Hohe Globalstrahlung - Photosynthese überfordert?

2. Oktober 2020 | Im August konnte man in den Rübenbeständen oftmals Symptome von Sonnenbrand an einzelnen Blättern identifizieren (im Bild oben). Obwohl Ackerpflanzen Starklicht gewöhnt und photostabil sind, können sehr hohe Einstrahlungsraten den Photosyntheseprozess überfordern und Strahlungsstress hervorrufen. Problematisch wird es, wenn Faktoren wie Trockenheit oder Nährstoffmangel hinzukommen.

 

Grafik: Globalstrahlung (kWh/m²) in Monatssummen im Raum Braunschweig und Stuttgart, Daten: DWD (eigene Berechnung von Summen und Wattwerten)

Die anliegende Grafik zeigt den Jahresverlauf der Globalstrahlung im Raum Braunschweig sowie im Raum Stuttgart. Dargestellt ist die monatliche Wattleistung pro Quadratmeter. Das 30-jährige Mittel wird den Einzeljahren 2018, 2019 und 2020 gegenübergestellt. Die Einstrahlung in den Monaten von April bis September fiel in den vergangenen drei Jahren zum Teil erheblich höher aus, verglichen mit dem langjährigen Mittel. Im aktuellen Jahr 2020 fallen die beiden Frühjahrsmonate April und Mai als besonders strahlungsstark auf, im Raum Stuttgart war auch der Juli durch eine sehr hohe Einstrahlung gekennzeichnet.

Chlorophyllpigmente ermöglichen die Photosynthese. Die orangenen, roten oder gelben Pigmente der Carotinoide in den Chloroplasten werden dabei oft übersehen. Dazu gehören das Carotin und das Xanthophyll. Diese sorgen bei hoher Sonneneinstrahlung für einen möglichst ungehinderten Ablauf der Assimilatbildung. In Zeiten sehr hoher Einstrahlung z.B. mittags kann die Photosyntheseleistung gemindert sein. Die Reaktionen in den Chloroplasten geraten ins Stocken, weil zu viel Strahlungsenergie die Abläufe der Photosynthese überfordert. Die Carotinoide übernehmen nun wichtige Schutzfunktionen und wirken als Antioxidantien und Radikalenfänger. Xanthophylle führen überschüssige Energie als Wärme ab. Doch trotzdem kommt es häufig zur teilweisen Zerstörung des Photosyntheseapparates oder zum Zelltod.

Auf besonders exponierten Rübenblättern z. B. am Rand oder bei einzeln stehenden Pflanzen kann deshalb bei hoher Einstahlung mitunter Sonnenbrand beobachtet werden. Oftmals ist auch eine weitere Stressquelle zu identifizieren.

Es ergibt sich die Frage, ob ein genereller Anstieg der Globalstrahlung festgestellt werden kann und ob es einen Zusammenhang mit dem zu beobachtenden Anstieg von CO2-Gehalt und Temperatur gibt?
Auf der Website des DWD sind langjährige Zeitreihen der Globalstrahlung veröffentlicht, die monatlich und saisonal für Großregionen zusammengefasst wurden. Für Mitteleuropa ist für das Frühjahr und den Sommer ein ansteigender Trend für die Zeitreihe ab 1981 ablesbar, während die Herbst- und Wintermonate eine langjährig gleichbleibende Einstrahlung zeigen.
► DWD Globalstrahlung

Nach Auswertungen des DWD sind die Schwankungen in der Globalstrahlung bei Betrachtung noch längerer Zeitreihen groß. Für eine Trendvorhersage im Zusammenhang mit der Klimaveränderung besteht noch Forschungsbedarf.

  • Globalstrahlung
  • Höchstwert

Globalstrahlung

Die energiereichen Sonnenstrahlen werden auf ihrem Weg zur Bodenoberfläche durch atmosphärische Bestandteile gefiltert und zurückgestrahlt. Kurzwellige aggressive Strahlen können z. B. durch Ozon und Sauerstoff absorbiert werden, die langwellige Wärmestrahlung wird von Wasserdunst und CO2 aufgenommen. Die auf das Blatt auftreffende Globalstrahlung umfasst Wellenlängen zwischen 290 und 4000 Nanometern. Die durch Pflanzen oder photosynthetisch nutzbaren Wellenlängen (PhAR) umfassen den Bereich von 380 bis 740 Nanometern. Das sind rund 40 Prozent der Globalstrahlung. Nur 1 Prozent davon wird in der Photosynthese genutzt.

Höchstwert

Die Globalstrahlung wird in Joule pro cm² gemessen. Die höchste gemessene Tagessumme im Raum Braunschweig zwischen Juli 1962 und August 2020 beträgt 3329 J/cm² und wurde am 9. Juni 1969 gemessen. Umgerechnet in Watt ergeben sich 9,2 kWh/m²*d und pro Hektar 92000 kWh. Das entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von 42 Ein-Personenhaushalten in Deutschland oder einem Strompreis von etwa 25.000 Euro (Ökostrom).


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