The goal of this study was to assess the potential of using hardwood lumber in CLT manufacturing. The goal was achieved by addressing four specific objectives. The first objective was to collect CLT manufacturers' perspectives for using hardwood lumber in the current manufacturing setup. The second objective was to determine hardwood sawmills' current ability to produce structural grade lumber (SGHL) from low value logs as a product mix through a survey of hardwood lumber producers in the US. The third objective was to conduct a log yield study of SGHL production from yellow poplar (YP) logs to produce 6'' and 8'' width SGHL to match the PRG 320 requirements. The fourth objective was to determine CLTs' production cost using SGHL and compared it with the CLTs manufactured from southern yellow pine (SYP). The results suggest that all three CLT industries visited and interviewed had sufficient technology to produce hardwood CLTs. The production of hardwood CLTs was mainly limited by the quality and quantity of lumber available. The hardwood sawmill survey results indicated that, currently, less than 10% of the sawmills had all the resources required to produce SGHL. The current ability of the sawmills was measured based on the resources necessary to begin SGHL production. Forty percent of the sawmills would require an investment in sawing technology to saw SGHL, 70% would require employing a certified lumber grader, and 80% would require a planer to surface lumber. Another significant finding was the sawmills' willingness to collaborate with other sawmills and lumber manufacturers. More than 50% of sawmills were open to potential collaboration with other stakeholders if necessary, which is crucial to commercializing SGHL for a new market. The log yield study of yellow poplar helped demonstrate that the mixed grade lumber production method to convert lumber from lower quality zones as SGHL yields higher lumber volume for sawmills and at the same time reduces lower-grade lumber volume. On average, SGHL production increased lumber volume by more than 6% compared to only NHLA grade lumber production when 65% of the lumber was converted to SGHL. The volume of lower lumber grades from 2 common and below decreased from an average of 85% to less than 30% when producing SGHL as a product mix with NHLA grade lumber. This study observed more than 95% of SGHL as Number 3 and better lumber grades. At estimated lumber value, 2x6 and 2x8 SGHL and NHLA grade lumber production as product mix from a log generate higher revenue for all log groups except for the diameter 13" logs. A lower percentage of higher-grade lumber was observed for diameter 13’’ logs than other log groups from this experiment, which resulted in lower revenue. Production cost of CLTs was determined based on the lumber value to manufacture 40' x 10' plain panels with different combinations by lumber grade of yellow poplar and southern yellow pine lumber alone. Production cost was determined by assuming that lumber value contributes 40% of CLTs' total production cost. The 3- ply CLT panels were manufactured using S. Selects lumber in a major direction, and No 1-grade lumber in the minor direction from YP had a production cost of $662.56 per cubic meter, which cost only $643.10 when SYP lumber was used at referenced lumber value. This study concludes that CLT panels from YP cost 3-7 % more than SYP-CLTs at the referenced lumber values. / Ph.D. / This research aims to expand the hardwood lumber consumption in the US by evaluating the opportunity to manufacture cross-laminated timber (CLTs). First, CLT manufacturing industries were visited to know their current capacity to process hardwood lumber. The results suggest that all three CLT industries had sufficient technology to produce hardwood CLTs, and the production was mainly limited by the quality and quantity of lumber available. Commercially hardwood can be used in CLT manufacturing if it can be used for structural application. Hardwood lumber must meet the structural application's minimum requirements to manufacture the structural grade CLTs, so we surveyed the hardwood sawmills to know if they have the required resources to manufacture the structural grade hardwood lumber (SGHL). Only ten percent of the sawmills had required technology to produce SGHL without additional investments. Production of the SGHL also required to generate more revenue for the hardwood sawmills, so we conducted the log yield study to know how the revenue structure of sawmill operation will change from the mixed grade lumber production. At estimated lumber value, 2x6 and 2x8 SGHL and 1-inch National Hardwood Lumber Association (NHLA) grade lumber production as product mix from logs generate higher revenue for all log groups except for the diameter 13" logs. Finally, the production cost of SGHL from the log yield study was evaluated and used to produce CLTs at 40% production cost from lumber at 15% profit margins for sawmills and compare with southern yellow pines CLTs. The results indicate that yellow poplar CLTs cost 3-7 % more than southern yellow pines CLTs at the referenced lumber values. This study concludes that hardwood lumber can be used in CLT manufacturing, so there is an opportunity for hardwood sawmills to expand the market. The first step for commercial production of hardwood CLTs is to produce SGHL on a commercial scale, given that sawmills can benefit from these new products in the current lumber market and meet the minimum requirements of the CLT raw materials.

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

Phloem loading is the process by which sugars are loaded into the phloem of source leaves and then subsequently transported to sink organs via bulk flow driven by hydrostatic pressure. Three loading mechanisms are described: passive, polymer trap, and apoplastic loading. In passive loading, sucrose diffuses from mesophyll through plasmodesmata into the phloem. The two energized loading mechanisms are the polymer trap and apoplastic loading. In the polymer trap, sucrose moves into intermediary cells and is synthesized into oligosaccharides that become "trapped." In apoplastic loading, sucrose is transported into the apoplast by SWEETs, and subsequently taken up by SUTs in a proton-sucrose symport mechanism, concentrating sucrose in companion cells. Herbaceous species tend to use active loading, while woody species tend to use passive loading. Confirming either passive or energized loading is not without ambiguity. Cotton was investigated as a model because its phloem loading mechanism is ambiguous. Cotton was expected to use passive loading. However, experiments showed that active sucrose accumulation occurs in leaves through GhSUT1-L2, suggesting plasmodesmata are not always a reliable indicator of passive loading and passive loading should not be assumed for woody plants. Genetic manipulation of carbohydrate transport could prove helpful for improving productivity and challenging the passive loading hypothesis. To test this, constitutive and phloem-specific AtSUC2 expression in poplar was used to (1) test the conservation of AtSUC2 expression and (2) test for apoplastic phloem loading. Poplar expressing AtSUC2 were expected to show conserved expression and apoplastic loading. Poplar expressing AtSUC2 shared a conserved vascular-specific pattern with Arabidopsis but did not load from the apoplast. These results suggest that there is conservation of companion cell identity between poplar and Arabidopsis, passive loading is the loading mechanism in poplar.

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Au vu de l’impact croissant du changement climatique global et en particulier de la sécheresse sur les forêts, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de réponse des arbres face à des variations de disponibilité en eau. Ces dernières années, des études ont montré un contrôle épigénétique et notamment par la méthylation de l’ADN de la plasticité phénotypique des plantes en réponse aux variations environnementales. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer le rôle de la méthylation de l’ADN des cellules du méristème apical caulinaire dans la plasticité développementale de la tige feuillée en réponse à des variations de disponibilité en eau chez le peuplier, un arbre modèle. A cette fin, le méthylome de la chromatine non condensée dans le méristème apical caulinaire de Populus trichocarpa a été caractérisé. Ensuite, l’impact de variations de disponibilité en eau sur la méthylation de l’ADN a été étudié dans l’apex caulinaire de différents hybrides (P. × euramericana). Les loci et les réseaux de gènes affectés pour leur expression et leur méthylation ont ainsi été identifiés. Ces travaux ont montré que dans le méristème apical caulinaire, la majorité des gènes étaient dans un état non condensé de la chromatine et méthylés dans leur corps. Ils ont également mis en évidence une forte variation de la méthylation globale de l’ADN selon les génotypes et en réponse à des variations de disponibilité en eau. De plus, des corrélations ont été établies entre les niveaux de croissance des arbres et de méthylation globale de l’ADN dans l’apex caulinaire. Enfin, les variations de la méthylation de l’ADN en réponse aux variations de la disponibilité en eau s’accompagnent de variations d’expression et ont ciblé particulièrement des gènes impliqués dans la signalisation par les phytohormones ou la morphogenèse. Ainsi, les travaux effectués lors de cette thèse suggèrent un rôle de la méthylation de l’ADN dans la plasticité phénotypique en réponse à des variations de disponibilité en eau chez le peuplier via le contrôle de l’expression de réseaux de gènes dans le méristème apical caulinaire. / Predicted climate changes and particularly drought represent a major threat to forest health. Therefore, understanding mechanisms that control trees response to variations in water availability is of great interest. These last years, epigenetic marks such as DNA methylation have been involved in plant phenotypic plasticity in response to environmental stresses. In this context, this work aimed at assessing the role of shoot apical meristem cells DNA methylation in the shoot developmental plasticity towards variations in water availability in poplar, a model tree. For this purpose, the methylome of non condensed chromatin in Populus trichocarpa shoot apical meristem was characterized. Then, the impact of variations in water availability on shoot apex DNA methylation in different hybrids (P. × euramericana) was studied. Loci and gene networks affected by DNA methylation and expression changes were thus identified. This work showed that in shoot apical meristem, most of the genes was in non condensed chromatin state with DNA methylation in their body. A strong variation in DNA methylation depending on genotypes and water availability was highlighted. Moreover, correlations between trees growth and shoot apex DNA methylation levels were established. Lastly, DNA methylation changes in response to variations in water availability correlated to expression variations were identified for genomic loci and gene networks. Thus, the work performed during this thesis suggests a role for DNA methylation in poplar phenotypic plasticity in response to variations in water availability through the control of gene networks transcription in the shoot apical meristem.

L’optimisation de la biomasse produite par les taillis à courte rotation de peupliers représente un enjeu majeur pour la production de biocarburants de deuxième génération. Dans ce contexte, ce travail vise à faciliter le développement à court terme de nouvelles variétés clonales de peuplier permettant la production d’une ressource de qualité en s’intéressant plus particulièrement à l’architecture génétique de la résistance à la rouille foliaire et de la qualité du bois chez le peuplier noir (Populus nigra), espèce parente des hybrides cultivés. Des marqueurs SNP ont été développés à partir du séquençage de 665 fragments de gènes dans un panel de 21 individus. Ces derniers ont été associés à des marqueurs SSR et AFLP pour construire de nouvelles cartes génétiques sur une famille de 324 plein-frères clonés. Une technique de phénotypage à haut débit basée sur la spectrométrie à proche infrarouge a été développée pour prédire les teneurs en composés chimiques du bois ainsi que le rendement en saccharification. La mise en évidence d’une variabilité génétique importante pour l’ensemble des caractères a permis de cartographier les régions génomiques impliquées dans leur variation. Parmi les 11 QTL détectés pour la résistance, un QTL à effet majeur co-localise avec un QTL majeur associé à la résistance à la rouille foliaire du saule. Pour la qualité du bois, 15 QTL à effet faible à moyen ont été détectés, dont un cartographié sur le chromosome XIII qui colocalise avec des QTL précédemment identifiés chez le peuplier pour les teneurs en sucres et en lignines. Ce travail de thèse ouvre des perspectives d’identification de gènes sous-jacents aux QTL par génétique d’association. / Improvement of lignocellulosic resources from poplar short rotation coppices is a major challenge for the production of second generation biofuels. In this context, the present work aims at optimizing short term creation and deployment of improved poplar clonal varieties through the dissection of genetic control of both leaf rust resistance and wood quality in black poplar (Populus nigra), one of the parental species of cultivated hybrids. SNP markers have been developed from the resequencing of 665 gene fragments in a discovery panel of 21 individuals. These markers were combined with SSRs and AFLPs to build new genetic maps in a pedigree composed of 324 cloned full-sibs. High throughput phenotyping based on near infrared spectroscopy has been used to predict wood chemical contents and saccharification yield. High genetic variability expressed in all traits allowed the identification of genomic regions controlling this variation. Of the 11 QTL mapped for resistance, one major QTL co-localized with a major QTL previously detected for leaf rust resistance in willow. For wood quality, 15 QTL with low to moderate effect have been identified. Interestingly, one QTL mapped on chromosome XIII and colocalized with sugar and lignin contents QTL previously detected in poplar. Present results open perspectives towards the identification of candidate genes underlying the detected QTL through association genetics.

<p>Cilj ove doktorske disertacije predstavljalo je ispitivanje uticaja vodnog stresa izazvanog&nbsp; sa polietilen glikolom (PEG)&nbsp; 6000 na biohemijske osobine klonova topole. Reznice tri klona topole (M-1, B-229 i PE19/66) su hidroponski gajene i izložene 100 mOsm i 200 mOsm PEG 6000&nbsp; tokom &scaron;est dana. Nakon tretmana u kontrolnim i stresiranim<br />biljkama su&nbsp; ispitane promene aktivnosti antioksidantnih enzima,&nbsp; aktivnost dva<br />enzimska markera polifenolnog metabolizma, fenolni profil, antioksidantna aktivnost, kao i sadržaj prolina i glicin betaina&nbsp; (GB). Takođe, ispitan je biohemijski odgovor kulture tkiva klona M-1 na vodni stres izazvan sa PEG 6000.</p><p>U oba eksperimenta uočeno je da je akumulacija prolina i GB u uslovima vodnog stresa izazvanog sa PEG 6000&nbsp;najvažnija strategija u otpornosti na stres i prevazilaženju vodnog deficita, tako da se&nbsp;ovi parametri mogu definisati kao najbolji indikatori otpornosti topole na su&scaron;u.</p><p>Rezultati ovog istraživanjaupotpunjavaju saznanja o povezanosti oksidativnog stresa uzrokovanog vodnim stresom sa antioksidantnim odgovorom, nivoom o&scaron;tećenja lipida i proteina, uključivanjem osmolita kao i promenama u polifenolnom profilu. Takođe, dobijeni rezultati su značajni za odabir klonova topola tolerantnih na vodni stres&nbsp; i&nbsp; za<br />po&scaron;umljavanje su&scaron;nih stani&scaron;ta, kojih će biti sve vi&scaron;e usled negativnog uticaja klimatskih promena.</p> / <p>The aim of presented doctoral thesis was investigation of the impact of water deficit caused by polyethylene glycol (PEG) 6000 on biochemical features of poplar clones.&nbsp; During six days, cuttings of three poplar clones (M-1, B-229 and PE 19/66) were grown in hydroponics and subjected to 100 and 200 mOsm PEG 6000. Changes in the activity of antioxidant enzymes, polyphenol characterization, two enzymatic markers of polyphenol metabolism, antioxidant capacity, as well as proline and glycine betaine content were investigated in stressed plants. Furthermore,&nbsp; assessment of&nbsp; biochemical response of poplar clone M-1 tissue culture to water stress induced by PEG 6000 was performed.</p><p>In both experiments, the most important strategy for stress resistance and overcoming water deficiency was accumulation of proline and glycine betaine so these parameters can be defined as the best indicators of poplar resistance to drought.</p><p>The results of this study complete&nbsp; the findings on the oxidative stress caused by water stress&nbsp; and their relationship with the antioxidant response, the level of lipid andprotein damage, accumulation of the osmolites and changes in the polyphenol profile. Also, the obtained results may be important for the selection of poplar clones resistant to water stress and for afforestation in arid sites, which appeared to be more numerous due to the effects of&nbsp; global climate change.</p>

The interest in renewables for energy has increased in the last 2-3 decades because of the negative environmental impact caused by the burning of fossil fuels, the raising prices of traditional fuels, the dependence on foreign oil, and the decrease in fossil fuels resources. Biomass energy represents one of the most promising alternatives. Many studies worldwide were devoted to investigate growth and yield of short rotation forestry plantations for energetic use and several empirical and process-based models were developed to predict the potential production of biomass. The current work was concentrated on modelling site productivity (potential of biomass production) of specific poplar clones planted on arable Saxon land under different stocking densities. Empirical data collected from several experimental areas were used. Site productivity has been predicted depending on stand age and site variables using a two-step model. In step one age and site variables were used to model stand dominant height and in step two the constructed dominant height was involved with stocking density to predict stand oven dried biomass. Depending on data availability the model was parameterized for four different groups of poplar clones: Androscoggin (clone Androscoggin), Matrix (Matrix and hybrid 275), Max (Max 1 …Max 5) and Münden (clone Münden). Both stand dominant height and stand dry biomass were modelled for ages 2 – 9 years for clone groups: Matrix and Max and for ages 2 – 7 years for clone groups: Androscoggin and Münden. The model has been tested and validated using several statistical and graphical methods. The relative bias (ē %) in the dominant height estimates ranged between 0.5 % &amp;gt; ē % &amp;gt; - 0.5 % in all clone groups and had a maximum bias of 10.41 % in stand biomass estimates. Model accuracy (mx %) in the dominant height estimates ranged between 12.25 and 17.56 % and between 8.05 and 27.32 % in stand biomass estimates. Two different scenarios were presented to show the potential of biomass that can be produced from poplar plantations on arable and former fallow Saxon lands at different stocking densities. ArcGIS has been used to visualize model application results. In order to produce a mean annual increment ≥ 8 [dry t/ha/a] from poplar plantations (Max group) for more than 50 % of arable or former fallow lands in the first rotation at least 9 years are required under stocking density of 4000 stems/ha and 7 years for both stocking densities 8333 and 10,000 stems/ha. / Die Nachfrage nach Holz für energetische Zwecke nimmt in Deutschland und ganz Europa zu. Um diesen Bedarf künftig besser befriedigen zu können, müssen verstärkt Ressourcen aus verschiedenen Quellen wie z. B. Holz aus Niederwäldern oder Durchforstungsreserven im Hochwald mobilisiert und ergänzend Holz in Kurzumtriebsflächen produziert werden (Guericke, M. 2006). Ziel dieser Arbeit war es, das Ertragspotential von Pappelklonen in Kurzumtriebsplantagen unterschiedlicher Baumdichte auf sächsischen Ackerflächen zu untersuchen. Hierzu wurden die potentiellen Erträge anhand empirischer, auf verschiedenen Versuchsflächen erhobener Daten modelliert. Zur Schätzung des Ertragspotentials wurde ein zweistufiges Modell entwickelt: Im ersten Schritt erfolgte die Modellierung der Oberhöhe eines Bestandes (ho, m) in Abhängigkeit von Bestandesalter und Standortfaktoren unter Verwendung einer multiplen linearen Regressionsanalyse, dabei wurden Bestimmtheitsmaße (R²) von 0,975 bis 0,989 erreicht. In einem zweiten Schritt lässt sich dann der Biomassevorrat [tatro/ha/a] mittels nichtlinearer Regressionsanalyse durch die Bestandesoberhöhe schätzen. Das Bestimmtheitsmaß von R² ≥ 0,933 weist auch hier auf eine hohe Anpassungsgüte hin. Die Modellparametrisierung erfolgte für folgende vier Gruppen von Pappelklonen: • Max-Gruppe: Klone Max 1, Max 2, Max 3, Max 4 und Max 5, Altersbereich 2 – 9 Jahre, Baumdichten von 1150 – 13000 Stämmen/ha; • Matrix-Gruppe: Klon Matrix und Hybride 275, Altersbereich 2 – 9 Jahre, Baumdichte 1550 Stämme/ha; • Androscoggin-Gruppe: Klon Androscoggin, Altersbereich 2 – 7 Jahre, Baumdichte 1550 Stämme/ha; und • Münden-Gruppe: Klon Münden, Altersbereich 2 – 7 Jahre, Baumdichte 1550 Stämme/ha. Die Güte des Modells wurde mit Hilfe verschiedener statistischer Verfahren überprüft. Bei der Validierung anhand des Datensatzes, welcher für die Modellkonstruktion Verwendung fand, zeigte das Modell eine Verzerrung bzw. einen Bias von 0,5 % &amp;gt; ē % &amp;gt; - 0,5 % bei der Bestandesoberhöhenschätzung und einen maximalen Bias von 10,41 % bei der Schätzung der Bestandesbiomasse. Die Treffgenauigkeit (mx %) des Modells hingegen variierte zwischen 12,25 % und 17,56 % bzw. 8,05 und 27,32 % (bei Schätzung der Bestandesoberhöhe bzw. der Bestandesbiomasse). Zudem wies das Modell keinen systematischen Fehler zwischen den geschätzten und den realen Werten auf. Bei der Validierung mit einem unabhängigen Datensatz betrug die Treffgenauigkeit (mx %) für die Schätzung der Bestandsoberhöhe und des Biomassevorrates 15,72 bzw. 26,68 %. Um das Ertragspotenzial von Pappelplantagen für die gesamte sächsische Ackerfläche bzw. die gesamte ehemalige Stilllegungsfläche zu bestimmen, wurden die zu Schätzung erforderlichen Standortvariablen auf Gemeindebasis kalkuliert, mittels ArcGIS dargestellt sowie Simulationsrechungen für verschiedene Bestandsdichten vorgenommen und ebenfalls visualisiert. Den Ergebnissen der Simulationsrechnungen zufolge wäre bei einer Stammzahl von 4000 N/ha eine Rotationslänge von 9 Jahren, bei 8333 bis 10.000 N/ha von 7 Jahren erforderlich, um einen durchschnittlichen Gesamtzuwachs (dGz) von ≥ 8 [tatro/ha/a] auf mehr als 50 % der sächsischen Ackerflächen bzw. ehemaligen Stilllegungsflächen in erster Rotation zu erreichen. Würde die gesamte ehemalige sächsische Stilllegungsfläche mit einer Baumdichte von 10.000 Stämmen/ha bepflanzt werden, könnten Pappelplantagen im Alter 9 einen dGz von 520.000 [tatro/a] (entsprechend 250.000 Kubikmeter Diesel) erreichen. Bei Bestockung aller sächsischen Ackerflächen würde sich der Ertrag auf bis zu 9.087.000 [tatro/a] (entsprechend 4.367.000 Kubikmeter Diesel) erhöhen.