Bayer: Welche Auswirkungen hat Waldbrandrauch auf Nutzpflanzen?

Rauch ist eine Kombination aus Partikeln, verschiedenen Gasen und Wasserdampf. (Interessanterweise ist Wasserdampf der Hauptbestandteil von Rauch.) Zu den Gasen können Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickoxide, verschiedene flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und kleine Partikel gehören. Die VOCs und Stickoxide verbinden sich in Gegenwart von Sonnenlicht und erzeugen Ozon. Während Ozon in der oberen Atmosphäre von Vorteil ist, ist es für Pflanzen in Bodennähe sehr schädlich. Wenn Ozon in das Blatt eindringt, stört diese hochreaktive Form von Sauerstoff die Photosynthese und schädigt Pflanzengewebe auf zellulärer Ebene, wodurch die Seneszenzrate erhöht wird. Eine kürzlich von der University of Illinois durchgeführte Studie ergab, dass Ozon bei den Konzentrationen, in denen es derzeit produziert wird, den Maisertrag um 10 % reduzieren kann.1

Welche Gesamtauswirkung hat Rauch auf die Ernteerträge?

Während die durch luftgetragene Partikel verursachte Lichtstreuung möglicherweise dazu beiträgt, die photosynthetische Verfügbarkeit von blauem Licht zu erhöhen, dürfte die allgemeine Verringerung der Sonnenstrahlung den Nutzen überwiegen. Eine Studie aus dem Jahr 2019 ergab, dass eine künstliche Reduzierung der Sonneneinstrahlung um 15 % zu Ertragseinbußen bei einigen Maisprodukten führte.2 Auch die allgemeine Pflanzengesundheit kann indirekt beeinträchtigt werden. Die Verringerung der Photosynthesekapazität, die durch die Verringerung der gesamten Sonneneinstrahlung verursacht wird, führt außerdem dazu, dass die Pflanze Kohlenhydrate aus dem Stängel und den Wurzeln wieder in das sich entwickelnde Korn mobilisiert, was das Risiko einer schlechten Stängel- und Wurzelgesundheit erhöht.

Eine kalifornische Studie ergab jedoch, dass rauchige Bedingungen die Lichtnutzungseffizienz (in der Studie definiert als Verhältnis von Produktivität zu absorbierter Strahlung) erhöhten und dass sich dieser Wert bei Mais fast verdoppelte. Allerdings hängt diese verbesserte Effizienz vom Kompromiss zwischen der Verringerung der gesamten Sonnenstrahlung und der Erhöhung der Menge an gestreutem Licht ab.3

An einem klaren, sonnigen Tag liegen die Lichtwerte im Pflanzendach (gemessen als photosynthetische Photonenflussdichte, PPFD) zwischen 1200 und 1800 µmol pro m2 pro s (Mikromol pro Quadratmeter pro Sekunde). An bewölkten Tagen beträgt die photosynthetische Photonenflussdichte nur 100 bis 400 µmol pro m2 und s. In einer Ohio-Studie verglichen die Autoren die PPFD von Tagen mit Waldbrandrauch und bewölkten Tagen mit dem längerfristigen Durchschnitt über denselben Zeitraum.4 Die tägliche Reduzierung im Juni durch Rauch und Wolkendecke betrug 51 µmol pro m2 pro Sekunde Die Reduzierung betrug im Juli 44 µmol pro m2 pro Sekunde. Obwohl dies eine relativ geringe tägliche Reduzierung ist, sind die Auswirkungen der geringeren photosynthetischen Photonenflussdichte kumulativ.

Was ist das Endergebnis?

Diese Ergebnisse sind ungefähr so ​​klar, wie der Himmel über dem Mittleren Westen in letzter Zeit war. Sonnenlicht muss von der Pflanze eingefangen werden, um die Photosynthese anzutreiben. Rauch kann die Streuung von blauem Licht erhöhen, wodurch es für die Photosynthese besser verfügbar wird, während gleichzeitig die gesamte für die Photosynthese verfügbare Sonnenstrahlung verringert wird. Unter Bedingungen ohne Trockenheit bieten klare, sonnige Tage die besten Bedingungen für eine maximale Photosyntheseeffizienz und maximieren so das Ertragspotenzial. Die Autoren der Ohio-Studie spekulierten, dass selbst die geringfügige Reduzierung, die sie sahen, das Gesamtertragspotenzial von Mais und Sojabohnen verringern würde.4 Wenn andererseits die Vegetationsperiode verlängert wird, könnte der PPFD-Verlust zu Beginn der Saison ausgeglichen werden eine längere Vegetationsperiode.