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Lexikon der Biologie: Wasserhaushalt

Wasserhaushalt, 1) in der Biologie umfassende Bezeichnung für die physiologischen Prozesse der Wasseraufnahme, des Wassertransports, der Wasserspeicherung (Sukkulenz) und der Wasserabgabe von lebenden Systemen (Zellen; Tiere, Pilze, Pflanzen; Pflanzenbestände). a) Bei den Pflanzen unterscheidet man 2 Grundtypen hinsichtlich des Wasserhaushalts: homoiohydre Pflanzen und poikilohydre Pflanzen (Trockenresistenz). Die Wasseraufnahme erfolgt bei Thallophyten ausschließlich durch Quellung, bei Höheren Pflanzen hauptsächlich durch Osmose. Der Wasserzustand vakuolisierter Zellen läßt sich durch die Wasserpotentialgleichung (Wasserpotential, Hydratur) beschreiben. Der Wasserhaushalt grüner Pflanzen ist eng verknüpft mit der Primärproduktion. Die Regulation des Gaswechsels (Spaltöffnungen) soll einerseits einen genügend hohen Einstrom von CO2 (Kohlendioxid) ermöglichen, andererseits den Wasserverlust durch Transpiration in Grenzen halten. Hierin unterscheiden sich hydrostabile Pflanzen von hydrolabilen Pflanzen. Erstere schränken bei zu hohem Sättigungsdefizit der Luft (Feuchtigkeit) ihren Gaswechsel stark ein, was an Schönwettertagen zur „Mittagsdelle der Transpiration“ führt. Dieses Verhalten ist vor allem bei Bäumen und Heliophyten zu beobachten. Der osmotische Druck der Bäume schwankt tageszeitlich um nur ca. 3 bar (Druck). Aus dem Wasserausnutzungskoeffizienten, berechnet als Quotient aus Trockensubstanz-Produktion und Wasserverbrauch, läßt sich ersehen, wie „effizient“ eine Pflanze oder ein Bestand arbeitet. Einen hohen Wasserverbrauch weisen z.B. tropische Laubbäume (Laubhölzer) und Hülsenfrüchtler auf, einen sehr niedrigen die CAM-Pflanzen. Starke Belastungen des Wasserhaushalts treten auf bei hohen Salzkonzentrationen (Salinität, Salzstreß) im Boden (Halophyten, Salzböden), bei Dürre (Pflanzenstreß) und bei Bodengefrornis im Frühjahr (Frosttrocknis). Pflanzen in Trockengebieten zeigen neben der Einschränkung des Gaswechsels zahlreiche morphologische und physiologische Anpassungen (Austrocknungsfähigkeit diurnaler Säurerhythmus). – In den Wasserhaushalt eines Pflanzenbestands gehen als Faktoren ein: Niederschlag, Sättigungsdefizit der Luft (von dem die Höhe der Evapotranspiration abhängt), Bodenwasser, Bodenart und -struktur (Bodengefüge, Gefügeformen), Struktur des Bestands (ein- oder mehrschichtig; Interzeption), um Wasser konkurrierende Pflanzen. Die quantitative Erfassung des Wasserhaushalts erfolgt in der Wasserbilanzgleichung (Wasserbilanz). b) Der Wasserhaushalt der Tiere ist gekoppelt mit dem Ionenhaushalt (Osmoregulation), der Temperaturregulation und der Temperaturanpassung. Vergleichbar den Pflanzen kann zwischen poikilosmotischen und homoiosmotischen Organismen unterschieden werden – je nachdem, ob das osmotische Potential der Körperflüssigkeiten dem der Umgebung passiv angepaßt oder auf einem konstanten Niveau reguliert wird. Wasser ist – wie bei Pflanzen und Pilzen– Hauptbestandteil tierischer Organismen und als Lösungs- (Lösung) und Transportmittel an allen Stoffwechselprozessen (Stoffwechsel) beteiligt. Die Wassergehalte schwanken zwischen 45 und 98% des Körpergewichts (zum Vergleich: erwachsener Mensch ca. 60%). Bei den meisten Tieren führen Wasserverluste (etwa durch Verdunstung von der Körperoberfläche und den Atmungsorganen oder durch Fäkalien und Harn) von wenigen Prozent zu körperlichen Schäden und müssen daher z.B. durch Wasseraufnahme schnell ausgeglichen werden (Wasserbilanz). Bei der überwiegenden Zahl der Wirbeltiere sind Verluste von 10–15% des Körpergewichts tödlich (eine Ausnahme ist z.B. das Dromedar, es toleriert noch Verluste von bis zu 30%), während hingegen Bärtierchen bis zu 85% ihrer Masse verlieren und so jahrelang überleben können (Anabiose). An der Regulation des Wasserhaushalts homoiosmotischer Tiere sind verschiedene Rezeptoren und Hormone beteiligt. Beim Menschen ( vgl. Infobox ), dessen extra- und intrazelluläre Flüssigkeit (Flüssigkeitsräume) eine Osmolalität (Osmose) von etwa 290 mosmol/kg H2O (Osmol) aufweisen, melden Osmorezeptoren eine Erhöhung des osmotischen Potentials an den Hypophysen-Hinterlappen (Hypophyse), so daß vermehrt Adiuretin ausgeschüttet wird, was eine verminderte Wasser-Retention in der Niere zur Folge hat. Außerdem erhält das Zwischenhirn über Dehnungsrezeptoren in der linken Herzvorkammer (Herz) Informationen über Zunahme oder Abnahme des Blutvolumens, so daß bei zu geringem Blutvolumen vermehrt Hormone ausgeschüttet werden (Renin-Angiotensin-Aldosteron-System; Durst). Bei den verschiedenen Tiergruppen wirken noch einige weitere Hormone auf den Wasserhaushalt, z.B. Aldosteron und verschiedene Insektenhormone. Elektrolythaushalt (Abb.), Exkretion. 2) In der Bodenkunde beschreibt der Begriff Wasserhaushalt die hydrologischen Bodeneigenschaften, wie Menge, jahreszeitliche Schwankungen, räumliche Verteilung und damit Verfügbarkeit von Bodenwasser, sowie Umsätze des Bodenwassers durch Verdunstung und Versickerung einerseits und Niederschlagseinträge (Niederschlag) andererseits. Klima. 3) In der Wasserwirtschaft Bezeichnung für die regionale oder globale quantitative Erfassung der Komponenten des Wasserkreislaufs und deren Wechselbeziehungen. Wasserhaushalt .

Ch.H./L.W.

Lit.: Kramer, P.J., Boyer, J.S.: Water relations of plants and soils. New York 1995. Lange, O.L., Kappen, L., Schulze, E.-D. (eds.): Water and plant life. Berlin 1976.

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