WO1999036774A1 - Verfahren zur quantitativen beurteilung des zustandes von gehölzen auf der basis der netto-photosynthese (nps) - Google Patents

Verfahren zur quantitativen beurteilung des zustandes von gehölzen auf der basis der netto-photosynthese (nps) Download PDF

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Steffen Baltrusch
Jörg HERRNKIND
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the invention relates to a method for the quantitative assessment of the condition of wood on the basis of net photosynthesis (NPS) according to the preamble of claim 1
  • EU level I there is also a unique description of the permanent observation areas (e.g. high, exposure) and a unique leaf / needle analysis
  • the method is based on the fact that a worsening state of vitality of
  • Tree-top shoots in the upper crown area since only these are comparable and not influenced by the
  • the measurements are carried out with the help of stationary or portable devices.
  • Today, compact mini cuvette systems, compact CO 2 / H 2 O porometers or portable photosynthesis systems are used.
  • the principle of the determination is that a leaf or a shoot of a plant is turned into a gas-tight one Cuvette is included, the change in the C0 2 content and the air humidity, as well as the temperature and the light radiation are determined and the corresponding photosynthesis rate is calculated.
  • dependencies on CO 2 concentration, air humidity, light radiation and temperature can be determined
  • the object of the invention is to provide a method for quantifying the CO 2 absorption capacity or net photosynthesis in wood to make the net photosynthesis determined at different locations comparable
  • gas exchange measuring devices are used, which function as a battery-operated, portable, open measuring device system for simultaneous perspiration and NPS measurements and additionally make it possible to simulate defined environmental conditions
  • the PTA process is based on the knowledge that the effects of damaging environmental influences are manifested in changes in CO 2 consumption rates before the formation of visible symptoms of harm by the disturbance of photosynthesis-relevant metabolic processes
  • NPS rates which are determined on the basis of the CO 2 metabolism rates measured during the vegetation period, are a prerequisite. All gas exchange measurements assume a constant CO 2 starting concentration, which is guaranteed by the measuring device. The measurements themselves are carried out at different vitality levels of the respective Kind of wood However, in order that the individual measurement results of the respective wood species and vitality level can be evaluated at all, there is a need to remove the influence of the environmental variables, which are inevitably permanently variable, particularly in the case of field measurements. This is achieved according to the invention by correlating the NPS and the CO 2 consumption by between a regression analysis is carried out for these two sizes. If necessary, the NPS and the CO 2 consumption can be recalculated on this basis
  • the advantages of the method according to the invention are that it is suitable for evaluating determined NPS rates of the same and different types of wood, it to evaluate the influence of certain measures (e.g. fertilization) on the
  • NPS is suitable, it is more accurate and much more meaningful than the previously used options for displaying and evaluating NPS rates, since the influence of the varying environmental factors is eliminated by the correlation, thus the development of a photosynthetic credit rating specialist and objective statements about the actual condition of the trees examined is enabled, and it enables the detection of CO 2 sinks
  • Fig. 3 shows a diagram to illustrate the process
  • a leaf chamber analyzer (LCA) from the English Analytical Development Co Ltd / Hoddesdon was used for the measurements.
  • the LCA-3 is a battery-operated, portable, open measuring device system for simultaneous perspiration and photosynthesis measurements.
  • the atmospheric air was drawn through a 3 m long telescopic mast in a volume, which allows to buffer the smaller fluctuations of the C0 2 concentration, the to-use CO 2 concentration was set by a controller in the range of 0 to 1600 ppm CO 2 are also the humidity could be adjusted using a humidity controller
  • the air thus set (reference air) was then pumped at a controlled rate (flow rate controller) to the leaf chamber and to the gas analysis unit.
  • the Parkinson Leaf Chamber (B) for hardwood and PLC (C) for softwood were used, both of which can be used with the LCA-3 are tuned and contain sensors for measuring air humidity, temperature and photosynthetically active radiation.
  • the chambers are very light (0.9 kg) and easy to use.
  • a built-in impeller guarantees that the concentration gradient between the measurements is minimal and thus the sheet boundary layer resistance is low
  • the sensor for measuring photosynthetically active radiation is located outside the chamber next to the chamber window, whereas the sensors for humidity and temperature measurements are placed directly in the chamber.
  • the electronics are connected to the sensors, housed in the handle of the leaf chamber and through The battery of the LCA-3 is supplied.
  • a micro-climate control system enables the radiation intensity, ambient temperature and CO 2 concentration to be precisely limited
  • the reference air is pumped into the sheet chamber into which the sheet to be examined was inserted and then sealed airtight and passed over the sheet surface.
  • the sensory measurements take place, the results of which are immediately passed on to the processor, via which all operations can be controlled and monitored
  • the air that winds around the sheet (analysis air) is then drawn in by a second pump with the specified flow rate and fed to the gas analysis area.
  • an automatic controller that alternately releases CO 2 -free and analysis air in a 5-second cycle Infrared gas analysis system forwards
  • the infrared radiation absorbed by the samples is measured by a pyroelectric detector. These values are also passed on to the processor
  • Embodiment 1 includes the comparison of the NPS according to the previous method and according to the method according to the invention (PTA), credit rating according to PTA using the example of common spruce (Picea abies)
  • Example 2 includes the assessment of silvicultural measures (e.g. fertilization) and the optimal choice of tree using the example of common birch (Betula pendula), European beech (Fagus sylvatica), goat willow (Salix caprea) and poplar (Populus spec)
  • Figure 2/1 shows the average net photosynthesis rates determined according to the prior art of various fertilized and un-fertilized
  • Birch ge has dungt with 9.54 mol / m 2 s the highest average NPS rate before birch unge dungt
  • Figure 2/2 shows the correlation lines of the various deciduous trees that were calculated using the PTA method
  • the aspen had a lower average NPS rate than the fertilized European beech, but achieved a higher rate than the fertilized beech, calculated using the PTA method also corresponds to the determined average CO 2 consumption of the tree species examined (see Tab 2/2)
  • FIG. 3 serves to illustrate the method according to the invention and shows how the method steps follow the previously used determination of the NPS rate

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Beurteilung des Zustandes von Gehölzen auf der Basis der Netto-Photosynthese (NPS), indem mittels Gaswechselmessgerät, bei konstantem CO2-Gehalt der Analyseluft nach der Erfassung der Ausgangsparameter wie Volumenflussrate und der beeinflussten physiologischen Grössen wie Stomatawiderstand, die durch die permanent variierenden Umweltbedingungen beeinflussten CO2-Verbrauchsraten ermittelt und die Berechnung der Netto-Photosynthese aus CO2-Verbrauch und den relevanten Ausgangsparametern erfolgt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss durch Korrelation zwischen CO2-Verbrauch und Netto-Photosynthese die Auswirkungen durch die permanent variierenden Umwelteinflüsse auf das Ergebnis aufgehoben werden, indem eine Regressionsanalyse zwischen CO2-Verbrauch und Netto-Photosynthese durchgeführt wird und auf dieser Basis eine Neuberechnung von CO2-Verbrauch und Netto-Photosynthese bei Bedarf erfolgt.

Description

Verfahren zur quantitativen Beurteilung des Zustandes von Gehölzen auf der Basis der Netto-Photosynthese (NPS)
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Beurteilung des Zustandes von Geholzen auf der Basis der Netto-Photosynthese (NPS) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Waldzustandserhebungen werden seit 1984 in der Bundesrepublik Deutschland nach dem nachfolgend beschriebenen systematischen Verfahren einheitlich und zeitgleich durchgeführt Seit 1986 werden solche sogenannten Level I-Erhebungen zur Informationsgewinnung über die raum-zeitliche Verteilung und Veränderung des Waldzustandes auch in zahlreichen europaischen Landern durchgeführt
Davon ausgehend, daß den Luftschadstoffen bei den diagnostizierten Waldschaden eine Schlusselfünktion zukommt, wird bei diesem Verfahren zur Beurteilung der Vitalität der Baumkronen jahrlich eine terrestrische visuelle Begutachtung der Belaubung durchgeführt Es werden Kronenverlichtung und Nadel- Blattvergilbung von den Probebaumen in 5 %-Klassen mit Hilfe von Bildtafeln ermittelt Die Stichprobenpunkte an denen die Probebaume untersucht werden, werden durch ein systematisches Gitternetz von 16 x 16 km im europaischen Maßstab festgelegt In der Bundesrepublik Deutschland verdichten verschiedene Bundeslander je nach Intensität diesen Abstand und im Rahmen der deutschen bundesweiten „Vollstichprobe" (z Z alle 3 Jahre) auf 4 x 4 km
Nach EU-Level I erfolgt außerdem eine einmalige Beschreibung der Dauerbeobachtungsflachen (z B Hohe, Exposition) und eine einmalige Blatt-/ Nadelanalyse
Eine Beurteilung des Waldzustandes unter der maßgeblichen Berücksichtigung des „Laubverlustes" ist bereits seit längerer Zeit umstritten, da dieses Kriterium durch verschiedene Ursachen, z B infolge starker Fruktifikation, recht erheblichen Schwankungen unterliegen kann Außerdem ist das Verfahren sehr stark von äußeren Bedingungen abhangig Bei Regen, Nebel oder sehr tiefstehender Sonne können keine Untersuchungen durchgeführt werden Weitere Schwierigkeiten ergeben sich in Bestanden mit hohem Bestockungsgrad aufgrund der Schatzentfernung, die optimal ein bis anderthalb Baumlangen betragt [u a HANISCH, KILZ, 1990] Da das Verfahren auf keiner quantitativen Basis, sondern subjektiv abhangigen, okularen Einschatzungen beruht, lassen sich Untersuchungsergebnisse nur sehr bedingt miteinander vergleichen Die grobe Beurteilung nach Nadel-/Blattverlust und Vergilbung kann eine möglichst genaue und umfassende Symptombeschreibung im wissenschaftlichen Bereich nicht ersetzen
Die Ergebnisse der Level I-Erhebungen erlauben keinen Ruckschluß auf die Ursachen möglicher Schädigungen (Zur Ursachenforschung dienen ein Level II- bzw ein III- Programm )
Es ist außerdem die Vitalitatsbestimmung von Bäumen nach ROLOFF [1986, 1989] bekannt
Der Methode wird zugrunde gelegt, daß sich ein verschlechternder Vitalitatszustand von
Bäumen in abnehmenden Trieblangen äußert Diese theoretische Grundlage basiert auf den
Ergebnissen verschiedener Untersuchungen des Einflusses von Luftverunreinigungen, die jeweils ein reduziertes Hohenwachstum ergaben [z B WENTZEL 1971]
ROLOFF bezieht sich bei seinen Vitalitatsuntersuchungen auf die unbeeinflußten
Wipfeltrieblangen im oberen Kronenbereich, da nur diese vergleichbar unbeeinflußt vom
Seitendruck durch mögliche Konkurrenten wachsen können
Für die Trieblangenmessung auch der zurückliegenden Jahre dienen Triebbasisnarben
Das Auftreten abnehmender Trieblangen über einen längeren Zeitraum bewirkt veränderte
Verzweigungen und Kronenstrukturen Es werden 4 verschiedene Wachstumsphasen unterschieden, deren Einschätzung bei den untersuchten Bäumen die Basis für die Einordnung in den von ihm entwickelten Vitalitatsstufen-Schlussel bildet, wobei der Zustand der
Belaubung jedoch nicht völlig vernachlässigt werden und in die Einschätzung mit einfließen soll
Eine Beurteilung der Vitalität nach ROLOFF an Laubgeholzen ist nur im unbelaubten Zustand sinnvoll, ansonsten ist die Sicht auf die Wipfeltriebe durch die Belaubung der unteren Krone zu sehr eingeschränkt Da außerdem eine Einbeziehung der Belaubung erfolgen soll, wäre somit eine zweimalige Erfassung notwendig (im belaubten und unbelaubten Zustand) und ein erhöhter Aufwand verbunden
Die Beurteilungskriterien der unbeeinflußten Wipfeltrieblangen im oberen Kronenbereich sind sehr charakteristisch beschrieben worden, trotzdem können subjektive Fehler und Zuordnungsschwierigkeiten, speziell bei sehr schnell wachsenden Baumarten, nicht ausgeschlossen werden
Bis es zur Ausbildung charakteristischer Kronenstrukturen und Verzweigungen kommt, sind längere Zeiträume notwendig, so daß diese zum Zeitpunkt der Erfassung nicht mehr dem aktuellen Vitalitatszustand entsprechen müssen
Gaswechselmessungen bilden die Grundlage zur Ermittlung der Photosyntheseraten von Geholzen
Die Messungen erfolgen mit Hilfe von stationären oder transportablen Geraten Heute verwendet man Kompakt-Minikuvettensysteme, Kompakt-CO2/H2O-Porometer oder tragbare Photosynthese-Systeme Das Prinzip der Ermittlung besteht darin, daß ein Blatt oder ein Trieb einer Pflanze in eine gasdichte Kuvette eingeschlossen wird, man die Änderung des C02- Gehaltes und der Luftfeuchte, sowie die Temperatur und die Lichtstrahlung bestimmt und die entsprechende Photosyntheserate berechnet Durch Einstellen bestimmter Ausgangsbedingungen können Abhängigkeiten von CO2-Konzentration, Luftfeuchte, Lichtstrahlung und Temperatur ermittelt werden
Eine detaillierte technische Erläuterung des Prinzips einer tragbaren Gasstoffwechselkammer ist aus der DE 37 14 682 C 1 zu entnehmen Eine genaue Beschreibung für das Verfahren und die Einrichtung zur Erfassung von Gaswechselvorgangen bei intakten Pflanzen liegt durch die DE 35 30 669 AI vor
Mit den bisherigen Auswertungsmethoden von Gaswechselmessungen ist kein realer direkter Vergleich der Meßergebnisse unter normalen Freilandbedingungen möglich, da kaum gleiche Ausgangsbedingungen herrschen So reicht z B bei Schattenblattern bereits eine äußerst kurzzeitige Belichtung aus, um eine minutenlange postilluminative CO2-Fixierung zu bewirken [LARCHER, 1994] Die Aufhebung dieses Nachteils durch die Verwendung klimatisierter Blattkammern ist zumindest im Einsatz bei tragbaren Photosynthese- Systemen nicht unumstritten, da bezweifelt wird, daß die Verweildauer des Blatt-/Triebteiles in der Kuvette für eine genugende Anpassung an die kunstlichen Ausgangsbedingungen ausreicht (beim LCA-3 werden 30-45 Sekunden empfohlen)
Die Vergleiche der artspezifischen Photosynthese erfolgten durch Auswertung des Photosynthesevermogens der Pflanzen und indem man klimatisierte Blattkammern verwendete Ein Verfahren für direkte Vergleiche der unter naturlichen Bedingungen im Freiland ermittelten Resultate ist bisher nicht bekannt geworden
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Quantifizierung der C02- Aufhahmefahigkeit bzw Netto-Photosynthese bei Geholzen anzugeben, um die an unterschiedlichen Standorten ermittelte Netto-Photosynthese vergleichbar zu machen
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemaß dadurch gelost, daß im Anschluß durch Korrelation zwischen C02- Verbrauch und Netto-Photosynthese die Auswirkungen durch die permanent variierenden Umwelteinflusse auf das Ergebnis aufgehoben werden, indem eine Regressionsanalyse zwischen C02- Verbrauch und Netto-Photosynthese durchgeführt wird und auf dieser Basis eine Neuberechnung von CO2- Verbrauch und Netto-Photosynthese bei Bedarf erfolgt
Grundlage für das zur Anwendung gelangende Verfahren zur Beurteilung des Photosyntheseverhaltens der Geholze - Photosynthetical Tree Assessment (PTA) - bilden Gaswechselmessungen
Für die physiologische und okophysiologische Funktionsanalyse werden Gaswechselmeßgerate verwendet, die als batteriebetriebenes, transportables, offenes Meßgeratesystem für gleichzeitige Transpirations- und NPS-Messungen füngieren und es zusatzlich ermöglichen, definierte Umweltbedingungen zu simulieren
Das PTA-Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Wirkung schädigender Umwelteinflusse durch die Störung der photosyntheserelevanten Stoffwechselvorgange bereits vor der Ausbildung sichtbarer Schadsymptome in veränderten CO2- Verbrauchsraten äußert
Als Voraussetzung dienen NPS-Raten, die auf der Grundlage der wahrend der Vegetationsperiode gemessenen CO2-Stofϊwechselraten ermittelt werden Bei allen Gaswechselmessungen wird von einer konstanten CO2-Ausgangskonzentration ausgegangen, die durch das Meßgerat gewahrleistet wird Die Messungen selbst erfolgen an unterschiedlichen Vitalitatsstufen der jeweiligen Geholzart Damit jedoch die einzelnen Meßergebnisse der jeweiligen Geholzart und Vitalitatsstufe überhaupt miteinander ausgewertet werden können, ergibt sich die Notwendigkeit, den Einfluß der insbesondere bei Freilandmessungen zwangsläufig permanent variierenden Umweltgroßen aufzuheben Das wird erfindungsgemaß durch Korrelation zwischen der NPS und dem C02- Verbrauch erreicht, indem zwischen diesen beiden Großen eine Regressionsanalyse durchgeführt wird Bei Bedarf kann auf dieser Basis eine Neuberechnung der NPS und des CO2-Verbrauches erfolgen
Was den weiteren Sinn der Berechnungen ausmacht ist, den Verlauf der errechneten Korrelationsgeraden quasi als photosynthetischen Bonitatsfacher für die unterschiedlichen Vitalitatsstufen der Geholze in den verschiedenen naturlichen bzw optimalen Wuchsgebieten darzustellen Nach der Einarbeitung aller Meßergebnisse dienen diese in Bonitatstafeln eingearbeiteten Bonitatsfacher als Instrument zur objektiven quantifizierenden Einschätzung des aktuellen Vitalitatszustandes und der Anbauwurdigkeit jener Geholzarten Diese Möglichkeit ergibt sich daraus, daß sich zukunftigen Meßergebnisse mit diesen Tafeln genau einer bestimmten Vitalitatsstufe zuordnen lassen, auch, wenn die CO2-Stoffwechselmessungen auf anderen Standorten erfolgten
Auf der Basis des Vergleiches der Werte der Funktionen der Korrelaüonsgeraden ist eine Beurteilung der Wirksamkeit von durchgeführten Maßnahmen (z B Düngung) und der Anbauwurdigkeit der Geholze möglich Somit können mittels PTA erzielte Ergebnisse unter Kenntnis des Standortes, der Klimawerte und der Charaktereigenschaften der Baume [nach OTTO, 1994] aus ökologischer Sicht sinnvoller zur Einschätzung der Anbauwurdigkeit von Baumarten herangezogen werden, als dies mit konventionellen Parametern der Ertragskunde, wie Durchschnittlicher Gesamt-Zuwachs (DGZ) oder Bestandesoberhohe, geschehen kann Es besteht weiterhin die Möglichkeit, im Gegensatz zu Ertragstafeln, bereits in juvenilen Entwicklungsstadien der Baume exakte Aussagen über deren Leistungsfähigkeit zu treffen Und es ist ebenso möglich, Reaktionen auf simulierte Klimaanderungen darzustellen Die neu ermittelten absoluten CO2-Verbrauchswerte können unter Kenntnis der Große der jeweiligen Assimilationsflachen zur Ermittlung der Effizienz von CO2-Senken genutzt werden
Die Vorteile des erfindungsgemaßen Verfahrens bestehen darin, daß es zur Auswertung von ermittelten NPS-Raten der gleichen und unterschiedlichen Geholzarten geeignet ist, es zur Auswertung des Einflusses von bestimmten Maßnahmen (z B Düngung) auf die
NPS geeignet ist, es genauer und wesentlich aussagekraftiger, als die bisherig angewendeten Möglichkeiten zur Darstellung und Auswertung von NPS-Raten ist, da eine Eliminierung des Einflusses der variierenden Umweltfaktoren durch die Korrelation erfolgt, hiermit die Entwicklung eines photosynthetischen Bonitatsfacher s und objektive Aussagen über den tatsachlichen Zustand der untersuchten Geholze ermöglicht wird, und es die Erfassung von CO2-Senken ermöglicht
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen naher erläutert In den Abbildungen zeigen
Abb 1/1 einen Vergleich der NPS (Mittelwerte) von Picea abies
Abb 1/2 einen Vergleich der NPS und CO2-Verbrauch von Picea abies
Abb 2/1 einen Vergleich der NPS (Mittelwerte) bei Laubgeholz
Abb 2/2 einen Vergleich der NPS und CO2- Verbrauch bei Laubgeholz
Abb 3 ein Schema zur Veranschaulichung des Verfahrens
Die Messungen wurden an Laubgeholzen bzw Fichte auf jeweils gleichen Standorten vorgenommen
Für die Messungen wurde ein Blattkammer-Analysator (LCA) der englischen Analytical Development Co Ltd / Hoddesdon, verwendet Der LCA-3 ist ein batteriebetriebenes, transportables, offenes Meßgeratesystem für gleichzeitige Transpirations- und Photosynthesemessungen Das Gerat integriert eine kontrollierte Luftzufuhr für eine Blattkammer (Parkinson Leaf Chamber = PLC), eine CO2-Analyseeinheit mit Nullpunktautomatik, sowie eine leistungsfähige Berechnungs- und Speichereinheit für Meßdaten
Die atmosphärische Luft wurde durch einen 3 m langen Teleskopmast in einem Volumen angesogen, welches es ermöglicht, kleinere Fluktuationen der C02-Konzentration abzupuffern Die zu nutzende CO2-Konzentration konnte über einen Controller im Bereich von 0 bis 1600 ppm CO2 eingestellt werden Ebenso konnte die Luftfeuchte über einen Feuchtigkeitsregler eingestellt werden Die so eingestellte, angesaugte Luft (Referenzluft) wurde dann in kontrollierter Rate (Stromungsmengenregler) zur Blattkammer und zur Gasanalyseeinheit gepumpt Zur Anwendung kamen die Parkinson Leaf Chamber (B) für Laubholz und PLC (C) für Nadelholz, welche beide auf einen Einsatz mit dem LCA-3 abgestimmt sind und Sensoren zur Messung von Luftfeuchte, Temperatur und photosynthetisch aktiver Strahlung beinhalten Die Kammern sind sehr leicht (0,9 kg) und einfach zu handhaben Ein eingebautes Flügelrad garantiert, daß die Konzentrationsgefälle zwischen den Messungen minimal und damit der Blattgrenzschichtwiderstand niedrig gehalten werden Gegen die Aufheizung der Blattkammer wirken sowohl ein Strahlungsschild als auch ein Infrarotfilter
Der Sensor zur Messung der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) ist außerhalb der Kammer neben dem Kammerfenster angebracht, wohingegen die Sensoren für die Luftfeuchtigkeits- und Temperaturmessungen direkt in der Kammer plaziert sind Die Elektronik ist mit den Sensoren verbunden, im Handgriff der Blattkammer untergebracht und durch die Batterie des LCA-3 versorgt Über ein Mikro-Klima-Control- System besteht die Möglichkeit, Strahlungsintensität, Umgebungstemperatur und CO2 -Konzentration exakt zu limitieren
Die Referenzluft wird in die Blattkammer, in welche das zu untersuchende Blatt eingeführt und anschließend luftdicht verschlossen wurde, gepumpt und über die Blattoberflache geleitet Gleichzeitig erfolgen die sensorischen Messungen, deren Ergebnisse sofort an den Prozessor weitergeleitet werden, über den alle Operationen Steuer- und kontrollierbar sind Die Luft, welche das Blatt umspult (Analyseluft), wird dann von einer zweiten Pumpe mit der vorgegebenen Stromungsmenge angesaugt und dem Gasanalysebereich zugeführt Vor diesem befindet sich ein automatischer Regler, der in einem 5-Sek-Zyklus abwechselnd CO2-freie und Analyseluft zum Infrarot- Gasanalysesystem weiterleitet
Im Analysesystem wird die von den Stichproben absorbierte Infrarotstrahlung von einem pyro elektrischen Detektor gemessen Auch diese Werte werden an den Prozessor weitergegeben
Nach der Passage des Analysesystems wird die Analyseluft an die Atmosphäre abgegeben Meßdaten und Resultate werden auf der Anzeigeflache des Instruments dargestellt und können auf der internen Datenspeicherkarte aufgenommen werden Diese Karte kann bis zu 1016 Datensatze (^Messungen) abspeichern Nach Erreichen der Speicherkapazitatsgrenze besteht die Möglichkeit des Austausches dieser Karte oder des Ubertragens ihrer Daten auf einen angeschlossenen externen Speicher (PC) In den Vergleichsauswertungen zwischen dem Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik und dem PTA- Verfahren wurden jeweils dieselben Grundmeßdaten verwendet
Ausführungsbeispiel 1
Das Ausführungsbeispiel 1 beinhaltet den Vergleich der NPS nach bisherigem Verfahren und nach dem erfmdungsgemaßen Verfahren (PTA), Bonitatsfacheung nach PTA am Beispiel von Gemeiner Fichte (Picea abies)
Die Gaswechselmessungen an Fichte erfolgten in Tagesgangen (TG) Das bedeutet, es wurde jeweils ein Baum auf dem gleichen Standort ausgesucht und es erfolgte die kontinuierliche Erfassung an ein und derselben Pflanze bei Tageslicht Die dabei untersuchten Fichten wiesen ein visuell ungeschadigtes Erscheinungsbild auf
In Abbildung 1/1 wurde nach dem bisherigen Stand der Technik die durchschnittliche Netto- Photo syntheserate (NPS-Rate) der beiden untersuchten Tagesgange (TG) an Fichte (Picea abies) ermittelt und dargestellt Dabei liegt die durchschnittliche NPS-Rate der Fichte 1 im 1 Tagesgang mit -0,19μmol/m2s deutlich unter der im 2 Tagesgang mit 0,27μmol/m s Betrachtet man den Wert der Fichte 1 als 100%, so laßt demgegenüber die NPS-Rate der Fichte im 2 Tagesgang, die um 242, 1% hoher ist, auf eine Überlegenheit der Fichte 2 schließen (siehe Tab.1/1)
Es wurde nach dem PTA- Verfahren eine Regressionsanalyse zwischen den einzelnen ermittelten NPS-Raten und den CO2-Verbrauchswerten des jeweiligen Tagesganges durchgeführt und die Korrelation dargestellt Der anschließend aus den Einzelwerten berechnete durchschnittliche CO2-Verbrauch betragt 0,01 ppm im Tagesgang 1 und 5,38 im Tagesgang 2, was einer NPS-Rate von -0,18 bzw 0,27μmol/m2s entspricht Beim prozentualen Vergleich dieser Werte ist die durchschnittliche NPS der Fichte im Tagesgang 2 um 250% hoher, als im 1 Tagesgang (siehe Tab 1/2)
Das entspricht einer Differenz von 7,9%-Punkten und 1,03% zwischen der reinen Durchschnittsermittlung der NPS-Raten in Abbildung 1/1 und der Ermittlung der durchschnittlichen NPS-Rate nach dem PTA- Verfahren in Abbildung 1/2 Was jedoch bei der Darstellung in Abbildung 1/2 ersichtlich wird, ist, daß die aufgrund des in Abbildung 1/1 dargestellten Ergebnisses festgestellte photosynthetische Dominanz der Fichte im 2 Tagesgang mit verändertem CO2- Verbrauch, wechselt So ist im Bereich eines hohen CO2- Verbrauches die NPS der Fichte im 1 Tagesgang hoher
Es wird deutlich, daß trotz des erwähnten gleichen visuell ungeschadigten Erscheinungsbildes der bemessenen Baume unterschiedliche NPS-Raten zu verzeichnen sind und somit einen Bonitatsfacher ergeben
Ausführungsbeispiel 2
Das Ausführungsbeispiel 2 beinhaltet die Beurteilung von waldbaulichen Maßnahmen (z B Düngung) und die optimale Baumartenwahl am Beispiel von Gemeiner Birke (Betula pendula), Rotbuche (Fagus sylvatica), Salweide (Salix caprea) und Pappel (Populus spec )
Die Ermittlung der CO2-Raten an den o g Laαbgeholzen erfolgte in Tagesverlaufen auf dem gleichen Standort Für die Ermittlung der Tagesverlaufe wuirde jeweils am Morgen, Mittag und Nachmittag Messungen an ein und denselben Pflanzen vorgenommen
In Abbildung 2/1 sind die nach dem bisherigen Stand der Technik ermittelten durchschnittlichen Netto-Photosyntheseraten verschiedener gedüngter und ungedungter
Laubgeholze dargestellt Die Mittelwerte wurden aus der Summe der normal berechneten umweltbeeinflußten NPS-Einzelwerte ermittelt
Birkegedungt hat mit 9,54 μmol/m2s die höchste durchschnittliche NPS-Rate vor Birkeungedungt
(9,13), Salweidegedungt (7,98), Rotbuchegedungt (7,91), Pappelgedungt (7,62) und Rotbucheungi.dungt
(7,13)
Die durchschnittlichen Netto-Photosyntheseraten von Birke dominieren somit sowohl im gedüngten, als auch im ungedungten Zustand
In Abbildung 2/2 sind die nach dem PTA- Verfahren berechneten Korrelationsgeraden der verschiedenen untersuchten Laubgeholze dargestellt
Bei angenommenem gleichen positiven CO2- Verbrauch ab ca 1,5 ppm ist die NPS-Rate von Rotbuche in gedüngtem und ungedungtem Zustand deutlich dominierend Da aber Rotbuche den geringsten CO2-Verbrauch hat, sind auch ihre NPS-Raten am kleinsten Wobei die durchschnittliche NPS-Rate der ungedungten Buche nach PTA hoher ist, im Gegensatz zu dem dargestellten Ergebnis nach dem bisherigen Stand der Technik in Abbildung 2/1 und Tabelle 2/1 (siehe Tab 2/2) Desweiteren wird beim Vergleich der Verlaufsgeraden von gedüngter und ungedungter Rotbuche deutlich, daß die Düngung bei dieser Baumart auf dem Untersuchungsstandort keine Bedeutung besitzt
Auch bei der nach dem PTA- Verfahren berechneten durchschnittlichen NPS liegt die NPS der gedüngten Birke mit 9,52 μmol/m2s, vor der der ungedungten Birke und der anderen untersuchten Geholzarten Zumindest im unteren Bereich des CO2-Verbrauches ist ein positiver Einfluß der Düngung bei Birke erkennbar
Die Zitterpappel hatte nach der normalen NPS-Darstellung in Abbildung 2/1 und Tabelle 2/1 noch eine geringere durchschnittliche NPS-Rate als die gedüngte Rotbuche, erreicht aber nach der Berechnung durch das PTA- Verfahren eine höhere Rate als die gedüngte Buche Dieses Ergebnis entspricht auch dem festgestellten durchschnittlichen CO2- Verbrauch der untersuchten Baumarten (siehe Tab 2/2)
Das ist der Abb 3 dargestellte Schema dient zur Veranschaulichung des erfmdungsgemaßen Verfahrens und zeigt, wie sich die Verfahrensschritte an die bisher gebrauchliche Ermittlung der NPS-Rate anschließen

Claims

Patentansprüche
1 Verfahren zur quantitativen Beurteilung des Zustandes von Geholzen auf der Basis der Netto-Photosynthese (NPS), indem mittels Gaswechselmeßgerat bei konstantem CO2-Gehalt der Analyseluft nach der Erfassung der Ausgangsparameter wie Volumenflußrate und der beeinflußten physiologischen Großen wie Stomatawiderstand, die durch die permanent variierenden Umweltbedingungen beeinflußten CO2- Verbrauchsraten ermittelt und die Berechnung der Netto-Photosynthese aus C02-Verbrauch und den relevanten Ausgangsparametern erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß durch Korrelation zwischen CO2-Verbrauch und Netto-Photosynthese die Auswirkungen durch die permanent variierenden Umwelteinflusse auf das Ergebnis aufgehoben werden, indem eine Regressionsanalyse zwischen CO2-Verbrauch und Netto-Photosynthese durchgeführt wird und auf dieser Basis eine Neuberechnung von CO2- Verbrauch und Netto- Photosynthese bei Bedarf erfolgt
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß für die Abhängigkeit der Netto-Photosynthese vom CO2-Verbrauch Bereiche für Vitalitatsstufen festgelegt werden
3 Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergleiche der grafischen Darstellung der Korrelation zwischen der ermittelten unbeeinflußten NPS und dem CO2- Verbrauch mit den festgelegten Vitalitatsstufen quantifizierende Aussagen zum Vitalitatszustand der untersuchten Geholzarten getroffen werden
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115408879A (zh) * 2022-09-22 2022-11-29 中国农业科学院草原研究所 燕麦叶片光合效能的调控方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3530669A1 (de) * 1985-08-28 1986-01-16 Heinz Walz Meß- und Regeltechnik, 8521 Effeltrich Verfahren und einrichtung zur erfassung von gaswechselvorgaengen bei intakten pflanzen
US4768390A (en) * 1985-06-14 1988-09-06 The British Petroleum Company P.L.C. Instrument for measuring the photosynthetic activities of plants
DE4414883A1 (de) * 1994-04-28 1995-11-02 Leuna Werke Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Vitalität von pflanzlichem Material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4768390A (en) * 1985-06-14 1988-09-06 The British Petroleum Company P.L.C. Instrument for measuring the photosynthetic activities of plants
DE3530669A1 (de) * 1985-08-28 1986-01-16 Heinz Walz Meß- und Regeltechnik, 8521 Effeltrich Verfahren und einrichtung zur erfassung von gaswechselvorgaengen bei intakten pflanzen
DE4414883A1 (de) * 1994-04-28 1995-11-02 Leuna Werke Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Vitalität von pflanzlichem Material

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JAYASEKARA C ET AL: "Photosynthetic characteristics of tropical tree species with special reference to palms", ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, vol. 36, no. 6, 9 June 1995 (1995-06-09), pages 919-922, XP004040006 *
RICKS G R ET AL: "EFFECTS OF ATMOSPHERIC POLLUTION ON DECIDUOUS WOODLAND PART 3: EFFECTS ON PHOTOSYNTHETIC PIGMENTS OF LEAVES OF QUERCUS PETRAEA (MATTUSCHKA) LEIBL", ENVIRONMENTAL POLLUTION, vol. 8, 1 January 1975 (1975-01-01), pages 97 - 106, XP002067949 *
SNEL J F H ET AL: "ASSESSMENT OF STRESS IN PLANTS BY ANALYSIS OF PHOTOSYNTHETIC PERFORMANCE", TRAC, TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY, vol. 10, no. 1, 1 January 1991 (1991-01-01), pages 26 - 30, XP000109763 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115408879A (zh) * 2022-09-22 2022-11-29 中国农业科学院草原研究所 燕麦叶片光合效能的调控方法及装置
CN115408879B (zh) * 2022-09-22 2025-06-27 中国农业科学院草原研究所 燕麦叶片光合效能的调控方法及装置

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