Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23

Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 23: 106–107 (2011)
Evaluierung der Lichtverteilung
in räumlich heterogenen Beständen
Dirk Wiechers, Katrin Kahlen und Hartmut Stützel
Institut für Biologische Produktionssysteme, Leibniz Universität Hannover. E-Mail: wiechers@gem.unihannover.de
Einleitung
Produktionssysteme für Gewächshausgurken (Cucumis sativus L.) sind durch eine
starke räumliche Strukturierung des Bestandes geprägt. Dadurch kommt es zu einer
räumlichen Inhomogenität der Lichtverteilung, was häufig suboptimal für eine hohe
Produktivität ist. Für ein tiefergehendes quantitatives Verständnis des Einflusses des
Lichtes auf die Produktivität ist es notwendig, die morphologischen und physiologischen
Anpassungen der Pflanzen an ihre Umwelt zu berücksichtigen. Durch die
Verwendung eines dreidimensionalen (3D) Strukturmodells der Pflanze und des
umgebenden Bestandes in Kombination mit 3D-Lichtverteilungsmodellen wird es
ermöglicht, die Lichtverteilung für einzelne Organe der Pflanze abzubilden.
Material und Methoden
Gewächshausgurken wurden in einem Reihenbestand mit 2 Pflanzen pro m² und
einem isometrischen Bestand mit 1 Pflanze pro m² angebaut. Zur Erfassung der
räumlichen Struktur der Pflanze unter Bestandesbedingungen wurden einzelne
Pflanzen digitalisiert (Wiechers et al., 2011). Anschießend wurde die photosynthetisch
aktive Strahlung (PAR) auf Einzelblattebene gemessen. Durch seitliche
Schattierungen wurde es möglich, den Einfluss des Lichteinfalls aus unterschiedlichen
Richtungen auf die Verteilung zu analysieren. Hierzu wurden die Messpflanze
und ihre Nachbarpflanzen entweder an allen Seiten schattiert oder die Schattierung
wurde in der Reihe, zwischen den Reihen oder an allen Seiten geöffnet. Um die
Vergleichbarkeit der Messwerte zu ermöglichen, wurden die PAR-Messwerte
normalisiert (nPAR). Mittels der Daten der Digitalisierung wurde ein statisches 3D-
Modell der Pflanzenstruktur und des umgebenden Bestandes erstellt. Unter
Berücksichtigung des Sonnenstandes zur PAR-Messung wurde mit CARIBU (Chelle
und Andrieu, 1998), einem auf dem Radiositätsprinzip basierten Lichtmodell, die
Lichtintensität auf Einzelblattebene für die unterschiedlichen Varianten simuliert. Für
die Messungen und Simulationen wurde die Lichtextinktion über den Blattflächenindex
(LAI) mittels einer exponentiellen Funktion nPAR=I0 exp(-k LAI)
abgebildet.
Ergebnisse und Diskussion
Die Ergebnisse der Messungen und der Simulationen für beide Bestandesarchitekturen
in den geschlossenen Varianten waren gekennzeichnet durch eine
vereinfachte Lichtumgebung, bei der sich die Lichtextinktion durch die exponentielle
Funktion präzise beschreiben ließ. In der in der Reihe offenen Variante im dichten
Reihenbestand hatte das zusätzliche Licht, das durch das Öffnen der seitlichen
Schattierung an die Messpflanze kam, wenig Einfluss auf den Gradienten. Die
zusätzlichen Lichtanteile in der zwischen den Reihen offen Variante führten hingegen
zu einer deutlichen Abflachung des Lichtgradienten und zu einer stärkeren
Variabilität in den Messungen und Simulationen. Im isometrischen Bestand waren