Methodische versuche zur direkten messung des absoluten Wasserverbrauches der Holzpflanzen

lnstitut jur Biologische Holzjorschung und Arbeitsgruppe Landespflege der Forstwirtschajtlichen Fakultat der Universitat Freiburg im Breisgau

Methodische Versuche zur direkten Messung des absoluten Wasserverbrauches der Holzpflanzen H.

J.

BRAUN und P.

SCHMIDT

Mit 4 Abbildungen Eingegangen am 12. August 1971

Summary A method is described, which makes it possible, to measure immediately and exactly the water-consumption of trees, growing in a special Potetometer with soil ventilation.

Zusammenfassung Es wird eine Methode beschrieben, die es mit einem speziellen beliiftbaren Bodenbehalter (Potetometer) erlaubt, den Wasserverbrauch von Holzpflanzen direkt, exakt und absolut zu messen.

Einleitung

Flir die allgemeine und spezielle Physiologie der Holzpflanzen, vor allem flir Fragen ihrer Wurzelphysiologie und ihrer okologischen Physiologie ist sehr wichtig zu wissen, welche Wassermengen die einzelnen Kiume und Baumverbande unter verschiedenen experimentellen und okologischen Bedingungen in bestimmten Zeiteinheiten verbrauchen. Der Wunsch, den Wasserverbrauch der Baume zu untersuchen, ist deshalb alt und die Versuche, ihn zu ermi tteln, zahlreich. Den bisherigen Versuchen haft en jedoch ein oder mehrere methodische N achteile an, von denen die wichtigsten sind: der Wasserverbrauch wird nicht absolut, sondern nur indirekt ermittelt; die Methode ist sehr kostspielig; die Versuchspflanzen werden verletzt oder sogar yom Wurzelsystem abgeschnitten; der Wasserverbrauch ist nicht kontinuierlich registrierbar; es konnen nur sehr junge und wenige Holzpflanzen untersucht werden. Es ist von uns deshalb eine Methode entwickelt und getestet worden, die ermoglicht: 1. Die Messung des Wasserverbrauches in beliebigen Zeitraumen direkt und absolut, kontinuierlich und einfach, im Freiland und Gewachshaus, unter verschiedenen experimentellen und okologischen Bedingungen. 2. Die Untersuchung unverletzter Pflanzen. 3. Die Untersuchung auch grogerer Baume. 4. Die Untersuchung von einzelnen Baumen und von Bestanden (BRAUN 1970 u. 1971). Z. Pjlanzenphysiol. Bd. 66. S. 337-342. 1972.

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BRAUN

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Die Testversuehe des Jahres 1970 wurden im nicht beliiftbaren Bodenbehalter 01 und im beliiftbaren Bodenbehalter 02 durehgefiihrt (BRAUN 1970 und 1971). Die Erfahrungen, die dabei gesammelt wurden, fiihrten im Winterhalbjahr 1970/71 zur Neukonstruktion und Erprobung des Bodenbehalters 03. Da diese Erprobung erfolgreieh verlief und sich der Bodenbehalter 03 zusammen mit einer automatisehen Wassernachfiillung inzwisehen (Juli 1971) in rund 100 Einzelversuehen weiterhin hervorragend bewahrt hat, soli er im folgenden vorgestellt werden. I. Konstruktion des belii/tbaren Bodenbehalters 03 Der Bodenbehalter aus Polyathylen ist 72 cm hoeh, der Durehmesser betragt oben 45,5 und unten 42 em. Die Wand ist 0,5 em stark und nahtlos gegossen. Augen sind zwei Griffe angebracht (Abb. 1 u. 2). Die inneren Teile des Bodenbehalters bestehen aus Hart-PVc. Ober dem Grund des Behalters ist in 3 em Hohe als Zwisehenboden

Entliiftungsrohr

I

. - - - - - MeBrohr ,..-/

Beliiftung, unteres Bel.-System

Einfiillrohr - - - I

, j

Abb. 1. Bodenbehalter 03: AuBenansicht.

eine 0,8 em starke Platte eingelassen, die mit 65 gleichmagig verteilten U:ichern (0 jeweils 1 em) versehen ist. Der Zwischenboden ist oben mit einer Kunststoffgaze abgedeckt (Abb. 2 u. 3). Seitlieh auf dem Zwischenboden steht eine Megrohre, mehr in der Mitte das Einfiillrohr (Abb. 2 u. 3). Die Megrohre ist 100 cm lang und hat einen Durchmesser von 5 em. Der untere Teil, der zum Zwisehenboden offen ist, ist bis in 20 em Hohe mit 20 Loehern versehen (0 1 em) und mit Kunststoffgaze eingehiillt; oben ist ein Megzylinder mit einer Markierung aufgesetzt. 1m Innern der Z. Pflanzenphysiol. Bd. 66. S. 337-342. 1972.

Messung des absoluten Wasserverbrauches

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MeBrohre befindet sieh ein Schwimmer aus Kork, der einen diinnen MeBstab aus Plexiglas tragt. Das Einfiillrohr ist 100 em hoeh, 2 em stark, in den Zwisehenboden eingeleimt und zum Wasserreserveraum geoffnet. Oben wird es mit einem Gummistopfen versehlossen, unten ist es ahnlieh angebohrt (20 Locher, 0 je 0,5 em) und mit Gaze verkleidet wie die MeBrohre. 1m unteren Drittel des Bodenbehalters befindet sich ein Beliiftungssystem (Abb. 2 u. 3) . Dieses untere Beliiftungssystem steht auf 4 Stelzen, die es 20 em iiber den Zwisehenboden emporheben. Es besteht aus vier 25 em langen Rohren (0 4 em), die zu

It----Messzylinder -

-

-

Nullmarke

Messrohre f + -Gummistopfen .-

-Messtab

- - 1-<-- - - - 0

Beliift ungsschlauche Entl iiftungsrohr. oberer Luftraum

Beliiftungsrohr. oberer Luftraum

Einfiillrohr ~--H-----i Rohr fur un teres

~:!:=======mf:M~~~---

1--- -+t+Jf+--IIJ..:Jf----

Beliiftungssystem Deckel oberer Luftroum

If--- - - Bodenbehalter - f f - l l - - - - - Sand-und Feinkies; I I _ J - - - - Griff

fullung

Schwimmer ~~t:::::---unteres Beliiftungs;

,"--jJ_ _

system

-==="",- Gru ndwQsserstand Kunstollgaze

~~t::f=:b;;;j;!f:=====:::ZWisch enbod e n Wasserreserveraum

Abb. 2. Bodenbehalter 03: Schematische Darstellung des Konstruktionsprinzipes.

einem Viereck verschweiBt wurden. Die Oberseite ist mit 20 Lochern (0 je 1 em) versehen und ebenfalls mit Kunststoffgaze abgedeckt. An einem Stutzen, der seitlich am Beliiftungssystem ansitzt, ist ein Plastiksililauch angebracht, der iiber den Deckel des Bodenbehalters naeh auBen fiihrt. Der Deckel, der den Bodenbehalter naeh Besehickung (bei den Testver~uchen ein Sand-Kies-Gemisch) und Bepflanzung oben verschlieBt, ist an den Randern und an den Nahtstellen mit dem Baum, dem MeBrohr und dem Einfiillrohr mit Bostik und Z. P/lanzenphysiol. Bd. 66. S. 337-342. 1972.

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Klebeband wasserdicht abgeschlossen. Auf dem Deckel ist noch ein Belliftungsrohr zum Einflihren von Luft in den Raum zwischen Boden und Deckel und ein 4 cm starkes Entlliftungsrohr aufgesetzt (Abb. 2 u. 1).

MeBrohr -

~ Einfiillrohr

I.

_~ unteres Beliiftungssystem

z-C'.J

Zwi,,,,,"b,d,,

Abb. 3. Bodenbehalter 03: Innere Konstruktionsteile.

II. Funktionsweise des Bodenbehalters 03

Wenn die Versuchspflanze Wasser aufnimmt, geht der Grundwasserspiegel zurlick und der Megstab in der Megrohre sinkt von der Nullmarke abo Nach beliebiger Zeit, jedoch vor Erschopfung der Wasservorrate im Behalter, wird Wasser bzw. Nahrlosung liber das Einflillrohr langsam zugegeben. Das Wasser fliegt durch das Einflillrohr in den Wasserreserveraum auf den Grund des Behalters und steigt von dort durch den Zwischenboden gleichmagig in den Bodenraum auf, zum Teil dringt es auch direkt durch die Perforation an der Basis des Einflillrohres in den Boden ein (vgl. Abb.2). Die Nachflillung des Wassers geschieht solange, bis sich das obere Ende des Megstabes wieder auf die Nullmarke des Megzylinders eingestellt hat. Das Mag des Wasserverbrauches pro Zeiteinheit ist die Menge des Wassers, das bis zur Einregulierung des Megstabes auf die Nullmarke eingefliHt wird. Bei der Erprobung des Bodenbehalters 03 wurde vor aHem das untere Belliftungssystem getestet. Premuft wurde verschieden stark und unterschiedlich lang durch die entsprechenden Bel liftungsschlauche in das untere Belliftungssystem eingeleitet. Von dort stromte die Luft durch den Boden (Sand-Kies-Gemisch) in den oberen Luftraum im Bodenbehalter und konnte durch das geoffnete Belliftungsrohr wieder entweichen. Z. Pjlanzenphysiol. Bd. 66. S. 337-342. 1972.

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Der Grundwasserspiegel wurde beim Einblasen der Luft kaum beriihrt. Nur bei kraftiger Beliiftung stieg infolge leichten Oberdrucks im Behalter der Wasserstand in der Me£hohre leicht an; er ging jedoch nach Abschalten der Durchblasung stets wieder auf den Stand vor der Beliiftung zuriick. Ais Testpflanzen dienten Ficus-Arten. Sie wuchsen in den Bodenbehaltern 03 (SandKies-Gemisch, Knopsche Nahrlosung, 22° C Lufttemperatur, 60-70 Ofo reI. Luftfeuchtigkeit, Durchliiftung des Behalters pro Tag 5 Min.) ausgezeichnet. Der tagliche Wasserverbrauch stieg z. B. bei einer Testpflanze yom 1. 12. 1970 bis 4. 3. 1971 pro Tag von 300-500 ml allmahlich auf 1100-1300 ml an. Ihr gesamter Wasserverbrauch be·trug in diesem Zeitraum 74,96 I (am Ende der Versuche hatte sie 203 Blatter mit einer einfachen Blattflachen von ungefahr 8,1 m2 ). II I. Automatische Wassernachfiillung und V orschaltung eines Wasserreservebehalters

Die Wasserreserven im Bodenbehalter 03 betragen bei einer Grundwasserhohe von 18 cm etwa 3 Liter. Da bei den zukiinftigen Versuchen moglichst groBe Baume verwendet werden sollen, deren taglicher Wasserbedarf weit hoher liegt, erschien es uns notwendig, eine automatische Wassernachfiillung zu konstruieren und ihr noch einen groBeren W asser-Reservebehalter vorzuschalten. Die automatische Wassernachfiillung geschieht mit einem Regulierbehalter, der mit dem Wasserreserveraum des Bodenbehalters 03 iiber den Einfiillstutzen verbunden ist. 1m Regulierbehalter befindet sich ein Ventil und ein Schwimmer, der der Wasserober-

RESERVE - und MESSBEHALTER

• REGULIERBEHALTER

BODENBEHALTER

03

Abb. 4. Bodenbehalter 03 mit vorgeschaltetem Regulierbehalter und Reserve-jMeBbehalter zur automatischen Wassernachfiillung.

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flache im Regulierbehalter aufliegt. Sobald die Versuchspflanze im Bodenbehalter Wasser verbraucht, sinkt der Grundwasserspiegel, der auf eine bestimmte Hohe eingestellt ist, auch im Regulierbehalter abo Dadurch geht der Schwimmer im Reguliergefag nach unten, so dag das Ventil geoffnet wird und das Wasser aus dem Reservebehalter nachlauft. Das Ventil wird bereits bei einer geringen Abnahme des Grundwasserstandes geoffnet und schliegt sich, wenn der eingestellte Grundwasserstand wieder erreicht ist. Dadurch wird eine sehr gleichmagige Hohe des Grundwasserstandes gewahrleistet. Die Wasser-Reservebehalter, die beliebig grog sein konnen, sind mit einer Megskala versehen, an der der Wasserverbrauch in jeder Zeiteinheit abgelesen werden kann. In speziellen Fallen werden an die Reservebehalter auch Schreiber angeschlossen, die den Wasserverbrauch selbsttatig registrieren (Abb.4). Die Regulierund Reservebehalter, dem Bodenbehalter 03 vorgeschaltet, ermoglichen: 1. Eine selbsttatige Nachfiillung von Wasser in den Bodenbehalter je nach Verbraucn

von Wasser durch die Versuchspflanze bei gleichbleibendem, jedoch beliebig einstellbarem Grundwasserstand. 2. Langere Wartungsfreiheit des Bodenbehalters 03 beziiglich der Wassernachfiillung durch Vorschalten von Behaltern mit grogeren Wasserreserven. 3. Leichte Ablesung bzw. automatische Registrierung des absoluten Wasserverbrauches in jeder beliebigen Zeiteinheit. Anerkennung und Dank verdienen technische Mitarbeiter fUr Konstruktionsideen und handwerkliches Konnen: Herr EGON FROMEL bei der Konstruktion der Bodenbehalter, Herr WILLI LEHMANN (Institut fur forstliche Ertragskunde, Prof. Dr. G. MITSCHERLICH) bei der Fertigung der automatischen WassernachfUllung. Dem Gartenmeister, Herrn HILL, und den technischen Assistentinnen Fraulein BERLIN und Fraulein HAGENGUTH danken wir fUr ihre Mithilfe bei der Erprobung des Bodenbehalters 03.

Literatur BRAUN, H. ].: Eine Methode fur die Untersuchung des Wasserverbrauchcs der Holzpflanzen. I. Das Prinzip der Methode und ihre Brauchbarkeit. Forstwirtschaftliches Centralblatt 89, 189-194 (1970). - Eine Methode fUr die Untersuchung des Wasserverbrauches der HoIzpflanzen. II. Ergebnisse der Testversuche. Forstwirtschaftliches Centralblatt 90, 319-328 (1971). Professor Dr. H. ]. BRAUN, P. SCHMIDT, Institut fur Biologische Holzforschung der Univ., D-78 Freiburg, BertoldstraBe 17.

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