Wasser in Pflanzen & Boden: Eigenschaften & Transport

Wasser in der Pflanze

Nährstofftransport

Transportiert Nährstoffe und den aufsteigenden Saft von den Wurzeln zu den Blättern.

Spezifische Wärme

Reguliert die Temperatur der Zellen und schützt das wässrige Zytoplasma vor Temperaturschwankungen.

Osmose

Bewegung des Lösungsmittels durch eine semipermeable Membran von einer Lösung geringerer Konzentration zu einer Lösung höherer Konzentration bei konstanter Temperatur.

Physiologische Prozesse mit Wasserbeteiligung

Bestandteil

Macht 80 bis 90 % des Frischgewichts von Pflanzengewebe (z. B. Früchten) aus.

Lösungsmittel

Löst Pflanzennährstoffe für die Aufnahme.

Edukt

Ist Reaktionspartner bei Stoffwechselprozessen (z. B. Photosynthese).

Turgor

Sorgt für den Turgordruck, der die Pflanze straff hält und Welken verhindert.

Physikalische Eigenschaften des Wassers

1. Aggregatzustand: fest, flüssig, gasförmig
2. Farbe: farblos
3. Geschmack: geschmacklos
4. Geruch: geruchlos
5. Dichte: ca. 1 g/cm³ bei 4 °C (höchste Dichte)
6. Gefrierpunkt: 0 °C
7. Siedepunkt: 100 °C (bei Normaldruck)
8. Kritischer Druck: 217,5 atm (ca. 221 bar)
9. Kritische Temperatur: 374 °C

Chemische Eigenschaften des Wassers

1. Reagiert mit sauren Oxiden
2. Reagiert mit basischen Oxiden
3. Reagiert mit Metallen (z. B. Alkalimetalle)
4. Reagiert mit Nichtmetallen (unter bestimmten Bedingungen)
5. Bildet Salzhydrate

Qualität von Bewässerungswasser

Chemische Qualität

• Konzentration gelöster Salze
• Relative Natriumkonzentration
• Gehalt an Karbonaten und Bikarbonaten
• Menge toxischer Elemente

Agronomische Qualität

• Bodentyp (physikalisch-chemische Eigenschaften)
• Salzgehalt
• Salztoleranz der Kulturpflanze
• Konzentration toxischer Elemente
• Bewässerungsmethode

Toxische Elemente (Beispiele)

• Bor
• Chlorid
• Natrium

Bodenkomponenten

1. Mineralische Substanz
2. Organische Substanz
3. Bodenluft
4. Bodenwasser

Bodeneigenschaften

Reelle Dichte (Partikeldichte)

Masse der festen Bodensubstanz geteilt durch ihr Volumen (ohne Porenraum). Typischer Wert: ca. 2,65 g/cm³.

Lagerungsdichte

Masse des trockenen Bodens geteilt durch das Gesamtvolumen (inklusive Porenraum).

Porosität

Anteil des Bodenvolumens, der nicht von Festsubstanz, sondern von Luft und/oder Wasser eingenommen wird. Formel: Porenvolumen [%] = (1 - (Lagerungsdichte / Reelle Dichte)) * 100.

Bodenentwässerung

Fähigkeit des Bodens, überschüssiges Wasser aus dem Profil abzuleiten.

Gründigkeit (Durchwurzelungstiefe)

Tiefe des Bodens, die für das Wurzelwachstum verfügbar ist und keine einschränkenden Bedingungen aufweist.

Wasser im Boden

Hygroskopisches Wasser (Adsorptionswasser)

Sehr fest an Bodenpartikel gebundenes Wasser; für Pflanzen nicht verfügbar.

Kapillarwasser

Wird durch Kapillarkräfte in den feinen Poren gegen die Schwerkraft gehalten; größtenteils pflanzenverfügbar.

Sickerwasser (Gravitationswasser)

Bewegt sich durch die Schwerkraft in groben Poren nach unten; übersteigt die Feldkapazität (Wasserspannung geringer als ca. 1/3 bar).

Transpiration

Wasserverlust der Pflanze in Form von Wasserdampf, hauptsächlich durch die Spaltöffnungen (Stomata), aber auch durch Kutikula und Periderm.

Wasseraufnahme und -transport in der Pflanze

Wasser und gelöste Salze werden von den Wurzeln aufgenommen und im Xylem (Tracheiden und Tracheen/Gefäße) nach oben transportiert. Zucker und andere organische Stoffe werden im Phloem (Siebröhren) transportiert.

Einflussfaktoren

Der Transport wird durch Umweltfaktoren wie Bodenzusammensetzung, Niederschlag, Sonneneinstrahlung, Wärme und Luftfeuchtigkeit beeinflusst.

Regulation der Spaltöffnungen (Stomata)

Faktoren, die das Öffnen und Schließen der Stomata beeinflussen:

• Wasserverfügbarkeit (Turgor der Schließzellen)
• Kohlendioxid-Konzentration
• Licht (Öffnung bei Licht, Schließung bei Dunkelheit)
• Temperatur

Weg des Wassers von Boden zur Pflanze

Wasser gelangt vom Boden über die Wurzelhaare in die Wurzel. Innerhalb der Wurzelrinde gibt es drei mögliche Transportwege zur Endodermis:

1. Transmembran-Weg: Wasser durchquert Zellmembranen auf dem Weg durch die Zellen.
2. Apoplastischer Weg: Wasser bewegt sich in den Zellwänden und Zellzwischenräumen (Apoplast), ohne Membranen zu kreuzen.
3. Symplastischer Weg: Wasser bewegt sich von Zelle zu Zelle durch das Zytoplasma und die Plasmodesmen (symplastischer Verbund).

An der Endodermis zwingt der Casparische Streifen das Wasser aus dem Apoplasten in den Symplasten (durch die Zellmembran der Endodermiszellen). Danach gelangt das Wasser in den Zentralzylinder und tritt in das Xylem ein, von wo es zu Spross und Blättern transportiert wird.

Funktionen des Wassers in der Zelle

• Mechanische Funktion (Turgor)
• Osmotische Prozesse
• Beteiligung am Stoffwechsel
• Zellteilung
• Zellwachstum

Wasserpotenzial

Ein Maß für die freie Energie (das chemische Potenzial) von Wasser pro Volumeneinheit, verglichen mit reinem Wasser bei Standardbedingungen. Es beschreibt die Fähigkeit von Wasser, Arbeit zu verrichten (z. B. sich zu bewegen) und wird üblicherweise in Druckeinheiten (z. B. Pascal, bar, MPa) angegeben.

Bedeutung des Wasserpotenzials

Das Wasserpotenzial hilft zu verstehen und vorherzusagen:

1. Die Richtung der Wasserbewegung (Wasser bewegt sich von hohem zu niedrigem Potenzial), z. B. durch Membranen.
2. Den Wasserstatus einer Pflanze oder eines Bodens.

Messung der Transpiration

Methoden zur Messung der Transpiration umfassen:

• Phytometer
• Potometer