Entkopplung stomatärer CO2- und H2O-Flüsse durch hygroskopischen Feinstaub

Description: Die CO2 - Aufnahme höherer Pflanzen erfolgt diffusiv über kleine Öffnungen der Blattoberfläche, die Stomata. Gleichzeitig geht auf demselben Weg Wasserdampf verloren, angetrieben vom atmosphärischen Sättigungsdefizit (VPD). Die Flüsse beider Gase werden durch die stomatäre Öffnungsweite bestimmt. Seit mehreren Jahrzehnten ist daher die wechselseitige Skalierung der Flüsse von Wasserdampf und CO2 ein zentraler Teil aller wichtigen Gaswechsel-Modelle - erkennbar am Faktor 1.6, dem Verhältnis der Diffusionskonstanten. Allerdings wird die Gültigkeit dieser Annahme in Frage gestellt, wenn sich Feinstaubablagerungen auf den Blättern befinden. Hygroskopische Feinstaubbestandtteile lösen sich in der feuchten Blattgrenzschicht auf, kriechen als dünne Filme in die substomatäre Höhle und verbinden sich dort mit apoplastischem Wasser. Durch diese „hydraulische Aktivierung der Stomata“ (HAS) transportieren die Stomata sowohl flüssiges als auch gasförmiges Wasser vom Blattinneren in die Atmosphäre. Wir konnten zeigen, dass bereits moderate Luftverschmutzung die stomatäre Transpiration bei Tag, die minimale Leitfähigkeit bei Nacht, sowie das Verhältnis zwischen Transpiration und Blattöffnungsweite signifikant beeinflusste. Diese Effekte werden durch den klimawandelbedingten Anstieg von VPD noch verstärkt: Wassernutzungseffizienz und Trockentoleranz nehmen ab und die Modellentwicklung auf Basis der gegenseitigen Skalierung von CO2 und H2O wird unzuverlässiger. In diesem Projekt soll in Labor, Gewächshaus und Freiland der HAS-Einfluss auf den pflanzlichen Gaswechsel und die Hydraulik quantifiziert werden, wobei iso- und anisohydrische Arten unterschiedlich auf Feinstaubablagerungen reagieren. Sowohl experimentelle Erhöhung als auch Verringerung der Feinstaubkonzentration werden als Versuchsansätze genutzt, gemeinsam mit aktuellen Gaswechsel-, optischen und Isotopen-Techniken. Die Ergebnisse sind bedeutsam für das Verständnis der Atmosphäre/Pflanze-Interaktion auf allen Skalen von der Schließzelle bis zum Pflanzenbestand.

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Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Pflanzenökologie ? Fluss ? Trockenheitsresistenz ? Atmosphärisches Aerosol ? Stomata ? Transpiration ? Gewächshaus ? Wasserdampf ? Feinstaubwert ? Aerosol ? Feinstaub ? Hydraulik ? Pflanzenbestand ? Pflanzenproduktion ? Pflanzensamen ? Luftverschmutzung ? Gasförmiger Stoff ? Gasaustausch ? Leitfähigkeit ? Pflanzenernährung ? Pflanze ? Atmosphäre ? Agrartechnik ? Biodiversity of Plants ? Biodiversität der Pflanzen ? Biodiversität der Ökosysteme ? Ecology of Ecosystems ? Ecology of Plants ? Pflanzenphysiologie ? Plant Cultivation ? Plant Physiology ? Ökologie der Ökosysteme ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2020-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Decoupling of stomatal CO2 and H2O fluxes by hygroscopic particles
  Description: Higher plants take up CO2 by diffusion via small openings on the surfaces of leaves, the stomata. Simultaneously, water vapor is lost along the same pathway, driven by atmospheric vapor pressure deficit (VPD). Stomatal aperture determines the fluxes of both gases. For decades, the mutual scaling between the fluxes of water vapor and CO2 has been a central part of all important gas exchange models - recognizable from the factor 1.6, which is the ratio of the respective diffusion constants. The correctness of this assumption is brought into question by the role of deposited aerosols on the leaf surface. Hygroscopic particles dissolve within the humid leaf boundary layer, forming thin liquid films that enter substomatal cavities and link the leaf surface with the apoplastic water. By this “hydraulic activation of stomata” (HAS), the stomata convey liquid as well as vapor phase water from leaf interior to the atmosphere. We have shown that even moderate air pollution produces significant effects, on daytime stomatal transpiration, on minimal night-time conductance, and on the relationship between transpiration and stomatal aperture. As climate-change increases VPD, this effect may become more significant, causing declines in water use efficiency and drought tolerance, and making models based on scalability of CO2 and H2O unreliable.In this proposal, the HAS impact on gas exchange and hydraulics will be quantified in lab, greenhouse, and open field experiments, using both isohydric and anisohydric species, which have been shown to respond differently to aerosol deposition. Aerosol amendment and aerosol exclusion techniques will be used as experimental manipulations, along with state of the art gas exchange, optical and isotope techniques. The results will be important in advancing understanding of plant/atmosphere interactions at scales from guard cell to extensive canopy. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140451

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/446535617 (Webseite)

Status

Aktiv

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