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Pappelsorten (Populus) für den Anbau in Kurzumtriebsplantagen sollten neben einer hohen Biomasseproduktion und der Vermehrbarkeit über Steckhölzer auch Trockentoleranz aufweisen. Trockenheit stellt einen wichtigen abiotischen Stressor dar, der das Wachstum der Pflanze, ihre Vitalität und ihre Produktivität negativ beeinflussen kann. Polyploide Sorten von Getreidepflanzen (Triticum), krautigen Pflanzen (Lonicera, Spathiphyllum und Nicotiana) aber auch Baumarten (Betula) zeigen eine höhere Toleranz gegenüber Stress, wie z.B. Trockenstress, im Vergleich zu Sorten mit niedrigerem Ploidiegrad. Hybridaspen Populus tremula (L.) x P. tremuloides (Michx.) der Sektion Populus können auch auf Grenzertragsböden ökonomische Zuwächse verzeichnen, auf denen andere Baumarten ausfallen. Den Hybridaspen fehlt allerdings die Vermehrbarkeit über Steckhölzer. Anderen Pappelarten der Sektionen Tacamahaca und Aigeiros wie beispielsweise P. nigra (L.) and P. trichocarpa (Torr. & Gray) x P. deltoides (Bartram ex Marsh) zeigen diese entscheidende Eigenschaft. Da Kreuzungen zwischen den Sektionen Populus und Tacamahaca oder Aigeiros auf natürlichem Weg schwierig sind, wurde die Methode der somatischen Hybridisierung eingesetzt. Der Klon P. tremula x P. tremuloides ('Münden 2') wurden als ein Fusionspartner und einer der Klone P. x canescens (INRA clone No. 717 1‑B4), P. nigra oder P. trichocarpa x P. deltoides (B19) als zweiter Fusionspartner in Hybridisierungsexperimenten verwendet. Blattmorphologisch und durch Mikrosatellitenanalysen konnten die erhaltenen Fusionsprodukte dem Ausgangsklon P. tremula x P. tremuloides ('Münden 2') zugeordnet werden, wiesen dabei aber einen tetraploiden Chromosomensatz auf. In der vorliegenden Dissertation war das zentrale Ziel, Trockenstressreaktionen tetraploider Hybridaspenlinien (HAL) im Vergleich zur diploiden Ausgangslinie P. tremula x P. tremuloides ('Münden 2') zu untersuchen. Dazu wurden die folgenden Fragen aufgestellt. (i) Sind die tetraploiden HAL dem diploiden Ausgangsklon unter Trockenheit überlegen z.B. hinsichtlich des Wasserverbrauchs und des Verwelkungs- und Vertrocknungszeitpunktes der Blätter? (ii) Unterscheiden sich die tetraploiden HAL von dem diploiden Ausgangklon in morphologischen Ausprägungen wie beispielsweise der Stomatamorphologie, der Höhe, der Biomasse und der Gesamtblattfläche? (iii) Ist die höhere Trockentoleranz der tetraploiden HAL durch den erhöhten Ploidiegrad verursacht? (iv) Zeigen die tetraploiden HAL unter Trockenstress früh physiologische Veränderungen im Kohlenhydratgehalt, dem relativen Blattwassergehalt und der stomatären Leitfähigkeit? (v) Gibt es genetische Modifikationen abgesehen von der Tetraploidie wie z.B. Duplikationen und Deletionen, die eventuell Einfluss auf das Trockensressverhalten haben könnten? In einem ersten Experiment wurden vier tetraploide HAL untersucht. Zwei HAL zeigten einen geringeren Wasserverbrauch und drei HAL eine spätere Verwelkung als der diploide Ausgangsklon. Außerdem entwickelten die tetraploiden HAL eine geringere Stomatadichte, größere Stomata und eine vergleichbare oder geringere Höhe, Biomasse und Gesamtblattfläche im Vergleich zum diploiden Ausgangsklon. Das zweite Experiment wurde mit vier diploiden und 16 weiteren tetraploiden HAL durchgeführt. Auch die diploiden Linien stammten aus Protoplastenfusions-experimenten. Die tetraploiden HAL wiesen im Mittel eine höhere Überlebensrate als die diploiden HAL auf, entwickelten aber durchdschnittlich ein geringeres Höhenwachstum. Unter Berücksichtigung der Höhe verwelkten 11 tetraploide, aber keine diploide HAL später als der diploide Ausgangsklon. In einem dritten Experiment wurden zwei Linien aus dem zweiten Experiment ausgewählt, die vergleichbares Höhenwachstum zeigten, aber später verwelkten als der diploide Ausgangklon. Es wurden physiologische Merkmale wie der Wasserverbrauch und der Verwelkungszeitpunkt der Blätter beobachtet und der relative Blattwassergehalt, die stomatäre Leitfähigkeit und der Kohlenhydratgehalt in einer Zeitreihe untersucht. Geringerer Wasserverbrauch im Vergleich zum diploiden Ausgangsklon konnte in beiden tetraploiden HAL gezeigt werden. Diese Beobachtung deckt sich mit dem höheren relativen Bodenwassergehalt der tetraploiden HAL im Vergleich zum diploiden Ausgangsklon. Insgesamt spricht das für geringeren Trockenstress in den tetraploiden HAL. Auf der anderen Seite sollte ein geringerer Wasserverbrauch auch eine geringere stomatäre Leitfähigkeit nach sich ziehen. Dies war in den tetraploiden HAL nicht durchgehend der Fall. Relativ zur Kontrolle konnten die tetraploiden Linien aber eine höhere stomatäre Leitfähigkeit bei Bodenwassergehalten aufrechterhalten, bei denen die diploide Ausgangslinie bereits ihre Stomata geschlossen hatte. Dies weist ebenfalls auf eine höhere Trockentoleranz der tetraploiden HAL hin. Genetische Modifikationen wie beispielsweise Duplikationen und Deletionen wurden mit Hilfe von “copy number variation”(“Kopienzahlvariation”)-Analysen an drei tetraploiden HAL und der diploiden Ausgangslinie durchgeführt. Die drei tetraploiden Linien zeigten vergleichbares Höhenwachstum, aber spätere Verwelkung als die diploide Ausgangslinie. Bei dieser Analyse konnten nur drei Segmente detektiert werden, die bei allen drei tetraploiden HAL im Vergleich zum diploiden Ausgangsklon verändert vorlagen. Die putativen Gene der detektierten Segmente wiesen keine Annotation auf. Eine der drei tetraploiden HAL zeigte eine hohe Anzahl von 90 Segmenten, die hier aber weder in dem diploiden Ausgangsklon noch in den beiden anderen tetraploiden Linien erhöht vorlagen. Diese Linie zeigte zwar eine höhere Trockentoleranz als der diploide Ausgangsklon, aber nicht gegenüber der anderen untersuchten tetraploiden HAL (Experiment 3). Beide tetraploiden HAL waren bezüglich des Wasserverbrauchs, des Verwelkungszeitpunktes und der stomatären Leitfähigkeit ähnlich. Dies lässt vermuten, dass die Trockentoleranz durch die Tetraploidie und nicht durch weitere genetische Modifikationen bedingt ist. Trotzdem ist eine weiterführende funktionelle Untersuchung der drei Segmente, die in allen tetraploiden HAL verändert auftraten, sinnvoll, da auch hier ein trockenrelevantes Gen verändert sein könnte. Um eine Relevanz der putativen Gene bezüglich Trockenheit zu testen, könnte zukünftig das Verhalten von Knock-out-Mutanten, denen die entsprechende Sequenz fehlt, unter Trockenstress untersucht werden. Abschließend ist zu bemerken, dass neben den hier untersuchten HAL mehrere hundert Fusionsprodukte in einem Verbundprojekt genetisch charakterisiert wurden. Die Heterofusionsfrequenz war äußerst gering und die Hybriden waren bereits in der in vitro Phase nicht überlebensfähig. Geringe Heterofusionsfrequenz wurde beteits in anderen Arten beobachtet (Cyclamen, Brassicaceae, Fabaceae, Poaceae, Solanaceae). Da in dieser Dissertation nur Homofusionslinien verwendet wurden, wurde die Vermehrbarkeit über Steckhölzer nicht getestet, sondern der Fokus auf das Trockenstressverhalten der tetraploiden Homofusionslinien gelegt. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass veränderte morphologische Ausprägungen und eine höhere Trockentoleranz in den HAL mit erhöhten Ploidiegrad auftraten. Dies prädestiniert die tetraploiden Linien für Standorte, an denen Wasser als limitierender Faktor auftritt und hohe Ausfallraten durch Dürre erwartet werden.

Biomass produced from perennial energy crops, Miscanthus and willow or poplar grown as short-rotation coppice, is expected to contribute to UK renewable energy targets and reduce the carbon intensity of energy production. The UK Government has had incentives in place, targeting farmers and power plant investors to develop this market, but growth has been slower than anticipated. Market expansion requires farmers to select to grow these crops, and the construction of facilities, such as biomass power plants, to consume them. Farmer behaviour and preferences, including risk-aversion, are believed to be important to crop selection decisions. Existing research estimating the total potential resource has either only simplistically considered the farmer decision-making and opportunity costs, or has not considered spatial variability. No previous work has modelled the contingent interaction of farmers’ decisions with the construction of biomass facilities. This thesis provides an improved understanding of the behaviour of the perennial energy crop market in the UK, by addressing these limitations, to understand the spatial and temporal dynamics of energy crop adoption. It attempts to determine the factors that govern the rate and level of adoption, to quantify the greenhouse gas abatement potential, and to assess the cost effectiveness of policy mechanisms. A farm-scale mathematical programming model was implemented to represent the crop selection of a risk-averse farmer. This was applied using spatially specific data to produce maps and cost curves economic supply, for the UK. To represent the contingent interaction of supply and demand within the market, an agent-based model was then developed. The results indicate that perennial energy crop supply may be substantially lower than previously predicted, due to the time lags caused by the spatial diffusion of farmer adoption. The model shows time lags of 20 years, which is supported empirically by the analogue of oilseed rape adoption. Results from integrating a greenhouse gas emissions balance shows that directly supporting farmers, via establishment grants, can increase both the carbon equivalent emissions abatement potential and cost effectiveness of policy measure. Results also show a minimum cost of carbon abatement is produced from scenarios with an intermediate level of electricity generation subsidy. This suggests that there is a level of support for electricity generated from energy crops that reduces emissions in the most cost effective manner.

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With the increase in human demands for energy, purpose-grown woody crops could be part of the global renewable energy solution, especially in geographical regions where plantation forestry is feasible and economically significant. However, up to now, it is still a challenging task to accurately and rapidly estimate forest biomass. Various solutions have been developed for estimating forest biomass. As we know, the only way to measure forest biomass implies directly cutting and weighing the mass of all trees in a plot. Unfortunately, the measurements of national-wide forest biomass cannot be conducted now due to restrictions like labor cost, non-destructive measurement requirements, etc. Meanwhile, obtaining permission to fell trees only for scientific purposes in China is difficult. Therefore, in my study, biomass is defined as the aboveground volume of trees as well as stands. Collecting this information at a national scale has been difficult for China because the data are scarce. The forest biomass inventory in some regions of China was designed to use available inventory data, especially volume, to derive biomass estimates. So volume-derived biomass methods have been applied in estimating forest biomass conventionally. In many research sites of my study, only the volume-related information is available in the forest inventory, which requires the volume-based method to understand the biomass yield in practice. Also, many forest scientists use volume-based models and conversion factors (e. g. from a wood density database) to derive the actual forest biomass arithmetically. Therefore, the output of a volume-based model may support many other calculations relevant to the evaluation of tree growth, potential productivity, and carbon stock. There are relatively few studies on biomass models of Short Rotation Forest(SRF) in China, and there is a lack of a general SRF biomass model. Therefore, we carried out a broad survey and critical review of all data from the different regions in China and formed a normalized tree biomass dataset for China. Based on these reasons, the biomass simulation of poplar plantations was carried out. The growth mechanism of SRF was studied on the stand scale. The influence of climate conditions and stand density on tree growth was discussed to achieve a breakthrough in scientific research at the model level. A general SRF biomass model based on growth conditions and planting density was established based on the stand height growth equation. We can summarize the research objectives as follows： ◆To find the influencing factors on the growth of short rotation poplar plantations ◆To find the relationship between biomass and tree height in short rotation poplar plantations ◆Construction and validation of tree height model of short rotation poplar plantations ◆Construction and validation of biomass model of short rotation poplar plantations

Land use change is a major driver of species loss worldwide, the extent and intensity of agricultural land use poses particular pressures for biodiversity and the ecosystem services it provides. In recent years, agroecosystems have seen the introduction of 2nd generation bioenergy crops in order to tackle anthropogenic climate change, providing a renewable alternative to fossil fuels. In this thesis I study the impact of cultivating two commercial perennial energy crops (PECs), Miscanthus x giganteus and willow short-rotation coppice, when compared to the cereal crops they replace. I investigate processes relevant to the provisioning of pollination and decomposition services and explore patterns of soil element bioaccessibility alongside analyses of the similarity and diversity of soil bacterial communities. When compared to cereals, I find a consistent increase in pollinator (hoverfly, bumblebee and butterfly/moth) wildflower visitation in the margins of willow but not Miscanthus. In Miscanthus, opposing trends arose for different pollinator taxa: butterflies/moths were more frequent flower visitors in Miscanthus margins than cereal margins, while hoverfly flower visits were most frequent in cereal margins. Furthermore, the availability of margin wildflowers was enhanced in willow but not Miscanthus and the seed set of margin phytometers was similar between Miscanthus and cereals. Cultivation of willow, in particular, may therefore yield local conservation benefits for both wildflowers and pollinators. However, there was no evidence for enhancement of pollinator activity in cereals adjacent to either PEC, indicating that the strategic cultivation of these crops is unlikely to enhance pollinator service provision in the wider agri-environment. For investigated soil elements, bioaccessibility in PECs did not differ significantly to cereal controls, and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) revealed no difference in the diversity of bacterial communities. Similarly, DGGE fingerprint patterns did not indicate the development of crop specific assemblages, demonstrating that the mobility of soil elements and structure of bacterial communities were principally determined by factors other than the identity of the crop cultivated. Investigation of meso-microfaunal decomposition rates in Miscanthus using litter bags demonstrated an impact on decomposition processes, with a significant increase in winter decomposition rates in the PEC when compared to cereals.

Bei dem Begang einer Kurzumtriebsplantage bei Großschirma (Sachsen) im August 2011 fiel in einem 500 m x 25 m breiten Streifen der Sorte Max 4 starker Fraß durch Blattwespenlarven auf. Andere Sorten waren nur an den Randbereichen zu Max betroffen. Die Blattwespen hatten, von unten beginnend, 50 % bis 70 % der dreijährigen Pappeltriebe kahl gefressen. Der Hymenoptera-Experte Dr. A. Taeger vom Senkenberg-Institut in Müncheberg bestimmte die Art als Nematus papillosus (Retzius, 1783) (Syn. Nematus melanapsis Hartig 1840). 2012 breitete sich die Massenvermehrung rasch auf angrenzende Flächen aus und führte dort, vor allem in einem Mutterquartier, zu erheblichen Schäden.

Thesis is concerned with relation of usable energy and space as it's widely spread source. For this purpose are introduced not only a few indicators suitable to energy management description, but also principles of environmental assessment thinking are expained, as these help to distinguish the really sustainable ways of deriving energy from space. As examples of energy-from-space extraction are introduced photovoltaics, liquid biofuels and fast growing energy plants. After a brief entry to heat supply problematics, focus is remains on a simple case study: quantifying relationship between local heat demand and local potential production of solid biomass from short rotation coppice. This so far rather hypothetic relation is examined at the municipal level, while Central and South Bohemia regions are the target area. Soil characteristics and population census data (2001) about residental habitats are used.

Worldwide there is an increasing demand of natural resources. In future, non renewable resources get substituted by renewable resources in the energetic sector as well as in the material sector. That implies a stronger usage of renewable resources especially - wood. In 2009 there was a usage of 77 million cubic meters of wood for material applications and a quantity of 55 million cubic meters for energetic applications in Germany alone. Furthermore, there is an increasing demand on wood for energetic purposes. In 2007 this problematic development led to the first supply bottlenecks. To meet the increasing demands of the future, Short Rotation Coppices (SRC) can help to improve the wood provision. An SRC is a planting of fast growing coppice on agricultural areas, which is managed more intensively than usual forestry practices for a quicker production of wooden biomass. With a comparative LCA of conventional wood and wood from SRC the present study evaluates if wood from SRC is reasonable to cover the increasing demand of wood for material and energetic purposes in an environmental friendly way. A comprehensive literature research regarding LCAs of wood and wooden products shows that there are no previous studies comparing the two types of wood. Hence, the present study examines a particleboard production as the material scenario and the combustion of woodchips in a firing system as the energetic scenario to compare the ecological advantages and disadvantages of wood from SRC and conventional wood. The LCA is implemented with the Gabi software designed by PE International. Data is obtained from previous LCA studies evaluating the production of wood, the particleboard production and the combustion of wood. Additionally, data from the Ecoinvent database is used. Functional units are the production of 1m3 particleboard and the production of 1 MJ of thermal energy. The LCIA is implemented with the “Ecoindicator” as endpoint- and “CML 2001” as midpoint approach to cover broad range of environmental issues. Moreover a sensitivity analyses shows the impact of decisive variables on the results of “Ecoindicator” and “CML 2001”. Results reveal that outcomes of the LCIA are dependent of the assessment method and the processed part of trees from conventional forestry. The present study shows, that with an efficient land use, wood from SRC can help to cover the increasing demand of wood for material and energetic purposes in a sustainable way. However, an immediate usage of wood for energetic purposes has to be seen critical. Instead, a cascaded and sustainable utilization of wood is recommendable to counteract climate change and to improve the efficient use of the renew-able resource - “wood”.