Experimentelle Pflanzenökologie

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1 Experimentelle Pflanzenökologie Grundlagen und Anwendungen Dieter J. von Willert Rainer Matyssek Werner Herppich 161 Abbildungen 33 Tabellen 1995 Georg Thieme Verlag Stuttgart New York

2 Inhaltsverzeichnis TeilA Einführung 1 Der Begriff Ökologie 2 Der Standort als kleinste ökologische Einheit 5 Die abiotischen Faktoren 7 Die biotischen Faktoren 8 Die Pflanze 8 3 Arbeitsfelder und Vorgehen experimenteller Ökologie 11 Die physiographische und biologische Beschreibung des Standortes 11 Faktorenanalyse 13 Verifizierung 15 Teil B Abiotische Faktoren des Standortes 17 4 Das Wasser Chemische und physikalische Eigenschaften Einige Bemerkungen zur Molekülstruktur von H 2 O Wasserstoffbrückenbindung Struktur von festem und flüssigem Wasser Oberflächenspannung, Kohäsion, Adhäsion und Kapillareffekt Wasser als Lösungsmittel Wasserpotential ' Gibbssche freie Enthalpie : Chemisches Potential Definition des Wasserpotentials Druckpotential Osmotisches Potential 42 5 Mikrometeorologische Faktoren Strahlung Strahlungsgesetze 51 Schwarze Strahler 52 Stefan-Boltzmann-Gesetz Sonnenstrahlung Langwellige thermische Strahlung Meßprinzipien, Einheiten 62 Photosynthetisch aktive Strahlung 62 Globalstrahlung 63 Gesamtstrahlung 64

3 X Inhaltsverzeichnis 5.2 Temperatur Energie, Temperatur und spezifische Wärme Wärmeübertragung Methoden der Temperaturmessung 68 Flüssigkeitsthermometer 68 Infrarot-Thermometer,69 Widerstandsthermometer und Thermoelemente Beispiele von Thermoelement-Meßanordnungen Wärmeaustausch mittels Peltier-Elementen Luft Gasgesetze 81 Satz des Avogadro 81 Boyle-Mariottesches Gesetz 81 Gay-Lussacsches Gesetz 82 Allgemeines Gasgesetz 82 Ideale und reale Gase 84 Daltonsches Partialdruckgesetz 84 Barometrische Höhenformel Diffusionsgesetze Zusammensetzung der Atmosphäre und Löslichkeit von Gasen in Wasser 91 Löslichkeit von Gasen 92 CO 2 -Messung in Luft 96 O 2 -MessunginLuft Wasserdampf 101 Phasendiagramm des Wassers 101 Sättigungsdampfdruck von Wasser im ökologischen Temperaturbereich 106 Definitionen der Luftfeuchte 109 Angabe der Luftfeuchte bei unterschiedlichem Luftdruck 113 Definitionen des Luftfeuchtedefizits und des Wasserdampfgradienten. 113 Luftfeuchte als thermodynamische Größe 116 Methoden der Luftfeuchtemessung 119 Übungsbeispiel Wind 124 Luftgrenzschicht 125 Definition der Konvektion 127 Ökologische Bedeutung von Grenzschicht und Konvektion in Blättern 130 Methoden der Windmessung 132 TeilC Die Pflanze 135 Energieumsatz Strahlungsbilanz Optische Eigenschaften der Pflanzen Das Blatt im Zentrum von Strahlungsflüssen 141

4 Inhaltsverzeichnis XI 6.2 Energiebilanz Möglichkeiten zum Ausgleich der Strahlungsbilanz 145 Energieumwandlung Q Ph und Q M. 145 Wärmeleitung 147 Wärmespeicherung Q H 147 Wärmeaustausch (Konvektion) C 148 Energieverlust durch Umwandlung Q^ Das Blatt im Zentrum von Energieflüssen Modell zur Energiebilanz Gaswechsel der Blattorgane Physikalische Grundlagen Transpirationsrate und Blattleitfähigkeit für Wasserdampf Stromatäre, kutikuläre und Grenzschichtleitfähigkeit für Wasserdampf Transpirationsrate und Blattleitfähigkeit für Wasserdampf in den neuen Einheiten Netto-CO 2 -Austrauschrate und Blattleitfähigkeit für CO Abgeleitete Parameter aus Gaswechselmessungen Bezugsgrößen für Gaswechselmessungen Zahlenbeispiel Methoden der Gaswechselmessung Momentanmethode nach Stocker Offene und geschlossene Gaswechselmeßsysteme 175 Porometer zur Wasserdampfdiffusion 176 Systeme zur gleichzeitigen Messung der Transpirationsrate und Netto-CO 2 -Austauschrate Korrekturverfahren bei der Berechnung von Gaswechseldaten Ergebnisse aus Gaswechseluntersuchungen Abhängigkeit des Gaswechsels von den Klimafaktoren CO 2 -Abhängigkeit des Gaswechsels Ergänzende Methoden zu Gaswechselmessungen Chlorophyllfluoreszenz - Fluoreszenzinduktionskinetik 207 Lichtabsorption, Absorptionsspektren und konjugierte Systeme Lichtabsorptions- und Energiedissipationsvorgänge im Chlorophyllmolekül 212 Der Kautsky-Effekt und seine Deutung. 218 Fluoreszenzkinetik 218 Meßgeräte 221 Analyse und Anwendung von Fluoreszenzmessungen 222 Einige Anwendungsbeispiele Messung des Sauerstoffgaswechsels von Blattstücken 233 Polarographische Sauerstoffmessung in der Gasphase 234 Verfahren 236 Einsatzmöglichkeiten Kohlenstoffisotope 237

5 XII Inhaltsverzeichnis 8 Wasser in der Pflanze Wasseraufnahme Wasserzustand '. ' Wassergehalt und daraus abgeleitete Größen Wasserzustandsgieichung 250 Definition am Beispiel einer Einzelzelle 250 Alternative Ansätze zur Beschreibung des Wasserzustandes 252 Elastizitätsmodul und Wasserspeicherkapazität 254 Erweiterung des Modells auf Gewebe und Organe 257 Matrixpotential 258 Gravitationspotential und das Gesamtwasserpotential Methoden zur Messung des Gesamtwasserpotentials und seiner Komponenten 262 Kompensationsmethode und Grenzplasmolyse 263 Psychrometertechnik 266 Druckbombenmethode nach Scholander 283 Druck-Volumen-Analyse 292 Miniaturdrucksonde nach Zimmermann und Steudle Ferntransport des Wassers in der Pflanze Heat Pulse"-Methode Heat Balance"-Methode 315 Prinzip der Massenflußmessung 315 Heat Balance"-Methode in Baumstämmen 315 Heat Balance"-Methode in krautigen Pflanzen 317 Heat Balance" als physikalisch absolute"methode 319 Ergebnisse der Heat Balance"-Methode 319 Bedeutung der Heat Balance"-Methode in der Pflanzenökologie Teil D Schlußbetrachtung. 323 Literatur Grundlegende Lehrbücher zu ähnlicher Thematik 330 Auswahl verarbeiteter und zitierter Originalarbeiten 330