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Land-Senke: Erhöhte atmosphärische [CO2 ] Wirkung von zukünftigen [CO2 ] auf Pflanzen Konsequenzen für C-Speicherung in Ökosystemen Experimente und Modelle  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Photosynthese Aufbau eines Blatts Licht...

Land-Senke: Erhöhte atmosphärische [CO2 ] Wirkung von zukünftigen [CO2 ] auf Pflanzen Konsequenzen für C-Speicherung in Ökosystemen Experimente und Modelle  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Photosynthese Aufbau eines Blatts Licht t schich den lisa Pal cc Chloroplast ci Interzellularraum Stomata ca CO2 Wasserfilm H2O  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Photosynthese Photosynthese Photosynthese dient der Aufnahme von CO2 in organische Moleküle In Pflanzen gibt es drei “Typen” von Photosynthese-Apparaten: C3 , C4 , CAM Abb. aus Yamori et al. (2014) Photosynth. Res.  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Photosynthese Photosynthese Ribulose- Bisphosphat- Photosynthese dient der Aufnahme Carboxylase von CO2 in organische Moleküle In Pflanzen gibt es drei “Typen” von Photosynthese-Apparaten: C3 , C4 , CAM Das zentrale Enzym im C3 -Pflanzen ist “Rubisco” In C4 und CAM-Pflanzen ist ein weiterer Metabolismus “vorgeschaltet” im Folgenden diskutieren wir erst C3 -Pflanzen, und kommen später auf die C4 -Photosynthese zurück Abb. aus Yamori et al. (2014) Photosynth. Res.  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Photosynthese Photosynthese Photosynthese dient der Aufnahme von CO2 in organische Moleküle In Pflanzen gibt es drei “Typen” von Photosynthese-Apparaten: C3 , C4 , CAM Das zentrale Enzym im C3 -Pflanzen ist “Rubisco” In C4 und CAM-Pflanzen ist ein weiterer Metabolismus “vorgeschaltet” im Folgenden diskutieren wir erst C3 -Pflanzen, und kommen später auf die C4 -Photosynthese zurück Abb. aus Yamori et al. (2014) Photosynth. Res.  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Photosynthese Photosynthese Photosynthese... nimmt mit der Lichtstärke zu (ausser bei Starklicht) nimmt mit der CO2 -Konzentration zu (bei genügend Licht, weil Rubisco nicht CO2 -saturiert ist, und weil die Photorespiration abnimmt) nimmt mit der Stickstoffverfügbarkeit zu (Blatt-Photosyntheseenzyme beinhalten einen grossen Teil des N; korreliert mit maximaler Photosyntheseleistung) Photosyntheserate 0.87g N m-2 1.25g N m-2 1.75g N m-2 Licht CO2 -Konzentration Konzentration im Blattinnern c i < ca Tang et al. 2017 GCB Bioenergy. Hemp (Cannabis sativa L.) leaf photosynthesis in relation to nitrogen content and temperature  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Photosynthese Direkte und indirekte Wirkungsmechanismen Mechanismus via C-Metabolismus ➠ CO2 ➠ pO2 /pCO2,i Rubisco- ➠ carboxylierung Photo- ➠ respiration Pflanzliche Blatt- ➠ ➠ (LAI) Produktion fläche  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Photosynthese Photosynthese und Wasserhaushalt Pflanzen regulieren die Diffusion ins Blatt mit Hilfe der Spaltöffnungen (Stomata) Die Luft im Blattinnern ist wassergesättigt. Über die Spaltöffnungen diffundiert Wasser in die trockene Atmosphäre Die Pflanze muss die Blattleitfähigkeit so regulieren, dass ein Kompromiss zwischen “verhungern” (wenig CO2 -Diffusion ins Blatt bei kleiner Spaltöffnungen) und “verdursten” (grosser Wasserverlust bei grossen Spaltöffnungen) erzielt wird. Konsequenz Erhöhte CO2 -Konzentrationen erlauben der Pflanze, die gleiche Photosyntheseleisung bei kleinerer Blattleitfähigkeit zu erzielen. Der Grund ist der grössere CO2 -Konzentrationsgradient zwischen Atmosphäre und Blattinnerem.  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Experimente Jasper Ridge, Kalifornien CO2 -Anreicherungsexperiment in annuellem Grasland (360ppm CO2 : Natürliche CO2 -Konzentrationen (720ppm CO2 : Erhöhte CO2 -Konzentrationen) Bodenwassergehalt (% vol) 30 Verlängerung der Vegetationsperiode 20 um 10-15 Tage Jackson et al. 1998 10 erhöhtes CO2 ambientes CO2 0 Gaswechselmessungen Jan März Mai Juli Sep Nov Monat Die Produktivitätszunahme unter erhöhtem CO2 konnte auf die Verlängerung der Wachstumsperiode zurückgeführt werden.  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Experimente Nenzlingen im Laufental, Schweiz CO2 -Anreicherungsexperiment in Kalkmagerrasen (1994-1999) (Umgebungs-CO2 [∼360 ppm] und erhöhtes CO2 [650 ppm])  Erhöhte atmosphärische CO2 Konzentrationen Experimente Nenzlingen im Laufental, Schweiz CO2 -Anreicherungsexperiment in Kalkmagerrasen (1994-1999) (Umgebungs-CO2 [∼360 ppm] und erhöhtes CO2 [650 ppm]) 500 CO2: P