Teil Geobotanik /Pflanzenökologie Grundstudium – Modul Bio 8 Teil Geobotanik /Pflanzenökologie SS 2008 - 10.-12. Stunde, 9. u. 10. 07.2008 Projektionen, Stichworte u.ä.
Modul Bio 8 – Teil Geobotanik (Pflanzenökologie) 1. Fragestellungen, Aufgaben und Teilgebiete der Geobotanik Floristik und kartographische Dokumentation des Vorkommens von Pflanzenarten 2.1 Das Areal einer Pflanzenart 2.2 Geoelemente der Flora – Arealtypen 2.3 Florenreiche 2.4 Florenregionen der Holarktis 3. Vegetationskunde 4. Vegetations- und Florengeschichte 4.1 Präkambrium 4.2 Paläophytikum 4.3 Mesophytikum: Trias, Jura 4.4 Kontinentaldrift 4.5 Neophytikum Kreide - Tertiär 4.6 Quartär 4.6.1 Kaltzeiten (Eiszeiten) 4.6.2 Spät- u. Nacheiszeit Mitteleuropäische Grundsukzession 4.6.3 Prägung der mitteleuropäischen Vegetation durch den Menschen 5. Pflanzenökologie 5.1 Autökologie 5.1.1 Pflanzlicher Strahlungs- u. Energiehaushalt
Globalstrahlung — Nettostrahlung [W m-2] Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) Photonenflussdichte (PPFD) [µmol Photonen m2 sec-1]
Reflektion Absorption Transmission Tages-() und Jahresgang () der Globalstrahlung über und in einem Buchenhochwald im Bergischen Land Absorption Transmission ( = auf Grund der Breitenlage maximal mögliche Globalstrahlung)
LAI = Blattflächenindex (leaf area index) [m2 Blattfläche m-2Grundfläche] Typische LAI-Werte: tropische Regenwälder 8 m2 m-2 einheimische sommergrüne Wälder 5 m2 m-2 Wiesen 5 m2 m-2 Getreidefelder 9 m2 m-2 Kartoffeläcker 2 m2 m-2
Elektromagnetische Strahlung trifft die Pflanzen - in Form von UV-Strahlung (schädlich), · - mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich · - mit Infrarotstrahlung. Sichtbares Licht Photosynthetisch aktive Strahlung: Gewinn von Stoffwechselenergie für die Pflanze, Umwelteffekt für Vorgänge der Gestaltbildung Stimulus für Bewegungsvorgänge
Lichtpflanzen — Schattenpflanzen (Heliophyten) (Skiophyten) Chl. a / Chl. b 2 – 3 3 - 4 Lichtpflanzen — Schattenpflanzen (Heliophyten) (Skiophyten)
Schutzmöglichkeiten: Photo-oxidativer Stress >> Photoinhibition Schutzmöglichkeiten: · Radikalabsorber — Moleküle (z.B. Ascorbinsäure) · — Enzyme (z.B. Peroxidasen) · Xanthophylle Energieabfuhr in Form von Wärme
Saisonales Erscheinungsbild = Licht-Qualität Chlorophyll Chlorophyll Photosynthese Carotinoide Cryptochrome - bewegungsphysiol. Effekte Phytochrome Keimung Sprossverlängerung Blattentfaltung Blütenbildung Phototropismen Saisonales Erscheinungsbild = „Phänologie“
UV - Strahlung UV-A : 315 – 380 nm UV-B : 280 – 315 nm Der UV-Anteil der Sonnenstrahlung wird in der Atmosphäre an Luftmolekülen, Wolken- und Staubpartikeln und am Boden in Abhängigkeit von der Art der Bodenbedeckung absorbiert, reflektiert und gestreut. UV-A : 315 – 380 nm UV-B : 280 – 315 nm UV-C : 150 – 280 nm Mögliche Schädigungen:
T e m p e r a t u r Fühlbare Wärme Latente Wärme Vereinfachte Energie-Eintrag durch die Global- strahlung Wärme-Dissipation durch langwellige Abstrahlung Fühlbare Wärme Konvektiver Wärmeaustausch mit der umgebenden Atmosphäre Organ- Erwärmung Latente Wärme Vereinfachte Wärmebilanz-Gleichung: Rn = M + S + E Netto- metabolisch fühlbare latente Energie- verbrauchte Wärme Wärme Gewinn Energie Verdunstungs-Kühlung durch die Transpiration (Energieaufwand für Wasser- verdunstung: = 2,45 MJ kg-1 H2O)
Kardinalpunkte der Temperatur . . . . Latenzgrenze Letalgrenze Verschiebungen: Modulativ <> modifikativ Stoffwechselvorgang Optimum Psychrophil Thermophil mesophil Temperaturbereich unteres oberes Pessimum Pessimum modulative Veränderung: kurzfristig und voll reversibel modifikative Veränderung: mittelfristig erfolgend, weitgehend irreversibel, im Zuge der individuenspezifischen Ontogenese Kardinalpunkte der Temperatur
Tieftemperatur – Reaktion von Pflanzen Erkältungsempfindlich (chilling sensitive): Schädigung bei > 0°C Frostempfindlich : Schädigung zwischen 0°C und ca. –10°C Frosttolerant: Schädigung erst bei Temperaturen < ca. –10°C Gefrier-Exotherme
Kältehärtung und –enthärtung im Herbst bzw. Frühjahr Vorruhe Vollruhe Nachruhe Austrieb abhärtungsbereit enthärtungsbereit
Osmotika-Anreicherung (Zucker!) Vakuolen-Aufteilung Biomembran-Umbau Kältehärtung: Osmotika-Anreicherung (Zucker!) Vakuolen-Aufteilung Biomembran-Umbau partielle Zellentwässerung spezifische Gen-Expression („anti-freeze proteins“, „cold adaption proteins“)
Lebensformen nach Raunkiaer
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(= hartlaubige) Blätter skleromorphe (= hartlaubige) Blätter Trocken- substanz mesomorphe Blätter sukkulente Blätter bis 70 % 90 % 98% Wasser- gehalt
poikilohydre Pflanzen Hydratations- Depot- freies wasser wasser Wasser homoiohydre Pflanzen schadensloser Wasserverlust poikilohydre Pflanzen
Poikilohydrie Homoiohydrie Poikilohydre Thallophyten: Algen, Pilze, Flechten, Moose Poikilohydrie Homoiohydrie (nahezu alle Kormophyten) Einige Farne und Blütenpflanzen Poikilohydre Kormophyten
Syndrom der Poikilohydrie: - kleinlumige Vakuolen - Fähigkeit zur partiellen Stabilisierung von Membranen und Makromolekülen unter Wasserentzug - geregelter Ab- und Wiederaufbau von Organellen bei weitgehender Austrocknung - Produktion austrocknungsspezifische Proteine mit Chaperon- bzw. Schutzstoff-Charakter
SPAC = Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum Bodenwasser: — Haftwasser — Senkwasser • Feldkapazität
Gesamt- Transpi- ration des Baumes Luft- feuchte Evaporation = Verdunstung offener Wasserflächen Transpiration = stomatär geregelte Wasserabgabe der Blätter photo- synthet. aktive Strahlung Gesamt- Transpi- ration des Baumes
Stomataweiten: Faktoren-Abhängigkeit (schematisch)
Mittagsdepression
Dürre-Resistenz von Pflanzen Wasserstress-Toleranz (tolerance) Wasserstress-Vermeidung (avoidance) - Blattflächenverkleinerung - Profilstellung der Blätter - ledrige, wasserarme Konsistenz der Blätter - Kleinzelligkeit des Mesophylls - Verdickung der Epidermisaussenwände Verdickung der Kutikula - eingesenkte Stomata - kleine Stomata in großer Anordnungsdichte - dichte Blattbehaarung Sukkulenz
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Boden ist die aus der Verwitterung des anstehenden geologischen Untergrundes hervorgegangene und mit organischen Substanzen angereicherte oberste Schicht der Erdoberfläche. Sie ist partikulär strukturiert und enthält in den Zwischenräumen zwischen den festen Teilchen teils eine wässrige Lösung, teils Luft von wechselnder Gaszusammensetzung. Boden ist belebt durch eine Vielzahl von Mikroben und heterotrophen eukaryontischen Lebewesen, als vegetationsbestandener Boden ist er in seinen obersten Bereichen auch mehr oder weniger dicht durchsetzt von Pflanzenwurzeln.