Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23

Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 23: 101–102 (2011)
Anpassung der Pflanzenmorphologie in Beständen
Katrin Kahlen, Dirk Wiechers und Hartmut Stützel
Institut für Biologische Produktionssysteme, Leibniz Universität Hannover. E-Mail: kahlen@gem.unihannover.de
Einleitung
Pflanzen verfügen über eine Vielzahl von Mechanismen, um sich an lokale Umweltbedingungen
anpassen zu können. Moderne Produktionssysteme sind oftmals von
einer relativ hohen Pflanzendichte und einer heterogenen Verteilung der Pflanzen in
Reihen geprägt. Diese induzieren zusätzliche morphologische Anpassungsreaktionen
auf der Ebene der individuellen Organe, wie zum Beispiel eine verstärkte
Streckung der Internodien und auch eine Blattbewegung aus dem Schatten heraus
ins Licht. Die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der funktionell-strukturellen
Modellierung ermöglichen es, Interaktionen zwischen Morphologie und Physiologie
auf der Ebene des Bestandes besser verstehen zu können. Das Ziel dieses Beitrags
war es daher, basierend auf funktionell-strukturellen Modellen Anpassungen der
Pflanzenmorphologie in Beständen zu analysieren und zu diskutieren.
Material und Methoden
Es wurden drei Versuche mit Gurkenpflanzen (Cucumis sativus L. cv. Aramon) in
den Gewächshäusern des Instituts für Biologische Produktionssysteme der Leibniz
Universität Hannover durchgeführt. Alle Versuche waren zweifaktoriell mit drei
Wiederholungen. Die Faktoren waren Pflanzdichte (1 und 2 Pflanzen m -2 ) und Verteilung
der Pflanzen im Raum (Reihenbestand und isometrischer Bestand). Die Pflanzen
wurden senkrecht aufgeleitet bis zu einer Höhe von 2 m. In den sechs Wochen
nach Pflanzung wurde die dreidimensionale Pflanzenarchitektur von je drei Pflanzen
pro Parzelle mittels Digitalisierung wöchentlich erfasst. Es wurde ein dynamisches
Temperatursummen basiertes Modell, das die Pflanzenarchitektur ohne Konkurrenzeinflüsse
durch Nachbarpflanzen realistisch darstellt, mit einem Lichtmodel kombiniert.
Das gekoppelte Model bestimmt Lichtquantität und -qualität auf Organebene.
Darüber hinaus wurden lichtabhängige Wirkungsfunktionen für horizontale Blattbewegung
und Internodienstreckung aufgestellt, parametrisiert und in das funktionellstrukturelle
Modell integriert. Alternativ wurde der Einfluss der Lichtqualitätssignale
auf die Internodienstreckung über die Blattflächen geschätzt. Simulationsläufe mit
und ohne Anpassung der Morphologie wurden mit den in den Versuchen gemessenen
globalen Strahlungsdaten und den etablierten Standraumformen als
Modellinput durchgeführt.
Ergebnisse und Diskussion
Die Simulationen zeigten realistische Darstellungen der Blattorientierungen für alle
Kombinationen der Bestandesdichte und Standraumform. Aus den alternativen Simulationen
mit und ohne Anpassung der Pflanzenmorphologie ließ sich zudem ableiten,
dass die Blattbewegung auch auf Bestandesebene zu einer Erhöhung der aufgenommenen
Strahlung führt.
Das Lichtquantität-sensitive Submodell simulierte Trends für finale Internodienlängen
entlang der Sprossachse, die mit den gemessenen Trends übereinstimmten.
Allerdings wurden generell die Längen an den höheren Rängen unterschätzt. Die
Schätzungen der Längen, die sowohl lokale Lichtquantität als auch Lichtqualität