D3 Thermometrie und Pflanzenenergiebilanz

Thema

Die Energiebilanz einer Pflanze ergibt sich aus der Summe aller Wärme- und Strahlungsströme, die in das Blatt ein- und austreten. Die Blatttemperatur ist die Variable, die diese Energiebilanz in einem einzigen Wert zusammenfasst: Übersteigt der Wärmestrom, der in das Blatt eintritt, den Wärmestrom, der austritt, steigt die Blatttemperatur; übersteigt der Wärmestrom, der austritt, den Wärmestrom, sinkt die Blatttemperatur. Mithilfe verschiedener Messinstrumente lassen sich die einzelnen Ströme dieser Energiebilanz sowie die resultierende Blatttemperatur separat quantifizieren.

Am direktesten lässt sich die Blatttemperatur mit Kontaktthermoelementen messen. Diese werden auf der Blattoberfläche angebracht und erfassen jede Temperaturänderung an dieser Stelle sofort als messbares elektrisches Signal.

Im Gegensatz zu Kontaktthermoelementen, die nur punktuelle Temperaturmessungen ermöglichen, erfassen Wärmebildkameras die von der gesamten Blattoberfläche abgegebene Infrarotstrahlung. Mithilfe dieser Daten erstellen sie umfassende Blatttemperaturkarten, die es ermöglichen, die Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Bereichen desselben Blattes oder zwischen verschiedenen Blättern der Pflanze zu beobachten.

Um die Energiebilanz zu vervollständigen, sind neben der Messung der resultierenden Blatttemperatur auch Wärmefluss- und Strahlungssensoren erforderlich. Diese Sensoren messen separat die einzelnen Wärmeströme, die in das Blatt ein- und austreten: die vom Blatt absorbierte Strahlung, den Wärmeaustausch zwischen Blatt und Luft durch Konvektion und die durch Transpiration abgegebene Wärme. Durch die Addition all dieser Ströme stellen die Wärmefluss- und Strahlungssensoren sicher, dass die Energiebilanz vollständig ist und kein relevanter Wärmestrom unberücksichtigt bleibt.

Innerhalb der Energiebilanz der Pflanze stammt ein weiterer Anteil der Wärme nicht aus Strahlung oder Konvektion, sondern aus dem eigenen Stoffwechsel. Das Pflanzenkalorimeter misst diese metabolische Wärmeproduktion getrennt von den anderen Energieströmen. Da die Blatttemperatur alle von Kontaktthermoelementen, Wärmebildkameras, Wärme- und Strahlungsflusssensoren sowie dem Pflanzenkalorimeter gemessenen Ströme in einem einzigen Wert integriert, ermöglicht sie die Diagnose von Hitzestress und Stomata-Status des Blattes, ohne dass jeder einzelne Strom separat gemessen werden muss. Eine deutlich vom optimalen Bereich abweichende Blatttemperatur deutet auf Hitzestress hin, während eine Blatttemperatur über der Umgebungsluft auf einen Zustand geschlossener Stomata schließender Öffnungen hinweist. Denn mit dem Schließen der Stomata stellt die Kühlung des Blattes durch Transpiration ein, und die zuvor teilweise durch latente Wärme ausgeglichene Energiebilanz akkumuliert sich in Form einer höheren Blatttemperatur.

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