are a suitable eco-engineering approach to reduce water consumption and to enhance water saving in vineyards.
Die Wintertemperaturen und insbesondere Frost sind wichtige Umweltfaktoren, die das Verbreitungsgebiet der Stechpalme (Ilex aquifolium L.) Mitteleuropa beschränken. Bereits heute profitiert diese Art von dem Klimawandel durch eine erweiterte Verbreitung in Mitteleuropa und an seiner nördlichen Verbreitungsgrenze in Skandinavien. In dieser Arbeit wird die Bedeutung der milder werdenden Wintertemperaturen für den Stoffwechsel von I. aquifolium untersucht, insbesondere die Akklimatisation der Photosynthese während des Winters. Dafür wurde die Photosynthese mit der Chlorophyllfluoreszenz-Methode gemessen. Während milder Wintertage bei Temperaturen wenig unter 0°C erholte sich die Photosynthese innerhalb von zwei Stunden, sobald die Pflanzen Raumtemperatur ausgesetzt wurden. Dagegen war die Photosynthese nach langanhaltenden Frostperioden und die gemessenen Elektronentransportraten der im Freiland wachsenden Ilex-Bäume um bis zu 50% niedriger als bei den Vergleichspflanzen im Gewächshaus. Somit wird die Photosynthese im Winter von der minimalen Temperatur und der Frostdauer beeinflusst. In der Regel war die immergrüne Stechpalme in der Lage ihre Photosynthese im Winter aufrecht zu erhalten und flexibel auf frostfreie Tage zu reagieren. Damit profitiert die Stechpalme während milder Tage im Winter und Frühjahr von dem im Vergleich zu den Sommermonaten hohem Lichtgenuss
im Unterwuchs, wenn die sommergrünen Bäume in der Baumschicht unbelaubt sind.
The generally accepted assumption that CAM is an important adaptation to the drought conditions in arid deserts is mainly based on studies in controlled environments comparing the respective photosynthetic pathways in plants of different morphology. Comparative long-term field studies on the ecophysiology of C3- and CAM succulents co-occurring in the same desert habitat are too rare to satisfactorily answer the old question whether the metabolic pathway or the succulence is more important to guarantee survival in such a harsh habitat. Thus, relevant ecophysiological parameters were repeatedly monitored on plants of the leaf succulents Augea capensis (C3) and Malephora purpureo-crocea (CAM), which commonly dominate a habitat in the Knersvlakte, Namaqualand, South Africa. Under identical conditions in the same habitat, carbon gain of the C3 species was higher than that of the CAM plant, but their WUE lower and maximum photosynthetic activity nearly the same. In M. purpureo-crocea, irrigation induced rapid whole day stomatal opening at drastically increased daytime but decreased night-time CO2-uptake, while respective responses of the C3 species were delayed. These different response dynamics were due to different rooting depth, root morphology and water acquisition strategy of the flat rooting CAM and the deep-rooting C3 species. This, however, may not explain the highly similar growth success. Anyway, the results verify that CAM provides no advantage over C3 for long-term survival in the same desert environment in morphologically similar succulents.
Als mehrjährige Bioenergiepflanze kann Sida hermaphrodita eine wichtige Rolle für den Anbau auf marginalen Standorten in der nahen Zukunft spielen. In einem kontrollierten Topfexperiment wurde der Einfluss von verschiedenen Kompostgehalten (10, 20, 30, 50%) und mineralischem Stickstoffdünger (100 kg N ha–1) auf Biomasse, Wuchshöhe und Kohlenstoffallokation während der Etablierungsphase untersucht. Weiterhin wurden ökophysiologische Parameter (Gaswechsel, Chlorophyllfluoreszenz, Chlorophyllgehalte) mit nicht-destruktiven Methoden bestimmt. Die Ergebnisse des Experimentes zeigen, dass sowohl die Stickstoffdüngung als auch die Kompostgabe positive Effekte für das Wachstumsverhalten hat. Während der Etablierungsphase erreichten die gedüngten Pflanzen eine mittlere Pflanzenhöhe von bis zu 127 cm (maximale Wuchshöhe 168 cm). Die Photosynthese wurde nicht durch die unterschiedlichen Behandlungen beeinflusst. Die mittlere CO2-Austauschrate variiert zwischen 5,8 und 9,9 μmol m–2 s–1 und die Elektronentransportrate zwischen 34,5 und 53,9 μmol m–2 s–1. Die Verwendung von Kompost und Stickstoff ist für eine bessere Biomasseproduktion von Sida in marginalen Böden möglich, auch wenn das Wachstum im ersten Jahr limitiert ist und es negative Rückwirkungen auf die Bestandesetablierung gibt.
Mit der Zunahme von extremen Witterungsereignissen ist die Auswahl von angepassten Baumarten und Klonen von großer Bedeutung für den Agrarholzanbau in der Lausitz. So zählte der Sommer 2015 zu den drittwärmsten Sommern in Deutschland mit langanhaltenden Trockenzeiten und Hitzeperioden auch in Brandenburg. Die ökophysiologischen Reaktionen von Robinien und Hybrid-Pappeln (Klon Max 1) auf Hitze- und Trockenstress wurden in einem Agroforstsystem bei Neu Sacro, Brandenburg untersucht. Die ökophysiologische Anpassungsfähigkeit wurde hinsichtlich der Photosyntheseleistung (Chlorophyllfluoreszenz), dem Wasserpotential, der 13C/12C Diskriminierung und dem Blatt-N-Gehalt untersucht. Gut wasserversorgte Bäume der beiden Arten zeigten keine wesentlichen Einschränkungen in Bezug auf die Photosyntheseleistung und dem Nährstoffhaushalt, da am Standort ein Grundwasseranschluss auch während der Trockenheit gewährleistet war. Bedingt durch kleinräumige Bodenheterogenitäten kann es allerdings auch örtlich zu Wassermangel kommen. An diesen Standorten zeigten die Pappeln deutliche morphologische und ökophysiologische Anzeichen von Trockenstress. Bei der sommerlichen Hitze zeigte die Photosynthese der beiden Baumarten eine hohe Plastizität.
Initiale und nährstoffarme Ökosysteme wie Grasländer und Offenlandschaften haben aus Sicht des Naturschutzes einen hohen Wert für die Landschaft und sind in der intensiv genutzten Kulturlandschaft Mitteleuropas selten geworden. Gerade Bergbaufolgelandschaften, aber auch gestörte Binnendünen, bieten Potenzial für die Entwicklung von initialen Lebensräumen und Landschaften. Die obersten Millimeter der Bodenoberfläche dieser Ökosysteme werden durch Biokrusten besiedelt. Gebildet werden diese komplexen Lebensgemeinschaften aus einer Vielzahl von Cyanobakterien, Grünalgen, Moosen, Pilzen, Bakterien und Flechten. Diese Organismen „verkleben“ die Bodenoberfläche und beeinflussen als „Ökosystem en miniature“ maßgeblich die ökosystemaren Prozesse und die weitere Vegetationsentwicklung. Der Eintrag von C und N sowie die Akkumulation von organischem Material fördert die Bodenentwicklung in der initialen Phase.
Während der Sukzession der Biokrusten entwickeln sich die komplexen biotischen Prozesse des N-Kreislaufes mit Rückkopplungen auf die Nährstoffversorgung. Ausgeschiedene Exopolysaccharide, die eine Verbindung mit den Bodenpartikeln eingehen, verkleinern nach Regen den Porenraum der Bodenoberfläche und vermindern die Infiltration. Besonders Moos- und Flechten-Krusten unterbinden bei geringen Niederschlagsintensitäten die Infiltration in tiefere Bodenschichten. Konkurrenz und die großflächige Versiegelung der Bodenoberfläche haben zudem negative Auswirkungen auf die Keimung und Etablierung von höheren Pflanzen. Diese biotischen Interaktionen führen bei gesteuerten Sukzessionen auf Renaturierungsflächen zu Änderungen der Vegetationsentwicklung. Somit wird die Bedeutung der Biokrusten für die Renaturierungsökologie z.T. kontrovers diskutiert. Klein- und großräumige Störungen hingegen sind als integraler Bestandteil der Ökosystementwicklung einzuschließen.
In the context of ongoing climate change and increasing population, there is an urgent need to optimize the water consumption of surface and groundwater in agricultural production. In recent years, intensive irrigated viticulture and horticulture have faced increasing demand pressure in many water-limited areas including the Western Cape Province in South Africa. Shelterbelts of trees are often used to reduce wind speed and water demands as an eco-engineering measure directly influencing soil evaporation and crop transpiration. Objectives are (i) to evaluate the extent of impacts of wind speed from shelterbelts at canopy level in citrus orchards and vineyards (ii) to assess the wind effects at leaf level including leaf temperature and related ecophysiological performance in irrigated vineyards.
Monitoring of ecosystem patterns and processes in an artificial catchment in Lusatia, Germany
(2009)
In recent years, the importance of soil health for ecosystem functions has come further into the scientific focus (Lehmann et al., 2020). Especially after severe ecosystem disturbances, soil formation has to start anew. Such disturbances, which reset ecosystem development to the starting point, can be of natural (volcanoes, mobile sand dunes, floods, glaciers) (La Farge et al., 2013; Lan et al., 2014) or human origin (post-mining landscapes, military training areas, agricultural lands) (Belnap et al., 2007; Schaaf et al., 2011). In these young ecosystems, the interactions between the initial colonizers, the inorganic matter, and the subsequent biogeochemical processes are an important prerequisite for the development of elemental fluxes, soil genesis, and thus for further ecosystem development.