Transpirationsraten-Rechner

Berechnen Sie die Transpirationsrate und den Wasserverlust von Pflanzen unter verschiedenen Umweltbedingungen

Berechnungsmethode

Wassermassenverlust (g)

Blattfläche (cm²)

Zeitraum (Stunden)

Transpiration verstehen

Transpiration ist der Prozess der Wasserbewegung durch eine Pflanze und dessen Verdunstung aus oberirdischen Teilen, insbesondere Blättern. Es ist ein passiver Prozess, der durch atmosphärische Nachfrage und Sonnenenergie angetrieben wird. Die Transpiration macht etwa 95-99% des von den Pflanzenwurzeln aufgenommenen Wassers aus.

Berechnungsmethoden

1. Gravimetrische Methode (Massenverlust)

Formel: Transpirationsrate = Massenverlust / (Blattfläche × Zeit)

Einheiten: mg·cm⁻²·h⁻¹ oder g·m⁻²·h⁻¹

Direkte Messung durch Wiegen der Pflanze oder des abgeschnittenen Triebs über die Zeit. Am genauesten, erfordert aber kontrollierte Bedingungen. Geht davon aus, dass der gesamte Wasserverlust aus der Transpiration stammt (Boden/Schnittflächen versiegeln).

2. Stomatäre Leitfähigkeitsmethode

Formel: E = gs × WDD

Wobei:

E = Transpirationsrate (mol·m⁻²·s⁻¹)
gs = Stomatäre Leitfähigkeit (mol·m⁻²·s⁻¹)
WDD = Wasserdampfdruckdefizit (kPa)

Gemessen mit Porometern oder Gasaustauschsystemen. Nicht-destruktiv und liefert momentane Raten. Verbindet Stomataöffnung mit Wasserverlust.

3. Umweltfaktoren (Penman-Monteith-Ansatz)

Vereinfachte Schätzung basierend auf:

WDD = es(T) × (1 - RH/100)
es(T) = Sättigungsdampfdruck bei Temperatur T
Windgeschwindigkeit erhöht die Grenzschichtleitfähigkeit
Sonneneinstrahlung treibt Stomataöffnung und Energie für Verdunstung

Schätzt Transpiration aus meteorologischen Daten. Nützlich für Feldbedingungen und Modellierung.

4. Potometer-Methode

Formel: Rate = Wasseraufnahme-Volumen / (Blattfläche × Zeit)

Misst Wasseraufnahme durch abgeschnittenen Trieb. Klassische Lehrmethode. Geht davon aus, dass Wasseraufnahme = Transpiration (gilt für Kurzzzeitmessungen). Einfacher Aufbau, aber weniger genau als gravimetrisch.

Typische Transpirationsraten

Pflanzentyp/Bedingung	Rate (mg·cm⁻²·h⁻¹)	Kontext
Geschlossene Stomata (Nacht)	0,1 - 0,5	Nur kutikuläre Transpiration
Trockengestresste Pflanzen	0,5 - 2	Stomata teilweise geschlossen
Moderate Bedingungen	2 - 5	Normale Tagesraten
Optimale Bedingungen (gut bewässert)	5 - 10	Vollständig geöffnete Stomata
Hohes WDD, viel Licht	10 - 20	Maximalraten (heiß, trocken, windig)
Sonnenblume (Helianthus)	8 - 15	Stark transpirierende Art
Mais (Zea mays)	5 - 10	C4-Pflanze, wassereffizient
Kakteen/Sukkulenten (CAM)	0,1 - 1	Extrem wassersparend

Faktoren, die die Transpirationsrate beeinflussen

Umweltfaktoren

• Temperatur: Höhere T erhöht WDD und Verdunstungsrate
• Luftfeuchtigkeit: Niedrigere RH erhöht WDD, treibt Transpiration
• Windgeschwindigkeit: Entfernt gesättigte Luft, reduziert Grenzschicht
• Licht: Öffnet Stomata, liefert Energie für Verdunstung
• Bodenwasser: Begrenztes Wasser reduziert Transpiration
• Atmosphärisches CO₂: Hohes CO₂ kann Stomataöffnung reduzieren

Pflanzenfaktoren

• Blattfläche: Mehr Blätter = mehr Transpiration
• Stomatadichte: Mehr Stomata = höhere potenzielle Rate
• Kutikuladicke: Wachsartige Kutikula reduziert Wasserverlust
• Wurzelsystem: Ausgedehnte Wurzeln unterstützen höhere Raten
• Blattanatomie: Eingesenkte Stomata reduzieren Transpiration
• Pflanzenart: C4/CAM-Pflanzen wassereffizienter als C3

Wasserdampfdruckdefizit (WDD)

WDD ist die Differenz zwischen der Feuchtigkeitsmenge in der Luft und der Feuchtigkeitsmenge, die die Luft bei Sättigung aufnehmen kann. Es ist der primäre Treiber der Transpiration.

WDD = es(T) × (1 - RH/100)

Sättigungsdampfdruck: es(T) = 0,611 × exp(17,27 × T / (T + 237,3)) kPa

WDD-Bereiche:

Niedriges WDD (<0,4 kPa): Feuchte Bedingungen, geringe Transpirationsnachfrage
Optimales WDD (0,8-1,2 kPa): Ausgewogene Wassernutzung und Photosynthese
Hohes WDD (>1,6 kPa): Hohe Verdunstungsnachfrage, potenzieller Stress

Physiologische Bedeutung

Nährstofftransport

Der Transpirationsstrom transportiert gelöste Mineralien von den Wurzeln zu den Blättern. Der Xylemsaftfluss wird hauptsächlich durch Transpirationszug angetrieben.

Blattkühlung

Verdunstungskühlung verhindert Überhitzung der Blätter. Transpiration kann Blätter 5-10°C kühler als die Lufttemperatur halten und schützt die photosyntetische Maschinerie.

Stomatäre Regulation

Ausgleich zwischen CO₂-Aufnahme für Photosynthese und Wasserverlust. Stomataschluss unter Stress spart Wasser, reduziert aber die Photosynthese.

Wasserpotentialgradient

Transpiration erhält negatives Wasserpotential im Xylem aufrecht, ermöglicht Wasseraufnahme aus dem Boden durch Wurzeln via Osmose.

Landwirtschaftliche und ökologische Anwendungen

Bewässerungsplanung: Schätzung des Kulturwasserbedarfs basierend auf Transpirationsraten und Umweltbedingungen
Wassernutzungseffizienz: Optimierung der Bewässerung zur Anpassung an Transpirationsnachfrage, Reduzierung von Verschwendung
Trockenstresserkennung: Reduzierte Transpiration zeigt Wasserstress vor sichtbaren Symptomen an
Kulturauswahl: Auswahl von Arten mit angemessenen Transpirationsraten für lokale Wasserverfügbarkeit
Klimawandelstudien: Modellierung, wie sich ändernde Temperatur und WDD auf Pflanzenwasserbeziehungen auswirken
Evapotranspiration (ET): Kombination von Transpiration mit Bodenverdunstung für Wasserbudgets von Einzugsgebieten
Gewächshausmanagement: Kontrolle von Temperatur und Luftfeuchtigkeit zur Optimierung von WDD und Transpiration

Messtechniken

Labormethoden

• Gravimetrisch (Wiegen)
• Potometer (Wasseraufnahme)
• Cobaltchloridpapier (qualitativ)
• Gasaustauschsysteme (LI-6400, LI-6800)

Feldmethoden

• Porometer (stomatäre Leitfähigkeit)
• Saftflusssensoren (Gesamtpflanzentranspiration)
• Eddy-Kovarianz (Ökosystemebene ET)
• Wärmebildgebung (Blatttemperatur/Transpiration)

Wichtige Überlegungen

Tagesverlauf: Transpiration erreicht mittags mit maximalem Licht und Temperatur ihren Höhepunkt, minimal nachts
Kutikulär vs. Stomatär: Stomatäre Transpiration (95-99%) dominiert; Kutikula macht 1-5% aus
Grenzschicht: Stille Luft um Blätter reduziert Transpiration; Wind stört diese Schicht
Guttation vs. Transpiration: Guttation (Flüssigwasseraussonderung) tritt nachts bei hoher Bodenfeuchtigkeit auf
Messartefakte: Sicherstellen, dass keine Kondensation an der Ausrüstung, ordnungsgemäße Versiegelung und stabile Bedingungen
Blattalter: Junge expandierende Blätter und seneszente Blätter haben andere Raten als reife Blätter
Wassernutzungseffizienz: Verhältnis von fixiertem CO₂ zu verlorenem Wasser; C4- und CAM-Pflanzen haben höhere WUE

Referenzen

Nobel, P. S. (2009). "Physicochemical and Environmental Plant Physiology." 4th Edition, Academic Press.
Jones, H. G. (1992). "Plants and Microclimate: A Quantitative Approach to Environmental Plant Physiology." 2nd Edition, Cambridge University Press.
Monteith, J. L., & Unsworth, M. H. (2013). "Principles of Environmental Physics: Plants, Animals, and the Atmosphere." 4th Edition, Academic Press.
Taiz, L., et al. (2015). "Plant Physiology and Development." 6th Edition, Sinauer Associates.
Allen, R. G., et al. (1998). "Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements." FAO Irrigation and drainage paper 56.