Röntgenmikroanalytische Untersuchungen zur Aluminium-Toxizität an Buchenfeinwurzeln aus Altbeständen

1996

107 S.

zahlr. Lit. Ang.

Bandaufführung

71950

Um die Auswirkungen saurer Deposition auf das Wurzelwachstum und den Ionenstatus von Buchenwaldökosystemen untersuchen zu können, wurden bei der Auswahl der Standorte verschiedene Ausgangssubstrate und Puffersysteme berücksichtigt. Die Meßfläche im Solling ist stark depositionsbelastet und wird als bereits versauert eingestuft. Die Versuchsfläche Zierenberg befindet sich im Zustand der Humusdisintegration. Mit Hilfe der Röntgenmikroanalyse wurden monatlich Feinwurzeln aus den Rhizotronen beider Standorte auf ihre Elementgehalte untersucht. Dabei wurde nach Cortex und Stele differenziert. Entlang der Wurzel wurden Segmente im Abstand von 1 mm bis 5 mm zur Wurzelspitze analysiert. (1) Die Aluminium-Konzentrationen im Cortex der Sollingwurzeln liegen nur wenig über denen der Buchenwurzeln aus Zierenberg, obwohl sich die Aluminium-Fraktionen am Austauscher um mehr als eine Zehnerpotenz unterscheiden Dagegen differieren die Magnesium und Calcium-Gehalte in den untersuchten Kompartimenten der beiden Standorte erheblich voneinander in Zierenberg wurden, wie es die Bodenkenndaten erwarten lassen, wesentlich höhere Konzentrationen der beiden Elemente gemessen. Bemerkenswert sind die Ergebnisse der Kaliu-Konzentration in den Wurzeln. Obwohl an beiden Standorten der Kalium-Anteil am Austauscher ähnlich gering ist, liegen in den Wurzeln aus Zierenberg wesentlich höhere Kalium-Konzentrationen als in den Sollingwurzeln vor. Die Phosphor- und Eisen-Gehalte in den Feinwurzeln der Versuchsflächen befinden sich auf relativ ähnlichem Niveau. Auffällig ist die starke biologische Variabilität der meisten Elemente innerhalb eines Wurzelkompartiments. (2) Die Zusammensetzung der Bodenlösung sowie die HCO3-Exkretion an der Wurzelspitze und die H+-Exkretion in weiter basal gelegenen Segmenten erzeugen ein unterschiedliches chemisches Milieu, das verschiedene Nähr- und Schadstoffgradienten in der Wurzel und der beeinflußten Rhizosphäre entstehen läßt. Eindeutige Gradienten mit zunehmender Differenzierung der Wurzel waren für Magnesium und Phosphor nachzuweisen. Beobachtet wurde, daß die Konzentration dieser Elemente mit steigendem Alter und damit zunehmender Differenzierung der Wurzel abnimmt. Für Aluminium wurde in dem vorliegenden Untersuchungen hingegen keine Konzentrationsabnahme mit zunehmender Ausdifferenzierung der Wurzel nachgewiesen. Auch für Calcium ließ sich unter Freilandbedingungen weder an den Feinwurzeln des Sollings noch an denen aus Zierenberg ein Gradient ermitteln. Da die Wurzeln an beiden Standorten eine vermutlich durch Aluminium-Toixizität hervorgerufene Verkürzung der Wachstumszone aufweisen, ist eine Beeinträchtigung der Calcium-Aufnahme, die hautpsächlich durch die Wurzelspitze erfolgt, wahrscheinlich. Für Kalium und Eisen war ebenfalls kein Gradient entlang der ersten fünf Millimeter der Buchenwurzeln zu beobachten. (3) Es galt zu prüfen, ob anhand des jeweiligen Elementgehaltes in der Wurzelrinde eine saisonale Konzentrationsveränderung festgestellt werden kann. Bei allen untersuchten Elementen war keine Konzentrationsveränderung im Cortex während des Jahresverlaufes nachzuweisen. Der für Calcium in den Sollingwurzeln beobachtete Anstieg der Konzentration im Herbst ist in den Wurzeln aus Zierenberg nicht deutlich wiederzufinden. Für Kalium wurden in den Sollingwurzeln nur im Frühjahr höhere Werte gemessen. Diese Tendenz ließ sich für die Feinwurzeln aus Zierenberg nicht bestätigen. Weiterhin wurde eine Abhängigkeit zwischen dem Elementgehalt der Wurezlrinde und dem der Bodenlösung im Wurzelraum geprüft. Dieser Vergleich machte deutlich, daß der Gehalt bestimmter Nährelemente bzw. toxischer Kationensäuren im Cortex nicht ausschließlich von ihrer Konzentration in der Bodenlösung bestimmt wird. In den vorliegenden Untersuchungen an Buche zeigten sich nur für Calcium (1992, Solling) und für Kalium (1993, Solling) Parallelen zwischen der konzentration der Bodenlösung und dem Elementgehalt der Wurzelrinde. Hohe Konzentrationen in der Bodenlösung führten nur in diesen Fällen auch zu erhöhten Gehalten der Wurzel. Die Element-Konzentrationen in der Wurzelrinde sind offensichtlich nicht ausschließlich von den Konzentrationen in der Bodenlösung abhängig. Eine Vielzahl anderer Faktoren, wie z.B. Wasserfluß, Wurzelaktivität und Beeinflußung der Rhizosphäre durch die Wurezl selbst spielen eine große Rolle. Auffällig war, daß obwohl deutlich höhere Aluminium-Konzentrationen am Austauscher und in der Bodenlösung des Sollings im Vergleich zu Zierenberg gemessen wurden, nur eine geringe Differenz im Aluminium-Gehalt der Wurzelrinden aus Zierenberg und aus dem Solling auftrat. Eine plausible Erklärung für die relativ geringen Aluminium-Gehalte der Sollingwurzeln liegt im Vorhandensein eines H+/Alß+-Antagonismus. Sowohl Aluminium- als auch H+-Ionen konkurrieren um die Bindungsstellen in der Zellwand. Bei niedrigen pH-Werten werden die Carboxylgruppen der Zellwand zunehmend mit H+ besetzt, so daß eine Aluminium-Bindung verhindert wird. Da Buche sehr empfindlich auf H+-Ionen reagiert, führt das Vorhandensein von Aluminium zu einer Minderung der Wachstumsbeeinträchtigung durch H+. Die mit Hilfe der Röntgenmikroanalyse in der Zellwand der Wurzeln nachgewiesenen Konzentrationen von Aluminium bzw. anderen Nährelementen legen nahe, daß H+-Ionen die Bindungsstellen in den Sollingwurzeln belegen. Dieses würde erklären, warum der Aluminium-Gehalt in den Zellwänden des Cortex bei niedrigen pH-Werten vergleichsweise gering ist, wie es für die Sollingwurzeln nachgewiesen wurde. Die relativ hohen Aluminium-Gehalte der Wurzeln aus Zierenberg können dadurch erklärt werden, daß die Aufnahme von Aluminium durch die Wurzel stark vom pH der externen Lösung abhängig ist. Der Aluminium-Gehalt der Wurzel ist um so größer, je höher der pH-Wert des Wurzelmediums ist. Der Boden des Standortes Zierenberg, der hauptsächlich im Austauscher-Pufferbereich einzuordnen ist, weist im Hauptdurchwurzelungshorizont einen pH-Wert um 5,5 auf. Da bei einem hohen pH-Wert Aluminium bevorzugt in den Cortex aufgenommen wird, sind die hohen Aluminium-Gehalte in den Feinwurzeln aus Zierenberg trotz der nur geringen Aluminium-Konzentration im Boden verständlich. Die von der Buche bevorzugte Ammonium-Aufnahme verstärkt zusätzlich eine durch Aluminium-Toxizität hervorgerufenen Schädigung der Wurzeln. Diese Ergebnisse können für viele Waldstandorte bedeuten, daß Wachstumsbeeinträchtigungen der Wurzel durch Aluminium-Toxizität möglicherweise schon bei einem pH-Wert gegeben sind, bei dem die hohen Basensättigungswerte des Bodens sowie eine geringe Al-Fraktion am Austauscher dieses noch nicht vermuten lassen.