Was ist VPD?

Abb. 1. Wärmere Luft trocknet Pflanzen und Böden aus. (Quelle: abgeändert nach USGCRP, 2018)

VPD (auf Englisch "Vapor Pressure Deficit") oder Dampfdruckdefizit ist ein Mass für die Differenz zwischen der Feuchtigkeitsmenge in der Luft und der Menge, die sie bei vollständiger Sättigung (100 % Luftfeuchtigkeit) aufnehmen könnte.

Kühlere Luft kann weniger Feuchtigkeit aufnehmen, daher müssen die Pflanzen nicht viel Wasser abgeben. Wärmere Luft hingegen kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen, was bedeutet, dass sie mehr Feuchtigkeit von den Pflanzen fordert (Abbildung 1).

Abb. 2. Das Dampfdruckdefizit (VPD, ausgedrückt in kPa) ist die Differenz zwischen der Feuchtigkeitsmenge in der Luft bei Sättigung (d.h. 100% Feuchtigkeit bei einer bestimmten Temperatur, schwarze fette Linie, "es") und der tatsächlichen Feuchtigkeitsmenge in der Luft (rote gestrichelte Linie) bei einer bestimmten Temperatur. (Quelle: nach Grossiord et al. 2020)

Abbildung 2 zeigt zum Beispiel, wie extreme Hitzewellen das VPD beeinflussen. Wenn die relative Luftfeuchtigkeit bei 20 % bleibt (dargestellt durch die rote gepunktete Linie), die Temperatur um 40%, d.h. 10 °C steigt, erhöht sich das VPD um 80% bzw. 2.0 kPa (dargestellt durch die roten Pfeile).

Da die Temperatur aufgrund der globalen Erwärmung steigt, kann die Luft theoretisch mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Die tatsächliche Feuchtigkeitsmenge in der Luft hat jedoch nicht so schnell zugenommen, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass die Verdunstung der Ozeane in den letzten zwei Jahrzehnten aus Gründen, die wir noch nicht ganz verstehen, zurückgegangen ist. Dies hat zu einem Anstieg des VPDs geführt.

Wie wirkt sich ein hohes VPD auf die Pflanzen aus?

Abb. 3. Die Spaltöffnungen von Pflanzen schliessen sich, wenn die Umgebungsbedingungen zu trocken sind. Dieses Bild einer Spaltöffnung auf einem Tomatenblatt wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen. Foto: Nach Photohound / Wikipedia

Ein hohes VPD veranlasst die Pflanzen, ihre Spaltöffnungen (Stomata; kleine Öffnungen auf den Blättern) zu schliessen, um den Wasserverlust zu verringern und Schäden an ihren Wassertransportsystemen zu vermeiden. Dadurch wird jedoch auch die Menge an Kohlendioxid (CO2) verringert, die die Pflanzen für die Photosynthese aufnehmen, was ihr Wachstum beeinträchtigt. Ausserdem verlieren Pflanzen bei einem hohen VPD schneller Wasser durch Transpiration (Wasserbewegung durch die Pflanze und Verdunstung von Blättern oder Nadeln), bis zu einem Punkt, nach dem Transpiration entweder hoch bleibt oder abnimmt, was den Wasserstress der Pflanzen weiter erhöhen kann.

Forschende vermuten daher, dass ein hohes VPD das Baumsterben aufgrund von Trockenheit auf allen bewaldeten Kontinenten erheblich beeinflusst hat und weiterhin beeinflussen wird. So wurde beispielsweise das jüngste Absterben von Nadelbäumen im Südwesten der USA stärker mit dem VPD korreliert als mit Temperatur- oder Niederschlagsanomalien. Zusätzlich zu den direkten Auswirkungen auf die Pflanzenphysiologie beschleunigt ein hohes VPD die Verdunstung aus Böden, wodurch ein Teufelskreis aus Bodentrocknung, Erwärmung der Landoberfläche und Trockenstress für die Pflanzen entsteht. All diese Mechanismen zusammen machen das VPD zu einer wichtigen Triebfeder für die globalen Wasserressourcen und den Trockenstress der Vegetation.

Dieses Video erklärt, wie Prof. Charlotte Grossiord und ihr Team daran arbeiten, die Auswirkungen des Dampfdruckdefizits von denen anderer Faktoren wie Hitze und Trockenheit zu entwirren (WSL, 2020).