Das Thema Feinstaub und Gesundheit des Menschen ist in aller Munde, doch dass die feinen Partikel auch Auswirkungen auf die Pflanzenwelt haben, ist kaum bekannt. Nach trockenen Jahren häufen sich die Schäden an den Wäldern. Dieses Phänomen hat sich weltweit verstärkt; so wird es seit einigen Jahren im Südwesten der USA und zuletzt auch beim Sterben der Affenbrotbäume in Afrika beobachtet. „Zu jedem dieser großflächig auftretenden Phänomene gab es bereits eine Vielzahl von Erklärungsversuchen, ein übergreifender Befund zu den Ursachen liegt bislang jedoch nicht vor“, sagt Privatdozent Dr. Jürgen Burkhardt vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn.
Pflanzen regulieren mit ihren Spaltöffnungen, das sind winzige Poren in den Blättern, wie viel Wasser aus dem Blatt verdunstet. Gleichzeitig brauchen sie diese „Schleusen“, um das lebenswichtige Kohlendioxid aufzunehmen, aus dem sie mithilfe der Fotosynthese Zucker als universellen Energielieferanten herstellen. Zugespitzt haben die Pflanzen die Wahl zwischen Verhungern und Verdursten: Schließen sie die Spaltöffnungen komplett, verlieren sie durch Verdunstung kaum noch Wasser, können aber auch kein Kohlendioxid mehr aufnehmen. Umgekehrt ermöglichen weit geöffnete Poren das Einströmen des Kohlendioxids, der Preis dafür ist aber ein großer Wasserverlust. Burkhardt: „Pflanzen haben die Regelung der Spaltöffnungen im Lauf der Evolution an die Umgebungsbedingungen angepasst, allerdings in einer Zeit mit deutlich weniger Feinstaub als heute.“
In gefilterter Luft verdunsten die Bäume weniger Wasser
Die Wissenschaftler der Universität Bonn haben nun mit Kollegen des Centre of Ecology and Hydrology in Edinburgh (Schottland), des Meteorological and Hydrological Service in Zagreb (Kroatien) und der University of California at Riverside (USA) herausgefunden, dass Feinstaub diese Regelung beeinflusst. Sie konnten zeigen, dass Kiefern, Weißtannen und Stieleichen, die in Gewächshäusern mit gefilterter und daher fast feinstaubfreier Luft gediehen, weniger Wasser verdunsteten als solche, die in der mäßig verschmutzten Bonner Stadtluft aufwuchsen. Dies galt sogar für den Zustand, wenn die Spaltöffnungen vollkommen geschlossen waren.
Eine kürzlich erschienene Studie der gleichen Forschungsgruppe hatte bereits gezeigt, dass Pflanzen aus gefilterter Luft bei gleicher Spaltöffnungsweite generell weniger transpirierten als Pflanzen aus normaler Umgebungsluft. „Abgelagerter Feinstaub auf Blättern erhöht also die Verdunstung“, fasst Burkhardt zusammen. „Die Experimente stellen den bislang fehlenden, direkten Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und Trockenheitsanfälligkeit von Bäumen her.“
Ein großer Teil des atmosphärischen Feinstaubs ist hygroskopisch, bindet also Feuchtigkeit aus der Umgebung. Lagert sich hygroskopischer Feinstaub auf Pflanzen ab, so bildet sich zusammen mit transpiriertem Wasserdampf flüssiges Wasser. „Allerdings sind die Wassermengen so gering, dass dies mit bloßem Auge nicht erkennbar ist“, sagt Burkhardt. „Es handelt sich auch eher um konzentrierte Salzlösungen als um Wasser.“
Diese Salzlösungen kriechen als dünne Filme in die Spaltöffnungen. Hierbei entsteht eine durchgängige, sehr dünne Flüssigwasserverbindung zwischen Blattinnerem und Blattoberfläche, die als Docht wirken kann. Burkhardt: „Die Spaltöffnungen verlieren damit einen Teil der Kontrolle über die Verdunstung, und die Pflanzen sind stärker von Trockenheit bedroht.“
Feinstaub auf Blättern schlecht erkennbar
Im Vakuum der Elektronenmikroskope erscheinen die Salzlösungen als Krusten – diese fehlten bei den in partikelfreier Luft gewachsenen Bäumen. „Das Erscheinungsbild der Salzkrusten kennt man von geschädigten Bäumen. Es wurde bisher stets als ‘Wachsverschmelzung‘ bezeichnet, ohne dass man eine schlüssige Erklärung dafür fand“, sagt Burkhardt. „Feinstaub aber wurde als Ursache nicht wirklich in Erwägung gezogen, da man ihn sich eher als kleine Körnchen vorstellt“, sagt der Wissenschaftler der Universität Bonn.
Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Europäischen Union gefördert.
Publikation: Burkhardt, J., Zinsmeister, D., Grantz, D. A., Vidic, S., Sutton, M. A., Hunsche, M., Pariyar, S.: Camouflaged as ‘degraded wax’: hygroscopic aerosols contribute to leaf desiccation, tree mortality, and forest decline. Environmental Research Letters, https://doi.org/10.1088/1748-9326/aad346
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Privatdozent Dr. Jürgen Burkhardt
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften
und Ressourcenschutz der Universität Bonn
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