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Allen, die mit Planung, Durchführung und Auswertung von pflanzenökologischen Experimenten zu tun haben, bietet dieses Handbuch eine zuverlässige Basis. Die Autoren beschreiben die biophysikalischen, physikalisch-chemischen und physiologischen Grundlagen der experimentellen Pflanzenökologie sowie die Interaktionen zwischen Pflanzen und abiotischen Faktoren. Schwerpunktmäßig konzentrieren sie sich dabei auf Teilbereiche, die für den Freilandeinsatz von hoher Bedeutung sind. So behandeln sie insbesondere Fragen des Kohlenstoff- und des Wasserhaushaltes. Dabei werden einzelne Aspekte gezielt tiefgehend behandelt, auf ein oberflächliches Ansprechen möglichst vieler Teilbereiche dagegen verzichtet. Mineralstoffhaushalt und Bodenökologie wurden als Themen bewusst ausgeklammert, da für diese zum Teil andere wissenschaftliche und methodische Anforderungen gelten. Die Darstellung und Erläuterung von Messtechniken und Arbeitsmethoden der modernen experimentellen Pflanzenökologie runden das Buch ab.

 

 

Aus dem Inhalt:

Teil I Einführung 1 // 1 Ökologie, Standort, Arbeitsfelder, Konzepte 3 / 1 Der Begriff Ökologie 4 / 2 Der Standort als kleinste ökologische Einheit 7 / 2.1 Die abiotischen Faktoren 10 / 2.2 Die biotischen Faktoren 11 / 2.3 Die Pflanze 11 / 3 Arbeitsfelder und Vorgehen experimenteller Ökologie 14 / 3.1 Die physiografische und biologische Erfassung des Standortes 15 / 3.2 Faktorenanalyse 17 / 3.3 Verifizierung 19 / 4 "Philosophie" der experimentellen Pflanzenökologie 21 / Literatur 26 / Teil II Strahlung und Temperatur 27 // 2 Qualitäten, Quantitäten und Gesetzmäßigkeiten der Strahlung 29 / 1 Strahlungsgesetze 30 / 1.1 Schwarze Körper 31 / 1.2 Stefan-Boltzmann-Gesetz 33 / 2 Sonnenstrahlung 36 / 3 Langwellige thermische Strahlung 41 / 4 Messprinzipien, Einheiten 44 / 4.1 Photosynthetisch aktive Strahlung 44 / 4.2 Globalstrahlung 46 / 4.3 Gesamtstrahlung 47 / Literatur 48 / 3 Wärme und Temperatur - Messung und Temperierung 49 / 1 Energie, Temperatur und spezifische Wärme 50 / 2 Wärmeübertragung 52 // 3 Methoden der Temperaturmessung 53 / 3.1 Flüssigkeitsthermometer 54 / 3.2 Infrarotthermometer 55 / 3.3 Widerstandsthermometer und Thermoelemente 55 / 3.3.1 Widerstandsthermometer 55 / 3.3.2 Thermoelemente 57 / 4 Beispiele von Thermoelementmessanordnungen 60 / 4.1 Beispiel 1: Die Thermoelementanordnung im Xylemflussmesser nach Cermak und Kucera 61 / 4.2 Beispiel 2: Das isopiestische Psychrometer nach Boyer und Knipling 63 / 5 Wärmeaustausch mittels Peltier-Elementen 64 / Literatur 66 // Teil III Luft und Wind 67 / 4 Allgemeine Gasgesetze - Grundlagen ökophysiologischer Messung 69 / 1 Luft - ganz allgemein betrachtet 70 / 2 Satz des Avogadro 72 / 3 Boyle-Mariotte-Gesetz 73 / 4 Gay-Lussac-Gesetz 74 / 5 Allgemeines Gasgesetz 74 / 6 Ideale und reale Gase 76 / 7 Dalton-Partialdruckgesetz 77 / 8 Barometrische Höhenformel 77 / 9 Diffusionsgesetze 79 / Literatur 85 // 5 Atmosphäre und ihre Gase - Messung in Luft und Wasser 87 / 1 Gase und Pflanzenphysiologie, eine kurze Einführung 88 / 2 Löslichkeit von Gasen 89 / 3 CO2-Messung in Luft 94 / 4 O2-Messung in Luft 98 / Literatur 99 // 6 Bewegte Luft - Wind, Grenzschicht, Konvektion und deren Bestimmung 101 / 1 Wind 102 / 2 Luftgrenzschicht 102 / 3 Definition der Konvektion 104 / 4 Ökologische Bedeutung von Grenzschicht und Konvektion in Blättern 108 / 5 Methoden der Windmessung 111 / Literatur 113 // Teil IV Wasser als physikalisch-chemische Substanz 115 / 7 Wasser in seinen drei Zustandsformen - Struktur und Chemie 117 / 1 Einige Bemerkungen zur Molekülstruktur von H2O 118 / 2 Wasserstoffbrückenbindung 119 / 3 Struktur von festem und flüssigem Wasser 122 / 4 Oberflächenspannung, Kohäsion, Adhäsion und Kapillareffekt 125 / 5 Wasser als Lösungsmittel 129 / Literatur 134 // 8 Energetik des Wassers - chemisches Potenzial und Wasserpotenzial mit seinen Teil-Komponenten 135 / 1 Wasserpotenzial - eine kurze Einleitung 135 / 2 Gibbssche freie Enthalpie 136 / 3 Chemisches Potenzial 138 / 4 Definition des Wasserpotenzials 140 / 5 Druckpotenzial 143 / 6 Osmotisches Potenzial 146 / Literatur 157 // 9 Physik des Wasserdampfes - Luftfeuchte und Wasserdampfgradienten 159 / 1 Phasendiagramm des Wassers 160 / 2 Sättigungsdampfdruck von Wasser im ökologischen Temperaturbereich 166 / 3 Definitionen der Luftfeuchte 169 / 4 Angabe der Luftfeuchte bei unterschiedlichem Luftdruck 173 / 5 Definitionen des Luftfeuchtedefizits und des Wasserdampfgradienten 174 / 6 Luftfeuchte als thermodynamische Größe 177 / 7 Methoden der Luftfeuchtemessung 180 / 7.1 Messmethoden der relativen Luftfeuchte 181 / 7.2 Messmethoden der absoluten Luftfeuchte 181 / 7.3 Messmethoden zur qualitativen Schätzung des / Luftfeuchtedefizits 186 / Literatur 188 / Teil V Gaswechsel der Blattorgane 189 // 10 Physikalische Grundlagen von Transpiration, CO2-Aufnahme, / Gasleitfähigkeiten und deren Bestimmungen 191 / 1 Gaswechsel - ein kurze Einführung 192 / 2 Transpirationsrate und Blattleitfahigkeit für Wasserdampf 196 / 3 Stomatäre, kutikuläre und Grenzschichtleitfähigkeit für / Wasserdampf 198 / 4 Transpirationsrate und Blattleitfähigkeit für Wasserdampf in den neuen Einheiten 201 / 5 Netto-CO2-Austauschrate und Blattleitfähigkeit für CO2 204 / 6 Abgeleitete Parameter aus Gaswechselmessungen 205 / 7 Widerstand und Leitfähigkeit des Mesophylls während des Blattgaswechsels 210 / 7.1 Mesophyllleitfähigkeit für CO2 (Mesgco2) 211 / 7.2 Implikationen für die Interpretation der Photosynthese 212 / 7.3 Die ökophysiologische Dimension von MesgCo2 214 / 7.4 Mechanistische Grundlagen von MesgCO2 216 / 7.5 Bestimmungsverfahren von MesgCo2 216 / 7.6 Praktische Relevanz 217 / 8 Bezugsgrößen für Gaswechselmessungen 217 / 9 Zahlenbeispiel 219 / Literatur 220 // 11 Methoden der Gaswechselmessung - historische und aktuelle 221 / 1 Momentanmethode nach Stocker 222 / 2 Offene und geschlossene Gaswechselmesssysteme 222 / 2.1 Porometer zur Wasserdampfdiffusion 223 / 2.2 Systeme zur gleichzeitigen Messung der Transpirationsrate und der Netto-CO2-Austauschrate 227 / 3 Berechnung und Korrektur von Gaswechseldaten 244 / Literatur 251 // 12 Ergebnisbeispiele aus Gaswechseluntersuchungen 253 / 1 Abhängigkeit des Gaswechsels von den Klimafaktoren 254 / 2 CO2-Abhängigkeit des Gaswechsels 262 / Literatur 270 // 13 Chlorophyllfluoreszenzanalyse 271 / 1 Chlorophyll-Lichtabsorption, Absorptionsspektren und konjugierte Systeme 272 / 2 Lichtabsorptions- und Energiedissipationsvorgänge im Chlorophyllmolekül 278 / 3 Struktur und Funktion des Photosyntheseapparates 282 / 4 Schnelle und langsame Fluoreszenzinduktionskinetik - Kautsky-Effekt 288 / 4.1 Analyse der Fluoreszenzkinetik 289 / 4.2 Fluoreszenzlöschung und Elektronentransport 290 / 5 Chlorophyllfluoreszenzmesssysteme 296 / 5.1 Systeme mit kontinuierlich eingestrahltem / Anregungslicht 296 / 5.2 Modulierte Fluorometer 297 / 5.3 Chlorophyllfluoreszenzbildanalysesysteme 300 / 6 Analyse von Fluoreszenzmessungen 302 / 6.1 Analyse der schnellen Kinetik 303 / 6.1.1 Fo, Fv/Fm 303 / 6.1.2 OJIP-Test 306 / 6.2 Analyse der langsamen Kinetik 309 / 6.2.1 Rfd-Wert 309 / 6.2.2 Fluoreszenzlöschungs (Quenching)-Analyse 309 / 6.2.3 Photosynthetische Elektronentransportrate 315 / 7 Anwendungsbeispiele für Chlorophyllfluoreszenzanalysen 317 / 7.1 Herbizidresistenz 317 / 7.2 Hitzestress 318 / 7.3 Trockenstress 321 / Literatur 324 // 14 Sauerstoffmessung und Analyse stabiler Isotope 327 / 1 Messung des Sauerstoffgaswechsels von Blattstücken 328 / 1.1 Polarografische Sauerstoffmessung in der Gasphase 328 / 1.2 Verfahren 330 / 1.3 Einsatzmöglichkeiten 331 / 2 Analyse stabiler Isotope 332 / 2.1 Stabile Isotope - Definition und Eigenschaften 332 / 2.2 Erfassung und Analytik mit Massenspektrometrie 334 / 2.3 Bezüge zum Gasaustausch der Blattorgane 338 / 2.4 Stabile Isotope als Tracer 347 / 2.5 Stabile Isotope - Bedeutung in der experimentellen Pflanzenökologie 354 / Literatur 354 / Teil VI Wasser in der Pflanze 357 // 15 Wasserzustand der Pflanze 359 / 1 Wasserbilanz 360 / 2 Wasserentnahme 362 / 2.1 Indirekte Messmethoden 362 / 2.2 Direkte Messmethode 364 / 3 Wasserzustand 366 / 4 Wassergehalt und daraus abgeleitete Größen 367 / 5 Wasserzustandsgleichung 372 / 5.1 Definition am Beispiel einer Einzelzelle 372 / 5.2 Alternative Ansätze zur Beschreibung des Wasserzustandes 374 / 5.3 Elastizitätsmodul und Wasserspeicherkapazität 377 / 5.4 Erweiterung des Modells auf Gewebe und Organe 381 / 6 Matrixpotenzial 382 / 7 Gravitationspotenzial und das Gesamtwasserpotenzial 385 / Literatur 387 // 16 Methoden der Wasserzustandsmessung - Kompensationsmethoden, Psychrometrie und Zelldrucksonde 389 / 1 Kompensationsmethode und Grenzplasmolyse 390 / 2 Psychrometrie 393 / 2.1 Psychrometer nach Richards und Ogata 395 / 2.2 Psychrometer nach Spanner 400 / 2.3 Taupunkthygrometrische Methode 401 / 2.4 Isopiestisches Psychrometer nach Boyer und Knipling 408 / 3 Zelldrucksonde nach Zimmermann und Steudle 417 / Literatur 424 // 17 Methoden der Wasserzustandsmessung ¿ Druckkammer und Druck-Volumen-Analyse 425 / 1 Druckkammermethode nach Scholander 426 / 1.1 Prinzip 426 / 1.2 Aufbau der Druckkammer 426 / 1.3 Theorie der Druckkammermessung 427 / 1.4 Fehlermöglichkeiten und Probleme bei der Messung mit der Scholander-Druckkammer 431 / 2 Druck-Volumen-Analyse 437 / 2.1 Durchführung der Messung 438 / 2.2 Alternative Methoden der Versuchsdurchfuhrung 439 / 2.3 Auswertung und Interpretation der Ergebnisse 444 / 3 Sperry-Apparatur 456 / Literatur 460 // 18 Wasserferntransport in der Pflanze - Grundlagen und / Messverfahren 463 / 1 Ferntransport des Wassers in der Pflanze 464 / 2 Heat-pulse-Methode 464 / 3 Prinzip der Massenflussmessung 466 / 4 Heat-balance-Methode 467 / 5 Thermal dissipation probe 470 / 6 Heat-field-deformation- Methode 474 / 7 Heat-ratio-Methode 477 / 8 Thermal dissipation probe mit extemal heating 480 / 9 Bestimmung des Xylemmassenstroms - eine physikalisch "absolute" Methode? 482 / 10 Welches der dargestellten Verfahren ist zu bevorzugen? 483 / 11 Ausgewählte Ergebnisse 483 / 12 Bedeutung in der experimentellen Pflanzenökologie 485 / Literatur 489 // Teil VII Energieumsatz 491 / 19 Strahhings- und Energiebilanz von Blättern - Blatteigenschaften im Zentrum von Strahlungsflüssen 493 / 1 Optische Eigenschaften der Pflanzen 495 / 2 Das Blatt im Zentrum von Strahlungsflüssen 499 / 3 Energiebilanz von Blättern 503 / 3.1 Wärmeleitung 504 / 3.2 Wärmespeicherung Qu 504 / 3.3 Wärmeaustausch (Konvektion)C 505 / 3.4 Energieumwandlungen £?Ph, QMund QTr 507 / 4 Das Blatt im Zentrum von Energieflüssen 510 / 5 Modell zur Energiebilanz 513 / Literatur 516 // Stichwortverzeichnis 517