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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-29792
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/2979/


Alexou, Maria

Impact of free-air ozone fumigation on the seasonal allocation of C, N, S in adult beech and spruce in a mixed stand

Einfluß von "free-air" Ozonbegasung auf die saisonale Allokation von C, N, S in adulten Buchen und Fichten in einem gemischten Bestand

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Kurzfassung in Englisch

Summary
In the present study the influence of ozone on beech (Fagus sylvatica) and spruce (Picea abies) was examined in a natural adult mixed stand subjected to free-air fumigation. Ozone effects were investigated under sun and shade exposition of the tree crown at the metabolite level. The metabolites studied included total soluble sugars, as indicators of the carbon cycle, total amino compounds and total soluble proteins as indicators of the nitrogen cycle and glutathione as indicator of the sulphur cycle. Ion concentrations in the leaves were investigated as an additional factor. The plant material studied consisted of leaves, phloem exudates, fine roots and xylem sap. Apart from the natural competition of the two species, the effect of seasonality and the year was taken into consideration, since the sampling campaigns were conducted during several months of the vegetation period from 2002 to 2004. In addition, experiments for the determination of root uptake rates for inorganic nitrogen compounds and transport velocity in the phloem were conducted in the field.
In beech leaves contents of sugars were more influenced by inter-annual effects and exposition of the crown than by ozone fumigation. Sun leaves had significantly higher sugar levels than shade leaves, a fact observed in soluble proteins as well. Amino compounds showed not significantly influence by ozone or sun exposition. Soluble proteins in the sun leaves in 2004- when ozone uptake was higher due to higher stomatal conductance- decreased significantly due to ozone fumigation. Glutathione was more affected by the different years and the investigated month rather by ozone. GSSG was significantly higher in shade than the sun leaves in these months. Nitrate contents in beech leaves were more affected by the different years and the month of the year rather by ozone fumigation. Sulphate was increased by elevated ozone in July 2003, which suggests sulphur assimilation impairment in the summer. Cation contents in the leaves were not affected by ozone, except for Mg contents in June 2003 that showed significant increase due to ozone, as the GSSG levels did.
In spruce needles ozone did not affect the contents of soluble sugar, amino compounds, and glutathione. Nitrate and magnesium levels in spruce needles were not affected by ozone fumigation either. Ozone increased significantly however, the contents of soluble protein and potassium in 2003. The light exposition effect was significant in the contents of sugars, amino compounds, nitrate, ammonium, potassium and magnesium, particularly in 2003. In spruce contents of soluble sugars, ammonium and Mg were increased in the sun needles, while amino compounds nitrate and K were increased in the shade needles. The seasonality pattern in leaves/needles was affected mostly in 2003, when water deficiency conditions acted synergistically with ozone.
Phloem sugars, amino compounds, soluble proteins and glutathione contents were not affected by ozone fumigation. Sugar contents in fine roots of beech significantly increased due to elevated ozone in May 2003, June 2004, while in July 2003, July 2004, September 2004 significant decreases in contents of amino compounds were found in fine roots of spruce. Soluble protein contents increased due to ozone in June 2004 in beech and in June 2003 in fine roots of spruce. Glutathione contents decreased significantly in fine roots of beech in September 2004, while in September 2003 in fine roots of spruce. Thus, a difference in the effect of ozone on the species was recorded in sugars and amino compounds, while the effect of each species in fine roots on soluble proteins and glutathione contents was alike. In beech xylem sap elevated ozone concentrations had opposite effects between years: e.g. in July 2003 a significant increase and in July 2004 a significant decrease of soluble sugars. Similar results were observed in spruce, with an increase of soluble sugars in the xylem sap in July 2003 and a decrease in September 2003 and September 2004 due to ozone. This effect was attributed to a synergistic effect of ozone and water deficiency or the higher ozone uptake by the trees in 2004. Amino compound contents in beech xylem sap in September 2004 decreased significantly in September 2004 due to ozone in the sun twigs as a result of the combined ozone and sun exposition effect. In spruce xylem sap amino compound contents decreased significantly in July 2002 and July 2004. Ozone fumigation affected in the same way the amino compound levels in the xylem sap of both beech and spruce in each year of investigation, but in different months. The phloem transport velocity and the nutrient uptake rate in fine roots were unaffected by ozone treatment, except for the nitrate uptake in beech in July 2004 and the ammonium uptake in July 2003 that were significantly decreased due to ozone.


Kurzfassung in Deutsch

Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurde der Einfluss von Ozon auf adulte Buchen (Fagus sylvatica) und Fichten (Picea abies) in einem gemischten Bestand untersucht. Der Einfluss von Ozon wurde in der Sonnen- und Schattenkrone auf dem Niveau von Metaboliten geprüft. Die untersuchten
Metaboliten schlossen Gesamtkonzentrationen von löslichen Zuckern als Indikatoren des Kohlenstoffzyklus, von löslichen Aminoverbindungen und von nicht-strukturellen Proteinen als Indikatoren des Stickstoffzyklus wie auch Glutathion als Indikator des Schwefelzyklus ein. Ionnenkonzentrationen in den Blättern wurden als zusätzlicher Faktor untersucht. Das Pflanzenmaterial bestand aus Blättern, Phloemexsudaten, Feinwurzeln und Xylemsaft. Die Messkampagnen wurden zu mehreren Zeitpunkten während der Vegetationsperiode von 2002 bis 2004 durchgeführt. Daher wurden neben der natürliche Konkurrenz zwischen beiden Spezies, der Einfluss der Jahreszeiten auch Unterschiede zwischen den einzelnen Messjahren in Betracht gezogen. Zusätzlich wurden Experimente zur Bestimmung der Wurzelaufnahmeraten von anorganischen Stickstoffverbindungen und die Transportgeschwindigkeit im Phloem im Freiland durchgeführt.
Die Gesamtzuckergehalte der Buchenblätter wurden stärker durch die Unterschiede zwischen den jeweiligen Untersuchungsjahren und der Lichtexposition innerhalb der Krone beeinflusst als durch die Ozonbegasung. Sonnenblätter zeigten ein signifikant höheres Niveau von Zuckergehalten als Schattenblätter. Diese Tatsache wurde auch bei löslichen Proteinen beobachtet. Aminoverbindungen zeigten keine signifikante Beeinflussung durch erhöhtes Ozon oder Lichtexposition. Die Gehalte von löslichem Protein zeigten in den Sonnenblättern des Jahres 2004 als Folge der Ozonbegasung signifikant niedrigere Werte. Dies ist vermutlich auf die erhöhte stomatäre Leitfähigkeit und der daraus resultierenden verstärkten Ozonaufnahme zurückzuführen. Die Glutathion- wie auch die Nitratgehalte der Buchenblätter unterschieden sich stärker im Vergleich der einzelnen Messjahren und der untersuchten Monaten als im Vergleich der untersuchten Ozonregime. Der Oxidationsgrad von Glutathion lag in den Schattenblättern signifikant höher als in den Blättern der Sonnenkrone. Die Sulfatgehalte wurden nur im Jahr 2003 durch die Ozonbegasung beeinflusst, wobei sich eine Zunahme im Juli im Vergleich zu ambienten Ozonkonzentrationen zeigte. Dies weist auf eine Beeinträchtigung der Sulfatassimilation im Sommer hin. Der Kationengehalt in den Blättern wurde nicht durch erhöhtes Ozon beeinflusst, mit Ausnahme von Magnesium, dessen Gehalte im Juni 2003 eine Zunahme aufgrund erhöhter Ozonkonzentrationen zeigten, so wie der Oxidationsgrad von Glutathion.
In Fichtenadeln hatten die Ozonbegasung keinen Einfluss auf die Gehalte von löslichen Zuckern, Aminoverbindungen, löslichen Proteinen und Glutathion. Der Nitrat- und Magnesiumgehalt in Fichtenadeln blieb unbeeinflusst von Ozon. Die Ozonbegasung hatte aber signifikanten positiven Effekt auf die Gehalte von löslichen Proteinen und Kalium im Jahr 2003. Die Sonnenexposition hatte signifikanten Effekt auf die Gehalte von löslichen Zuckern, Aminoverbindungen, Nitrat, Ammonium, Kalium und Magnesium, besonders im Jahr 2003. Sonnennadeln zeigten ein signifikant höheres Niveau von Zuckergehalten, Ammonium- und Magnesiumgehalt als Schattennadeln, aber niedrigeres Niveau von Aminoverbindungen, Nitrat- und Kaliumgehalten. Ein Muster im Jahresverlauf der analysierten Metaboliten in Blättern und Nadeln wurde meist im Jahr 2003 beobachtet, als Wassermangel und Ozonbegasung zusammenwirkten.
In den untersuchten Phloemexudaten wurde keiner der Metaboliten von erhöhtem Ozon beeinflusst. Der Zuckergehalt in den Feinwurzeln von Buchen nahm im Mai 2003, Juni 2004 aufgrund der Ozonbegasung zu, während im Juli 2003 und 2004 wie auch im September 2004 signifikante Abnahmen der Gehalte an Aminoverbindungen feststellbar waren. Die Proteingehalte der Buchenfeinwurzeln nahmen im Juni 2004 zu, die der Fichtenfeinwurzeln im Juni 2003. Der Glutathiongehalt der Feinwurzeln von Buchen stieg im September 2004 signifikant ab, während in Fichtefeinwurzeln im September 2003 eine Abnahme zu beobachten war. Insgesamt wurde bei löslichen Zuckern und Aminoverbindungen eine unterschiedliche Beeinflussung der Ozonbegasung auf die beiden untersuchten Baumarten festgestellt, während der Effekt von Ozon auf lösliche Protein-und Glutathiongehalte in den Feinwurzeln von Buchen und Fichten vergleichbar war. Im Xylemsaft von Buchen hatte die erhöhte Ozonkonzentration gegenteilige Effekte: Im Juli 2003 konnte eine signifikante Zunahme der Gehalte an löslichem Zucker durch die Ozonbegasung beobachtet werden, während die Werte im Juli 2004 unter Ozoneinfluss signifikant verringert waren. Ähnliche Ergebnisse wurden bei Fichten beobachtet, wobei eine Zunahme der Zuckergehalte im Xylemsaft im Juli 2003 und eine Abnahme im September 2003 und 2004 als Folge von erhöhtem Ozon festgestellt wurden. Diese Effekte waren auf eine Synergie von Wassermangel und Ozonstress zurückzuführen oder auf die erhöhte Ozonaufnahme der B_ume im Jahr 2004. Die Gehalte der Aminoverbindungen im Xylemsaft der Buchenblätter in der Sonnenkrone zeigten im September 2004 eine signifikante Abnahme als Folge der interaktiven Beeinflussung durch die Ozonbegasung und der Lichtexposition. September 2004. Auch im Fichtenxylem zeigten die Gehalte der Aminoverbindungen eine signifikante Abnahme unter dem erhöhten Ozonregime in den Monaten Juli 2002 und July 2004. Die Ozonbegasung beeinflusste den Gehalt der Aminoverbindungen im Xylemsaft auf dieselbe Weise in Buchen und Fichten in allen untersuchten Jahren, jedoch in verschiedenen Monaten. Die Phloemtransportgeschwindigkeit und die Aufnahmerate von markiertem Ammonium in den Wurzeln blieben unbeeinflusst von Ozon. Die Nitrataufnahme im Juli 2004 und Ammoniumaufnahme im Juli 2003 der ozonbegasten Buchen hingegen waren signifikant erniedrigt.


SWD-Schlagwörter: Buche , Fichte , Ozonbegasung
Freie Schlagwörter (englisch): beech , spruce , ozone , fumigation
Institut: Institut für Forstbotanik und Baumphysiologie
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Land- und Forstwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Rennenberg, Heinz (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.01.2007
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 02.05.2007
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