Photosynthese in Pflanzen: Grundlagen und Typen

Land-Senke: Erhöhte atmosphärische CO2

• Die Wirkung zukünftiger CO2-Konzentrationen auf Pflanzen wird untersucht.
• Die Folgen für die C-Speicherung in Ökosystemen werden analysiert.
• Experimente und Modelle zu diesem Thema werden vorgestellt.

Aufbau eines Blattes

• Die Photosynthese und ihre Faktoren werden beleuchtet.
• Die Struktur eines Blattes, wie z. B. Chloroplasten, Interzellularraum und Spaltöffnungen (Stomata), werden dargestellt.
• Die Rolle von Licht, CO2 und Wasser bei der Photosynthese wird erläutert.

Photosynthese

• C3-, C4- und CAM-Photosynthese werden als unterschiedliche Typen von Photosynthese-Apparaten in Pflanzen beschrieben.
• Die Photosynthese dient der Aufnahme von CO2 in organische Moleküle.
• Die Schlüsselrolle des Enzyms Rubisco in der C3-Photosynthese sowie anderer Enzyme in C4 und CAM-Photosynthese wird diskutiert.
• Beispiele für Pflanzen mit verschiedenen Photosynthese-Typen werden genannt (Reis, Mais, Ananas).

Direkte und indirekte Wirkungsmechanismen

• Es werden Mechanismen diskutiert, wie erhöhte CO2-Konzentrationen die Photosynthese direkt und indirekt beeinflussen.
• Die Rolle von pO2/pCO2, Photosynthese, pflanzlicher Produktion, Blattfläche und dem C-Metabolismus werden hervorgehoben.

Photosynthese und Wasserhaushalt

• Pflanzen regulieren die Diffusion von Wasser durch die Spaltöffnungen.
• Der Wasserhaushalt und die Blattleitfähigkeit werden mit der Photosyntheseleistung in Verbindung gebracht.
• Erhöhte CO2-Konzentrationen erlauben eine gleichbleibende Photosyntheseleistung bei geringerer Blattleitfähigkeit.

Experimente: Jasper Ridge, Kalifornien

• Ein CO2-Anreicherungsexperiment in einem Grasland wurde in Jasper Ridge, Kalifornien durchgeführt.
• Die Produktivitätssteigerung unter erhöhtem CO2 wurde mit der Verlängerung der Vegetationsperiode in Verbindung gebracht.

Experimente: Nenzlingen im Laufental, Schweiz

• Ein CO2-Anreicherungsexperiment in einem Kalkmagerrasen wurde durchgeführt.
• Der Einfluss von erhöhtem CO2 auf die Biomasse wird dargestellt.
• Die Auswirkungen auf die Produktivität unter erhöhten CO2-Konzentrationen werden quantifiziert.

Wasserersparnis unter erhöhtem CO2

• Experimente in verschiedenen Regionen (Kansas, USA, Colorado, USA, Schweiz) zeigen, dass erhöhte CO2-Konzentrationen unter geeigneten Bedingungen zu einer Wasserersparnis führen können.

Wechselwirkungen von C- und H2O-Haushalt

• Die Wechselwirkungen zwischen dem Kohlenstoff- und dem Wasserhaushalt bei Pflanzen werden modelliert.
• Einflüsse verschiedener Faktoren wie Blattleitfähigkeit, Evapotranspiration, Bodenwasserpotential, Photosynthese und relatives Wachstum werden dargestellt.
• C-Allokation in nicht-photosynthetisierende Gewebe spielt eine Rolle.

Zusammenfassung Beispiel-CO2-Experiment

• Die Photosyntheseleistung steigt unter erhöhtem CO2 um etwa +40%.
• Die Pflanzenwachstum und die Akkumulation organischer Bodensubstanz reagieren positiv auf erhöhtes CO2.
• Der C-Eintrag in die Böden ist vernachlässigbar, oder sogar null.

Modellprognosen

• Pflanzen haben C-Quellen (Photosynthese) und C-Senken (Atmung und Gewebebildung).
• Typische Vegetationsmodelle modellieren das Pflanzenwachstum basierend auf C-Quellen und -Senken.

Speicherung von zusätzlich fixiertem CO2

• Die Menge an grünem Pflanzenmaterial ist begrenzt.
• Holz und Böden spielen eine wichtige Rolle für die langfristige CO2-Speicherung.
• Die Speicherung von CO2 ist abhängig von anderen Elementen (z.B. Stickstoff).

N-Limitierung in Böden

• Es wird der Bedarf an Stickstoff berechnet, um 100 g C im Boden zu binden.
• Hohe C-Sequestrierung ist nur möglich, wenn der C:N-Verhältnis hoch ist.
• In Grasland ist das C-Sequestrierungspotential oft begrenzt und abhängig von Nährstoffen wie Stickstoff.

Zusammenfassung

• Die pflanzliche Photosynthese reagiert auf erhöhte CO2-Konzentrationen, die Pflanzen sparen eventuell Wasser und das Pflanzenwachstum wird positiv beeinflusst.
• Die C-Speicherung in Ökosystemen wird durch verschiedene Faktoren (z.B. Limitation, Störungsregime) weiter eingeschränkt.