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Roman Zweifel

Swiss Federal Institute for Forest, Snow

and Landscape Research (WSL),

Zürcherstrasse 111

CH-8903 Birmensdorf

Wasserhaushalt von Bäumen und CO 2

Zweifel Consulting

Lüeholz 33

8634 Hombrechtikon

www.natkon.ch

Pflanzenökologie-Blockkurs 2009, Vorlesung, Uni Basel

14. Juni 2009


Baumwasserhaushalt

Kavitation (UAE)

Stomatäre Regulation

Stammradiusänderung

Stammrespiration

Kohlenstoffhaushalt

Einleitung


Kavitation (UAE)

Stammradiusänderung

Stammrespiration

Ultraschallmessungen an Baumstämmen. „Hören“ des Abreissens von

Wassersäulen.

Punktdendrometer zum Messen von täglichen Radius-Veränderungen:

Wasserspeicher Rinde + Wachstum.

CO 2

-Messungen im Stamm. Respirationsaktivität des Wachstums und

des Stoffwechsels.

Stomatäre Regulation

Berechnung der potentiellen Transpiration aus Mikroklima-Messungen

und Vergleich mit gemessenen Wasserflüssen in Baumstämmen.

Einleitung


...

Aus dem Samen entwickelt sie sich, sobald ihn der Erde

Stille befruchtender Schoß hold in das Leben entläßt

und dem Reize des Lichts, des heiligen, ewig bewegten,

gleich den zartesten Bau keimender Blätter empfiehlt.

...

Und so erreicht es zuerst die höchst bestimmte Vollendung,

die bei manchem Geschlecht dich zum Erstaunen bewegt.

Viel gerippt und gezackt, auf mastig strotzender Fläche,

scheinet die Fülle des Triebs frei und unendlich zu sein.

Doch hier hält die Natur, mit mächtigen Händen, die Bildung

an und lenket sie sanft in das Vollkommnere hin.

Mäßiger leitet sie nun den Saft, verengt die Gefäße,

und gleich zeigt die Gestalt zärtere Wirkungen an.

Stille zieht sich der Trieb der strebenden Ränder zurücke,

...

... aus Goethes Die Metamorphose der Pflanze


aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

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dddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd

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kkkkkkkkkkkkkkkkkkkk

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nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn

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pppppppp

rrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr

ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss

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zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

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....................

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Aus Goethes Die Metamorphose der Pflanze

Erbsen zählen


Dich verwirret Geliebte die tausendfältigeMischung

dieses Blumengewühls über dem Garten umher

viele Namen hörest du an und immer verdränget

mit barbarischemKlang einer den andern im Ohr.

Alle Gestalten sind ähnlich und keine gleichet der andern

und so deutet das Chor auf ein geheimes Gesetz

auf ein heiliges Rätsel. O könnt ich dir liebliche Freundin

überliefern sogleich glücklich das lösende Wort! –

Aus dem Samen entwickelt sie sich sobald ihn der Erde

Stille befruchtenderSchoß hold in das Leben entläßt

und dem Reize des Lichts des heiligen ewig bewegten

gleich den zartesten Bau keimender Blätter empfiehlt.

Und so erreicht es zuerst die höchst bestimmte Vollendung

die bei manchem Geschlecht dich zum Erstaunen bewegt.

Viel gerippt und gezackt auf mastig strotzender Fläche

scheinet die Fülle des Triebs frei und unendlich zu sein.

Doch hier hält die Natur mit mächtigen Händen die Bildung

an und lenket sie sanft in das Vollkommnerehin.

Mäßiger leitet sie nun den Saft verengt die Gefäße

und gleich zeigt die Gestalt zärtere Wirkungen an.

Stille zieht sich der Trieb der strebenden Ränder zurücke

Und hier schließt die Natur den Ring der ewigen Kräfte

doch ein neuer sogleich fasset den vorigen an

daß die Kette sich fort durch alle Zeiten verlänge

und das Ganze belebt so wie das Einzelne sei.

Wende nun o Geliebte den Blick zum bunten Gewimmel

das verwirrend nicht mehr sich vor dem Geiste bewegt.

Jede Pflanze verkündet dir nun die ewgen Gesetze

jede Blume sie spricht lauter und lauter mit dir.

Aber entzifferst du hier der Göttin heilige Lettern

überall siehst du sie dann auch in verändertem Zug.

Kriechend zaudre die Raupe der Schmetterlingeile geschäftig

Bildsam ändre der Mensch selbst die bestimmte Gestalt.

O gedenke denn auch wie aus dem Keim der Bekanntschaft

nach und nach in uns holde Gewohnheit entsproß

Freundschaftsich mit Macht aus unserm Innern enthüllte

und wie Amor zuletzt Blüten und Früchte gezeugt.

Denke wie mannigfach bald die bald jene Gestalten

still entfaltend Natur unsern Gefühlen geliehn!

Freue dich auch des heutigen Tags! Die heilige Liebe

strebt zu der höchsten Frucht gleicher Gesinnungenauf

gleicher Ansicht der Dinge damit in harmonischemAnschaun

sich verbinde das Paar finde die höhere Welt.

Aus Goethes Die Metamorphose der Pflanze

Erbsen zählen


SYSTEM-ANALYSE

Luft - Klima

Biologische

Reaktionen

des Baumes

Boden - Klima

Wechselwirkung Mikroklima - Baum

Einleitung


SYSTEM-ANALYSE

Licht, Temp,

Feuchte, etc.

Transpiration

Wie funktionieren

Pflanzen?

„Was hat das Licht mit der

Transpiration zu tun?“

Wasserpotential

UAE

Respiration

Sap flow

„Was hat der Sap flow mit

der Transpiration zu tun?“

Was haben Stamradiusänderungen

mit dem

Bodenwasserpotential zu

tun?“

Wechselwirkung Mikroklima - Baum

Einleitung


Radiation Temperature VPD Rain

More Rain:

r c

Leaf area

PSR

Resp.

Dry/hot site:

Current year: +++

Next year: -

Buds

Storage

Buds

Wet/cool

site:

Current year: +

Next year: -

R X

Radial

Growth

Tree water

relations

Carbon

allocation

Roots

Nutrients

Temperature

Klima-Pflanzen-Modelle


C-assimilation

Klima-Pflanzen-Modelle


CO2-Aufnahme

Stomatäre Regulation

Substomatal

cavity

RH = 100 %

Vessel

H O

H

H O H

H

H O

H O

H

H

H O

Sap flow

H O

H O H

Transpiration

H

H O

H

H O H

H O

H

Stoma

Atmosphere

RH < 100 %

Leaves

Stem

Stammradiusänderung

H O H

H O

H

H O

H

H O H

H O

H

H O H

H O H

H O HH

H O

Gaswechsel Wasser und CO 2

. .


H

H O

H O H

H

H O H

H O

H

H O

H O H

H O H

H O HH

H O

Speicherdynamik


Flow path

Water storage

F !! AS

!R

F !! XB

F Tissue

Wood (Xylem)

Bark (Cambium, Phloem, Parenchyma)

Wasserfluss Stamm-Radius-Änderungen H 2 O & Wachstum


Wasserhaushalt

Zellteilung &

Zellstreckung

= Wachstum

C-Verfügbarkeit

nass

Xylemzellen Holz

trocken

Kambium

Phloemzellen Rinde

Aufsicht

Fichtenstamm-Querschnitte

Lockhart, 1965; Lambers et al. 1998

Positiver Turgor über Schwellenwert in Kambium -> Wachstum


Wassergehalt in

der Rinde nimmt ab

Wassergehalt in der

Rinde nimmt zu

UND/ODER

Stamm wächst

Wasserfluss Stamm-Radius-Änderungen H 2 O & Wachstum


Water relations - radial growth model (Steppe, 2004)

r c

R X

Tree water

relations

Modell Steppe

Wachstums-Mechanismus


Ultraschall- und Stammradiusmessungen, Föhren & Eichen Wallis


Ultraschall- und Stammradiusmessungen, Föhren & Eichen Wallis


APK dB (oak)

Quercus 2267 Süd

90

36.0

80

APK [dBAE]

31.0

70

60

50

40

30

20

10

Branch sap flow [g/h]

26.0

0

24.6.04

0:00

24.6.04

6:00

24.6.04

12:00

24.6.04

18:00

25.6.04

0:00

25.6.04

6:00

25.6.04

12:00

25.6.04

18:00

26.6.04

0:00

Ultraschall- und Wasserfluss-Messungen, Eichen Wallis


CO2-Aufnahme

Substomatal

cavity

RH = 100 %

Transpiration

H O

H

H O H

H O

H

Stoma

Atmosphere

RH < 100 %

Leaves

H O H

H O

H

H O

H

H O H

H O

H

H O H

H O H

H O HH

H O

Stomataregulation Wasser und CO 2


Fichten (Davos, GR)

Evapotranspiration (Penman-

Monteith)

Transpiration

Potentielle Transpiration -> Stomatäre Regulation -> Transpiration


Wasserhaushalt determiniert C-Haushalt

über die Stomataregulation

Wasserhaushalt und CO 2


Die Stomatawippe

Stomataregulation


Die Stomatawippe

Stomataregulation


c

Radiation Temperature VPD Rain

Leaf area

PSR

Resp.

Buds

Buds

Storage

R X

Radial

Growth

Tree water

relations

Carbon

allocation

Roots

Soil

Nutrients

Wasserhaushalt und CO 2

Link zum Wachstum


c

Radiation Temperature VPD Rain

Leaf area

PSR

• Kambiales Wachstum hängt

sehr stark vom Wasserstatus

der Bäume ab

Resp.

• Die aktuelle C-Assimilation

erklärt das Wachstum nicht

R X

Buds

Radial

Growth

Storage

Buds

• Viele weitere Faktoren spielen

eine Rolle: C-Speicher,

Temperatur,

Pflanzenhormone,

Vorjahresbediungungen, etc.

Tree water

relations

Carbon

allocation

Roots

Soil

Nutrients

Regen lässt Bäume wachsen

Wachstums-Mechanismus


• H 2 O-Haushalt und C-Haushalt sind eng verflochten:

Stomataregulation & radiales Wachstum als Schlüsselprozesse

• Wasserhaushalt determiniert Stomataregulation

• Wasserhaushalt determiniert Wachstum via Turgor-Druck im sich

teilenden Gewebe (z.B. Kambium)

• Dendrometer messen Stammradiusänderungen. . Die Änderungen

repräsentieren den Wasserhaushalt und das kambiale Wachstum

eines Baumes

• Rückkoppelungsprozesse suchen (systemisch Denken) nicht

Erbsen zählen!!!

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