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Internet-Sonden

Internet-aktive Sonden messen die Wasserversorgung von Pflanzen

18.05.2010 | Autor / Redakteur: Simon Rüger* und Ulrich Zimmermann* / Marc Platthaus

Abb. 1: Schema der Sensor-Funktechnik, Datenfernübertragung und Fernsteuerung der Bewässerung.
Abb. 1: Schema der Sensor-Funktechnik, Datenfernübertragung und Fernsteuerung der Bewässerung.

Ungefähr 80 Prozent der weltweit zugänglichen Süßwasser-ressourcen werden zurzeit für künstliche Bewässerung in der Landwirtschaft verbraucht. Lesen Sie, wie sich in Zeiten von stetig wachsender Weltbevölkerung, Klimawandel und zunehmender Versalzung von Ackerböden der Wasserverbrauch durch den Einsatz intelligenter Sondensysteme signifikant minimieren lässt.

Die globale Produktion von Nahrungsmitteln muss nach Schätzungen von Fachleuten bis zu 35 Prozent gesteigert werden, um die wachsende Erdbevölkerung auch im Jahr 2025 ernähren zu können. Zurzeit werden bereits 50 Prozent der weltweit erzeugten pflanzlichen Nahrungsmittel auf künstlich bewässerten Böden produziert. Als Folge von intensiver Bewässerung veröden weltweit jährlich mehrere hunderttausend Hektar Agrarfläche. Schon jetzt sind von den global 260 Millionen Hektar bewässerter Agrarfläche 80 Millionen Hektar von Bodenversalzung betroffen. Ein drastischer Rückgang von Niederschlägen bzw. chronischer Wassermangel, wie er in vielen Teilen der Welt zu beobachten ist, hat in den letzten Jahren dazu geführt, dass verstärkt salz-belastetes Klärwasser zur Bewässerung eingesetzt wird, was letztlich zu weiterem Verlust von Ackerboden führt.

Zwar ersetzen „wassersparende“ Bewässerungssysteme, wie Tropfbewässerungsanlagen allmählich stark Wasser-verbrauchende Techniken wie Sprinkleranlagen, jedoch können auch noch bei der Tropfbewässerung hohe Einsparpotenziale erzielt werden, wenn der Wasserbedarf der Pflanzen in Echtzeit durch Sensorsysteme erfasst werden kann. Messungen des Wassergehaltes im Boden geben nur grobe und indirekte Anhaltspunkte über die Wasserversorgung der Pflanze, da die Bodenbeschaffenheit lokal stark variieren kann, und Pflanzen sehr unterschiedlich auf Wasserknappheit reagieren. Pflanzen-basierte Nachweismethoden für Wasserstress hingegen sind generell Boden-basierten Methoden überlegen. Der zuverlässigste Parameter zur Ermittlung des Wasserbedarfs einer Pflanze ist die Bestimmung des Turgors im Blatt (s. Kasten), da dieser hochempfindlich auf Wasseraufnahme aus dem Boden und der Atmosphäre bzw. Wasserverluste durch Transpiration reagiert [1-4]. Außerdem lassen Turgormessungen Aussagen über die zu erwartenden Erträge zu, da das Öffnen und Schließen der Stomata sich auf den Blattturgor auswirkt.

Aktuelle Druckmessmethoden

Viele Pflanzenphysiologen, aber auch eine Reihe von Farmern, setzen die Druckbombenmethode nach Scholander ein [1]. Ein abgeschnittenes Blatt (das vorab für etwa zwei Stunden mit Folie umhüllt wird, um die Transpiration zu unterbinden) oder ein Zweig wird in einem Stahlbehälter unter Druck gesetzt. Der Gasdruck, bei dem Wasser an der aus der Bombe weisenden Schnittstelle austritt, wird bestimmt (s. Abb. 2A). Dieser Druckwert (bis zu 4 MPa) wird als Maß für den absoluten Druck in den Wasser-Leitungsbahnen der Pflanzen bzw. für das Wasserpotenzial in den Blättern (= Differenz aus Turgor minus osmotischem Druck) genommen. Diese Methode ist invasiv, sehr ungenau, zeitaufwändig und erlaubt deshalb nur sporadische Messungen im Verlauf einer Vegetationsperiode.

 

Der Turgor von Pflanzenzellen

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