Vor dem Hintergrund einer angestrebten stofflichen Nutzung von Pappelholz aus Kurzumtriebsplantagen (KUP) zur Herstellung von Holzwerkstoffen und des eingeschränkten Erntezeitpunktes der Pappeln in den Wintermonaten ergab sich die Frage, wie das Holz über einen Lagerungszeitraum von bis zu neun Monaten bei gleichzeitiger Erhaltung der Holzqualität gelagert werden kann. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Lagerungsverfahren getestet: Trockenlagerung mit und ohne Rinde, Beregnung mit und ohne Rinde, Folienlagerung mit und ohne Rinde sowie einem aus Beregnung und Trockenlagerung kombinierten Verfahren. Insgesamt wurden 105 Raummeter Pappelrundholz aus KUP in zwei verschiedenen Lagerungsperioden 2018 und 2019 eingelagert. Die Holzqualität des gelagerten Pappelholzes wurde anhand von Untersuchungen zur Veränderung der Darrdichte, der chemischen Zusammensetzung (Cellulose-, Hemicellulosen-, Lignin-, Extraktstoffanteil) und ergänzend durch mikroskopische Untersuchungen bewertet. Ein weiterer Fokus lag auf der Holzfeuchte zur Abschätzung der Gefahr eines Pilzbefalls. Die Ergebnisse zeigten, dass es bei der Trockenlagerung mit Rinde in der Lagerungsperiode 2019 durch einen festgestellten Befall durch holzzerstörende Pilze, einer Reduktion der Darrdichte von 11 % sowie starken Änderungen der chemischen Zusammensetzung (vor allem Reduktion der Holzpolyosen) zu den stärksten Veränderungen kam. Bei der Trockenlagerung ohne Rinde waren die beobachteten Veränderungen deutlich geringer (maximale Abnahme der Darrdichte 3 %). Bei den beiden Lagerungsverfahren Beregnung und Folienlagerung konnte eine Lagerung des Holzes in einem für holzzerstörende Pilze unkritischen Holzfeuchtebereich nachgewiesen werden. Ein Befall durch holzzerstörende Pilze wurde durch die mikroskopischen Untersuchungen nicht festgestellt. Bei der Beregnung fiel die Veränderung der Darrdichte bei einigen Varianten stärker aus als erwartet. Für eine abschließende Bewertung sind weitere Untersuchungen notwendig. Der Klon Max 1 zeigte oft stärkere Veränderungen als der Klon AF2. Auch hier sind weitere Untersuchungen notwendig. Aus den Ergebnissen wurde geschlussfolgert, dass die Holzqualität mittels Folienlagerung am besten erhalten werden konnte. Auch die Trockenlagerung ohne Rinde wird aufgrund der geringen festgestellten Veränderungen und im Hinblick auf die geringen Kosten als geeignet erachtet. Es muss jedoch beachtet werden, dass dieses Lagerungsverfahren stark witterungsabhängig ist.:Kurzfassung Abstract Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Hintergrund 1.2 Ziele und Thesen 1.3 Aufgabenstellung 2 Stand von Wissenschaft und Technik 2.1 Die Pappel und ihr Holz 2.1.1 Die Baumart Pappel 2.1.2 Die Holzart Pappel 2.1.3 Verwendung von Pappelholz 2.2 Kurzumtriebsplantagen (KUP) 2.2.1 Allgemein 2.2.2 Pappel auf Kurzumtriebsplantagen 2.2.3 Verwendung von Pappelholz aus KUP 2.3 Rundholzlagerung 2.3.1 Anwendungsgebiete und Ziele der Rundholzlagerung 2.3.2 Einflussfaktoren auf den Lagerungserfolg 2.3.3 Verfahren der Rundholzlagerung 2.3.3.1 Übersicht über die Lagerungsverfahren 2.3.3.2 Trockenlagerung 2.3.3.3 Nasslagerung 2.3.3.4 Folienlagerung 2.3.4 Risiken für die Rundholzlagerung 2.3.4.1 Einleitung 2.3.4.2 Biotische Risiken 2.3.4.3 Abiotische Risiken 2.3.5 Lagerung von Pappelrundholz aus Kurzumtriebsplantagen 2.4 Holzfeuchtebestimmung und Holzfeuchtemonitoring durch elektrische Widerstands-messung 2.4.1 Überblick Verfahren zur Bestimmung der Holzfeuchte 2.4.2 Elektrische Widerstandsmessung 2.4.2.1 Prinzip 2.4.2.2 Kalibrierfunktionen 2.4.3 Monitoring durch elektrische Widerstandsmessung 3 Material und Methoden 3.1 Material 3.1.1 Eingesetztes Versuchsmaterial für die Lagerungsperiode 2018 3.1.2 Eingesetztes Versuchsmaterial für die Lagerungsperiode 2019 3.2 Methoden 3.2.1 Überblick Methoden 3.2.2 Versuchsaufbau 3.2.2.1 Lagerungsperiode 2018 3.2.2.2 Lagerungsperiode 2019 3.2.3 Untersuchungen 3.2.3.1 Überblick Untersuchungen und Beprobungsstrategie 3.2.3.2 Holzfeuchte 3.2.3.3 Darrdichte 3.2.3.4 Chemische Analysen 3.2.3.5 Pilz- und Bakterienbefall 3.2.3.6 Triebbildung 3.2.3.7 Gasanalyse 3.2.3.8 Elektrische Widerstandsmessung zur Ermittlung der Holzfeuchte 3.2.4 Dokumentation von Witterungsdaten 3.2.5 Statistische Auswertung 4 Ergebnisse 4.1 Systematik der Ergebnisdarstellung 4.2 Witterungsdaten 4.2.1 Lagerungsperiode 2018 4.2.2 Lagerungsperiode 2019 4.3 Gasatmosphäre 4.4 Holzfeuchte 4.4.1 Lagerungsperiode 2018 4.4.2 Lagerungsperiode 2019 4.5 Darrdichte 4.5.1 Lagerungsperiode 2018 4.5.2 Lagerungsperiode 2019 4.6 Chemische Zusammensetzung 4.6.1 Lagerungsperiode 2018 4.6.2 Lagerungsperiode 2019 4.7 Pilz- und Bakterienbefall 4.7.1 Lagerungsperiode 2018 4.7.2 Lagerungsperiode 2019 4.8 Triebbildung 4.8.1 Lagerungsperiode 2018 4.8.2 Lagerungsperiode 2019 4.9 Sonstige Beobachtungen 4.9.1 Rissbildungen bei der Trockenlagerung 4.9.2 Mäuse und einwachsende Pflanzenteile 4.10 Monitoring der Holzfeuchteentwicklung im Laufe der Lagerungsperiode 2019 4.10.1 Erstellung der Kalibrierfunktion für Pappelholz 4.10.1.1 Modell 1 4.10.1.2 Modell 2 4.10.2 Anwendung der ermittelten Kalibrierfunktion auf die mittels Datenlogger aufgezeichneten Messwerte im Zuge der Lagerungsperiode 2019 5 Diskussion 5.1 Evaluierung der Lagerungsverfahren unter Berücksichtigung der Holzfeuchte 5.1.1 Erwartete Holzqualität der einzelnen Lagerungsvarianten aufgrund der festgestellten Holzfeuchte 5.1.2 Trockenlagerung 5.1.2.1 Holzfeuchte und Witterungsbedingungen 5.1.2.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilzbefall 5.1.2.3 Zusammenfassende Einschätzung zur Trockenlagerung 5.1.3 Beregnung 5.1.3.1 Holzfeuchte 5.1.3.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall 5.1.3.3 Zusammenfassende Einschätzung zur Beregnung 5.1.4 Kombiniertes Verfahren aus Beregnung und Trockenlagerung 5.1.4.1 Holzfeuchte und Witterungsbedingungen 5.1.4.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall 5.1.4.3 Zusammenfassende Einschätzung zum kombinierten Verfahren 5.1.5 Folienlagerung 5.1.5.1 Gasanalyse in den Folienpaketen 5.1.5.2 Holzfeuchte 5.1.5.3 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall 5.1.5.4 Zusammenfassende Einschätzung zur Folienlagerung 5.1.6 Vergleich der Klone Max 1 und AF2 5.1.7 Zusammenfassung und Bewertung der Lagerungsvarianten 5.2 Monitoring der Holzfeuchteentwicklung im Laufe der Lagerungsperiode durch elektrische Widerstandsmessung 5.2.1.1 Kalibierfunktion für Pappelholz aus KUP 5.2.1.2 Einsatzmöglichkeit der elektrischen Widerstandsmessung zur Qualitätsüberwachung von Pappelrundholzpoltern 6 Schlussfolgerung 7 Zusammenfassung 8 Ausblick Literaturverzeichnis / Considering the desired material use of poplar wood from short-rotation coppices (SRC) for the production of wooden materials and the limited harvest season, the question arose how the wood should be stored over a period of up to nine months while preserving the wood quality (at the same time). For this purpose, different storage methods were tested: storage in compact piles with and without bark, storage with water sprinkling with and without bark and storage under oxygen exclusion with and without bark, as well as storage in compact pile with temporary water sprinkling as a combined storage method. A total amount of 105 cubic meters test piles with poplar logs from SRC were set up in two different storage periods, 2018 and 2019. The clones Max 1 and AF2 were evaluated using 18 different storage variants. The quality of the stored poplar wood was evaluated based on changes in the wood density ρ0, chemical composition (cellulose, hemicelluloses, lignin and extract content) complemented by microscopic examinations. A further focus was the wood moisture content evaluation to estimate the potential risk of fungal decay. The results demonstrated that storage in compact piles in the storage period of 2019 resulted in the biggest changes caused by an infestation of wood-destroying fungi, 11.1% reduction of the wood density ρ0, and significant changes of chemical composition, in particular reduction of wood polyoses. Storage in compact piles without bark showed substantially lower changes (maximum decrease of wood density ρ0 of 3.3%). For storage with water sprinkling and storage under oxygen exclusion it could be shown that both result in storage conditions with an uncritical wood moisture range in relation to wood-destroying fungi (fungi decay). Fungi decay could not be observed by microscopic examination. Additional studies are required for a final assessment. Clone Max 1 showed frequently stronger changes than clone AF2. Further investigation is needed here as well. Based on the results it can be concluded that the wood quality could be preserved best by using the storage under oxygen exclusion. Storage in compact piles without bark can be considered as suitable as well due to the minor changes and considering the low costs. However, it has to be taken into account hat this storage method is very climate-dependent.:Kurzfassung Abstract Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Hintergrund 1.2 Ziele und Thesen 1.3 Aufgabenstellung 2 Stand von Wissenschaft und Technik 2.1 Die Pappel und ihr Holz 2.1.1 Die Baumart Pappel 2.1.2 Die Holzart Pappel 2.1.3 Verwendung von Pappelholz 2.2 Kurzumtriebsplantagen (KUP) 2.2.1 Allgemein 2.2.2 Pappel auf Kurzumtriebsplantagen 2.2.3 Verwendung von Pappelholz aus KUP 2.3 Rundholzlagerung 2.3.1 Anwendungsgebiete und Ziele der Rundholzlagerung 2.3.2 Einflussfaktoren auf den Lagerungserfolg 2.3.3 Verfahren der Rundholzlagerung 2.3.3.1 Übersicht über die Lagerungsverfahren 2.3.3.2 Trockenlagerung 2.3.3.3 Nasslagerung 2.3.3.4 Folienlagerung 2.3.4 Risiken für die Rundholzlagerung 2.3.4.1 Einleitung 2.3.4.2 Biotische Risiken 2.3.4.3 Abiotische Risiken 2.3.5 Lagerung von Pappelrundholz aus Kurzumtriebsplantagen 2.4 Holzfeuchtebestimmung und Holzfeuchtemonitoring durch elektrische Widerstands-messung 2.4.1 Überblick Verfahren zur Bestimmung der Holzfeuchte 2.4.2 Elektrische Widerstandsmessung 2.4.2.1 Prinzip 2.4.2.2 Kalibrierfunktionen 2.4.3 Monitoring durch elektrische Widerstandsmessung 3 Material und Methoden 3.1 Material 3.1.1 Eingesetztes Versuchsmaterial für die Lagerungsperiode 2018 3.1.2 Eingesetztes Versuchsmaterial für die Lagerungsperiode 2019 3.2 Methoden 3.2.1 Überblick Methoden 3.2.2 Versuchsaufbau 3.2.2.1 Lagerungsperiode 2018 3.2.2.2 Lagerungsperiode 2019 3.2.3 Untersuchungen 3.2.3.1 Überblick Untersuchungen und Beprobungsstrategie 3.2.3.2 Holzfeuchte 3.2.3.3 Darrdichte 3.2.3.4 Chemische Analysen 3.2.3.5 Pilz- und Bakterienbefall 3.2.3.6 Triebbildung 3.2.3.7 Gasanalyse 3.2.3.8 Elektrische Widerstandsmessung zur Ermittlung der Holzfeuchte 3.2.4 Dokumentation von Witterungsdaten 3.2.5 Statistische Auswertung 4 Ergebnisse 4.1 Systematik der Ergebnisdarstellung 4.2 Witterungsdaten 4.2.1 Lagerungsperiode 2018 4.2.2 Lagerungsperiode 2019 4.3 Gasatmosphäre 4.4 Holzfeuchte 4.4.1 Lagerungsperiode 2018 4.4.2 Lagerungsperiode 2019 4.5 Darrdichte 4.5.1 Lagerungsperiode 2018 4.5.2 Lagerungsperiode 2019 4.6 Chemische Zusammensetzung 4.6.1 Lagerungsperiode 2018 4.6.2 Lagerungsperiode 2019 4.7 Pilz- und Bakterienbefall 4.7.1 Lagerungsperiode 2018 4.7.2 Lagerungsperiode 2019 4.8 Triebbildung 4.8.1 Lagerungsperiode 2018 4.8.2 Lagerungsperiode 2019 4.9 Sonstige Beobachtungen 4.9.1 Rissbildungen bei der Trockenlagerung 4.9.2 Mäuse und einwachsende Pflanzenteile 4.10 Monitoring der Holzfeuchteentwicklung im Laufe der Lagerungsperiode 2019 4.10.1 Erstellung der Kalibrierfunktion für Pappelholz 4.10.1.1 Modell 1 4.10.1.2 Modell 2 4.10.2 Anwendung der ermittelten Kalibrierfunktion auf die mittels Datenlogger aufgezeichneten Messwerte im Zuge der Lagerungsperiode 2019 5 Diskussion 5.1 Evaluierung der Lagerungsverfahren unter Berücksichtigung der Holzfeuchte 5.1.1 Erwartete Holzqualität der einzelnen Lagerungsvarianten aufgrund der festgestellten Holzfeuchte 5.1.2 Trockenlagerung 5.1.2.1 Holzfeuchte und Witterungsbedingungen 5.1.2.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilzbefall 5.1.2.3 Zusammenfassende Einschätzung zur Trockenlagerung 5.1.3 Beregnung 5.1.3.1 Holzfeuchte 5.1.3.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall 5.1.3.3 Zusammenfassende Einschätzung zur Beregnung 5.1.4 Kombiniertes Verfahren aus Beregnung und Trockenlagerung 5.1.4.1 Holzfeuchte und Witterungsbedingungen 5.1.4.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall 5.1.4.3 Zusammenfassende Einschätzung zum kombinierten Verfahren 5.1.5 Folienlagerung 5.1.5.1 Gasanalyse in den Folienpaketen 5.1.5.2 Holzfeuchte 5.1.5.3 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall 5.1.5.4 Zusammenfassende Einschätzung zur Folienlagerung 5.1.6 Vergleich der Klone Max 1 und AF2 5.1.7 Zusammenfassung und Bewertung der Lagerungsvarianten 5.2 Monitoring der Holzfeuchteentwicklung im Laufe der Lagerungsperiode durch elektrische Widerstandsmessung 5.2.1.1 Kalibierfunktion für Pappelholz aus KUP 5.2.1.2 Einsatzmöglichkeit der elektrischen Widerstandsmessung zur Qualitätsüberwachung von Pappelrundholzpoltern 6 Schlussfolgerung 7 Zusammenfassung 8 Ausblick Literaturverzeichnis

The water use by short rotation coppices (SRC) has been a focus of ongoing research in the last decades. Nevertheless, investigations that consider site factors and present long-term monitoring of the components of the water balance are rare. This research quantified the tree-based transpiration in the 4th growing season of uncoppiced 1st rotational hybrid poplar stands (Populus deltoides Bart. ex Marsh × P. nigra L. “AF2”) in western Slovakia. The aim of the study was to determine the influence of meteorological and soil-related site conditions on transpiration rates. Three experimental plots were located in the Morava River floodplains, on loamy sand-textured soils with different groundwater accessibilities: higher, low, and fluctuating groundwater level. We measured sap flow (Heat Ratio Method), volumetric water content, matric potential, groundwater level, and meteorological variables throughout the growing season in 2019. The results indicated that transpiration in the three sites was almost constant during that period, which was characterized by distinct conditions. The average cumulative transpiration at the site with a higher groundwater level (1105 mm) was larger than at the site with a lower groundwater level (632 mm) and the site with fluctuating groundwater (863 mm). A principal component analysis (PCA) and correlation analysis identified that the contribution of meteorological and soil-related site variables to transpiration differed among the sites. Soil water availability and groundwater accessibility are critical variables for the water use of poplar SRC. We concluded that the combination of site conditions needs to be reconsidered for the expansion of sustainable short rotation plantations in Europe.

Sustainable water management practices for cultivation of bioenergy crops requires a sound understanding of how the different components of the soil-vegetation-atmosphere continuum influence water fluxes at stand scale. In addition, depth to groundwater can influence water accessibility to plants and could potentially determine tree water-use. This dissertation assesses how the meteorological factors and soil hydrological site parameters influence the magnitude of transpiration along a groundwater accessibility gradient in the floodplains of the Morava river, in Slovakia. Specifically, this study examines the influence of the soil texture, soil moisture, and matric potential and the meteorological variables in the transpiration of poplar short rotation coppices stands (Populus spp.) established on loamy sands textured soils, across three sites with high groundwater level, low groundwater level and fluctuating groundwater level. The study was conducted throughout 90 days during two monitoring periods, 2019 and 2021. The first analysis (Section 3.1) examines the meteorological and soil water conditions in combination with the sapflow and transpiration dynamics, between July 3 and September 30, 2019. This study found significant differences in tree and stand transpiration among the study sites. The site with higher groundwater accessibility and the site with fluctuating groundwater level presented larger transpiration rates mainly determined by optimal meteorological conditions, soil water availability and access to groundwater. Contrasting findings were obtained during the analysis of the monitoring period 2021, carried out between July 3 and September 30, 2021. In the monitoring period 2021 (Section 3.5), the sites with fluctuating groundwater level and low groundwater level indicated statistically higher transpiration rates than the site with higher accessibility to groundwater. This research found that the higher transpiration rates may be attributable to soil moisture and accessibility to groundwater. By contrast, the adverse meteorological conditions limited the magnitude of transpiration at the site with higher groundwater level. The examination of the soil physical properties, specifically soil texture and its influence on soil water retention capacity is analyzed on Sections 3.3.2 and 3.8.1. This research found that the sandy texture of the soils in the study area favored a rapid water infiltration at greater soil depths. The accumulation of water at deeper layers may have served as supply for the planted trees. While this characteristic was critical for the site with lower groundwater level, a greater proportion of silt and clay particles on the site with high groundwater level and fluctuating groundwater level were key for improving the soil water retention capacity. The results of this assessment highlight that soil physical properties are critical for water availability for tree water uptake. This research discusses that for reducing the uncertainty in upscaling transpiration from tree to stand level, the determination of water conducting area in poplar trees is critical. Nevertheless, additional uncertainty is brought by the spatial variability of soil physical and hydrological properties. Therefore, this research concludes that upscaling transpiration from tree to larger scales should include not only biometric tree and stand characteristics but it should consider soil spatial properties and their influence on water availability for plants. The overall findings of the dissertation conducted in sandy soils across sites with different groundwater accessibility demonstrated that soil site related factors, namely soil water availability and groundwater accessibility, are critical for tree transpiration and potentially growth at the study sites. Furthermore, a combined assessment of meteorological, soil and groundwater conditions is crucial for the determination of transpiration at larger scales and for the implementation of sustainable bioenergy plantations.:Table of Contents 1. Introduction 1 1.1. Motivation 1 1.1.1. Plant Transpiration is a Critical Flux within the Hydrologic Cycle 1 1.1.2. Main Factors Influencing Transpiration 1 1.2. Research Background 2 1.2.1. Overview of Methods for Estimating Plant Transpiration 2 1.2.2. Methods for Upscaling Plant Transpiration to Stand Transpiration 7 1.2.3. Water Use of Poplar as Short Rotation Coppices 7 1.3. Scope of the work 12 1.3.1. Aim of the Doctoral Thesis 12 1.3.2. Research Hypotheses 13 1.4. Structure of the Thesis 14 2. Materials and Methods 16 2.1. Study Area 16 2.2. Selection of the Experimental Sites 18 2.3. Instrumentation and Continuous Measurements 20 2.3.1. Overview of the Monitoring Periods 2019 and 2021 20 2.3.2. Soil Monitoring 21 2.3.3. Weather Station 23 2.3.4. Sap Flow Measurements with the Heat Ratio Method (HRM) 23 2.3.5. Estimation of Water Conducting Area 28 2.3.6. Estimation of the Leaf Area Index from Sentinel images 30 2.4. Upscaling Method from Sensor to Tree 30 2.5. Data and Statistical Analysis 31 2.5.1. Statistical Analyses 31 2.6. Upscaling Method from Tree to Stand Scale 32 3. Results 33 3.1. Meteorological and Groundwater Conditions for the Monitoring Period July to September 2019 33 3.1.1. Meteorological Conditions 33 3.1.2. Groundwater Conditions 34 3.2. Tree-based Transpiration 35 3.3. Tree Water Use in Relation to Meteorological and Soil Physical and Soil Hydrological Properties – Monitoring Period 2019 40 3.3.1. Site S5-N (higher groundwater level) 40 3.3.2. Site S4-D (low groundwater level) 42 3.3.3. Site S2-F (fluctuating groundwater level) 45 3.4. Principal Component Analysis for Monitoring Period 2019 46 3.4.1. Water Use in Relation to Soil Moisture for the Monitoring Period 2019 50 3.4.2. Quantification of Transpiration at Stand Scale for the Monitoring Period 2019 54 3.5. Meteorological and Groundwater Conditions for the Monitoring Period July to September 2021 56 3.5.1. Meteorological Conditions 56 3.5.2. Groundwater Conditions 56 3.6. Tree-based Transpiration 58 3.7. Tree Water Use in Relation to Meteorological and Soil Physical and Soil Hydrological Properties – Monitoring Period 2021 62 3.7.1. Site S5-N (higher groundwater level) 62 3.7.2. Site S4-D (low groundwater level) 65 3.7.3. Site S2-F (fluctuating groundwater level) 66 3.8. Principal Component Analysis for Monitoring Period 2021 69 3.8.1. Water Use in Relation to Soil Moisture for the Monitoring Period 2021 71 3.8.2. Quantification of Transpiration at Stand Scale for the Monitoring Period 2021 72 4. Discussion 74 5. Synthesis and Future Perspectives 79 5.1. Tree Water Use in Relation to Soil and Meteorological Drivers 79 5.2. Scaling-up tree transpiration to stand level based on sapflow methods 80 5.3. Research Perspectives 81 5.4. Final Remarks 82 6. References 84 7. Appendix 96 / Nachhaltige Wassermanagementpraktiken für den Anbau von Bioenergiepflanzen erfordern ein fundiertes Verständnis dafür, wie die verschiedenen Komponenten des Kontinuums Boden-Vegetation-Atmosphäre die Wasserflüsse auf Bestandsebene beeinflussen. Darüber hinaus kann die Tiefe des Grundwassers die Wasserverfügbarkeit für Pflanzen beeinflussen und möglicherweise den Wasserverbrauch der Bäume bestimmen. In dieser Dissertation wird untersucht, wie meteorologische Faktoren und bodenhydrologische Standortparameter das Ausmaß der Transpiration entlang eines Grundwasserzugangsgradienten in den Auen des Flusses Morava in der Slowakei beeinflussen. Konkret wird in dieser Studie der Einfluss der Bodentextur, der Bodenfeuchte und des Matrixpotenzials sowie der meteorologischen Variablen auf die Transpiration von Pappel-Kurzumtriebsplantagen (Populus spp.) auf lehmigen Sandböden an drei Standorten mit hohem, niedrigem und schwankendem Grundwasserspiegel untersucht. Die Studie wurde über einen Zeitraum von 90 Tagen in zwei Beobachtungszeiträumen (2019 und 2021) durchgeführt. Die erste Analyse (Abschnitt 3.1) untersucht die meteorologischen und Bodenwasser-bedingungen in Kombination mit der Saftfluss- und Transpirationsdynamik zwischen dem 3. Juli und dem 30. September 2019. Diese Studie ergab signifikante Unterschiede in der Transpiration von Bäumen und Beständen an den Untersuchungsstandorten. Der Standort mit höherer Grundwasserverfügbarkeit und der Standort mit schwankendem Grundwasserspiegel wiesen größere Transpirationsraten auf, die hauptsächlich durch optimale meteorologische Bedingungen, Bodenwasserverfügbarkeit und Grundwasserzugang bestimmt wurden. Bei der Analyse des Überwachungszeitraums 2021, der zwischen dem 3. Juli und dem 30. September 2021 durchgeführt wurde, wurden gegensätzliche Ergebnisse erzielt. Im Beobachtungszeitraum 2021 (Abschnitt 3.5) wiesen die Standorte mit schwankendem Grundwasserspiegel und niedrigem Grundwasserspiegel statistisch höhere Transpirationsraten auf als die Standorte mit besserer Grundwasserverfügbarkeit. Diese Untersuchung ergab, dass die höheren Transpirationsraten auf die Bodenfeuchtigkeit und die Zugänglichkeit zum Grundwasser zurückzuführen sein könnten. Im Gegensatz dazu begrenzten die ungünstigen meteorologischen Bedingungen das Ausmaß der Transpiration am Standort mit höherem Grundwasserspiegel. Die Untersuchung der physikalischen Bodeneigenschaften, insbesondere der Bodentextur und ihres Einflusses auf das Wasserrückhaltevermögen des Bodens, wird in den Abschnitten 3.3.2 und 3.8.1 analysiert. Die Untersuchung ergab, dass die sandige Textur der Böden im Untersuchungsgebiet eine schnelle Wasserinfiltration in größeren Bodentiefen begünstigt. Die Ansammlung von Wasser in tieferen Schichten diente möglicherweise der Versorgung der gepflanzten Bäume. Während diese Eigenschaft für den Standort mit niedrigem Grundwasserspiegel entscheidend war, war ein größerer Anteil an Schluff- und Tonpartikeln auf dem Standort mit hohem Grundwasserspiegel und schwankendem Grundwasserspiegel der Schlüssel zur Verbesserung der Wasserrückhaltekapazität des Bodens. Die Ergebnisse dieser Bewertung zeigen, dass die physikalischen Eigenschaften des Bodens für die Wasserverfügbarkeit für die Wasseraufnahme der Bäume entscheidend sind. In dieser Forschungsarbeit wird erörtert, dass die Bestimmung der wasserführenden Fläche in Pappelbäumen von entscheidender Bedeutung ist, um die Unsicherheit bei der Hochskalierung der Transpiration vom Baum auf die Bestandsebene zu verringern. Zusätzliche Unsicherheiten ergeben sich jedoch aus der räumlichen Variabilität der physikalischen und hydrologischen Eigenschaften des Bodens. Daher kommt diese Forschungsarbeit zu dem Schluss, dass bei der Hochskalierung der Transpiration von Bäumen auf größere Maßstäbe nicht nur biometrische Baum- und Bestandsmerkmale berücksichtigt werden sollten, sondern auch die räumlichen Bodeneigenschaften und ihr Einfluss auf die Wasserverfügbarkeit für Pflanzen. Die Gesamtergebnisse der Dissertation, die auf Sandböden an Standorten mit unterschiedlicher Grundwasserverfügbarkeit durchgeführt wurde, haben gezeigt, dass bodenbezogene Faktoren, nämlich die Verfügbarkeit von Bodenwasser und die Grundwasserverfügbarkeit, für die Transpiration von Bäumen und möglicherweise auch für deren Wachstum an den Untersuchungsstandorten entscheidend sind. Darüber hinaus ist eine ganzheitliche Bewertung, die meteorologische, Boden- und Grundwasserbedingungen kombiniert, von entscheidender Bedeutung für die Bestimmung der Transpiration in größerem Maßstab und für die Umsetzung nachhaltiger Bioenergie-Plantagen:Table of Contents 1. Introduction 1 1.1. Motivation 1 1.1.1. Plant Transpiration is a Critical Flux within the Hydrologic Cycle 1 1.1.2. Main Factors Influencing Transpiration 1 1.2. Research Background 2 1.2.1. Overview of Methods for Estimating Plant Transpiration 2 1.2.2. Methods for Upscaling Plant Transpiration to Stand Transpiration 7 1.2.3. Water Use of Poplar as Short Rotation Coppices 7 1.3. Scope of the work 12 1.3.1. Aim of the Doctoral Thesis 12 1.3.2. Research Hypotheses 13 1.4. Structure of the Thesis 14 2. Materials and Methods 16 2.1. Study Area 16 2.2. Selection of the Experimental Sites 18 2.3. Instrumentation and Continuous Measurements 20 2.3.1. Overview of the Monitoring Periods 2019 and 2021 20 2.3.2. Soil Monitoring 21 2.3.3. Weather Station 23 2.3.4. Sap Flow Measurements with the Heat Ratio Method (HRM) 23 2.3.5. Estimation of Water Conducting Area 28 2.3.6. Estimation of the Leaf Area Index from Sentinel images 30 2.4. Upscaling Method from Sensor to Tree 30 2.5. Data and Statistical Analysis 31 2.5.1. Statistical Analyses 31 2.6. Upscaling Method from Tree to Stand Scale 32 3. Results 33 3.1. Meteorological and Groundwater Conditions for the Monitoring Period July to September 2019 33 3.1.1. Meteorological Conditions 33 3.1.2. Groundwater Conditions 34 3.2. Tree-based Transpiration 35 3.3. Tree Water Use in Relation to Meteorological and Soil Physical and Soil Hydrological Properties – Monitoring Period 2019 40 3.3.1. Site S5-N (higher groundwater level) 40 3.3.2. Site S4-D (low groundwater level) 42 3.3.3. Site S2-F (fluctuating groundwater level) 45 3.4. Principal Component Analysis for Monitoring Period 2019 46 3.4.1. Water Use in Relation to Soil Moisture for the Monitoring Period 2019 50 3.4.2. Quantification of Transpiration at Stand Scale for the Monitoring Period 2019 54 3.5. Meteorological and Groundwater Conditions for the Monitoring Period July to September 2021 56 3.5.1. Meteorological Conditions 56 3.5.2. Groundwater Conditions 56 3.6. Tree-based Transpiration 58 3.7. Tree Water Use in Relation to Meteorological and Soil Physical and Soil Hydrological Properties – Monitoring Period 2021 62 3.7.1. Site S5-N (higher groundwater level) 62 3.7.2. Site S4-D (low groundwater level) 65 3.7.3. Site S2-F (fluctuating groundwater level) 66 3.8. Principal Component Analysis for Monitoring Period 2021 69 3.8.1. Water Use in Relation to Soil Moisture for the Monitoring Period 2021 71 3.8.2. Quantification of Transpiration at Stand Scale for the Monitoring Period 2021 72 4. Discussion 74 5. Synthesis and Future Perspectives 79 5.1. Tree Water Use in Relation to Soil and Meteorological Drivers 79 5.2. Scaling-up tree transpiration to stand level based on sapflow methods 80 5.3. Research Perspectives 81 5.4. Final Remarks 82 6. References 84 7. Appendix 96

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Kurzumtriebsplantagen (KUP) bieten für eine Vielzahl von Organismen einen idealen Lebensraum. Einige Insektenarten reagieren darauf mit einer massenhaften Vermehrung. Besonders der Einfluss des Roten Pappelblattkäfers (Chrysomela (=Melasoma) populi) führte in den vergangenen Jahren vermehrt zur Schädigung von KUP. Bisher nehmen die Schäden noch selten bestandesbedrohende Ausmaße an, sind in der Tendenz jedoch klar zunehmend. Immer häufiger kommt es zu relevanten Zuwachsverlusten, verzögertem Austrieb und dem Ausfall einzelner Pflanzen. Daher werden im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „AgroForNet“ Möglichkeiten der Überwachung, Prognose und Bekämpfung des Roten Pappelblattkäfers erforscht. Erste Ergebnisse aus dem Jahr 2011 zeigen vielversprechende Ansätze, mit denen sich C. populi effektiv überwachen und Schäden kostengünstig minimieren lassen.

Kurzumtriebsplantagen (KUP) bieten für eine Vielzahl von Organismen einen idealen Lebensraum. Einige Insektenarten reagieren darauf mit einer massenhaften Vermehrung. Besonders der Einfluss des Roten Pappelblattkäfers (Chrysomela (=Melasoma) populi) führte in den vergangenen Jahren vermehrt zur Schädigung von KUP. Bisher nehmen die Schäden noch selten bestandesbedrohende Ausmaße an, sind in der Tendenz jedoch klar zunehmend. Immer häufiger kommt es zu relevanten Zuwachsverlusten, verzögertem Austrieb und dem Ausfall einzelner Pflanzen. Daher werden im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „AgroForNet“ Möglichkeiten der Überwachung, Prognose und Bekämpfung des Roten Pappelblattkäfers erforscht. Erste Ergebnisse aus dem Jahr 2011 zeigen vielversprechende Ansätze, mit denen sich C. populi effektiv überwachen und Schäden kostengünstig minimieren lassen.

Es ist eine geschichtsträchtige Zeit. Napoleon Bonaparte, Zar Alexander I. von Russland, König Friedrich Wilhelm III. von Preußen, Graf zu Sayn-Wittgenstein, Ludwig Graf Yorck von Wartenburg und viele andere höchste Politiker und Militärs waren 1813, nach Napoleons Rückzug aus Russland, in Radeberg zu Lage-Sondierungen, Gelände-Besichtigungen und hochrangigen Gesprächen. Nur knapp sind Radeberg und Lotzdorf direkten militärischen Kämpfen entgangen, trotzdem waren die Schäden durch Belagerungen, Requirierungen, Plünderungen u. ä. unvorstellbar.... Dabei spielte der Sandberg, gelegen zwischen Radeberg und Lotzdorf am „Lotzdorfer Zacken“ und die höchste Erhebung im Radeberger Gebiet, eine besondere Rolle, denn Napoleon kam mit seinem Stab von Dresden, um von hier aus das Terrain für die Vorbereitung einer Schlacht zu sondieren.

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