Vertiefung des Verständnisses der Wassernutzungsdynamik und Dürrebeständigkeit in der Kakao-Agrarforstwirtschaft durch Verbesserung der Vorhersage von Schattenbaumeffekten
Projektnummer 449815483 - Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)In früheren Studien in Indonesien wurde über die Wassernutzungseffizienz und den ergänzenden Bodenwasserverbrauch zwischen Kakaopflanzen und Schattenbäumen berichtet. In unserer Studie in Ghana wurde festgestellt, dass die populären einheimischen Schattenbaumarten Albizia ferruginea und Antiaris toxicaria bei extremer Trockenheit einen starken Wettbewerbsvorteil gegenüber Kakaopflanzen aufweisen. Kakaopflanzen ohne Schatten waren eher Widerstandsfähig, mit einer höherer Überlebensrate und besseren Erholung nach der Trockenheit.
Abb. 1: Illustration des Kakao-Agroforstsystems mit immergrünen, laubabwerfenden oder semi-laubabwerfenden Bäumen(Source: A. Sarmiento Solar)
Das Hauptproblem der bisherigen Forschung ist der Fokus auf die Artenebene, wo trotz der großen Zahlen in der Kakaolandwirtschaft nur wenige Schattenbaumarten untersucht wurden. Um dieses Problem zu überwinden, wird ein Ansatz vorgeschlagen, der auf funktionellen Merkmalen von Bäumen in Bezug auf die Wassernutzung basiert, um ihre Auswirkungen auf die Effizienz der Wassernutzung und die Widerstandsfähigkeit gegen Dürre im Kakao-Agroforstsystem über zeitliche und räumliche hinweg in einem marginalen Kakaoklima in Ghana zu verstehen. Schattenbaumarten wurden in phänologische Merkmalsgruppen von immergrünen, laubabwerfenden oder semi-laubabwerfenden Pflanzen kategorisiert, unter denen detaillierte ober- und unterirdische Merkmale der Interaktion mit Kakaopflanzen und der Auswirkungen auf die Wassernutzung bewertet werden.
Die folgenden Hypothesen werden getestet: (i) Schattenbäume in den drei phänologischen Merkmalsgruppen weisen signifikante Unterschiede in der Wurzel- und Wasseraufnahmetiefe beeinflussen somit die für Kakao relevanten Umweltbedingungen; (ii) die morphologischen und physiologischen Merkmale der Kakaopflanze werden signifikant durch die für den Schattenbaum spezifischen phänologischen Merkmalsgruppe beeinflusst und (iii) die ober- und unterirdischen funktionellen Merkmale der Kakaopflanzen, werden durch die Veränderungen der spezifischen Eigenschaften der Schattenbäume hinsichtlich der mikroklimatischen und wurzelmorphologischen hydraulischen Bedingungen über verschiedene Jahreszeiten beeinflusst.
Abb. 2: Feldmessungen und Probenahmen zur Kakao-Agroforstforschung in Ghana
Replizierte Parzellen von 15 Schattenbaumarten, welche über die drei phänologischen Merkmalsgruppen verteilt sind, werden für die Analyse funktioneller Merkmale erstellt. Ergänzende und nicht-komplementäre Wassernutzung der Schattenbaumarten werden identifiziert und auf ihre Auswirkungen auf den Wasserverbrauch von Kakaopflanzen über verschiedene Jahreszeiten und Schattenbaumbeeinflussungszonen getestet. Wurzeltiefe, Wachstum/Biomasse und Wasseraufnahmetiefe werden durch manuelle Grabung, Bildgebung und stabile Isotopentechniken bewertet. WaNuLCAS modell wird mit experimentellen Daten kalibriert und validiert und angewandt, um das Verständnis der Auswirkungen spezifischer Schattenbaumeigenschaften zu vertiefen und verschiedene Szenarien von Schattenbaumkombinationen und Dürreregimen auf den Wasserverbrauch und die Produktivität des Kakao- Agrofortstsytems zu bewerten.
Abb. 3: Die Daten- und Wissensgenerierung durch Fernerkundung ermöglicht eine bessere Charakterisierung von Agroforststrukturen und Bewirtschaftungsauswirkungen. Bilder zeigen RGB- und NDVI-Mapping
Specific focus
- Influence of shade trees on soil nutrient characteristics in cocoa agroforestry systems
- Microclimate and Physiological traits characterization
- Complementarity in water use between cocoa and shade trees
- Morphological and spectral traits characterisation of multiple shade tree species
- Identification of positive (+) and negative (-) shade tree functional traits groups in cocoa agroforestry systems
- Cocoa yield forecasting through multispectral image analysis
- Seasonal (wet, dry and extreme dry) effect on cocoa plant physiology under shade tree functional traits groups
- Below ground traits response to seasonal changes under different functional shade tree trait groups
- Cocoa yield quantity and quality response to seasonal changes under different shade tree traits groups
- Modelling cocoa tree above and below ground traits response to shade tree induced conditions
Abb. 4: Gliederung des Antrags mit den unterschiedlich gefärbten Kästchen für die drei Arbeitspakete. Pfeile zeigen WPs-Wechselbeziehungen an.