Grünlandfutter mit einem hohen Ertrag und gutem Futterwert ist eine Grundvoraussetzung für die effiziente Produktion von wiederkäuenden Nutztieren. Im Zuge des prognostizierten Klimawandels werden sich die Niederschlagsmuster ändern und das Auftreten von Extremwetterereignissen, wie temporärer Trockenheit, wird sich erhöhen. Besonders produktives Grünland benötigt aber eine ausreichende und regelmäßige Wasserversorgung während der Wachstumsperiode. Deshalb werden die Futterproduktion von Grünland, die Ertragsstabilität und der Futterwert von temporärer Trockenheit beeinflusst werden. Aus diesem Grund sind Anpassungsstrategien nötig, um eine zukünftige und nachhaltige Grünlandfuttererzeugung zu sichern. Erhöhte pflanzliche Biodiversität wird oft als Möglichkeit angesehen, Funktionen von Ökosystemen, wie Produktivität und Futterwert, im Grünland zu verbessern. Es gibt eine fortlaufende Diskussion wie eine erhöhte Artenzahl auf Stress, besonders Trockenstress, reagiert und wie dabei Produktivität, Futterwert und Wassernutzung beeinflusst werden. Andere Untersuchungen zeigten, dass Artidentität und die Zusammensetzung der funktionellen Gruppen wichtige Faktoren für Produktivität und Futterwert sind. Auf Grund dessen haben wir von Juli 2009 bis Juni 2011 ein Trockenstressexperiment in einer Vegetationshalle durchgeführt. Verschiedene temporäre Trockenstressereignisse wurden in drei Aufwüchsen in zwei Vegetationsperioden durchgeführt. Die klimatischen Verhältnisse in der Vegetationshalle folgten normalen saisonalen Verläufen mit Frost im Winter und höheren Temperaturen im Sommer. Trockenstress wurde induziert, indem, nach einer anfänglichen Bewässerung, die Wasserversorgung für einen bestimmten Zeitraum eingestellt wurde. Die Wasserverfügbarkeit des Bodens konnte dabei immer kontrolliert werden. Für das Experiment wählten wir ertragsstarke und landwirtschaftlich nutzbare Arten des Grünlands der gemäßigten Zonen aus. Die Arten wurden in Monokultur und Drei- sowie Fünfartenmischungen gesät und enthielten die funktionellen Gruppen Leguminose (Trifolium repens L.), Gras (Lolium perenne L., Dactylis glomerata L.) und Kraut (Plantago lanceolata L., Taraxacum officinale F.H. Wigg. agg.). Der von uns gewählt Umfang der Artenzahl zeigte schon in anderen Biodiversitätsexperimenten einen Einfluss auf die Produktion. Untersucht wurden die Effekte von Artenzahl und funktionellen Gruppen auf Ertrag, Ertragsstabilität, Wassernutzung und Futterwert (Rohprotein, wasserlösliche Kohlenhydrate, neutrale und saure Detergenzienfasern). Als Indikatoren für die Ertragsentwicklung und die agronomische Wassernutzungseffizienz (Verhältnis von Ertrag zu Wasserverbrauch) dienten der Stickstoffertrag und die Stickstoffkonzentration der Bestände sowie δ13C Signaturen, sowohl mit unlimitierter Wasserversorgung als auch mit Trockenstress. Überdies führten wir 2009 ein Kurzzeitfeldexperiment auf einem alten Grünlandbestand auf dem Versuchsgut der Universität Göttingen in Reliehausen durch. In diesem Versuch wurde ebenso der Einfluss von Trockenstress und Artenzahl auf den Ertrag und die Wassernutzung untersucht. Unsere Daten zeigten, dass Trockenstress die Produktivität verringert und die Wassernutzung beeinflusst, beides abhängig von der Stärke des Stresses. Bei moderatem Stress war die agronomische Wassernutzungseffizienz unverändert oder stieg leicht an, bei starkem Stress verringerte sie sich jedoch. Der Stickstoffertrag und die Stickstoffkonzentration waren brauchbare Indikatoren für die agronomische Wassernutzungseffizienz, wohingegen δ13C weniger geeignet war. Die agronomische Wassernutzungseffizienz wurde von Stickstoff erhöht. Es gab keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss von Trockenstress auf den Futterwert. Saisonale Effekte hatten mehr Einfluss auf den Futterwert. Allgemein scheint der Ertragsrückgang wichtiger als die Veränderungen des Futterwerts zu sein. Die Artenzahl beeinflusste den Futterwert und die Ertragsstabilität über die Vegetationsperiode nicht. Mit Hilfe des “sampling effect“ (Probennahmeeffekt) können der manchmal positive Einfluss der Artenzahl auf den Ertrag und die agronomische Wassernutzungseffizienz und der Rückgang dieses Einflusses unter Trockenheit erklärt werden. Mit erhöhter Artenzahl stieg der Anteil der leistungsfähigen, aber trockenheitssensitiven Leguminose. Weiterhin gab es einen Hinweis, dass die Artenzahl die Geschwindigkeit des Wasserverbrauchs erhöht. Die Ergebnisse des Feldexperiments bekräftigten die Befunde bezüglich der Effekte des Trockenstresses, des Ertrages und der Wassernutzung. Aus diesen Gründen kann die „insurance hypothesis“ (Versicherungshypothese), die besagt, dass eine erhöhte Artenzahl Ökosystemfunktionen gegenüber Umweltveränderungen stabilisieren kann, nicht bestätigt werden. Jedoch waren die funktionellen Gruppen wichtige und bestimmende Faktoren der Leistung unter nicht Wasser limitierten Bedingungen und Trockenstress. Die Leguminose hatte besonders auf Ertrag, agronomische Wassernutzungseffizienz und Rohprotein einen positiven Einfluss, jedoch erhöhte sie auch den Wasserverbrauch und die saisonale Variabilität. Gräser stabilisierten den Ertrag und den Wasserverbrauch und erhöhten die wasserlöslichen Kohlenhydrate sowie die Faserfraktionen, während sie den Ertrag und die agronomische Wassernutzungseffizienz unter den stickstofflimitierten Bedingungen unseres Experiments verringerten. Die funktionelle Gruppe Kräuter zeigte ähnliche Ergebnisse bezüglich Ertrag und Wassernutzung, aber sie erhöhte das Rohprotein. Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass die vorhergesagte Zunahme von Trockenstressereignissen die Produktion reduzieren und die Wassernutzung ändern wird. Änderungen im Futterwert werden dabei weniger wichtig als der Ertragsrückgang sein. Für die Produktion, die Wassernutzung und den Futterwert wird die Artenanzahl weniger relevant sein als die funktionelle Zusammensetzung von Grünland. Deshalb wird eine angepasste Grasnarbenzusammensetzung für die Sicherung der Produktion von wiederkäuenden Nutztieren unter den Bedingungen des erwarteten Klimawandels Bedeutung erlangen.

Made available in DSpace on 2016-12-08T16:44:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGPV09MA042.pdf: 353135 bytes, checksum: f6e276c764d17f2d788c1c6b5cd1e088 (MD5) Previous issue date: 2009-02-05 / The objective of this study was to evaluate the tolerance of Eucalyptus dunnii Maiden, E. benthamii Maiden & Cambage, E. grandis W. Hill ex Maiden e E. saligna Sm., to low temperature (LT&#8325;&#8320;) of seedings when submitted to diferente rustification periods, using as cold tolerance indicators the contentes of total soluble carbohydrates and proline in the leaves. The work was carried out in the Plant Physiology Laboratory of the Agricultural and Veterinary Sciences Center of the University of Santa Catarona State UDESC. Two experiments were performed using a randomized block design. On the first experimente, (clone K-1007) Eucalyptus dunnii seedlings were submitted to diferente periods rustification (0,7,21 and 42 days) and after each rustification period, the seedling were exposed to diferente sub-zero temperatures (-2°, -4°, -6° and -8°C). On the second experimente, seedlings of species Eucalyprtus dunnii (clone KF 09), E. benthamii (clone ARV 116), E. grandis (clone 360 ) and E. saligna (clone 2864) were submitted to two rustification periods (0 and 21 days) and after each rustification period, the seedlings were exposed to three sub-zero temperatures (-2°, -5° and -8°C). In the both experiments the rustification was performed under a regime of daily and night temperatures of 1°C and 5°C, respectively, with photoperiod of 12h. were evaluated the concentrations of total soluble carvohydrates and proline in the leaves, the LT&#8325;&#8320;, the electric conductivity, and the damage index. The data were submitted to analysis of variance followed by the linear regression analysis, Pearson s correlation and in the experimente 2, as well as, to the Test of Tukey (p<0.05). the data obtained on the first experimente with E. dunnii, showed na invrease in the tolerance of this species to low temperatures with increase of leaf contentes of total soluble carbohydrates when submittedmto a rustification period up to 35 days. It was also observed that there is a relationship between the cold tolerance and the increase of leaf total soluble carbohydrates. On the second experimente, diferences were observed between the species regarding to the cold tolerance. The E. dunnii and E. benthamii presented a higher cold tolerance followed by the E. saligna and E. grandis. However, in all the species studied, it was observed a good relationship between to cold tolertance (lower LT&#8325;&#8320;) with the rustification period and that tolerance was correlated to the increase in the leaf contentes of total soluble carbohydrates. The presence of proline in the leaf tissues was found only in the plants of E. dunnii on first experimente and there was no increase within the rustification period. In both experiments it was not observed any relationship between the leaf proline contente and cold tolerance. It was concluded that the increase of cold tolerance of eucalyptus species, in response to low temperature of the plants, was mostrly due to the increase of total soluble carbohydrates in leaf contentes, rather than to the leaf proline contents / Objetivou-se com este trabalho avaliar a tolerância à baixa temperatura (LT50) em mudas das espécies de Eucalyptus dunnii Maiden, E. benthamii Maiden & Cambage, E. grandis W. Hill ex Maiden e E. saligna Sm., submetidas a diferentes períodos de rustificação, usando como indicadores de tolerância ao frio os teores foliares de carboidratos solúveis totais e prolina. Foram realizados dois experimentos, usando-se o delineamento experimental blocos ao acaso, no Laboratório de Fisiologia Vegetal do Centro de Ciências Agroveterinárias da Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC. No primeiro experimento, mudas de Eucalyptus dunnii (clone K-1007) foram submetidas a diferentes períodos de rustificação (0, 7, 21 e 42 dias) e após cada período de rustificação as mudas foram expostas a quatro gradientes de temperatura negativa (-2,-4,-6 e -8ºC). No segundo experimento, mudas das espécies de E. dunnii (clone KF 09), E. benthamii (clone ARV 116), E. grandis (clone 360) e E. saligna (clone 2864) foram submetidos a dois períodos de rustificação (0 e 21 dias), sendo que após cada período de rustificação as mudas foram expostas a três gradientes de temperatura negativa (-2,-5 e -8ºC). Em ambos os experimentos a rustificação foi realizada sob um regime de temperaturas diurnas e noturnas de 1ºC e 5ºC, respectivamente, com fotoperíodo de 12 horas. Foram avaliadas as concentrações foliares de carboidratos solúveis totais e de prolina, o LT50, através da condutividade elétrica, e o índice de dano. Os dados foram submetidos à análise da variância e após a análise de regressão linear, teste de correlação de Pearson e, no experimento 2, também ao teste de Tukey (p<0,05). Os dados obtidos no primeiro experimento, com E. dunnii, demonstram que ocorreu um aumento na tolerância desta espécie a baixas temperaturas observando-se um incremento nos teores foliares de carboidratos solúveis totais até 35 dias de rustificação. Também foi observado que existe uma relação entre a tolerância ao frio e o incremento nos teores foliares de carboidratos solúveis totais. No segundo experimento, houve diferenças entre espécies quanto à tolerância ao frio, sendo que as espécies E. dunnii e E. benthamii apresentaram maior tolerância ao frio seguido das espécies E. saligna e E. grandis. No entanto, em todas as espécies estudadas foi observada uma maior tolerância ao frio (menor LT50) das plantas submetidas à rustificação e que esta tolerância está associada ao incremento nos teores foliares de carboidratos solúveis totais. A presença de prolina nos tecidos foliares foi identificada apenas nas plantas de E. dunnii do primeiro experimento e não houve alteração na concentração com o aumento do período de rustificação. Em ambos os experimentos não foi observada correlação entre os teores foliaresde prolina com a tolerância ao frio. Conclui- e que o aumento da tolerância ao frio de espécies de Eucalyptus, em resposta à rustificação das plantas, deve-se em grande parte ao incremento nos teores foliares de carboidratos solúveis totais e não aos teores foliares de prolina

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When plants are exposed to multiple environmental stress factors, one form of stress can affect the response to another stress. This study used seedlings of a new cultivar of wheat(Triticum aestivum L. cv. 1862), grown under factorial combinations of two levels of ultraviolet-B (UV-B)radiation, two salinity regimes and two levels of iron treatment in chelator-buffered nutrient solutions in a growth chamber. A number of morphological and physiological measurements were made. The accumulation of chlorophyll, UVabsorbing compounds and proline in shoots, as well as phytosiderophores (PSs) in root exudates were measured. Feed value measurements included crude protein, water-soluble carbohydrates, acid detergent fibre and Fe in shoots and roots. After 21 days of stress exposure, results showed that Fe deficiency and NaCl stress generally decreased plant growth and function as well as nutritive value, but increased plant biochemical protection traits such as proline accumulation (16.3 fold under salinity stress) and release of PSs (2.4 fold under Fe deficiency). Interestingly, UV-B radiation affected belowground parameters, inducing a 47% reduction in PS release, together with decreasing root DM by 9% and Fe concentration in roots by 7%. When Fe deficiency and NaCl stress were combined, the results showed a decrease in PS release by 3.5 fold compared to unstressed plants. UV-B radiation synergistically increased UV-absorbing compound levels in combination with Fe deficiency, compared to plants grown under optimal Fe levels. This stress combination also resulted in a cumulative effect by decreasing Fe concentration in shoots and roots. However, salt stress did not interact with UV-B radiation for any of the traits measured. In addition, some three-way interactions were noted, with the Fe x NaCl x UV-B stress combination slightly decreasing PS release and resulting in a cumulative effect by decreasing Fe concentration in roots. In conclusion, this study found that aboveground stress factors such as UV-B can affect important aspects of belowground plant function, and that Fe deficiency can interact with UV-B and salinity stress in modifying plant responses to either stress alone.

En Europe, les prairies permanentes représentent l’une des principales formes d’utilisation des terres. La durabilité des services rendus par ces écosystèmes est étroitement liée à la structure et au fonctionnement des communautés végétales qui les composent. La stabilité des processus écosystémiques, sous l’impact des fluctuations environnementales, va alors dépendre des mécanismes de résistance et de récupération propres à ces communautés. Les risques d’apparition d’extrêmes climatiques liés à l’évolution du climat, rendent nécessaire une adaptation des agro-écosystèmes à cette fluctuation climatique accrue. Cela implique de mieux comprendre les mécanismes par lesquels la variabilité du climat influe sur le fonctionnement et la structure des communautés végétales, et comment les pratiques agricoles impactent ces réponses. Cette thèse à pour objectif d’évaluer la vulnérabilité des prairies permanentes à un extrême climatique combinant une canicule et une sécheresse, dans un contexte de changement climatique. Afin d’identifier et de caractériser les mécanismes intrinsèques de la résistance à la sécheresse des communautés végétales, une démarche expérimentale mobilisant les concepts de l’écologie fonctionnelle a été développée. Les effets de la variabilité climatique sur la structure (diversité, composition) et le fonctionnement des communautés végétales ont d’abord été analysés in situ pendant 3 ans, après simulation d’une canicule-sécheresse dans les conditions climatiques actuelles et sous climat modifié (réchauffement et réduction des précipitations). Pour évaluer l’influence de la gestion sur la réponse des communautés végétales aux perturbations climatiques, deux fréquences de fauches ont été appliquées. Ce travail présente l’originalité d’avoir étudié conjointement le fonctionnement aérien et souterrain de la végétation. Sont considérées la production de biomasse, la démographie et la durée de vie des racines, afin de déterminer le rôle du système racinaire dans la résistance et la récupération des communautés végétales après une canicule sécheresse. Nous montrons un effet direct de l’extrême climatique sur la sénescence aérienne et la croissance racinaire dans les deux régimes de fauches. En réponse à un déficit hydrique modéré, la stratégie d’évitement au stress par le maintien de la croissance racinaire a été favorisée par des fauches non fréquentes. A l’automne suivant, les précipitations ont permis un reverdissement rapide de la couverture végétale et la production de nouvelles racines. Une baisse significative de la production de biomasse aérienne annuelle sous climat modifié, et suite à l’application de l’extrême climatique, a été observée pendant les 3 années d’expérimentation. En revanche, la production racinaire n’a pas été significativement affectée. Néanmoins une acclimatation de la croissance racinaire a été mise en évidence un an après l’extrême, en particulier dans les communautés de fauches non fréquemment. Ces changements de fonctionnement aériens et souterrains peuvent s’expliquer en partie par des modifications de la composition botanique. De plus, en réponse aux perturbations climatiques, la mortalité racinaire a été interrompue. Ces résultats inattendus ont donc entrainé une augmentation de la durée de vie des racines et suggèrent un effet négatif sur le turnover racinaire et les cycles biogéochimiques. Une expérimentation complémentaire à l’étude in situ a été menée en conditions semicontrôlées pour déterminer les mécanismes intrinsèques de la résistance à la sécheresse de la prairie permanente. Des traits morphologiques et physiologiques, aériens et souterrains, ont été mesurés sur des monocultures de sept populations prairiales en conditions optimales, puis en conditions de sécheresse afin de caractériser leurs stratégies de survie. Les résultats ont mis en évidence le rôle du système racinaire dans la survie des plantes. (...) / In Europe, grassland is one of the dominant forms of land use. The sustainability of their environmental and ecological services is linked to plant community structure and functioning. Under climatic constraints, the stability of community functioning will depend on plant resistance and recovery mechanisms. Actually, increase in climate variability linked to climate change, is expected to lead to more frequent and more intense climate extremes.Therefore, it is necessary to adapt ecosystem management to climate variability increase. This imply to improve our knowledge on mechanisms by which climate drivers modify the structure and the functioning of plant community, and to determine how the agricultural practices affect these responses. Therefore, this study aimed to characterise vulnerability of perennial grassland to combined heat wave and severe drought and to determine mechanisms of plant community resistance to drought. For this, an experimental approach was developed based on the functional ecology concepts. The effect of climate variability on the structure (diversity and composition) and the functioning of plant community were first analyzed in situ during three years. Microclimate of the vegetation was manipulated to simulate warming, precipitation reduction, heat wave combined to severe drought. To analyse the role of grassland management in plant community responses to climate disturbances, two contrasted cutting frequencies were applied. This work has the originality to analyse both above- and below-ground processes of plant community. Thus, above- and below-ground biomass production, root demography and longevity were considered to determine the role of root system in resistance and recovery of plant community after a severe drought. In both cutting frequencies, our results showed direct effects of climate extreme on leaf senescence and root growth. However, in response to moderate water deficit, drought avoidance through maintenance of root growth was favoured by infrequent cutting frequency. After rehydration in the following autumn, canopy greenness and root growth rapidly recovered. Annual above-ground production was significantly decreased by climate change and climate extreme during the three years of the experiment. However no effect was observed on root production but acclimation of root growth was observed one year after the climate extreme, particularly under infrequent cuts. Plant community structure was significantly modified be climate disturbance and could explain change in community functioning. In addition, root mortality was surprisingly decreased in response to climate disturbance that consequently increases root longevity. These results suggest negative effects of climate disturbances on root turnover with lasting effects on nutrient cycles.To determine intrinsic mechanisms of plant community for drought resistance and recovery, an additional experiment was carried out in semi-controlled conditions. Therefore, morphological and physiological leaf and root traits were measured under full irrigation, moderate and severe drought on monocultures of seven perennial grassland populations to study plant functional strategies of drought survival. Roots were implicated in drought avoidance by maintaining water uptake and drought tolerance by accumulating sucrose and/or fructans. Morphological and physiological root traits were thus correlated to plant survivalafter drought. (...)

MSCAGR / Department of Animal Science