Sommersmog
Hintergrundinformation
Wirkungen auf Pflanzen
Quelle: Umweltbundesamt Stand Juni 2002

 

Ozon hat eine giftige Wirkung auf Pflanzen und ist ein Stressfaktor. Neben direkten Wirkungen wie Schädigungen von Blättern, Wachstumshemmung und Ertragsverlusten gibt es indirekte Wirkungen, die sich in Änderungen der Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften und sogar in der Veränderung ganzer Ökosysteme äußern können.

Die Reaktionen einer Pflanze auf eine Ozonbelastung beruhen auf einer Abfolge von biochemischen und physiologischen Prozessen, die schließlich zu einer sichtbaren Schädigung führen können. Entscheidend für die Ozonwirkung und die Ausprägung von Blattschäden ist der Ozonfluss über die Spaltöffnungen in die Pflanze. Die Aufnahme durch die Blattoberfläche ist vernachlässigbar.

 

Akute Wirkungen

Akute Wirkungen treten während oder meist nach kurzen Belastungszeiten mit hohen Ozon-Konzentrationen bzw. infolge hoher Aufnahmeraten von Ozon durch die Pflanze auf. Sie äußern sich besonders in offen sichtbaren Symptomen wie punktförmigen oder flächenhaften Gewebezerstörungen (Nekrosen) oder Verfärbungen (Chlorosen).

 

Chronische Wirkungen

Länger anhaltende Einwirkungen von vergleichsweise niedrigen Ozon-Konzentrationen führen zu chronischen Wirkungen. Hierzu gehören ebenfalls offen sichtbare Symptome, die sich auch z.B. in Form von Veränderungen des Wuchses (Zwergwuchs, Blattdeformation) oder häufiger in Form von Vergilbungen (Chlorosen) einzelner Blatt- oder Nadelbereiche bzw. ganzer Organe äußern. Der Verlauf dieser Vorgänge entspricht oft natürlichen Alterungsprozessen der Pflanze, so dass man auch von verfrühter bzw. beschleunigter Alterung (Seneszenz) spricht.

 

Latente Wirkungen

Als dritte Art von Ozonwirkungen werden latente Wirkungen unterschieden. Hierunter werden Veränderungen gezählt, die sich nicht in Form von offen erkennbaren gut charakterisierten Symptomen äußern. Sie umfassen Veränderungen biochemischer und physiologischer Prozesse bzw. zellulärer und subzellulärer Strukturen (z.B. Störung der Photosynthese, Bildung von „falschen“ Stoffwechsel(zwischen)produkten, Membranänderungen) und können zu Wachstums- und Ertragsreduktionen führen. Häufig treten die Folgen dieser Reaktionen erst bei zusätzlicher Anwesenheit oder Einwirkung anderer Stressfaktoren auf (Trockenheit, Insektenbefall, Tritt) und mindern die Leistung der Pflanze.

 

Biochemische Grundlagen der Wirkungen

Ozon erzeugt unter pflanzeninternen Bedingungen hochreaktive und aggressive Radikal-Moleküle. Diese und das ursprüngliche Ozon können mit den Biomembranen und Enzymen reagieren. Folgen der Reaktion sind damit u.a. veränderte Membraneigenschaften, Störung der räumlichen Teilung in der Zelle, Störungen und Veränderungen von Enzymen und Zerstörung von Photosynthesepigmenten.

Nicht jedes Ozonmolekül kann seine zerstörerische Kraft voll entwickeln. Die Pflanzen haben Entgiftungsmechanismen entwickelt, die die Radikale abfangen können. Diese Mechanismen spielen auch unter anderen Stressbedingungen wie Hitze, Trockenheit, Frost, Schädlingsbefall, Schwermetallbelastung oder Belastung durch andere Gase eine große Rolle. Die Schutzmechanismen funktionieren nur bis zu einer gewissen Belastung, danach kommt es zu irreversiblen Schäden. Damit wird leicht verständlich, dass eine Kombination von Stressfaktoren für eine Pflanze eine größere Wirkung hat, als die Wirkung derselben Dosis nur eines Stressfaktors. Das heißt, dass eine Pflanze durch Ozonstress empfindlicher gegenüber anderen Stressoren wird und umgekehrt.

 

Schutzwert für Pflanzen

Die bisherigen Ausführungen belegen, dass auch Pflanzen (neben der Gesundheit des Menschen) ein Schutzgut darstellen; dies sowohl aus ökonomischen (z.B. Ertragsverlust) als auch aus ethischen Gründen (z.B. Veränderung der Biodiversität).

Die Bewertungsbasis des Gefährdungspotenzials stellen Critical Levels (Kritische Luftschadstoffkonzentrationen) dar, die im Rahmen der UN-ECE-Konvention über weiträumige, grenzüberschreitende Luftverschmutzung festgelegt wurden. Der methodische Ansatz basiert auf Forschungsergebnissen über Dosis-Wirkungs-Beziehungen. Die Analyse von Begasungsversuchen an unterschiedlichen Pflanzenarten ergab einen hohen Zusammenhang von Schädigung bzw. Biomasseverlust mit der summierten Überschreitung eines Stundenmittelwertes von 40 ppb. Daraus wurde der so genannte AOT40-Wert (accumulated exposure over a threshold of 40 ppb) abgeleitet. Zur Berechnung werden alle Stundenmittelwerte oberhalb 40 ppb (Tageslicht, 8:00 Uhr bis 20:00 Uhr) summiert; die Dimension dieses Wertes ist ppb-Stunden. Bei einer Überschreitung von 10.000 ppb-h summiert als AOT40 von April bis September ist mit Schäden bei Wäldern zu rechnen, bei einer Überschreitung von 3.000 ppb-h summiert von Mai bis Juli bei der (semi)natürlichen Vegetation. Als Schadmaß wird ein Ertragsverlust von 5 Prozent zu Grunde gelegt. Um kurzzeitige Spitzenkonzentrationen besser berücksichtigen zu können, gibt es für landwirtschaftliche Nutzpflanzen noch einen Kurzzeit-Critical-Level, der in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit innerhalb von 5 aufeinanderfolgenden Tagen 200 ppb-h (<1,5 hPa Luftfeuchte) bzw. 500 ppb-h nicht überschreiten darf.

Um modifizierenden Faktoren wie Luftfeuchte, Höhe und Entwicklungsstand der Pflanze besser Rechnung zu tragen, wird das Critical Level-Konzept ständig weiter entwickelt. Ziel wird es sein, den effektiven Fluss von Ozon in die Spaltöffnung zu modellieren und mit kritischen Ozonflüssen zu vergleichen, ab denen eine Wirkung zu erwarten ist.

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