5 Modellvalidierung – Simulation von Tagesverlaufs- messungen

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Modellvalidierung Abb. 38 zeigt die gemessenen Raten der Nettophotosynthese An, der Transpiration E (mmol m -2 s -1 ), sowie die stomatäre Leitfähigkeit gs. Der Verlauf der Daten war typisch für junge, mittlere und alte Blätter. Die maximal gemessene Photosyntheserate am Blatt a betrug 25 µmol m -2 s -1 (Na = 1,6 g m -2 ), am Blatt b 20 µmol m -2 s -1 (Na = 1,35 g m -2 ) und am Blatt c 11 µmol m -2 s -1 (Na = 0,73 g m -2 ). Abb. 38: Gemessene Daten (graue Kreise) und simulierte Daten (Linien) der Nettophotoyntheserate An, der Transpirationsrate E und der stomatären Leitfähigkeit gs für drei ausgewählte Tagesverläufe. Gepunktete Linie: Modell ohne Ψ-Einfluss auf gs, Vcmax und Jmax, durchgehende Linie: Modell mit Ψ-Einfluss auf gs, Vcmax und Jmax, wobei die Parameter der Zeitabhängigkeit von Ψcrit für jeden Tagesgang separat geschätzt wurden, gestrichelte Linie: Modell mit Ψ-Einfluss auf gs, Vcmax und Jmax mit einem einheitlichen Parametersatz für die Zeitabhängigkeit von Ψcrit für alle 18 Tagesverläufe (weitere Erklärungen siehe Text). 78
Modellvalidierung Die gepunkteten Linien entsprechen der Simulation unter Verwendung des Parametersatzes aus den Tabellen 8 und 9. Das Modell eignete sich mit diesem Parametersatz zur Beschreibung des Verhaltens der Nettophotosyntheserate in der Zeit zwischen Sonnenaufgang und Mittag sehr gut. In den Nachmittagsstunden wurde An etwas überschätzt. Auffallend ist hierbei, dass die Abweichung bei jungen Blättern geringer war als bei alten Blättern. Ähnliche Ergebnisse zeigten sich auch bei der Transpiration und stomatären Leitfähigkeit. In den Vormittagsstunden wurde E und gs recht gut beschrieben, in den Nachmittagsstunden wurden beide Größen überschätzt, wobei die Abweichung mit zunehmendem Blattalter anstieg. Besonders bei alten Blättern sank die Leitfähigkeit in den Nachmittagsstunden so stark ab, dass sich die Werte von gs kaum von denen der minimalen stomatären Leitfähigkeit gsmin unterschieden. Es ist bekannt, dass dieser als Nachmittagsdepression der Photosynthese bezeichnete Effekt mit der Wirkung von Trockenstress auf die Pflanzen in Verbindung steht. Um den Effekt des Trockenstresses zu erfassen, wurden zusätzlich zu den Gaswechselmessungen die relativen Blattwassergehalte RWC bestimmt. Daraus wurde das Blattwasserpotential Ψ berechnet (siehe Abschnitt 3.2.3 Referenzmessungen). Ψ nahm im Tagesverlauf von anfänglich -0,561 MPa kontinuierlich ab und erreichte um ca. 16 Uhr mit -1,5 MPa den niedrigsten Wert des Tages (Abb. 39). Abb. 39: Mittlerer Tagesverlauf des Blattwasserpotentials Ψ (Mittelwerte mit Standardabweichungen). Ψ = w1 t 2 + w2 t + w3, mit w1 = 0,013 MPa h -2 , w2 = -0,397 MPa h -1 , w3 = 1,51 MPa, Ψ = -0,561 MPa wenn t < 0600 h (R 2 = 0,98). In der Literatur wird diskutiert, dass sowohl gs als auch das Verhältnis von An zu Ci durch Ψ beeinflusst wird (Turner et al., 1984; Wong et al., 1985b; Lawlor, 2002; Lawlor 79
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