Untersuchungen zum Wachstum und Gaswechsel von Weizenbeständen unter globalen Klimaveränderungen unter besonderer Berücksichtigung von Veränderungen der atmosphärischen CO2-Konzentrationen und des Bodenwasserhaushalts

摘要

Aufgrund menschlicher Aktivitäten ist es zu einem Anstieg der atmosphärischen klimarelevanten Spurengase gekommen. Derenbekanntester Vertreter ist das Kohlendioxid (CO2), welches sowohl direkte als auch indirekte Auswirkungen auf das pflanzliche Wachstumhat. So soll laut Klimamodellen die zunehmende CO2-Konzentration in der Atmosphäre Änderungen der zeitlichen sowie der räumlichenVerteilung von Niederschlägen bewirken. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen erhöhten Kohlendioxids undWassermangels auf das pflanzliche Wachstum und den Gaswechsel zu untersuchen. Zusätzlich wurde in einem Versuchsjahr noch derEinfluß unterschiedlicher Bodentypen (Cambisol und Tschernosem) auf die pflanzlichen Reaktionen ermittelt. Sommerweizen (Triticum aestivum cv. Minaret) wurde in Open-Top-Kammern zwei CO2-Konzentrationen (Umgebungsluft sowie 650 µmolmol-1 in 1998 und 693 µmol mol-1 in 1999) ausgesetzt. Weiterhin wurden zwei Bewässerungsstufen eingerichtet: gut und mangelhaftversorgt. Letztere Pflanzen erhielten 1998 ca. die halbe Gießmenge der gut bewässerten, um einen um ca. 50 % reduziertenvolumetrischen Bodenwassergehalt einzustellen. 1999 durchliefen die gestreßten Pflanzen drei aufeinander folgende Austrocknungszyklenvon Wassersättigung des Bodens bis fast völliger Austrocknung (volumetrischer Wassergehalt nahe Null). Biomassen und Erträge wurdendestruktiv ermittelt, während nicht-destruktiv die Änderungen einzelner Parameter im Saisonverlauf ermittelt wurden. Ferner wurden 1999Gaswechseldaten bestimmt und A/ci-Kurven aufgenommen. Die Entwicklungsgeschwindigkeit der Pflanzen wurde durch die CO2-Konzentration nicht beeinflußt. Wassermangel bedingte 1999 einefrühere Erntereife. Die Lichtinterzeption wurde durch Kohlendioxid gesteigert, der Blattflächenindex war tendenziell erhöht. Wassermangelreduzierte beide Größen. Die SPAD-Werte zeigten sowohl durch CO2 als auch durch Wasserstreß einen reduzierten Chlorophyllgehalt derFahnenblätter an, als die Pflanzen in der Reifephase waren. Die gesamte oberirdische Biomasse war 1998 unter erhöhtem CO2 gesteigert, wobei die Pflanzen, die Wassermangel ausgesetzt waren,besonders profitierten. 1999 war der Fördereffekt nur an zwei von vier Ernten gegeben und unter guter Bewässerung stärker ausgeprägt.Wassermangel reduzierte die gesamte oberirdische Biomasse in beiden Jahren. Der Kornertrag war in beiden Jahren unter hohem CO2gesteigert. Dabei profitierten 1998 besonders die wassergestreßten und 1999 die gut bewässerten Pflanzen. Wassermangel führte inbeiden Jahren zu einer Reduktion. Sowohl 1998 als auch 1999 waren die durch CO2 bewirkten Ertragsänderungen von der Kornzahl unddem Tausend-Korn-Gewicht beeinflußt. Als Konsequenz aus den Reaktionen von Biomasse und Ertrag war der Ernteindex 1998 durchCO2 nur bei guter Bewässerung gesteigert und durch Wassermangel reduziert. 1999 dagegen erfolgte eine Steigerung sowohl durch CO2als auch durch Wasserstreß. Bei den destruktiven Ernten zeigte sich für nahezu alle Parameter eine Förderung auf dem Cambisolgegenüber dem Tschernosem. Die Ursache hierfür kann in der Bewässerung gelegen haben, da den Pflanzen auf dem Cambisol über dieGießmenge absolut mehr Wasser zur Verfügung gestellt wurde. Erhöhtes CO2 bewirkte im Saisonmittel eine Förderung der pflanzlichen Photosynthese. Der prozentuale Gewinn verringerte sich mitfortschreitendem Pflanzenalter bei gleichzeitiger guter Bewässerung, wohingegen der stärkste relative Zuwachs bei gleichzeitigemWassermangel am letzten Meßtermin auftrat. Die stomatäre Leitfähigkeit war durch CO2 an allen drei Terminen reduziert (guteBewässerung) bzw. an den beiden ersten Terminen (schlechte Bewässerung). Die Wassernutzungseffizienz (WUE) der Photosynthese warunter hohem CO2 gesteigert. Wassermangel reduzierte die Photosynthese erst am letzten Meßtermin deutlich. Die stomatäre Leitfähigkeitverschlechterte sich unter Umgebungsluft mit der Zeit. Unter erhöhtem CO2 war dieser Einfluß der Bewässerung nicht eindeutig gegeben.Die WUE war durch Wassermangel unter Umgebungsluft zunächst reduziert, später gefördert. Unter hohem CO2 war die Situation genauumgekehrt. Die A/ci-Kurven zeigten sowohl unter erhöhtem CO2 als auch unter Wassermangel eine Reduktion der Photosynthese beihohen internen CO2-Konzentrationen. Die WUE der Biomasseproduktion war bei hohem CO2 und bei Wassermangel verbessert. Dabeiwar in 1999 die Verbesserung bei Wasserstreß sehr viel ausgeprägter als in 1998. Der Grund hierfür dürfte in der unterschiedlichen Artund Weise liegen, in der die Pflanzen gestreßt wurden (moderater Dauerstreß 1998 bzw. periodisch auftretende, sich verschärfendeTrockenperioden 1999).