- Einleitung
- Pflanzliche Reaktionen auf phytotoxische Immissionen
- Einfluß gasförmiger Schadstoffe auf die AssiImilationsorgane - NOX und SO2
- Ozon
- Kombinationswirkung von Ozon und SO2
- Ablagerung von toxischen Stäuben auf der Blattoberfläche - Eintrag toxischer Stoffe über dem Boden
- Methoden zur Frühdiagnose der Schadensentwicklung an Waldbeständen - Bestimmung von Ozon in der Atmosphäre
- Bestimmung der Schwefelfraktion in Fichtennadeln - Mikroskopische Untersuchungen
- Reflexionsspektren von Blättern und Nadeln - CO2-Gaswechsel- und Transpirationsmessungen - Die EPR-Methode
- Quantitative Analyse von Pigmentgehalten - Peroxidase-Aktivität
- Prolin-Gehalt
- Indolyl-3-essigsäure - Antioxidative Schutzstoffe - Lipide
- Epikutikularwachse - Schlußbetrachtungen Einleitung
Waldbestände besitzen wegen ihrer großen Oberfläche eine besonders hohe Kapazität für das Ausfiltern von Schadstoffen aus der Luft, wobei Nadelbäume durch die ganzjährige Benadelung die Laubbäume noch übertreffen. Somit ist das Ökosystem Wald durch die Deposition von Luftverunreinigungen einer zusätzlichen starken Belastung (zusätzlich zum Klimastreß - Frost, Hitze, Trockenheit, Strahlung, Wind, Inversionen - und anderen Stressoren) ausgesetzt. Seit Beginn des Industriezeitalters hat sich die Menge als auch die Art der anthropogenen Luftschadstoffe ständig und in zunehmendem Ausmaß vermehrt. Schon vor mehr als 100 Jahren wurde die schädliche Wirkung von Luftverschmutzungen erkannt und Forschungen hinsichtlich der "klassischen Rauchschäden" durchgeführt (Löffler K., 1983). Klassische Rauchschäden (Nekrosen u.a.) traten im näheren Umkreis der Emissionsquellen auf und gestatteten eine kausale Beziehung zwischen Emissionsquelle und Schaden. Mit dem Bau hoher Schornsteine (etwa 1960) gelangen die Schadstoffe aus den Industrieballungsgebieten durch Ferntransport in bisher unbelastete, industrieferne Reinluftgebiete. Dabei kommen den Emissionen der Schadstoffe SO2 (Schwefeldioxid - überwiegend aus Großfeuerungsanlagen) und NO2 (Stickoxide – Feuerungsanlagen, Verbrennungsmotoren, chemische Industrie u.a.) die größte Bedeutung zu. In der Atmosphäre unterliegen sie der Verteilung, chemischen Reaktionen sowie dem Austrag aus der Atmosphäre zurück zur Erdoberfläche durch nasse (Niederschlagsarten) bzw. trockene Deposition. SO2 und NOx wirken als Primärschädigung direkt über die Blätter oder Nadeln (Schädigung
der Assimilationsorgane) sowie indirekt über die Wurzeln (Bodenversauerung, Aluminiumtoxizität, Auswaschung von Mineralstoffen).
Seit 1980 treten in den früher als Reinluftgebiete angesehenen Wäldern (ohne erhöhte Schwefelbelastung oder Säureeintrag in der Luft und im Boden) Schäden an Koniferen auf, die sich deutlich von den SO2-Schadbildern unterscheiden. Sie äußern sich bei Koniferen in Nadelvergilbungen (auf der dem Licht zugewandten Seite) und Nadelverlusten (Fiedler H.J., 1988). Als auslösende Schadstoffe werden hierfür Photooxidantien (Ozon und Peroxide), die photooxidativ aus Stickstoffverbindungen, Kohlenwasserstoffen (in großem Umfang licht- und temperaturabhängig von den Bäumen selbst produziert) und Sauerstoff entstehen (Licht bei einer Wellenlänge kleiner 430 nm spielt eine entscheidende Rolle), verantwortlich gemacht (Elstner E.F.
u.a., 1984). Bewölkungsarme (sonnenscheinreiche, trockene) Sommerperioden sind für die Bestände besonders gefährlich, wie sie 1976, 1982 und 1983 in Deutschland auftraten und offensichtlich zum Fortschreiten der Walderkrankungen beigetragen haben (Schmidt M.,1983). Da sich in den letzten Jahren die Schadstoffemissionen wenig verändert haben, ein rascheres Fortschreiten der Erkrankung der Bäume aber zu erkennen ist, muß man davon ausgehen, daß es "den Verursacher" des Waldsterbens nicht gibt, sondern, daß die zunehmenden und langanhaltenden Belastungen mit natürlichen und anthropogenen Stressoren (SO2, NOx , Peroxide, Fluorwasserstoff, Schwermetalle, Stäube) eine Kombinationswirkung ist und die Kapazität der Kompensation dieser Wirkungen überschritten ist. Einer "sichtbaren"
Wirkung von Schadstoffen (Chlorosen, Nekrosen, Vergilbung und Abwurf der Nadeln) gehen "unsichtbare" Wirkungen voraus, die ihre Ursache in den Veränderungen biochemischer und physiologischer Prozesse (Photosyntheseleistung, Transportprozesse, Enzymaktivitäten usw.) haben. Deshalb ergeben sich aus der Untersuchung von Stoffwechselprozessen Hinweise auf eine möglichst frühe Erkennung von Schadstoffeinflüssen sowie die Notwendigkeit, Wirkungsmechanismen der Schadstoffe aufzuklären (Schlee D. u.a., 1987).
Eine Frühdiagnose der Schadwirkungen ist auch wichtig für eventuelle kurative Therapien (Düngung von Calcium-Phosphor-Stickstoff, Zuführung von Magnesium, Verstärkung des Antioxidantienschutzsystems u.a.), die ein noch weiteres Absterben der Wälder evt. verzögern und/oder verhindern können, bis eine drastische Senkung aller Schadstoffemissionen der Natur eine Entlastung bringen kann.
Schlußbetrachtungen
Pflanzen reagieren auf Einwirkungen von Stressoren gleich welcher Art mit physiologischen und. biochemischen Reaktionen, die bis zu einem gewissen Grad.
kompensiert werden können. Erst wenn durch die Summe der einwirkenden Stressoren keine Streßkompensation mehr möglich ist, manifestieren sich die
"unsichtbaren" Veränderungen zu sichtbaren Schäden (Nekrosen, Vergilbung der Nadeln, Abfall der Nadeln), die als frühzeitige Seneszenz erkennbar ist und in vielen Aspekten dem normalen Alterungsprozeß entspricht. Spezifische Schadbilder können nur dann zugeordnet werden, wenn ein Streßfaktor deutlich über die anderen dominiert. Da die Pflanzen in ihren Reaktionen auf Stressoren nur wenige Möglichkeiten haben, ist eine standortspezifische Erfassung von Stressorenmustern unumgänglich (u.a. waldbauliche Maßnahmen, Boden-pH-Wert und Bodenexposition, Wasser- und Nährstoffhaushalt, Klimastreß, genaue Erfassung der einwirkenden Luftschadstoffe). Eine Frühdiagnose von unsichtbaren Schäden in Waldbeständen wird sich immer nach dem Informationsbedarf (ergibt sich aus dem Stressorenmuster) und den gerätemäßigen Möglichkeiten richten müssen. Dabei sollten vor allem Methoden Vorrang haben, die bezüglich der Probenahme, der
Analyse und der Auswertung ein einfaches Arbeiten ermöglichen. Dazu sind noch der Probenahmetermin (z.B. Januar - Winterruhe, März/April –Austriebsbeginn, Mai/Juni - Triebabschluß, August - Herbstruhe), das Alter (keine Nadeln des ersten Jahrganges, sie sind zu unempfindlich) und die Art der Probenzweige (Nadeln der sonnenexponierten Seite entnehmen) zu beachten. Begasungsversuche in Kammern zur spezifischen Schaddiagnose sollten möglichst konstante Temperatur-, Luftfeuchte- und Lichtbedingungen gewährleisten, eine genaue Messung der Konzentration der einwirkenden Schadgase (die möglichst den Bedingungen der natürlichen Umwelt entsprechen sollten) und Analysen zu eventuellen Bodenveränderungen (pH-Wert, Nährstoffverbrauch) ermöglichen.
Kurative Maßnahmen aus einer Frühdiagnose von Waldschäden abzuleiten ist zwar möglich (Zuführung von Nährstoffen, Erhöhung des Antioxidantien-Schutzsystems), bedeuten aber einen schweren Eingriff in das Ökosystem Wald und können trotz der guten Absicht zu schwerwiegenden Folgen führen, worauf auch die unterschiedlichen Erfolge von Düngemaßnahmen deuten. Ein Einstieg der Abteilung Modellierung der Forschungsstelle für chemische Toxikologie der AdW der DDR in das experimentelle Arbeiten zur spezifischen Früherkennung von Waldschäden muß reiflich überlegt werden, da nur einzelne Mitarbeiter mit einer mangelhaften gerätemäßigen Ausstattung (Specol, in naher Zukunft HPLC) auf diesem breitgefächerten Gebiet arbeiten könnten. Möglich wären einzelne, den Komplex abstützende Untersuchungen, die aber genau diskutiert werden müßten - z.B.
Schadstoffeintrag, computergestützte Modelle zur Schadstoffwandlung im Waldbestand, Begasungsversuche in Kammern mit einzelnen, einfachen Be- stimmungen von physiologischen und biochemischen Reaktionen.
Auf die Bestimmung von Mengen- und Spurenmetallen in Blattorganen und der quantitativen Ermittlung der "Auslaugbarkeit" von Metallen - beides ebenfalls Methoden der Frühdiagnostik -kann hier aus Raumgründen nicht eingegangen werden.
