Stabile Sauerstoffisotopenanalysen haben verschiedene Anwendungen, die für die Verfolgung der Wasserbewegung in Ökosystemen relevant sind. Das Verhältnis von ¹⁶O bis ¹⁸O (dargestellt als δ¹⁸O) im Blattwasser liefert Informationen über das Wasserdampfdruckdefizit (VPD) in der Luft um die Pflanze herum, die Wasserquelle der Pflanze und die physiologischen Prozesse, die den Wasserverlust der Blätter steuern, wie Stomabewegungen und Transpiration. Beispielsweise kommt es bei steigender VPD (also bei trockeneren Umgebungsbedingungen) zu mehr Verdunstung und damit Verdunstungsanreicherung ¹⁸O kommt im Blattwasser vor, da das leichtere H₂¹⁶O verdunstet leichter als das schwerere H₂¹⁸O. Dies verursacht das verbleibende H₂O an den Verdunstungsstellen stärker angereichert ¹⁸O. Forscher haben dieses Modell, das ursprünglich von Craig und Gordon (1965) auf Ozeane angewendet wurde, verwendet, um Licht in die Verdunstungsbedingungen und die Blattphysiologie zu bringen.

Allerdings ist die Craig-Gordon-Modell führte zu Überschätzungen des Blattwassers H₂¹⁸O-Anreicherung, weil sie das weniger angereicherte Wasser, das von den Blattadern zu den Verdunstungsstellen fließt, nicht berücksichtigt. Diese Überschätzung wirkt sich stark darauf aus, wie wir δ interpretieren¹⁸O als Stellvertreter für die Verdunstungsbedingungen, unter denen die Pflanze gewachsen ist, sowie für die Blattphysiologie. Als Reaktion auf diese Überschätzung Farquhar und Lloyd (1993) schlugen den Péclet-Effekt vor, der wie folgt definiert ist: Wasser, das durch Transpiration zu Verdunstungsstellen fließt, wird durch die Rückdiffusion des angereicherten Wassers an den Verdunstungsstellen angereichert. Mit anderen Worten, der Péclet-Effekt beschreibt das Mischen von Wasser sowohl aus dem Xylem als auch aus der Verdunstungsstelle. Der Péclet-Effekt wird weitgehend durch Änderungen der Transpirationsrate (E) und der effektiven Weglänge (L) angetrieben, wobei L den gewundenen Weg beschreibt, den Wasser von den Blattadern zu den Verdunstungsstellen zurücklegt.

Um Interpretationen von Blattwasser δ besser zu informieren¹⁸O, das Modell von Craig Gordon-Péclet wird verwendet, um L vorherzusagen. L ist unmöglich zu messen, da es nicht nur die Entfernung berücksichtigt, die das Wasser zurücklegt, sondern auch die Windungen des Wasserbewegungspfads. Das Modell erfordert jedoch Annahmen über Verdunstungsbedingungen, die wahr sein können oder nicht.

Vorherige Arbeit (Songet al. 2013) dokumentierten Beziehungen zwischen L und physiologischen Parametern wie E und hydraulischer Leitfähigkeit (k). Allerdings haben nur wenige Studien L unter kontrollierten Umgebungsbedingungen geschätzt. Loucos und Kollegen taten genau das und schätzten L und k gleichzeitig auf demselben Blatt, um die Ergebnisse früherer Studien zu bewerten.

Loucoset al. (2015) fanden heraus, dass Schätzungen von L stark von Annahmen beeinflusst werden, die bei der Berechnung getroffen wurden ¹⁸O-Anreicherung an den Verdunstungsstellen. Im Gegensatz zu früheren Studien fanden sie keine Unterstützung für die Hypothese, dass L innerhalb einer einzigen Art sowohl mit E als auch mit k negativ verwandt ist. Diese negative Korrelation wurde erwartet, da erwartet wurde, dass die Wasserbewegung einem überwiegend kleinen L-Weg folgt, wenn E hoch ist (d. h. E > 1 bis 2 mmol m^-2s^-1) und wenn E niedrig ist (d. h. E < 1 bis 2 mmol m^-2s^-1), gibt es einen proportional größeren Fluss durch einen großen L-Weg (Song et al. 2013). Als Ergebnis demonstrieren die Autoren, dass bei der Untersuchung und Entwicklung von Beziehungen zwischen L und Umwelt- und physiologischen Parametern große Vorsicht geboten ist. Der Weg zum Verständnis von L, dem Péclet-Effekt und δ ist eindeutig¹⁸O des Blattwassers ist nicht einfach.

Referenzen

Craig H. & Gordon LI (1965). Deuterium- und Sauerstoff-18-Variationen im Ozean und in der Meeresatmosphäre. In: Tongiorgi E (Hrsg.)

.Laboratorium für Geologie und Nuklearwissenschaft, Pisa, S. 9-130.

Farquhar GD & Lloyd J. (1993). Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopeneffekte beim Austausch von Kohlendioxid zwischen Landpflanzen und der Atmosphäre. In: Ehleringer JR, Halle AE, Farquhar GD (Hrsg.)

Akademische Presse, San Diego. 47-70. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/b978-0-08-091801-3.50011-8

Loucos KE, Simonin KA, Song X. & Barbour MM (2015). Beobachtete Beziehungen zwischen Blatt H₂¹⁸O Effektive Peclet-Länge und hydraulische Leitfähigkeit der Blätter spiegeln Annahmen in Craig-Gordon-Modellberechnungen wider,

DOI: http://dx.doi.org/10.1093/treephys/tpu110

Song X., Barbour MM, Farquhar GD, Vann DR & Helliker BR (2013). Die Transpirationsrate bezieht sich auf Variationen innerhalb und zwischen Arten in der effektiven Weglänge in einem Blattwassermodell der Sauerstoffisotopenanreicherung.

(7) 1338-1351. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/pce.12063