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Der Nachweis von Umweltschadstoffen in Pflanzen mit Hilfe der Infrarotphotographie
am Beispiel von Standorten in Bad Fischau-Brunn
Sabrina Stocker
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Peter Peduzzi
DOI
10.25365/thesis.20407
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29756.55385.974863-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Mittels Infrarotphotographie und chemischer Analysen kann der Vitalitätszustand von Schwarzkiefern dokumentiert werden, um so auf eine mögliche Beeinflussung der Gesundheit der Bäume durch den Menschen hinzuweisen.
Als Untersuchungsgebiet wurde Bad Fischau-Brunn ausgewählt, eine kleine Ge-meinde in Niederösterreich, da dieser Ort trotz seiner geringen Fläche von rund 21 km2 eine große landschaftliche Mannigfaltigkeit in Form von Wald- und Forstgebie-ten, sowie Rebanlagen und Agrarflächen aufweist.
Da außerdem in allen Himmelsrichtungen ausreichend Schwarzkieferpopulationen vorhanden sind, eignen sich diese hervorragend als Indikatorbäume.
Pflanzen haben die Eigenschaft, je nach Wellenlänge, Licht zu transmittieren, zu ab-sorbieren oder zu reflektieren. Betrachten wir eine Pflanze, so erscheint sie uns grün, da sichtbares Licht im roten und blauen Wellenlängenbereich absorbiert wird, wäh-rend grünes Licht reflektiert wird. Außerhalb des sichtbaren langwelligen Spektrums, das heißt ab einer Wellenlänge von 700 nm aufwärts (= infraroter Bereich), wird Licht von der Pflanze reflektiert. Dies muss so sein, denn andernfalls würde die Pflanze innerlich verbrennen. Begründet ist dieses Verhalten in der Tatsache, dass die Pho-tonen des Lichtes die Pigmentmoleküle in den Chloroplasten anregen und deren E-lektronen auf ein höheres Energieniveau anheben. Fallen die Elektronen wieder in den Grundzustand zurück wird Wärme frei. Absorbierten Pflanzen nun langwelliges Licht wie die Infrarotstrahlung, würde in Folge dieser Kettenreaktion zu viel Wärme freiwerden, wodurch die Pflanze innerlich verbrennen müsste. Durch das Reflektieren dieser Strahlung kann jedoch eine Überhitzung verhindert werden.
Je nach Gesundheitszustand der Pflanze zeigt diese ein unterschiedliches Reflexi-onsverhalten. Bei jungen, vitalen Blättern mit einer ausreichenden Pigmentdichte und Wasserversorgung wird ein Lichtstrahl im Infrarotbereich effektiv reflektiert; dabei erscheinen die mit Infrarottechnik photographierten Blätter auf der Aufnahme weiß. Ist die Pflanze jedoch alt oder geschädigt, obgleich sie für das menschliche Auge saftig grün aussieht, erscheint sie auf dem Infrarotphoto rot bis braun. Somit ist die Infrarotphotographie eine wirksame Methode, um den Gesundheitszustand der Pflan-ze, über das für das menschliche Auge Sichtbare hinaus, aufzuzeigen.
In weiterer Folge ist es ratsam, das pflanzliche Material auf Schadstoffe hin zu unter-suchen, da so manche chemischen Stoffe eine negative Wirkung auf den Pigment-stoff Chlorophyll zeigen, was wiederum zu einer Abnahme des Reflexionsvermögens führen kann.
Aus diesem Grunde wurden von jedem Standort auch Nadelproben entnommen und hinsichtlich ihres Nitrit-, Nitrat-, Schwefeldioxid- und Chloridgehaltes chemisch analy-siert. Mit Ausnahme von Chlorid konnten alle Schadstoffe an jedem Standort nach-gewiesen werden. Dabei zeigte sich, dass die höchsten Konzentrationen meist in den wärmeren Monaten erzielt wurden, da die Stoffwechselaktivität in dieser Zeit am höchsten ist. Außerdem konnte aufgezeigt werden, dass die Standorte im Südwes-ten, Süden und Südosten im Vergleich zu den anderen Standorten deutlich höher belastet sind. Die Vermutung liegt nahe, dass dieser Umstand mit dem Vorhanden-sein kultivierter Agrarflächen zusammen hängt.
Die Photographie im infrarotnahen und infraroten Bereich erweist sich als ein sehr nützliches Werkzeug zur Feststellung des Vitalzustandes der betrachteten Vegetati-on, da sie eine Grundlage zur Quantifizierung der stoffwechselaktiven Flächen einer Pflanze oder ganzer Waldabschnitte bildet. Die berechneten Flächen können so in Relation zur Gesamtfläche (eines Baumes oder eines Waldes) gestellt werden und ermöglichen so eine Aussage bezüglich des Vitalitätszustandes der betrachteten Ve-getation zu treffen.
Abstract
(Englisch)
The objective of this thesis is to record the state of vitality of black pines with the help of infrared photography and chemical analyses to indicate a possible impact of humans on the health of those trees.
The area under investigation is Bad Fischau-Brunn, a small village in Lower Austria, which shows a huge scenic variety. Beside forests, there are numerous agricultural areas and vineyards.
Since there are fair amounts of black pine populations, which can be found in all four cardinal directions, black pines are used as indicator trees.
Infrared photography is a technique used to visualise what would remain invisible to the human eye.
Plants have the property to transmit, absorb or to reflect light dependent on its wavelength. If humans view at plants they appear green to them since plants absorb visible red and blue light, while they reflect green light.
Beyond the visible long wave spectrum (i.e. wave lengths of 700 nm and more which is within the range of infrared) plants reflect light. This is an essential process since the plant would suffer from internal burns otherwise. The photons of light stimulate the pigment molecules in the chloroplasts and shift their electrons to a higher level. When the electrons drop back to their original level, heat energy is set free.
If plants absorbed long wave light like infrared radiation, this would lead to a chain reaction where too much heat energy is released which would further lead to internal burns. However, the reflection of this radiation prevents an overheating.
Each plant has its own reflective behaviour depending on its state of health. While vital leaves with a sufficient density of pigments and water supply effectively reflect light rays from the infrared spectrum (what appears white on an infrared picture), older or damaged leaves appear red till brown on an infrared picture although they seem green to the human eye. That’s the reason why infrared photography is an efficient method to demonstrate a plants state of health beyond the visible.
Further, samples of black pine needles are taken to assay the plant material concerning its content of pollutants, since there are some chemical substances which have a negative effect on the chlorophyll pigment, which again has an impact on the capacity of reflection.
Chemical analyses concerning the concentration of nitrite, nitrate, sulphur dioxide and chloride in black pine needles show that, except chloride, all the other pollutants could be proven on each habitat.
Additionally, it could be proven that high concentrations of the pollutants are reached during the warmer months, since the metabolic activity is very high at that time. And it became obvious that, compared to the other habitats, the habitats in the South-East, in the South and in the South-West show the highest range of pollution.
This leads to the assumption that this circumstance is related to the existence of cultivated agricultural areas.
The infrared photography has proven to be an essential tool to assess the state of vitality of the investigated vegetation. It represents a basis to quantify the metabolic areas of a plant or of an entire wood by setting the vital areas in relation to the total area (of a tree or wood). This enables a statement concerning the state of vitality of the vegetation observed.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
state of vitality of plants infrared photography
Schlagwörter
(Deutsch)
Vitalzustand von Pflanzen Infrarotphotographie
Autor*innen
Sabrina Stocker
Haupttitel (Deutsch)
Der Nachweis von Umweltschadstoffen in Pflanzen mit Hilfe der Infrarotphotographie
Hauptuntertitel (Deutsch)
am Beispiel von Standorten in Bad Fischau-Brunn
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
201 S.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Peter Peduzzi
AC Nummer
AC09382768
Utheses ID
18253
Studienkennzahl
UA | 190 | 445 | 344 |