Hintergrund und Ziele
Eine stetig wachsende Weltbevölkerung, ein sich rasant wandelndes Klima und stark intensivierte Landnutzungsformen üben einen nie dagewesenen Druck auf die Umweltsysteme unseres Planeten aus. Um unter diesen Bedingungen den Bedarf an Nahrungsmitteln, Energie und weiteren natürlichen Ressourcen durch die Aufrechterhaltung essentieller Ökosystemdienstleistungen decken zu können, bedarf es eines umfassenden mechanistischen Verständnisses der Funktion unserer Ökosysteme.
Der Model EcoSystem Analyser der TU München bietet die einmalige Möglichkeit, Energie-, Ressourcen- und Informationsflüsse innerhalb naturnaher oder synthetischer Ökosysteme unter kontrollierten Bedingungen darzustellen und sphärenübergreifend zu erfassen. Dabei lassen sich ober- und unterirdische Ökosystemprozesse unter gezielter Manipulation einer dynamischen physischen und biologischen Umwelt in einem interdisziplinären Ansatz wissenschaftlich analysieren.
In Kombination mit Laborexperimenten auf der einen und Freilandstudien auf der anderen Seite ermöglicht TUMmesa die Erfassung und Modellierung von Zustand, Anpassungs- und Regenerationsvermögen von Organismengemeinschaften terrestrischer Ökosysteme unter aktuellen und zukünftigen Klimabedingungen.
Technische Ausstattung
Das Herz von TUMmesa bilden acht begehbare Klimakammern mit den Dimensionen 2.4 × 3.2 × 2.2 m3 (B x T x H), in denen Temperatur, Luftfeuchte, Licht, CO2 und Ozon unabhängig voneinander und mit hoher zeitlicher Auflösung gesteuert, überwacht und aufgezeichnet werden können.
Eine Besonderheit ist das auf zehn unabhängig voneinander regelbaren spektralen Banden basierende LED-Beleuchtungssystem. Die besonders gleichmäßige, flimmerarme Beleuchtung lässt Versuche mit Organismen zu, die besonders sensibel gegenüber außerhalb des menschlichen Wahrnehmungsbereiches flimmernde Lichtquellen reagieren – beispielsweise viele Arten bestäubender Insekten. Zusätzlich sorg eine geringe Windbewegung innerhalb der Kammern für eine geringe Beeinflussung des Flugverhaltens der Insekten.
Insgesamt wird ein hoher Grad an Homogenität und Wiederholbarkeit sowohl innerhalb als auch zwischen den einzelnen Kammern erreicht. Die technischen Möglichkeiten der TUMmesa Anlage unter komplexen Anforderungen an die Klimasteuerung werden in der Veröffentlichung "Regionalized dynamic climate series for ecological climate impact research in modern controlled environment facilities" (Jákli et al. 2021) detailliert beschrieben und analysiert.
| Technische Details | ||
|---|---|---|
| Temperatur (°C) | 4 - 30 | ohne Beleuchtung |
| 10 - 30 | mit Beleuchtung | |
| kurzfristig bis 40 | bei verminderter Genauigkeit* | |
| Luftfeuchte (%) | 30 - 90 | ohne Beleuchtung |
| 30 - 75 | mit Beleuchtung | |
| CO2 (ppm) | ambient - 3000** | |
| O3 (ppb) | 0 - 200 | |
| PPFD (µmol m-2 s-1) | 0 - 800 | |
| LED-Spektrum (nm) | 340, 365-405, 430, 490, 530, 630, 660, 730 | Maxima der jeweiligen Banden |
| zusätzlich Warmweiß (4000 K) und Kaltweiß (6500 K) |
|
* eine Option zur präzisen Simulation von Hitzewellen bis zu 40°C wird derzeit entwickelt
** bisher besteht die Möglichkeit zur CO2-Begasung; eine technische Lösung zur aktiven Abreicherung von CO2 befindet sich in der Entwicklung
Optionale Ausstattung
Als Pflanzcontainer können wärmeisolierte Lysimetergefäße (Durchmesser optional 400 mm (klein) oder 700 mm (groß), Höhe 700 mm) verwendet werden. Pro Kammer können jeweils neun große Lysimeter einzeln auf robusten Plattformen positioniert werden, die mit Präzisions-Wägezellen ausgestattet sind. Jedes dieser Lysimeter verfügt zudem über eine Bewässerungseinrichtung und kann individuell mit Tensiometern, Bodenfeuchtesensoren und Temperaturfühlern ausgestattet werden (Sensoren werden nicht von TUMmesa gestellt).
Jede Kammer ist zudem mit einem CR1000 Loggersystem (Campbell Scientific, UK) ausgestattet. Versuchsansteller können externe Sensoren anschließen und die Logger zur individuell Datenerfassung konfigurieren.
Die Wasserversorgung der Pflanzen kann über ein Anstausystem oder eine zeitgesteuerte Tröpfchenbewässerung automatisiert sichergestellt werden.