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Kapitel 4. Versuche zur Ermittlung geeigneter Parameter für die Bewässerungssteuerung von Gewächshauskulturen

Wie aus den Untersuchungen zum Verhalten des Wassers im Boden, in der Pflanze und der Atmosphäre hervorgeht, ergeben sich verschiedene Parameter für eine mögliche Steuerung der Bewässerung von Pflanzen. Eine Zusammenfassung ergibt folgende Einflüsse:

• physikalisch begründeter Einfluss in Form der Dampfdruckdifferenz
• Widerstände durch die Stomataöffnung der Pflanze und den Grenzschichtwiderstand
• Pflanzengröße (Blattfläche).

Abb. 0.1: Transpirationsmodell und Einflussfaktoren auf die Transpiration von Pflanzen.

Die Dampdruckdifferenz sowie die Transpirationskonstante (), die im wesentlichen die stomatären und Grenzschichtwiderstände berücksichtigt, wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst ( Abb. 0.1 und Kap. 0 ). Inwieweit die einfach zu messenden Parameter Einstrahlung, Luftfeuchte, Blatttemperatur und Lufttemperatur und die daraus errechnete Einstrahlungssumme, Sättigungsdefizitsumme bzw. Dampfdruckdifferenzsumme zur Steuerung der Bewässerung ausreichend sind, ist die zentrale Frage in den durchgeführten Untersuchungen.

Damit eine Wasserversickerung ausgeschlossen werden kann, muss die Wassermenge pro Gießvorgang dem durch die Tropfstellen befeuchtetem Bodenvolumen (BV _Ba), das von der Bodenart abhängig ist ( Abb. 0.7 ) und der Wasserspeicherfähigkeit des Bodens (WSP_{(, Ba)}), die vom Matrixpotential und der Bodenart abhängt, angepasst werden.

F ( 0.1)

52

4.1 Versuchsziel

In den experimentellen Untersuchungen sollen Kontrollstrategien zur Steuerung der Bewässerung aufgezeigt werden. Neben dem Zusammenhang des Wasserumsatzes mit der Bodenfeuchte werden die klimatischen Größen (Einstrahlungssumme, Sättigungsdefizitsumme, Dampfdruckdifferenzsumme) und die Blattflächenentwicklung untersucht. Im einzelnen soll auf folgende Fragen eingegangen werden:

1. Welcher, für eine Bewässerungssteuerung geeigneter Parameter spiegelt den Wasserverbrauch der einzelnen Gießtakte exakt wieder?
2. Sind durch die Pflanze definierte Parameter (z.B. Blattfläche bzw. LAI) in die Bewässerungssteuerung zu integrieren?
3. Können im Labor ermittelte, bodenphysikalische Parameter zur Verhinderung einer Wasserversickerung herangezogen werden?
4. Wie sind die in Frage kommenden Parameter in einer Bewässerungssteuerung zu kombinieren?

4.2 Material und Methoden

4.2.1 Versuchsort

Die Versuche wurden in den Gewächshäusern (Venlobauweise) mit Einfachverglasung am Institut für Gemüsebau der FH Weihenstephan durchgeführt. Um Störgrößen wie z.B. die natürliche Sonneneinstrahlung auszuschalten wurden einige Untersuchungen in einem abgeschlossenen Raum ohne Sonneneinstrahlung unter Kunstlicht (Philips SON-T Lampen) vorgenommen.

4.2.2 Versuchszeitraum

Die Versuche wurden von 1995-1998 durchgeführt. Da die, in den Versuchen verwendeten Gemüsearten nur zur Ermittlung der verschiedenen Parameter dienten werden in der weiteren Versuchsbeschreibung nur die Namen mit der entsprechenden Satznummer aufgeführt ( Tab. 0.1 ). Details und Kulturdaten sind im Anhang beigefügt.

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Tab. 0.1: Versuchszeitraum der durchgeführten Versuche

Botanischer Name und Satz	Zeitraum	Versuchsfrage	Weitere Kulturdaten
Apium graveolens I	16.05.95-18.08.95	Ermittlung der maximal möglichen Gießwassermenge	Tab-A. 1
Brassica oleracea var. Gongylodes I	26.01.95-30.03.95	Wasserumsatz in Abhängigkeit verschiedener Parameter	Tab-A. 2
Capsicum annuum I	21.03.96-22.10.96	Matrixpotentialerhöhung und Ertrag	Tab-A. 3
Cucumis sativus I	06.05.96-15.08.96	Wasserumsatz in Abhängigkeit verschiedener Parameter	Tab-A. 4
Cucumis sativus II	04.04.97-15.08.97	Matrixpotentialerhöhung und Ertrag	Tab-A. 5
Lactuca sativa I	09.02.95-30.03.95	Wasserumsatz in Abhängigkeit verschiedener Parameter	Tab-A. 6
Lactuca sativa II	11.12.95-15.03.96	Wasserumsatz in Abhängigkeit verschiedener Parameter	Tab-A. 7
Lactuca sativa III	08.01.98-6.03.98	Blattflächenentwicklung	Tab-A. 8
Lycopersicon esculentum I	17.04.97 10.09.97	Blattflächenentwicklung und Wasserverbrauch	Tab-A. 9
Lycopersicon esculentum II	12.04.95-21.09.95	Matrixpotentialerhöhung und Ertrag	Tab-A. 10
Ocimum basilicum I	27.07.98-02.09.98	Bodenfeuchte und Einstrahlungssumme	Tab-A. 11
Ocimum basilicum II	01.09.98-01.10.98	Bodenfeuchte und Einstrahlungssumme	Tab-A. 11
Ocimum basilicum III	14.10.98-15.12.98	Bodenfeuchte und Einstrahlungssumme	Tab-A. 11
Zantedeschia aethiopica I	01.02.95-30.02.95	Matrixpotentialanstieg und Transpiration	Tab-A. 12

4.2.3 Technischer Aufbau der Versuche

Der Aufbau, die verschiedenen Versuchsanordnungen sowie die eingesetzten Messgeräte und Sensoren werden nachfolgend beschrieben.

4.2.3.1 Ermittlung von Gieß- und Sickerwassermenge

Zur Ermittlung der Gieß- und Sickerwassermenge bei verschiedenen Wassergaben wurden 10 l Container mit sandigem Lehm befüllt. Die Bewässerung der Container wurde mit dem KLIWADU-System (FRENZ et al. 1988) tensiometergesteuert (Messtiefe 15 cm) bei 90 hPa und den je nach Variante vorgegebenen Wassermenge automatisiert. In jedem Container befand sich eine Tropfstelle. Sickerwasser wurde in den Sickerwassersammlern aufgefangen und täglich registriert ( Abb. 0.2 ; Abb-A. 1).

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Abb. 0.2: Versuchsaufbau zur Ermittlung der maximal möglichen Wassermenge pro Gießvorgang.

4.2.3.2 Bestimmung von pF-Kurven

Zur Bestimmung von pF-Kurven wurden aus einem Gewächshaus (Standort Weihenstephan; sandiger Lehmboden) mit Stechzylindern (_ innen 8,8 cm Höhe 6,0 cm) aus unterschiedlichen Tiefen Bodenproben entnommen. Die anschließend mit Wasser gesättigten Proben wurden nacheinander auf eine elektronische Waage gestellt, mit elektronischen Tensiometern versehen, mit einer Nadelstichfolie (Verdunstungsschutz) abgedeckt und langsam bei Zimmertemperatur getrocknet. Die Masse sowie das Matrixpotential wurden kontinuierlich aufgezeichnet ( Abb. 0.3 ).

Abb. 0.3: Versuchsaufbau zur Bestimmung von pF-Kurven.

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4.2.3.3 Wasserverteilung in und um Tropfstellen

Zur Ermittlung des Bodenwassergehaltes im Tropfstellenbereich wurden nach einem dreidimensionalen Raster ( Abb. 0.4 ) Bodenproben entnommen und der gravimetrische Wassergehalt durch eine Trocknung bei 105°C bis zur Gesichtskonstanz bestimmt. Die X-Achse verläuft parallel zum Tropfschlauch. Die Y-Achse in die Tiefe („Messtiefe“) und die Z-Achse im 90° Winkel von der Tropfstelle weg („Senkrecht zum Tropfschlauch“). Die Probenahme erfolgte mit Stechzylindern (_ innen 8,8 cm, Höhe 6,0 cm) in Abständen von 10 cm.

Abb. 0.4: Messorte zur Ermittlung des Bodenwassergehaltes in und um Tropfstellen.

4.2.3.4 Wasserumsatz in Abhängigkeit verschiedener Parameter

Um den Wasserumsatz von Pflanzen in Abhängigkeit des Matrixpotentials und verschiedener klimatischer Größen zu ermitteln wurde eine Holzwanne (1m²) an einer elektronischen Waage aufgehängt ( Abb. 0.5 , Abb. 0.6 , Abb-A. 2). Die Wanne wurde mit schwarzer PE-Folie ausgeschlagen, so dass ein geschlossenes System entstand in das ein Ton-Torf-Gemisch (ED 73, Firma Patzer) in einer Schichtstärke von 5 cm (50 l/m²) eingefüllt wurde. Um Evaporation zu verhindern wurde das Substrat mit weißer Mulchfolie bedeckt (Abb-A. 3). Die Wasserversorgung erfolgte über Einzeltropfer (System Volmatic, 9 Tropfstellen pro m²). Die Bewässerung wurde über das KLIWADU-System gesteuert, als Führungsgröße wurde die Bodenfeuchte, erfasst über elektronische Tensiometer, verwendet.

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Abb. 0.5: Versuchsaufbau zur Ermittlung des Wasserverbrauchs verschiedener Gemüsearten in Abhängigkeit der Bodenfeuchte und verschiedenen klimatischen Größen.

Bei Brassica oleracea var. gongylodes I und Lactuca sativa I und II wurde über die elektronische Waage die Masse der Holzplatte einschließlich Aufhängekonstruktion und Substrat, das verabreichte bzw. verbrauchte Wasser sowie die Pflanzenmasse kontinuierlich erfasst. Cucumis sativus I wurden in 10 l Containern kultiviert (Abb-A. 4). Durch eine getrennte Aufhängung von Töpfen und Pflanzen konnte bei Cucumis sativus I eine Erfassung der Pflanzenmasse ausgeschaltet werden. Der abgesenkte Pflanzenstiel wirkte als Gelenk, so dass keine Übertragung der Pflanzenmasse auf die Gefäße möglich war ( Abb. 0.6 ).

Abb. 0.6: Aufleitmethode zur Bestimmung des Wasserverbrauchs bei Cucumis sativus I.

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4.2.4 Begriffsbestimmungen und statistische Methoden

Die in den Darstellungen der Versuchsergebnisse verwendeten Begriffe sind wie folgt definiert:

Gießzeitpunkt (t)

Der Zeitpunkt eines Gießvorganges wird als t und der des vorhergehenden als t-1 bezeichnet.

Gießtakt

Der Zeitraum zwischen zwei Bewässerungsvorgängen wird als Gießtakt bezeichnet ( Abb. 0.7 ).

Wasserumsatz (mw, vw)

Als Wasserumsatz wird die verbrauchte Wassermenge pro Flächeneinheit bzw. pro Pflanze eines Gießtaktes definiert. Dieser wird als Summenkurve über den Zeitraum t-1 bis t dargestellt. Die einzelnen Bewässerungsvorgänge sind jeweils an dem steilen Anstieg des Masseverlaufs zu erkennen ( Abb. 0.7 ). Der Wasserumsatz der Gießtakte wurde aus der Masse (m) und der zwischen 2 Bewässerungsvorgängen maximalen Masse (m_Max) berechnet ( Abb. 0.7 , Abb. 0.8 , Abb. 0.9 ). Zur besseren Veranschaulichung und Möglichkeit des Vergleiches wurde statt der Masse (mw) das Volumen (vw) angegeben.

	F ( 0.2)
	F ( 0.3)

58

Abb. 0.7: Aufgezeichnete Masse und geschätzter Zuwachs bei Brassica o. var. gongylodes I.

Abb. 0.8: Beispiel zur Berechnung des Wasserumsatzes (vw) eines Gießtaktes.

Fehlerhafte Messreihen sowie die während der Wasserausbringung von ca. 30 min erfassten Messdaten wurden nicht in die statistische Verrechnung einbezogen ( Abb. 0.9 ) und aus den ursprünglichen Messdaten gelöscht. Durch das Löschen der Messreihen sind die teilweise unterschiedlichen Wassermengen pro Gießtakt zu erklären ( Abb. 0.9 ).

59

Abb. 0.9: Masseverlauf und errechneter Wasserumsatz der Gießtakte bei Brassica oleracea var. gongylodes I.

Matrixpotentialanstieg (IM)

Das Matrixpotential ist als Integral zu behandeln. Es nimmt mit dem Wasserumsatz zu und fällt während eines Bewässerungsvorganges ab. Der Matrixpotentialanstieg eines Gießtaktes wurde, wie der Wasserumsatz aus dem Masseverlauf, aus dem Matrixpotentialverlauf berechnet ( Abb. 0.10 ).

F ( 0.4)

Abb. 0.10: Matrixpotentialverlauf und errechneter Matrixpotentialanstieg (IM) der Gießtakte bei Bras sica oleracea var. gongylodes I.

60

Einstrahlungssumme (IR), Sättigungsdefizitsumme (IS), Dampfdruckdifferenzsumme(ID)

Die Einstrahlungssummen (IR) der Gießtakte wurden aus den aktuellen Messwerten der Einstrahlung (Rs) berechnet ( Abb. 0.11 ):

F ( 0.5)

Abb. 0.11: Einstrahlung und errechnete Einstrahlungssummen der Gießtakte bei Brassica oleracea var. gongylodes I.

Die Sättigungsdefizitsummen (IS) und die Dampfdruckdifferenzsummen (ID) der Gießtakte wurden aus dem Sättigungsdefizit (p_L) und der Dampfdruckdifferenz (p_BL) nach dem gleichen Verfahren wie die Einstrahlungssumme ermittelt.

Regressionsfunktionen

Die Beurteilung der verschiedenen Faktoren als Führungsgrößen für die Bewässerungssteuerung erfolgt anhand der Regressionsanalysen der einzelnen Gießtakte sowie aller Gießtakte zusammengefasst. Dabei wurde als Zielgröße der Wasserumsatz (vw) in Abhängigkeit des Matrixpotentialanstiegs (IM), der Einstrahlungssumme(IR), der Sättigungsdefizitsumme(IS), der Dampfdruckdifferenzsumme (ID) und von Kombinationen mehrerer Faktoren dargestellt. Wenngleich, wie z.B. beim Matrixpotentialanstieg, eine polynomische Regressionsfunktion ein höheres Bestimmtheitsmaß aufweist, wird zum Vergleich mit den klimatischen Parametern der lineare Ansatz (y=a_x) verwendet. Die gesamte Auswertung erfolgte mit der Software Excel 4.0 von Microsoft.

61

4.3 Ergebnisse

4.3.1 Bodenspezifische Parameter

4.3.1.1 Wasserspeicherfähigkeit des Bodens

Sickerwasserbildung in Abhängigkeit der Bewässerungsmenge

Die Auswirkungen unterschiedlicher Bewässerungsmengen pro Tropfstelle und Bewässerungsvorgang wurde mit Apium graveolens I in 10 l Containern untersucht (Versuchsaufbau: Abb. 0.2 ; Abb-A. 1). Die Gießmenge pro Bewässerungsvorgang wurde bei Variante 1 ab dem 03.05.95 mit 500 und ab 11.07.95 mit 400 ml pro Tropfstelle und Gabe ( Abb. 0.12 links) und bei Variante 2 ab dem 05.03.95 mit 600 und ab 11.07.95 mit 500 ml pro Tropfstelle und Gabe ( Abb. 0.12 rechts) festgelegt.

Unter den beschriebenen Bedingungen wurde bei einem Einschaltpunkt von 90 hPa und 500 bzw. 400 ml Wasser pro Tropfstelle und Bewässerungsvorgang ( Abb. 0.12 links) kein Sickerwasser festgestellt. Bei einem Einschaltpunkt von 90 hPa und 600 ml Wasser pro Tropfstelle und Bewässerungsvorgang trat regelmäßig Sickerwasser auf. Durch eine Reduzierung der Wassermenge auf 500 ml/Gabe konnte die Wasserversickerung zurückgedrängt bzw. ganz verhindert werden ( Abb. 0.12 rechts).

pF-Kurven

Um die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens in Abhängigkeit des Matrixpotentials näher zu untersuchen wurden in einer Gewächshauskultur Bodenproben aus Bodentiefen zwischen (10-20 cm; 30-40 cm und 40-50 cm) entnommen und pF-Kurven bestimmt (Versuchsaufbau: Abb. 0.3 ).

62

Abb. 0.13: pF-Kurven verschiedener Bodenschichten eines weihenstephaner Gewächshausbodens (sandiger Lehm).

Die pF-Kurven der verschiedenen Bodenschichten zeigen einen unterschiedlichen Verlauf ( Abb. 0.13 ). Zur Berechnung der theoretisch, maximal möglichen, Gießwassermenge in Abhängigkeit des Matrixpotentials wird die Durchschnittskurve ( Abb. 0.14 ) aus den Messreihen der Schichten 0-10, 10-20 und 20-30 cm verwendet.

Abb. 0.14: Theoretische Gießwassermenge pro l Bodenvolumen bei unterschiedlichem Matrixpotential der Bodenschicht 0-30 cm (sandiger Lehm).

Bei einem Einschaltpunkt von 60 hPa kann bei dem untersuchten Boden pro l Bodenvolumen theoretisch eine Wassermenge von 45 ml gegeben werden, bei 100 hPa 75 ml und bei 150 hPa 87 ml ( Abb. 0.14 ).

Wasserverteilung in und um eine Tropfstelle

Zur Beschreibung der Feuchteverhältnise in und um eine Tropfstelle wurden vor und unmittelbar nach einem Bewässerungsvorgang mit einer Gießmenge von 300 ml pro Tropfstelle Bodenproben aus verschiedenen Bodentiefen (Y-Achse) und Abständen parallel (X-Achse) und senkrecht zum Tropf

63

Abb. 0.15: Bodenfeuchteverhältnisse in und um die Tropfstellen vor und nach einem Bewässerungs vorgang mit 300 ml/Tropfstelle und Gabe bei sandigem Lehm.

64

4.3.1.2 Einfluss des Matrixpotentials auf Transpiration und Ertrag

Transpiration und Matrixpotentialanstieg

Inwieweit eine Erhöhung des Matrixpotentials direkten Einfluss auf die Transpiration der Pflanze hat, wurde, da zu diesem Zeitpunkt keine ausreichend großen Gemüsepflanzen vorhanden waren, an einer Zierpflanze (Zantedeschia aethiopica I) untersucht (Versuchsaufbau Kap. 0 ). Unter konstanten Licht- und Luftfeuchteverhältnissen wurde ein Bewässerungsvorgang jeweils bei einem Matrixpotential (Messtiefe 15 cm) von 450 hPa ausgelöst. Das Matrixpotential und die über das Evaporimeter erfasste Transpiration wurden aufgezeichnet ( Abb. 0.16 ). Wie die Ergebnisse zeigen ist bei Zantedeschia aethiopica I in einem Matrixpotentialbereich zwischen 100 und 450 hPa keine Transpirationsminderung festzustellen. Das Bestimmtheitsmaß zwischen dem Matrixpotential und der Transpirationsmenge beträgt 0,0167 ( Abb. 0.17 ).

Abb. 0.16: Transpiration und Matrixpotential bei Zantedeschia aethiopica I.

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Abb. 0.17: Transpirationsmenge in Abhängigkeit des Matrixpotentials bei Zantedeschia aethiopica I.

Matrixpotentialanstieg und Ertrag

Die Auswirkungen verschiedener Einschaltpunkte bei einer tensioschaltergesteuerten Bewässerung auf den Ertrag wurde an Cucumis sativus II bei 60 und 150 hPa und bei Lycopersicon esculentum var. esculentum II und Capsicum annuum I bei 90 und 150 hPa untersucht. Aufgrund der pF-Kurve ( Abb. 0.14 ) wurde die Wassermenge pro Bewässerungsvorgang bei den 150 hPa Varianten verdoppelt ( Tab. 0.2 ). Die ausgebrachten Nährstoffmengen wurden gleich gehalten.

Tab. 0.2: Einfluss des Matrixpotentials auf den Ertrag verschiedener Fruchtgemüsearten.

	Einheit	Cucumis sativus II		Lycopersicon esculentum var. esculentum II		Capsicum annuum I
Einschaltpunkt (Matrixpotential)	hPa	60	150	90	150	90	150
Gießwassermenge pro Tropfstelle und Bewässerungsvorgang	ml/TSt	300	600	300	600	300	600
Gesamtwasserverbrauch	l/Pfl	253	284	182	189	113	125
Ertrag	kg/Pfl	17,0	15,5	9,69	9,92	3,9	3,7
Irrtumswahrscheinlichkeit (F-Test)	%	24		74		67

Der Gesamtwasserverbrauch war sowohl bei den niedrigeren als auch bei den höheren Einschaltpunkten ähnlich. Eine Erhöhung des Einschaltpunktes von 60 hPa auf 150 hPa bei Cucumis sativus II bzw. 90 hPa auf 150 hPa bei Lycopersicon esculentum var. esculentum II und Capsicum annuum I hatte keinen statistisch nachweisbaren Einfluss auf den Ertrag ( Tab. 0.2 ).

66

4.3.1.3 Wasserumsatz in Abhängigkeit des Matrixpotentialanstiegs

Die Zusammenhänge des Wasserumsatzes in Abhängigkeit des Matrixpotentialanstiegs wurde an Lactuca sativa I und II, Brassica oleracea var. gongylodes I und Cucumis sativus I untersucht (Versuchsaufbau Kap. 0 ). Die Bewässerungssteuerung erfolgte über elektronische Tensiometer bei einem Einschaltpunkt von 40 bis 90 hPa (Cucumis sativus I bei 60 hPa). Eventuell auftretendes Überschusswasser wurde registriert. Zur Veranschaulichung der Zusammenhänge des Wasserumsatzes in Abhängigkeit des Matrixpotentialanstiegs werden die Regressionsanalysen am Beispiel von Lactuca sativa I ausführlich dargestellt. Bei den restlichen Kulturen werden nur die Regressionsfunktionen aller Gießtakte dargestellt bzw. die Ergebnisse der Regressionsanalysen aufgezeigt. Der Wasserumsatz und der Matrixpotentialanstieg der Gießtakte wurde, wie in Kapitel 0 beschrieben, berechnet. Bei dem Matrixpotentialanstieg wurde neben der linearen Regressionsfunktion eine polynomische Regressionsfunktion, die ein etwas höheres Bestimmtheitsmaß aufwies und der pF-Kurve des Substrates näher kommt berechnet. Für den Vergleich mit den klimatischen Parametern wird die lineare Regressionsfunktion verwendet.

Bei Lactuca sativa I wurden 12 Gießtakte zwischen dem 8. bis 40. Tag nach der Pflanzung ausgewertet ( Abb. 0.18 ).

Abb. 0.18: Wasserumsatz und Matrixpotentialanstieg der Gießtakte von Lactuca sativa I.

Regressionsanalysen einzelner Gießtakte

Die Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte zeigen sowohl bei der linearen als auch bei der polynomischen Regressionsfunktion ein hohes Bestimmtheitsmaß ( Tab. 0.3 , Abb. 0.19 ). Der Variationskoeffizient der Steigung (a) der Regressionsfunktion des linearen Ansatzes liegt bei 15 %.

67

Tab. 0.3: Lineare und polynomische Regressionsfunktionen des Wasserumsatzes in Abhängigkeit des Matrixpotentialanstiegs bei Lactuca sativa I.

Gießtakt	Beobach- tungen	Polynomischer Ansatz y=ax²+bx			Linearer Ansatz y=ax
	n	a	b	R2	a	R2
Regressionsfunktion der einzelnen Gießtakte
1	169	-0,1172	34,95	0,96	29,60	0,95
2	134	-0,4142	53,64	0,99	33,50	0,89
3	120	-0,3979	60,14	0,97	39,01	0,89
4	Fehlerhafte Messdaten
5	73	-0,4417	59,90	0,98	40,49	0,77
6	114	-0,3323	50,29	0,96	35,66	0,90
7	142	-0,1105	36,14	0,98	30,41	0,97
8	153	-0,4404	52,77	0,97	30,17	0,57
9	112	-0,2410	40,08	0,96	35,04	0,89
10	77	-0,2068	51,41	0,96	44,60	0,95
11	89	-0,4782	50,37	0,98	26,83	0,74
12	114	-0,3304	52,26	0,97	39,91	0,93
Mittelwert		-0,3207	49,25	0,97	35,02	0,86
Standardabweichung		0,1267	7,44	0,00996	5,26
Variationskoeffizient (%)		39,1	15,10	1,02	15,3
Regressionsfunktion aller Gießtakte
1-12	1356	-0,366	49,91	0,93	33,04	0,84

Abb. 0.19: Wasserumsatz einzelner Gießtakte in Abhängigkeit des Matrixpotentialanstiegs mit linea rer und polynomischer Regressionsfunktion bei Lactuca sativa I.

68

Wasserumsatz eines Gießtaktes

Wie sich an einem ausgewählten Gießtakt von Brassica oleracea var. gongylodes I deutlich zeigt, wird sowohl tagsüber als auch nachts der Wasserumsatz durch den Matrixpotentialanstieg wiedergegeben ( Abb. 0.20 ).

Abb. 0.20: Zeitlicher Verlauf des Wasserumsatzes, Matrixpotentialanstiegs und der Einstrahlung bei Brassica oleracea var. gongylodes I (9. Gießtakt).

Regressionsfunktion aller Gießtakte

Das Bestimmtheitsmaß der linearen Regressionsfunktion aller Gießtakte war bei Lactuca sativa I 0,84, bei Lactuca sativa II 0,93, bei Brassica oleracea var. gongylodes I 0,90 und Cucumis sativus I 0,90 ( Abb. 0.21 ).

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Lactuca sativa I
Lactuca sativa II
Brassica oleracea var. gongylodes I
Cucumis sativus I

Abb. 0.21: Wasserumsatz aller Gießtakte in Abhängigkeit des Matrixpotentialanstiegs mit linearer und polynomischer Regressionsfunktion.

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Übersicht des Wasserumsatzes in Abhängigkeit des Matrixpotentialanstiegs verschiedener Gemüsearten

Das Bestimmtheitsmaß der linearen Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte lag bei den einzelnen Gemüsearten zwischen 0,86 und 0,96. Das Bestimmtheitsmaß der Regressionsfunktion aller Gießtakte war 0,84 bis 0,93. Die Variationskoeffizienten der Steigung (a) der Regressionsgeraden (y=ax) lagen zwischen 2 % und 14 % ( Tab. 0.4 ). Die unterschiedlichen Steigungen der Regressionsfunktion aller Gießtakte von Lactuca sativa I und II sind damit begründet, dass unterschiedliche Einschaltpunkte (80 hPa und 40 hPa) gewählt wurden. In dem gesamten Versuchszeitraum ist bei keiner Kultur Überschusswasser festgestellt worden.

Tab. 0.4: Statistische Parameter zur Beurteilung des Matrixpotentials als Führungsgröße für die Bewässerungssteuerung bei Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes und Cucumis sativus.

	Lactuca sativa I	Lactuca sativa II	Brassica oleracea var. gongylodes I	Cucumis sativus I
Regressionsfunktion	y=ax d.h. vw=aIM IM
Wasserumsatz (y) in	ml/m²	ml/m²	ml/m²	ml/Pflanze
Ausgewertete Gießtakte	11	18	29	9
Parameter der Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte
R2 (Mittelwert)	0,86	0,96	0,93	0,95
Variationskoeffizient von a	13,32	10,24	13,71	1,56
Parameter der Regressionsfunktionen aller Gießtakte
Regressionsfunktion	y=33,04x	y=70,86x	y=34,38x	y=10,65x
N	1356	2343	2702	1217
R2	0,84	0,93	0,90	0,90

71

4.3.2 Pflanzliche Parameter

4.3.2.1 Blattfläche

Da eine direkte, zerstörungsfreie Bestimmung der Blattfläche in einem Pflanzenbestand nicht möglich ist, muss diese, sofern sie in Transpirationsmodellen berücksichtigt werden soll, modelliert werden. Dazu wurde der Zusammenhang zwischen einfachen, während der Kultur zu messende Größen wie z.B. Pflanzenhöhe, Laublänge, Frischmasse und Kulturtag untersucht. Welcher Parameter für die Modellierung der Blattfläche geeignet ist, wurde an Lactuca sativa I und III Brassica oleracea var. gongylodes I und Lycopersicon esculentum var. esculentum I geprüft.

Zur Ermittlung der Regressionsfunktionen wurden aus dem Bestand in regelmäßigen Abständen 3 bis 5 Pflanzen entnommen und deren Gesamtblattfläche, Anzahl Blätter, Laublänge sowie die Frischmasse bestimmt. Zur Bestimmung der Blattfläche wurden die einzelnen Pflanzen zerlegt und die Blätter auf ein Blattflächenmessgerät gelegt ( Tab-A 14 ).

Blattflächenentwicklung

Brassica oleracea var. gongylodes hat z.B. im Vergleich zu Lactuca sativa eine sehr lockere Blattstellung. Hier kann die gesamte Blattfläche weitestgehend als aktive Transpirationsfläche angesehen werden. Seine Blattfläche nahm vom Zeitpunkt der Pflanzung (147 cm²/Pflanze) bis zur Ernte (1630 cm²/Pflanze) um den Faktor 11 zu, die Laublänge, gemessen von der Oberkante Knolle bis zur längsten Blattspitze, von 20 auf 42 cm ( Tab. 0.5 ).

Tab. 0.5: Blattflächenentwicklung bei Brassica oleracea var. gongylodes I.

Datum	Tage nach Pflanzung	Laublänge 1) in cm	Laubmasse in g	Gesamtblatt- fläche in cm2	Anzahl Blätter 2) in Stück	Knollenmasse in g
10.02.95	15	20	5,3	147	6	3)
20.02.95	25	22	20,9	450	9	3)
24.02.95	29	23	31,9	571	8	3)
03.03.95	36	29	40,9	846	8	17,1
10.03.95	43	32	52,9	989	9	37,2
17.03.95	50	38	79,2	1439	10	68,8
24.03.95	57	40	82,0	1534	11	114,0
30.03.95	63	42	95,3	1630	12	183,7

¹) vom Knollenansatz bis zur Spitze des längsten Blattes ²) insgesamt vorhandene Blattansätze ³) nicht vorhanden

Sowohl die Blattmasse als auch der Kulturtag und die Laublänge zeigen bei Brassica oleracea var. gongylodes I ein hohes Bestimmtheitsmaß zur Blattflächenentwicklung ( Abb. 0.22 ).

72

Abb. 0.22: Blattfläche in Abhängigkeit der Blattmasse (links), des Kulturtages (mitte) und der Laub- länge (rechts) bei Brassica oleracea var. gongylodes I.

Lactuca sativa hat zu Kulturbeginn einen sehr lockeren Aufbau. Bei einsetzender Kopfbildung werden die inneren Blätter von den äußern umschlossen. Vom Pflanzzeitpunkt bis zur Ernte nahm die Blattfläche von 245 cm²/Pflanze auf 4550 cm²/Pflanze um den Faktor 18,6 und die Frischmasse von 5,1 g/Pflanze auf 361 g/Pflanze um den Faktor 71 zu ( Tab. 0.6 ).

Tab. 0.6: Blattflächenentwicklung bei Lactuca sativa I.

Datum	Tage nach Pflanzung	Frischmasse in g	Blatt- fläche in cm²	Durchmesser in cm	Höhe in cm	Blätter in Stück
10.02.95	1	5,1	245	2)	2)	9
20.02.95	11	14,2	494	2)	2)	12
24.02.95	15	20,6	647	2)	2)	14
03.03.95 1)	22	48,6	1177	2)	2)	18
10.03.95	29	85,2	1645	26	10	24
17.03.95	36	135,0	2400	30	11	24
24.03.95	43	239,0	3723	32	11	33
30.03.95	49	361,0	4550	33	13	40

¹) einsetzende Kopfbildung ²) zu diesem Zeitpunkt nicht erfasst

Das Bestimmtheitsmaß der Blattfläche in Abhängigkeit des Kulturtages sowie dem Frischgewicht war bei Lactuca sativa I über 0,98 ( Abb. 0.23 ).

73

Abb. 0.23: Blattfläche in Abhängigkeit des Kulturtages (links) und der Frischmasse (rechts) bei Lactuca sativa I.

Als Vertreter für Fruchtgemüse wurde die Blattfläche von Lycopersicon esculentum var. esc. I untersucht. Aufgrund der Aussagekraft der Abbildung ( Abb. 0.24 ) wurde auf eine tabellarische Darstellung verzichtet. Das Bestimmtheitsmaß der Blattfläche in Abhängigkeit der Kulturzeit sowie der Pflanzenhöhe lag über 0,96 ( Abb. 0.24 ).

Abb. 0.24: Blattflächenentwicklung bei Lycopersicon esculentum var. esculentum I in Abhängigkeit der Kulturzeit (Tage nach Pflanzung) und der Pflanzenhöhe.

Bei Lycopersicon esculentum var. esculentum und auch bei anderen Fruchtgemüsearten (Cucumis sativus, Capsicum annuum) ist zu berücksichtigen, dass die Blattfläche während der Kulturzeit durch Pflegemaßnahmen vermindert wird.

Blattflächenentwicklung in Abhängigkeit der Sorte

Da das Erscheinungsbild von Sorten oft unterschiedlich ist, wurde bei Lactuca sativa III die Sortenabhängigkeit der Blattflächenentwicklung untersucht. Dazu wurden zum Erntezeitpunkt von 4 Sorten die Köpfe zerlegt und die Gesamtblattfläche bestimmt ( Abb. 0.25 ).

74

Abb. 0.25: Blattfläche zum Erntezeitpunkt verschiedener Sorten Lactuca sativa III.

Die Differenzen der Blattfläche sind genetisch durch die Sorte bedingt und statistisch absicherbar.

Blattflächenindex

Je nach Gemüseart sind die Pflanzdichten, die Blattflächen und der Blattflächenindex unterschiedlich. Der zur Beschreibung der Blattfläche in verschiedenen Transpirationsmodellen verwendete Blattflächenindex (LAI; Leaf Area Index) lässt keine Aussage über die Abstände der Blätter zueinander und damit einer gegenseitigen Transpirationsbeeinflussung der Blätter zu. Zur Darstellung dieses Problems wurden die theoretischen Lagerungsdichten der Blattschichten bei drei verschiedenen Gemüsearten berechnet ( Tab. 0.7 ). Der Vergleich des LAI von Lactuca sativa I (7,28) und Lycopersicon esculentum var. esc. I (10,8) verdeutlicht, dass bei einem ähnlichen LAI eine unterschiedliche Gesamtblattfläche und Lagerungsdichte vorliegt. Die theoretischen Schichtabstände sind bei Lactuca sativa I 1,8 cm und bei Lycopersicon esculentum var. esc. I 29,6 cm. Bei Brassica oleracea var. gongylodes I ergab sich ein LAI von 2,6 bei einer Gesamtblattfläche von 1630 cm². Der theoretische Schichtabstand beträgt 8,5 cm.

75

Tab. 0.7: Blattfläche, Wuchshöhe, Blattflächenindex bei verschiedenen Gemüsearten.

		Lactuca sativa I	Brassica oleracea var. gongylodes I	Lycopersicon esculentum var. esculentum I
Reihenabstand		25 cm	25 cm	115 bzw. 75 cm
Abstand i.d.Reihe		25 cm	25 cm	45 cm
Pflanzdichte	Netto	16 Pfl/Nm²	16 Pfl/Nm²	--
	Brutto	13,9 Pfl/Bm²	13,9 Pfl/Bm²	2,3 Pfl/Bm²
Belegte Grundfl.	d	25 cm	25 cm	45 cm
	A	625 cm²	625 cm²	2025 cm²
Wuchshöhe	hges	13 cm	42 cm	320 cm
	hbl	13 cm	22 cm	320 cm
Blattfläche		4550 cm²	1630 cm²	21892 cm²
Blattflächenindex	LAI	7,28	2,6	10,8
theoretischer Schichtabstand	h	1,8 cm	8,5 cm	29,6 cm

Wasserumsatz in Abhängigkeit des Blattflächenindex

Bei Lycopersicon esculentum var. esculentum I wurde festgestellt, dass der Wasserumsatz nicht linear mit dem Blattflächenindex zunimmt ( Abb. 0.26 ).

Abb. 0.26: Wasserumsatz pro Pflanze und Woche in Abhängigkeit des Blattflächenindex bei Lyco persicon esculentum var. esculentum I.

76

Abb. 0.27: Wasserverbrauch pro cm² Blattfläche und Woche in Abhängigkeit der Kulturdauer bei Lycopersicon esculentum var. esculentum I.

4.3.2.2 Blatttemperatur

Messverfahren

Die Blattemperaturmessung wurde zur Berechnung der Dampfdruckdifferenz (Kap. 4.4.1) verwendet. Zunächst wurde mit Kontaktthermometern ( Tab-A 14 ) gearbeitet. Aufgrund der Wachstumsbewegungen der Blätter, durch Wind und Erntearbeiten kam es häufig zu Störungen der Messsignale. Auch wurden die Blätter teilweise von den Sensoren durchstoßen ( Abb.-A 6 ), so dass keine sichere und langfristig zuverlässige Messung möglich war.

Ein später eingesetzter, berührungslos messender Infrarot-Sensor ( Abb.-A 5 ) war aufgrund seiner Größe schwierig zu fixieren, lieferte jedoch ohne Zerstörung der Blattfläche stabile und reproduzierbare Messwerte.

Messort

Bei der Suche nach einem geeigneten Messort zeigte sich, dass erhebliche Temperaturunterschiede auf ein und demselben Blatt vorhanden sind. Durch eine gegenseitige Abschirmung der Blattflächen und der Stellung zur einstrahlenden Sonne wurden bei Lactuca sativa I Abweichungen von und bei Brassica oleracea var. gongylodes I gemessen ( Abb. 0.28 ).

77

Abb. 0.28: Temperaturverteilung auf einem Blatt von Lactuca sativa I (links) und Brassica oleracea var. gongylodes I (rechts) an einem sonnigen Tag (03.02.1995, 10.00 Uhr).

Die Auswirkungen der Blatttemperatur auf die Dampfdruckdifferenz wird in Abb. 0.29 dargestellt.

Bei einer Lufttemperatur von 18 °C, einer Luftfeuchte von 80 % und einer Blatttemperatur von 18 °C ist eine Dampfdruckdifferenz von 0 hPa vorhanden. Weicht die Blatttemperatur um 1°C von der Lufttemperatur ab ändert sich die Dampfdruckdifferenz um 30% ( Abb. 0.29 ).

Abb. 0.29: Auswirkungen verschiedener Blatttemperaturen (Oberflächentemperatur) auf die Dampf druckdifferenz aufgrund der Ergebnisse wie in Abb. 0.28 dargestellt bei Brassica oleracea var. gongylodes I.

Wie in Kap 4.3.4 und Kap 4.4.2 beschrieben, ist aufgrund der Verdunstungskälte mit einer Abkühlung der Blattfläche zu rechnen. Während tagsüber 65 % der Blatttemperaturmesswerte unter denen der Lufttemperaturen lagen wurde nachts höhere Werte festgestellt ( Abb. 0.30 ).

78

Abb. 0.30: Häufigkeitspolygon der Differenz von Blatt- und Lufttemperatur (T_bl -T_L) bei Tag und Nacht (Lactuca sativa II, 58.-61. Tag nach der Pflanzung).

4.3.3 Wasserumsatz in Abhängigkeit der klimatischen Parameter

4.3.3.1 Einstrahlungssumme

Zur Darstellung des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme wurden die gleichen Messwerte wie in den Versuchen zum Matrixpotentialanstieg (Kap .2.1.1 ) verwendet. Die Einstrahlungssummen wurden aus den außerhalb des Gewächshauses über ein Luxmeter erfassten Messwerte für die einzelnen Gießtakte berechnet (Kap. 0 ).

Für die ausführliche Darstellung der Einzelergebnisse wurde Brassica oleracea var. gongylodes I ausgewählt. Es wurden 29 Gießtakte berücksichtigt. Der Verlauf der Einstrahlungssummen und die zum nächsten Gießtakt erreichten Maxima sind sehr unterschiedlich ( Abb. 0.31 ).

79

Abb. 0.31: Wasserumsatz und Einstrahlungssummen der Gießtakte bei Brassica oleracea var. gongylodes I.

Regressionsfunktionen einzelner Gießtakte

Die Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte haben bei Brassica oleracea var. gongylodes I ein Bestimmtheitsmaß zwischen 0,44 und 0,97. Das Bestimmtheitsmaß aller Gießtakte zusammengefasst ist 0,55. Der Variationskoeffizient der Steigung (a) der Regressionsfunktionen liegt bei 57% ( Tab. 0.8 ).

Tab. 0.8: Regressionsfunktionen des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme bei Brassica oleracea var. gongylodes I.

Gießtakt	n	a	R2	Gießtakt	n	a	R2
Regressionsfunktion (y=ax) der einzelnen Gießtakte
1	fehlerhafte Messsignale			16	92	5,16	0,88
2	145	2,83	0,90	17	131	10,29	0,89
3	178	2,88	0,93	18	67	4,01	0,90
4	171	7,93	0,93	19	100	11,27	0,94
5	156	5,06	0,92	20	99	10,63	0,87
6	101	2,53	0,98	21	82	5,11	0,82
7	96	4,39	0,96	22	71	4,44	0,95
8	122	5,34	0,44	23	79	6,89	0,83
9	128	3,51	0,97	24	fehlerhafte Messsignale
10	93	3,36	0,95	25	71	9,11	0,87
11	73	4,10	0,83	26	103	15,27	0,92
12	77	3,32	0,66	27	73	3,77	0,80
13	51	2,52	0,94	28	50	5,37	0,96
14	75	3,50	0,81	29	41	2,97	0,99
15	74	3,89	0,85
Mittelwert						5,28	0,88
Standardabweichung						3,15
Variationskoeffizient						56,93
Regressionsfunktion (y=ax) aller Gießtakte
Gießtakt 1-29					2702	3,50	0,55

80

Abb. 0.32: Wasserumsatz einzelner Gießtakte in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme bei Brassica oleracea var. gongylodes I.

Wasserumsatz eines Gießtaktes

Untersuchungen des 9. Gießtaktes bei Brassica oleracea var. gongylodes I zeigen, dass der Wasserverbrauch während der Nachtstunden (vw= 210 ml/m²) nicht durch die Einstrahlungssumme erfasst wird (IR=0) ( Abb. 0.33 ).

Abb. 0.33: Zeitlicher Verlauf des Wasserumsatzes, Einstrahlungssumme und Einstrahlung bei Brassica oleracea var. gongylodes I (9.Gießtakt).

Regressionsfunktionen aller Gießtakte

Das Bestimmtheitsmaß der linearen Regressionsfunktion aller Gießtakte war bei Lactuca sativa I 0,39, bei Lactuca sativa II 0,34, bei Brassica oleracea var. gongylodes I 0,55 und Cucumis sativus I - 0,15 auf ( Abb. 0.34 ).

81

Lactuca sativa I.
Lactuca sativa II.
Brassica oleracea var. gongylodes I.
Cucumis sativus I.

Abb. 0.34: Wasserumsatz aller Gießtakte in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme bei verschiedenen Gemüsearten.

82

Einstrahlungssumme in Abhängigkeit der Kulturdauer

In der Darstellung ( Abb. 0.34 ) des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme aller Gießtakte sind einzelne Gießtakte deutlich zu erkennen. Aufgrund der Pflanzenentwicklung ist zu vermuten, dass sich die Steigung der Geraden der einzelnen Gießtakte bzw. die erreichte Einstrahlungssumme zum Bewässerungszeitpunkt mit der Kulturdauer verändert. Das Bestimmtheitsmaß der Regressionsanalysen der Einstrahlungssumme in Abhängigkeit des Kulturtages war bei Lactuca sativa I 0,42, bei Lactuca sativa II 0,26 und Brassica oleracea var. gongylodes I 0,25 ( Abb. 0.35 ).

Abb. 0.35: Einstrahlungssummen zum Bewässerungszeitpunkt (IR_Max) in Abhängigkeit der Kulturtage (Tage n. Pflanzung) bei Lactuca sativa I, II und Brassica oleracea var. gongylodes I.

Die Steuerung nach der Einstrahlungssumme ist eine in der gärtnerischen Praxis häufig eingesetzte Kontrollstrategie. Um die Zusammenhänge einer einstrahlungsabhängigen Bewässerungssteuerung darzustellen wurden Versuche mit Ocimum basilicum I bis III in 9 cm Töpfen und Ebbe-Flut-Bewässerung durchgeführt. Die Sollwerte der Einstrahlungssummen wurden je nach Jahreszeit, aufgrund von Ergebnissen der Vorjahre, zwischen 200 klxh und 1200 klxh gestaffelt. Zum Vergleich diente eine tensiometergesteuerte Variante mit einem Einschaltpunkt von 120 hPa. Zu Kulturende wurde die Frischmasse erfasst ( Tab-A 16 ). Da das Ertragsniveau der verschiedenen Sätze sehr unterschiedlich war wurde für die Darstellung der Ergebnisse der Ertrag in Prozent auf die tensiometergesteuerten Variante bezogen. Auffallend ist, dass bei allen Sätzen die tensiometergesteuerte Variante die höchsten Erträge brachten ( Abb. 0.36 ).

83

Abb. 0.36: Einfluss der Sollwerteinstellungen von einstrahlungs- und tensiometergesteuerten Varianten bei 3 Sätzen Ocimum basilicum mit Ebbe-Flut Bewässerung.

Die zum Gießzeitpunkt der tensiometergesteuerten Varianten aufsummierten Einstrahlungssummen des 1., 2., und 3. Satzes verringern sich im Verlauf der Kulturzeit ( Abb. 0.37 ).

Abb. 0.37: Einstrahlungssummen zum Bewässerungszeitpunkt der tensiometergesteuerten (120 hPa Einschaltpunkt) Variante von Ocimum basilicum mit Ebbe-Flut Bewässerung.

Vergleiche der Einstrahlungssummen ( Abb. 0.38 ) des 3. Satzes zeigen, dass zu Kulturbeginn die Summen der einstrahlungsabhängigen Varianten unter denen der tensiometergesteuerten Varianten lagen. Dies führte zu häufigeren Bewässerungsvorgängen. Ab etwa dem 23 Tag nach dem Aufstellen war das Verhältnis umgekehrt. Damit die Pflanzen der einstrahlungsabhängigen Varianten nicht vertrockneten musste vor dem automatischen Einschalten ein Stauvorgang von Hand ausgelöst werden.

84

Abb. 0.38: Einstrahlungssummen zum Bewässerungszeitpunkt bei Ocimum basilicum III mit Ebbe- Flut Bewässerung.

Übersicht des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme der verschiedenen Gemüsearten

Das Bestimmtheitsmaß der Regressionsfunktionen des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme der einzelnen Gießtakte lag zwischen 0,64 bei Cucumis sativus I und 0,96 bei Lactuca sativa I und war höher als die der Zusammenfassung aller Gießtakte, -0,15 bei Cucumis sativus I und 0,55 bei Brassica oleracea var. gongylodes I. Die Steigung (a) der einzelnen Regressionsgeraden hatte einen Variationskoeffizienten von 31 % bis 98 % ( Tab. 0.9 ).

Tab. 0.9: Statistische Parameter zur Beurteilung der Einstrahlungssumme als Führungsgröße für die Bewässerungssteuerung bei Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes und Cucumis sativus.

	Lactuca sativa I	Lactuca sativa II	Brassica oleracea var. gongylodes I	Cucumis sativus I
Regressionsfunktion	y=ax d.h. vw=aIR IR
Wasserumsatz (y) in	ml/m²	ml/m²	ml/m²	ml/Pflanze
Ausgewertete Gießtakte	11	18	29	9
Parameter der Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte
R2 (Mittelwert)	0,96	0,89	0,88	0,64
Variationskoeffizient von a(IR)	60,7 %	30,8 %	56,9 %	97,6 %
Parameter der Regressionsfunktion aller Gießtakte
Regressionsfunktion	y= 2,27x	y=3,12x	y=3,50x	y=1,67x
N	1356	2343	2702	1217
R2	0,39	0,34	0,55	-0,15

4.3.3.2 Sättigungsdefizitsumme

Der Zusammenhang zwischen dem Wasserumsatz und der errechneten Sättigungsdefizitsumme wird bei Lactuca sativa I und II, Brassica oleracea var. gongylodes I und Cucumis sativus I dargestellt.

85

Abb. 0.39: Wasserumsatz und Sättigungsdefizitsumme der Gießtakte bei Lactuca sativa II.

Regressionsfunktionen einzelner Gießtakte

Das Bestimmtheitsmaß der einzelnen Gießtakte ist bei Lactuca sativa II größer 0,9. Das aller Gießtakte zusammengefasst 0,46. Der Variationskoeffizient der Steigung (a) der einzelnen Regressionsfunktionen ist 30 % ( Tab. 0.10 ).

Tab. 0.10: Regressionsfunktionen des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Sättigungs- defizitsumme bei Lactuca sativa II.

Gießtakt	n	a	R2	Gießtakt	n	a	R2
Regressionsfunktion der einzelnen Gießtakte
1	fehlerhafte Messreihen			10	134	13,05	0,99
2	360	19,22	0,96	11	107	11,97	0,99
3	275	5,26	0,99	12	47	12,24	0,90
4	143	7,54	0,98	13	65	10,00	0,98
5	131	10,08	0,90	14	41	11,23	0,90
6	86	13,08	0,93	15	65	9,04	0,97
7	126	6,24	0,91	16	76	9,01	0,91
8	106	14,00	0,99	17	69	8,31	0,97
9	117	13,64	0,97	18	101	9,49	0,97
Mittelwert						10,79	0,95
Standardabweichung						3,26
Variationskoeffizient						30,22
Regressionsfunktion aller Gießtakte
2-18					2342	7,65	0,46

86

Abb. 0.40: Wasserumsatz ausgewählter Gießtakte in Abhängigkeit der Sättigungsdefizitsumme bei Lactuca sativa II.

Wasserumsatz eines Gießtaktes

Die Sättigungsdefizitsumme spiegelt zwar den Wasserverbrauch der Nachtstunden wieder berücksichtigt allerdings die durch die Schließung der Stomata verringerte Transpiration nicht. Bei gleichem Sättigungsdefizit wird der Wasserverbrauch tagsüber und nachts gleich bewertet ( Abb. 0.41 ). Dadurch kommt es bei der Sättigungsdefizitsumme zu einer Über- bzw. Unterschätzung des Wasserumsatzes.

Abb. 0.41: Zeitlicher Verlauf des Wasserumsatzes, Sättigungsdefizit, Sättigungsdefizitsumme und Einstrahlung bei Lactuca sativa II (6. Gießtakt).

Regressionsfunktion aller Gießtakte

Das Bestimmtheitsmaß aller Gießtakte beträgt bei Lactuca sativa I 0,84, bei Lactuca sativa II 0,46, bei Brassica oleracea var. gongylodes I 0,46 und bei Cucumis sativus I 0,61 ( Abb. 0.42 ).

87

Lactuca sativa I
Lactuca sativa II
Brassica oleracea var. gongylodes I
Cucumis sativus I

Abb. 0.42: Wasserumsatz aller Gießtakte in Abhängigkeit der Sättigungsdefizitsumme bei verschiedenen Kulturen.

Sättigungsdefizitsumme in Abhängigkeit der Kulturdauer

In der Darstellung des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Sättigungsdefizitsumme aller Gießtakte ( Abb. 0.42 ) sind ebenfalls einzelne Gießtakte deutlich zu erkennen und ein Zusammenhang mit der

88

Abb. 0.43: Sättigungsdefizitsummen zum Bewässerungszeitpunkt (IS_Max) bei Lactuca sativa I und II und Brassica oleracea var. gongylodes I.

Übersicht des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Sättigungsdefizitsumme der verschiedenen Gemüsearten

Das Bestimmtheitsmaß der linearen Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte lag bei den einzelnen Gemüsearten zwischen 0,88 (Brassica oleracea var. gongylodes I) und 0,98 (Lactuca sativa I). Das Bestimmtheitsmaß der Regressionsfunktion aller Gießtakte zwischen 0,46 (Brassica oleracea var. gongylodes) und 0,84 (Lactuca sativa I). Die Variationskoeffizienten der Steigung (a) der Regressionsgeraden (y=ax) lagen zwischen 18 % und 42 % ( Tab. 0.11 ).

Tab. 0.11: Statistische Parameter zur Beurteilung der Sättigungsdefizitsumme als Führungsgröße für die Bewässerungssteuerung bei Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes und Cucumis sativus.

	Lactuca sativa I	Lactuca sativa II	Brassica oleracea var. gongylodes I	Cucumis sativus I
Regressionsfunktion	y=ax d.h. vw=aIS IS
Wasserumsatz (y) in	ml/m²	ml/m²	ml/m²	ml/Pflanze
Ausgewertete Gießtakte	11	18	29	9
Parameter der Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte
R2 (Mittelwert)	0,98	0,95	0,88	0,95
Variationskoeffizient von a(IS)	18,32	30,22	30,68	41,60
Parameter der Regressionsfunktion aller Gießtakte
Regressionsfunktion	y=21,2x	y=7,6x	y= 16,6x	y=4,7x
n	1356	2343	2702	1217
R2	0,84	0,46	0,46	0,61

89

4.3.3.3 Dampfdruckdifferenzsumme

Die Abhängigkeit des Wasserumsatzes von der Dampfdruckdifferenzsumme wurde bei Lactuca sativa II und Cucumis sativus I, da nur hier entsprechende Blatttemperaturmessungen durchgeführt werden konnten, berechnet. Die Regressionsfunktionen wurden aus den Messwerten, die auch in den Versuchen zum Matrixpotentialanstieg verwendet wurden, berechnet. Die Dampfdruckdifferenz (p_BL) wurde aus der Blatttemperatur, der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte berechnet (Kap. 0 ). Die ausführliche Darstellung erfolgt bei Lactuca sativa II und einer Auswertung von 18 Gießtakten ( Abb. 0.44 ).

Abb. 0.44: Wasserumsatz und Dampfdruckdifferenzsumme der Gießtakte bei Lactuca sativa II.

Wasserumsatz einzelner Gießtakte

Die Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte hatten bei Lactuca sativa II ein Bestimmtheitsmaß zwischen 0,83 und 0,99. Das Bestimmtheitsmaß der Regressionsfunktion aller Gießtakte war 0,52. Wie bei der Sättigungsdefizitsumme ( Abb. 0.40 ) ist auch bei der Dampfdruckdifferenzsumme ein leichtes Schwingen um die Regressionsgerade festzustellen ( Abb. 0.45 ).

90

Tab. 0.12: Regressionsfunktionen des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Dampfdruckdifferenz- summe bei Lactuca sativa II.

Gießtakt	N	a	R2	Gießtakt	n	a	R2
Regressionsfunktion der einzelnen Gießtakte
1	Fehlerhafte Messreihen			10	134	8,79	0,99
2	360	6,44	0,99	11	107	9,10	0,99
3	275	4,52	0,99	12	47	12,50	0,86
4	143	6,42	0,98	13	65	9,92	0,96
5	131	9,28	0,96	14	41	11,22	0,84
6	86	11,91	0,96	15	65	8,95	0,95
7	126	6,68	0,94	16	76	8,29	0,83
8	106	11,91	0,98	17	69	7,65	0,96
9	117	10,04	0,93	18	101	8,48	0,95
Mittelwert						8,95	0,94
Standardabweichung						2,13
Variationskoeffizient						23,8
Regressionsfunktion aller Gießtakte
Gießtakte 2-18					2342	6,10	0,52

Abb. 0.45: Wasserumsatz ausgewählter Gießtakte in Abhängigkeit der Dampfdruckdifferenzsumme bei Lactuca sativa II.

91

Regressionsfunktion aller Gießtakte

Das Bestimmtheitsmaß aller Gießtakte des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Dampfdruckdifferenzsumme ist bei Lactuca sativa II 0,52 und bei Cucumis sativus I 0,60 ( Abb. 0.46 ).

Lactuca sativa II
Cucumis sativus I

Abb. 0.46: Wasserumsatz aller Gießtakte in Abhängigkeit der Dampfdruckdifferenzsumme bei verschieden Kulturen.

92

Dampfdruckdifferenzsumme in Abhängigkeit der Kulturdauer

Das Bestimmtheitsmaß der Dampfdruckdifferenzsumme in Abhängigkeit der Kulturdauer beträgt bei Lactuca sativa II 0,21 und bei Cucumis sativus I 0,02 ( Abb. 0.47 ).

Abb. 0.47: Dampfdruckdifferenzsummen (ID_Max) zum Bewässerungszeitpunkt bei Lactuca sativa II und Cucumis sativus I.

Übersicht des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Dampfdruckdifferenzsumme der verschiedenen Gemüsearten

Das Bestimmtheitsmaß der Regressionsfunktion des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Dampfdruckdifferenzsumme aller Gießtakte beträgt bei Lactuca sativa II 0,52 und bei Cucumis sativus I 0,60. Der Variationskoeffizient der Steigung (a) der Regressionsfunktionen der Gießtakte ist bei Lactuca sativa II 24% und bei Cucumis sativus I 3% ( Tab. 0.13 ).

Tab. 0.13: Statistische Parameter zur Beurteilung der Dampfdruckdifferenzsumme als Führungsgröße für die Bewässerungssteuerung bei Lactuca sativa und Cucumis sativus.

	Lactuca sativa II	Cucumis sativus I
Regressionsfunktion	y=ax d.h. vw=aID ID
Wasserumsatz der Gießtakte (mw)	ml/m²	ml/Pflanze
Ausgewertete Gießtakte	18	9
Parameter der Regressionsfunktionen der einzelnen Gießtakte
R2 (Mittelwert)	0,94	0,96
Variationskoeffizient von a(ID)	23,8	2,5
Parameter Regressionsfunktion aller Gießtakte
Regressionsfunktion	y=6,1x	y=4,2x
N	2342	1217
R2	0,52	0,60

93

4.3.4 Wasserumsatz in Abhängigkeit der Kombination mehrerer Einzelgrößen

Bei der Auswertung der Regressionsfunktionen der einzelnen Einflussfaktoren (Einstrahlung, Sättigungsdefizit und Dampfdruckdifferenz) ist festzustellen, dass das Bestimmtheitsmaß der einzelnen Gießtakte wesentlich höher ist als die aller Gießtakte zusammengefasst. Im einzelnen muss festgestellt werden, dass die Einstrahlungssumme den Wasserumsatz der Nachtstunden nicht berücksichtigt. Die Sättigungsdefizitsumme und die Dampfdruckdifferenzsumme werten die tagsüber und nachts vorherrschenden Sättigungsdefizite bzw. Dampfdruckdifferenzen gleich, was zu einer Über- bzw. Unterschätzung des Wasserverbrauches führt.

Da die Höhe der Transpiration sowohl von dem physikalisch begründeten Therm, dem Sättigungsdefizit bzw. der Dampfdruckdifferenz als auch von dem stomatären Leitwert, der von der Einstrahlung beeinflusst wird, abhängig ist, liegt eine Kombination mehrerer Größen nahe.

4.3.4.1 Einstrahlungs- und Sättigungsdefizitsumme

Für die bereits bei den Einzelgrößen beschriebenen Gemüsearten wurde eine Regressionsfunktion des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Kombination der Einstrahlungssumme und der Sättigungsdefizitsumme durchgeführt ( Tab. 0.14 ). Der Regressionsanalyse wurde dabei folgende Funktion zugrundegelegt:

F ( 0.6)

Tab. 0.14: Regressionsfunktionen des Wasserumsatzes in Abhängigkeit von Einstrahlungs- und Sättigungsdefizitsumme bei Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes und Cucumis sativus.

		Lactuca sativa I	Lactuca sativa II			Brassica oleracea var. gongylodes I		Cucumis sativus I
Wasserumsatz der Gießtakte (vw) in		ml/m²	ml/m²	ml/m²	ml/Pflanze
Ausgewertete Gießtakte		11	18	29	9
Koeffizienten	Einstrahlungssumme (aIR)	0,13	2,38	2,06	0,53
	Sättigungsdefizitsumme (aIS)	20,22	3,83	7,28	3,58
Anzahl Beobachtungen (n)		1297	2049	2599	760
Multipler Korrelationskoeffizient		0,92	0,91	0,86	0,84
Bestimmtheitsmaß		0,84	0,82	0,75	0,71

94

4.3.4.2 Einstrahlungs- und Dampfdruckdifferenzsumme

Den Regressionsfunktionen ( Tab. 0.14 ) des Wasserumsatzes (vw) in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme (IR) und der Dampfdruckdifferenzsumme (ID) liegt folgende Funktion zugrunde:

F ( 0.7)

Tab. 0.15: Regressionsfunktionen des Wasserumsatz in Abhängigkeit der Einstrahlungs- und Dampfdruckdifferenzsumme bei Lactuca sativa und Cucumis sativus.

		Lactuca sativa II	Cucumis sativus I
Wasserumsatz der Gießtakte (vw) in		ml/m²	ml/Pflanze
Ausgewertete Gießtakte		18	9
Koeffizienten	Einstrahlungssumme (aIR)	2,04	0,64
	Dampfdruckdifferenzsumme (aID)	3,76	3,23
Beobachtungen (n)		2049	790
Multipler Korrelationskoeffizient		0,93	0,88
Bestimmtheitsmaß		0,86	0,77

Auch bei der Kombination der Dampfdruckdifferenz- und der Einstrahlungssumme ist das Bestimmtheitsmaß höher als bei den Regressionsanalysen der einzelnen Parameter.

4.3.4.3 Einstrahlungs-, Sättigungsdefizitsumme und Pflanzenwachstum

Einstrahlungssumme, Sättigungsdefizitsumme und Kulturtag

Die Regressionsfunktion des Wasserumsatzes (vw) in Abhängigkeit der Kombination der Einstrahlungssumme (IR), der Sättigungsdefizitsumme (IS) und der Tage nach Pflanzung (Kulturtag) (KT) wurde nach folgender Funktion berechnet:

F ( 0.8)

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Tab. 0.16: Regressionsfunktion des Wasserumsatz in Abhängigkeit der Einstrahlungs-, der Sättigungsdefizitsumme und dem Kulturtag bei Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes und Cucumis sativus.

		Lactuca sativa I	Lactuca sativa II	Brassica oleracea var. Gongylodes I	Cucumis sativus I
Wasserumsatz der Gießtakte (vw) in		ml/m²	ml/m²	ml/m²	ml/Pflanze
Ausgewertete Gießtakte		11	18	29	9
Koeffizienten	Einstrahlungssumme (aIR)	0,25	2,10	1,86	0,41
	Sättigungsdefizitsumme (aIS)	16,44	3,30	5,56	2,97
	Kulturtag (aKT)	4,6	3,12	7,37	0,26
Anzahl Beobachtungen n		1297	2049	2599	760
Multipler Korrelationskoeffizient		0,94	0,92	0,92	0,88
Bestimmtheitsmaß		0,87	0,89	0,84	0,77

Einstrahlungssumme, Sättigungsdefizitsumme und Blattfläche

Um den Wasserumsatz auf die Transpirationsfläche (Blattfläche) zu beziehen wurden die in Kapitel 0 ermittelten Regressionsfunktionen der Blattfläche in Abhängigkeit des Kulturtages und der Gesamtkulturdauer verwendet. Der Regressionsfunktion des Wasserumsatzes (vw) in Abhängigkeit der Kombination der Einstrahlungssumme (IR), der Sättigungsdefizitsumme (IS) und der Blattfläche (A_bl) beziehen sich auf folgende Funktion:

F ( 0.9)

Das Bestimmtheitsmaß der Regressionsfunktion ist bei Lactuca sativa I 0,89, bei Lactuca sativa II 0,84 und bei Brassica oleracea var. gongylodes 0,84 ( Tab. 0.17 ).

Tab. 0.17: Regressionsfunktion des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der Einstrahlungssumme der Sättigungsdefizitsumme und der Blattfläche bei Lactuca sativa und Brassica oleracea var. gongylodes.

		Lactuca sativa I	Lactuca sativa II	Brassica oleracea var. gongylodes I
Wasserumsatz der Gießtakte (vw) in		ml/m²	ml/m²	ml/m²
Ausgewertete Gießtakte		11	18	29
Koeffizienten	Einstrahlungssumme (aIR)	0,32	2,18	1,86
	Sättigungsdefizitsumme (aIS)	15,92	3,50	5,49
	Blattfläche (abl)	0,07	0,03	0,21
Anzahl Beobachtungen n		1297	2049	2599
Multipler Korrelationskoeffizient		0,94	0,92	0,91
Bestimmtheitsmaß		0,89	0,84	0,84

96

4.3.5 Zusammenfassende Darstellung der Einzelergebnisse

Um die einzelnen Parameter und die Kombinationen mehrerer Parameter insgesamt beurteilen zu können, wurde aus dem Bestimmtheitsmaß aller Gießtakte der verschiedenen Gemüsearten ein Mittelwert berechnet ( Abb. 0.48 ). Bei dem Matrixpotential wurde ein Bestimmtheitsmaß von 0,84 bis 0,93, bei der Einstrahlungssumme -0,15 bis 0,55 und bei der Sättigungsdefizitsumme 0,46 bis 0,84 ( Abb. 0.48 ) errechnet. Das Bestimmtheitsmaß der Kombination Einstrahlungssumme und Sättigungsdefizitsumme lag zwischen 0,77 und 0,89. Die Kombination Einstrahlungssumme und Dampfdruckdifferenzsumme hatte ein Bestimmtheitsmaß von 0,77 bis 0,86. Durch die Integration der Pflanze in Form des Kulturtages bzw. der Blattfläche konnte das Bestimmtheitsmaß im Vergleich zur Kombination Einstrahlungssumme und Sättigungsdefizitsumme um 0,03 bis 0,09 verbessert werden.

Abb. 0.48: Bestimmtheitsmaß des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der verschiedenen Parameter (Mittelwert aller Gießtakte und Gemüsearten).

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Tab. 0.18: Steigung (a_x) und Bestimmtheitsmaß der linearen Regressionsfunktionen (y=ax) des Wasserumsatzes aller Gießtakte in l/m² bzw. ml/Pflanze in Abhängigkeit des Matrixpotentials, der klimatischen Faktoren und dem Pflanzenwachstum.

Matrixpotential aIM	Einstrahlungssumme aIR	Sättigungsdefizitsumme aIS	Dampfdruckdifferenzsumme aID	Kulturtag aKT	Blattfläche aA(Bl)	Bestimmtheitsmaß R2
Lactuca sativa I (Wasserumsatz in ml/m²)
33,04						0,84
	2,27					0,39
		21,20				0,84
	0,13	20,22				0,84
	0,25	16,44		4,60		0,87
	0,32	15,92			0,07	0,89
Lactuca sativa II (Wasserumsatz in ml/m²)
70,86						0,93
	3,12					0,34
		7,60				0,46
			6,10			0,52
	2,38	3,83				0,82
	2,04		3,76			0,86
	2,10	3,30		3,12		0,89
	2,18	3,50			0,03	0,84
Brassica oleracea var. gongylodes (Wasserumsatz in ml/m²)
34,38						0,90
	3,50					0,55
		16,62				0,46
	2,06	7,28				0,75
	1,86	5,56		7,37		0,84
	1,86	2,49			0,21	0,84
Cucumis sativus (Wasserumsatz in ml/Pflanze)
10,65						0,90
	1,67					-0,15
		4,70				0,61
			4,20			0,60
	0,53	3,58				0,71
	0,64		3,23			0,77
	0,41	2,97		0,26		0,77

Als Maß für die Streuung der verschiedenen Parameter innerhalb einer Pflanzenart wurde der Variationskoeffizient der Steigung (a_x) der einzelnen Regressionsgeraden berechnet. Bei dem Matrixpotenti

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Tab. 0.19: Variationskoeffizienten der Steigung a der Regressionsfunktionen des Wasserumsatzes der einzelnen Gießtakte bei verschiedenen Kulturen und Einflussfaktoren.

Einflussfaktor	Lactuca sativa I	Lactuca sativa II	Brassica oleracea gongylodes I	Cucumis sativus I	Mittelwert (aller Gemüsearten)
Matrixpotential (IM)	13,3	10,2	13,8	1,6	9,7
Einstrahlungssumme (IR)	60,7	30,8	56,9	97,6	61,5
Sättigungsdefizitsumme (IS)	18,3	30,2	30,7	41,6	30,2
Dampfdruckdifferenzsumme (ID)	--	23,8	--	2,47	13,1

-- nicht erfasst

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