Messung der stomatären Leitfähigkeit
Die Bestimmung der stomatären Leitfähigkeit von Wasserdampf (gs) und der Transpira-tion (E) erfolgte mit einem LI-1600 steady-state-Porometer (LI-COR Inc., Lincoln, NE, USA) an den Blättern des zweiten Blattaustriebes, um eine Vergleichbarkeit zwischen entlaubten und nicht entlaubten Varianten zu gewährleisten. Vor Beginn der Messung wird die relative Luftfeuchte der Umgebungsluft bestimmt. Wird danach ein Blatt in die Messkammer eingespannt, so erhöht sich in dieser die relative Luftfeuchte durch die Transpiration des Blattes. Für die Messkammer werden nun 100% Wassersättigung angenommen. Durch ein Einströmen von trockener Luft (mit 2% relativer Feuchte) in die Messkammer wird der vom Blatt verursachte Anstieg der Luftfeuchte bis zu dem Punkt ausgeglichen, an dem die relative Luftfeuchte wieder den Ausgangswert der Um-gebungsluft erreicht hat. Nun sind steady-state-Bedingungen bezüglich der Luftfeuchte in der Messkammer gegeben und die jetzt ermittelte Einstromrate der trockenen Luft dient als Berechnungsgrundlage für die Transpirationsrate. Die Leitfähigkeit berechnet sich nach Gleichung2.9aus Transpiration, Wasserdampfdruckdifferenz zwischen Blatt und Messkammer sowie dem aktuellen Luftdruck.
E = gs·(el−ec)
P (2.9)
E Transpiration [mmol m-2s-1] gsLeitfähigkeit [mmol m-2 s-1] el Wasserdampfdruck im Blatt [kPa]
ec Wasserdampfdruck in der Messkammer [kPa]
P Luftdruck [kPa]
Die stomatäre Leitfähgkeit (gs) wurde an Strahlungstagen der Jahre 1999 und 2000 an besonnten Blättern der oberen Krone in 1,5-h-Intervallen von 7:00 bis 17:30 Uhr gemessen. Dabei kamen jeweils fünf Blätter pro Pflanze und fünf (1999) resp. sechs (2000) Pflanzen pro Variante zum Einsatz. Die Dauer der Einzelmessung betrug 30 s, um Änderungen der relativen Feuchte in der Messküvette zu minimieren. Die maximale stomatäre Leitfähigkeit (gsm) wurde aus diesen Tagesgängen ermittelt.
In der Freilandsaison 2001 wurde die gs an Strahlungstagen an besonnten Blättern des mittleren Kronenbereichs in etwa 3 bis 3,5 m Höhe in 1,5-h-Intervallen von 7:00 bis 17:30 Uhr gemessen. Dies geschah an jeweils fünf Blättern pro Baum und sechs Bäumen pro Variante. Die Dauer der Einzelmessungen, die Bestimmung von gsm wie auch die Messungen der relativen Feuchte der Umgebungsluft und der Umgebungstem-peratur entsprachen den vorhergehenden Untersuchungsjahren 1999 und 2000.
Wassersättigungsdefizit der Luft (VPD) und∆w
Die Berechnung des Wassersättigungsdefizits der Luft (VPD) und der Differenz der Wasserdampfmolenbrüche vom Blatt und der Umgebungsluft (∆w) erfolgte auf Basis der mit dem Porometer in Kronenhöhe gemessenen Lufttemperatur und -feuchte. Das VPD stellt die Differenz aus dem Sättigungsdampfdruck (e0) und dem Wasserdampf-druck der Umgebungsluft (e) dar (Gleichung 2.12). Der Sättigungsdampfdruck lässt sich mit Hilfe der MAGNUS-Formel (Gleichung2.10) beschreiben:
e0 = 6,1078·e((17,08085·TU)/(234,175+TU)) (2.10) TUUmgebungstemperatur [°C]
e0 Sättigungsdampfdruck [kPa]
e Wasserdampfdruck der Umgebungsluft [kPa]
Über die relative Luftfeuchte (RF) kann aus Gleichung2.11der Wasserdampfdruck der Umgebungsluft (e) errechnet werden:
e= RF ·e0
100 (2.11)
Das Sättigungsdefizit der Luft (VPD) ist dann:
V P D =e0−e (2.12)
VPD Sättigungsdefizit der Luft [kPa]
Bei jeder Blatttemperatur Tlkann Wasserdampfsättigung in den Blattinterzellularen an-genommen werden (VONWILLERTet al.,1995). Analog zur Berechung des Sättigungs-defizites der Luft kann somit auch die Wasserdampfdruckdifferenz (VPDl) zwischen Blatt (el) und Umgebungsluft (e) beschrieben werden als:
V P Dl =el−e (2.13)
Das Sättigungsdefizit der Luft kann außer durch das VPD auch durch die Differenz der Wasserdampfmolenbrüche (∆w) ausgedrückt werden (VONWILLERTet al.,1995):
∆w= el−e
P (2.14)
P Luftdruck [kPa]
Das Wassersättigungsdefizit (VPD) der Luft zur Zeit von gsm variierte im Untersu-chungsjahr 1999 zwischen 1,5 und 3,0 kPa mit Ausnahme von Tag 183 (02.07.1999) mit 3,5 bis 4,9 kPa. Das VPD zum Zeitpunkt der Messung von gsm im Jahr 2000 lag zwischen 1,7 und 3,5 kPa. Nur am 20.06.2000 (Tag 171) wurde bei den Varianten C, De und DeDr von Q. robur ein VPD zwischen 4 und 5 kPa gemessen. Zum Zeitpunkt der Messung der gsm im Jahr 2001 lag das VPD zwischen 1,8 und 2,9 kPa, nur am letzten Termin bei 1,4 kPa. Der Einfluss des VPD auf die gemessenen gsm wurde in allen drei Untersuchungsjahren überprüft. Eine Auftragung der gsmgegen das VPD zeigte keinen signifikanten Einfluss des VPD auf die gsm.
Berechnung der Tagestranspirationssumme Ed
Die Transpiration des Blattes wird vom LI-1600 auf Basis der ermittelten gs-Werte aus-gegeben. Die Berechung der Tagestranspirationssumme basiert auf der Integration von acht Zeitintervallen, die den Zeitraum von 45 Minuten vor und nach jedem Messzeit-punkt der gs umfassen. Die Summe aller Transpirationswerte ergibt die Gesamttrans-piration pro Tag und Baum (Ed). Aufgrund der stark unterschiedlichen Blattflächen zwischen entlaubten und nicht entlaubten Bäumen 1999 wurde nur die flächenbezo-gene Transpirationssumme aus Gründen der besseren Vergleichbarkeit zwischen den Jahren 1999 und 2000 dargestellt. Für den 12.07.1999 (Tag 193, Q. robur ) konnte kei-ne Berechnung durchgeführt werden, da aufgrund von Gewitter die Messung um 15:00 Uhr abgebrochen wurde.
Spezifische hydraulische Leitfähigkeit Boden-Blatt
Die spezifische hydraulische Leitfähigkeit auf der Fließstrecke Boden-Blatt (gsl) kann mit Hilfe der Bodenmatrixpotentiale und der Ψawp-Werte nach SALIENDRA et al.
(1995) berechnet werden:
gsl = dF
ΨBoden−ΨBlatt (2.15)
Als Flussrate dF kann die Transpirationrate pro Baum dienen. In erster Näherung kann bei den gemessenen stark negativen Wasserpotentialen das Bodenmatrixpotential ver-nachlässigt werden. Die Berechnung erfolgte mit den gemessenen Ψawp-Werten und den ermittelten Transpirationswerten zum Zeitpunkt von Ψawp. Die Mittelwerte jeder Variante wurden aus fünf (1999) resp. sechs (2000) Einzelwerten gebildet. Ein Problem bei dieser Form der Berechnung stellten die um 13-14:00 Uhr gemessenenΨawp-Werte dar. Aufgrund der z.T. am Vormittag gemessenen gsm müssen die zeitversetzt gemes-senen nachmittäglichen Wasserpotentiale nicht unbedingt die stärkste Belastung des Wasserhaushaltes im Tagesgang widerspiegeln. Resultierend aus der geringeren Blatt-zahl pro Baum konnten jedoch keine Tagesgänge des Wasserpotentials bestimmt wer-den. Trotz dieser Einschränkung kann die berechnete gslals ein Maß zur Abschätzung dienen. Da zur Berechnung der gsl auch eine möglichst zeitnahe Messung der Wasser-potentiale und der Transpiration erfolgen musste, konnte dieses für 1999 nur an zwei Terminen geschehen.