Richter, Markus: Erstellung eines Simulationsmodells für ein zu optimierendes Hydrokultursystem für die Gerbera- Schnittblumenkultur unter Berücksichtigung äußerer Einflussgrößen auf Leistungsparameter der Pflanze

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Kapitel 4. Material und Methoden

4.1 Gerberakultur

Die Erstellung, Kalibrierung und Verifizierung des Gerbera-Simulationsmodells sollte auf der Basis von in einer Hydrokultur ermittelten Wachstums- und Ertragsdaten erfolgen. Eine Gerbera-Hydrokultur auf Steinwollmatten wurde im Gewächshaus angelegt, um das vegetative und generative Wachstum des Bestandes in Abhängigkeit von den vorherrschenden Klimabedingungen innerhalb eines Jahres zu beobachten und die Messwerte der entsprechenden Prüfmerkmale (Abschnitt 4.1.4) festzuhalten.

Während der Kulturphase erfolgte eine Entnahme von Pflanzen aus dem Bestand für die Bestimmung der Leistungsparameter des Gaswechsels und der Stickstoffaufnahme, so dass alle Pflanzen für die beschriebenen Versuchsreihen unter gleichen Bedingungen herangezogen wurden.

4.1.1 Sortenwahl

Für die Gerbera-Hydrokultur auf Steinwollmatten und die Versuchsreihen zur Bestimmung des Einflusses der Klima- und Kulturparameter auf Gaswechsel und Stickstoffaufnahme wurde die Sorte ’Moana‘ ausgewählt (Piet Schreurs De Kwakel B. V., De Kwakel, NL, Abb. 2 und 3). Aufgrund begrenzter Versuchsflächen im Gewächshaus und der großen Anzahl an durchzuführenden Gaswechselmessungen konnte nur eine Sorte aus dem genetisch vielfältigen Sortiment der Gerbera als Schnittblume untersucht werden. Die Sorte ’Moana‘ wurde gewählt, da deren Eigenschaften nach Auskunft des Züchters keine extremen Ansprüche an die Kulturführung verlangten, sie für die Steinwollkultur geeignet war und sich hinsichtlich ihrer Produktionsdaten im mittleren Bereich des Sortimentes befand. Die Sorte ’Moana‘ wurde mit folgenden Produktionsdaten angegeben:

   

Blumendurchmesser:

10 bis 12 cm

Stiellänge:

55 cm

Blumenproduktion bei Bodenkultur:

170 bis 190 Bl. m-2 J-1

Blumenproduktion bei Hydrokultur:

220 bis 240 Bl. m-2 J-1

Vasenhaltbarkeit in Wasser:

12 bis 14 Tage

(Quelle: Mitteilung Piet Schreurs De Kwakel B.V., De Kwakel, NL, 1996)

Abb. 2: Gerbera jamesonii 'Moana' als Einzelblume.


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Abb. 3: Gerbera jamesonii ’Moana‘ in der Hydrokultur auf Steinwollmatten.

4.1.2 Kulturverfahren

Die Gerberakultur wurde am 11.06.1996 auf einer 7,5 x 12,0 m großen Fläche in einer Gewächshausabteilung aufgepflanzt. Die Abteilung war Teil eines 9,4 m breiten deutschen Normgewächshauses mit 2,5 m hohen Seitenwänden, einer Stehwandlüftung zur Südseite und Firstlüftungen. Die Verglasung bestand aus einfachem Klarglas, in Traufenhöhe befand sich eine Schattierung aus Gewebe. Das Gewächshaus war in Ost-West-Richtung angelegt, wobei sich an die Versuchsabteilung in Ost- und West-Richtung weitere Abteilungen anschlossen. An die Nordseite grenzte ein 3 m breiter Gewächshausverbinder.

Zur vorbeugenden Unkrautbekämpfung und besseren Reflektion des Lichtes erfolgte eine Abdeckung des Bodens der Versuchsabteilung mit 100 g m-2 schwerem weißen Polypropylen Bändchengewebe My-Pex (Meyer, Rellingen). Für die Gerberakultur wurden acht Beete eines Gerbera-Rinnenkultursystems in Nord-Süd-Richtung mit 70 cm Abstand aufgebaut. Die Rinnen bestanden aus kunststoffbeschichteten in W-Form gepressten Stahlblechen (Preforma, Hoek van Holland, NL). Diese waren 15 cm breit und 10 cm hoch. Die Substratmatten lagen dabei auf einem 2,5 cm hohen Steg, so dass das Drainwasser seitlich davon in Ablaufkanälen abfließen konnte. Als Substrat fanden 1 m lange, 15 cm breite und 7,5 cm hohe in Folie eingeschweißte Grodan Gerbera Mastermatten aus Steinwolle (Grodania A/S, Hedehusene, DK) Verwendung. Vor dem Pflanzen wurde die Folie auf der Unterseite der Matten mit einem Messer perforiert und auf der Oberseite mit 10 x 10 cm großen Pflanzlöchern im Abstand von 15 cm versehen.

Ein Beet bestand aus zwei Rinnen, die mit leichtem Gefälle auf 60 cm hohen und 75 cm breiten Stahlrohrrahmenständern angebracht waren, um Ernte- und Pflegearbeiten zu erleichtern. Unterhalb der Rinnen hingen 20 x 1,9 mm durchmessende Polyethylen-Heizungsrohre (BE de Lier BV, Sevenum, NL), die ständig mit einer Vorlauftemperatur von 25 °C betrieben wurden. Als Oberheizung waren jeweils in der Mitte des Beetes in cirka 1 m Höhe vom Boden entfernt 3/4“ Forcas-Heizungsrohre aus weiß lackiertem Stahl (Hoogovens Buizen BV, Oosterhout, NL) angebracht. Die Bewässerungsdüngung erfolgte über 20 x 1,6 mm durchmessende Polyethylen-Rohre, aus denen heraus 1 m lange Polyethylen Kapillarschläuche mit einer Durchflussleistung von 2 l min-1 bei 1 bar abzweigten und mit PVC-Steckern in unmittelbarer Nähe der Pflanzen in der Steinwolle befestigt waren. Aus den Steinwollmatten drainierende Nährlösung wurde in den Ablaufkanälen aufgefangen und zu einem Langsamfiltrationssteinwollfilter zur Desinfektion zurückgeführt, um sie nach der Reinigung wieder zu verwenden.


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Die Pflanzen der Sorte ’Moana‘ wurden in 10 x 10 cm durchmessenden und 6 cm hohen Steinwollblöcken von einer Jungpflanzenfirma (Piet Schreurs De Kwakel BV, De Kwakel, NL) bezogen und direkt nach Lieferung auf die Steinwollmatten gesetzt.

Die Klimasteuerung innerhalb der Gewächshausabteilung regelte ein Klimacomputer (Weimar Nachf. GmbH, Salzgitter). In den ersten vier Kulturwochen betrug der Heiztemperatursollwert 22 °C bei 28 °C Lüftungstemperatur. Danach wurden die Sollwerte für weitere vier Wochen entsprechend auf 20 °C und 25 °C herabgesetzt. Im Anschluss folgte eine Sollwerttemperaturänderung auf 17 °C Heiztemperatur tagsüber von 6.00 bis 19.00 Uhr und nachts auf 16 °C von 19.00 bis 6.00 Uhr. Die Lüftungstemperaturen lagen bei 19 °C tags und nachts. Ab der zwölften Woche nach dem Pflanztermin wurde abweichend von den zuletzt genannten Sollwerteinstellungen in der Zeit von 6.00 bis 7.00 Uhr eine Heiztemperaturerhöhung auf 20 °C eingebaut, um die Pflanzen morgens durch eine Erhöhung der Transpirationsleistung zu aktivieren.

Tab. 1: Zusammensetzung einer Einzelsalznährlösung für die Gerberakultur
wie sie am Gartenbauzentrum Westfalen-Lippe in Münster-Wolbeck erstellt
wurde.

EC-Wert

1,4 mS/cm*

NO3-N

131 mg/l

NH4-N

13 mg/l

P2O5

41 mg/l

K2O

142 mg/l

MgO

28 mg/l

CaO

175 mg/l

Fe

1,65 mg/l

Mn

0,29 mg/l

Zn

0,44 mg/l

B

0,27 mg/l

Cu

0,05 mg/l

Mo

0,03 mg/l

Rezeptur für 100 l einer 100-fach konzentrierten Stammlösung
in Regenwasser:

7,5 l Fertigro CN, fl. Kalksalpeter (Kemira GmbH, Hannover)

1,6 kg Ammoniumnitrat

1,7 kg Monokaliumphosphat

0,4 kg Kaliumsulfat

2,5 kg Magnesiumsulfat

3,8 kg Kaliumnitrat

100 ml Eisenchelat (flüssiges Fe-DTPA 6 %)

100 g Eisenchelat EDDHA

8 g Mangansulfat

9 g Zinksulfat

19 g Borax

1 g Kupfersulfat

1 g Natriummolybdat

* Analysenwerte der LUFA (LK Westfalen-Lippe)

Die Innenschattierung schloss sich bei einer Außeneinstrahlung größer als 700 W m-2, wobei ein Restspalt von 40 % geöffnet blieb. Im Zeitraum vom


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08.10.1996 bis 01.04.1997 schaltete sich bei einer Außenlichtstärke kleiner als 7000 lux in der Zeit von 6.00 bis 22.00 Uhr eine Zusatzbelichtung mit 400 W Hochdruck-Natriumdampf Lampen SON-T Agro 400 montiert in Leuchten SGR-K-200 (Philips GmbH, Köln) ein. Vom 05.12.1996 bis 01.04.1997 wurde während der Belichtungszeit zudem die CO2-Konzentration innerhalb der Gewächshausabteilung durch Zufuhr von technischem CO2 auf 800 ppm erhöht.

Pflanzenschutzmaßnahmen gegen tierische Schädlinge erfolgten mit konventionellen Insektiziden. Gegen Echten Mehltau wurde vorbeugend während der Nacht von 22.00 bis 2.00 Uhr Netzschwefel in Kombifix-Verdampfern (Roald Mähler, Berlin) verdampft.

Bei der Bewässerungsdüngung kam eine Einzelsalznährlösung zum Einsatz, die auf das Gießwasser, in diesem Fall Regenwasser, und den Bedarf der Gerbera-Kultur in mehreren vorangegangenen Versuchen abgestimmt wurde (Tab. 1). Ein Düngungscomputer (BE de Lier BV, Sevenum, NL) mischte aus zwei Stammlösungen die Nährlösung an und leitete diese zu Vorratstanks in der Nähe der Versuchsabteilung.

4.1.3 Prüfung des Einflusses der Bewässerung auf Wachstum und Ertrag

Bei der Verifizierung des Simulationsmodells sollten der Einfluss der Bewässerungsstrategie auf Wachstum und Blumenertrag der Gerbera berücksichtigt und die berechneten Werte mit denen einer Gewächshauskultur verglichen werden. Dazu waren die Prüfmerkmale, wie in Abschnitt 4.1.4 aufgeführt, in der beschriebenen Gerberakultur mit dem Prüffaktor ’Bewässerungsstrategie‘ unter den in Abschnitt 4.1.2 beschriebenen Kulturbedingungen zu untersuchen.

Aus Vorratstanks heraus erfolgte die Bewässerung über Zusatzpumpen auf der Basis von drei verschiedenen Bewässerungsstrategien. Von den acht vorhandenen Beeten wurden die Randbeete nicht für die Versuchsauswertung berücksichtigt, so dass jeweils zwei Beete mit je zwei Rinnen eine Bewässerungseinheit darstellten. Die Randbeete erhielten den Bewässerungsimpuls gleichzeitig mit den direkt daneben liegenden Versuchsbeeten.

Beim ersten Prüfglied des Prüffaktors ’Bewässerungsstrategie‘ wurde ohne Überschussbewässerung gedüngt (Abb. 4). Nur bei Anhäufung von Salzen in der Mattenlösung erfolgte eine Überschussbewässerung (Abb. 5). Die Messung der Mattenfeuchte übernahm ein Analogtensiometer in Kerzenform, das sich auf einem Beet des entsprechenden Prüfgliedes in der Steinwollmatte befand. Die Daten des Analogtensiometers wurden in einem Tensiomat-Bewässerungscomputer (Einheitserdewerk Balster, Fröndenberg) mit Sollwerten für die Auslösung eines Bewässerungsimpulses verglichen und lösten bei Unterschreiten dieses Wertes den Impuls aus. Eine Bewässerung war nur in der Zeit von 7.00 bis 17.00 Uhr erlaubt, wenn der Tensiometerwert -21 hPa unterschritt. Die Bewässerungsdauer war auf eine Minute festgelegt, um ein Ausdrainieren von Nährlösung zu vermeiden. Die Einstellung des EC-Wertes der Nährlösung folgte während des Kulturzeitraumes dynamisch dem Wachstum der Pflanzen unter Berücksichtigung der Veränderung des EC-Wertes in der Mattennährlösung im Bereich von 0,6 bis 1,7 mS cm-1 (Abb. 6).

Die Bewässerungsteuerung des zweiten Prüfgliedes löste eine Zeitschaltuhr im Zeitraum zwischen 7.00 und 17.00 Uhr für jeweils drei Minuten aus. Die Häufigkeit variierte in Abhängigkeit der Jahreszeit zwischen zwei und sechs Bewässerungsvorgängen pro Tag. Bei jedem Bewässerungsvorgang drainierten bei dieser Variante in Abhängigkeit von der Trockenheit der Steinwollmatte im Tagesmittel zumeist zwischen 10 und 30 % der Mattenlösung aus. Der EC-Wert der verabreichten Nährlö


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sung wurde zwischen 1,4 und 1,8 mS cm-1 in Abhängigkeit vom Wert in der Mattennährlösung dem Wachstum dynamisch angepasst (Abb. 4, 5 und 6).

Ebenfalls im gleichen Zeitraum steuerte eine Zeitschaltuhr die Bewässerung des dritten Prüfgliedes. Dabei dauerte der erste Bewässerungsvorgang drei Minuten und die darauf folgenden jeweils eine Minute. Das Ziel dieser Ansteuerung war, beim ersten Bewässerungsvorgang mit viel Drainnährlösung zu arbeiten und im Laufe des Tages die Drainmenge zu reduzieren. Die Anzahl an Bewässerungsvorgängen variierte von drei bis sieben pro Tag, wobei das Tagesmittel des Drainwasseranteils zumeist zwischen 5 und 20 % betrug. Die Einstellung des EC-Wertes folgte der des zweiten Prüfgliedes (Abb. 4, 5 und 6).

Abb. 4: Nährlösungsverbrauch von Gerbera jamesonii 'Moana' in der Hydrokultur bei unterschiedlichen Bewässerungsstrategien.


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Abb. 5: Leitfähigkeitsverlauf (EC-Wert) in der Mattenlösung bei der Hydrokultur von Gerbera jamesonii 'Moana' bei unterschiedlichen Bewässerungsstrategien.

Abb. 6: Drainwasseranteil an der täglichen Nährlösungsgabe bei der Hydrokultur von Gerbera jamesonii 'Moana' bei unterschiedlichen Bewässerungsstrategien.


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4.1.4 Wachstumsbeobachtungen

Der Zweck der Wachstumsbeobachtungen bestand darin, Daten über das räumliche und zeitliche Wachstum von Pflanzenorganen der Gerbera am Beispiel der Sorte ’Moana‘ zu ermitteln, um diese bei der Modellierung des vegetativen und generativen Wachstums zu verwenden. Speziell die Daten der Blattflächen- und Blumenertragsentwicklung in Abhängigkeit der Umweltparameter sollten zur Verifizierung des Modells herangezogen werden.

Zur Erhebung der an der Pflanze zu untersuchenden Prüfmerkmale Blattfläche, Trockengewicht von Blättern und Blumen, spezifisches Blattflächentrockengewicht, Blumenstiellänge und -durchmesser, Blütenstandsdurchmesser, Alter von Blättern und Blumen sowie räumliche Anordnung der Blätter wurden zwölf Pflanzen, vier je Prüfglied, innerhalb des Bestandes markiert und anfangs wöchentlich, nach sechs Monaten in Abständen von zwei bis drei Wochen, hinsichtlich ihres Zuwachses an Blättern und Blumen untersucht.

Der Zuwachs an Blattfläche musste an intakten Pflanzen im Bestand vorgenommen werden. Bei den Messungen konnten daher nur die Längen und Breiten der Einzelblätter ermittelt werden. Um die Blattfläche bestimmen zu können, wurden vor Beginn der Wachstumsbeobachtungen von vergleichbaren Pflanzen 100 Blätter verschiedener Größe geschnitten und mit einem Bildanalysegerät WinDias (Delta-T Devices Ltd., Cambridge, GB) hinsichtlich Breite, Länge und Fläche vermessen. Das Bildanalysegerät bestimmte die Blattparameter aufgrund einer schwarz/weiß Schattenrissprojektion des Blattes, die auf dem Bildschirm des dazugehörigen Computermonitors abgebildet wurde. Dabei wurde die Ausdehnung der schwarzen Bildpunkte, die der Blattfläche entsprachen, in horizontaler und vertikaler Richtung sowie die Gesamtfläche bestimmt. Anschließend erfolgte eine Regressionsanalyse der Blattfläche auf der Basis des Produktes aus Blattbreite und -länge. Mit der resultierenden linearen Beziehung mit einem Bestimmtheitsmaß von B=0,99 wurde die Grundlage geschaffen, während der Wachstumsbeobachtungen die Berechnung des Prüfmerkmales Blattfläche mittels der Messgrößen Blattbreite und -länge durchführen zu können (Abb. 7).

Abb. 7: Korrelation zwischen dem Produkt aus Blattlänge und -breite und der mit der Bildanalyse gemessenen Blattfläche (Anhang D, Tab. 8).


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Im Anschluss an die Messungen am Bildanalysegerät fand eine Trockengewichtsbestimmung der entsprechenden Blätter statt. Die Blätter wurden einzeln in Papiertüten verpackt in einem Trockenschrank bei 105 °C Tage auf Gewichtskonstanz getrocknet. Mittels Regressionsanalyse des Prüfmerkmales Trockengewicht und der zuvor ermittelten Blattfläche konnte mit einem Bestimmtheitsmaß von B=0,98 eine lineare Beziehung und das spezifische Blattflächentrockengewicht in g Blattrockengewicht cm-2 Blattfläche bestimmt werden (Abb. 8).

An den Blumen erfolgte während des Streckungswachstum eine Messung der Stiellängen und zur Erntereife zusätzlich der Stiel- und Blütenstanddurchmesser. Alle geernteten Blumen wurden anschließend in einem Trockenschrank bei 105 °C auf Gewichtskonstanz getrocknet, um das Trockengewicht zu bestimmen.

Abb. 8: Korrelation zwischen Blattfläche und Blattrockengewicht (Anhang D, Tab. 8).

Sobald ein neues Blatt oder eine neue Blume am Vegetationspunkt mit einer Länge bzw. einem Durchmesser von zwei bis fünf Millimetern sichtbar war, wurde das entsprechende Datum als erster Tag der Blatt- bzw. Blumenentwicklung gewertet. Alle Blätter und Blumen erhielten, sobald sie ausreichend groß waren, ein Schlaufenetikett mit einer Nummer, um sie identifizieren und das Wachstum fortlaufend dokumentieren zu können. Das Datum, an dem die sich entwickelnden Blätter und Blumen visuell erkennbar waren und das, zu dem die Blätter altersbedingt vertrocknet waren oder bei Pflege- bzw. Erntemaßnahmen abgerissen wurden, sowie bei den Blumen das Erntedatum bildeten die Basis für die Berechnung des Blatt- bzw. Blumenalters.

Neben der Blattfläche wurden auch die Richtung, in die sich das Blatt ausstreckte, und der Blattwinkel im Verhältnis zur Horizontalen festgehalten, um Informationen über den Pflanzenaufbau zu erhalten (Abschnitt 5.2).


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4.1.5 Transmissions- und Attenuationsmessungen

Innerhalb des Modell sollte die Verfügbarkeit von Kohlenstoffverbindungen, die für das Wachstum und die Energieversorgung der Pflanzen notwendig sind und aus der Photosynthese resultieren, in Abhängigkeit von der Einstrahlung berechnet werden. Die Lichtdurchlässigkeit bzw. der Lichttransmissionsgrad der Blätter ist hinsichtlich der Durchdringung der auf den Bestand auftreffenden Einstrahlung durch das Blattwerk und damit für die Abschätzung der für die Photosynthese der unteren Blätter verfügbaren Lichtmenge von Bedeutung. Um den Transmissionsgrad als Parameter für das Modell zu ermitteln, wurden je Prüfglied des Prüffaktors ’Bewässerungsstrategie‘ 24 Blätter an verschiedenen Pflanzen ausgewählt und die Einstrahlung im Gewächshaus unter wechselnden Lichtverhältnissen oberhalb und unterhalb der Blattspreite mit einem Handmessgerät LI-250 mit angeschlossenem Quantensensor LI-190SA (LI-COR Inc., Lincoln, USA) gemessen.

Die Abschwächung der auftreffenden Einstrahlung innerhalb eines Bestandes (Lichtattenuation) von oben nach unten ist abhängig von der sich kumulierenden Blattfläche bzw. dem Blattflächenindex in m2 Blattfläche m-2 Boden. Die Berechnung der Lichtattenuation war notwendig, um die Photosyntheseleistung des Pflanzenbestandes im Modell zu berechnen. Um einen Parameter für die Lichtattenuation zu ermitteln, wurden innerhalb des Bestandes unter Gewächshausbedingungen an acht Steinwollmatten mit jeweils vier Pflanzen Messungen der Prüfmerkmale Einstrahlung oberhalb und unterhalb der Blätter an vier Stellen pro Pflanze vorgenommen und für jede Pflanze und Steinwollmatte entsprechend gemittelt, um die Messwerte auf einen definierten Abschnitt des Laubdaches beziehen zu können. Durch die Division der Einstrahlungswerte unterhalb des Bestandes durch den Wert oberhalb konnte der Anteil der unterhalb des Laubdaches ankommenden Einstrahlung berechnet werden.

Nach Abschluss der Einstrahlungsmessungen wurden alle Blätter geerntet und die Blattlängen und -breiten gemessen, um die Blattflächen und den Blattflächenindex als Bezugsgrößen für die Lichtattenuation zu bestimmen.

4.2 Gaswechselmessungen

4.2.1 Messgerät

Alle Gaswechselmessungen wurden mit einem tragbaren Photosynthese-Messsystem HCM-1000 (Walz GmbH, Effeltrich) durchgeführt. Bei dem HCM-1000 handelte es sich um ein „offenes System“. Kennzeichnend hierfür war, dass Umgebungsluft oder ein aufbereitetes Luftgemisch kontinuierlich angesaugt wurde, die Luft das System durchströmte und anschließend wieder verließ. Das System bestand dabei aus einer Zentraleinheit, die den Infrarot-Gasanalysator BINOS-100/4PS mit zwei Analysenküvetten für die CO2- und H2O-Absolut- und Differenzmessung sowie die Systempumpe und einen Massendurchflussmesser enthielt, und einer Messküvette 1010-M.

Bei der Differenzmessung wurden die CO2- und H2O-Konzentrationsänderungen, die der Gaswechsel des Messobjektes in der Messküvette hervorrief, anhand der Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangskonzentration ermittelt. Die notwendigen Messungen der Grundkonzentrationen der einströmenden Luft mussten vor jeder Messreihe durchgeführt werden und besaßen solange Gültigkeit wie die Grundkon


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zentration gleich blieb. Für Absolutmessungen wurde CO2- bzw. H2O-freie Luft zur Bestimmung der Grundkonzentration verwendet. Um CO2- und H2O-freie Luft zu erhalten, wurde die Luft durch Absorberröhren mit Natriumcarbonat bzw. Silicagel geleitet. Die für die unterschiedlichen Messvorgänge notwendigen Modifikationen des pneumatischen Luftweges steuerte die Zentraleinheit selbst.

Ein Luftstrom durchspülte während der Messungen ständig die Messküvette. Innerhalb und an der Messküvette befanden sich Sensoren für die Erfassung der Einstrahlung, relativen Luftfeuchtigkeit sowie Küvetten-, Umgebungs- und Blatttemperaturen. Der Sensor zur Messung der Einstrahlung war ein Miniquantensensor zur selektiven PAR-Messung (380-710 nm) mit einem Messbereich von 0 bis 3000 µmol Quanten m-2 s-1 bei einer Messgenauigkeit von ±5 %. Die relative Luftfeuchtigkeit wurde kapazitiv im Messbereich von 0 bis 100 % und einer Messgenauigkeit von ±2 % gemessen. Die Messungen der Küvetten- und Umgebungstemperaturen erfolgten mit Messelementen Pt 100 ½ DIN, die der Blatttemperatur mit einer Infrarot-Thermosäule im Messbereich von -10 bis +50 °C und einer Messgenauigkeit von ±0,25 %. Die Messküvette besaß bei einer Messfläche von 10 cm2 ein Küvettenvolumen von 40 cm3. Die Klimatisierung fand über einen Wärmetauscher statt, der mit einem Peltierelement zur Kühlung und Erwärmung verbunden war. Innerhalb der Messküvette sorgte ein Fächerventilator für einen besseren Wärmeaustausch zwischen Wärmetauscher und Luft und laut Angabe des Herstellers für eine Erhöhung der Grenzschichtleitfähigkeit auf über 3000 mmol H2O m-2 s-1.

Eine Beeinflussung der relativen Luftfeuchtigkeit wurde über eine Silicagel-Absorberröhre durchgeführt. Dabei strömte eine stufenlos einstellbare Teilmenge des Luftstromes durch die Absorberröhre, um sich dann wieder mit der nicht umgeleiten Luft zu vereinen und eine entsprechend niedrigere relative Luftfeuchtigkeit anzunehmen.

Die CO2-Konzentration konnte mit Hilfe einer CO2-Dosiereinrichtung eingestellt werden. Dabei wurde zuerst die in die Zentraleinheit einströmende Luft in einer Absorberröhre mit Natriumkarbonat von CO2 befreit und danach in der CO2-Dosiereinrichtung 1030-D wieder mit reinem CO2 bis zum eingestellten Sollwert angereichert.

Eine Belichtung des zu untersuchenden Objektes erfolgte mit dem Beleuchtungsaufsatz 1050-H, der sich aus einer Halogenlampe, einem verspiegelten Lichtschacht und der Steuerelektronik zusammensetzte. Die Einstrahlung wurde dabei von einem Mikroquantensensor mit gleicher spektraler Empfindlichkeit wie der der Messküvette innerhalb des Lichtschachtes gemessen. In den Strahlengang konnten Neutralfilter eingeschoben werden, um bei einem einstellbaren Bereich der Lichtintensität von 1 bis 2000 µmol Quanten m-2 s-1 Unterschiede im Lichtspektrum auszuschließen.

4.2.2 Messung der apparenten CO2-Austauschrate

In das Modell sollten die Auswirkungen äußerer Einflussgrößen auf die apparente CO2-Austauschrate eingebunden werden. Die Umweltparameter, die die Gaswechselmessungen beeinflussen können und als Prüffaktoren untersucht wurden, waren Temperatur, Licht, CO2-Konzentration der Luft, Alter der Blätter, Mattenfeuchtigkeit, Leitfähigkeit und Stickstoffgehalt der Mattenlösung sowie relative Luftfeuchtigkeit. Die hinsichtlich des Gaswechsels gemessenen Prüfmerkmale waren die apparenten Netto-CO2-Austausch- und Transpirationsraten, die Wasserdampfleitfähigkeit sowie das Wasserdampfsättigungsdefizit der Luft gegenüber dem Blattinneren, die bei jeder Messung des HCM-1000 automatisch berechnet und abgespeichert wurden. Die


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Zusammensetzung eines Datensatzes einschließlich weiterer informeller Messwerte wird im Anhang A aufgeführt.

Im Zeitraum von Januar 1997 bis März 1999 wurden an zwölf markierten Beobachtungspflanzen sowie an weiteren Messpflanzen Gaswechselmessungen unter Berücksichtigung der verschiedenen Prüffaktoren in der Messküvette vorgenommen, um die Prüfmerkmale des Gaswechsels zu bestimmen.

Bei allen Messungen, bei denen die Einflüsse der Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit nicht Gegenstand der Messungen waren, wurde darauf geachtet, dass diese so ausgerichtet war, dass keine Beeinflussung der Photosyntheseleistung aufgrund von Wasser- oder Nährstoffmangel bzw. -überschuss vorlag. So fanden die folgenden Messreihen, wenn nicht anders angegeben, nur an Pflanzen statt, die mit Überschuss bewässert wurden, so dass den Pflanzen ständig ausreichend Nährlösung in an den Bedarf der Pflanzen angepasster Konzentration zur Verfügung stand.

Bei den folgenden Messungen ermittelte das HCM-1000 im Abstand von fünf Minuten fünf über jeweils 30 s gemittelte Messwertreihen. Jede Messwertreihe bestand dabei aus 22 Werten (Anhang A). Vor der ersten Messung, bei jedem Wechsel des Messobjektes und nach jeder Veränderung der Küvettentemperatur, CO2-Konzentration, relativen Luftfeuchtigkeit bzw. der Beleuchtungsstärke hielt das HCM-1000 eine Wartezeit von 15 min ein, damit sich das Messobjekt an die geänderten Bedingungen anpassen konnte, bevor eine CO2-Absolutwertmessung die CO2-Konzentration der Umgebungsluft und eine Bypassnullpunktmessung den Referenzwert für die Differenzmessung neu bestimmte. Eine Bypassnullpunktmessung bedeutete hierbei, dass die Messung des Referenznullpunkts und der Eingangs-CO2-Konzentration nicht in der leeren Messküvette erfolgte, sondern, dass das Messobjekt bei der Reihenmessung in der Küvette verblieb und der Luftstrom um die Küvette herum geleitet wurde. Ein Massenflusssensor kontrollierte vor dem Eingang in die Messküvette den Luftstrom, wobei dieser während aller Blattmessungen auf 1000 cm3 min-1 eingestellt war.

4.2.2.1 Temperatur und Licht

Ziel dieser Messreihe war es, den Einfluss von Temperatur und Licht auf das Prüfmerkmal apparente Netto-CO2-Austauschrate zu untersuchen. Die Messungen des Gaswechsels wurden an jungen vollentwickelten Blättern an vier der zwölf markierten Pflanzen durchgeführt und fanden mit der Küvette an der Blattspitze statt, da diese Stelle des Blattes am empfindlichsten auf Veränderungen der Umgebungseinflüsse reagiert (MATSCHKE und RICHTER, 1998). Prüffaktoren der Messungen waren die Küvettentemperatur und die Belichtung des Blattausschnittes. Die Küvettentemperatur betrug dynamisch in Zweigradschritten gesteigert zwischen 6 und 30 °C. Die Belichtung des Blattausschnittes regelte das HCM-1000 über den Beleuchtungsaufsatz 1050-H in den Stufen 2, 5, 10, 21, 55, 112, 169, 226, 282 und 339 W m-2 s-1 PAR (tatsächlich gemessene Werte).

Konstantfaktoren waren die CO2-Konzentration und das Wasserdampfsättigungsdefizit der Luft, wobei die Messwerte beider Faktoren aufgrund der Einflüsse der Umgebungsbedingungen schwankten. Die CO2-Konzentration in der Messküvette folgte der Umgebungsluft, die in drei Metern Höhe über dem Bestand mit Hilfe einer Lanze angesaugt wurde. Sie betrug im Mittel 7,59E-04 kg CO2 m-3 (412 ppm). Das Wasserdampfsättigungsdefizit der Luft konnte nur indirekt über die Entfeuchtungsregelung des HCM-1000 eingestellt werden und lag zwischen 7,0 und 17,3 Pa kPa-1. Das HCM-1000 erfasste ebenfalls die Messwerte der CO2-Konzentration und des


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Wasserdampfsättigungsdefizites und ordnete sie den entsprechenden Datensätzen zu.

4.2.2.2 CO2

Zur Bestimmung des Einflusses des Prüffaktors CO2-Konzentration der Luft auf das Prüfmerkmal der apparenten Netto-CO2-Austauschrate wurde bei den Messungen mit Hilfe der Dosiereinrichtung 1030-D der CO2-Gehalt am Eingang der Messküvette auf 2,24E-04, 6,21E-04, 1,00E-03, 1,56E-03, 2,31E-03, 3,04E-03 und 3,73E-03 kg CO2 m-3 (125, 340, 550, 850, 1260, 1660 und 2050 ppm) eingestellt. Zudem variierte als weiterer Prüffaktor die Einstrahlung in den Werten 21, 180 und 339 W m-2 s-1 PAR. Der Küvettentemperatursollwert als Konstantfaktor war mit 20 °C vorgegeben. Der Wasserdampfsättigungsdefizit lag in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen zwischen 9,5 und 16,7 Pa kPa-1.

Abweichend von den zuvor beschriebenen Messreihen fanden an allen zwölf markierten Pflanzen Messungen an BlätterN, die vollentwickelt waren aber noch keine Alterungserscheinungen zeigten, statt.

4.2.2.3 Blattalter

Eine weitere Einflussgröße auf die Photosyntheseleistung der Blätter ist deren Blattalter. Ziel dieser Messreihe war es, die Abhängigkeit des Prüfmerkmales der apparenten Netto-CO2-Austauschrate vom Alter des entsprechenden Blattes als Messobjekt zu untersuchen und gegebenenfalls eine Beziehung abzuleiten.

Im Gegensatz zur vorangegangenen Messreihe wurden als Prüffaktor Blätter verschiedenen Alters gemessen, um den Einfluss des Blattalters auf die apparente Netto-CO2-Austauschrate zu erfassen. Die CO2-Konzentration am Eingang der Messküvette der Konzentration entsprach der Umgebungsluft und betrug als Konstantfaktor im Mittel 7,13E-04 kg CO2 m-3 (389 ppm). Die Steuerung des Wasserdampsättigungsdefizites der Luft erfolgte über die Entfeuchtungsregelung des HCM-1000 und lag in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen zwischen 8,5 und 20,2 Pa kPa-1.

In dieser Messreihe wurde die Küvettentemperatur als zweiter Prüffaktor mit den Sollwerten 10, 20 und 30 °C variiert und jeweils mit einem dritten Prüffaktor, der Einstrahlungsstärke, in den Werten 2, 21 und 226 W m-2 s-1 PAR kombiniert. Insgesamt fanden die Messungen an acht Pflanzen statt, wobei von jeder Pflanze ein junges, sich noch in der Blattentwicklung befindliches Blatt und ein altes, sich bereits verfärbendes Blatt ausgewählt wurde. Das Alter der Blätter konnte aufgrund der Aufzeichnungen bei den Pflanzenbeobachtungen (Abschnitt 4.1.4) vorgenommen werden.

4.2.2.4 Leitfähigkeitswert und Stickstoffgehalt der Mattenlösung

Ziel dieser Messreihe war es, den Einfluss der Prüffaktoren Stickstoffgehalt und Leitfähigkeit der in der Steinwollmatte vorhandenen Nährlösung auf die apparente Netto-CO2-Austauschrate als Prüfmerkmal zu untersuchen. In dieser Versuchsreihe erfolgte die Variation des Prüffaktors Leitfähigkeit ohne Verschiebung der Nährstoffverhältnisse in der Nährlösung, so dass bei Verwendung von salzarmem Gießwasser von einem starken Zusammenhang zwischen beiden Einflussgrößen ausgegangen werden konnte.


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Die Messungen fanden an Pflanzen statt, deren Mattennährlösung ständig durch hohe Überschussbewässerungsgaben ausgetauscht wurde, da die Leitfähigkeit während der Messungen möglichst konstant bleiben sollte. Um ausreichende Drainwassermengen zu gewährleisten und die Pflanzen für die Messungen mit unterschiedlich konzentrierten Nährlösungen versorgen zu können, wurden zwei Steinwollmatten mit jeweils vier Pflanzen vom vorhandenen Bewässerungssystem abgekoppelt und an einen eigenen Bewässerungskreislauf angeschlossen. Der Nährlösungsvorratstank fasste dabei nur 30 l Nährlösung, so dass ein Austausch der Nährlösung bei Veränderung der Leitfähigkeit problemlos möglich war. Je Leitfähigkeitswert bzw. Stickstoffgehaltsstufe erfolgten die Messungen an vier Pflanzen jeweils an vollentwickelten Blättern. Die Stickstoffversorgung erfolgte nur in Form von Nitrat-Stickstoff, so dass im weiteren der Nitratgehalt angegeben wird.

Die Variation des Prüffaktors Leitfähigkeit der Mattenlösung wurde durch eine Erhöhung der Nährlösungskonzentration erreicht. Zusätzlich zu den Leitfähigkeitsabstufungen fand eine Messreihe mit Leitungswasser der Stadtwerke Münster ohne Zugabe von Nährstoffen statt. Die entsprechenden Leitfähigkeits- und pH-Werte sowie die Nitratgehalte der Tropf- und Mattenlösungen sind in Tab. 2 aufgeführt. Die Messung der Leitfähigkeits- und pH-Werte wurde mit Handmessgeräten vorgenommen (WTW LF 318, WTW pH 330, beide WTW GmbH, Weilheim). Die Nitratgehalte beruhten auf Messdaten, die ein Reflektometer Rqflex 2 (Merck KGaA, Darmstadt) zur elektronischen Auswertung der Farbskala von Merck-Reflectoquant Nitrat-Messstäbchen ermittelte. Jeder Messwert stellte einen Mittelwert aus vier Wiederholungen dar.

Tab. 2: Leitfähigkeits- und pH-Werte sowie Nitratgehalte in den Tropf- und Mattenlösungen in der Versuchsreihe zur Überprüfung des Einflusses der Leitfähigkeit und des Nitratgehaltes in der Mattenlösung auf die apparente Netto-CO2-Austauschrate von Gerbera jamesonii ’Moana‘.

Messreihe

Wasser

Tropflösung

Mattenlösung

Leitfähig-keit

[mS cm-1]

pH-Wert

Nitrat-gehalt

[mg l-1]

Leitfähig-keit

[mS cm-1]

pH-Wert

Nitrat-gehalt

[mg l-1]

1

Leitungs-wasser

0,5

7,0

12

0,5

6,9

10

2

Regen-

wasser

0,8

5,6

340

1,5

5,8

180

3

Regen-

wasser

1,9

5,6

809

2,0

5,6

816

4

Regen-

wasser

2,4

5,6

1022

2,8

5,9

1136

5

Regen-

wasser

3,2

5,6

1362

3,0

5,5

1180

Während einer Messreihe wurde mittels der Dosiereinrichtung 1030-D der CO2-Gehalt am Eingang der Messküvette als weiterer Prüffaktor von 6,36E-04 kg CO2 m-3 auf 1,57E-03 kg CO2 m-3 und 2,83E-03 kg CO2 m-3 (347, 861 und 1543 ppm) gesteigert. Die Einstrahlung variierte als dritter Prüffaktor in den Werten 10, 55, 112, 169, 226 und 339 W m-2 s-1 PAR. Der Sollwert der Küvettentemperatur war als Konstantfaktor bei 20 °C eingestellt. Das Wasserdampfsättigungsdefizit lag zwischen 7,4 und 18,9 Pa kPa-1. Bevor die Messungen mit dem HCM-1000 begannen, erhielten die


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Messpflanzen nach Einstellung einer neuen Nährlösung eine Woche Zeit, um sich an die veränderten Leitfähigkeiten und Nitratgehalte anzupassen.

4.2.2.5 Luftfeuchtigkeit

Der Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf die apparente Netto-CO2-Austauschrate und die Transpiration erfolgt indirekt. In Abhängigkeit der Temperatur und des Druckes wirkt sich die relative Luftfeuchtigkeit auf das Wasserdampfsättigungsdefizit der Luft gegenüber den interzellulären Lufträumen in den Blättern aus (ALVPD [Pa kPa-1] = air to leaf vapour pressure deficit). Ziel dieser Messreihe war es, an jungen vollentwickelten Blättern mit dem HCM-1000 Messungen zur Überprüfung der Auswirkung des Prüffaktors relative Luftfeuchtigkeit auf die Prüfmerkmale apparente Netto-CO2-Austausch- und Transpirationsrate durchzuführen. Aus unterschiedlichen Einstellungen des Regelventils zur Luftfeuchteregulierung resultierten bei Temperatursollwerteinstellungen von 10, 20 und 30 °C als zweiter Prüffaktor, einer mittleren CO2-Konzentration der Eingangsluft von 6,36E-04 kg CO2 m-3 (348 ppm) und einer Einstrahlungsstärke von 113 W m-2 s-1 PAR als Konstantfaktoren verschiedene relative Luftfeuchtigkeiten. Das Ventil war dabei entweder ganz geöffnet, geschlossen oder auf eine Mittelstellung eingestellt, so dass relative Luftfeuchtigkeiten zwischen 10 und 90 % erreicht wurden. Die Bewässerung der Pflanzen war so ausgelegt, dass jederzeit genügend Nährlösung zur Verfügung stand, um einen möglichst hohen Turgor innerhalb der Blattzellen aufrecht zu halten.

Aus den erfassten Messwerten der Temperatur, relativen Luftfeuchtigkeit und des Druckes errechnete das HCM-1000 während der Messungen als weitere Prüfmerkmale das ALVPD und die Wasserdampfleitfähigkeit der Spaltöffnungen cH2O [mmol kg-1 s-1]. Die Grenzschichtleitfähigkeit blieb unberücksichtigt, da aufgrund des vibrierenden Fächers innerhalb der Küvette diese soweit erhöht wurde, dass sie keinen limitierenden Faktor darstellte (von Willert et al., 1995; Walker, 1997).

4.2.2.6 Mattenfeuchtigkeit

Nach Analyse der Prüffaktoren des Klimas und der Nährstoffversorgung war es Ziel dieser Messreihe, den Prüffaktor Wasserverfügbarkeit in der Steinwollmatte hinsichtlich der Auswirkung auf die Prüfmerkmale der apparenten Netto-CO2-Austausch- und Transpirationsraten sowie der Wasserdampfleitfähigkeit zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde die Küvette des HCM-1000 an ein vollentwickeltes Blatt befestigt und die Klimabedingungen als Konstantfaktoren bei 20 °C Küvettentemperatur, 226 W m-2 s-1 PAR künstliche Belichtung und 7,84E-04 kg CO2 m-3 (429 ppm) CO2-Konzentration der Luft eingestellt. Das Wasserdampfsättigungsdefizit erreichte Werte von 6,9 bis 20,6 Pa kPa-1. Während der Messungen fand keine Bewässerung statt. Die Messungen dauerten in Abhängigkeit vom Wasserverbrauch der Messpflanzen bis zu drei Tage und wurden zweimal wiederholt.

Die Messung der Feuchtigkeit in den Steinwollmatten erfolgte indirekt über die Saugspannung mittels Analog-Druckaufnehmertensiometer Typ T3 (UMS GmbH, München), wobei pro Beet ein Tensiometer installiert war. Die Erfassung der Ausgangssignale der Tensiometer führte eine PC-gesteuerte Ein- und Ausgabeeinheit für analoge Signale und/oder digitale Daten und Zustandsgrößen MDP 8280 durch (Datalog GmbH, Mönchengladbach). Die Ausgangssignale lagen in mV-Werten vor, die nach der Datenerfassung auf dem PC mittels der Steuersoftware Softgraph (Datalog GmbH, Mönchengladbach) gespeichert wurden, bevor diese nach Übertragung


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auf einen anderen PC mit Hilfe der zu den entsprechenden Tensiometern gehörigen Kalibrierwerten in hPa-Werte umgerechnet werden konnten.

Die Messdatenerfassung der Prüfmerkmale und der Saugspannung fand im Abstand von jeweils fünf Minuten statt, so dass es möglich war, beide Messwertreihen über die Zeitaufzeichnung aneinander anzupassen und in Beziehung zu setzen.

4.2.3 Messanordnung zur Bestimmung der Wurzelatmung

Neben den Messungen der apparenten Netto-CO2-Austauschrate mussten als Voraussetzung für die Erstellung des Modells die Prüfmerkmale Wurzelatmung und Stickstoffaufnahme in Verbindung mit den Prüffaktoren Wurzelraumtemperatur und Nährlösungskonzentration untersucht werden.

Für diese Messreihe konnten die Pflanzen nicht direkt aus dem Kultursystem entnommen werden, da bei der Auslösung der Pflanzen aus den Steinwollmatten zum einen Wurzeln beschädigt und zum anderen die Pflanzen zu groß für die Messeinrichtung gewesen wären. Zudem wäre es schwierig gewesen, die Steinwollreste zwischen den Wurzeln restlos zu entfernen, um Wechselwirkungen mit auf der Steinwolle lebenden Mikroorganismen zu vermeiden.

Drei Monate vor Beginn der ersten Messreihe wurden Gerberapflanzen aus dem System entnommen und geteilt. Jedes Teilstück behielt ausreichend Wurzel- und Blattmasse, um eine schnelle Wiederaufnahme des Pflanzenwachstums zu gewährleisten. Die geteilten Pflanzen steckten mit dem Wurzelhals in 5 cm langen PVC-Rohrstücken mit einem Innendurchmesser von 32 mm, so dass die Blätter und Blütenanlagen an der Oberkante des Rohrstückes zu finden waren. Die so vorbereiteten Teilpflanzen wurden in 12 cm Kunststofftöpfe in Seramis (Effem GmbH, Verden) getopft und zusammen mit den Gerberapflanzen in Steinwollmatten in der gleichen Gewächshauszelle weiterkultiviert. Die Pflanzen erhielten die Bewässerungsdüngung über einen Tropfer.

Eine Woche vor den Messungen wurden die Pflanzen, die inzwischen ausreichend neue Wurzeln und Blattmasse gebildet hatten, ausgetopft und das Seramis von den Wurzeln entfernt. Die obere Öffnung des Rohrstückes erhielt vor dem Einspannen der Pflanzen in den Deckel der Messeinrichtung eine luftdichte Versiegelung mit einer wasserlöslichen elastischen Farbformulierung (Window Color, Marabuwerke GmbH & Co., Tamm). Bis zum Beginn der Messung hatten die Pflanzen die Möglichkeit, sich an die Wachstumsbedingungen in der Messeinrichtung zu gewöhnen. Während dieser Gewöhnungsphase betrug die Leitfähigkeit der Nährlösung im Glas 0,8 mS cm-1. Kurz vor Messbeginn erfolgte eine Minute lang eine Desinfektion der Wurzeloberflächen in einer 0,1 prozentigen Chinosol W-Lösung (Wirkstoff: 8-Hydroxychinolinsulfat kombiniert mit Kaliumsulfat, Hoechst, Frankfurt am Main), um einen Einfluss mikrobieller Atmung auf die Messwerte des Gaswechsels zu vermeiden (BLANKE, 1995).

In der Messanordnung fand das HCM-1000 in veränderter Konfiguration Verwendung (Abb. 9). Die klimatisierbare Messküvette wurde durch einen Glaszylinder mit einem Volumen von 1 l bei einer Höhe von 15 cm ergänzt, in den die Wurzeln der zu messenden Gerberapflanze hineinreichten. Den Glaszylinder verschloss ein zweiteiliger Deckel aus Acrylglas, in welchen das Messobjekt mit Hilfe von Schraubzwingen eingespannt wurde. Für ein luftdichtes Abschließen des Deckels auf dem Glaszylinder sorgten Schaumstoffdichtungen und eine Einspannvorrichtung aus Aluminium in Verbindung mit Spannschrauben. In den Deckel waren je ein Luftein- und -auslass eingearbeitet. Im Glaszylinder befand sich während der Messungen ein elektronischer Thermo-Hygrograph MDL 2000-2 (Stelzner Agrar-Fachberatungsgesellschaft


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mbH, Nürnberg), der die Wurzelraumtemperatur in Abständen von zehn Minuten selbttätig aufzeichnete. Die Messung der relativen Luftfeuchtigkeit war dabei nicht aktiviert.

Die Wurzelraumtemperatur als Prüffaktor folgte der Temperatur der umgebenden Raumluft. Temperaturen über 20 °C konnten nur mit Hilfe eines Wasserbades realisiert werden, in welches der Glaszylinder mit der gesamten Einspannvorrichtung hineingestellt wurde. Die Erwärmung des Wassers übernahm ein Thermostat gesteuerter Aquarienheizstab Visi-Therm (Aquarium Systems, Mentor, USA) (Abb. 9).

Bevor der Luftstrom aus der Zentraleinheit des HCM-1000 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 600 cm3 min-1 in die leere Messküvette geleitet wurde, erfolgte eine Trocknung der Luft bei geöffnetem Entfeuchtungsventil. Die Messküvette befand sich in der Messanordnung, um die äußeren Temperatur- und Einstrahlungsbedingungen festhalten zu können.

Im Anschluss an die Messküvette reihte sich der Glaszylinder mit dem Messobjekt in die Anordnung ein. Die einströmende Luft strich an den Wurzeln der Gerbera vorbei bevor sie über die Auslassöffnung zu einem Sintermetallwasserabscheider geleitet wurde, um ein Auskondensieren von Wasser aus der Luft im HCM-1000 bei vorhandenen Temperaturdifferenzen zu verhindern. Die Differenzmessung des CO2-Gaswechsels und die Berechnung der Messdaten fanden im HCM-1000 wie in Abschnitt 4.2.2 beschrieben statt.

Abb. 9: Skizze des Messaufbaus zur Bestimmung der Wurzelatmung unter Einbeziehung des Gaswechselmessgerätes HCM-1000.

Damit die Wurzeln im Glas nicht austrockneten und Wassermangel den Gaswechsel der oberirdischen Pflanzenteile nicht behinderte, war der Glaszylinder mit cirka 250 cm3 Wasser gefüllt, so dass die Wurzelenden hineinreichen konnten. Die genaue Menge des eingefüllten Wassers wurde durch Wägungen ermittelt. Eine Aufdüngung des Wassers in den verschiedenen Nährlösungskonzentrationsvarianten geschah über die Zugabe von zwei Stammlösungen, wie in Tab. 1, jedoch ohne Ammoniumnitrat, um die angestrebten Leitfähigkeiten zu erhalten. Die Messungen der Leitfähigkeit erfolgten mit dem Handmessgerät, die des Nitratgehaltes reflektometrisch. Eine Auflistung der verschiedenen Nährlösungen mit den entsprechenden Prüffaktoren Leitfähigkeit, Nitratgehalt und Wurzelraumtemperatur wird in Tab. 3 wiedergegeben. Jede Messreihe dauerte pro Nährlösungskonzentration und Temperatur 24 Stunden, um den Einfluss der Einstrahlungsmenge auf das Prüfmerkmal


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Wurzelatmung bestimmen zu können. Im hohen Temperaturbereich über 20 °C traten zum Teil trotz Verwendung eines Wasserabscheiders Messungenauigkeiten aufgrund von Kondenswasserwasserbildung vor dem Eingang in die Zentraleinheit des HCM-1000 auf, so dass einige Messergebnisse nicht verwendet wurden. In Tab. 3 werden nur die Messreihen aufgeführt, bei denen keine Kondensationsprobleme auftraten, so dass die Anzahl an verwertbaren Messungen bei Temperaturen über 20 °C reduziert war.

Tab. 3: Leitfähigkeitswerte und NO3-Gehalte der Nährlösungen,
die bei der Versuchsreihe zur Ermittlung der Wurzelatmung von
Gerbera jamesonii ’Moana‘ während der Gaswechselmessungen
verwendet wurden.

Leitfähigkeit

NO3-Gehalt

Temperatur im

Wurzelraum

mS cm-1

mg l-1

°C

0,04

10

18,8

0,04

11

17,8

0,04

10

18,5

0,64

14

18,1

0,65

16

24,8

0,84

352

18,4

0,86

312

16,0

0,81

289

30,0

0,85

271

30,1

1,58

656

18,9

1,61

587

15,7

1,59

562

21,6

2,42

1040

17,0

2,45

912

17,5

2,41

934

26,1

3,22

1304

18,3

3,25

1488

15,6

3,21

1178

26,5

Nach Abschluss der Messungen an einer Pflanze wurden die Wurzeln abgeschnitten und getrocknet, um die Trockensubstanz zu bestimmen und die Atmungsmesswerte darauf beziehen zu können.

Für die Messungen der Wurzelatmung standen acht Pflanzen zur Verfügung. An einer einzelnen Pflanze konnten nicht alle Nährlösungskonzentrations-Temperatur-Kombinationen untersucht werden. Nach drei Messreihen mit jeweils anderen Kombinationen von Nährlösungskonzentration und Temperatur mussten die Pflanzen ausgetauscht werden, da das Wurzelwachstum die Messergebnisse ansonsten über die ermittelte Trockensubstanz verfälscht hätte. Die Zunahme der Trockensubstanz über bis zu drei Messtage wurde vernachlässigt, so dass bei drei aufeinanderfolgenden Messtagen an einer Pflanze die am Ende ermittelte Trockensubstanz für alle drei Messreihen als Basiswert der Atmungsmessung herangezogen wurde. Die Daten aller Messreihen wurden in einer multiplen Regressionsanalyse hinsichtlich der Einflüsse der Prüffaktoren Nährlösungskonzentration und Temperatur auf die Prüfmerkmale Wurzelatmung und Stickstoffaufnahme hin analysiert.


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Eine annähernde Bestimmung des Gehaltes an löslichen Kohlenhydraten, deren Ergebnis in den Modellberechnungen benötigt wurde, führte die Landwirtschaftliche Untersuchungs- und Forschungsanstalt Münster durch (VDLUFA, 1991). Bei der verwendeten Methode wurden die Kohlenhydrate in Wasser gelöst. Danach wurde die Lösung mit Bariumphosphat ausgefällt, in einem aliquoten Teil der Trockenrückstand bestimmt und anschließend verascht. Der dabei eingetretende Glühverlust entsprach dem Gehalt an löslichen Kohlenhydraten.

4.3 Verwendete Software

Alle Daten, die das HCM-1000 oder die Datenaufzeichnungsgeräte erfassten, wurden auf einem PC gesammelt und mit der Software Microsoft Excel 5.0 (Microsoft Corporation, Redmond, USA) gesichtet sowie tabellarisch und grafisch aufbereitet. Zum Teil mussten die Daten aus Gründen der Einheitlichkeit in andere Einheiten umgerechnet werden. Die umgerechneten Einheiten und die entsprechenden Umrechnungsfaktoren werden im Anhang B aufgeführt.

Die statistische Verrechnung von Daten geschah mit den Programmen StatView 5.0 (SAS Institute Inc., Cary, USA) und SPSS 3.01 (SPSS GmbH Software, München). Dabei fand StatView bei Häufigkeitsverteilungen und einfachen linearen Regressionen Anwendung, wogegen SPSS hauptsächlich bei der Anpassung multipler nicht-linearer Regressionsgleichungen verwendet wurde.

Die Erstellung des Modells sowie die Integration der Differentialgleichungen, die für die Funktion des Simulationsmodells notwendig waren, erfolgte mit der Modellierungssoftware ModelMaker 3.03 (Cherwell Scientific Publishing Ltd., Oxford, GB). Alle Differentialgleichungen wurden numerisch ausgewertet. Vor einem Modelldurchlauf konnten verschiedene Integrationsmethoden für die Berechnung der Differentialgleichungen ausgewählt werden. Als Methode fand die von ModelMaker vorgeschlagene Runge-Kutta-Methode vierter Ordnung Verwendung, da sie für die numerische Auswertung komplexer Differentiale unter Berücksichtigung diskontinuierlicher Basisdaten, wie sie aus den Aufzeichnungen von Klimadaten resultierten, am besten geeignet war (WALKER, 1997).

Im folgenden angegebene Modelldiagramme wurden aus ModelMaker übernommen. Die Bedeutungen der verwendeten Symbole werden im Anhang F erläutert. Alle in den Modelldiagrammen verwendeten Abkürzungen für eingebundene Variablen werden im entsprechenden Textteil erklärt und in der Übersicht im Anhang C aufgeführt.

Die Fähigkeit des Modells, das Wachstum der Gerbera zu simulieren, wurde anhand der beobachteten Wachstumsdaten überprüft. Berechnungen der Bestimmtheitsmaße schlossen sich an, um bestimmen zu können, wie gut das Modell die Varianz der beobachteten Daten wiedergab.

Zur Optimierung von eingesetzten Parametern stellte ModelMaker die Marquardt-Berechnungsroutine zur Verfügung, die nach WALKER (1997) die geeigneteste für die Anpassungen an nicht-lineare Gleichungssysteme war.


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Mon Oct 1 12:46:38 2001