Search

Wood formation determines major long-term carbon (C) accumulation in trees and therefore provides a crucial ecosystem service in mitigating climate change. Nevertheless, we lack understanding of how species with contrasting wood anatomical types differ with respect to phenology and environmental controls on wood formation. In this study, we investigated the seasonality and rates of radial growth and their relationships with climatic factors, and the seasonal variations of stem nonstructural carbohydrates (NSC) in three species with contrasting wood anatomical types (red oak: ring-porous; red maple: diffuse-porous; white pine: coniferous) in a temperate mixed forest during 2017-2019. We found that the high ring width variability observed in both red oak and red maple was caused more by changes in growth duration than growth rate. Seasonal radial growth patterns did not vary following transient environmental factors for all three species. Both angiosperm species showed higher concentrations and lower inter-annual fluctuations of NSC than the coniferous species. Inter-annual variability of ring width varied by species with contrasting wood anatomical types. Due to the high dependence of annual ring width on growth duration, our study highlights the critical importance of xylem formation phenology for understanding and modelling the dynamics of wood formation.

How variations in carbon supply affect wood formation remains poorly understood in particular in mature forest trees. To elucidate how carbon supply affects carbon allocation and wood formation, we attempted to manipulate carbon supply to the cambial region by phloem girdling and compression during the mid- and late-growing season and measured effects on structural development, CO2 efflux and nonstructural carbon reserves in stems of mature white pines. Wood formation and stem CO2 efflux varied with a location relative to treatment (i.e., above or below the restriction). We observed up to twice as many tracheids formed above versus below the treatment after the phloem transport manipulation, whereas the cell-wall area decreased only slightly below the treatments, and cell size did not change relative to the control. Nonstructural carbon reserves in the xylem, needles and roots were largely unaffected by the treatments. Our results suggest that low and high carbon supply affects wood formation, primarily through a strong effect on cell proliferation, and respiration, but local nonstructural carbon concentrations appear to be maintained homeostatically. This contrasts with reports of decoupling of source activity and wood formation at the whole-tree or ecosystem level, highlighting the need to better understand organ-specific responses, within-tree feedbacks, as well as phenological and ontogenetic effects on sink-source dynamics.

Die Masterarbeit befasst sich – am Beispiel der z.T. hoch defizitären rheinland-pfälzischen kreisfreien Städte – mit der Untersuchung des Einflusses endogener Faktoren auf die kommunale Haushalts- und Finanzlage. Hierbei schließt die Arbeit methodisch an eine zuvor durchgeführte Analyse der exogenen Bestimmungsfaktoren der o.g. Kommunen an. Diese gelangte zu dem Ergebnis, dass die Varianz in der Haushalts- und Finanzlage der rheinland-pfälzischen kreisfreien Städte zwar teilweise durch die berücksichtigten exogenen Faktoren erklärt werden kann. Jedoch weisen die untersuchten Kommunen mit vergleichbaren exogenen Rahmenbedingungen weiterhin eine deutliche Varianz in der Haushalts- und Finanzlage auf. Die Arbeit geht daher der Frage nach, ob bzw. inwieweit die – nach Berücksichtigung exogener Faktoren – verbleibende nicht aufgeklärte Varianz durch die endogenen Faktoren erklärt werden kann. Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurde der aktuelle Forschungsstand zunächst systematisch in Hinblick auf die zu berücksichtigenden endogenen Faktoren ausgewertet. Die einzelnen endogenen Faktoren sowie deren erwarteter Zusammenhang mit der Haushalt- und Finanzlage werden in der Arbeit umfangreich theoretisch spezifiziert und hergeleitet. Bei der Datenerhebung werden – neben den gängigen Indikatoren – zum Teil neuartige Operationalisierungen aus benachbarten Forschungsgebieten herangezogen und getestet. Als Beispiel können die Messung des Abstimmungsverhaltens bei der Beschlussfassung der Haushalte – als Proxy für konkordanz-/konkurrenzdemokratische Akteurskonstellationen bzw. Entscheidungsmuster – sowie die Erhebung der Wertgrenzen in den kommunalen Hauptsatzungen – als Indikator für die institutionelle Stellung des Verwaltungschefs – genannt werden. Die Analyse der Daten erfolgt im Rahmen eines Mixed-Methods-Designs, indem quantitative (statistische) und vergleichende Methoden miteinander kombiniert werden. In einem Exkurs werden ferner die Vorgehensweise sowie die Ergebnisse der wissenschaftlichen Hausarbeit zu den exogenen Faktoren dargestellt. Anhand der Ergebnisse der Untersuchung kann gezeigt werden, dass die Haushalts- und Finanzlage der rheinland-pfälzischen kreisfreien Städte bzw. die nach Berücksichtigung der exogenen Faktoren verbleibende Varianz teilweise durch die betrachteten endogenen Faktoren erklärt wird. Insgesamt kann mit den exogenen und endogenen Faktoren ein Großteil der Varianz der Haushalts- und Finanzlage der rheinland-pfälzischen kreisfreien Städte erklärt werden. Zudem kann der zusätzliche Erklärungsbeitrag der endogenen Faktoren anhand der vorliegenden Arbeit – im Verhältnis zu den exogenen Faktoren – quantitativ näher bestimmt werden: In Bezug auf die betrachteten Kommunen tragen die endogenen Faktoren zunächst in geringerem Umfang als die exogenen Faktoren zur Erklärung der Haushalts- und Finanzlage bei. Jedoch zeigt gerade die vergleichende Analyse, dass sich die Unterschiede der Haushalts- und Finanzlage auf der Ebene einzelner systematisch ausgewählter Kommunen erst mit Hinzunahme der endogenen Faktoren zufriedenstellend erklären lassen. Auf der Ebene der einzelnen endogenen Faktoren gelangt die Arbeit zu keinem eindeutigen Ergebnis: Einerseits können die Hypothesen zur Parteiendifferenz, zur kommunalen Konkordanzdemokratie sowie zur institutionellen Kompetenz des Oberbürgermeisters vorläufig bestätigt werden. Methodisch hat sich hierbei die Verzahnung mit den Ergebnissen zu den exogenen Faktoren sowie die Kombination von statistischen und vergleichenden Analyseverfahren als vorteilhaft erwiesen. Andererseits weisen in den Analysen die verbleibenden endogenen Faktoren keine Zusammenhänge oder solche Zusammenhänge mit der Haushalt- und Finanzlage auf, die den Hypothesen sowie der bisherigen Forschung widersprechen und daher Anlass zur Überprüfung der Angemessenheit der theoretischen Argumentation sowie der gewählten Spezifikation und Operationalisierung der entsprechenden Konzepte geben. Für die Praxis können den Untersuchungsergebnissen erste Anhaltspunkte dazu entnommen werden, ob die Haushalts- und Finanzlage einer einzelnen kreisfreien Stadt eher exogen oder endogen verursacht wird. Grundsätzlich leistet die Arbeit einen Beitrag zur wissenschaftlich sowie in der kommunalen Praxis geführten Auseinandersetzung, ob und inwieweit die kommunale Haushalts- und Finanzlage nicht nur Folge äußerer Einflüsse (d.h. exogen bestimmt) ist, sondern auch von den kommunalen Akteuren selbst (d.h. endogen) verursacht wird. Vor dem Hintergrund der insbesondere von einigen hoch defizitären rheinland-pfälzischen Kommunen aufgeworfenen und zum Gegenstand einer verfassungsgerichtlichen Überprüfung erklärten Frage, ob das Land eine ausreichende kommunale Finanzausstattung gewährleistet (und damit möglicherweise zur Verursachung von Haushaltsdefiziten beigetragen hat), weist die Untersuchung in Rheinland-Pfalz besondere Relevanz auf. Aus wissenschaftlicher Perspektive können am Beispiel Rheinland-Pfalz bestehende Forschungsergebnisse und Hypothesen auf ihre Gültigkeit überprüft werden: So wird in der lokalen Politikforschung überwiegend davon ausgegangen, dass die Haushalts- und Finanzlage auch von den Kommunen selbst mit verursacht wird und exogene sowie endogene Ursachen nur durch ihr komplexes Zusammenspiel die Haushalts- und Finanzlage erklären können. Während exogene Faktoren in quantitativen empirischen Studien häufig einen signifikanten und großen Erklärungsbeitrag aufweisen, kann der Einfluss endogener Faktoren in statistischen Untersuchungen allerdings bislang nicht vergleichbar nachgewiesen werden. Vor diesem Hintergrund verfolgt die Arbeit methodisch das Ziel, den Einfluss endogener Faktoren durch die Anwendung von stark systematisierten/regelbasierten vergleichenden Analyseverfahren sowie die Verzahnung mit den Ergebnissen der vorgeschalteten Hausarbeit möglichst überzeugend nachzuweisen. Das Vorwissen über die exogenen Rahmenbedingungen wird hierbei einbezogen, indem Kommunen mit einer möglichst ähnlichen exogenen Ausgangslage im Rahmen einer systematischen Fallauswahl nach der Logik des Most-Similar-Systems-Design (MSSD) miteinander verglichen werden.

Larch trees are widely used in afforestation and timber plantations. Yet, little is known on how planted larch trees cope with increasing drought. We used a tree-ring network of 818 trees from 31 plantations spanning most of the distribution of Larix principis-rupprechtii to investigate how extreme drought influences larch radial growth in northern China. We found that summer drought, rather than temperature or precipitation, had the strongest relationship with radial growth throughout the region. Drought increased in frequency in recent decades, leaving a strong imprint on the radial growth of larch, particularly in dry sites. Across its distribution, radial growth in larch trees that experienced extreme droughts more frequently displayed lower resistance to drought, but higher recovery after it, suggesting these populations were better adapted to extreme droughts. Radial growth decreased with increasing drought, with particularly severe declines below a threshold Palmer Drought Severity Index (PDSI) value of 3 to 3.5. Extreme droughts (PDSI < 4.5) caused a reduction of 62% of radial growth and chronic drought events caused around 20% reduction in total radial growth compared with mean growth on the driest sites. Given that current climate projections for northern China indicate a strong increase in the frequency and severity of extreme drought, trees in large portions of the largest afforestation project in the world, particularly those in the drier edge, are likely to experience severe growth reductions in the future., Environmental Research Letters, 16 (1), ISSN:1748-9326, ISSN:1748-9318

Turnover concepts in state-of-the-art global vegetation models (GVMs) account for various processes, but are often highly simplified and may not include an adequate representation of the dominant processes that shape vegetation carbon turnover rates in real forest ecosystems at a large spatial scale. Here we evaluate vegetation carbon turnover processes in GVMs participating in the Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISI-MIP; including HYBRID4, JeDi, JULES, LPJml, ORCHIDEE, SDGVM, and VISIT) using estimates of vegetation carbon turnover rate (k) derived from a combination of remote sensing based products of biomass and net primary production (NPP). We find that current model limitations lead to considerable biases in the simulated biomass and in k (severe underestimations by all models except JeDi and VISIT compared to observation-based average k), likely contributing to underestimation of positive feedbacks of the northern forest carbon balance to climate change caused by changes in forest mortality. A need for improved turnover concepts related to frost damage, drought and insect outbreaks in order to better reproduce observation-based spatial patterns in k is identified. Since direct frost damage effects on mortality are usually not accounted for in these GVMs, simulated relationships between k and winter length in boreal forests are not consistent between different regions and strongly biased compared to the observation-based relationships. Some models show a response of k to drought in temperate forests as a result of impacts of water availability on NPP, growth efficiency or carbon balance dependent mortality as well as soil or litter moisture effects on leaf turnover or fire. However, further direct drought effects like carbon starvation (only in HYBRID4) or hydraulic failure are usually not taken into account by the investigated GVMs. While they are considered dominant large-scale mortality agents, mortality mechanisms related to insects and pathogens are not explicitly treated in these models. This article is protected by copyright. All rights reserved.