Piñon-Kiefer: Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Trockentoleranz

Piñon Pine: Studying the effects of climate change on drought tolerance

Im Namen der Wissenschaft hat Henry Adams eine Menge Bäume getötet. Adams, ein Doktorand an der Universität von Arizona, untersucht die Auswirkungen des Klimawandels und der Dürre auf die Piñon-Kiefern.

Die Piñon-Kiefer, ein Nadelbaum mit einem ausgedehnten Wurzelsystem, wächst in hohen Lagen im Südwesten. Ihr Wurzelsystem macht die Piñon-Kiefer bemerkenswert trockenheitstolerant, aber 2002-03 hat eine lang anhaltende Dürre in Kombination mit einem Borkenkäferausbruch 12.000 Hektar der Bäume getötet. Es war eine 100-jährige Dürre, die trockenste Periode in den Aufzeichnungen, und interessanterweise fiel sie mit Temperaturen zusammen, die 2 bis 3 ˚C über den aufgezeichneten Durchschnittswerten lagen.

Forschung in der Biosphäre 2

Adams und seine Berater fragten sich, ob steigende Temperaturen aufgrund des Klimawandels die Auswirkungen der Dürre verschlimmern und das Absterben der Bäume beschleunigen könnten. Die Universität von Arizona hat die ungewöhnliche Möglichkeit, Dürrebedingungen und Temperaturveränderungen in ihrem Biosphere 2-Labor zu testen. Biosphere 2, ein einzigartiges, drei Hektar großes, umschlossenes "lebendes Labor" in der Wüste von Arizona, beherbergte einst acht Menschen, die dort zwei Jahre lang in sich abgeschlossen lebten. Jetzt beherbergt es Forschungsprojekte und Adams konnte den Raum nutzen, um zwei separate Behandlungen von verpflanzten Piñon-Kiefern bei Trockenheit durchzuführen, eine bei Umgebungstemperatur und eine bei Temperaturen 4 ˚C über der Umgebungstemperatur.

Ernüchternde Aussichten für die Piñon-Kiefer

"Offensichtlich sollten die wärmeren Bäume zuerst sterben", sagt Adams. "Aber wir wollen testen, ob die Temperaturveränderung, unabhängig von anderen Faktoren, die Sterblichkeit beschleunigt. Wenn diese Beschleunigung tatsächlich eintritt, könnte eine kürzere Dürre, wie sie die Piñon-Kiefer in der Vergangenheit überstanden hat, ein signifikantes Absterben verursachen.

Messung der Reaktion auf Dürre

Natürlich haben Adams und seine Kollegen nicht nur beobachtet, wie schnell Bäume ohne Wasser absterben würden. Sie untersuchten auch die physiologische Reaktion der Bäume auf die Trockenheit und maßen den Gasaustausch, das Wasserpotenzial und stomatäre Leitfähigkeit. Um stomatäre Leitfähigkeit zu messen, verwendeten sie ein METER SC-1 leaf porometer , mit dem sie fast 9.000 einzelne Messungen an einem sehr langen Tag pro Woche von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang durchführten.

stomatäre Leitfähigkeit in Koniferen

Das Porometer-Handbuch enthält nicht viele Anleitungen für die Verwendung bei Nadelbäumen. Deshalb hat Adams "ein wenig damit herumgespielt", und zwar bei Bäumen, die nicht unter Trockenheit leiden, bevor er seine Studie begann. Er fand heraus, dass die beste Methode, um gute Messwerte zu erhalten, darin bestand, die Öffnung mit einer einzigen Schicht von Nadeln zu bedecken. "Nadeln sind ein dreidimensionales Gebilde", erklärt er. "Sie haben Spaltöffnungen auf mehreren Seiten, je nach Art. Wenn Sie sich vorstellen, dass die Finger Ihrer Hand Nadeln sind, die aus einem Zweig ragen, haben wir diese einfach genommen und zusammengeschoben, um sicherzustellen, dass die Öffnung nur mit einer Nadel bedeckt ist. Wenn Sie Ihre Finger spreizen, sieht es so aus, als würden Sie die Öffnung nicht vollständig bedecken - dann unterschätzen Sie den Leitwert. Wir haben auch festgestellt, dass wir den Leitwert in die Höhe treiben können, wenn wir mehrere Schichten aufkleben.

Empfindlichkeit gegenüber trockenen Bedingungen

Ein weiterer Teil der Dürrestudie betraf einen Hydrologen, der daran interessiert war, die Daten von lysimeter zu verwenden, um einige Modelle zu parametrisieren, die von Hydrologen zur Modellierung von Wasserverlusten bei Dürre verwendet werden. "Die Lysimeter sind zwar mühsam zu bedienen, aber sie sind ziemlich empfindlich", sagt Adams. "Sie können mit einer Genauigkeit von 0,1 kg messen, also klingt das nach einer guten Möglichkeit, den Wasserverlust zu quantifizieren. Es stellte sich heraus, dass die stomatäre Leitfähigkeit des Porometers tatsächlich empfindlicher ist als die Daten der Waage lysimeter . Der Wasserverlust auf der Waage geht ziemlich schnell gegen Null, und nach ein paar Wochen können wir keinen Verlust mehr messen, aber wir können den Wasserverlust mit unseren Porometerdaten am Morgen und am Abend immer noch feststellen."

Ausweitung des Experiments

Auf dem Höhepunkt des Experiments hatte Adams Studenten und Labortechniker, die den ganzen Tag über bis zu drei Porometer gleichzeitig betrieben, und obwohl er immer noch mit den Daten des ersten Experiments beschäftigt ist, freut er sich darauf, noch mehr Daten zu sammeln. "Eine Einschränkung unserer Studie ist, dass die Bäume ziemlich kleine Wurzelballen hatten, als sie bei uns ankamen. Wir haben einige Bäume [in verschiedenen Höhenlagen an einem Standort] in Nord-Arizona verpflanzt, wobei wir einen Baummover in voller Größe verwendet haben, um ein möglichst großes Wurzel-Trieb-Verhältnis bei der Verpflanzung zu erhalten. Mit Hilfe der Porometer werden wir versuchen, die Physiologie des Absterbens dieser Bäume zu verstehen und ihre Temperaturempfindlichkeit im Hinblick auf den globalen Klimawandel vorherzusagen, wobei wir Höhenänderungen als Ersatz für die Temperatur verwenden. Wir haben auch Bäume am Standort, die nicht verpflanzt werden, um als Kontrolle für die Transplantate zu dienen."

Auswirkungen für die Zukunft

Adams räumt ein, dass sich nicht jeder im Südwesten Sorgen um die Piñon-Kiefer macht. "Wir arbeiten in einem System, das keinen großen wirtschaftlichen Wert hat. Viele der Rancher sind froh, wenn die Kiefern verschwinden. Sie glauben einfach, dass es dann viel mehr Gras für das Vieh gibt und dass die Brennholzfäller die toten Bäume zerschneiden und verkaufen." Aber wenn allein die Temperatur die Bäume anfälliger für Trockenheit macht, gehen die Auswirkungen weit über die wirtschaftlichen Aspekte hinaus. Adams bringt es auf den Punkt, wenn auch etwas milde ausgedrückt: "Es ist irgendwie beängstigend."

Entdecken Sie die SC-1 leaf porometer

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