Verbesserte Abschätzung der Bruttoprimärproduktion

Die Größe der terrestrischen Kohlenstoffsenke hängt vom Verhältnis der Bruttoprimärproduktion (GPP), das ist die primäre Kohlenstoffaufnahme durch Pflanzen aus der Atmosphäre, und der Ökosystematmung (ER), das ist die Summe der Atmungsprozesse aller Lebewesen eines Ökosystems, ab. Momentan sorgt die terrestrische Kohlenstoffsenke dafür dass ca. ein Viertel des vom Menschen emittierten Kohlendioxids aus der Atmosphäre entfernt wird, was die vom Menschen verursachte globale Erwärmung signifikant reduziert. Leider ist es nicht möglich die GPP direkt zu messen, diese wird stattdessen mittels einer Kombination aus Messungen und Modelrechnungen abgeschätzt. Der populärste Ansatz verwendet dazu Messungen des Nettokohlendioxidaustausch, welcher dann die GPP- und ER-Komponenten aufgetrennt wird, was aber mit einer Reihe von bekannten Problemen behaftet ist. Die daraus resultierenden Unsicherheiten von GPP und ER erschweren es belastbare Aussagen über die Größenordnung der terrestrischen Senke unter wahrscheinlichen zukünftigen Klima- und Landnutzungsszenarien zu machen. Die Zielsetzung dieses Projektes ist es die Unsicherheit der aktuellen GPP, und in weiterer Folge, ER- Abschätzungen durch die gleichzeitige Anwendung zweier neuartiger Ansätze, Messungen des Carbonylsulfidaustausch und der sonneninduzierten Fluoreszenz, zu reduzieren. Der Vorteil von Carbonylsulfid gegenüber Kohlendioxid liegt darin dass ersteres in ähnlicher Weise von Blättern aufgenommen wird, es im Gegensatz zu Kohlendioxid aber zu keiner Abgabe kommt, auf Basis dessen eben die GPP abgeschätzt werden kann. Sonneninduzierte Fluoreszenz meint Sonnenlicht das vom Blattchlorophyll absorbiert, dann aber als Licht längerer Wellenlänge wiederum abgegeben wird. Da die Photosynthese und Fluoreszenz miteinander in Konkurrenz um die gleiche absorbierte Energie stehen, besteht eine Beziehung zwischen den beiden. Die dem Projekt zu Grunde liegende Hypothese ist dass die Kombination dieser beiden neuartigen Ansätze, weil sie komplementäre Informationen über die GPP liefern, zu einer Reduktion der Unsicherheit von GPP gegenüber Schätzungen die auf Kohlendioxidflüssen basieren führt. Bislang, wurden diese beiden Ansätze nur einzeln angewendet durch die im beantragten Projekt geplante gleichzeitige Anwendung wird erwartet dass deren Stärken besser ausgenützt werden können. Zur Erreichung dieser Zielsetzung wird im beantragten Projekt ein Ansatz verfolgt im Rahmen dessen gleichzeitige Messungen von Kohlendioxid- und Carbonylsulfidflüssen und sonneninduzierter Fluoreszenz während zweier Feldkampagnen in zwei unterschiedlichen Ökosystemen und in einem Mesokosmen-Experiment, mit Modellsimulationen mit einem prozess-orientiertem Model kombiniert werden.

Die Größe der terrestrischen Kohlenstoffsenke hängt vom Verhältnis der Bruttoprimärproduktion (GPP), das ist die primäre Kohlenstoffaufnahme durch Pflanzen aus der Atmosphäre, und der Ökosystematmung (ER), das ist die Summe der Atmungsprozesse aller Lebewesen eines Ökosystems, ab. Momentan sorgt die terrestrische Kohlenstoffsenke dafür dass ca. ein Drittel des vom Menschen emittierten Kohlendioxids aus der Atmosphäre entfernt wird, was die vom Menschen verursachte globale Erwärmung signifikant reduziert. Leider ist es nicht möglich die GPP direkt zu messen und die Kombination aus Messungen und Modelrechnungen mit denen die GPP momentan abgeschätzt wird ist mit großen Unsicherheiten behaftet. Dies erschwert es belastbare Aussagen über die Größenordnung der terrestrischen Senke unter wahrscheinlichen zukünftigen Klima- und Landnutzungsszenarien zu machen. Die Zielsetzung dieses Projektes ist es die Unsicherheit der aktuellen GPP, und in weiterer Folge, ER-Abschätzungen durch die gleichzeitige Anwendung zweier neuartiger Ansätze, Messungen des Carbonylsulfidaustausch und der sonneninduzierten Fluoreszenz, zu reduzieren. Der Vorteil von Carbonylsulfid gegenüber Kohlendioxid liegt darin dass ersteres in ähnlicher Weise von Blättern aufgenommen wird, es im Gegensatz zu Kohlendioxid aber zu keiner Abgabe kommt, auf Basis dessen eben die GPP abgeschätzt werden kann. Sonneninduzierte Fluoreszenz meint Sonnenlicht das vom Blattchlorophyll absorbiert, dann aber als Licht längerer Wellenlänge wiederum abgegeben wird. Da die Photosynthese und Fluoreszenz miteinander in Konkurrenz um die gleiche absorbierte Energie stehen, besteht eine Beziehung zwischen den beiden. Dazu wurden über die drei-jährige Projektlaufzeit zwei längere Feldmesskampagnen und ein Mesokosmen-Experiment durchgeführt und die erhaltenen Daten mittels mathematischer Modelle analysiert. Das wesentliche Ergebnis dieses Projektes ist, dass Carbonylsulfid wie auch die sonneninduzierte Chlorophyllfluoreszenz, einzeln aber vor allem in Kombination, großes Potential zeigen die Abschätzung der GPP terrestrischer Ökosysteme zu verbessern. Allerdings zeigen unsere Forschungsergebnisse auch, dass beide Ansätze noch Schwächen aufweisen die, auch auf Basis weiterer Forschung, zukünftig behoben werden müssen. So konnte gezeigt werden dass das Verhältnis von Carbonylsulfid zu Kohlendioxidaufnahme zwischen verschiedenen Ökosystemtypen/Klimazonen variiert und dass die Beziehung zwischen GPP und sonneninduzierter Chlorophyllfluoreszenz unter Stressbedingungen nicht mehr eindeutig ist.