Water use – from leaf to tree to stand level

Im Fokus dieser Arbeit steht die physiologische Reaktion von Einzelbäumen gegenüber Trockenheit. Das angewandte hydrodynamische Xylemwasserfluss (XWF) Model liefert eine hydrologische Abbildung der Einzelbäume. Aufgrund des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem Blattwasserpotential und der stomatären Leitfähigkeit erlaubt das XWF Modell eine öko-physiologische Simulation der stomatären Reaktion auf Blattebene. Hieraus ergeben sich auch Rückschlüsse auf die Assimilationsleistung. Als integratives Maß des Verhältnisses zwischen der Kohlenstoffaufnahme und dem Wasserverbrauch werden die stabilen (Jahrring-) Isotope des Kohlen- und des Sauerstoffs analysiert. Des Weiteren werden Messungen des jährlichen Dickenwachstums sowie des Tagesganges der Xylem-Saftflussdichte untersucht. Die XWF Simulationen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Saftflussdichtemessungen an Buchen (Fagus sylvatica L.). Eine effektive stomatäre Regulation der Transpiration während der extreme Trockenheit des Jahres 2003 schütze die untersuchten Buchen vor einer Fehlfunktion des Wassertransportes. Gleichfalls konnte das Wachstum aufrechterhalten werden, was eine Remobilisierung von gespeichertem Kohlenstoff während Zeiten eingeschränkten Gasaustausches nahe legt. Des Weiteren zeigte sich Unterschiede in den (Wasser-) Nutzungsstrategien von Fichten (Picea abies L. Karst.), was auf eine physiologische Prädisposition der Gefährdung einzelner Bäume gegenüber Trockenstress hinweist. Die gemeinsame Betrachtung von hydrodynamischen Simulationen und öko-physiologischen Messungen kann dazu beitragen die komplexen physiologischen Prozesse auf Blattebene abzubilden und diese auf Baumebene zu projizieren. Weiterführend können somit die Vorhersagen des Wasserhaushaltes auf Bestandesebene angepasst und Auswirkungen des Klimawandels besser abgeschätzt werden.This study focuses on the physiological response of individual trees towards drought. The hydrodynamic model of xylem water flow (XWF) applied provides a hydraulic map of the individual trees. Due to the functional linkage between the leaf water status and the stomatal conductance, the XWF model enables an eco-physiological representation of the stomatal response at the leaf level. As an integrative record of the ratio between water loss and carbon gain, the tree ring carbon and oxygen stable isotopes have been analyzed. Furthermore, measurements of seasonal growth and diurnal sap flow densities include in my study. The hydrodynamic XWF simulation shows good agreement with sap flow density measurements of beech trees (Fagus sylvatica L.). It demonstrates that the study trees were able to cope with the extreme drought events of the years 2003 due to a strong limitation of water loss by stomatal closure. The assessment of growth data and stable isotope measurements suggest an increased remobilization of stored carbohydrates during periods of limited gas exchange. Furthermore, differences in the resource use strategies of Norway spruce trees (Picea abies L. Karst.) suggest a physiological predisposition of individual trees toward drought stress. The combined investigation of hydrodynamic modeling and eco-physiological approaches helps to bridge the gap between the detailed examinations of physiological processes at the leaf level to the forecast of water use at the tree level. Thus, predictions of the water balance at the stand level may be adjusted for a better representation of the impact of climate change