Gebirgspflanzen als funktionelle Klimaindikatoren

Veränderungen im Temperaturklima an einem Standort können über die Messung von Kenngrößen der Hitzetoleranz in alpinen Pflanzen erfasst werden. Im Zusammenhang mit der fortschreitenden Erderwärmung könnten diese Pflanzenarten unter bestimmten Voraussetzungen als Bioindikatoren des Klimawandels eingesetzt werden. Die Entwicklung eines feldtauglichen Messsystems zur Messung der Hitzetoleranz von Pflanzen ermöglichte die Bestimmung der Dynamik der Hitzetoleranz von Pflanzen an verschiedenen alpinen Naturstandorten. Zusätzlich wurden mit Hilfe von computergesteuerten Infrarot Lampen präzis, kontrollierte Langzeit Aufheizversuche durchgeführt, in denen ganze Pflanzenbestände um +3 K gegenüber einer Kontrollfläche erwärmt wurden, was einer prognostizierten Erwärmung bis Mitte des nächsten Jahrhunderts von +1.5 - 4.5 K entspricht. Alle Arten zeigten eine enorme diurnale Variabilität der Hitzetoleranz der Blattgewebe von 4.8 bis zu 9.5 K, was bisherige Beobachtungen bei weitem übersteigt (max. 0.1 bis 5.0 K). Tageszeitliche Hitzetoleranzänderungen im Ausmaß von 1.5 K traten an 18 % aller Messtage mit einer Geschwindigkeit von 0.4-2.2 K/h auf. Die gemessene diurnale Variabilität der Hitzetoleranz der alpinen Arten übersteigt sogar die gesamte Jahresamplitude anderer Pflanzenarten, die maximal 5-8 K beträgt. Damit zeichnen diese Ergebnisse ein völlig neues Bild der Dynamik der Hitzetoleranz von Pflanzen. Beobachtete Hitzeschäden an Blättern der Polsterpflanze Minuartia recurva auf 2600 m SH belegen zudem, dass die rasche, diurnale Hitzetoleranzzunahme im alpinen Lebensraum als Überlebensmechanismus ökologisch bedeutsam ist. Die Hitzetoleranz von Photosystem II, dem hitzeempfindlichsten Teilprozess der Photosynthese, war ähnlich starken Schwankungen von bis zu 9.6 K unterworfen. Diurnal wurde bei L. procumbens eine maximale Änderung von 3.7 K gemessen. Funktionelle Störung von Photosystem II traten artspezifisch bei unterschiedlichen Temperaturschwellen auf. Von kältesten zum wärmsten Mikro-habitat wurde eine Zunahme dieser kritischen Temperaturschwellen um 9 K gemessen. Verantwortlich für die reversible Zunahme der Hitzetoleranz sind vor allem die standörtlichen Temperaturbedingungen. Die Hitzetoleranz war höher unter wärmeren Standortsbedingungen, in wärmeren Untersuchungsjahren und unter Langzeit Erwärmung mit Infrarot Strahlern um nur +3 K. Damit lässt sich die Wärmebelastung eines Standortes eindeutig über die Messung der Hitzetoleranz charakterisieren. Dennoch konnten die kurzfristig auftretenden, diurnalen Veränderungen der Hitzetoleranz nicht allein über tageszeitliche Temperaturänderungen erklärt werden, sondern andere Faktoren, wie Strahlung und Wasserversorgung dürften ebenso eine nicht unwichtige Rolle spielen. Damit sind Einzelmessungen nicht ausreichend, um zu einem aussagekräftigem Ergebnis über das Standortsklima zu kommen, sondern es ist vielmehr eine längerfristige Beobachtung nötig.