Kohlenstoffhaushalt von Einzelpflanzen eines Sonnenblumenbestandes in Abhängigkeit von der hierarchischen Position und der N-Versorgung Untersuchungen mit 13C/15N-Markierung

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 607 ‚Wachstum und Parasitenabwehr’ durchgefuhrt. In einem Versuch unter kontrollierten Bedingungen wurden hierzu mittels 13 C/ 12 C- und 15 N/ 14 N-Markierung die Auswirkungen der hierarchischen Position auf die C- und N-Aufnahme, -Allokation und -Nutzung von dominanten und subordinaten Individuen eines Bestandes untersucht. Die Untersuchung wurde an Sonnenblumen (Helianthus annuus L.) durchgefuhrt, die in zwei Bestandesdichten (50 und 400 Pfl m -2 ) angezogen wurden. Der dichte Bestand umfasste eine Fruh- und Spatsaat, die sich zu dominanten bzw. subordinaten Pflanzen entwickelten. Eine Halfte der subordinaten Pflanzen erhielt eine Nahrlosung mit reduzierter N-Konzentration, wahrend die Ubrigen mit einer Vollnahrlosung versorgt wurden. Wahrend der Lichtperiode wurde samtlicher aufgenommener C und N eines Individuums markiert. Die hierfur verwendete Markierungsanlage ermoglichte es erstmals, die Netto C-Fixierungsleistung eines Individuums im Bestand zu erfassen. Der respiratorische C-Verlust wurde durch CO 2 -Gaswechselmessungen an der ganzen Pflanze ermittelt. Aus der Netto C-Fixierungsleistung und dem Respirationsverlust wurde die Brutto C-Fixierungsleistung einer Pflanze berechnet.Subordinate Pflanzen blieben wahrend des Aufwuchses im Langenwachstum, der Biomasseakkumulation und Fixierungsleistung (Brutto C-Fixierung pro Einheit Biomasse, g C g -1 C d -1 , -49% bis -87% im Vergleich zu den Dominanten) weit hinter den Dominanten zuruck. Funf Wochen nach der Saat lag das mittlere Pflanzengewicht im dichten Bestand nahe der Grenze zur dichtestress-abhangigen Mortalitat. Der spezifische Respirationsverlust praktisch unabhangig von der Fixierungsleistung, der hierarchischen Position und der N-Ernahrung. Bei subordinaten, mangelernahrten Pflanzen uberstiegen die Respirationsverluste die Brutto C-Fixierung, so dass die C-Bilanz negativ wurde. Die Respiration von C, das aus der aktuellen Photosynthese stammte (markierter C) hing von der Hohe der Brutto C-Fixierung ab, wahrend die Respiration von ‚altem’ C (nicht markiertem C) vor allem von der Masse einer Pflanze beeinflusst wurde. Unabhangig von der N-Ernahrung und der Position wurden taglich 13% des fixierten C (markierten C) und 2,6% der Masse (nicht markierter C) respiriert. Bemerkenswerterweise waren bei subordinaten, mangelernahrten Pflanzen bereits die Respirationsverluste an nicht markiertem C (Masse) hoher als die Brutto C-Fixierung. Bei Subordinaten mit ausreichender N-Versorgung wurde der gesamte respiratorische Verlust dagegen durch die Brutto C-Fixierung gedeckt. Die Respiration von markiertem und nicht markiertem C wurde als Wachstums- bzw. Erhaltungsrespiration interpretiert.Das N-Angebot beeinflusste masgeblich die Anpassungsfahigkeit einer Pflanze an das wahrend des Aufwuchses zeitlich sich andernde Lichtangebot. Subordinate mit ausreichender N-Versorgung erhohten die Blattflache und den Blatt-N Gehalt, und modifizierten auf diese Weise ihre Blattstruktur, um die Lichtinterzeption zu verbessern. In Verbindung mit der Stangelstreckung glich dies das abnehmende Lichtangebot aus und gestattete eine Fixierungsleistung, die den respiratorischen Verlust deckte.Das zur spateren Saat zusatzlich reduzierte N-Angebot bewirkte dagegen vor allem eine relativ zum Spross verstarkte Investition in Wurzelbiomasse, sowie eine verzogerte Primarblattentwicklung. Die Biomasseproduktion war damit schon unmittelbar nach der Keimung beeintrachtigt und schrankte somit die Anpassungsfahigkeit der Pflanzen ein. So war beispielweise das Blattmassen-Verhaltnis und die Stangelmasse pro Einheit Stangellange dieser Pflanzen bei gleicher Wuchshohe stets geringer, als bei ausreichender N-Versorgung. Da die Pflanzen ihre Biomasse nicht unbegrenzt ‚verdunnen’ konnten, wurde ihre Anpassungsfahigkeit an das abnehmende Lichtangebot zunehmend eingeschrankt. Schlieslich nahm die Fixierungsleistung und die N-Aufnahme ab, wahrend der respiratorische Verlust relativ zur Masse (Erhaltungsrespiration) unverandert hoch blieb. Die daraus resultierende negative C-Bilanz wurde als physiologische Ursache fur das dichtestressabhangige Absterben subordinater Pflanzen angesehen.