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Stefan Koller

• Die vorliegende Dissertation mit dem Titel: Ecophysiological monitoring of Oaks in Central Europe, introduced in the framework of proactive climate change mitigation beschäftigt sich mit der Anwendung zerstörungsfreier, radiometrischer Methoden zur Bestimmung von Pigment- und Stickstoffkonzentrationen und der photosynthetischen Funktionalität in Blättern von heimischen und gebietsfremden Eichen und ihre Beeinflussung durch Trocken-, Hitze- und Kältestress. Die Eichenarten Quercus robur L. (Stieleiche), Q. pubescens Willd. (Flaumeiche), Q. frainetto Ten. (Ungarische Eiche), Q. ilex L. (immergrüne Steineiche) und Q. rubra L. (amerikanische Roteiche) wurden im Frühjahr 2011 auf einer Versuchsfläche im Frankfurter Stadtwald gepflanzt, um ihre Nutzung als potentielle Waldbäume in einem sich ändernden Klima zu untersuchen. Über eine Dauer von zwei Jahren wurden diese Arten mit einem hohen Maß an blattspezifischer Merkmalsvariabilität beobachtet und beprobt. Ziel war es, die interspezifischen Unterschiede und die jahreszeitliche Dynamik von morphologischen und chemischen Blattmerkmalen sowie die Beeinflussung der radiometrischen Bestimmung des Chlorophyllgehaltes (und damit assoziierten Komponenten wie z.B. Blattstickstoffgehalt und Karotinoiden) und der photosynthetischen Funktionalität durch klimatische Umweltbelastungen in Eichen zu untersuchen. Die Analyse der Blattproben zielte neben der Bestimmung der Beziehung zwischen absoluten und optisch ermittelten Pigmentgehalten auf die Ermittlung des Einflusses der Blattstruktur auf die Lichttransmission im roten und infrarotem Bereich des Elektromagnetischen Spektrums ab, sowie auf die artspezifische Korrelation von Blattstickstoff zu Blattchlorophyll zu dessen indirekte Quantifizierung. Des Weiteren wurden Versuche zur Trocken- und Hitzestressanpassung durchgeführt, um eine potentiell artspezifische Stressantwort, sowie eine mögliche Beeinflussung der aufgenommenen radiometrischen Messwerte zu ermitteln. Ein zusätzliches Monitoringprogramm im Winter 2012/2013 mit einer Dauer von sechs Monaten ermöglichte die Überprüfung der Anpassungsfähigkeit der immergrünen Steineiche (Q. ilex) an mitteleuropäische Winterbedingungen und die Veränderung der photosynthetischen Funktionalität unter Kältestress. Messungen im Zusammenhang mit der praktischen Anwendbarkeit der zerstörungsfreien, optischen Methode und zur Bereitstellung von Referenzdaten für zukünftige Evaluierungen komplementieren die Untersuchungen. Signifikante, artspezifische Unterschiede wurden in den blattmorphologischen Schlüsselmerkmalen in den Quercus-Arten ermittelt. Die artspezifischen Unterschiede in den morphologischen Blattmerkmalen beeinflussten auf signifikante Weise die Beziehung zwischen absoluten, massebasierten Pigment- und Stickstoffgehalten und deren radiometrischen Bestimmung. Wurden die Pigmentgehalte hingegen auf die Blattfläche bezogen und die Stickstoffgehalte mittels des Verhältnisses von Blattfläche zu Trockenmasse korrigiert, zeichnete sich eine Beziehung zwischen absoluten und optisch ermittelten Werten ab, der jegliche jahreszeitliche oder artspezifisch morphologische Variabilität fehlte und die somit für alle Quercus-taxa anwendbar ist. Koeffizienten für die Berechnung von flächenbezogenen Gehalten von Gesamtchlorophyll, Chl a, Chl b und Carotinoiden für die jeweiligen Quercus-taxa, wie auch für ein artübergreifendes Modell wurden ermittelt, um die Bestimmung dieser Gehalte während aller Entwicklungsstufen zu ermöglich. Aus der jahreszeitlichen Entwicklung der Pigmentgehalte konnten drei deutliche Phasen abgeleitet werden: Die Phase der Blattentwicklung im Frühling, einer Plateauphase mit geringen Veränderungen (“core vegetation time”) und die Phase des Pigmentabbaus während der Herbstlaubfärbung. Die Übergänge zwischen diesen Phasen variierten zum Teil erheblich zwischen einzelnen Individuen einer Art sowie zwischen den Arten, was Unterschiede in der potentiellen, jährlichen Kohlenstoffaufnahme nach sich zieht. Stressbedingungen, wie Hitze- Kälte- oder Trockenstress, können zu Veränderung von Fluoreszenzparametern ohne gleichzeitige Änderung des Pigmentgehaltes führen, wie auch die indirekte Bestimmung von mit Chl assoziierten Komponenten (Carotinoide, Chl a, Chl b) mittels optischer Bestimmung (durch die Veränderungen von Pigmentverhältnissen) beeinflussen. Im Rahmen des Forschungsprojektes konnten, Modelle zur Berechnung von Blattpigmenten und Blattstickstoff aus optischem Messdaten, Veränderungen der photosynthetischen Funktionalität, sowie Referenzdaten für die zukünftig nutzbaren Eichenarten hinsichtlich artspezifischer und jahreszeitlicher Variabilität unter mitteleuropäischen Umweltbedingungen ermittelt werden, die eine Nutzung und Einordnung von zerstörungsfreien, optischen Messwerten zur Ermittlung von Vitalitätsunterschieden in Eichen ermöglichen.