Eine Studie zeigt, dass nicht die Pflanze selbst, sondern der Boden ihre Wasseraufnahme begrenzt.
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Eigentlich scheint es ganz einfach zu sein. Pflanzen benötigen Wasser, Licht und Luft, um zu wachsen. Doch hinter diesem simplen Prinzip steckt ein erstaunlicher physikalischer Prozess. Wenn Pflanzen nämlich Wasser aus dem Boden aufnehmen und bis in ihre Blätter transportieren, überwinden sie die Schwerkraft, ganz ohne Pumpen.
Möglich macht das ein sogenanntes «negatives Wasserpotential», also eine Art Unterdruck, mit dem die Pflanze das Wasser nach oben zieht. Wie die ETH Zürich mitteilt, ging die Forschung lange davon aus, dass vor allem die Pflanze selbst bestimmt, wie viel Wasser sie aufnehmen kann. Doch neue Erkenntnisse zeigen ein anderes Bild. Nicht die Pflanze setzt die Grenze, sondern der Boden.
Selbstregulation von Pflanzen
Im Boden befindet sich Wasser in unzähligen kleinen Poren, führt die ETH Zürich in einem Artikel weiter aus. Diese wirken wie winzige Röhrchen und halten das Wasser durch sogenannte Kapillarkräfte fest. Je trockener der Boden wird, desto stärker wirken diese Kräfte. Gleichzeitig wird das Wasser in seiner Bewegung zähflüssiger. Für Pflanzen bedeutet das, dass es für sie immer schwieriger wird, Wasser herauszuziehen.
Herrscht im Boden ein bestimmter «Druck» (die ETH nennt einen Schwellenwert von -1,5 Megapascal), können die Pflanzen nicht mehr genügend Wasser aufnehmen. Sie geraten in Stress. Doch wie «merken» Pflanzen, dass es kritisch wird? Die Antwort liegt in den Blättern. Dort befinden sich winzige Öffnungen, die sogenannten Spaltöffnungen oder Stomata. Diese funktionieren wie empfindliche Ventile.
Zwischen «Durst» und «Hunger» abwägen
Sind diese «Ventile» geöffnet, nimmt die Pflanze Kohlendioxid aus der Luft auf, ein zentraler Baustein für die Photosynthese. Gleichzeitig verliert sie dabei Wasser in Form von Wasserdampf. Wenn das Wasser knapp wird, schliesst die Pflanze diese Öffnungen, um sich vor dem Austrocknen zu schützen. Das das hat seinen Preis.
Bei geöffneten Stomata (opened stomata) kann die Pflanze CO2 aufnehmen, produziert damit Zucker, verliert aber Wasser. Bei geschlossenen Stomata (closed stomata) spart sie Wasser, kann aber kaum noch CO2 aufnehmen.
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«Bei geschlossenen Stomata muss die Pflanze hungern, weil weniger Kohlendioxid in die Blätter gelangt und die Pflanze damit weniger neue Zuckermoleküle herstellen kann». Dadurch verlangsamt sich das Wachstum. Die Pflanze muss also unter bestimmten Bedingungen ständig abwägen, ob sie ihren «Durst» oder ihren «Hunger» stillen soll.
Forschung auf dem falschen Weg
Um Wasser nach oben transportieren zu können, betreiben Pflanzen einen grossen strukturellen Aufwand. Ihre Leitungsbahnen sind stabil gebaut, damit sie dem Unterdruck standhalten können. Zusätzlich sorgen gelöste Stoffe in den Zellen dafür, dass diese trotz des Sogs nicht in sich zusammenfallen.
Ab einem Bodenwasserpotential von unter etwa -1,5 Megapascal ist das Wasser praktisch nicht mehr pflanzenverfügbar. Pflanzen welken dauerhaft und erholen sich auch nach Befeuchtung meist nicht mehr.
Jan2575
In der Agrarindustrie versuchte man lange, Pflanzen widerstandsfähiger gegen Trockenheit zu machen, indem man ihre inneren Eigenschaften veränderte. So wurden Sorten gezüchtet, die mehr Salz in ihren Zellen speichern. Die Hoffnung bestand darin, eine stärkere Saugkraft und somit eine bessere Wasserversorgung zu erreichen. Doch diese Ansätze blieben weitgehend erfolglos, so die ETH.
Bessere Böden für optimierte Pflanzen
Neue Forschungsergebnisse liefern nun eine Erklärung dafür. Das «Problem» liege nicht in der Pflanze selbst, sondern im Boden. Wenn das Wasser dort zu stark gebunden ist, helfen auch die besten Anpassungen der Pflanze nur bedingt. Die physikalischen Eigenschaften des Bodens beeinflussen direkt, was in den Blättern passiert.
Dieses neue Verständnis könnte langfristig grosse Auswirkungen auf die Landwirtschaft und den Umgang mit zunehmenden Trockenperioden haben. Wenn klar ist, dass der Boden der entscheidende Faktor ist, rückt nämlich sein Management stärker in den Fokus als die Optimierung der Pflanzen allein.
