Steuerung von Bewässerungssystemen im Gewächshaus mit Hilfe des PhytomonitoringEvanthia ExarchouEinleitung und Zielstellung der Studie123411.145573#323671.2891.31.3.1101.3.21112131.3.2.a14151.3.2.b161.417181.4.119512#274538#26520324#2182122231.4.224251.52252.126227#2727356#267282.2227#2529325#203302.2.13132302#27206#2333379#2734590#22235267#3852.2.236547#293372.2.3550#337383940473#2404142342433.13.1.14445464748227#253.1.24950222#6851227#2552227#253.23.2.153545556573.2.258206#2359454#2560206#2361227#2562240#23227#2563206#2364227#2565265#2566302#2567341#2768227#2569309#2570303#2571205#23151#25723.33.3.173354#2653.3.274206#2375137#23206#2376206#2377378#2578206#2379227#2580605#2843.43.4.181828384548#3973.4.285868788488#2833.53.5.189903.5.291445#2679244.19293944.2954.34.3.1969798216#20799454#261100227#25101511#518102227#25103533#300453#2611044.3.21054.3.3106544#4091074.44.4.1108492#288109511#293110511#2994.4.2111511#293112511#283113551#322114454#297461#3024.4.3115492#288116477#288492#3261174.54.5.14.5.1.a1184.5.1.b548#427119548#5401204.5.1.c121548#416122345#128493#289123325#1564.5.24.5.2.a1244.5.2.b4.5.2.c125511#297434#152126515#3014.5.34.5.3.a1274.5.3.b1284.5.3.c511#275129434#152130484#2754.64.6.14.6.1.a1314.6.1.b1324.6.1.c511#279133433#133134492#287135567#316136567#316510#2994.6.24.6.2.a1374.6.2.b1384.6.2.c139511#264140492#258141511#2584.6.34.6.3.a1424.6.3.b1434.6.3.c514#219144627#2824.6.44.6.4.a1454.6.4.b4.6.4.c146548#206147627#2884.71484.7.1149518#301514#299150492#288492#2884.7.2151152568#665434#158153154548#540453#1584.7.3155627#2451564.84.8.1157576#5744.8.24.8.2.a158495#193500#1794.8.2.b159160529#293501#15816155.11611625.25.2.11631645.2.21651665.2.35.2.3.a1671681695.2.3.b1701715.35.3.11721731745.3.21751765.3.31771785.4179447#287180181506#801182493#193LiteraturverzeichnisAnhang C: Tabellen und Abbildungen zum Versuchsaufbau378#221426#233369#510378#219428#227427#265Anhang D: Verzeichnis der verwendeten Größen und Abkürzungena) Größen, Koeffizienten und Gleichungsparameterb) AbkürzungenErklärungBedankungdeInhaltsverzeichnisHilfeSteuerung von Bewässerungssystemen im Gewächshaus mit Hilfe des PhytomonitoringDissertationzur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum horticulturarum
(Dr. rer. hort.) eingereicht an der
Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
der Humboldt-Universität zu Berlin von
Dipl.-Agr. Evanthia Exarchou
geb. 25.12.1971 in Thessaloniki

Präsident
der Humboldt Universität zu Berlin
Prof. Dr. Jürgen Mlynek


der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
Prof. Dr. Uwe Jens Nagel Prof. Dr. Uwe Schmidt Prof. Dr. Siegfried Kleisinger Prof. Dr. Matthias Langensiepen Tag der mündlichen Prüfung: 23. 03. 2006

Der moderne Gewächshausanbau ist weltweit gegenzeichnet durch hoch entwickelte Technologien, die den ökonomischen und ökologischen Produktionsansprüchen dienen. Der verstärkte Wassermangel und die ökologische Belastung durch Düngemittel und Pestizide erfordert eine kontrollierte und präzise Applikation von Wasser und Nährlösung. Innovative Bewässerungssysteme und -verfahren, wie auch hydroponische Kulturtechnologien mit offener und geschlossener Führung, dienen dazu. Der effiziente Einsatz von Wasser und Nährstoffen ist von großer Bedeutung für eine ökonomische Erhaltung hoher und qualitativer Produktmenge und für die Sicherung der Prozessqualität.

Im Rahmen optimaler Bewässerungssteuerung des integrierten Anbaus ist die Bestimmung der Wasserumsätze von Pflanzenbeständen von zentraler Bedeutung. Dabei wird die Pflanze als Teilkomponente des SPAC-Systems betrachtet, welche im Wassertransportweg zwischen Boden und Atmosphäre steht. Die messtechnische Ermittlung des Wasserhaushalts im SPAC-System erfolgt durch Messungen an den einzelnen Komponenten Boden, Pflanze und Atmosphäre. Eine stärkere Aussagekraft über den tatsächlichen Wasserstatus der Pflanze bietet die sensorische Informationsgewinnung an der Pflanze selbst (Phytomonitoring). Die Übertragbarkeit der gewonnenen Daten auf große Pflanzenbestände und die hohe Genauigkeit und Dynamik des Sensors sind Vorraussetzungen zur Präzision der darauf anschließenden Steuerungsmethode.

Ein neuentwickelter Phytomonitor (EPM 2005 bzw. 2006), der auf dem Prinzip einer Gaswechselmessung an einzelnen Pflanzenblättern basiert, wurde zur Messung der momentanen Transpirationsintensität von Pflanzenbeständen eingesetzt. Ein Steuerungsalgorithmus, basierend auf die gebildeten Transpirations-summen, wurde für die Bewässerungsführung erstellt und überprüft. Die Untersuchungen wurden an verschiedenen Gemüsearten (Lycopersicon esculentum, Capsicum anuum, Cucumis sativus), wie auch an einer Zierpflanzenkultur (Gerbera jamensonii), durchgeführt. Dabei wurden unterschiedliche Substrate verwendet (Einheitserde, Perlit). Zur Überprüfung der Anwendbarkeit der Steuerungsmethode an unterschiedlichen Anbauverfahren, wurden das Dünnschicht- und das Containerverfahren auf Kulturtischen ausgewählt. Die Präzision und Repräsentativität der Methode wurde in unterschiedlichen Jahreszeiten unter mitteleuropäischen (Berlin, Deutschland) und südeuropäischen Gewächshausbedingungen (Thessaloniki, Griechenland) getestet. Als Vergleichsbewässerungsverfahren wurden die Saugspannungsregelungsmethode und die Bewässerung nach Zeitsteuerung herangezogen. Gleichzeitig wurden Tensiometer zur Überwachung des Saugspannungsverlaufs im Substrat eingesetzt. An Lycopersicon esculentum Pflanzen wurden auch Messungen zur Saftstromgeschwindigkeit durchgeführt.

Die Messung der Substratsaugspannung durch Tensiometer ist eine schnelle und für den Anbauer vertraute Methode. Eine tensiometergeregelte Bewässerung erfüllt jedoch nicht den tatsächlichen Wasserbedarf der Pflanzen. Die Sensoren sind einerseits mit bauartbedingten Schwächen verbunden und geben anderseits keine repräsentativen Messwerte für den gesamten Bestand.

Die Saftstromsensoren des LPS-03 Phytomonitor (Fa. PHYTECH) ermöglichen eine relative Messung des Stängelflusses nach der Wärmebilanzmethode. Sie sind einfach zu installieren, haben eine einfache Handhabung und eine hohe Dynamik. Die Sensoren ermitteln den relativen Trend des Saftstroms, was die Übertragbarkeit der Messdaten auf große Bestände ermöglicht. Dabei sind solche Sensoren empfindlich und werden durch die klimatischen Bedingungen beeinflusst. Die Methode zeigte keine kontinuierliche Übereinstimmung zu der Gaswechselmethode.

Das EPM-Messgerät misst mit einer hohen Dynamik von 1 s. Durch die Verwendung von 8 Blattküvetten wird an mehreren Stellen des Pflanzenbestands gemessen. Im Vergleich zu weiteren Phytomonitoringsystemen ist dadurch eine bessere Übertragbarkeit der Messdaten auf größeren Pflanzenbeständen gegeben. Die Methode ist dabei nicht sortenspezifisch. Bei der Überprüfung der Messgenauigkeit des Gerätes wurde durch Verdunstungstests ein Messfehler von 5,8% festgestellt. Durch ein hohes Bestimmtheitsmaß der Regressionsfunktion der gemessenen Transpirationsmassenstromdichte bzw. Nettophotosyntheseleistung an zwei Standorten der gleichen Konditionen wurde die Homogenität des pflanzlichen Stoffaustausches in Gewächshausbeständen bewiesen. Die Übertragbarkeit der Messdaten auf den gesamten Pflanzenbestand sollte durch Wachstums- und Entwicklungsmodellen unterstützt werden.

Die Übertragbarkeit der Messdaten auf den gesamten Bestand wurde durch die Bildung der Wasserbilanz über längere Zeitperioden geprüft. Hohe Korrelationen wurden zwischen den gemessenen und den berechneten Transpirationssummen erzielt. Der Bilanzfehler wurde durch die zeitliche Verzögerung der Drainageabgabe und durch die Fehlerfortpflanzung verursacht.

Die Bewässerungssteuerung nach den gemessenen Transpirationssummen hat die vorbestimmte Überschussmenge, sogar unter hohen Strahlungs- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen, erzielen können. Für praxisüblich eingestellten Drainagemengen (20-30%) war der WUET zwischen 0,7 und 0,8.

Der durch Tensiometer registrierte Saugspannungsverlauf eines transpirations-gesteuerten Tomatenbestands (Schaltschwelle: 3 l, Gießmenge: 4 l) war vergleichbar zu dem eines tensiometergeregelten Bestandes (Schaltschwelle: 50 hPa, Gießmenge: 3 l). Die zwei Bewässerungsmethoden ergaben keine signifikante Unterschiede in der Fruchtanzahl, Blattanzahl oder Pflanzengröße. Das Wasser wurde leicht effizienter in dem tensiometergeregelten Bestand eingesetzt, ohne dass sich die Erträge signifikant unterschieden.

Aus dem Vergleich der Steuerungsmethode (Schaltschwelle: 700 ml, Gieß-menge: 900 ml) zu einer zeitgesteuerten Bewässerung (acht Bewässerungszeiten, Gießmenge: 1200 ml) bei Gerbera jamensonii Pflanzen konnte ein signifikant höherer und qualitativer Ertrag in der ersten Methode nachgewiesen werden. Dabei wurde in der ersten Methode das Wasser effizienter eingesetzt.

Minimalste Drainagemengen (<5%) im Sinne einer bedarfsgerechten Bewässerung konnten durch eine transpirationssummengesteuerte Bewässerung erreicht werden. Es wurden keine Salzakkumulationen im Substrat festgestellt. Der Ertrag und das Pflanzenwachstum wurden nicht beeinflusst.

Die Methode der Transpirationssummensteuerung kann durch Tensiometer überwacht und kontrolliert werden. Dabei kann die Trendanalyse der Saugspannung sehr hilfsreich sein. Die Integration von Wachstums- und Entwicklungsmodellen im Steuerungsalgorithmus ist für eine präzisere Wasserführung erforderlich.

Die Eignung der zwischen den Gießtakten einer transpirationssummen-gesteuerten Bewässerung entstehenden Summenwerte der klimatischen Parameter sind für eine modellgeführte Bewässerung zu untersuchen. Der Phytomonitor EPM-2006 kann zur Überwachung einer nach Klimamodellen gesteuerten Bewässerung eingesetzt werden.

The modern greenhouse production is worldwide marked by high development technology for economical and ecological Produktionclaims services. The increased shortage of water, were as the ecological pollution through fertilisers and pesticides, requires a controlled and precise amount of water inset. Innovative irrigation systems and processes were as open and closed hydroponics systems, are used for that purpose. The efficient water and nutrients is highly significant for the economical maintenance of height amounts and for better production quality.

Within the framework of optimal irrigation systems into integrated cultivation is the determination of the water consumption of a whole canopy very important. The plant is observed as a component of the SPAC-System, which occurs the water transportroute between substrate and atmosphere. The determination of the water balance in the SPAC-System by technological measurements is reached by measuring on the individual components substrate, plant and atmosphere. The direct measuring on the plant by the Phytomonitoring-Technology is meaningful for the determination of the factual water status of the plant. The application of such measuring data on large plant canopies, such as the accuracy and the dynamic of those sensors, are prerequisites for a precise irrigation control.

A new developed Phytomonitoring (EPM 2005 or 2006), which is based on gas exchange measurements of individual plant leaves by cuvettes, was used for measuring the momentary transpirations intensity of plant cultures. A controlalgorithm, which lanes on the constituted transpirations sums, was developed and examined for irrigating scheduling. Studies were carried out on variable vegetables (Lycopersicon esculentum, Capsicum anuum, and Cucumis saticus) as well as on a floriculture species (Gerbera jamensonii). Different substrates were used (institutional soil for vegetable cultures and perlite for gerbera culture). The applicability of this irrigation scheduling method in variable culture methods was tested on thin-layer and container culture. The precision and representatively of the method was tested on different seasons under central European (Berlin, Germany) and south European (Thessaloniki, Greece) greenhouse conditions. The tensiometer control method as well as a time-scheduled irrigation system were used for comparison purposes. Tensiometers were used for monitoring the suction coursein the substrate. Sap flow measurements were made on a Lycopersicon esculentum culture.

Although the tensiometermeasurements of the suction course a quick method and familiar to the grower is, is such irrigation scheduling method not corresponding to the actual water demands of the plants. On the one hand, the sensors are bound to constructive conditions deficiencies and on the other hand, they do not give representative measuring for the entire canopy.

The SF-sensors of the LPS-03 Phytomonitoring (PHYTECH Company) give relative measurements of the sap flow, on the basis of the thermal balance method. They are simple to install and to handle and they are highly dynamic. The sensors determine the relative trend of the sap flow, which enables the transmissibility of the measurements on large canopies, though they are sensitive and can be influenced by the climatic conditions. In our experiments no steady agreement could be proved between the sap flow measurements and the transpiration measurements gain through the gas exchange method.

The EPM-Phytomonitoring is measuring with a dynamic of 1 s. Measurements are carried out in eight sites (leaves) of the canopy. In comparison to other Phytomonitoringsystems gives this one a better transmissibility of the measurement on big canopies. Evaporation tests were carried out to improve the measurements precision of the sensor. The measurement error is about 5,8 %. A high coefficient of determination of the regression line between the measured transpirations intensity (and photosynthesis intensity) of two sites with the same conditions, was found. This improves the homogeneity of the mass exchange in greenhouse canopies. The measurements transmissivity on the whole canopy should be supported by crop growth and development models. The method is not cultivar specific.

Water balances were builded over long periods to prove the transmissivity of the measurements over the whole canopy. The measured transpiration sums were high correlated to the calculated ones (through the water balance equation). The time delays of the drainage procedure and the error propagation have caused a balance error.

The drain target of 20-30% (usual for the practical experience) of the irrigation scheduling method, based on the measured transpiration sum, could be reached even under high radiation and low humidity conditions. The WUET, as the ratio of the transpired water amounts to the supplied water amounts through the cultivation period, was 0,7 to 0,8.

The substrate of a tomato stand irrigated after the transpirationsummethod (switch threshold: 3 l transpiration sum, irrigation amount: 4 l) showed a suctioncourse comparable to the one of a tensiometercontroled stand (switch threshold: 50 hPa, irrigation amount: 3 l). There were no significant differences in the fruit number, leaf number or planthight between the two canopies. The water was efficiently consummated in the tensiometercontroled stand, were as the yields were significantly not different.

The comparison of a Gerbera jamensonii stand, irrigated after the measured transpirations sums (switch threshold: 700 ml, irrigation amount: 900 ml) to the one, irrigated after a time irrigation-system (eight times daily, irrigation amount: 1200 ml) gave significant differences in the amount and quality of the flowers. The transpi-rationsum method gave more and better flowers, were as the water amounts were efficiently consummated.

Minimal drain water amounts (<5%) could be reached after transpiration sum method on tomato and cucumber stands, without salt accumulations in the substrate. The yield and the growth of the plants were not affected.

The transpiration sum method can be controlled and monitored by tensiometers. For these purpose is a trend analysis of the substrate suction very helpful. The inte-gration of plant growth and development models in to the irrigation algorithm is required for a precise water supply.

More studies are necessary on the suitability of the sums of radiation, VPD and VPda-l, which were calculated between in succession irrigation times, for modelling purposes. The efficiency of such an irrigation schedule on the basis of climate models could be monitored by the EPM-Phytomonitoring.

Inhaltsverzeichnis

  • Einleitung und Zielstellung der Studie

  • 1 Ökonomische und ökologische Bewässerungsansprüche

    • 1.1  Globale Probleme der Wasserverfügbarkeit

    • 1.2 Verhältnis von Stickstoffverlusten zur Qualität des Trinkwassers

    • 1.3 Innovative Technologien und Kulturmethoden der Gewächshaus -bewässerung

      • 1.3.1  Bewässerungsverfahren und –systeme zur Wassermengenkontrolle

      • 1.3.2 Hydroponische Kulturtechnologien in geschlossenen Kreisläufen

        • 1.3.2.a  Offene und geschlossene Bewässerungsführung

        • 1.3.2.b Produktivität und Qualitätserhaltung

    • 1.4 Wassernutzungseffizienz in Produktionsprozessen

      • 1.4.1  Integration des WUE

      • 1.4.2  Auswirkung der Wasserbilanzüberschüsse

    • 1.5 

  • 2 Der Wasserstrom im SPAC-System

    • 2.1  Wasserbewegung im Boden – Wasseraufnahme der Wurzel

    • 2.2  Wasserfluss in der Pflanze

      • 2.2.1  Transpirationsprozess im Wasserpotenzialgefälle

      • 2.2.2 Stomatäre Regelung der Transpirationsintensität

      • 2.2.3 Einflussfaktoren in der Stomatabewegung

  • 3 Sensorische und modellierende Erfassung von Wasserumsätzen

    • 3.1  Bestimmung der Wasserumsätze im Boden/Substrat

      • 3.1.1  Messverfahren zur Bewässerungssteuerung bzw. -regelung

      • 3.1.2 Modellierung der Wasserumsätze durch den Bodenwassergehalt

    • 3.2  Bestimmung des Wasserbedarfs an der Pflanze

      • 3.2.1  Technische Erfassung von Pflanzendaten

      • 3.2.2 Transpirationsmodelle

    • 3.3 Bestimmung der Wasseranforderungen aus den Klimabedingungen

      • 3.3.1  Indirekte Erfassung durch Messung der Umweltfaktoren

      • 3.3.2 Klimamodelle

    • 3.4 Bewertung der Sensoren

      • 3.4.1  Bodenfeuchtigkeitssensoren

      • 3.4.2 Sensoren zur Pflanzendatenmessung

    • 3.5 Schlussfolgerungen aus der Bewertung der Sensoren und Modelle

      • 3.5.1  Geeignete Messverfahren im SPAC-System

      • 3.5.2 Modellierungsansprüche zur exakten Bestimmung des Wasserumsatzes

  • 4 Phytomonitoring und Bewässerung nach Bestands-transpirationssummen

    • 4.1  Ableitung des Vorhabens

    • 4.2 Versuchsziel

    • 4.3 Material und Methoden

      • 4.3.1  Auswahl der Messverfahren zur Erfassung von Wasserbilanzen

      • 4.3.2 Versuchsort

      • 4.3.3 Technischer Aufbau der Versuchstation in Berlin

    • 4.4 Sensortest zur Messung von Wasserumsätzen

      • 4.4.1  Räumliche und zeitliche Repräsentativität der Saugspannungsmesswerte

      • 4.4.2 Erfassungsgenauigkeit von Verdunstungsmengen der Gaswechselmethode

      • 4.4.3 Vergleich von Saftstrommessung und Gaswechselmessung

    • 4.5 Erfassung von Transpirationssummen in Pflanzenbeständen

      • 4.5.1  Bestandstranspirationssummen von Capsicum anuum

        • 4.5.1.a  Versuchsaufbau

        • 4.5.1.b Versuchsdurchführung

        • 4.5.1.c Ergebnisse

      • 4.5.2 Bestandstranspirationssummen von Lycopersicon esculentum

        • 4.5.2.a  Versuchsaufbau

        • 4.5.2.b Versuchsdurchführung

        • 4.5.2.c Ergebnisse

      • 4.5.3  Bestandstranspirationssummen von Gerbera jamensonii

        • 4.5.3.a  Versuchsaufbau

        • 4.5.3.b Versuchsdurchführung

        • 4.5.3.c Ergebnisse

    • 4.6 Automatische Bewässerungssteuerung durch gemessene Transpirationssummen

      • 4.6.1  Kurzzeitanalysen von Lycopersicon esculentum

        • 4.6.1.a  Versuchsaufbau

        • 4.6.1.b Versuchsdurchführung

        • 4.6.1.c Ergebnisse

      • 4.6.2 Bewässerungssteuerung von Gerbera jamensonii mit einer angestrebten Überschussmenge unter hohen Einstrahlungsbedingungen

        • 4.6.2.a  Versuchsaufbau

        • 4.6.2.b Versuchsdurchführung

        • 4.6.2.c Ergebnisse

      • 4.6.3 Bewässerungssteuerung von Lycopersicon esculentum mit limitierenden Überschusswassermengen

        • 4.6.3.a  Versuchsaufbau

        • 4.6.3.b Versuchdurchführung

        • 4.6.3.c Ergebnisse

      • 4.6.4 Bewässerungssteuerung von Cucumis sativus mit limitierenden Überschusswassermengen

        • 4.6.4.a  Versuchsaufbau

        • 4.6.4.b Versuchsdurchführung

        • 4.6.4.c Ergebnisse

    • 4.7 Stickstoffdynamik in der bedarfsgerechten Bewässerungs-steuerung

      • 4.7.1  Nmin-Gehalt im Substrat und im Überschusswasser

      • 4.7.2 EC- und pH-Werte im Drainagewasser und im Substrat

      • 4.7.3 Nt-Gehalt in Blättern, Stängeln und Früchten

    • 4.8 Wassereffizienz in der Bewässerungssteuerung

      • 4.8.1  Effiziente Stoffproduktion in der transpirationssummengesteuerten Bewässerung

      • 4.8.2 Produktivität und Pflanzenwachstum

        • 4.8.2.a  Bewässerung mit definierter Drainagemenge

        • 4.8.2.b Bewässerung mit minimaler Drainagemenge

  • 5 Diskussion - Schlussfolgerungen

    • 5.1  Phytomonitoringtechnologie im Optimierungsprozess der Produktion

    • 5.2 Bewertung der ausgewählten Messtechnik

      • 5.2.1  Bewässerungsregelung durch Einsatz des Tensiometers

      • 5.2.2 Bestimmung der pflanzlichen Wasserumsätze durch die Saftflussrate

      • 5.2.3 Direkte Transpirationsmessung durch die Gaswechselmethode

        • 5.2.3.a  Repräsentativität und Exaktheit der Messwerte

        • 5.2.3.b Langzeitüberprüfung der Exaktheit des Messverfahrens

    • 5.3 Bewässerungssteuerung nach gemessenen Transpirationssummen

      • 5.3.1  Steuerung bei hoher Einstrahlung unter nordeuropäischen Gewächs-hausbedingungen

      • 5.3.2 Steuerung bei hoher Einstrahlung unter südeuropäischen Gewächs-hausbedingungen

      • 5.3.3 Bedarfsgerechte Bewässerung ohne Salzakkumulationen im Substrat

    • 5.4 Optimierungsansätze einer bedarfsgerechten Bewässerungs-steuerung

  • Literaturverzeichnis

  • Anhang C: Tabellen und Abbildungen zum Versuchsaufbau

  • Anhang D: Verzeichnis der verwendeten Größen und Abkürzungen

    • a) Größen, Koeffizienten und Gleichungsparameter

    • b) Abkürzungen

  • Erklärung

  • Bedankung

Tabellen

  • Tab. 1: Jährlicher EU-Wasserbedarf in verschiedenen Sektoren (WILLIAMS und MUSCO, 1992 in: ANGELAKIS et al., 1997)

  • Tab. 2: Die erlaubten Zugaberaten (kg/ha) für Stickstoff und Phosphat in Anlehnung des MINAS für Gemüseproduzenten (TITUALER, 1999)

  • Tab. 3: Maßnahmen zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Tropfsystemen (HÖFERT et al. 1994; PASCHOLD et al., 1995; BECK et al., 1995)

  • Tab. 4: Bewertung der Bodenfeuchtesensoren

  • Tab. 5: Bewertung der Sensoren zur Messung von pflanzenphysiologischen Parameter

  • Tab. 6: Bewertung der Messmethoden

  • Tab. 7: Statistische Werte des prozentualen Verhältnis der Gießmenge zur gemessenen Transpi-rationssumme im Gießtakt (B´W/ΣT) bei einer saugspannungsgeregelten Bewässerung - Capsicum anuum – Schaltschwelle: 50 hPa (Tukey´s Test, 5%)

  • Tab. 8: Statistische Werte der täglichen Wasserumsätze einer nach den gemessenen Transpira-tionssummen gesteuerten Kultur - Capsicum anuum - Schaltschwelle: 7,5 l Transpirationssumme

  • Tab. 9: Statistische Werte der täglichen Wasserumsätze einer nach der gemessenen Transpira-tionssumme gesteuerten Kultur - Lycopersicon esculentum - Schaltschwelle: 7l Transpirations-summe

  • Tab. 10: Statistische Werte der täglichen Wasserumsätze einer nach der gemessenen Transpira-tionssumme gesteuerten Kultur - Gerbera jamensonii - Schaltschwelle: 1,5 l Transpirations-summe

  • Tab. 11: Statistische Werte der täglichen Wasserumsätze einer nach der gemessenen Transpira-tionssumme gesteuerten Kultur - Lycopersicon esculentum - Schaltschwelle: 3 l Transpirations-summe

  • Tab. 12: Statistische Werte der täglichen Wasserumsätze einer nach der Saugspannung geregelten Bewässerung - Lycopersicon esculentum – Schaltschwelle: 50 hPa

  • Tab. 13: Statistische Werte der täglichen Wasserumsätze einer nach der gemessenen Transpira-tionssumme gesteuerten Kultur - Gerbera jamensonii - Schaltschwelle: 700 ml Transpirations-summe

  • Tab. 14: Statistische Werte der täglichen Wasserumsätze einer zeitgesteuerten Bewässerung - Gerbera jamensonii

  • Tab. 15: Zugeführte und abgeführte Wassermengen der drei Steuerungsvarianten der Bewässe-rung bei Lycopersicon esculentum (Tukey`s Test, 5%)

  • Tab. 16: Zugeführte und abgeführte Wassermengen der drei Steuerungsvarianten der Bewäs-serung bei Cucumis sativus

  • Tab. 17: EC- und pH-Werte des Überschusswassers in drei Steuerungsmethoden bei Lycopersicon esculentum – EC- und pH-Werte der Nährlösung

  • Tab. 18: EC- und pH-Werte des Überschusswassers in drei Steuerungsmethoden bei Cucumis sativus– EC- und pH-Werte der Nährlösung

  • Tab. 19: Ertrag und Pflanzenwachstum von zwei Steuerungsvarianten der Bewässerung bei zwei Lycopersicon esculentum Sorten (Mittelwerte in der gleichen Zeile mit dem gleichen Buchstaben differieren nicht signifikant bei 0,05 P nach der ANOVA Analyse)

  • Tab. 20: Ertrag und Pflanzenwachstum von zwei Steuerungsvarianten der Bewässerung bei zwei Gerbera jamensonii Sorten (Mittelwerte in der gleichen Zeile mit dem gleichen Buchstaben differieren nicht signifikant bei 0,05 P nach der ANOVA Analyse)

  • Tab. 21: Ertrag und Pflanzenwachstum von drei Steuerungsvarianten der Bewässerung bei Cucumis sativus (Mittelwerte in der gleichen Zeile mit dem gleichen Buchstaben differieren nicht signifikant bei 0,05 P nach der ANOVA Analyse)

  • Tab. 22: Versuchsdaten zur Erfassung von Transpirationssummen bei Capsicum anuum mit Hilfe der Gaswechselmethode

  • Tab. 23: Versuchsdaten zur Erfassung von Transpirationssummen bei Lycopersicon esculentum mit Hilfe der Gaswechselmessmethode

  • Tab. 24: Versuchsdaten zur transpirationssummengesteuerten Bewässerung bei Lycopersicon esculentum unter hohen Einstrahlungsbedingungen

  • Tab. 25: Versuchsdaten zur bedarfsgerechten transpirationssummengesteuerte Bewässerung bei Lycopersicon esculentum

  • Tab. 26: Versuchsdaten zur Erfassung von Transpirationssummen bei Gerbera jamensonii mit Hilfe der Gaswechselmessmethode

  • Tab. 27: Versuchsdaten zur transpirationssummengesteuerten Bewässerung bei Gerbera jamensonii unter hohen Einstrahlungsbedingungen

  • Tab. 28: Versuchsdaten zur bedarfsgerechten transpirationssummengesteuerten Bewässerung bei Cucumis sativus

  • Tab. 29: Technische Daten des Tensiometer „T3“ (Fa. UMS)

  • Tab. 30: Technische Daten des Phytomonitor EPM-2006 (Fa. IBS)

  • Tab. 31: Technische Daten der Sensoren SF-4 und SF-5 des Phytomonitor  LPS-05MD (PHYTECH Ltd.)

Bilder

  • Abb. 1: Einflüsse der Klimaveränderung auf den hydraulischen Kreis (RAGAB, 2002)

  • Abb. 2: Tagesverlauf des momentanen WUEPh, der Nettophotosynthese und der Transpiration bei Cucumis sativu s

  • Abb. 3: Kumulativer Tagesverlauf des WUEPh, der Photosynthese (Ph) und der Transpiration (T) in einer achttägigen Zeitperiode bei Cucumis sativus

  • Abb. 4: Photosynthetische Wassernutzung bei Wassermangel: Tagessummen der Nettophoto-synthese (Ph) und der Transpiration (Tr) und der Quotient Ph/Tr von 6 Wochen alten Weizen-pflanzen bei Bodenaustrocknung (AHO et al., 1979 in: LARCHER, 1994)

  • Abb. 5: Abhängigkeit des Wasserpotenzials eines Sand- und Lehmbodens vom Wassergehalt des Bodens (LÖSCH, 2001)

  • Abb. 6: HÖFLER-Diagramm: Osmotischer Zustand und Wassergehalt einer Pflanzenzelle (LÖSCH, 2001)

  • Abb. 7: Abhängigkeit des Transpirationsmassenflusses (mV) von der Sättigungsdampfdruck-differenz (VCDl-b) bei a) Capsicum annum und b) Lycopersicon esculentum

  • Abb. 8: Elektrisches Analogiemodell des Transpirationsmassenflusses im Blattinneren (SCHMIDT, 2002)

  • Abb. 9: Modell der Regelung bzw. Steuerung des stomatären Gastransports (MOHR und SCHOPFER, 1992)

  • Abb. 10: Berechnung der VCDl-b im h,x - Mollier -Diagramm – Einfluss der klimatischen Faktoren

  • Abb. 11: „Mittagsdepression“ bei Lycopersicon esculentum

  • Abb. 12: Abhängigkeit des pflanzlichen Wasserbedarfs von der Einstrahlungssumme (SCHULTE, 1986 in: VON BAMBACH, 1993)

  • Abb. 13: Bestimmtheitsmaß des Wasserumsatzes in Abhängigkeit der verschiedenen Parameter (Mittelwert aller Gießtakten und Gemüsearten) (BECK, 2000)

  • Abb. 14: Mehr elaborierte Modelle sind erforderlich, um ein höheres Niveau der Modellfunktion zu erreichen (MURASE, 2000)

  • Abb. 15: Generelle Ansicht der SF-Stängelflusssensoren (PHYTECH Ltd., 1998)

  • Abb. 16: Technische und sensorische Ausstattung des Plantputer-Phytomonitor „EPM 2005“ (IBS, 2003)

  • Abb. 17: Entweichung der Kondensationsbildung im Gaswechselmessgerät durch Erwärmung der Referenzluft auf dem Weg zur Dewarkammer - Graphische Erklärung im h,x- Mollier Diagramm (SCHMIDT, 1998)

  • Abb. 18: Optimale Luftstromgeschwindigkeit im EPM 2006 bei einer Küvettenmessfläche  von 360 cm²

  • Abb. 19: Technische und sensorische Ausstattung des Plantputer-Phytomonitor „EPM 2006“  (IBS, 2003)

  • Abb. 20: Aufbau der Messtechnik in der Versuchsstation-Berlin

  • Abb. 21: Abweichungen zwischen einzelnen Tensiometer bei 50 und 60 hPa-Steuerung bei Capsicum anuum

  • Abb. 22: Abweichungen der Saugspannung bei einer saugspannungsgeregelten Bewässerung (50 hPa) - Lycopersicon esculentum

  • Abb. 23: Abweichungen der Saugspannung in einer einstrahlungsreichen Periode bei einer saugspannungsgeregelten Bewässerung (50 hPa) - Lycopersicon esculentum

  • Abb. 24: Verlauf der Verdunstungsmassenstromdichte des in einer Küvette eingeschlossenen Fließpapiers und der kumulative Verdunstungsverlauf bei 8 ml Tropfmenge (blau: die Massen-stromdichte, rot: die kumulative Menge)

  • Abb. 25: Die gemessenen Verdunstungsmengen und der Fehlerindikator zur Bestimmung des systematischen Messfehlers des EPM 2005

  • Abb. 26: Verlauf der momentanen Nettophotosynthese und der Transpirationsmassenstromdichte von zwei EPM 2006 Messgeräten an zwei unterschiedlichen Messorten der gleichen Bedingungen

  • Abb. 27: Korrelation der an zwei Messorten der gleichen Klimabedingungen und durch zwei EPM-Messgeräte gemessenen Bestandstranspirationsraten

  • Abb. 28: Korrelation der an zwei Messorten der gleichen Klimabedingungen und durch zwei EPM-Messgeräte gemessenen Nettophotosyntheseraten

  • Abb. 29: Verlauf der gemessenen Transpirationsmassenstromdichte und der Saftflussrate über mehrere Tagen - Lycopersicon esculentum

  • Abb. 30: Verlauf des Saftstroms und des VPdl-b - Lycopersicon esculentum

  • Abb. 31: Verlauf des Saftstroms, der Globalstrahlung und der Temperaturdifferenz zwischen Blatt und Luft- Lycopersicon esculentum

  • Abb. 32: Flussdiagramm zur saugspannungsgeregelten Bewässerung mit Hilfe von Tensio-metern - (* : Die Routine wird fünfmal abgefragt)

  • Abb. 33: Flussdiagramm zur transpirationssummengesteuerten Bewässerung mit Hilfe der Gaswechselmessmethode

  • Abb. 34: Transpirationssummen und Zeitdauer zwischen zwei Gießtakten bei einer tensio-metergeregelten Bewässerung auf zwei Kulturtischen - Capsicum anuum - Schaltwert: 50 hPa

  • Abb. 35: Das tägliche Verhältnis der zugeführten Wassermenge (ΣB) zu der Transpira-tionssumme (ΣT) einer nach Transpirationssummen gesteuerten Kultur - Capsicum anuum - Schaltschwelle: 7,5 l Transpirationssumme

  • Abb. 36: Die täglichen Wasserbilanzen (ΣB = ΣT + A) einer nach Transpirationssummen gesteuertenKultur - Lycopersicon esculentum - Schaltschwelle: 7l Transpirationssumme

  • Abb. 37: Die Abhängigkeit der gemessenen täglichen Transpirationssummen von den aus der täglichen Bilanzberechnung ermittelten Transpirationssummen einer transpirationssummen-gesteuerten Kultur - Lycopersicon esculentum (p<0,001)

  • Abb. 38: Die tägliche Wasserbilanzen (ΣB = ΣT + A) einer nach Transpirationssummen gesteuertenKultur - Gerbera jamensonii - Schaltschwelle: 1,5 l Transpirationssumme

  • Abb. 39: Die Abhängigkeit der gemessenen täglichen Transpirationssummen einer transpirationssummengesteuerten Kultur von dem aus der täglichen Bilanzberechnung ermittelten Transpirationssummen - Gerbera jamensonii (p<0,001)

  • Abb. 40: Die täglichen Wasserbilanzen (ΣB = ΣT + A) einer nach Transpirationssummen gesteuertenKultur - Lycopersicon esculentum - Schaltschwelle: 3 l Transpirationssumme

  • Abb. 41: Die Abhängigkeit der gemessenen täglichen Transpirationssummen einer transpirationssummengesteuerten Kultur von den aus der täglichen Bilanzberechnung ermit-telten Transpirationssummen - Lycopersicon esculentum (p<0,001)

  • Abb. 42: Saugspannungsverlauf des Substrates in drei zufällig ausgewählten Standorten in einer transpirationssummengesteuerten Bewässerung - Lycopersicon esculentum – Schaltschwelle: 3 l

  • Abb. 43: Der Verlauf der Transpirationsmassenstromdichte und des aus drei Tensiometer gebil-deten Mittelwertes der Substratsaugspannung bei einer transpirationssummengesteuerten Bewässerung - Lycopersicon esculentum – Schaltschwelle: 3 l

  • Abb. 44: Saugspannungsverlauf und gleitender Durchschnitt (144 Perioden. = 12 h) unter Transpirationssummen - und Saugspannungsteuerung der Bewässerung - Lycopersicon esculentum

  • Abb. 45: Die täglichen Wasserbilanzen (ΣB = ΣT + A) einer nach Transpirationssummen gesteu-ertenKultur - Gerbera jamensonii - Schaltschwelle: 700 ml Transpirationssumme

  • Abb. 46: Die Abhängigkeit der gemessenen täglichen Transpirationssummen einer transpirationssummengesteuerten Kultur von den aus der täglichen Bilanzberechnung ermittelten Transpirationssummen - Gerbera jamensonii (p<0,001)

  • Abb. 47: Die täglich zugeführten Wassermengen ΣB und die Überschusswassermengen A einer zeitgesteuerten Bewässerung - Gerbera jamensonii

  • Abb. 48: Der Anstieg des gleitenden Saugspannungstrends über 24 h bei unterschiedlichen Schaltschwellen der transpirationssummengesteuerten Bewässerung und der Verlauf der Saugspannung an zwei Standorten - Lycopersicon esculentum

  • Abb. 49: Der Anstieg des gleitenden Saugspannungstrends über 24 h bei unterschiedlicher Schaltschwelle der transpirationssummengesteuerten Bewässerung und der Verlauf der Saugspannung an zwei Standorten - Cucumis sativus

  • Abb. 50: Verlauf des Nmin-Gehaltes im Substrat bei unterschiedlichen Bewässerungssteuerungs-varianten bei Lycopersicon esculentum

  • Abb. 51: Verlauf des Nmin-Gehaltes im Substrat bei unterschiedlichen Bewässerungssteuerungs-varianten bei Cucumis sativus

  • Abb. 52: Verlauf des Nmin-Gehaltes im Überschusswasser bei unterschiedlichen Steuerungsmethoden der Bewässerung bei Lycopersicon esculentum

  • Abb. 53: Verlauf des Nmin-Gehaltes im Überschusswasser bei unterschiedlichen Steuerungsmethoden der Bewässerung bei Cucumis sativus

  • Abb. 54: Verlauf a) der EC der Nährlösung, des Drainagewasser und des Substrates und b) des pH bei drei Bewässerungssteuerungsmethoden bei Lycopersicon esculentum

  • Abb. 55: Verlauf a) der EC der Nährlösung, des Drainagewasser und des Substrates und b) des pH bei drei Bewässerungssteuerungsmethoden bei Cucumis sativus

  • Abb. 56: Stickstoffgehalt in den Blättern, Stielen und Früchten bei a) Lycopersicon esculentum und b) Cucumis sativus Pflanzen unter drei Steuerungsvarianten der Bewässerung

  • Abb. 57: Der Wassernutzungskoeffizient der Produktivität, die Transpiration und der LAI im Verlauf der Kulturperiode bei a) Lycopersicon esculentum und b) Gerbera jamensonii

  • Abb. 58: Vergleich des gesamten Ertrages, des durchschnittlichen Fruchtgewichtes und der Fruchtanzahl pro Pflanze zwischen den drei Steuerungsvarianten bei Lycopersicon esculentum (ANOVA, 5 % P)

  • Abb. 59: Flussdiagramm einer Bewässerungssteuerung anhand von online gemessenen Transpirationsmengen mit integrierter Saugspannungsüberwachung (Tensiometer)

  • Abb. 60: Berechnete Summen a) des VPDl b) der VPdl-b und c) der Rn zwischen zwei fortlaufenden Gießtakten eines transpirationssummengesteuerten Lycopersicon esculentum Bestandes

  • Abb. 61: Modellgesteuerte Bewässerung mit sensorischer Überwachung

  • Abb. 62: Offene Bewässerungsführung einer Rinnenkultur auf Betontische bei Capsicum anuum

  • Abb. 63: Klimamessung am Paprikabestand durch das P-TF Gerät (Fa. POSITRONIK)

  • Abb. 64: a) Offene Bewässerungsführung von Containerkulturen auf Betontische von Lycopersicon esculentum und b) Transpirationsmessung durch den Phytomonitor „EPM 2006“

  • Abb. 65: Offene Bewässerungsführung von Containerkulturen in Perlit auf Tischen bei Gerbera jamensonii

  • Abb. 66: Messung der Globalstrahlung am Gerberabestand durch das Pyranometer CM5 (Fa. KIPP und ZONEN)

  • Abb. 67: a) Transpirationsmessung über das Küvettenprinzip und b) Saugspannungsmessung über das Tensiometerprinzip an einer Containerkultur auf Tische bei Cucumis sativus