PLANTSENS

Projektbeschreibung

Wassermangel kann man an Tomatenpflanzen, Salat und Co. messen, lange bevor sie alles hängenlassen. Je nach Wasserstatus reflektieren ihre Blätter natürliche Strahlung in definierten Wellenlängenbereichen. Zudem stellen sich bei Pflanzen unter Wassermangel andere Blatttemperaturen ein als bei gut mit Wasser versorgten Pflanzen. Diese Eigenheiten machte sich das Team im Projekt „PLANTSENS“ zunutze und entwickelte ein System, das pflanzenbasiert und kameragestützt die Bewässerung von Nutzpflanzen ansteuern kann.

Dazu musste das Team zunächst herausfinden, wie genau einzelne Pflanzen bei Wasserstress reagieren. In Messreihen mit Tomatenpflanzen im Labor-Gewächshaus der BHT bestimmte es die wesentlichen Parameter. Dafür entwickelte es ein Multisensorsystem. Mit drei Kameras, die im sichtbaren und nahinfraroten Wellenlängenbereich, im kurzwelligen Infrarot und im Thermalbereich Daten erfassen, fährt es auf Schienen an der Decke des Gewächshauses und nimmt Bilder der Tomatenpflanzen auf.

Diese Bilddaten werden verwendet, um die Pflanzengewebe zu erkennen, einen Wasserindex aus den Reflexionswerten im kurzwelligen Infrarot zu berechnen und mit den Wärmebilddaten den sogenannten Crop Water Stress Index zu ermitteln. Dieser basiert auf Luft- und Feuchttemperatur sowie Strahlungswärme und Windgeschwindigkeit. Mithilfe der beiden unabhängigen Indices können die Forschenden redundant den Wert bestimmen, der den Zusammenhang zwischen den Messdaten und dem Wasserversorgungszustand beschreibt. Und so den Zeitpunkt ermitteln, ab dem die Tomaten Wasser brauchen.

Ihre Messungen kontrollierten sie mit Gaswechselmessungen. Denn: Geraten die Pflanzen in Wasserstress, schließen sie die Spaltöffnungen in ihren Blättern. Damit verhindern sie, dass das in ihnen gespeicherte Wasser verdampft – stellen aber auch die Photosynthese ein und geben keinen Sauerstoff mehr ab. Mithilfe eines Photosynthese-Messsystems konnten die Forscher diesen Zeitpunkt genau bestimmen.

Die so ermittelten Schwellenwerte geben den Ausschlag darüber, ob das System die Bewässerung auslöst oder nicht. Dazu sendet es ein Signal an einen Zentralserver. Er wiederum steuert das mit ihm verbundene Bewässerungssystem an. Die Vorteile: Die Bewässerung kann automatisch, bedarfsgerecht und teilflächenspezifisch an den Pflanzen erfolgen, das Wasser damit sparsam eingesetzt werden. Die Nutzpflanzen leiden unter weniger Wasserstress und können höhere Erträge und bessere Qualitäten liefern. Für die landwirtschaftlichen und gartenbaulichen Betriebe entfällt außerdem die Arbeit, die Pflanzen selbst auf Wassermangel zu kontrollieren.