Die ultimative Quelle für alle Energie auf der Erde ist die Sonne. Die Verfügbarkeit dieser Energie für die meisten Organismen erfolgt durch Photosynthese, die Umwandlung vonCO2 undH2Oin Kohlenhydrate (gespeicherte Energie) undO2. Die Photosynthese findet statt, wenn die Pigmente in den Photosynthesemitteln die Energie der Photonen absorbieren und damit eine Kette photochemischer und chemischer Ereignisse in Gang setzen. Wo findet dieser Energie- und Stoffaustausch statt? In Pflanzendächern. Die Menge der Photosynthese, die in den Baumkronen stattfindet, hängt von der Menge der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) ab, die von den Blättern der Baumkronen aufgefangen wird.
Die Photosyntheserate eines einzelnen Blattes kann berechnet werden, aber in Baumkronen funktionieren die Blätter kollektiv. Die Extrapolation der Photosynthese von einzelnen Blättern auf ganze Baumkronen ist komplex. Die schiere Anzahl der Blätter und ihre Anordnung in der Baumkronenstruktur kann überwältigend sein. Die Blattfläche, die Neigung und die Ausrichtung der Blätter wirken sich alle auf das Ausmaß aus, in dem das Licht in einer Baumkrone eingefangen und genutzt wird.
Das Licht variiert sowohl räumlich als auch zeitlich dramatisch durch die Baumkronen. Die durchschnittliche Lichtmenge nimmt mehr oder weniger exponentiell durch die Baumkronen ab, je mehr Blattfläche vorhanden ist. Bei einigen Baumkronen ist die größte Blattfläche in der Nähe des Zentrums zu finden. Daher wird die Analyse der Baumkronenstruktur immer komplexer, je weiter man von einer einzelnen Pflanze zu Beständen derselben Pflanze oder zu Pflanzengemeinschaften vordringt, da es eine Vielzahl von Pflanzen und Wuchsformen gibt.
Die Absorption der Strahlung und die daraus resultierende Photosynthese hängen von der Ausrichtung der Blätter, der Höhe der Sonne am Himmel, der spektralen Verteilung und den Mehrfachreflexionen des Lichts sowie der Anordnung der Blätter ab. Die Muster von Licht und schattigen Bereichen können kompliziert sein und sich mit dem Sonnenstand ändern. Darüber hinaus kann die jahreszeitlich bedingte Belaubung dazu führen, dass die PAR-Belastung der Baumkronen während eines Großteils des Jahres relativ gering ist. PAR kann auch von nicht-photosynthetischen Teilen der Pflanzen (Rinde, Blüten usw.) abgefangen werden.
Die Anordnung der Blätter (winklige Ausrichtung) beeinflusst die Lichtabsorption. Streng vertikal oder horizontal ausgerichtete Blätter sind Extremfälle, aber es gibt eine große Bandbreite an Winkeln. Vertikale Blätter absorbieren weniger Strahlung, wenn die Sonne in einem hohen Winkel steht, und mehr Strahlung, wenn die Sonne in einem niedrigen Winkel steht; bei horizontalen Blättern verhält es sich umgekehrt. Die größte photosynthetische Kapazität kann durch einen Wechsel von fast vertikalen zu fast horizontalen Blättern weiter unten erreicht werden. Diese Anordnung führt zu einer effektiven Strahlendurchdringung und einer gleichmäßigeren Verteilung des Lichts.
Leaf area index (LAI), ein Maß für das Blattwerk in einer Baumkrone, ist die Eigenschaft der Baumkrone, die den größten Einfluss auf die Strahlungsabsorption hat. Der LAI liegt normalerweise zwischen 1 und 12. Werte von 3 bis 4 sind typisch für horizontal belaubte Arten wie Luzerne; Werte von 5 bis 10 treten bei vertikal belaubten Arten wie Gräsern und Getreide oder bei Pflanzen mit stark verklumpten Blättern, wie Fichten, auf. Die höchsten LAI-Werte treten in der Regel in Nadelwäldern auf, die überlappende Blattgenerationen haben. Diese Wälder haben aufgrund der Langlebigkeit der einzelnen Nadeln einen photosynthetischen Vorteil.
Die Variabilität der Blattverteilung in den Baumkronen führt zu großen Lichtschwankungen. Um das Licht in jeder Höhe der Baumkronen zu bestimmen, muss der PAR-Wert an mehreren Stellen gemessen und dann gemittelt werden. Zu den direkten Messmethoden gehört die Verwendung von Horizontal-Linien-Sensoren, deren Ausgabe der räumliche Durchschnitt über die Sensorlänge ist. Die geeignete Sensorlänge oder die Anzahl der Messpunkte hängt vom Abstand der Pflanzen ab. METER's ACCUPAR LP-80 verfügt über eine Anordnung von 80 Photodioden auf einer Sonde, die entweder den durchschnittlichen PAR-Wert oder den PAR-Wert entlang bestimmter Segmente der Sonde messen kann.
Indirekte Methoden zur Messung der Struktur der Baumkronen beruhen auf der Tatsache, dass die Struktur der Baumkronen und die Sonnenposition die Strahlung innerhalb der Baumkronen bestimmen. Da es schwierig ist, die dreidimensionale Verteilung der Blätter in einer Baumkrone zu messen, gehen Modelle für die Lichtabsorption und das Baumwachstum oft von einer zufälligen Verteilung in der gesamten Baumkrone aus.
Die Fähigkeit, PAR zu messen, hilft dabei, die einzigartigen räumlichen Muster zu verstehen, die verschiedene Pflanzen für die Darstellung von photosynthetischen Oberflächen haben. Da die effektive Nutzung von PAR die Pflanzenproduktion beeinflusst, hilft das Wissen über die strukturelle Vielfalt der Baumkronen bei der Erforschung der Pflanzenproduktivität. Ein Ergebnis: Forscher können Informationen über die Fähigkeiten verschiedener Pflanzen, PAR abzufangen und zu nutzen, nutzen, um die Struktur der Baumkronen zu verändern und so den Ernteertrag deutlich zu steigern.
Unsere Wissenschaftler verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in der Unterstützung von Forschern und Landwirten bei der Messung des Kontinuums zwischen Boden, Pflanze und Atmosphäre.
mehr erfahren über die Messung von Baumkronen in dem folgenden Video. Dr. Steve Garrity spricht über Leaf Area Index (LAI). Zu den behandelten Themen gehören die Theorie hinter der Messung, direkte und indirekte Methoden, die Variabilität zwischen diesen Methoden, Dinge, die bei der Auswahl einer Methode zu beachten sind, und Anwendungen des LAI.
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