Eidgenössische Anstalt
für das forstliche Versuchswesen CH 8903 Birmensdorf
Institut fäderal
de recherches forestieres CH 8903 Birmensdorf Istituto federale di ricerche forestali CH 8903 Birmensdorf Swiss Federal Institute of Forestry Research CH 8903 Birmensdorf
Januar 1981 Nr. 225
Berichte Rapports
Th. Keller
Rapporti
225
ReportsAuswirkungen von Luftverunreinigungen auf Pflanzen
Oxf. 425.1
Sonderdruck aus
Heizung und Lüftung 48 (1981) 1: 22-24
Heizung und Lüftung/Chauffage et ventilation 1/81 Auswirkungen von Luftverunreinigungen auf Pflanzen
Auswirkungen von Luftverunreinigungen auf Pflanzen
Th. Keller, Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen, Birmensdorf
*
Wenn man sich mit den Folgen der Luftverunreinigungen für Pflanzen be- fasst, so wird oft die Frage gestellt, warum man sich nicht mit den Men- schen befasse. Schlussendlich stehe der Mensch im Mittelpunkt der Umwelt und um seinetwillen sei der Umwelt- schutz nötig. Mir scheint dies ein Zei- chen dafür zu sein, dass viele Men- schen als Folge der Spezialisierung nicht mehr die Zusammenhänge sehen und erkennen können: auch der Mensch hängt direkt und indirekt - wie alles Leben auf dieser Erde - von den grünen Pflanzen ab. Untersu- chungen der Pflanzenwelt kommen daher dem Menschen zugute.
Abgesehen von der Produktionsfunk- tion der Pflanzen und ihrer erneut ins Rampenlicht geratenen Fähigkeit, Sonnenenergie zu nutzen und zu spei- chern, sind im Zusammenhang mit den Luftverunreinigungen folgende 4 Funktionen der Pflanzendecke zu be- achten:
1. Filterwirkung für Staub 2. Absorption von Gasen 3. Regeneration der Atemluft
4. Warner vor biologisch ungünstigen Bedingungen.
Auf die beiden ersten Punkte soll noch eingehender eingegangen werden. Zu Punkt 3 ist nur zu bemerken, dass die grüne Vegetation das von Mensch und Tier ausgeatmete C02 unter Einfluss von Sonnenlicht zur Stoffproduktion nutzt. Dabei scheidet sie Sauerstoff aus, der unter anderem der mensch- lichen Atmung wieder zur Verfügung steht. Aller-dings müssen wir uns be- wusst sein, dass - nicht zuletzt wegen des hohen Energiekonsums durch fos- sile Brennstoffe - die Schweiz schon längere Zeit vom Sauerstoffvorrat der Atmosphäre zehrt, d.h. sie benötigt wesentlich mehr Sauerstoff als ihre grüne Decke produziert!
Zum 4. Punkt möchte ich darauf hin- weisen, dass die grüne Pflanzenwelt in- sofern als Warner dienen kann, als dort wo die Pflanzen wegen biologisch ungünstigen Bedingungen nicht zu ge- deihen vermögen auf weite Sicht dem 22
Menschen ebenfalls Gefahr droht. Es gilt, auch beim Menschen die Lang- zeitwirkung zu beachten. Ebenso ist im Auge zu behalten, dass die Pflan- zen auf gewisse Luftverunreinigungen empfindlicher reagieren als der Mensch.
Im folgenden beschränken wir uns weitgehend auf die Waldvegetation.
Dies soll nicht heissen, die landwirt- schaftlichen Kulturen seien wider- standsfähig gegen Luftverunreinigun- gen. Die Landwirtschaft mit den er- tragreicheren und leichter zu bearbei- tenden Böden sowie den kurzlebigen und rasch wechselnden Kulturen ist je- doch manchmal in der Lage, den Luft- verunreinigungen besser entgegenzu- wirken als der in der Regel empfind- lichere Wald. Beim Wald sind insbe- sondere zu berücksichtigen:
1. Grösseres Kronenvolumen (pro Einheit Standfläche wird von Bäu- men ein viel grösseres Luftvolumen
«ausgekämmt» als von Kräutern);
2. Erfassung höherer Luftschichten, welche eine höhere Windgeschwin- digkeit aufweisen (Wirkung wie oben) und oftmals etwas stärker verschmutzt sind als die Luft in Bo- dennähe (vor allem im Nahbereich von Punktquellen);
3. Langlebigkeit der Bäume (wieder- holte Einwirkung von Luftverunrei- nigungen);
4. Blatt- (Nadel-)alter. (Bäume besit- zen Assimilationsorgane verschie- denen Alters und verschiedenen Aufbaus (Licht- und Schattenor- gane), ausserdem variiert die Empfindlichkeit mit der Jahreszeit);
5. Interspezifische Resistenzunter- schiede ( nicht nur innerhalb einer Art ( = intraspezifisch), auch zwi- schen den verschiedenen Arten (in- terspezifisch) bestehen unterschied- liche Empfindlichkeiten und der Wald ist in der Regel aus viel mehr Arten zusammengesetzt als land- wirtschaftliche Kulturen);
6. Versorgung mit Nährstoffen und Wasser (beeinflusst die Empfind- lichkeit für Luftverunreinigungen,
kann aber im Wald - im Gegensatz zur Landwirtschaft - kaum variiert werden).
Beim Einfluss der Luftverunreinigun- gen auf die belebte Umwelt ist zu unterscheiden zwischen Schaden und Schädigung. Wenn wir von Schaden sprechen, dann steht der Mensch, der Besitzer der Sache, im Mittelpunkt; es geht um eine finanzielle Einbusse, die der Besitzer erleidet. Bei einer Schädi- gung geht es um die Sache selbst; hier kann sich eine Luftverunreinigung z.B.
als eine physiologische Reaktion des Stoffwechsels äussern, welche die Le- benskräfte beeinträchtigt. Eine Schä- digung muss somit nicht unbedingt ei- nen Schaden beinhalten, kann es aber.
Wenn also z.B. eine Luftverunreini- gung bei einem Salatkopf die äusser- sten Blätter mit Flecken versieht, so handelt es sich um eine Schädigung.
Die äussersten Blätter haben reagiert.
Da diese Blätter vor dem Verkauf des Salatkopfes ohnehin entfernt werden, erleidet der Gärtner keine finanzielle Einbusse. Der Nutzungswert ist nicht verändert. Anders wäre es, wenn auch die inneren Blätter abgestorbene Flek- ken aufweisen würden; dann hätte die pflanzliche Reaktion dazu geführt, dass der Salat unverkäuflich ist und der Gärtner würde von einem Schaden sprechen. In beiden Fällen hat die Pflanze eine Schädigung aufgewiesen, während der Gärtner als Besitzer im ersten Fall von Schädigung, im 2. Fall dagegen von Schaden spricht.
Bei der pflanzlichen Reaktion auf eine Luftverunreinigung ist auch zu unter- scheiden, ob sichtbare Symptome auf- treten oder nicht. Je nach den Ver- hältnissen, sind die in Tabelle 1 aufge- führten 3 Kategorien zu unterschei- den.
Während sichtbare Auswirkungen in der Regel als Schaden akzeptiert wer- den, wird die Existenz einer unsicht- baren Auswirkung oft negiert oder ge- leugnet. Diese ist jedoch gerade für die Forstwirtschaft sehr wichtig. Denn
* nach einem Referat an der Generalver- sammlung des VFWL.
Heizung und Lüftung/ Chauffage et ventilation 1/81 Auswirkungen von Luftverunreinigungen auf Pflanzen
Kategorie Konzentration Zeitdauer Auswirkungen
akut hoch kurz sichtbar, z.B. abgestorbenes Gewebe
chronisch niedrig lang sichtbar; z.B. kleine Blätter oder Triebe
latent niedrig lang
1
unsichtbar;
oder
physiologische Reaktion
hoch sehr kurz
Tabelle 1: Kategorien der Auswirkungen von Luftverunreinigungen
wo die Walderhaltung gesetzlich vor- geschrieben ist, ist eine rechtzeitige Vorwarnung des Vorhandenseins einer Belastung notwendig. Wenn eine Rot- tanne ihre Nadeln verfärbt und ver- liert, ist es in der Regel für ihre Ret- tung zu spät!
In Abbildung 1 sind die wichtigsten Quellen der Luftverunreinigungen und ihre auch in der Schweiz wichtigsten Emissionen, d.h. Ausstösse, aufge-
!Jit/'-\\=o0· ~~
/
CO
CH NO , X - o 3, "smog"
~ ~ --.___..diverse Stäube Pb
,,e:-:--so2
~ S t a u b
Abb.1:
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Die wichtigsten Quellen der Luftverunreini- gungen in der Schweiz.
führt. Wo diese Emissionen auf die belebte (Mensch, Tier, Pflanze) oder unbelebte Natur einwirken sprechen wir von Immissionen. Zu den gasför- migen Emissionen gehören die nitro- sen Gase, die bei jeder Verbrennung (auch bei Erdgas!) durch Verbindung der Luftkomponenten Sauerstoff und Stickstoff entstehen. Unter dem Ein- fluss starker Sonnenstrahlung können sie zur Bildung von Ozon und anderen schädlichen Luftverunreinigungen bei- tragen, welche die Gefahr der Bildung oxidierenden «Smogs» heraufbe- schwören. Aus Abb. 2 geht hervor, dass diese Gefahr für empfindliche Pflanzen bei besonderen Verhältnissen auch für das schweizerische Mittelland besteht, obwohl wir hier noch keine typische Smogsituation erlebt haben.
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Abb.2:
Smogsymptome an Blättern des smogempfind- lichen Tabaks Bel W3. Die feine nekrotische Tüpfelung beginnt meist an der Blattspitze (Blatt links).
Besonders augenfällig und ausgeprägt kann die Filterwirkung der Vegetation für Staub sein. Die Verminderung der Windgeschwindigkeit fördert die Sedi- mentation. Die Teilchen bleiben an der grossen Oberfläche hängen und kön- nen vom Wind nicht mehr aufgewir- belt werden. Zum Teil werden sie vom Regen abgewaschen, zum Teil gelan- gen sie mit der abfallenden Streue in den Boden. Staubfangend und staub- bindend wirken vor allem die im Mikroskop gut sichtbaren Härchen und die Wachsschichten (Abb. 3).
Diese ausgefilterten Staubteilchen sind aber nicht immer inert und ohne Wir-
Abb.4:
Abb.3:
Oberfläche von Rottannennadeln vom Stras- senrand unter dem Raster-Elektronen-Mikro- skop (Aufnahme R. Metzger, Inst. für Pflan- zenbiologie der Universität Zürich). Oben: mit Chloroform gewaschen, Spaltöffnungen gut sichtbar. Unten: ungewaschene, stark ver- schmutzte Oberfläche. Links: starke Vergrös- serung, Strichlänge = 0,05 mm. Rechts:
Strichlänge = 0,2 mm.
kung auf die Pflanzenwelt. Die lös- lichen Anteile können von Tau und Regen gelöst werden und ins Blatt- innere gelangen. Die Teilchen können aber auch die Spaltöffnungen verstop- fen (Abb. 3) und so den Gasaustausch behindern. Dunkle Teilchen wie z.B.
Russ, absorbieren mehr Strahlung und führen zu einer verstärkten Erwär- mung der Blattoberfläche. Dieser Staub kann aber auch den Boden be- einflussen. So wurde in Ostdeutsch- land gefunden, dass der Säuregrad der Humusauflage in Föhrenwäldern selbst in 10 bis 20 km Entfernung (Hauptwindrichtung) von einer asche- reiche Kohle verfeuernden Industrie- ballung durch Ausfilterung der alkali- schen Flugasche vermindert wurde.
4jährige Rottannen mit unterschiedlicher Schädigung durch eine mehrwöchige, kontinuierliche Begasung mit 0,2 ppm SO2 (0,2 cm3 SO2/m3 Luft). Von links nach rechts zunehmende Schädigung.
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Heizung und Lüftung/ Chauffage et ventilation 1/81 Auswirkungen von Luftverunreinigungen auf Pflanzen
Unter den gasförmigen Luftverunrei- nigungen hat vor allem das S02 grosse Beachtung gefunden. So konnte gezeigt werden, dass auch niedrige Konzentrationen bei langer Einwir- kungsdauer (Abb. 4) schädlich sind und an der Pflanzenwelt sichtbare Schäden verursachen können. Bei Blättern äussern sich diese als abge- storbene Flecken auf der ganzen Spreite, während Nadeln in der Regel von der Spitze her zurückdorren und abfallen. Abb. 4 zeigt zudem die durch die Erbanlagen bedingte unterschied- liche Widerstandskraft junger Rottan- nen gegenüber S02. Chronische Schä- digungen äussern sich oft in der Aus- bildung kleinerer Nadeln (Blätter) oder Triebe. Diese Erscheinung kann allerdings auch dann noch auftreten, wenn die Emissionen schon lange nicht mehr bestehen. Abb. 5 illustriert eine solche Nachwirkung an der Lärche.
Die verminderte Lebenskraft kann sich aber auch in einer erhöhten Frost- gefährdung oder verstärkten Anfällig- keit für Parasiten und Krankheiten
Abb.5:
Nachwirkung einer mehrwöchigen SO2-Bega- sung auf die Nadelneubildung der Lärche im folgenden Frühjahr. Links: ursprünglich be- gaste Pflanze. Rechts: Nullprobe mit denselben Erbanlagen.
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mg C02 • h-1 Netto-C02 -Aufnahme 50 \ Picea abies 369
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0 0.05 0.1 0.15 0.20 0.25 Begasungskonzentration (S02 ), ppm Abb.6:
Auswirkung einer 3monatigen SO2-Begasung (Konzentration auf Abszisse) auf die C02- Aufnahme einer Rottanne (Ordinate). I 12:
Messung Ende Dezember (Begasung 2.10.- 3.1.), I 4: Messung derselben Pflanzen Anfang April (nach 3 Monaten in sauberer Luft), II:
Messung der vom 3.1. bis 3.4. begasten Pflanzen Anfang April.
auswirken. Aus Abb. 6 geht hervor, dass sogar im Winterhalbjahr, d.h.
während der sogenannten Vegetations- ruhe, eine mehrmonatige S02-Bega- sung die C02-Aufnahme aus der Luft, also die Lebensgrundlage jeglicher
Abb. 7:
grünen Pflanze bei Licht, stark und nachhaltig zu drosseln vermag. Eine derartige Begasung in der ersten Hälf- te der Vegetationsperiode ist allerdings noch schädlicher und führt zu einer Beeinträchtigung des Jahrringbaues (Abb. 7). Die verminderte Bildung von Zellen und die verursachte Dünn- wandigkeit der Zellen im Extremfall bewirken eine drastische Drosselung der Produktivität des Waldes, selbst dort, wo keine sichtbaren Symptome auftreten!
Wenn sich der Mensch daher als Krone der Schöpfung betrachtet, so muss er die Schöpfung weise nutzen, statt sie auszunutzen und zu missbrauchen.
Der Mensch muss lernen, sich als einen Teil der Natur und damit seiner Umwelt zu sehen, denn erst diese Er- kenntnis zeugt von einem Verständnis einiger Zusammenhänge im Natur- haushalt. Er muss daher seine auf kurzfristige Wirtschaftlichkeit ausge- richtete Optik ändern zugunsten einer Ökologie, welche die Ökonomie bein- haltet.
Adresse des Verfassers:
Th. Keller, Eidg. Anstalt für das forstliche Versuchswesen, Birmensdorf
Auswirkung einer lOwöchigen Frühjahrsbegasung auf den im Mikroskop betrachteten Jahrring der Rottanne. Man beachte die Abnahme der Jahrringbreite und der dickwandigen Spätholzzellen (oben im Jahrring) mit zunehmender SO2-Konzentration (links: Nullprobe; nach rechts: 0,05, 0,1 und 0,2 ppm SO2). Jahrringbreite markiert.
