Tüpfel ermöglichen den interzellularen Stoffaustausch im Holzkörper. Im Zuge der Prozessgestaltung in den Bereichen Holzschutz und Zellstoffherstellung sind genauere Kenntnisse über ihren Aufbau von grundlegender Bedeutung. Das anatomische Wissen ermöglicht eine verbesserte Einschätzung der Tränkbarkeit sowie allgemein über die Eindringwege von Flüssigkeiten im Holz. Die Arbeit fasst den aktuellen Wissensstand des Baus der Tüpfel im Laubholz zusammen. Dabei stehen die in Deutschland wichtigsten Laubbaumarten, namentlich die Rot-Buche (Fagus silvatica L.) und Stiel- sowie Traubeneiche (Quercus robur L. und Quercus petraea Liebl.), im Fokus der Untersuchung. Zunächst wird der allgemeine Aufbau der Tüpfel beschrieben und besonders neuere Erkenntnisse mit aufgegriffen. Im Anschluss wird der Wissensstand zur Tüpfelbau der Rot-Buche sowie der Stiel- wie Trauben-Eiche zusammengefasst dargestellt.

This Doctoral thesis is focused on research of usability hardwood that is not used in structural engineering nowadays. Analysis of known hardwood properties and its verification by experiment was made. Mathematic analysis using the PROMETHEE method was used for most suitable hardwood species selection in the Central Europe conditions. The most suitable hardwood – beech – was subjected for further tests: finger-joint load bearing capacity experiment and beech homogenous and hybrid glulam experiment. The test results are compared with the values from professional literature.

With the evolution of GPU performance, the interest of using AI for all kinds of purposes has risen. Companies today put a great amount of resources to find new ways of using AI to increase the value of their products or automating processes. An area in the wood industry where AI is widely used and studied is in defect detection. In this thesis, the combination of using AI and hyperspectral images is studied and evaluated in the case of segmenting defects in hardwood with a U- Net network structure. The performance is compared to another known method usually used when dealing with high-dimensional data: PLS-DA. This thesis also compares the use of RGB image data in combination with AI, to further analyze the usefulness that the hyperspectral data provide. The results showed signs of improvement when using hyperspectral images com- pared to RGB images when detecting blue stain and red heartwood defects. De- tection of the defects rot and knots did however show no sign of improvements. Due to the annotations being more accurate in the RGB data, the results from the hyperspectral data-fed networks would suggest that blue stain and red heartwood could be of interest regarding further investigation. Computational performance is shown to vary across the different reduction meth- ods, and the results from this thesis provides some insight that might aid in the reasoning regarding how to choose an appropriate reduction method.

Gegenstand der Dissertation bildet eine echte Zeitreihenuntersuchung eines Tiefland-Buchenwaldes im nordostdeutschen Tiefland. Dieser Wald wurde Ende der 1920er Jahre aus der forstlichen Nutzung entlassen und entstand aus einem Anfang des 19. Jahrhunderts stockenden Eichenwald. Ende der 1950er bzw. der 1960er Jahre wurden drei kompakte Versuchsflächen zur Erfassung der Bestockungsstruktur in dem vorherrschenden Altbaum-Hallenstadium eingerichtet. Im Jahre 2012 gelang es diese alten Versuchsflächen zu identifizieren und einer Wiederholungsinventur zu unterziehen. Der Buchenwald hatte sich zwischenzeitlich erneuert und zu drei unterschiedlichen Tiefland-Buchenwaldökosystemen entwickelt. Als Voraussetzung für die Veränderungsanalyse der Bestockung und des Totholzes wurde eine georeferenzierte Arbeitsweise (EPSG Code 25833) gewählt. Dies ermöglichte die Nutzung des digitalen Geländemodells DGM 2m, historischer und aktueller Luftbilder und Laserdaten, und daraus abgeleiteter normalisierter Oberflächenmodelle zur Visualisierung der stattgefundenen Waldentwicklung. Aufbauend auf georeferenzierten standörtlich-vegetationskundlichen Untersuchungen konnten mittels geostatistischer und statistischer Verfahren die standörtlichen Ursachen für die natürliche Entwicklung der drei unterschiedlichen Buchen(misch)waldökosysteme herausgearbeitet werden. Eine populationsgenetische Inventur der Buchen, Winter- und Sommerlinden sowie eine lichtökologische Studie ergänzt die Untersuchung. / The subject of this dissertation is a real time series investigation of a lowland beech forest in the north-eastern lowlands of Germany. This forest was released from forestry at the end of the 1920s and emerged from an oak forest that had felled at the beginning of the 19th century. At the end of the 1950s and 1960s, three compact experimental areas were set up to record the stocking structure in the predominant old tree hall stage. In 2012, it was possible to identify these old experimental areas and to subject them to a repeat inventory. The beech forest had meanwhile been renewed and developed into three different lowland beech forest ecosystems. A georeferenced working method (EPSG Code 25833) was chosen as a prerequisite for the change analysis of the stocking and deadwood. This enabled the use of the digital terrain model DGM 2m, historical and current aerial photographs and laser data, and derived normalized surface models to visualize the forest development. Based on georeferenced site-vegetation investigations, geostatistical and statistical methods were used to identify the local causes for the natural development of the three different beech (mixed) forest ecosystems. A population genetic inventory of the beeches, winter and summer lime trees as well as a light-ecological study completed the investigation.

Der Klimawandel bedroht Ökosysteme auf der ganzen Welt. Besonders der Anstieg in Länge, Intensität und Häufigkeit von Dürren kann bedeutenden Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf haben. Die Frage, ob Pflanzen und Mikroorganismen anfällig gegenüber ökologischem Stress wie Dürren sind, wurde bereits in vielen Studien für verschiedene Ökosysteme und mit verschiedenen Ansätzen untersucht, aber Analysen von Dürreauswirkungen, die ober- und unterirdische Interaktionen von Pflanzen und Mikroorganismen mit einbeziehen, sind eher selten. Deshalb wird in der vorliegenden Studie die Frage erörtert, wie Trockenheit und/oder Hitze die Interaktionen von Pflanzen und Mikroorganismen in Bezug auf ihre Kohlenstoff-Verbindung beeinflussen. Dies dient zur Bestimmung der Stärke der Pflanze-Mikroorganismen-Kohlenstoff-Verbindung, wenn das Ökosystem an seine Grenzen gebracht wird. Der Fokus liegt deshalb auf durch Trockenstress und Hitze hervorgerufenen Veränderungen in der ober-unterirdischen Kohlenstoff-Dynamik in zwei vom Klimawandel bedrohten Ökosystemen. Es wurde untersucht, wie extreme Klimaereignisse, deren Häufigkeit in Zukunft weiter ansteigen soll, die Kohlenstoff-Verbindung zwischen Pflanzen und Mikroorganismen beeinflusst und wie mikrobielle Gemeinschaften unter diesen Umständen reagieren, um die Resistenz und Reaktionsmechanismen von Ökosystemen im zukünftigen Klimawandel besser vorhersagen zu können. In Kapitel 4 wurde ein Buchenwaldunterholz-Ökosystem untersucht. Buchenwaldmonolithen wurden einem extremen Klimaereignis (Trockenheit und/oder Hitze) ausgesetzt. Die Stärke der Pflanze-Mikroorganismen-Kohlenstoff-Verbindung und Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur und -aktivität wurden mithilfe von stabilen 13C Isotopenmethoden und Ansätzen auf molekularer Basis, wie 16S rRNA- und Phospholipid-Analysen, bestimmt. In Kapitel 5 wurde ein kleines aquatisches Ökosystems untersucht. Zwei emerse aquatische Makrophyten, Phragmites australis und Typha latifolia, wurden in einem Mesokosmos-Experiment mit Sediment aus einem Soll einer einmonatigen Dürre ausgesetzt. Mithilfe einer 13CO2 Pulsmarkierung, sowie PLFA- und nicht-strukturbildenden Kohlenhydrat-Analysen wurde Kohlenstoff von den Blättern in die Wurzeln bis ins Sediment verfolgt, wo er teilweise in mikrobielle Phospholipide eingebaut wird. Diese Studie hat gezeigt, dass die zwei untersuchten Ökosysteme Trockenstress und Hitze relativ gut widerstehen können, zumindest kurzfristig, und dass das Kohlenstoff-Kontinuum, beziehungsweise die Verbindung zwischen ober- und unterirdischen Gemeinschaften, auch unter starkem Stress intakt bleibt. Zusammenfassend scheint es, dass Ökosysteme stark von einem funktionierenden Pflanze-Boden/Sediment-Mikroorganismen Kohlenstoff-Kontinuum abhängen und versuchen, es auch unter starkem Stress zu erhalten, was möglicherweise dazu beiträgt, dem Anstieg von extremen Dürreperioden aufgrund des Klimawandels besser zu widerstehen. / Climate change is threatening ecosystems around the world. Especially the increase in duration, intensity, and frequency of droughts can have a considerable impact on the global carbon cycle. The question whether plants and microbes are susceptible to environmental stress like drought has been assessed in many studies for different ecosystem types and by using numerous approaches, but research on drought effects that includes above- and belowground interactions is rather scarce. Therefore, the present study assesses the question of how drought and/or heat influence the interactions of plants and microbes, especially the carbon coupling, in order to determine the strength of plant-microbe carbon linkages when an ecosystem is pushed to its limits. The focus of this study thus lies on changes in aboveground-belowground carbon dynamics and the subsequent effects on the soil microbial community under drought and/or heat stress in two climate-threatened ecosystems. It was evaluated how extreme climate events, that are predicted to be more frequent in the near future, affect the carbon coupling between plants and microorganisms and how microbial communities respond under these circumstances, in order to be able to better predict ecosystem resistance and response mechanisms under future climate change. In chapter 4 a beech forest understory ecosystem was investigated. An extreme climate event (drought and/or heat) was imposed on beech forest monoliths and the strength of the plant-microbe carbon linkages and changes in the microbial community structure and activity were determined by using stable 13C isotope techniques and molecular-based approaches like 16S rRNA and microbial phospholipid-derived fatty acid (PLFA) analysis. In chapter 5 a small aquatic ecosystems was investigated. Two emergent aquatic macrophytes, Phragmites australis and Typha latifolia, were grown on kettle hole sediment and then exposed to a month-long summer drought in a mesocosm experiment. By conducting a 13CO2 pulse labeling as well as PLFA and non-structural carbohydrate analyses, the fate of carbon was traced from the plant leaves to the roots and into the sediment, where some of the recently assimilated carbon is incorporated into microbial PLFAs. Overall, this study showed that the two investigated ecosystems can endure environmental stress like heat and drought relatively well, at least in the short-term, and that the carbon continuum, or the linkage between above- and belowground communities, remained intact even under severe stress. In conclusion, it seems that ecosystems strongly depend on and try to maintain a functional plant-soil/sediment microorganism carbon continuum under drought, which might help to withstand the increase in extreme drought events under future climate change.

Trifft herabfallender Regen auf Waldflächen, so wird dieser Niederschlag umverteilt zu Interzeption, Stammabfluss, durchfallenden und abtropfenden Niederschlag. Besonders hohe Stammablaufmengen im Kronenzentrum und markante Abtropfstellen am Kronenrand einzelner Baumarten lassen sich zudem nur erklären, wenn am jeweiligen Messplatz unter Baumkronen eine weitere Niederschlagskomponente zugelassen wird, mit der laterale Wasserbewegungen innerhalb der expliziten Einzelbaumkrone beschrieben und bilanziert werden (lateraler [Zu- oder Ab-]Fluss). Ziel dieser Arbeit war es deshalb, der niederschlagsabhängigen und kleinräumigen Dynamik dieser Umverteilung im Wald am Beispiel der Baumarten Buche (Fagus sylvatica L.) und Fichte (Picea abies (L.) Karst.) durch Aufnahmen und Auswertungen in zwei Mischbeständen beider Baumarten nachzugehen. Wiederholende Niederschlagsaufzeichnungen einzelner Regenereignisse wurden hierzu in Relation zur jeweiligen Freilandniederschlagsmenge, zur Art der Messplatzüberschirmung im Kronendach und zur Distanz des Messplatzes zum ihn dominierenden Baum varianz- und regressionsanalytisch untersucht und um Ergebnisse aus Stammablaufanalysen und Streumodellen ergänzt. Auf dieser Basis konnten Kausalmodelle zur Schätzung des Unterkronenniederschlages mit hoher Güte hergeleitet werden, die im Detail ein baumartspezifisches räumliches Verhalten der einzelnen Niederschlagskomponenten beim Passieren der Baumkrone belegen. Neben den Besonderheiten, die sich bei Messungen in Bestandeslücken einstellen, ergeben sich so z.B. in der Vegetationsperiode je nach Messplatzposition und Freilandniederschlagsmenge Unterschiede im Niederschlag unter beiden Baumartenkronen von bis zu 35 % des Freilandniederschlages je Einzelereignis und zwar stets zugunsten der Buchenüberschirmung. Am Stammfuss von Buchen kann darüber hinaus zusätzliches Wasser durch den Stammabfluss eingetragen werden. Hierfür notwenige Wassermengen können plausibel aus dem nachgewiesenen lateralen Wasserabfluss im inneren Kronendrittel von Buchen gedeckt werden. Über ein räumlich konkretes Interzeptionsmodell, kombiniert mit Blattflächenschätzungen für Einzelbäume konkreter Dimension, konnte ein räumliches LAI-Modell für Buchen abgeleitet werden, dass höchste LAI-Werte im Kronenzentrum annimmt. Da der Bestandesniederschlag hinsichtlich Niederschlagsmenge, Bestockung, Belaubungszustand und zum räumlich konkreten Messplatz unter der einzelnen Baumkrone veränderlich ist, wird die gewissenhaftere Berücksichtigung dieser Einflussvariablen angeregt und der bisher häufig praktizierten pauschalen Aufteilung des Niederschlages in einzelne Niederschlagskomponenten auf Basis von Flächen- und Messphasendurchschnittswerten widersprochen. / Forests redistribute the precipitation falling on their canopy into interception, stemflow, drip or direct throughfall. Extremely high amounts of stemflow in the centre of the crown and distinct drip points along the crown edge of certain tree species can only be explained by admitting an additional precipitation component at these measurement locations that describes and captures the lateral movement of water within the individual tree crown (lateral in- or outflow). The aim of this study was therefore to analyse these precipitation-dependent, small-scale dynamics of precipitation redistribution in forests using field-measurements from two mixed stands of European beech (Fagus sylvatica L.) and Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.). Periodic measurements of individual precipitation events were examined in relation to the respective gross precipitation, the type of canopy above a plot and the distance of a plot to its dominant sheltering canopy tree using variance and regression analysis, and complemented with stemflow analyses and litterfall models. Using this dataset, causal models for the high-precision estimation of throughfall were derived, showing tree species-specific pathways of the individual precipitation components through the tree crown. Apart from the particularities of measurements in canopy gaps, differences in throughfall between spruce and beech during the vegetation period amount to up to 35 % of gross precipitation per event, in favour of the beech canopy and depending on plot location. At the stem base of beech trees additional water can reach the forest floor via stemflow. The amount of water required to generate this stemflow can plausibly be explained by means of the verified lateral water flow in the inner third of beech crowns. Using a spatially explicit interception model combined with LAI estimates for specific individual trees, a spatial LAI model was developed for beech, showing maximal LAI values in the crown centre. As the net forest precipitation is sensitive with respect to precipitation amount, stand type, foliage status and the spatially explicit plot location below an individual tree crown, this study recommends the consideration of these influential factors and contradicts the commonly practiced blanket partitioning of precipitation into individual components based on spatial and temporal averages.

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Hauptteile. Im ersten Teil werden verschiedene geometrische Konkurrenzindizes (CIs) auf ihre Eignung zur Abbildung der Konkurrenzverhältnisse in zweischichtigen Waldumbaubeständen aus Fichte (Picea abies (L.) Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.) hin untersucht. Die dazu angelegten Versuchsflächen befinden sich im Sächsischen Forstamt Heinzebank und umfassen verschiedene Altersstadien des Voranbaus von Buche unter Fichte. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung des Einzelbaumwachstums und der Mortalität in mehrschichtigen Beständen der oben genannten Baumarten. Dazu wird als Ausgangsbasis der an der Niedersächsischen Forstlichen Versuchsanstalt entwickelte Waldwachstumssimulator BWINPro verwendet. / The presented thesis is divided into two parts. In the first part competition effects on height and basal area increment in mixed two-storey stands of Norway spruce (Picea abies L.) and European beech (Fagus sylvatica L.) are investigated using different types of geometrical competition indices. For this purpose a series of three trial plots was established in 2001 in the forest district of Heinzebank which is located in the central Erzgebirge Mountains, East Germany. The plots were set up in a "chronosequential" order. They approximately represent the three age stages of 10, 20, and 40 years in the second layer of beech under canopies of Norway spruce aged 50, 100, and 130 years, respectively. The second part of the thesis deals with the modeling of growth and mortality in stands of the above described type. The single-tree oriented simulator BWINPro originally developed for growth and yield analyses and prognoses in Lower Saxony, Germany, was chosen as a starting point to develop a modified tool for Saxony.

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