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 6. Diskussion und Schlussfolgerungen

6.1 Kurzübersicht über den Kenntnisstand und abgeleitetes Ziel der Arbeit

Simulationsmodelle werden für die vereinfachte Darstellung dynamischer Sachverhalte in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft verwendet. In der Pflanzenphysiologie und den Agrarwissenschaften entwickelte man Modelle, um Vorgänge der Photosynthese- oder des Wachstums wiederzugeben. Sie stützten sich zumeist auf Teilbereiche der Pflanzenphysiologie bzw. der -entwicklung, um die Übersichtlichkeit zu gewährleisten.

Eine Darstellung der Auswirkungen äußerer Einflussgrößen auf das Wachstum und physiologische Leistungsgrößen einschließlich deren Interaktionen kann nur in einem Modell erfolgen. Für die Gerberakultur waren die für eine Modellerstellung notwendigen Untersuchungsergebnisse und Daten bislang nicht vorhanden. Eine computergestützte Simulation einer gärtnerischen Kultur unter variablen Klimabedingungen, welche die Vorgänge der Photosynthese in Verbindung mit in der Folge ablaufenden vegetativen und generativen Wachstumsprozessen verbindet, existierte nicht.

Ziel dieser Arbeit war es, ein Simulationsmodell für eine Gerbera-Hydrokultur auf Steinwollmatten am Beispiel der Sorte ’Moana‘ zu erstellen. Einflüsse der im Gewächshaus von außen auf die Pflanzen einwirkenden Wachstumsfaktoren wie Temperatur, Lichteinstrahlung, CO2-Konzentration, relative Luftfeuchtigkeit, Wasser- und Stickstoffversorgung auf Photosynthese, Wachstum und Ertrag sollten dargestellt werden.

Für die Praxis sollte das Modell eine Möglichkeit schaffen, unter variablen Umweltbedingungen eine Optimierung der Wachstumsparameter zur Verbesserung der Produktivität zu erreichen. In den wenigsten Betrieben der Praxis können optimale Wachstumsbedingungen für die Kulturpflanzen eingehalten werden. Zudem verwendet man konstante Sollwerte für die Klimabedingungen ohne auf variable äußere Einflussgrößen zu reagieren. Das Modell sollte als Hilfsmittel dienen, unter einzugebenen nicht steuerbaren äußeren Einflussgrößen, wie die natürliche Einstrahlung oder durch technische Hemmnisse nicht zu erreichende Gewächshausklimagrößen, optimale Einstellwerte für beinflussbare Parameter zu berechnen und damit den größtmöglichen Ertrag zu erzielen.

Des weiteren war es das Anliegen, Auswirkungen diskontinuierlicher Ereignisse im Kulturablauf, wie das Blattbrechen während der Kultur, anhand von Wachstums-prognosen darzustellen. Anhand des Beispiels des Blattbrechens sollte gezeigt werden, ob das Modell in der Lage ist, das Wachstum im weiteren zeitlichen Verlauf zu simulieren, und ob Empfehlungen für den Zeitraum zur Durchführung dieser Kulturmaßnahme gegeben werden können.

6.2 Ergebnis der Modellierung

In dieser Arbeit wurde ein Simulationsmodell für die Gerberakultur erstellt. Auf der Basis der Auswirkungen verschiedener äußerer Einflussgrößen auf Photosynthese und Stickstoffaufnahme erfolgten die Berechnungen der für Wachstums- und Atmungsvorgänge verfügbaren C- und N-Verbindungen. Aufgrund der Ergebnisse von Beobachtungen an Versuchspflanzen wurde das Wachstum von Blättern, Wurzeln


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und Blumen modelliert und mit Massenflüssen innerhalb des Pflanzenmodells sichtbar gemacht.

Ein Vergleich berechneter Werte mit während einer Gerberakultur im Gewächshaus aufgezeichneten Daten des ersten Kulturjahres zeigte, dass das Gerberamodell geeignet war, die Kultur unter den gegebenen Umweltbedingungen zu simulieren. Die Wachstumsverläufe der Blattflächen und des Blumenertrags stimmten mit den beobachteten Daten der Gerberakultur überein.

Das Modell bot dem Anwender die Möglichkeit, diskontinuierliche Ereignisse wie das Entfernen absterbender Blätter in den Modellablauf einzubinden und eine Wachstumsprognose zu erstellen. Es war in der Lage, im Vergleich zweier geprüfter Blattbrechtermine unter Berücksichtigung einer Wachstums- und Ertragsprognose einen Zeitraum für diese Kulturmaßnahme zu empfehlen. Als Aussage für die Praxis konnte beim Vergleich der Termine Mitte November und Ende Dezember dem zweiten der Vorzug gegeben werden, da der Vorteil der besseren Lichtdurchdringung des Bestandes unter zunehmenden Einstrahlungssummen hinsichtlich der Förderung des Wachstums deutlicher war. Termine vor Mitte November oder im folgenden Sommerhalbjahr konnten nicht getestet werden, da die Pflanzen im Modell für eine Blattbrechmaßnahme noch nicht genügend Blattmasse gebildet hatten bzw. für eine Wachstumsprognose ab Juni des zweiten Jahres keine Klima- und Kulturdaten zur Verfügung standen. Aus den Modelldurchläufen resultierte, dass Blattbrechvorgänge in der Praxis nur durchgeführt werden sollten, wenn ausreichende Einstrahlungsintensitäten für Wachstum und Entwicklung gegeben sind.

Für die Kulturführung wurden optimale Klimaparameter berechnet, so dass die Fähigkeit des Modells belegt werden konnte, unter variabel einzustellenden äußeren Einflussgrößen einzelne zu optimieren. Damit konnte das Modell als Hilfsmittel zur Berechnung der Sollwerte der Klimaparameter für optimale Erträge unter nichtbeeinflussbaren äußeren Umweltgrößen herangezogen werden.

In der Praxis sind Sollwerteinstellungen für die Temperatur von 16 bis 18 °C üblich. Die relative Luftfeuchtigkeit wird versucht, über Heizen und Lüften niedrig zu halten, um Verbreitungen von Krankheiten zu verhindern und die Pflanzen verdunstungsaktiv zu halten (BRAUNSMANN, 1998). Eine Assimilationsbelichtung erfolgt im Winter bis zu 16 Stunden mit Beleuchtungsstärken von 1500 bis 3000 lux und einer ergänzenden CO2-Düngung auf 600 bis 800 ppm.

In den Modelldurchläufen zur Optimierung der Klimaparameter wurde berechnet, dass eine Spreizung der Temperatursollwerte auf 18 °C tags und 15 °C nachts bei hohen relativen Luftfeuchtigkeiten um 80 % zu höheren Erträgen führen könnte. Der Förderung eines Botrytis-Befalls durch hohe relative Luftfeuchten könnte durch kontinuierliches Blattbrechen von älteren Blättern und abgestorbenem Blattmaterial zur besseren Licht- und Luftdurchdringung des Bestandes entgegengewirkt werden.

Bedenkt man, dass die Temperaturen im Wurzelraum denen der umgebenen Luft folgten, ergab sich ein Widerspruch zu Versuchsergebnissen von RICHTER und MATSCHKE (2000), die in Versuchen mit Gerbera höhere Erträge feststellten, wenn die Wurzelraumtemperatur über eine Zusatzheizung auf 25 °C angehoben wurde. In diesem Fall führte der Einfluss von Phytohormonen wie den wachstumsbeeinflussenden Cytokininen, die in den Wurzelspitzen gebildet werden, zu einer erhöhten Produktionsleistung der Gerbera. Es wurde darauf hingewiesen, dass die höchste Atmungsaktivität der Wurzelspitzen im Bereich von 23 bis 25 °C lag. Der Einfluss von Phytohormonen wurde noch nicht in das Modell einbezogen, könnte aber nach Durchführung weiterer Versuche berücksichtigt werden.

Während des Winters würde eine Assimilationsbelichtung bis zu 15 Stunden ausreichen. Eine zusätzliche CO2-Düngung sollte nur bei ausreichenden Einstrahlungs


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intensitäten erfolgen, da positive Effekte auf die Photosyntheseleistung bei Lichtmangel zunehmend geringer werden. Das Modell wies damit auf Einsparungspotentiale bei den Kosten der Kulturführung hin, da die Produktionsmittel Licht und CO2 einen erheblichen Teil der Kosten während der Winterkultur ausmachen.

Das durch äußere Einflussgrößen gesteuerte Modell hielt einem Vergleich mit der realen Kultur stand, so dass es als Prognoseinstrument zur Vorhersage der Reaktionen des Pflanzenbestandes auf unterschiedliche Umweltbedingungen herangezogen werden kann und somit Praxis und Forschung als Hilfsmittel zur Optimierung der Kulturverfahren dient.

Ein weiterer Nutzen für die Versuchsarbeit in gartenbaulichen Forschungseinrichtungen entstand dadurch, dass einzelne Kulturparameter bezüglich ihres Einflusses auf die Kultur bereits im Modell getestet werden können und so die Auswahl von Prüffaktoren, deren Kombinationen und Wertebereiche sinnvoll erfolgen kann.

6.3 Erstellung und Funktionsweise des Gerberamodells

Die Basis für die Entwicklung des Modells wurde aufgrund von Wachstumsbeobachtungen im Zusammenhang mit Klimaaufzeichnungen und Daten der Wasser- und Nährstoffversorgung gelegt. Daraus resultierten nicht nur Werte, die zur Verifizierung des Modells herangezogen werden sollten, sondern auch solche über das räumliche Wachstum der Gerbera und den Verlauf des vegetativen und generativen Wachstums in Abhängigkeit von der Zeit und der Umweltfaktoren. Diese Daten gingen in die Berechnungen der Lichtdurchdringung des Bestandes und in die Simulation des Blatt- und Blumenwachstums ein.

Die Wachstumsbeobachtungen hinsichtlich des Blatt- und Blumenwachstums fanden in einem Gerberabestand innerhalb eines Gewächshauses statt. Ebenso wurden alle Gaswechselmessungen im Gewächshaus durchgeführt. Die Bedingungen in der Messküvette wichen entsprechend der Versuchsanstellung von den äußeren ab. Der Grund dafür war, dass das Modell auf der Basis äußerer Einflussgrößen entwickelt werden sollte, die in der Praxis über gängige Klimacomputer zur Verfügung stehen. Von Bedeutung war, dass die Untersuchungen am Gartenbauzentrum Westfalen-Lippe in einer gartenbaulichen Versuchsanstalt mit praxisnaher technischer Ausstattung unter Zuhilfenahme einer mobilen Gaswechselmessstation durchgeführt wurden.

Der erste Schritt der Modellierung orientierte sich auf die Simulation der Photosynthese bzw. der Brutto-CO2-Austauschrate des Bestandes. Das Gleichungssystem basierte auf Berechnungen der täglichen Brutto-CO2-Austauschrate eines Bestandes wie sie von JOHNSON und THORNLEY (1984) für C3-Pflanzen dargestellt wurden. Bei den Berechnungen fand eine Funktion Verwendung, die in Abhängigkeit von drei physiologisch bedeutenden Parametern die Brutto-CO2-Austauschrate bestimmte:

Die Auswirkungen äußerer Einflussgrößen auf die Photosyntheseparameter wurden im Modell durch eigens für die Gerberakultur entwickelte mathematische Gleichungen berechnet. Dafür notwendige Auswertungen der Ergebnisse der Gaswechselmessungen erfolgten mit Hilfe einer Gleichung von MARSHALL und BISCOE


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(1980 a) zur Berechnung der Netto-CO2-Austauschrate, um nicht nur den Einfluss der Umweltbedingungen auf die Photosyntheseparameter alpha, theta und Pm zu bestimmen, sondern auch, um Informationen über die Dunkelatmungsrate Rd zu erhalten. Zudem waren die Gleichungen aus technischer Sicht geeigneter, da das Gaswechselmesssystem HCM-1000 die apparente Netto-CO2-Austauschrate als Messwert ausgab.

Aus Gründen der Vereinfachung wurde im Modell angenommen, dass die Brutto-CO2-Austauschrate sich aus Netto-CO2-Austauschrate und Dunkelatmungsrate zusammensetzte. Photorespirationsvorgänge wurden nicht berücksichtigt. Sie waren dennoch indirekt in den Messungen der apparenten Netto-CO2-Austauschrate enthalten. Die verwendeten Gleichungssysteme unterschieden bei der Anpassung der Photosyntheseparameter nicht zwischen CO2-Verlusten aus der Dunkelatmung und der Photorespiration.

Zur Ermittlung der Brutto-CO2-Austauschrate des Bestandes gliederte sich die Blattfläche des Bestandes in Blattalterskategorien. An den Gerberapflanzen befanden sich Blätter, die bis zu 250 Tage alt waren, so dass es sinnvoll erschien, drei Alterskategorien zu berücksichtigen:

Die Brutto-CO2-Austauschraten wurden in für jede Blattalterskategorie eingerichteten Untermodellen unter Berücksichtigung der Lichtdurchdringung des Bestandes und des mittleren Blattalters berechnet, an das übergeordnete Hauptmodell weitergegeben und in einem Substratspeicher für assimilierten Kohlenstoff zusammengeführt. Die aus der Photosynthese gewonnenen Kohlenstoffassimilate konnten von der Pflanze für Wachstums- und Atmungsvorgänge genutzt werden. In das Modell eingebunden war als C-Substratquelle eine verallgemeinerte Form eines Kohlenhydrates (CH2O) (REYNOLDS und THORNLEY, 1982).

Die im pflanzeneigenen Speicher verfügbare N-Substratquelle war Nitrat (NO3). Die N-Aufnahme wurde von JOHNSON (1985) in einer mathematischen Gleichung durch eine Standardbeziehung der Enzym-Substrat-Kinetik beschrieben, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit vom Vorhandensein zweier konkurrierender Inhibitoren abhängig war. Eine vergleichbare Funktion verwendete das Modell für die Steuerung der N-Aufnahme der Gerbera, so dass diese durch C-Substratmangel oder hohe N-Substrat-Konzentrationen gehemmt und durch geringe N-Substrat-Gehalte gefördert wurde.

Eine Differenzierung der Wurzelmasse nach Alterskriterien entsprechend der Blattmasse entfiel, da keine Daten zur Verfügung standen. Für die Abschätzung der für die Berechnung der N-Aufnahme notwendigen potentiellen Wurzelaktivität verwendete das Modell in Abhängigkeit der Salz- bzw. N-Konzentrationen in der Mattenlösung ermittelte Daten der Wurzelatmungsmessungen.

Die Atmung der Blattflächen wurde in Erhaltungs- und Wachstumsatmung unterteilt und in Abhängigkeit von Blattalter und Zuwachs berücksichtigt. Bei den Wurzeln erfolgte außer für zuvor genannte Bestandteile der Atmung eine Berechnung des C-Verbrauches bei der Atmung zur Energiefreisetzung für die Nährstoffaufnahme.

Ein Ergebnis dieser Arbeit war, dass Gleichungssysteme für die Berechnung der C- und N-Aufnahme, die in der Literatur theoretisch beschrieben wurden, angewandt, rekombiniert, ergänzt und an die Gerberakultur angepasst werden konnten,


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um die für die Wachstums- und Atmungsvorgänge verfügbaren Substratmengen in Abhängigkeit variabler äußerer Einflussgrößen zu berechnen.

Das Verhältnis von Spross- zu Wurzelaktivität des Bestandes bzw. von Photosyntheseleistung zu Wurzelatmung war abhängig vom Verhältnis der Spross- und Wurzelmassen. Die C- und N-Substrat-Konzentrationen im Speicher der Pflanze, die für Wachstum zur Verfügung standen, hingen von beiden Verhältnisgrößen ab (HILPERT et al., 1991). Die Partitionierung beider Substrate auf das Wachstum von Spross und Wurzel folgte einem Berechnungsschema von THORNLEY und JOHNSON (1990).

Unter der Annahme, dass Pflanzen bestrebt sind, ein spezifisches Spross- zu Wurzelmassenverhältnis aufrecht zu erhalten, um immer ausreichend Substrate für Wachstums- und Energiegewinnungsvorgänge im richtigen Verhältnis vorrätig zu haben, steuerte eine Funktion die Partitionierung der Substrate und den Zuwachs so, dass ein Gleichgewicht entstand. Die für das Wachstum zur Verfügung stehenden C- und N-Substrate wurden in Abhängigkeit der vorhanden Spross- und Wurzelmassen verteilt. Das Verhältnis von C- zu N-Substrat im Speicher der Pflanze beeinflusste die Partitionierung so, dass bei geringen C-Substratkonzentrationen das Sprosswachstum bzw. bei N-Substratmangel das Wurzelwachstum gefördert wurde. Eine direkte Beeinflussung der Substrat-Partitionierung durch äußere Einflussgrößen bestand nicht, da sich diese bereits auf die Aktivität der Spross- und Wurzelmassen, und damit auf das C- zu N-Substrat-Verhältnis auswirkten.

Nach der Partitionierung des Zuwachspotentials auf Spross und Wurzel war bei der Gerberakultur die Betrachtung des vegetativen und generativen Wachstums von Bedeutung, da die Anzahl der geernteten Blumen den Kulturerfolg bestimmten. Anhand der Wachstumsbeobachtungen wurde gezeigt, dass die Blumenentwicklung eine entsprechende Anzahl an zuvor entwickelten Blättern und damit entsprechende Blatt- bzw. Assimilationsfläche voraussetzte. Ein Teilmodell zur Simulation des Übergangs zwischen überwiegend vegetativem oder generativem Wachstum wurde für die Gerbera erstmals entwickelt.

Eine Abhängigkeit der Blühinduktion der Gerbera von äußeren Einflussgrößen konnte bislang nicht eindeutig geklärt werden, wobei bekannt ist, dass einwirkende Umweltfaktoren, wie z. B. Tageslänge und Lichtsumme, eine Förderung bzw. Hemmung bewirken können (BOWE et al., 1969; PENNINGSFELD und FORCHTHAMMER, 1980). Eigene Beobachtungen belegen, dass nach Abschluss der juvenilen Phase die Ausbildung einer bestimmten Zahl von Blättern entscheidend für die Blumenbildung ist. Dabei müsste die Notwendigkeit eines ausgewogenen Kohlenstoff/Protein-Haushaltes und der Phytohormonstatus der Pflanze berücksichtigt werden (LEFFRING, 1981; LARCHER, 1994). Ein Hinweis auf die Bedeutung des Kohlenstoff/Protein-Haushaltes ergab sich daraus, dass sich in Zeiten geringerer Einstrahlungsintensitäten und damit geringerer C- zu N-Verhältnisse in der Pflanze mehr Blätter bildeten, bevor Blumen entwickelt wurden. Ebenso nahm die Anzahl an vor der Blumenbildung neu zu bildenden Blättern mit zunehmendem Alter der Pflanze ab, da zunehmende Blattmassen zu einem geweiteten C- zu N-Verhältnis führten.

Bei den Wachstumsbeobachtungen wurde der erste Tag der Blatt- bzw. Blumenentwicklung festgehalten, wenn am Vegetationspunkt visuell sichtbar war, ob sich ein Blatt oder eine Blume entwickelte. Das Modell berechnete dabei nicht den Zeitpunkt der beginnenden Blumenentwicklung oder die Induktion der Blüten, sondern es fand ein stetiger aber in seiner Intensität gesteuerter Massenfluss an pflanzeneigenem Substrat für die Blumenentwicklung statt. Diesen Massenfluss steuerte eine sigmoidale Umschaltfunktion unter Berücksichtigung eines Grenzwertes, bei dessen Überschreitung das generative Wachstum verstärkt gefördert wurde, und einer Zustands


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variablen, dem Blattflächenzuwachs, die sich diesem Grenzwert näherte. Ein Parameter der Funktion begrenzte dabei den Anteil an Blumenzuwachs am Gesamtzuwachs des Sprosses, um ein ausschließlich generatives Wachstum im Modell bei der remontierenden Gerbera zu verhindern.

Die Intensität des Substratflusses zur Bildung von Blüten war im Modell abhängig vom Spross- zu Wurzelmassenverhältnis und vom C- zu N-Substrat-Verhältnis, da beide die Partitionierung zwischen Spross und Wurzel bestimmten, sowie von der Anzahl an neugebildeten Blättern bzw. deren Assimilationsfläche.

Die Blattbildung und -entwicklung wurde über mathematische Gleichungssysteme erfasst, die auf den durchgeführten Beobachtungen der Neubildung von Blättern in Abhängigkeit von Umweltparametern beruhten. Die Modellierung mittels dieser Gleichungen unter Berücksichtigung der Einstrahlungssummen und des Blattflächenindexes erwies sich als ausreichend zur Simulation der Blattentwicklung.

Mit dem Absterben von Blättern erfolgte eine Einbeziehung und Wiederverwendung abbaubarer Pflanzeninhaltsstoffe aufgrund von Ergebnissen von C- und N-Gehaltsbestimmungen an lebenden und abgestorbenen Blättern. Die partiellen Blattflächenindices entsprechend der Blattalterskategorien übten rückkoppelnd einen Einfluss auf die Brutto-CO2-Austauschrate des Bestandes aus und schlossen somit den interaktiven Kreislauf des Gerberamodells.

6.4 Behandlung der Problematik in der Literatur

Die Einflussnahme verschiedener Faktoren in einem Simulationsmodell auf das vegetative und generative Wachstums einer Kultur konnte nach HAMMER (1998) nur durch eine Kombination mathematischer Gleichungssysteme mit multivariaten Simulationsmodellen dargestellt werden. Die Differentialgleichungen in solchen Modellen sollen sich dabei auf physiologische und biochemische Prozesse orientieren, um das dynamische Verhalten der Pflanze auf sich verändernde Umweltbedingungen möglichst realistisch wiedergeben zu können (MARSHALL und BISCOE, 1980 a).

Zur Gewinnung von Wachstumsdaten wurden bislang Untersuchungen in Klimakammern durchgeführt, um die Reaktion von Pflanzen auf einzelne Umweltfaktoren analysieren zu können (CLEMENT et al., 1976; HEIßNER, 1997; FRICK et al., 1998). In dieser Arbeit war es das Ziel, die Untersuchungen unter praxisnahen Bedingungen durchzuführen. Die Funktionalität des Gerberamodells belegte, dass Klimakammeruntersuchungen nicht notwendig waren und dass aufgrund von Wachstumsbeobachtungen im Gewächshaus in Kombination mit Gaswechselmessungen reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden konnten. Vergleichbare Erhebungen führte bereits LEFFRING (1981) durch, wobei nicht die Erstellung eines Simulationsmodells das Ziel war, sondern die statistische Auswertung der Abhängigkeit des Blumenertrages vom Wachstum und Aufbau der Pflanzen unter Berücksichtigung definierter Umweltbedingungen.

Die Photosynthese ist ein häufig in Modellen dargestellter Teilprozess der Pflanzenphysiologie. Das im Gerberamodell verwendete Gleichungssystem basierte auf einer Funktion nach JOHNSON und THORNLEY (1984). MARSHALL und BISCOE (1980 a) zeigten in einem Vergleich mit weiteren in der Literatur angegebenen Funktionen die Vorteile einer hyperbolischen Funktion hinsichtlich der Anpassung an experimentell ermittelte Daten auf. Dabei bezogen sie ihre Berechnungen auf die Netto-CO2-Austauschrate, so dass diese Gleichung zur Auswertung der Gaswechselmessungen und zur Berechnung der Photosyntheseparameter alpha, theta, Pmax und Rd herangezogen wurde.


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Wie schon GLOVER (1974) und MARSHALL und BISCOE (1980 b) feststellten, wurde hier beobachtet, dass die Intensität des Gaswechsels vom Blattalter abhängt. Eine Gruppierung der Blätter in Alterskategorien war daher angebracht, bevor das Modell die Photosynthese- und Atmungsleistungen berechnete.

Eine vergleichbare Einteilung wählten JOHNSON und THORNLEY (1985) in ihrem Grasmodell, wobei neben jungen, sich entwickelnden sowie alternden, absterbenden Blättern das erste und zweite vollentwickelte Blatt unterschieden wurden. Das Grasmodell besaß dabei den Vorteil, dass sich in jeder Blattalterskategorie nur ein Blatt befand. Im Gerberamodell wurden dagegen mehrere Blätter in einer Kategorie zusammengefasst und mit deren Summen die Photosynthese- und Atmungsleistungen berechnet. Die Simulation der Entwicklung des Blattflächenindexes stimmte mit den beobachteten Werten überein, so dass für die Qualität des Modells kein Nachteil der Verwendung von Summen und Mittelwerten aus den Blattalterskategorien entstand. Die Berechnung der partiellen Blattflächenindices in Abhängigkeit der Altersstruktur unterlag im Modell im Vergleich zu den Wachstumsbeobachtungen anderen Kriterien, so dass sich die vom Modell berechneten Daten von den beobachteten unterschieden.

Das Gesamt-Trockengewicht setzt sich nach THORNLEY (1972 a) aus Struktur- und Substrattrockengewicht zusammen. Das Strukturtrockengewicht umfasst dabei die Biomasse, die in Zellwänden und -organellen sowie organischen Endprodukten eingebunden ist, wogegen das Substrattrockengewicht alle die für die Biosynthese von Strukturtrockengewicht und zur Energiegewinnung notwendigen mineralischen und organischen Verbindungen enthält. Die Trennung von Struktur- und Substrattrockenmasse wurde in den Modellen von REYNOLDS und THORNLEY (1982) und JOHNSON und THORNLEY (1983) belegt und weiter ausgeführt.

Den Einfluss des Substratspeichers auf das Pflanzenwachstum beschrieb THORNLEY (1972 a) in Form einer Michaelis-Menten-Enzymreaktion in Abhängigkeit von vorhandenen Kohlenhydraten. In erweiterter Form ergab sich daraus eine Bi-Substrat-Enzymreaktionskinetik, die das Wachstum und damit den Einbau von Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen in neugebildete Strukturmasse in Abhängigkeit der C- und N-Substratkonzentration im Substratspeicher definierte. Eine Verallgemeinerung der Substratquellen für Modellierungszwecke als Kohlenhydrat und Nitrat als entsprechende C- und N-Quellen beeinflusst nach Angaben von JOHNSON und THORNLEY (1985) das Ergebnis eines Modells nur unwesentlich.

Die Verwendung von N-Substraten bzw. die Abhängigkeit des Wachstums von der N-Aufnahme und der N-Konzentration im Substratspeicher untersuchten CLEMENT et al. (1976). Sie beschrieben die Intensität der N-Aufnahme als Funktion der Wurzelaktivität und der vorausgegangenen Photosyntheseaktivität insbesondere der Bereitstellung von C-Substraten während der Photoperiode. Der Einfluss der C-Substratkonzentration wurde dadurch belegt, dass die höchste N-Aufnahmerate am Ende der Photoperiode im Nachlauf nach der höchsten Photosyntheseaktivität zu beobachten war. Dabei wiesen sie auf eine Rückkopplung zwischen Photosyntheseaktivität und Verfügbarkeit von N-Substrat hin, da letzteres im Mangel die Photosyntheseleistung limitierte. BRÜGGE (1985) bestätigte die Abhängigkeit des Zuwachses an Pflanzenstrukturmasse von den C- und N-Substratkonzentrationen.

JOHNSON und THORNLEY (1985) unterschieden hinsichtlich einer vom Alter abhängigen potentiellen Wurzelaktivität unterschiedliche Alterskategorien bei den Wurzeln. Mit zunehmendem Alter der Wurzeln wurde von einer abnehmenden potentiellen Wurzelaktivität ausgegangen. Dieses entsprach analog den Messergebnissen für die Photosyntheseaktivität unterschiedlich alter Blätter, konnte im Gerberamodell allerdings nicht eingesetzt werden, da Untersuchungen der Altersstruktur der Wur


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zeln und deren Wurzelaktivität in Abhängigkeit des Alters nicht Gegenstand der Arbeit waren und auch die Literatur dazu keine Informationen enthielt.

Im Gegensatz zu SHEEHY et al. (1996), welche den N-Verbrauch als primäre synthetische Aktivität der Pflanze beim Massenaufbau bezeichneten, fand im Gerberamodell zur Aufteilung der für Wachstumsvorgänge zur Verfügung stehenden Substrate eine interaktive Funktion unter Berücksichtigung des Spross- zu Wurzelmassen-Verhältnisses, der Spross- und Wurzelaktivität sowie der C- und N-Substrat-Konzentrationen Verwendung. Bei Einsatz der von THORNLEY und JOHNSON (1990) beschriebenen Funktion wurde für die Pflanze das Bestreben angenommen, ein funktionelles Gleichgewicht zwischen den Spross- und Wurzelaktivitäten unter Berücksichtigung der entsprechenden Trockenmassen nach DAVIDSON (1969) aufrechtzuerhalten. Daraus folgte, dass ein Mangel an C-Substrat eine Erhöhung des Spross- zu Wurzelmassen-Verhältnisses einleitete sowie ein N-Substrat-Mangel eine Erhöhung des Wurzelanteils zur Folge hatte.

THORNLEY (1972 b) versuchte, das Umschalten zwischen vegetativem und generativem Wachstum in einem Modell darzustellen. Dabei war das Wachstum vom Verhältnis vegetativer und generativer „Morphogene“ abhängig und deren Konzentration vom Vorhandensein entsprechender Enzyme zur Katalysation der Bildung der „Morphogene“. Man ging davon aus, dass eine ansteigende Konzentration an vegetativem „Morphogen“ die Synthese des generativen Enzyms hemmte und umgekehrt. Nachteilig an dieser Modellstruktur war, dass es nicht an experimentelle Daten angepasst werden konnte und somit unrealistisch erschien.

Einen weiteren Ansatz zur Blütenbildung entwickelten COCKSHULL et al. (1979) und THORNLEY und COCKSHULL (1980), die die Blütenentwicklung von Dendranthema x grandiflorum Ramat. (früher: Chrysanthemum morifolium Ramat.) in Abhängigkeit von Größenveränderungen der Blatt- und Blütenanlagen mittels einer sigmoidalen Umschaltfunktion bzw. einer Exponentialfunktion vierten Grades mit zwei Minima berechneten.

Im Gerberamodell erfolgte auf der Basis der Wachstumsbeobachtungen die Aufteilung des Zuwachses auf Blätter und Blüten mit Hilfe einer Switch-Funktion. Die Intensität des Substratflusses zur Bildung von Blumen war dabei abhängig vom Spross- zu Wurzelmassenverhältnis, dem C- zu N-Substrat-Verhältnis und von der Anzahl an neugebildeten Blättern bzw. deren Assimilationsfläche.

Manuelles Blattbrechen an Gerberapflanzen gehört in der Praxis zu den Standardkulturmaßnahmen während des Sommerhalbjahres (BRAUNSMANN, 1998). In der gärtnerischen Praxis wird die Meinung vertreten, dass nach dem Blattbrechen gesteigertes Wachstum und eine geringere Blütenabortion zu beobachten ist. Im Modell wurde die Möglichkeit eingerichtet, über eine Ereignisabfrage einen Verlust an Blattmasse zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Durchlaufes zu initiieren. Der Einfluss auf das weitere Wachstum sollte mit Hilfe des Modells prognostiziert werden.

Nach MONTEITH (1965) erreicht die belichtete photosynthetisch aktive Blattfläche im Pflanzenbestand ab Blattflächenindices von 5 bis 6 m2 m-2 ein Maximum, das durch eine weitere Zunahme an Blattmasse nicht gesteigert werden kann. In der simulierten Kultur stagnierte zum Zeitpunkt vor dem Blattbrechen unter den äußeren Bedingungen des Beobachtungszeitraumes der Zuwachs an Blattfläche. Die Wurzelmasse zeigte eine abnehmende Tendenz an. Mit steigendem Blattflächenindex sank gleichzeitig die Lichtdurchdringung im Bestand. In der Folge verringerte sich die photosynthetische Aktivität des Bestandes bezogen auf den Blattflächenindex.

Ein unter abnehmender natürlicher Lichtintensität zunehmendes C-Substratdefizit in der Pflanze führte zu einer Förderung des Sprosswachstums, wobei der Spross


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zuwachs unter den Umweltbedingungen im Winter gerade noch ausreichte, die absterbende Blattmasse durch neue zu ersetzten und den Blattflächenindex aufrecht zu erhalten. Hinzu kam, dass die Pflanze vermehrt Energie für den Erhalt der vorhandenen Blattmasse aufbringen musste. Die Förderung des Sprosswachstums zu Ungunsten des Aufbaus an Wurzelmasse führte im Modell zu einer Reduktion der Wurzel, da absterbendes Material nicht mehr ausreichend ersetzt werden konnte.

Die Modelldurchläufe mit Blattbrechvorgängen unterschiedlicher Intensität zeigten im Vergleich zur Kontrolle ohne Entfernung von Blättern eine Zunahme des Blatt- und Wurzelwachstums in der Zeit nach der Maßnahme. Die Zunahme war größer, wenn die Entblätterung im Modell nach 200 Tagen Ende Dezember stattfand als schon nach 150 Tagen Mitte November.

Beim Blattbrechen wurden hauptsächlich alternde, absterbende Blätter entfernt und der Blattflächenindex verringert. Mehr Licht konnte in der Folge den Bestand durchdringen und tiefer liegende Blätter mit mehr Licht versorgen. Junge heranwachsende Blätter im Zentrum der Pflanze könnten aufgrund der besseren Lichtdurchdringung ein höheres photosynthetisches Leistungspotential entwickelt haben (SHEEHY et al., 1980). Durch das Ausbrechen alternder, absterbender Blätter wurde die Leistungsfähigkeit der verbleibenden Blätter bezogen auf den Blattflächenindex insgesamt erhöht. Zudem wiesen jüngere Blätter im Vergleich zu älteren bei gleicher Einstrahlung höhere apparente Netto-CO2-Austauschraten auf, so dass davon ausgegangen werden konnte, dass sie photosynthetisch aktiver waren und das vorhandene Licht besser ausnutzten.

Eine Kombination der besseren Lichtdurchdringung des Bestandes, der höheren photosynthetischen Leistungsfähigkeit sich entwickelnder Blätter und des Bestandes bezogen auf den Blattflächenindex könnten die Ursache für die vom Modell berechnete Zunahme der Zuwachsraten der Blätter und Wurzeln gewesen sein. LEFFRING (1981) stellte in ihren Untersuchungen keine Wachstum fördernden Effekte durch das Blattbrechen fest. Nicht umstritten war der Vorteil der besseren Licht- und Luftdurchdringung des Bestandes, die nach OSTENK (1981) eine vorbeugende phytosanitäre Wirkung gegen Botrytis cinerea bedingt, der auf absterbenden Blättern unter Klimabedingungen eines dichten Pflanzenstandes gute Voraussetzungen für seine Verbreitung findet und gesunde Blätter und Blumen infizieren kann.

Die Wurzel profitierte ebenfalls von der erhöhten C-Substrat-Verfügbarkeit, da mit abnehmendem C-Substrat-Defizit wieder mehr Wurzelmasse gebildet werden konnte. Die Annahmen und Ergebnisse des Gerberamodells bestätigten Beobachtungen in der Praxis, dass das Blattbrechen das Pflanzenwachstum fördert (BRAUNSMANN, 1998).

Die Optimierung der Klimaparameter ergab für die Heiztemperatureinstellung Sollwerte von 18 °C tags und 15 °C nachts. Diesem Ergebnis stehen Aussagen von VAN OS et al. (1989) gegenüber, die bei Temperatursollwerten von 21 °C tags und 14 °C nachts eine Zunahme an Blumen geringerer Qualität und vermehrte Blütenknospenabortionen feststellten, wodurch sich letztendlich geringere Erträge an Blumen erster Qualität gegenüber Temperatureinstellungen von 18 °C tags und nachts sowie 14 °C tags und 21 °C nachts ergaben.

Eine maximale optimale Einstrahlungsintensität von 160 W m-2 PAR entsprach im Gewächshaus einer Beleuchtungsstärke um die 30 klux. Dieses Ergebnis stand im Widerspruch zu Aussagen von BOWE et al. (1969) und PENNINGSFELD und FORCHTHAMMER (1980), die für die Gerbera ein sehr hohes Lichtbedürfnis angaben, so dass sich sogar eine volle sommerliche Einstrahlungsintensität im Freiland fördernd auf den Ertrag auswirkte. Eine Ursache für die abweichende Empfehlung für die Sorte ’Moana‘ könnte auf eine Eigenschaft der Sorte zurückgeführt werden,


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bereits bei niedrigeren Einstrahlungsintensitäten die maximale photosynthetische Leistung zu erreichen (Abb. 27). Schließlich ist es ein wichtiges Ziel der Gerberazüchtung, die Blumenerträge während der lichtarmen Jahreszeit zu fördern, wenn die Preise aufgrund des geringeren Angebotes am höchsten sind (PENNINGSFELD und FORCHTHAMMER, 1980). Hohe Wintererträge könnten aus der Eigenschaft resultieren, schon bei geringeren Einstrahlungsintensitäten eine möglichst hohe photosynthetische Leistung zu erzielen. Eine Schattierung wäre folglich in den Sommermonaten bei voller Sonneneinstrahlung ratsam. Zudem kann die Temperaturerhöhung im Sommer im Gewächshaus nur durch eine Schattierung begrenzt werden. Gleichzeitig wird eine höhere relative Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus gehalten und das Wasserdampfsättigungsdefizit verringert, um die Stomata der Gerbera für den Gaswechsel geöffnet zu halten. Ein ungehinderter Gaswechsel stellt die Voraussetzung dar, den für Wachstumsvorgänge benötigten Kohlenstoff zu assimilieren und den Wasser- und Nährstofftransport in der Pflanze aufrecht zu halten.

Die Qualität der Blumen sowie die Anzahl an Blütenabortionen konnte durch das Gerberamodell nicht wiedergegeben werden. Dazu wären gesonderte Untersuchungen notwendig gewesen. Im Modell wuchsen die Blumen jedoch immer dann weiter, wenn genügend C- und N-Substrate für die Wachstumsvorgänge zur Verfügung standen. Im Anschluss an diese Arbeit müssen weitere Kulturversuche durchgeführt werden, um die berechneten optimalen Klimaparameter hinsichtlich der Einflüsse auf Ertrag und Qualität zu überprüfen.

6.5 Wissenschaftliche Bewertung der Ergebnisse

Erstmalig konnte für eine Gerbera-Hydrokultur am Beispiel der Sorte ’Moana‘ ein Wachstumsmodell erstellt werden, in dem ausgehend von Atmung, CO2- und Stickstoffaufnahme das Wachstum von Blättern, Blumen und Wurzeln simuliert wurde. Die äußeren Einflussgrößen wirkten sich dabei direkt auf Gaswechsel und Stickstoffaufnahme aus und beeinflussten die Verfügbarkeit von pflanzeneigenen Substraten, d. h. Assimilaten und Nährstoffen, für Wachstum und Energiegewinnung. Das Wachstum der Pflanzenorgane war somit abhängig vom Vorhandensein notwendiger C- und N-Substrate.

Die Modellierung des Wechsels zwischen überwiegend vegetativem oder generativem Wachstum wurde speziell für die Gerbera entwickelt und stellte die Abhängigkeit der Blumenbildung vom Spross- zu Wurzelmassen- und C- zu N-Substratverhältnis sowie der neugebildeten Anzahl an Blättern bzw. deren Assimilationsfläche erstmals dar. Da in wissenschaftlichen wie auch in praxisnahen Untersuchungen an der Gerberakultur der Blumenertrag das bedeutenste Prüfmerkmal ist, stellt das Modell eine Basis dar, mit den gewonnenen Erkenntnissen Kulturverfahren zu entwickeln, bei denen die Optimierung der genannten Verhältnisgrößen zur Maximierung des Blumenertrages im Mittelpunkt steht. Das Modell leistet dabei einen Beitrag zur Prognose des Blatt- und Blumenwachstums.

In gartenbaulichen Forschungsanstalten kann mit Hilfe des Modells bei der Vorbereitung von Versuchsvorhaben die Wahl einzustellender Klima- und Kulturparameter unter Berücksichtigung äußerer Einflussgrößen erleichtert werden, da sinnvolle Einstellungen und Grenzwerte in der Computersimulation identifiziert werden können.

Mit dem Gerberamodell wurde die notwendige Grundlage geschaffen, um in weiteren wissenschaftlichen Untersuchungen ein weiterführendes Modell für die Gerbera-Hydrokultur zu entwickeln. Dieses Modell sollte dann in der Lage sein, sortenübergreifend neben dem quantitativen Wachstum auch die Qualität der Blumen und das betriebswirtschaftliche Ergebnis der Kultur zu prognostizieren und zu optimieren.


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6.6 Abgeleitete praktische Empfehlungen

Mit dem Modell ist es möglich, grundsätzliche Wachstumsvorgänge zu simulieren und dem Praktiker die Auswirkungen von Kulturparametern und -maßnahmen nahezubringen. Die Untersuchungen wurden bewusst in praxisnah ausgestatteten Gewächshäusern des Gartenbauzentrums Westfalen-Lippe durchgeführt, um den Bezug zur gärtnerischen Praxis belegen zu können. Das Modell erfüllt seine Aufgabe als Hilfsmittel für die Optimierung spezifischer Kulturparameter zur Erzielung bestmöglicher Ertragsleistungen unter Berücksichtigung des Standorteinflusses.

Die optimierten Kulturparameter können nicht uneingeschränkt auf alle Gerbera-sorten übertragen werden. Aufgrund der genetischen Vielfalt des Gerberasortimentes und dem Wissen, dass die Sorten in Bezug auf die Kulturbedingungen unterschiedliche Ansprüche haben und unterschiedlich reagieren, muss die praktische Nutzung des Modells auf die untersuchte Sorte ’Moana‘ eingeschränkt werden. Des weiteren wurde im Modell hinsichtlich der Pflanzenernährung nur Stickstoff als limitierendes Nährelement einbezogen. Daher sollte es nur in Kulturen eingesetzt werden, in denen alle anderen Nährstoffe ausreichend zur Verfügung stehen. Bei einer Weiterentwicklung des Modells könnten unterschiedliche Sorteneigenschaften und weitere Nährstoffe Berücksichtigung finden.

Dennoch konnten mit den Empfehlungen, gespreizte Temperaturen zwischen Tag und Nacht einzustellen, Assimilationsbelichtung in Verbindung mit CO2-Düngung auf 15 Stunden und 600 bis 700 ppm CO2 zu begrenzen, die relative Luftfeuchtigkeit über 60 % zu halten, kontinuierliche Blattbrechvorgänge bei ausreichendem Lichtangebot durchzuführen und eine Schattierung des Bestandes zu berücksichtigen, wertvolle Ratschläge für die Praxis erarbeitet werden. In Kombination mit in weiteren Untersuchungen zu erstellenden Teilmodellen für eine Qualitätsbestimmung der geernteten Gerbera und eine betriebswirtschaftliche Analyse könnte ein umfassendes Modell entstehen, um den betriebswirtschaftlichen Erfolg der Gerberakultur zu prognostizieren.

6.7 Vorschläge für weiterführende wissenschaftliche Untersuchungen

Im Gerberamodell offenbarten sich Ungenauigkeiten bei der Steuerung der Massenflüsse zwischen den Blattalterskategorien. Obwohl der Gesamtblattflächenindex der Gerbera im Modell im Vergleich zu den tatsächlich ermittelten Werten gut nachgebildet werden konnte, wurden bei den partiellen Blattflächenindices Abweichungen festgestellt. In diesem Bereich erwies sich das Modell als nicht ausreichend stabil. Die Gründe könnten in den unterschiedlichen Einteilungskriterien des Modells und der Wachstumsbeobachtungen in die Blattalterskategorien sowie in der Abstimmung zwischen der Berechnung von Mittelwerten und Summen innerhalb der Blattalterskategorien und den Zu- und Abflüssen aus den Statusvariablen liegen. In weiteren Untersuchungen sollten zusätzliche Daten gewonnen werden, um die Blattbildung und deren -entwicklung realistischer steuern zu können. Durch die gute Wiedergabe des Gesamtblattflächenindices erwies sich die übergeordnete Modellstruktur dennoch als geeignet, den Blattzuwachs bzw. die Blattmasse des Bestandes zu simulieren.

Bei der Simulation des Pflanzenwachstums mit den Kulturdaten des Bewässerungsprüfgliedes mit Tensiometersteuerung traten hinsichtlich des Blattflächenindexes BFI Abweichungen zu den beobachteten Daten auf. BFI wurde zumeist überschätzt, was auf ein höheres spezifisches Blattflächentrockengewicht bei den Pflanzen dieses Prüfgliedes hinwies. In den drei Bewässerungsprüfgliedern wurden unterschiedliche Salzgehalte in den Mattennährlösungen gemessen. Diese hatten nach


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LARCHER (1994) über die osmotische Wirkung der im Wasser gelösten Salze einen Einfluss auf die Wasserverfügbarkeit für die Pflanze. Höhere Salzgehalte, wobei die osmotische Wasserbindung mit der Höhe der Salzkonzentration linear ansteigt, hemmen die Wasseraufnahme und führen zu einem höheren Trockensubstanzanteil. Aufgrund der Salzgehalte wäre zu begründen, dass das spezifische Blattflächentrockengewicht der Tensiomat gesteuerten Bewässerungsvariante höher lag.

In weiteren Untersuchungen zur Auswirkung unterschiedlicher Salzgehalte in der Mattenlösung auf die Wasser- und Nährstoffaufnahme und das Wachstum der Gerbera einschließlich der Trockenmassenanteile sollten zusätzliche Informationen erarbeitet werden. Diese Daten könnten in der Folge im Modell mathematisch eingebunden werden, um den Einfluss des Salzgehaltes in Verbindung mit der tatsächlichen Wasserverfügbarkeit wiederzugeben. Bislang wirkten sich die N-Konzentration der Mattenlösung im Modell auf die N-Aufnahme und der Wassergehalt in der Matte indirekt auf die Öffnung der Stomata aus. Eine Interaktion dieser Umweltfaktoren unter Berücksichtigung der Wasserverfügbarkeit und deren Auswirkung auf die Wachstumsvorgänge sollte zu modellieren sein.

Physiologische Prozesse waren zum Teil im Modell nicht oder nur in Form mathematischer Gleichungen realisiert. So wurde der Anteil an Strukturmasse am Gesamttrockengewicht mit dem Parameter fWG = 0,828 als konstant angenommen, um die Stabilität des Modells zu gewährleisten, da dieser sich bei dynamischer Darstellung innerhalb des Modells als instabil erwiesen hatte und zum Teil Werte annahm, die physiologisch unrealistisch gewesen wären.

Der Einfluss von Phytohormonen, die das Wachstum jeder Pflanze steuern, konnte nicht einbezogen werden, da die notwendigen Daten und Hypothesen nicht verfügbar waren. Neuere Untersuchungen am Gartenbauzentrum Westfalen-Lippe zeigten, dass eine differenzierte Steuerung der Wurzelraumtemperatur im Hydrokultursystem Einfluss auf Wurzelatmung, Energiefreisetzung, Bildung von Phytohormonen und damit auf den Ertrag der Gerbera nehmen kann (RICHTER und MATSCHKE, 2000).

Bei den Berechnungen der CO2-Austauschraten wurde die Photorespiration nicht berücksichtigt, da nicht genügend Daten zur Verfügung standen. Ansätze zur Modellierung der Photosynthese einschließlich des Einflusses der Photorespiration wurden von ACOCK et al. (1976) in Form eines Simulationsmodells und von HAHN (1987) auf biochemischer Basis entwickelt. Eine Umsetzung im Gerberamodell war nach dem derzeitigen Kenntnisstand nicht möglich. Der Einfluss der Photorespiration auf die apparente Netto-CO2-Austauschrate ging in den Dunkelatmungsparameter Rd indirekt in Gleichung (5) mit ein.

Eine Berücksichtigung dieser Effekte im Modell nach Klärung der Mechanismen wäre durchaus denkbar. Des weiteren könnte ein Untermodell, das den Wasserhaushalt der Pflanzen einschließlich des Einflusses aus der Interaktion zwischen Salzgehalt und Wasserverfügbarkeit in der Matte berücksichtigt, das Gerberamodell ergänzen. Für die Praxis wären Module zur Bestimmung der Verkaufsqualität der Gerberablumen und zur Einbeziehung betriebswirtschaftlicher Daten sinnvoll, um die Auswirkungen der Kulturführung am monetären Ertrag messen zu können.

Es sollte bedacht werden, dass das Sortenspektrum bei der Gerbera weit gefasst ist, so dass die berechneten Werte vorerst nur für die Sorte ’Moana‘ Gültigkeit besaßen. Überprüfungen an anderen Sorten müssten durchgeführt werden. Die genetische Variabilität der Gerbera, die immer wieder anhand uneinheitlicher Reaktionen auf äußere Einflussgrößen festgestellt wurde, ließ erwarten, dass das Modell mit den berechneten Parametern keine Sorten übergreifende Gültigkeit besaß (FISCHER et al., 1994; ESCHER et al., 1996; RICHTER, 1998). Da eine Übertragbarkeit auf ande


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re Sorten zu diesem Zeitpunkt nicht möglich war, gilt dieses erst recht für die Verwendung des Modells in Bezug auf andere Schnittblumenarten. Über Sensitivitätsanalysen könnten die Modellparameter herausgefunden werden, die den größten Einfluss bei der Anpassung des Modells an die Eigenschaften anderer Sorten aufweisen. Eine Berücksichtigung in den Funktionen des Modells wären dann möglich, um das Modell sortenübergreifend einsetzen zu können. Dazu müssten weitere Kulturversuche mit verschiedenen Sorten durchgeführt werden, um die notwendigen Prüfmerkmale zu untersuchen.

Die Verwendung des Gerberamodells für Forschungszwecke ist sinnvoll, wie die Untersuchung zur Auswirkung des Blattbrechens zeigte. Nach weiteren Überprüfungen des Modells können bestimmte Fragen hinsichtlich der Klimaführung oder definierter Kulturmaßnahmen auf dem Computer simuliert werden, um umfangreiche Kulturversuche zu vereinfachen und Versuchsfaktoren genauer festlegen zu können. Das Modell stellt dabei kein statisches Berechnungsschema dar. Es sollte dynamisch weiterentwickelt werden, um der Realität immer besser zu entsprechen.

Eine Modifikation des Modells kann zu vielfältigen Anwendungen führen. Der Einbau des Modell in ein Kultursteuerprogramm, das dem Kultivateur vorgibt, in welchem Zustand sich die Kultur befindet bzw. in der nahen Zukunft befinden wird und welche Klimaparameter unter den gegebenen Umweltbedingungen die besten wären, ist denkbar und könnte unter Umständen sogar die Steuerung und Überwachung des Gewächshausklimas übernehmen. Das Simulationsmodell würde unter gegebenen nicht beeinflussbaren Umweltbedingungen wie die Einstrahlungsintensität die optimalen Kulturparameter für die steuerbaren Einflussgrößen wie Temperatur, CO2-Konzentration, N- und Wasserversorgung sowie künstliche Belichtung berechnen und über eine zu schaffende Schnittstelle Stellglieder der Gewächshausregelung ansteuern können. Für die Funktion als Klimaregelprogramm wäre eine Kombination mit einem Simulationsmodell zur kurzfristigen Klimaentwicklung im Gewächshaus notwendig. Modelle dieser Art wurden bereits entwickelt. HEISSNER (1996) entwarf eines zur Kurzfriststeuerung der Temperatur, Luftfeuchte und CO2-Konzentration im Gewächshaus, wobei das Modell auf den Bilanzen des Wasserdampfes sowie des CO2 beruhte.

Das Gerberamodell stellt damit den notwendigen ersten Schritt für eine Reihe weiterer Untersuchungen dar, mit Hilfe einer umfassenden Kultursimulation eine neuartige zielgerichtete Klimaregel- und Kulturführungsstrategie zu entwickeln. Das Ziel dieser Strategie sollte auf die Optimierung von Ertrag, Qualität und betriebswirtschaftlichen Erfolg ausgerichtet sein.


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