D2 Chlorophyllstrahlungs- und Fluoreszenzanalyse

Thema

Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) ist die erste Größe, die quantifiziert werden muss, um zu messen, wie viel der verfügbaren Lichtenergie ein Blatt aufnimmt und nutzt. Quantensensoren, die PAR messen, liefern auf Blattebene Informationen darüber, wie viel dieser Strahlung tatsächlich das photosynthetisch aktive Gewebe erreicht.

Anhand der empfangenen PAR ermöglicht ein Fluorometer, das die Chlorophyllfluoreszenz mittels modulierter Lichtimpulse misst, die Diagnose des Zustands des Photosystems II im selben Blatt: Je mehr PAR das Blatt nicht für die Photochemie des Photosystems II nutzen kann, desto mehr Chlorophyllfluoreszenz emittiert es. Diese Fluoreszenz misst das Fluorometer mit modulierten Lichtimpulsen, um den Zustand des Photosystems II zu diagnostizieren.

Zusätzlich zum Fluorometer mit modulierten Lichtimpulsen misst ein Infrarot-Gasanalysator ebenfalls auf Blattebene, wie viel Kohlendioxid das Blatt in Abhängigkeit von unterschiedlichen PAR-Werten aufnimmt oder abgibt. Diese Messungen dienen der Erstellung einer Kurve, die die Nettophotosynthese vollständig mit der Blattbestrahlungsstärke in Beziehung setzt – von niedrigen bis zu hohen Werten photosynthetisch aktiver Strahlung. Durch die Skalierung vom einzelnen Blatt auf die gesamte Baumkrone, die von allen Blättern der Pflanze oder des Bestandes gebildet wird, quantifiziert die hemisphärische Fotografie den Blattflächenindex (LAI) der Baumkrone. Dieser gibt an, wie viel Blattoberfläche zur Verfügung steht, um die von oben einfallende photosynthetisch aktive Strahlung abzufangen. Je höher der LAI, desto mehr photosynthetisch aktive Strahlung wird von der Baumkrone abgefangen, bevor sie den Boden erreicht.

Eine weitere Skalierung, von der Baumkrone auf das gesamte Ökosystem, ermöglicht die von Satelliten gemessene solarinduzierte Fluoreszenz die Schätzung der Brutto-Primärproduktion auf regionaler Ebene: Je mehr solarinduzierte Fluoreszenz von der Vegetation in einer Region emittiert wird, desto höher ist die Brutto-Primärproduktion, die diese Vegetation aus der von der Baumkrone in der gesamten Region empfangenen photosynthetisch aktiven Strahlung erzeugt.

Zusammen ermöglichen diese Instrumente – Quantensensoren für photosynthetisch aktive Strahlung, das modulierte Lichtpulsfluorometer, der Infrarot-Gasanalysator, die hemisphärische Fotografie und die satelliteninduzierte Solarfluoreszenz – die Überwachung der Aufnahme und Nutzung photosynthetischer Strahlung mit einer Auflösung vom einzelnen Blatt bis zum gesamten Ökosystem. Diese Abdeckung verschiedener Skalen erlaubt die Erkennung chronischer Photoinhibition im Photosystem II des Blattes, von Lichtmangel bei unzureichender photosynthetisch aktiver Strahlung sowie die räumliche Variabilität des photosynthetischen Zustands der Vegetation beim Vergleich der Brutto-Primärproduktion verschiedener Regionen.

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