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Artikel

Autor(en): Stefan Smidt, Friedl Herman
Redaktion: BFW, Österreich
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Ozon bedeutet Stress für Waldbäume

Ozon wird aus Stickstoffoxiden, niedermolekularen Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid gebildet. UV-Einstrahlung und hohe Temperaturen begünstigen seine Entstehung. Die heißen Tage im heurigen Jahr (2007) verursachten hohe Ozonkonzentrationen, die nicht nur den Menschen, sondern auch die Vegetation belasten. Ozon ist ein hochtoxischer Luftschadstoff und gilt derzeit als wichtigster  Luftschadstoffstressor für Waldbestände in Österreich.

Die Untersuchung der Wirkungen von Ozon basieren auf der quantitativen Erfassung der Komponenten des antioxidativen Systems, zum Beispiel von Ascorbinsäure, Alpha-Tocopherol und Glutathion; visuelle Veränderungen wie etwa Blattsprenkelungen können makroskopisch und mikroskopisch bonitiert werden. Die Bildung von Biomasse kann in klimatisierbaren Begasungskammern und in Open Top Kammern an Jungbäumen untersucht werden.

Die Erkenntnisse über Wirkungsmechanismen von Ozon sowie von Dosis-Wirkungsbeziehungen waren die Grundlage für die Formulierung von wirkungsbezogenen Grenzwerten zum Schutz der Vegetation.

Wirkungsmechanismen von Ozon

Ozon wird praktisch nur über die Spaltöffnungen der Blätter und Nadeln aufgenommen. Die Aufnahme erfolgt vor allem tagsüber, die nächtliche Ozonaufnahme ist vergleichsweise sehr gering. In der substomatären Atemhöhle reagiert Ozon mit Ethen und Isoprenen, wobei Radikale und in der Folge weitere reaktive oxidierende Spezies (ROS) wie Wasserstoffperoxid entstehen. Das restliche Ozon löst sich im Zellwandwasser. Ozon bleibt im sauren Milieu als solches bestehen, während es im alkalischen Milieu zu ROS umgewandelt wird.

Sind die Konzentrationen entsprechend hoch, werden Doppelbindungen von Lipiden gesprengt und Membranproteine geschädigt, wodurch die Membranfunktionen beeinträchtigt werden. ROS entstehen in den Chloroplasten aber auch im Zuge der "normalen" Photosynthese. Komponenten des antioxidativen Systems verhindern Schädigungen. Diese treten auf, wenn die Anhydratase - jenes Enzym, das für die CO2-Fixierung zuständig ist – gehemmt wird oder wenn daraus ein CO2-Mangel folgt.

Bei Überbelastung der Schutzsysteme kommt es zu oxidativen Schäden und schließlich zum Zelltod. Die Folgen können sichtbare Blattschäden, Zuwachs- und Ertragsverluste und schließlich das Absterben ganzer Pflanzen sein. Die Abbildung, welche die Aufnahme und Wirkung von Ozon in den Chloroplasten zeigt, ist eine Zusammenführung der international vorliegenden Einzelergebnisse. Eine detaillierte Beschreibung geben Smidt et al. 2007.

Wirkungsmechanismus von Ozon
Wege und Wirkungen des Ozons und seiner Folgeprodukte in der Pflanzenzelle bzw. in Chloroplasten

ATP: Adenosintriphosphat, Calvin-Zyklus: Zyklus zur Fixierung von CO2, CYT: Cytochromkomplex zur Übertragung von Protonen („Protonenpumpe“), NADPH: Reduktionskraft aus der Lichtreaktion, PSI/PSII: Photosystem I/II, ROSext: in der Zellwand gebildete reaktive Sauerstoffspezies, ROSint innerhalb der Chloroplasten gebildete reaktive Sauerstoffspezies

Der Zielwert wird in Österreich beträchtlich überschritten

Im Ozongesetz 34/2003 ist der Zielwert zum Schutz der Vegetation mit 9 ppm.h (Mai bis Juli, 8 – 20 Uhr, gemittelt über fünf Jahre) festgeschrieben. Die Ozonkonzentrationen werden im Rahmen des Österreichischen Datenverbundes des Umweltbundesamtes (www.umweltbundesamt.at/umweltschutz/luft/) an über 100 Mess-Stellen, die von den Ländern betreut werden, kontinuierlich gemessen; über 30 Stationen davon sind waldnahe.

Im Zeitraum 1999-2003 wurde der Zielwert an 82 von 107 Ozonmess-Stellen überschritten. Beispielhaft wurden für die neun waldnahen Stationen der Wuchsräume 4.1 (Nördliche Kalkalpen) und 6.1 (Südliche Kalkalpen) Werte zwischen 8,2 und 17,6 ppm.h berechnet. Nur in Achenkirch wurde der Zielwert unterschritten, an allen anderen Messstellen (Höfen, Karwendel West, Nordkette, Sulzberg, St. Kolomann, St. Georgen, Vorhegg) hingegen zum Teil beträchtliche Überschreitungen des Zielwertes registriert.

Wirkt sich Ozon auf den Zuwachs aus?

In einem interdisziplinären Projekt des BFW (Abteilung für Immissionsforschung), der Universität für Bodenkultur (Institut für Waldwachstumsforschung) und der Universität Wien (Department für Ökophysiologie und funktionelle Anatomie der Pflanzen) wird aktuell der Frage des Ozoneinflusses auf den Zuwachs von Fichtenbeständen in Österreich nachgegangen. Bis dato liegen zu diesem Thema lediglich Ergebnisse aus Kammerversuchen vor. Um den möglichen Ozoneinfluss auf den Zuwachs auf Altfichten, der von einer Vielzahl an anderen Faktoren überlagert wird, modellieren zu können, bedurfte es umfassender Datensätze baumphysiologischer Freilandmessungen und eines regionalen biogeochemisch-mechanistischen Stoffkreislaufmodells.

Literatur

S. Smidt, H. Bolhar-Nordenkampf, F. Herman (2007): Das Ozonrisiko für österreichische Wälder. Austrian J. Forest Science 124, 1, 3-35 (www.boku.ac.at/cbl/).
Umweltbundesamt (2007): Emissionstrends 1990-2005. Report REP-0101.