Zusammenfassung Heft 36

Zusammenfassung:

Auf zwei von Natur aus bodensauren Schwarzwaldstandorten wurden Xylemfluß, Elementtransport und Bindung von Caicium und Magnesium in Fichten (Picea abies [L] Karst.) untersucht. Bei den Standorten handelte es sich um Versuchsflächen des forstökologischen Forschungsprojektes ARINUS, in dem die "Auswirkungen von Restabilisierungsmaßnahmen und Immissionen auf den N- und S-Haushalt der Öko- und Hydrosphäre von Schwarzwaldstandorten" im Rahmen eines Ökosystemaren Forschungsansatzes in Experimental-Wassereinzugsgebieten untersucht wurden. Beide Versuchsstandorte Schluchsee und Villingen können auf Grund der Standortsverhältnisse als weithin repräsentativ für Waldstandorte der deutschen Mittelgebirge gelten. In Schluchsee hat sich auf Bärhaldegranit ein gut durchlässiger, lehmig-grusiger Podsol entwickelt. In Villingen sind pseudovergleyte Braunerden und Stagnogleye auf oberem Buntsandstein anzutreffen. Auf beiden Versuchsstandorten stocken Fichtenreinbestände im Alter von 45 bis 65 Jahren (Schluchsee) und 80 bis 120 Jahren (Villingen), die in den achtziger Jahren von Symptomen der "Montanen Vergilbung" betroffen waren. Beide Bestände gelten auf Grund von Boden- und Nadelanalysen hinsichtlich Magnesium, der Standort Villingen auch hinsichtlich Caicium und Kalium als schwach versorgt. Auf den Standorten wurden ab 1988 mehrere Experimental-Wassereinzugsgebiete mit Mineraldüngern (Kieserit: MgSO4, Kalimagmesia: K2/MgSO4, Ammonsulfat: (NH4)2SO4) und dolomitischem Kalk (Ca/MgCO3) als Maßnahmen einer Restabilisierung bzw. einer experimentellen Stickstoff- und Schwefelgabe behandelt. Die Caicium- und Magnesiumernährung der Fichten wurde unter dem Aspekt der "Montanen Vergilbung" und der Wirkung der Düngergaben untersucht. Bei den Untersuchungen wurden die Methoden der Xylemsaftanalyse, der Xylemflußmessung und der chemischen Fraktionierung verschiedener Bindungsformen von Caicium und Magnesium in Nadeln und Holz angewendet.

Bei der Analyse von Xylemsaft aus dem Bereich des Stammes unterhalb der grünen Krone wurde neben Caicium und Magnesium auch das Nährelement Kalium in die Untersuchungen einbezogen. Die besonderen Merkmale des Xylemtransportes von Caicium und Magnesium wurden anhand der Xylemsaftanalyse und der chemischen Fraktionierung der Bindungsformen im Holz der Fichten dargestellt. Dabei wurden für beide Nährelemente sehr ähnliche Transportmechanismen beobachtet. Die Konzentrationen von Caicium und Magnesium im Xylemsaft zeigen in Abhängigkeit von der Behandlung auf den Versuchsflächen enge Korrelationen Dies trifft auch für die Gehalte an wasserlöslichem Caicium und Magnesium im Holz zu. Es konnte herausgestellt werden, daß nur ein sehr geringer Teil des im Holz gebundenen Caicium und Magnesium wasserlöslich ist. Der größte Teil (z.T. über 95%) ist austauschbar hauptsächlich an Pektin in den Xylemzellwänden gebunden und muß dort als vollständig remobilisierbar betrachtet werden. Durch die Kalkulation von Transportraten über die Konzentrationen im Xylemsaft und den Xylemfluß wurde verdeutlicht, daß ein großer Teil der aus Ökosystembilanzen abgeleiteten Elementaufnähme über die Translokation von Calcium und Magnesium mit dem Massenfluß des Xylemsaftes erklärt werden kann. Bezüglich dieser Nährelemente muß demnach auch der Verlagerung mit dem Massenfluß des Xylemsaftes neben der Verlagerung über Austauscherplätze der Xylemzellwände eine hohe Bedeutung zugemessen werden. Für Kalium, dessen Mobilität im Xylem weitgehend unabhängig von der austauschbaren Bindung in den Xylemzellwänden ist, wurden gegenüber der aus Ökosystembilanzen kalkulierten Aufnahme sehr hohe Xylemtransportraten ermittelt. Dies kann mit der hohen Mobilität dieses Nährelementes in der Pflanze erklärt werden, wobei aufgenommenes Kalium in hohem Maße innerhalb des Baumes zirkulieren muß.

Die gemessenen Konzentrationen im Xylemsaft wurden mit entsprechenden Werten in Lysimeterbodenlösungen verglichen. Hierbei wurde gezeigt, daß die Lysimeter-bodenlösung nicht die Gesamtmenge pflanzenverfügbarer Nährstoffe repräsentieren kann. Zudem werden die Konzentrationen der untersuchten Nährelemente im Xylemsaft von internen Prozessen des pflanzlichen Stoffwechsels beeinflußt.

Durch die chemische Fraktionierung der Bindungsformen von Calcium und Magnesium in Fichtennadeln wurde herausgestellt, daß erhebliche Unterschiede bezüglich der Bindung und der Bedeutung in den Assimilationsorganen bestehen. Für Calcium erbrachte die angewandte Untersuchungsmethodik den Nachweis, daß oberhalb eines Calciumgesamtgehaltes von höchstens 2 mg/g TM alles in den Fichtennadeln nachweisbare Calcium als schwer lösliches Calciumoxalat gebunden ist. Die für den Stoffwechsel der Nadel bedeutsamen Fraktionen des wasserlöslichen und pektatgebundenen Calciums sind unabhängig vom Alter der Nadeln und vom Calciumangebot konstant. In der Präzipitation von Calciumoxalat in den Nadeln ist eine Immobilisierung von überschüssigem Calcium zu sehen. Aus dieser Betrachtung ist zu folgern, daß auch geringe Calciumgesamtgehalte oberhalb von etwa 2 mg/g TM in Fichtennadeln nicht auf einen Calciummangel, sondern lediglich auf eine schwache Versorgung mit diesem Nährelement hinweisen. Gesamtgehalte in dieser Höhe werden jedoch unter Freilandbedingungen stets erreicht. Eine zusätzliche Gabe von Calcium auf schwach mit Calcium versorgten Standorten erscheint somit aus der Sicht der Pflanzenernährung nicht notwendig.

Bezüglich Magnesium konnte durch die Untersuchung der Bindungsformen herausgestellt werden, daß der größte Teil des in den Nadeln nachgewiesenen Magnesium wasserlöslich ist. Dies ist in Zusammenhang mit den wichtigen Funktionen von Magnesium im Energiehaushalt, in der Proteinsynthese und in den Prozessen der Photosynthese zu sehen. Gegenüber der Fraktion des wasserlöslichen Magnesiums ist die quantitative Bedeutung des chlorophyllgebundenen Magnesiums sehr gering (unter 10 bis 15 %). Ein deutlicher Zusammenhang zwischen chlorophyllgebundenem Magnesium und Magnesiumgesamtgehalt ist erst unterhalb von etwa 300 ppm beim Auftreten von Vergilbungserscheinungen zu erwarten. Angesichts der diskutierten Funktionen von Magnesium im Stoffwechel der Nadeln ist jedoch auch oberhalb dieses Wertes von einem latenten Magnesiummangel auszugehen.

Bei den Unterschungen zum Xylemfluß von Fichten wurden die an vier Meßstellen gemessenen Werte verschiedenen meteorologischen Parametern gegenübergestellt. Der diurnale Verlauf des Xylemflusses einzelner Fichten einer Meßfläche reagiert parallel auf den Einfluß unterschiedlicher Tageslängen, von Bewölkung und starkem Regen. Die Xylemflußdichten der Probebäume einer Versuchsfläche zeigten enge Korrelationen. Auch zwischen den mittleren Xylemflußdichten einzelner Meßstellen und selbst zwischen den räumlich getrennten Versuchsstandorten wurden enge Korrelationen mit Bestimmtheitsmaßen über 0,9 bzw. 0,8 gefunden. Unterschiede zwischen einzelnen Bäumen sind demnach vor allem im Niveau der Xylemflußdichten und nicht im diurnalen Verlauf zu sehen. Zwischen den Versuchsflächen eines Versuchsstandortes beobachtete Unterschiede in den Xylemflußdichten konnten weitgehend mit einer verschiedenen Bestandesstruktur erklärt werden, während Unterschiede zwischen den Versuchsstandorten auch in Verbindung zur unterschiedlichen Jahrringstruktur gebracht wurden.