Forschungsschwerpunkte:

• Wasserhaushalt- und Photosynthese von Wüstenpflanzen
• CAM-Sukkulenten
• Ökophysiologie der Biologischen Kruste
• Photosynthese und Wasserhaushalt von Nutzpflanzen unter ariden Bedingungen

• BMBF - Projekt: Prozesse und Strukturen im Sanddünenökosystem (Negev-Israel)
• BMBF - Projekt: Optimierung der Wassernutzung unter ariden Bedingungen

In Wüsten ist Wasser der limitierende Faktor für das Wachstum und das Überleben der Pflanzen.
Im Sanddünenökosystem der nördlichen Negev (Israel) wird die räumliche und saisonale Variabilität des Wasserhaushaltes von dominanten Pflanzenarten (z. B. Thymelaea hirsuta, Anabasis articulata u.a.) erfaßt. Für die Messungen der Transpiration und des Netto-CO₂-Austauschs werden Gaswechselmeßsysteme und ein transportables Porometer der Firma Heinz Walz GmbH eingesetzt. Die Chlorophyllfluoreszenz-Messung (MINI-PAM) ergänzt die Messungen des CO₂-Gaswechsels. Eine erhöhte Fluoreszenz von dunkeladaptierten Blättern zeigt eine Störung der Photosynthese bei Streß (Photoinhibition, Hitzestreß) an.

Gaswechsel-und Chlorophyllfluoreszenzmessungen an Thymelaea hirsuta

Variabilität der CO₂-Austauschrate von T. hirsuta

Typisch für viele Sukkulenten der Wüsten und Halbwüsten ist ein Crassulaceen - Säurestoffwechsel (CAM) mit nächtlicher Fixierung von CO₂ und der Akkumulation von Äpfel- (Malat) und Citronensäure (Citrat). Die Fähigkeit der Wasserspeicherung macht die Sukkulenten zu einer dominaten Lebensform im Winterregengebiet der südlichen Namib-Wüste und der Sukkulenten-Karro Südafrikas. Die Anpassungsstrategien und vornehmlich die Plastizität des CAM dieser Pflanzen wird untersucht. Die Ausprägung des CAM kann in Abhängigkeit vom Blattalter, Wasserverfügbarkeit und Temperatur deutlich varrieren. Die CAM-Sukkulenten Südafrikas lassen sich an Hand des Gaswechsels und der Malatakkumulation in drei Gruppen einteilen: a) Full-CAM (mit nächtlicher CO₂-Aufnahme und einem ausgeprägter Akkumaulation von Malat und Citrat), b) CAM-cycling (mit nächtlicher Refixierung des Atmungs-CO₂ und CO₂-Aufnahme am Tag) und c) CAM-idling (Stomata sind am Tag und in der Nacht geschlossen, dirunale Oszillationen von Malat und Citrat).

Malephora crocea (Mesembryanthemaceae)

CAM-Variabilität in Sukkulenten Südafrikas

Die "biologischen" Bodenkrusten (auch als "Mikrophytische" oder "Kryptogamen-Krusten" bezeichnet) sind wichtige Gesellschaften verschiedener Wüstenökosysteme. Sie werden aus Cyanobakterien, Grünalgen, Moosen, Pilzen und Bodenflechten gebildet und besiedeln die obersten Millimeter des Oberbodens. Ökosystemprozesse wie Bodenerosion, Hydrologie, Nährstoffhaushalt und die Etablierung von Keimlingen und das Ökosystemmosaik werden von diesen Mikroorganismen maßgeblich mitbeeinflußt. In dem Sanddünensystem der nördlichen Negev (Israel) besiedeln diese Mikroorganismen weite Teile der Sanddünen und stabilisieren das Ökosystem.
Ökophysiologsche Untersuchungen an den verschiedenen Krustentypen entlang des Gradienten sollen Aufschluß über den Einfluß des Mikroklimas (Regen, Nebel, Taufall und Strahlungshaushalt) auf die Aktivität und Ausbildung der Krusten geben. Mittels Chlorophyllfluoreszenz können direkt am Standort in situ-Messungen der Krustenaktivität durchgeführt werden, ohne die Krusten aus dem Boden zu lösen. Die CO₂-Aufnahme der Krusten wird mit Gaswechselanlagen gemessen.

Biologische Kruste

Aktivitätsphasen der biologischen Kruste

Mit dem Ausbau des Bewässerungslandbaus in den Wüsten werden vermehrt Nutzpflanzen den extremen klimatischen Bedingungen ausgesetzt. Die Bewässerung führt zu einer Akkumulation von Salzen im Boden. Die ökophysiologischen Reaktionen der Photosynthese und des Gaswechsels von Nutzpflanzen auf Trocken-, Salz- und Wärmestreß werden im nördlichen Arava-Valley (Yotvata / Israel) untersucht. Die Wirkung von Salzstreß und der Bewässerungsmengen auf den Wasserhaushalt und Gaswechsel wurden bisher bei Tomaten und Sonnenblumen untersucht. In den Sommermonaten sind die Pflanzen im Arava-Tal besonders hoher Strahlungintensität und extremen Hitzestreß ausgesetzt, wobei die Lufttemperatur mehr als 40°C erreichen kann. Photoinhibition und Hitzestreß führten zu einer Verringerung der photosynthetische Leistung von Citrusbäumen (Citrus grandis ). Die Photosyntheseleistung von Citrus wurden mit Wein (Vitis vinifera) verglichen.

Gaswechselmessungen an Sonnenblumen mit einem Walz-Porometer

Photosynthesemessungen an Wein