Projektdetails

Fdoknr

BMLRT101599

Projektbeginn

06.04.2021

Projektende

23.06.2022

Status

beendet

Projekttitel

ClimGrassThermo: Bestandestemperaturdynamik als Zeiger für Produktivität, Phänologie, Wassernutzung und Stress von Grünland im globalen Wandel

Projekttitel Englisch

-

Fördersumme

35.000,00

Forschungsprogramm

BBK Bund-Bundesländer Kooperation Pfeil 20-25

Genderrelevant

nein

Rolle	Lfnr	Name
Auftraggeber	1	Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus (bis 17.07.2022)
Auftragnehmer	1	Universität Innsbruck

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Wissenschaftszweige
Land- und Forstwirtschaft, Fischerei

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Das Ziel von ClimGrassThermo war es, die individuellen und kombinierten Auswirkungen von Klimaerwärmung, erhöhtem CO2 und Sommertrockenheit auf die Bestandestemperatur von bewirtschaftetem montanem Grünland zu untersuchen. In einem multifaktoriellen Freilandexperiment (ClimGrass) in Raumberg-Gumpenstein wurden zwei kontinuierlich messende Wärmebildkameras installiert. Zusätzlich wurde eine mobile Kamera eingesetzt, um die wichtigsten Klimaszenarien repliziert untersuchen zu können. Die mit den Wärmebildkameras gemessenen Bestandestemperaturen zeigten eine gute Übereinstimmung mit Temperaturen, die mit Sensoren an der Blattunterseite dominanter Arten gemessen wurden. Die Bestandestemperaturen waren zum Höhepunkt der Dürre im Vergleich zu Kontrollflächen deutlich erhöht und am höchsten, wenn die Dürre unter zukünftigen Klimabedingungen auftrat, d. h. unter Erwärmung in Verbindung mit erhöhtem CO2. Dennoch überstiegen die Temperaturen nie einen Schwellenwert für Hitzestress, was auch durch Messungen der Chlorophyll-Fluoreszenz bestätigt wurde. Gleichzeitig war die stomatäre Leitfähigkeit der untersuchten Arten unter Trockenheit stark reduziert, insbesondere unter zukünftigen Bedingungen, was zu höheren Blatttemperaturen und einer geringeren Bestandesleitfähigkeit führte. Ein signifikanter Rückgang der Bruttoprimärproduktivität unter Dürre, der in einem künftigen Klima am stärksten ausgeprägt war, führte auch zu einer verringerten Wassernutzungseffizienz. Die Kombination aus Erwärmung und erhöhtem CO2 beschleunigte den Frühjahrsaufwuchs und erhöhte den Futterertrag vor allem im Frühjahr, aber auch während des Aufwuchses nach der Dürre. Dadurch wurden die verstärkten Verluste bei der Biomasseproduktion während der Dürre in einem künftigen Klima teilweise ausgeglichen. Aus dieser Studie lässt sich schließen, dass die für dieses montane Grünland getesteten Dürreszenarien im Sommer 2021 selbst bei Erwärmung in Kombination mit erhöhtem CO2 nicht zu kritischem Hitzestress führten. Es bleibt jedoch zu untersuchen, ob extremere Dürreereignisse in Kombination mit Hitzewellen zu kritischen Schwellenwerten für Wasser- und Hitzestress führen und die Resilienz von bewirtschaftetem Grünland verringern könnten. Durch ClimGrassThermo wurde für derartige Folgestudien an der ClimGrass-Anlage eine ausgezeichnete Grundlage geschaffen.

Das Ziel von ClimGrassThermo war es, die individuellen und kombinierten Auswirkungen von Klimaerwärmung, erhöhtem CO2 und Sommertrockenheit auf die Bestandestemperatur von bewirtschaftetem montanem Grünland zu untersuchen. In einem multifaktoriellen Freilandexperiment (ClimGrass) in Raumberg-Gumpenstein wurden zwei kontinuierlich messende Wärmebildkameras installiert. Zusätzlich wurde eine mobile Kamera eingesetzt, um die wichtigsten Klimaszenarien repliziert untersuchen zu können. Die mit den Wärmebildkameras gemessenen Bestandestemperaturen zeigten eine gute Übereinstimmung mit Temperaturen, die mit Sensoren an der Blattunterseite dominanter Arten gemessen wurden. Die Bestandestemperaturen waren zum Höhepunkt der Dürre im Vergleich zu Kontrollflächen deutlich erhöht und am höchsten, wenn die Dürre unter zukünftigen Klimabedingungen auftrat, d. h. unter Erwärmung in Verbindung mit erhöhtem CO2. Dennoch überstiegen die Temperaturen nie einen Schwellenwert für Hitzestress, was auch durch Messungen der Chlorophyll-Fluoreszenz bestätigt wurde. Gleichzeitig war die stomatäre Leitfähigkeit der untersuchten Arten unter Trockenheit stark reduziert, insbesondere unter zukünftigen Bedingungen, was zu höheren Blatttemperaturen und einer geringeren Bestandesleitfähigkeit führte. Ein signifikanter Rückgang der Bruttoprimärproduktivität unter Dürre, der in einem künftigen Klima am stärksten ausgeprägt war, führte auch zu einer verringerten Wassernutzungseffizienz. Die Kombination aus Erwärmung und erhöhtem CO2 beschleunigte den Frühjahrsaufwuchs und erhöhte den Futterertrag vor allem im Frühjahr, aber auch während des Aufwuchses nach der Dürre. Dadurch wurden die verstärkten Verluste bei der Biomasseproduktion während der Dürre in einem künftigen Klima teilweise ausgeglichen. Aus dieser Studie lässt sich schließen, dass die für dieses montane Grünland getesteten Dürreszenarien im Sommer 2021 selbst bei Erwärmung in Kombination mit erhöhtem CO2 nicht zu kritischem Hitzestress führten. Es bleibt jedoch zu untersuchen, ob extremere Dürreereignisse in Kombination mit Hitzewellen zu kritischen Schwellenwerten für Wasser- und Hitzestress führen und die Resilienz von bewirtschaftetem Grünland verringern könnten. Durch ClimGrassThermo wurde für derartige Folgestudien an der ClimGrass-Anlage eine ausgezeichnete Grundlage geschaffen.

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The objective of ClimGrassThermo was to study the individual and combined effects of climate warming, elevated CO2 and summer drought on the canopy surface temperature of managed montane grassland. Two permanently monitoring thermal infrared cameras were installed in an ongoing multifactor field experiment (ClimGrass) at Raumberg-Gumpenstein. During several campaigns the continuous canopy temperature measurements were complemented and replicated using an additional manually operated camera. Canopy temperatures obtained with the thermal infrared cameras were in a similar range and showed the same dynamics as obtained with leaf temperature sensors. Canopy temperatures were significantly increased during peak drought compared to non-drought conditions, and were highest when drought occurred under future climate conditions, i.e. under warming combined with elevated CO2. Nevertheless, temperatures never exceeded a threshold of heat stress, as also confirmed by measurements of chlorophyll fluorescence on dominant grassland species. At the same time, stomatal conductance of species was strongly reduced under drought, especially under future conditions, which likely contributed to higher leaf temperatures and reduced canopy conductance to water vapor. Significant reductions of gross primary productivity under drought, most pronounced under future conditions, also caused a decline of water use efficiency. The combination of warming and elevated CO2 advanced the onset and growth and enhanced above-ground biomass production especially in spring (first cut), and also during regrowth after drought, which partly compensated for the exacerbated losses of biomass production during drought under such future conditions. In conclusion, while the drought scenarios tested for this montane grassland did not lead to any critical heat stress in the summer of 2021, even under warmer conditions combined with elevated CO2, it remains to be studied whether more extreme drought events, combined with heatwaves, could lead to critical thresholds of water and heat stress and erode the resilience of managed grassland in a future world.

The objective of ClimGrassThermo was to study the individual and combined effects of climate warming, elevated CO2 and summer drought on the canopy surface temperature of managed montane grassland. Two permanently monitoring thermal infrared cameras were installed in an ongoing multifactor field experiment (ClimGrass) at Raumberg-Gumpenstein. During several campaigns the continuous canopy temperature measurements were complemented and replicated using an additional manually operated camera. Canopy temperatures obtained with the thermal infrared cameras were in a similar range and showed the same dynamics as obtained with leaf temperature sensors. Canopy temperatures were significantly increased during peak drought compared to non-drought conditions, and were highest when drought occurred under future climate conditions, i.e. under warming combined with elevated CO2. Nevertheless, temperatures never exceeded a threshold of heat stress, as also confirmed by measurements of chlorophyll fluorescence on dominant grassland species. At the same time, stomatal conductance of species was strongly reduced under drought, especially under future conditions, which likely contributed to higher leaf temperatures and reduced canopy conductance to water vapor. Significant reductions of gross primary productivity under drought, most pronounced under future conditions, also caused a decline of water use efficiency. The combination of warming and elevated CO2 advanced the onset and growth and enhanced above-ground biomass production especially in spring (first cut), and also during regrowth after drought, which partly compensated for the exacerbated losses of biomass production during drought under such future conditions. In conclusion, while the drought scenarios tested for this montane grassland did not lead to any critical heat stress in the summer of 2021, even under warmer conditions combined with elevated CO2, it remains to be studied whether more extreme drought events, combined with heatwaves, could lead to critical thresholds of water and heat stress and erode the resilience of managed grassland in a future world.

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Projektdetails

beteiligte Personen/Organisationen

zugeordnete Wissenschaftszweige

Abstract deutsch

Abstract englisch