Photosynthese von Flechten von flechtendominierten Gesellschaften in der alpin/nivalen Stufe der Alpen

Forschungsprojekt P 14437Photosynthese von Flechten von flechtendominierten Gesellschaften in der alpin/nivalen Stufe der AlpenRoman TÜRK 08.05.2000 In der nivalen Stufe der Alpen soll die photosynthetische Produktivität von Flechten und deren beeinflussende Faktoren gemessen werden. In diesem Lebensraum können Flechten bis zu 50 % der Bodenvegetation bilden und sind deshalb ein wichtiges Bestandteil der Vegetation. Obwohl es umfangreiche Untersuchungen über die Photosynthese und Kohlenstoffbilanz von Flechten in anderen extremen Lebensräumen gibt, wie beispielsweise in der Arktis und der Antarktis, existieren nur wenige Studien über den alpinen Lebensraum. Es bietet sich die Möglichkeit bei einer einzigartigen Forschungsstätte, dem Sonnblickobservatorium in den Hohen Tauern in Österreich, Freilandmessungen des C02 Gaswechsels durchzuführen. Dort können anspruchsvolle ökophysiologische und mikroklimatische Forschungen betrieben werden, unterstützt von einer Meteorologiestation mit langer und kontinuierlicher Datenaufnahme. Vorbereitende Untersuchungen haben gezeigt, daß moderne Ausrüstung für Gaswechselmessungen und Mikroklima in dieser Meereshöhe gut funktioniert und daß der CO2- Gaswechsel von Flechten präzise gemessen werden kann. Das C02-Aufnahmemuster von ausgewählten Flechtenarten soll ober drei Jahre hinweg in Tagesgängen von 24 Stunden gemeinsam. mit Umweltfaktoren wie Licht, Temperatur und Wassergehalt der Flechten gemessen werden. Dies wird auch Tagesgänge beinhalten in denen die Flechten unter Schnee begraben sind, eine Situation, in welcher sie möglicherweise sehr produktiv sein können. Einige Arten können selbst im gefrorenen Zustand Wasser aufnehmen und photosynthetisch aktiv sein. Solche Messungen, die das CO2-Gaswechselmuster über ein ganzes Jahr hinweg zeigen, können am leichtesten interpretiert werden, wenn die ökophysiologischen Kardinalpunkte der einzelnen Flechtenarten gut bekannt sind. Um diese Werte zu erhalten wird im Labor unter kontrollierten Bedingungen die Nettophotosynthese von jeder Art in Bezug auf Lichtintensität, Temperatur, Luftfeuchte und Wassergehalt des Thallus gemessen. Die Labormessungen werden mehrmals während des Jahres durchgeführt, um eine eventuell auftretende saisonelle Akklimatisation zu demonstrieren. Als letztes Ziel soll ein Kohlenstoffbilanzmodell für die untersuchten Flechtenarten erstellt werden. Erleichtert wird dies durch die Entwicklung eines kontinuierlich messenden Chlorophyll-Fluorometers, welches die Aktivität einer Flechtenart während des ganzen Jahres über aufnimmt. Die Messungen ermöglichen es letztendlich eine gute Vorstellung über die primären Beschränkungen der Produktivität der Flechten in der nivalen Stufe zu bekommen und die günstigste Zeit für die CO2-Aufnahme zu ermitteln. Dies erlaubt eine erste Schätzung über den Beitrag der Flechten zur Gesamtproduktion der Vegetationsgemeinschaften und fördert unser Verstehen, wie man diese Gesellschaften am besten schätzt und erhält.

Die alpin/nivale Höhenstufe der Hochalpen ist durch eine extreme klimatische Umwelt hinsichtlich Temperatur, Strahlung und Wasser charakterisiert. In dieser Zone wird die Vegetation durch Lagerpflanzen geprägt, hauptsächlich durch Flechten. Als vorrangiges Ziel des Projektes galt es dem Umgang dieser Organismen mit den vorherrschenden harten Klimabedingungen auf die Spur zu kommen. Der Gipfelaufbau des Hohen Sonnblicks mit dem dort befindlichen Meteorologischen Observatorium bietet ein einzigartiges Betätigungsfeld für hochalpine ökophysiologische Untersuchungen. Die Ergebnisse aus dem Labor zeigen, daß die Flechten zwischen -7 C und 30 C Nettophotosynthese betreiben können. Die optimale Temperatur liegt unter 12 C. Gesättigt war die Kohlenstoffaufnahme bei einer Strahlung von 1500 mol m -2 s -1 photosynthetischer Photonenflußdichte. Maximale Aufnahmen blieben unte 6,5 mol CO 2 kg Trockengewicht s -1 . Überraschenderweise gibt es einige Hinweise, daß die einzig obligatorisch nivale Flechte Umbilicaria virginis, welche als ein Spezialist für kalte Standorte gehandelt wird, an eher moderate Temperatur- und Lichtbedingungen angepaßt ist. Im Freiland wurden verschiedene Muster der Kohlenstoffaufnahme in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Flechten festgestellt. An trockenen Tagen mit Lufttemperaturen zwischen 3-8 C fiel die relative Luftfeuchte auf unter 30 % und der Wassergehalt der Flechte auf bis 6 %. In der Folge blieben die Flechten den ganzen Tag inaktiv. Als typisches Muster gilt eine dreistündige Kohlenstoffaufnahme am frühen Morgen mit sehr hohen Aufnahmeraten. Eine kontinuierlieche CO 2 -Aufnahme war nur unter sehr feuchten Wetterbedingungen möglich, d. h. ab einer relativen Luftfeuchte > 95 %. An solchen Tagen erreichte der Wassergehalt der Flechten mit mehr als 600 % des Trockengewichtes den maximalen Wert. Unterschiede in den Mustern der Kohlenstoffaufnahme wurden hauptsächlich durch unterschiedliche Wachstumsformen der Flechten verursacht (krusten-, blatt-, und strauchfömig). Der Langzeitversuch wurde mit einem Chlorophyll-Fluorometer durchgeführt. Dieses neuartige Gerät mißt die physiologische Aktivität mit dem dazupassenden Mikroklima an einer ausgewählten Flechtenart (Xanthoria elegans). Die "Blatt"-Temperatur der Flechte schwankte zwischen 36,7 C (Oktober) und -23,6 C (Dezember). Die Temperatur der feuchten und deshalb auch physiologisch aktiven Flechte schwankte hingegen nur zwischen - 10,4 und 21,8 C. Die Ergebnisse zeigen, daß die Flechte das ganze Jahr über metabolisch aktiv ist. Am höchsten ist das Wachstum im Sommer. Dies steht im Gegensatz zu den Flechten in der Antarktis. Für jene ist der Herbst die günstigste Zeit zum Wachstum.