© HBLFA Raumberg-Gumpenstein
ClimGrassEco RG: Einfluss zukünftiger Klimabedingungen auf die Produktivität und Biogeochemie des Ökosystems Dauergrünland (ClimGrass - Klimafolgenforschung im Grünland)
Projektleitung
Erich Michael Pötsch
Forschungseinrichtung
LFZ Raumberg-Gumpenstein
Projektnummer
101067Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft| Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus| Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Abstract (deutsch)
Mit Hilfe des beantragten Projektes wird der Einfluss steigender Temperaturen, erhöhter CO2-Konzentration sowie von Trockenphasen auf das Grünlandökosystem am Beispiel einer Dauerwiese untersucht und dargestellt. Neben dem für die landwirtschaftliche Praxis im Vordergrund stehenden Ertragsniveau und der Futterqualität werden dabei auch der Bodennährstoff- und Bodenwasserhaushalt sowie der Boden- und Bestandesgaswechsel bei unterschiedlichen Klimabedingungen näher betrachtet. Aus den sich ergebenden Auswirkungen auf die genannten Ökosystembereiche und Produktivitätsparameter sollen einerseits wichtige Erkenntnisse zum Prozessverständnis erzielt und andererseits kausal fundierte Maßnahmen und Anpassungsstrategien entwickelt werden, die letztlich von der landwirtschaftlichen Praxis umgesetzt werden können. Damit kann auch ein wichtiger Beitrag zur Sicherung und Erhaltung der vielfältigen Ökosystemleistungen des Grünlands geleistet werden.
Schlagwörter (deutsch)
CO2-Anreicherung, Temperaturanstieg, Trockenphasen, Wetterextreme, Klimawandel, Grünlandökosystem
Titel (englisch)
Impact of future climate conditions on productivity and biogeochemistry of grassland ecosystems
Abstract (englisch)
The proposed project “Impact of future climate conditions on productivity and biogeochemistry of grassland ecosystems” (ClimGrassEco) aims to quantify and understand individual and combined effects of warming, elevated CO2 and summer drought on yield, forage quality, botanical composition and several biogeochemical processes in permanent grassland. It will account for interactions between carbon, nutrient and water cycles and the central role of the biota governing the processes. By pursuing a combination of response surface and factorial experimental designs ClimGrassEco aims to unravel mechanisms underlying non-additive and non-linear responses of grassland biogeochemistry to multiple climate change factors.
ClimGrassEco is based on a comprehensive field experiment with in total 54 plots, which are equipped with infrared heaters, CO2-fumigation rings and additionally with monolithe lysimeters and rain-out shelters for selected factor combinations. The overall concept and experimental design of ClimGrassEco has been highlighted in a previous international project review as “world-class facility”. Furthermore on eight plots grassland monoliths (in total 48 meso-cosmos with 30 cm diameter, 60 cm depth) are installed to perform fertilisation experiments in situ. Beside of invasive yield analysis several non-invasive methods (ultra-sonic sound, spectrometry, SPAD-meter) are used to explore growth dynamics.
The following overall objectives will be aimed at:
• Detailed understanding of complex processes and functional relations in grassland eco-systems under changing climate conditions
• Development of causally determined measures and adaptation strategies for grassland management
• Maintenance and protection of the manifold ecosystem services of grassland
Based on the existing experimental facility, the planned project structure and the multidisciplinary collaboration fundamental and relevant findings may be expected.
ClimGrassEco is based on a comprehensive field experiment with in total 54 plots, which are equipped with infrared heaters, CO2-fumigation rings and additionally with monolithe lysimeters and rain-out shelters for selected factor combinations. The overall concept and experimental design of ClimGrassEco has been highlighted in a previous international project review as “world-class facility”. Furthermore on eight plots grassland monoliths (in total 48 meso-cosmos with 30 cm diameter, 60 cm depth) are installed to perform fertilisation experiments in situ. Beside of invasive yield analysis several non-invasive methods (ultra-sonic sound, spectrometry, SPAD-meter) are used to explore growth dynamics.
The following overall objectives will be aimed at:
• Detailed understanding of complex processes and functional relations in grassland eco-systems under changing climate conditions
• Development of causally determined measures and adaptation strategies for grassland management
• Maintenance and protection of the manifold ecosystem services of grassland
Based on the existing experimental facility, the planned project structure and the multidisciplinary collaboration fundamental and relevant findings may be expected.
Projektziele
Die an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein entwickelte und aufgebaute ClimGrassEco-Anlage ermöglicht für die Kulturart Dauergrünland unter Freilandbedingungen eine Simulation der für 2050 prognostizierten Erhöhung der Temperatur und CO2-Konzentration der Atmosphäre. Diese beiden wichtigen Wetter/Klima- und zugleich Wachstumsfaktoren werden jeweils in drei Abstufungen (Temperatur: ambient, + 1,5 °C, + 3,0 °C; CO2-Konzentration: ambient, + 150 ppm, +300 ppm) variiert und so kombiniert, dass damit auch die jeweiligen Nettoeffekte gesondert dargestellt werden können.
Hauptziel des gegenständlichen Projektes ist die Erfassung und Analyse der Auswirkungen einer Erhöhung von Temperatur und/oder CO2-Konzentration auf folgende Bereiche des Grünlandökosystems:
• Produktivität des Grünlandes durch Ernte der oberirdischen Biomasse zu den vorgesehenen Ernteterminen bzw. nicht-invasive Methoden (Spektrometrie, Ultraschallsensorik, PAR-Messung der photosynthetisch aktiven Strahlung) sowie destruktive Analyse der Wurzelbiomasse am Ende der Projektperiode
• Qualitative Eigenschaften der Biomasse durch nasschemische Analysen, NIRS und Bestimmung der in vitro Verdaulichkeit
• Phänologie und Gesundheitszustand des Pflanzenbestandes durch Erhebung der Entwicklungsstadien ausgewählter Arten sowie Erfassung von Krankheiten mittels Bonituren
• Pflanzliches Artenspektrum durch Pflanzenbestandsaufnahmen
• Boden durch Mikroklimasensorik (Temperatur und Feuchte in unterschiedlichen Bodentiefen) sowie chemische Nährstoffanalysen als Basis zur Nährstoffbilanzierung
• Ökosystemarer Kohlenstoffkreislauf durch CO2-Messungen im Pflanzenbestand, an der Bodenoberfläche sowie im Bodenkörper mittels automatisierter und/oder manueller Vorrichtungen
• Wasserhaushalt und -bilanz durch wägbare Monolithlysimeter mit Ermittlung der Sickerwassermenge und Nährstoffkonzentration bzw. –austrag
Auf Basis der zuvor genannten Erhebungen und Analysen sollen folgende Zusatzziele erreicht und umgesetzt werden:
• Detailliertes Verständnis für komplexe Prozesse und funktionale Zusammenhänge im Grünlandökosystem unter veränderten klimatischen Bedingungen
• Entwicklung von kausal fundierten Maßnahmen und Anpassungsstrategien für die Grünlandwirtschaft
• Beitrag zur Erhaltung und Sicherung der vielfältigen Ökosystemleistungen des Grünlands
Aus versuchstechnischer Sicht bietet das gegenständliche Projekt folgenden Zusatznutzen:
• Aufbau und Weiterentwicklung eines komplexen Datenmanagementsystems mit verteilter Datenerfassung zur Einbindung aller anfallenden Mess- und Erhebungsdaten sämtlicher Projektpartner als Basis für zukünftige Forschungsprojekte
• Verstärkter Einsatz neuer, nicht- bzw. minimalinvasiver Messmethoden in anderen Versuchsbereichen zur Erhöhung der gesamten Forschungsqualität
• Intensive Kooperation mit wichtigen nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen
• Ausbau der Kompetenz im landwirtschaftlichen Versuchswesen
Hauptziel des gegenständlichen Projektes ist die Erfassung und Analyse der Auswirkungen einer Erhöhung von Temperatur und/oder CO2-Konzentration auf folgende Bereiche des Grünlandökosystems:
• Produktivität des Grünlandes durch Ernte der oberirdischen Biomasse zu den vorgesehenen Ernteterminen bzw. nicht-invasive Methoden (Spektrometrie, Ultraschallsensorik, PAR-Messung der photosynthetisch aktiven Strahlung) sowie destruktive Analyse der Wurzelbiomasse am Ende der Projektperiode
• Qualitative Eigenschaften der Biomasse durch nasschemische Analysen, NIRS und Bestimmung der in vitro Verdaulichkeit
• Phänologie und Gesundheitszustand des Pflanzenbestandes durch Erhebung der Entwicklungsstadien ausgewählter Arten sowie Erfassung von Krankheiten mittels Bonituren
• Pflanzliches Artenspektrum durch Pflanzenbestandsaufnahmen
• Boden durch Mikroklimasensorik (Temperatur und Feuchte in unterschiedlichen Bodentiefen) sowie chemische Nährstoffanalysen als Basis zur Nährstoffbilanzierung
• Ökosystemarer Kohlenstoffkreislauf durch CO2-Messungen im Pflanzenbestand, an der Bodenoberfläche sowie im Bodenkörper mittels automatisierter und/oder manueller Vorrichtungen
• Wasserhaushalt und -bilanz durch wägbare Monolithlysimeter mit Ermittlung der Sickerwassermenge und Nährstoffkonzentration bzw. –austrag
Auf Basis der zuvor genannten Erhebungen und Analysen sollen folgende Zusatzziele erreicht und umgesetzt werden:
• Detailliertes Verständnis für komplexe Prozesse und funktionale Zusammenhänge im Grünlandökosystem unter veränderten klimatischen Bedingungen
• Entwicklung von kausal fundierten Maßnahmen und Anpassungsstrategien für die Grünlandwirtschaft
• Beitrag zur Erhaltung und Sicherung der vielfältigen Ökosystemleistungen des Grünlands
Aus versuchstechnischer Sicht bietet das gegenständliche Projekt folgenden Zusatznutzen:
• Aufbau und Weiterentwicklung eines komplexen Datenmanagementsystems mit verteilter Datenerfassung zur Einbindung aller anfallenden Mess- und Erhebungsdaten sämtlicher Projektpartner als Basis für zukünftige Forschungsprojekte
• Verstärkter Einsatz neuer, nicht- bzw. minimalinvasiver Messmethoden in anderen Versuchsbereichen zur Erhöhung der gesamten Forschungsqualität
• Intensive Kooperation mit wichtigen nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen
• Ausbau der Kompetenz im landwirtschaftlichen Versuchswesen
Praxisrelevanz
Das gegenständliche Projekt weist für die Bereiche Landwirtschaft (insbesondere Grünlandwirtschaft), Wasserwirtschaft und Umwelt einen enorm hohen Stellenwert auf, nachdem es sich um ein weltweit einzigartiges Freilandexperiment zur Klimafolgenforschung handelt. Durch die Simulation der für die nächsten Jahrzehnte prognostizierten Klimaveränderung lassen sich im Vorhinein sowohl Auswirkungen auf das Ökosystem Grünland erheben als auch mögliche Anpassungsstrategien daraus ableiten. Das vorliegende Projekt bietet damit eine zentrale Grundlage für eine proaktive Vorgangsweise mit entsprechender Vorbereitungszeit.
Berichte
Kurzfassung
Die an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein installierte ClimGrass-Anlage ist ein weltweit einzigartiges Freilandexperiment, das sich in Kooperation mit namhaften Projektpartnern mit dem Einfluss zukünftiger Klimabedingungen auf die Produktivität und Biogeochemie des Ökosystems Grünland befasst.
Die zahlreichen Experimente, Erhebungen und Analysen leisten einen wichtigen Beitrag zum Prozessverständnis im System Boden – Pflanze – Atmosphäre sowie zur Entwicklung von umsetzbaren Maßnahmen und Strategien zur Anpassung an die geänderten Bedingungen für die praktische Grünlandwirtschaft. Seit Inbetriebnahme der Anlage im Mai 2014 werden auf insgesamt 54 Versuchsparzellen unterschiedliche Klimabedingungen hinsichtlich Temperatur und CO2-Konzentration simuliert. Im Sommer 2017 und Frühjahr 2019 wurden auf ausgewählten treatments umfangreiche Trockenstressexperimente mit einer anschließenden, kontrollierten Wiederbefeuchtung durchgeführt. Im bisherigen Projektverlauf wurden noch zahlreiche infrastrukturelle und technische Ergänzungen sowie Verbesserungen vorgenommen, die zur Steigerung der Anlagen-Performance beitragen und zugleich den Umfang sowie die Qualität der durchgeführten Erhebungen steigern. Zwischenzeitlich erfolgten mehrere Publikationen zum Versuchsdesign und dessen statistischer Auswertung, zur Entwicklung einer multifunktionalen mobilen Messplattform zur zerstörungsfreien Erhebung von wichtigen pflanzenbaulichen Kenngrößen sowie zu ausgewählten Aspekten des Bodenwasserhaushalts sowie des Kohlenstoff- und Stickstoffkreislaufs.
Im Rahmen des 21. Alpenländischen Expertenforums wurden 2019 unter dem Generalthema „Klimawandel im Alpenraum – Auswirkungen auf das Ökosystem Grünland und dessen Bewirtschaftung“ zentrale Projektergebnisse an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein vorgestellt und diskutiert. Zahlreiche weitere Veröffentlichungen zu den genannten Themenbereichen sowie zu grünlandwirtschaftlichen Aspekten hinsichtlich Biomasseertrag und Futterqualität sind noch geplant bzw. bereits in Bearbeitung oder eingereicht. Die bisherigen Untersuchungen und Ergebnisse aus dem vorliegenden Projekt geben einen ersten Einblick in die durch den Klimawandel beeinflussten Veränderungen im Grünlandökosystem. Das komplexe Zusammenwirken von Boden-Pflanze-Atmosphäre mit den zahlreichen zugrundeliegenden Prozessen, erfordert auch eine komplexe Herangehensweise und einen vielseitigen, interdisziplinären experimentellen Ansatz. Die bisherigen Projekterfahrungen bieten in Kombination mit den schrittweise erfolgten, technischen und methodischen Anlagenerweiterungen eine ideale und erfolgversprechende Basis für weitere Experimente und Untersuchungsreihen in einem Folgeprojekt.
Kurzfassung
Die an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein installierte ClimGrass-Anlage ist ein weltweit einzigartiges Freilandexperiment, das sich in Kooperation mit namhaften Projektpartnern mit dem Einfluss zukünftiger Klimabedingungen auf die Produktivität und Biogeochemie des Ökosystems Grünland befasst. Die zahlreichen Experimente, Erhebungen und Analysen leisten einen wichtigen Beitrag zum Prozessverständnis im System Boden – Pflanze – Atmosphäre sowie zur Entwicklung von umsetzbaren Maßnahmen und Strategien zur Anpassung an die geänderten Bedingungen für die praktische Grünlandwirtschaft. Seit Inbetriebnahme der Anlage im Mai 2014 werden auf insgesamt 54 Versuchsparzellen unterschiedliche Klimabedingungen hinsichtlich Temperatur und CO2-Konzentration simuliert. Im Sommer 2017 wurde auf ausgewählten treatments ein umfangreiches Trockenstressexperiment mit einer anschließenden, kontrollierten Wiederbefeuchtung durchgeführt. Im bisherigen Projektverlauf wurden noch zahlreiche infrastrukturelle und technische Ergänzungen sowie Verbesserungen vorgenommen, die zur Steigerung der Anlagen-Performance beitragen und zugleich den Umfang sowie die Qualität der durchgeführten Erhebungen steigern. Zwischenzeitlich erfolgten Publikationen zum Versuchsdesign und dessen statistischer Auswertung, zur Entwicklung einer mobilen Messplattform, zur zerstörungsfreien Erhebung von wichtigen pflanzenbaulichen Kenngrößen sowie zu ausgewählten Aspekten des Bodenwasserhaushalts sowie des Kohlenstoff- und Stickstoffkreislaufs. Im verbleibenden Projektzeitraum sind noch eine Reihe von Veröffentlichungen zu den genannten Themenbereichen sowie zu grünlandwirtschaftlichen Aspekten hinsichtlich Biomasseertrag und Futterqualität geplant.