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Trockenstress bei Pflanzen

Durch unzureichende Wasserversorgung und länger anhaltende Hitze geraten Pflanzen in sogenannten "Trockenstress", der sich je nach Dauer der Trockenheit und Beschaffenheit der Pflanze unterschiedlich auswirkt. Diese Auswirkungen führen meist zu unterschiedlichen Merkmalen, die sich oft aus der Luft erkennen lassen und unter Umständen Rückschlüsse auf im Boden noch erhaltene Reste von Bodendenkmälern erlauben.

Pflanzenphysiologie

Die Pflanzenphysiologie ist ein eigenes, komplexes Wissenschaftsgebiet und ein Teil der Botanik. An dieser Stelle sollen aber nur grobe Zusammenhänge erläutert werden, die zur Erklärung der Auswirkungen von Trockenstress und damit zur Ausbildung von Merkmalen beitragen.

In einer Pflanze laufen verschiedene Prozesse ab, die für die Pflanze lebensnotwendig sind:

  • Wassertransport: Pflanzen nehmen über ihre Wurzeln Wasser auf und transportieren dieses Wasser über das Leitgewebe (Xylem) bis in die Blätter. An den Blattunterseiten befinden sich kleine Öffnungen, die sogenannten Spaltöffnungen oder Stomata, über die das Wasser verdunstet wird. Durch das Verdunsten des Wassers wird ein Transpirationssog aufgebaut, der dafür sorgt, dass weiteres Wasser von den Wurzeln zu den Blättern transportiert wird. Durch das Öffnen und Schließen der Stomata kann die Pflanze die Wasserabgabe regulieren, um z.B. den Zellinnendruck in der Pflanze zu stabilisieren.
  • Kühlung: Durch die Verdunstung entsteht Verdunstungskälte, die die Pflanze vor Überwärmung schützt.
  • Nährstofftransport: Mit dem Wasser werden auch darin gelöste und mit den Wurzeln aufgenommene Nährstoffe und Mineralien innerhalb der Pflanze transportiert.
  • Photosynthese: Grüne Pflanzen haben die Fähigkeit, mithilfe von Sonnenenergie aus Kohlenstoffdioxid (CO2) und in der Pflanze vorhandenem Wasser (H2O) in speziellen Zellen (Chloroplasten) Glucose und Sauerstoff herzustellen. Das notwendige Kohlenstoffdioxid wird über die Spaltöffnungen aufgenommen. Die als Endprodukt entstehende Glucose dient als Energiequelle für die Pflanze, der außerdem entstehende Sauerstoff (O2) wird an die Umgebungsluft abgegeben.

Prozesse innerhalb einer Pflanze
Abb. 1: Prozesse innerhalb einer Pflanze

Verhalten bei Hitze- und Trockenheit

Eine Pflanze kann durch das Öffnen oder Schließen der Stomata den Wasserverbrauch steuern. Kommt es wegen mangelnder Bodenfeuchtigkeit zu einer Wasserunterversorgung in der Pflanze, schließt die Pflanze die Stomata, um zu verhindern, dass weiteres Wasser verdunstet wird und die Pflanze austrocknet. Dadurch wird aber der Wassertransport unterbrochen, so dass auch der Nährstofftransport zum Erliegen kommt. Weiterhin kann durch die geschlossenen Stomata kein Kohlenstoffdioxid mehr aufgenommen werden, folglich kann auch keine Photosynthese mehr durchgeführt werden. Eine länger ausbleibende Photosynthese wiederum zieht einen Glucosemangel und damit ein Wachstumsstop nach sich.
Um diesen Folgen entgegenzuwirken, gibt es bei Pflanzen unterschiedliche Strategien: Um an zusätzliches Wasser zu kommen, versuchen Pflanzen im Trockenstress durch vermehrtes Wurzelwachstum die Bodenrestfeuchtigkeit besser auszunutzen. Einige Pflanzen verlagern auch vermehrt Glucose in die Wurzeln, um durch einen erhöhten Osmosedruck an stärker gebundene Restfeuchtigkeit zu gelangen. Eine andere Strategie von Pflanzen ist, bei starker Sonneneinstrahlung und Hitze die Blätter einzurollen oder hängen zu lassen, um die der Sonne ausgesetzte Fläche zu verkleinern.

Folgen der Austrocknung

  • Kurzfristige Folgen: Wegen der verschlossenen Stomata erfolgt keine Verdunstung von Wasser mehr, so dass auch der Kühleffekt wegfällt. Dadurch erhitzt sich die Pflanze. Kann die Pflanze mangels Wasser den Zellinnendruck nicht mehr halten, kommt es zu welken Blättern. Diese kurzfristigen Folgen sind aber zumeist bei rechtzeitiger Wasserzufuhr revidierbar.
  • Langfristige Folgen: Hält der Wassermangel länger an, kommt es wegen der fehlenden Photosynthese zu einem Minderwuchs und einer vorzeitigen Ausreifung der Pflanze (Notreife). Die Blattfarbe verändert sich und es kommt zum Abwurf von Blättern. Zuletzt knicken dann mangels ausreichendem Zellinnendruck die Pflanzenstengel um und die Pflanze stirbt ab.