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Dissertation

Autor(en): Michael Beck
Titel: Strategien zur Steuerung der Bewässerung im Gewächshaus und Konsequenzen für die Strukturierung von Leitrechnersystemen
Gutachter: M. Böhme; S. Kleisinger; U. Schmidt
Erscheinungsdatum: 04.07.2000
Volltext: html (urn:nbn:de:kobv:11-10015610)
pdf (urn:nbn:de:kobv:11-10015627)
Fachgebiet(e): Landwirtschaft, Veterinärmedizin
Schlagwörter (ger): Transpiration, Bewässerung, Prozessautomatisierung, Modellierung
Schlagwörter (eng): transpiration, irrigation, processcontroling, models
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
Zitationshinweis: Beck, Michael: Strategien zur Steuerung der Bewässerung im Gewächshaus und Konsequenzen für die Strukturierung von Leitrechnersystemen; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät , publiziert am 04.07.2000, urn:nbn:de:kobv:11-10015627
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Abstract (ger):
Die wesentlichen Einflussgrößen auf den Wasserverbrauch von Pflanzen sind klimatischer Art, die Pflanze selbst und der Wasserhaushalt des Bodens. Als wichtige klimatische Einflussgrößen sind das Sättigungsdefizit der Luft bzw. die Dampfdruckdifferenz zwischen Blatt und Luft und die Einstrahlung zu nennen. Die Einstrahlung beeinflusst das Gewächshausklima und hat eine direkte Wirkung auf die Öffnungs- und Schließbewegung der Stomata. Die Bodenfeuchte ist sowohl im Hinblick auf die Wasseraufnahme der Pflanzen als auch bei einem Anbau im gewachsenem Boden auf eine mögliche Sickerwasserbildung und damit eine Nährstoffauswaschung von Bedeutung. Die im Gewächshausanbau eingesetzten Prozessleitsysteme berücksichtigen die Wechselwirkungen der Einflussfaktoren auf den Wasserumsatz eines Pflanzenbestandes nur bedingt. Einzelne Parameter wie z.B. die Einstrahlungssumme oder das Matrixpotential des Bodens werden zwar zur Steuerung der Bewässerung verwendet, eine Kombination der Einflussfaktoren wie z.B. die Anpassung der Einstrahlungssumme an das Pflanzenwachstum muss bisher vom Anwender vorgenommen werden. Zur Darstellung der Zusammenhänge des Wasserumsatzes eines Pflanzenbestandes im Gewächshausanbau wurde in den experimentellen Untersuchungen der Wasserumsatz in Abhängigkeit der Bodenfeuchte (Matrixpotential), der klimatischen Größen (Einstrahlungssumme, Sättigungsdefizitsumme und Dampfdruckdifferenzsumme) an Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes und Cucumis sativus untersucht. Aufgrund des hohen Bestimmtheitsmaß und niedrigen Variationskoeffizienten sowie der Übertragbarkeit auf verschiedene Bodenarten und Kulturen ist die Matrixpotentialmessung als Führungsgröße für die Bewässerungssteuerung zu verwenden. Da die häufig eingesetzten Tensiometer bzw. Tensioschalter, bauartbedingt Schwächen aufweisen sind diese Sensoren durch übergeordnete Modellrechnungen zu kontrollieren. Dazu ist die Einstrahlungssumme, Sättigungsdefizitsumme und der Gießabstand zu verwenden. Die klimatischen Parameter müssen über entsprechende Modellrechnungen und der Analyse bereits ausgeführter Gießtakte dem Pflanzenwachstum angepasst werden. Nachdem bereits einige Prozessleitsysteme die für die Bewässerung- und Klimasteuerung notwendigen Hardwarekomponenten in ein System integriert haben, muss die Verknüpfung auf Softwareebene realisiert werden. Hierzu müssen die Kontrollstrategien d.h. die Softwareroutinen entsprechend schnell angepasst werden können. Aufgrund der in den letzten Jahren gesteigerten Leistungsfähigkeit bieten sich hierzu Prozessleitsysteme auf PC-Basis an.
Abstract (eng):
The fundamental parameters determining the water consumption of plants are the climate, the plant itself and the soil water supply. The important climatic parameters are the water saturation deficit of the air or more correctly the water vapour pressure difference between leave surface and air, and the solar irradiation. The solar irradiation influences the greenhouse climate and has therefore an immediate effect on the opening and closing of the stomata. The soil humidity is important for both the water absorbtion of a plant and - when cultivating in soil - the possible losses of water and nitrogen into deeper soil layers causing environmental pollution of the ground water. The computer systems used for controlling the irrigation in greenhouses do not take the interactions of the influence coefficients on the water exchange of plants sufficiently into account. Single parameters like the irradiaton sum or the water tension are used for controlling irriagaton, but the combination of different influence factors like the adaption of the irradiation sum to the plant growth must be done by the user so far. Several scientific trials were carried out to describe the water consumption of plants in greenhouses. The water consumption is defined by the water tension of the soil, the irradtiotion sum, the water vapour pressure deficit sum and water vapour pressure difference sum. For the trials the plants Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes and Cucumis sativus were used. The soil water tension measured by tensiometers proved to be the best parameter for controlling irrigation because of the highest stability index and the lowest variation coefficient as well as the transferability of this parameter to different soil types and plants. Because the construction of tensiometers and tensioswitches can cause problems, a superordinated model calculation has to control the sensors. This calculation is based on the parameters irradiation sum, water pressure deficit sum and irrigation intervals. The climatical control parameters must be adapted to the plant growth by using adequate model calculations and the analysis of previous irrigation events After a lot of computer systems for greenhouse process controlling integrated the hardware components necessary for irrigation and climatic control, this has to happen with the software basis as well. A quick update of the Software must be possible. Personal computers can be used because of the improved capacity.
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