Analyse akustischer Signale trockengestresster Pflanzen

In naher Zukunft ist in Europa mit einer erhöhten Frequenz von Hitzewellen und Trockenperioden zu rechnen. Die damit einhergehende geringere Wasserverfügbarkeit wird die Produktionsleistung und das Wachstum von Pflanzen vermindern. In Zeiten des globalen Klimawandels ist es daher besonders wichtig, unser Wissen über die Reaktion von Gehölzpflanzen auf Trockenstress zu erweitern. Dieses Wissen ermöglicht uns Prognosen über die Überlebensfähigkeit einer Art und die Selektion von trockenheitstoleranteren Individuen oder Provenienzen. Wasser wird unter Zugspannung von den Wurzeln zur Krone transportiert. Wenn die Zugkräfte in den Gefäßen des Holzes zu groß werden, können die Wasserfäden sehr leicht reißen (Kavitation). Kavitationen führen zu einer Verminderung der hydraulischen Leitfähigkeit und schließlich zu einer Verschlechterung der Wasserversorgung der Krone. Kavitationen würden zu einem gänzlichen Verlust der Leitfähigkeit führen gäbe es keine Regulationsmechanismen über die Spaltöffnungen der Blätter. Das Verhalten von Pflanzen unter Trockenstress kann man mittels Verwundbarkeitskurven simulieren; dabei wird der prozentuelle Leitfähigkeitsverlust gegen das Wasserpotential (die Zugspannung) aufgetragen. Die hydraulische Methode zur Bestimmung des Leitfähigkeitsverlustes ist sehr arbeitsintensiv und vor allem fehleranfällig. Kavitationen kann man auch akustisch registrieren. Akustische Emissionen (AE) im Ultraschallbereich (> 15 kHz) entstehen durch das plötzliche Abreißen der Wasserfäden in den Gefäßen. Das Zählen der AE ist eine repräsentative Methode, um Kavitationen während Trockenstressperioden zerstörungsfrei zu erfassen. Diese Methode kann jedoch nur unter bestimmten Voraussetzungen quantitative Aussagen über den tatsächlichen Leitfähigkeitsverlust geben, da auch nichtleitende Zellen des Holzes und Rindenzellen AE abgeben. Wir haben kürzlich eine Methode für Fichtenholz entwickelt, mittels der man den Leitfähigkeitsverlust über die Analyse der AE-Energie, eines Wellenform-Parameters, errechnet aus der Amplitude und der Signaldauer, ermitteln kann. Vorerst ist diese Methode noch auf Fichte und auf standardisierte Laborbedingungen beschränkt; wir sehen jedoch ein hohes Potential in dieser Analysemethode, (1) um Verwundbarkeitskurven bei anderen Gehölzarten zu erstellen und (2) für die Überwachung von Trockenstressperioden an lebenden Pflanzen. Im beantragten Projekt soll das Informationspotential von AE-Wellenform-Parametern zur Erstellung von Verwundbarkeitskurven und zur zerstörungsfreien Überwachung von Trockenstress bei lebenden Gehölzpflanzen getestet werden. Die Analyse der Wellenform-Parameter, wie der Amplitude oder der Energie, soll eine Unterscheidung zwischen Kavitationen in leitenden und nicht leitenden Holzelementen und Rindenzellen ermöglichen. Mit dieser Methode kann man dann Perioden extremen Leitfähigkeitsverlustes, ausgelöst durch Trockenstress, erkennen und nötige Maßnahmen ergreifen. Wir erwarten uns auch Informationen über die arttypischen hydraulischen Signalprozesse für den Schluss der Spaltöffnungen der Blätter. Die Versuche sollen an wirtschaftlich wichtigen Gehölzarten, wie Fichte, Rotkiefer, Pappelarten, Buche, Esche und Wein durchgeführt werden