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Kapitel 3. Zielsetzungen

Interaktionen zwischen beeinflussbaren und nicht beeinflussbaren Kulturparametern und deren Einflüsse auf Wachstum und Blumenertrag der Gerbera erschweren in der Praxis die Wahl einzustellender Klima-, Bewässerungs- und Düngungsparameter. Ebenso erhöhen diese in Forschungseinrichtungen den Aufwand zur Überprüfung der Einflussgrößen in Bezug auf die Optimierung der Kulturverfahren. Die vielfältigen Wechselwirkungen können nur in einem Simulationsmodell, das die Kultur so realistisch wie möglich wiedergibt, dargestellt werden. Eine gezielte Berechnung von einstellbaren Parametern für die Kulturführung unter gegebenen nicht beeinflussbaren äußeren Einflussgrößen zur Maximierung von Wachstum und Ertrag war die wesentliche Zielstellung des zu entwickelnden Kulturmodells.

Auf dem derzeitigen Stand des Wissens bei der Modellierung des Pflanzenwachstums sind in der Literatur zumeist nur Teilmodelle zu finden, die sich entweder auf das Wachstum von Pflanzenteilen oder physiologische Teilprozesse beziehen. Es existieren keine Modelle, die basierend auf physiologischen Leistungsparametern das vegetative und generative Wachstum einer Gerberakultur berechnen können.

• Vorrangiges Ziel dieser Arbeit war es, ein computergestütztes Simulationsmodell, basierend auf der Kohlendioxid-, Wasser- und Stickstoffaufnahme der Pflanzen, sowie dem vegetativen und generativen Wachstum bishin zur Ernte der Schnittblumen in Abhängigkeit von äußeren Einflussgrößen zu erstellen und Zusammenhänge in Form von Wachstumskurven zu verdeutlichen. Die Einflüsse klimatischer und kulturtechnischer Faktoren wie Bewässerung und Düngung auf Wachstum und Blumenertrag der Gerbera in einem Hydrokultursystem sollten mit Hilfe des Modells prognostizier- und berechenbar werden. Aufgabe war es, dem Praktiker eine Entscheidungshilfe zu vermitteln, womit er optimale Kulturbedingungen einstellen kann. Dem Versuchsansteller sollte das Modell die Entscheidung erleichtern, für das Versuchsziel sinnvolle Umweltparameter auszuwählen, Extremwerte zu identifizieren und diese in seiner Planung berücksichtigen zu können.
• Für die Modellierung des Wachstums von Pflanzenteilen oder physiologischen Teilprozessen wurden bislang vielfältige Modellansätze verwendet. Es war nicht Ziel dieser Arbeit, diese Vielfalt durch weitere Modellstrukturen zu erweitern, sondern vielmehr die in der Literatur beschriebenen Teilsimulationen zu sichten und geeignete bei der Erstellung des Gerberamodells zu verwenden. Bekannte Modellteile, die übernommen werden konnten, waren die zur Berechnung der Photosynthese und Atmung, der Stickstoffaufnahme und der Assimilatpartitionierung. Diese Teilmodelle waren an die Anforderungen der Gerberakultur anzupassen. Die notwendigen Verknüpfungen mussten geschaffen werden. Hinsichtlich der Steuerung von vegetativem und generativem Wachstum sowie der Blattaltersstruktur bestand die Aufgabe für die Gerbera spezifische Teilmodelle zu entwickeln und einzubinden.
• Das Ziel der Arbeit war es, in einer Gerbera-Steinwollkultur den räumlichen Pflanzenaufbau und zeitlichen Wachstumsverlauf am Beispiel der Sorte ’Moana‘ zu ermitteln. Dazu sollten in der Literatur vorgestellte Teilmodelle auch anderer Pflanzenarten einbezogen werden, da diese für die Gerbera fehlten. Die Ermittlung von Wachstums- und Ertragsdaten war Grundlage für die Modellerstellung unter Berücksichtigung von Klima-, Düngungs- und Bewässerungsparametern. Die in einer Steinwollkultur mit der Sorte ’Moana‘ durchgeführten Wachstumsbe

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  obachtungen sollten die für eine Verifizierung des Modells notwendigen Blattwachstums- und Blumenertragsdaten zur Verfügung stellen.
• Von Bedeutung für die Entwicklung des Bestandes und des Blumenertrages sind Wachstum und Altersstruktur der Blätter, Wurzeln und Blumen. Aufgabe war es, dieses unter Berücksichtigung der Wachstumsbeobachtungen an der Gewächshauskultur innerhalb des Modells darzustellen. Dabei waren die rückkoppelnden Auswirkungen des Pflanzenwachstums auf die Photosyntheseleistung und Stickstoffaufnahme entsprechend einzubinden.
• Da der Literatur keine Angaben zum Einfluss von Umweltparametern und Blatt-alterung auf die Photosynthese zum Aufbau energiespeichernder Kohlenhydrate für die Gerbera zu entnehmen waren, mussten für die Erstellung des Modells in gesonderten Versuchsreihen Leistungsparameter des Gaswechsels und der Stickstoffaufnahme an Pflanzen der Sorte ’Moana‘ in Gefäßversuchen untersucht werden. Zur Definition der interaktiven Auswirkungen sollten für die Berechnungen der Photosyntheseleistung und Stickstoffaufnahme Gleichungssysteme unter Berücksichtigung äußerer Einflussgrößen erstellt werden. Die Prüffaktoren in den Versuchen zur Bestimmung des Gaswechsels waren daher Temperatur, Einstrahlung, CO₂-Konzentration der Luft, Blattalter, Mattenfeuchtigkeit, EC-Wert und Stickstoffgehalt der Mattenlösung sowie die relative Luftfeuchtigkeit. Bei den Versuchen zur Stickstoffaufnahme waren Wurzelraumtemperatur und Stickstoffgehalt der Mattenlösung zu berücksichtigen.
• Die Entwicklung des Modells sollte mit den Berechnungen für die Energie und Substrat liefernden Photosynthesevorgänge und der Stickstoffaufnahme durch die Wurzeln beginnen (Abb. 1). Die daraus resultierenden Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen waren in einem Speicher zu sammeln, bevor sie für Wachstums- und Energiefreisetzungsvorgänge genutzt werden konnten. Danach musste die Aufteilung des vorhandenen Substrates auf die Pflanzenteile Spross und Wurzel folgen, wobei ein Teil des für den Sprosszuwachs zur Verfügung stehenden Substrates in die Blumenentwicklung einzugehen hatte. Die Anzahl entwickelter bzw. geernteter Blumen sollte als Ernteprodukt kumulativ ausgewiesen werden. Damit sich ein geschlossener Kreislauf ergab, war eine rückkoppelnde Auswirkung der Blattflächen- und Wurzelentwicklung auf Photosynthese und Stickstoffaufnahme einzubinden.
• Im Anschluss an die Erstellung des Modells waren die berechneten Wachstums- und Ertragsdaten mit denen der im Gewächshaus durchgeführten Steinwollkultur unter gleichen Klima-, Bewässerungs- und Düngungsbedingungen zu vergleichen, um das Modell zu verifizieren. Ziel war es, eine möglichst genaue Übereinstimmung mit den beobachteten Wachstumsdaten zu erreichen, um die Eignung zur Simulation der Gerberakultur am Beipiel der Sorte ’Moana‘ zu belegen.
• Um die Wachstumsprognosen des Modells zusätzlich zu überprüfen, galt es, ein diskontinuierliches Ereignis wie manuelles Blattbrechen zu simulieren und die berechneten Wachstumswerte mit nach dem Stand der Literatur zu erwartenden Reaktionen zu vergleichen.
• Zur Überprüfung der Eignung des Modells sollte eine Umkehr der Modellfunktion vorgenommen werden, bei der nicht das Wachstum unter vorgegebenen äußeren Einflussgrößen berechnet, sondern eine Optimierung dieser Größen bei Maximierung des Ertrages zu erzielen war. Die Fähigkeit zur Optimierung einzelner Wachstumsparameter stellt die Grundvoraussetzung für den Einsatz des Modells

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  zur Unterstützung bei der Wahl einzustellender Klima-, Bewässerungs- oder Düngungsgrößen dar. Zielsetzung dieser Arbeit war es, optimale Umweltparameter am Beispiel der Sorte ’Moana‘ zu berechnen und den Ertragsverlauf unter gleichbleibenden äußeren Bedingungen darzustellen.
• Ein wesentliches Anliegen bestand daran, Möglichkeiten zur Anwendung und Weiterentwicklung des Modells für die Praxis und in Versuchsvorhaben aufzuzeigen.

Abb. 1: Struktur des zu erstellenden Modells zur Simulation der Kultur von Gerbera jamesonii am Beispiel der Sorte ’Moana‘.

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