Competitiveness of young beech (Fagus sylvatica) and spruce (Picea abies) trees under ambient and elevated CO2 and O3 regimes

The competitiveness of young beech (Fagus sylvatica) and spruce plants (Picea abies) was analysed using cost/benefit ratios (efficiency ratios) related to (1) the efficiency of space sequestration (i.e. occupied aboveground space per unit of resource investment, e.g. biomass), (2) efficiency of resource gain (i.e. resource acquisition per unit of resource investment or occupied above or belowground space) and, (3) efficiency of “running costs” in terms of respiration and transpiration per unit of sequestered above and belowground space for sustaining the structural functionality related to competition. In 1998, two and three-year-old beech and spruce individuals, respectively, were planted in mixed and monocultures in containers that were filled with forest soil. Although each container was harboured with 20 trees, and measurements were concentrated on the six central plants. In 1999 and 2000, the containers were placed into the phytotrons at ambient and elevated CO2 concentrations in combination with ambient (1xO3) and twice-ambient (2xO3) ozone levels, resulting in four CO2/O3 gaseous regimes. Elevated levels of CO2 and O3 were used as disturbants to provoke changes in growth and resource allocation in order to more readily distinguish and derive underlying mechanisms of relevance for competitiveness from plant response. Four hypotheses were tested: (1) the competitiveness of beech rather than spruce is affected by the elevated O3 regime, whereas (2) spruce profits from the increase in resource availability (CO2) in mixed culture. However, (3) tree responses to CO2 and O3 depend on the type of competition (i.e. intra or interspecific). (4) The competitive ability of plants can be characterized and quantified in terms of the introduced efficiency ratios of competitiveness. In the studied plant systems, spruce was a better competitor than beech. After two growing seasons in the phytotrons, beech plants in mixed plantation showed significant reduction in above- and b
In der vorliegenden Arbeit wurde das Konkurrenzverhalten junger Buchen- und Fichtenindividuen durch Kosten/Nutzen-Bilanzen bezüglich der Effizienz (1) der Raumbesetzung (d.h. besetzter oberirdischer Raum pro Ressourceninvestition, z.B. von Biomasse), (2) des Ressourcengewinns (d.h. Ressourcenaufnahmen pro Ressourceninvestition oder pro besetztem ober- oder unterirdischem Raum) und (3) der laufenden Kosten (im Sinne von Atmung und Transpiration, die zum Strukturunterhalt aufgewendet werden pro besetztem ober- oder unterirdischem Raum) analysiert. Im Jahr 1998 wurden zwei- bzw. dreijährige Buchen- und Fichtenindividuen in Mono- und Mischkultur in Container mit Waldboden gepflanzt. In jeden Container (insgesamt 32) wurden 20 Bäume eingebracht, die Messungen aber auf die sechs zentralen Pflanzen konzentriert. In 1999 und 2000 wurden die Pflanzen im Phytotron unter ambientem und erhöhtem CO2 in Kombination mit ambientem und doppelt-ambientem Ozon behandelt. Das Wachstum und die Ressourcenallokation der Pflanzen sollten durch die eingebrachten CO2/O3-Regime gestört werden, um Änderungen hervorzurufen, die das Studium der zugrundeliegenden Mechanismen der Konkurrenz erleichtern. Insgesamt wurden vier Hypothesen geprüft: (1) Die Konkurrenzstärke der Buche im Gegensatz zur Fichte wird von erhöhtem O3 beeinflusst, während (2) die Fichte von der Zunahme der Ressourcenverfügbarkeit (CO2) in der Mischkultur profitiert. (3) Die Antworten der Bäume auf CO2 und O3 hängen von der Art der Konkurrenz (d.h. intra- oder interspezifisch) ab. (4) Das Konkurrenzverhalten der Pflanzen kann mit Hilfe der vorgestellten Effizienzen sinnvoll charakterisiert und quantifiziert werden. Fichte zeigt sich als der bessere Konkurrent gegenüber der Buche. Nach zwei Vegetationsperioden zeigte letztere in Mischpflanzung niedrigere ober- und unterirdische Biomasse, jährlichen Biomassenzuwachs und Kronenvolumen im Vergleich zur Monokultur. Im Gegensatz hierzu zeigte die Fichte bei interspezifischer Konkurr