Die Stickstoff- und Kohlenstoffallokation von Gräsern mit unterschiedlicher Wachstumsdynamik (<em>Lolium perenne</em> L. und <em>Festuca rubra</em> L.)

Abstract

Die Artenzusammensetzung von Grünlandbeständen wird von Standort-, Klima- und Bodenbedingungen beeinflußt. Vor allem eine höhere Intensität der Stickstoffdüngung führt zu einer Verschiebung des Artenspektrums hin zu stickstoffliebenderen Arten. Während Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf die floristische Bestandeszusammensetzung hinreichend dokumentiert sind, ist über die pflanzenphysiologischen und morphologischen Ursachen, die zur Adaption wichtiger Bestandsbildner an den Standort beitragen, relativ wenig bekannt.<br /> In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe stabiler Stickstoff- und Kohlenstoff-Isotope untersucht, wie zwei in ihren Ansprüchen an die Stickstoffverfügbarkeit des Standortes sehr verschiedene Grasarten (<em>Lolium perenne </em>und<em> Festuca rubra</em>) sich im Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalt unterscheiden und welche Veränderungen in der Stickstoff- und Kohlenstoff-Allokation damit verbunden sind. Beide Spezies wurden jeweils unter einer ausreichenden (N+) und einer reduzierten (N-) Stickstoffversorgungsstufe in Klimakammern auf Nährlösung angezogen. Es wurde von der Hypothese ausgegangen, daß sich die Arten in ihrer momentanen Effizienz des Stickstoff- und Kohlenstoffhaushaltes nicht sehr stark unterscheiden, daß es aber Unterschiede in der Wiederverwendung einmal gewonnener Assimilate gibt.<br /> Es zeigte sich, daß <em>L. perenne</em> unter N+ eine um 20 % höhere relative Wachstumsrate (mg g^-1 d^-1) erreichte als <em>F. rubra</em>. Unter N- unterschieden sich die Spezies dagegen kaum in ihrer relativen Wachstumsrate. Die Gründe für ein potentiell höheres Wachstum von <em>L. perenne</em> lagen v. a. in der höheren spezifischen Blattfläche (mm² mg^-1) dieser Spezies.<br /> Die Stickstoffeffizienz (g g^-1 N d^-1) war bei <em>L. perenne</em> unter N+ gegenüber <em>F. rubra</em> etwa um 10 % erhöht und unter N- zwischen den Spezies annähernd gleich. Die photosynthetische Stickstoffausnutzung der einzelnen Blätter war dabei unter N+ bei <em>L. perenne</em> beinahe doppelt so hoch wie bei <em>F. rubra</em> und unter N- bei beiden Arten etwa gleich hoch.<br /> Eine Wiederverwendung von Stickstoff- und Kohlenstoffassimilaten seneszierender Blätter während des Wachstums ließ sich für beide Spezies nachweisen. Unterschiede zwischen den Spezies in der Menge des retranslozierten Kohlenstoffs oder Stickstoffs oder in den Prioritäten der Verteilung ließen sich allerdings nicht absichern. In einem Teilexperiment gab es jedoch Hinweise darauf, daß <em>F. rubra</em> in der Lage war, deutlich größere Anteile der im ausgewachsenen Blatt vorhandenen Stickstoffassimilate zu exportieren und damit wiederzuverwenden.

<strong>The Nitrogen and Carbon Allocation of Grasses with differing Growth Dynamics (<em>Lolium perenne</em> L. und <em>Festuca rubra</em> L.) </strong><br /> The species composition on permanent grassland is influenced by environmental effects like climate and soil. Especially a high intensity of nitrogen fertilization leads to a shift of the species composition to nitrophilic species. Environmental effects on the floristic composition of a grassland sward are sufficiently documented; however, the physiological and morphological features that contribute to the adaptation of the dominating species in a habitat, are not well understood.<br /> In the present work stable nitrogen and carbon isotopes were used to compare the carbon- and nitrogen-economy of two grass species (<em>Lolium perenne</em> and <em>Festuca rubra</em>), that differ strongly in their nitrogen demand. The allocation of nitrogen and carbon within the plant during seedling establishment were of special interest in this study. Both species were raised at high (N+) and low (N-) nitrogen availability on nutrient solution and under controlled conditions. It was assumed, that the species do hardly differ in their instantaneous efficiency of the nitrogen- and carbon-economy, but that there are differences in the reutilization of previously gained assimilates.<br /> L. perenne had a 20 % higher relative growth rate (mg g^-1 d^-1) than i>F. rubra, when grown under N+. Under N- there was almost no difference in the relative growth rate between both species. The potentially higher growth rate of <em>L. perenne</em> was caused mainly by a higher specific leaf area (mm² mg^-1) of this species. <br /> The nitrogen efficiency -1 N d^-1) of <em>L. perenne</em> under N+ was about 10 % higher compared to <em>F. rubra</em>, but approximately the same between both species under N-. The photosynthetic nitrogen use efficiency of the individual leaves of <em>L. perenne</em> was under N+ nearly two times higher than in <em>F. rubra</em>, but nearly the same in both species under N-. <br /> A reutilization of nitrogen and carbon assimilates from senescing leaves could be detected for both species. Differences between the species in the quantity of the retranslocated carbon or nitrogen or any preference in the site of allocation could not be proved. However it was detected in a partial experiment, that <em>F. rubra</em> was able to export and thus reuse clearly bigger proportions of the nitrogen assimilates, that were present in the fully expanded leaf.