Archiv für Gartenbau: Band 28, Heft 1 1980 [Reprint 2021 ed.] 9783112492369, 9783112492352

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AKADEMIE DER

LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN

D E R DEUTSCHEN DEMOKRATISCHEN R E P U B L I K

ARCHIV FÜR

GARTENBAU

«w

cq O

I w w Q

1973

0,4

3

2

1974

5,0

3

2

W 6658, 2 x AzaplantKombi Azaplant-Kombi 2 x W 6658, AzaplantKombi 2 X Azaplant-Kombi, Sys 67 M E 2 X Azaplant-Kombi, Sys 67 ME

1970

3,0

2

2

1971

1,2

3

2

1974

2,1

2

1

1975

1,8

3

2

1971

3,5

3

2

1972 1973

4,4 2,8

2 3

2 2

1974

3,3

3

2

1975

9,8

3

2

1971

4,4

4

3

1973

1,9

3

2

1974

2,8

3

2

1975

4,3

2

1

54 2,5

41 2,0

2 X

Appi.

Spritz- Mittel gänge

Kombinationen

Azaplant-Kombi + Sys 67 Azaplant-Kombi + Sys 67

W 6658, Hedolit-Konzentrat Wonuk, Azaplant-Kombi, Azaplant-Kombi + SpritzHormit Spritz-Hormit Azaplant-Kombi, Spritz- Azaplant-Kombi + SpritzHormit Hormit W 6658, Azaplant-Kombi, Azaplant-Kombi + Sys 67 M E Sys 67 M E 2 x Azaplant-Kombi, Sys 67 M E 2 x Azaplant-Kombi 2 x Azaplant-Kombi, Sys 67 M E 2 X Sys 67 M E , AzaplantKombi 2 X Azaplant-Kombi, Sys 67 M E W 6658, Hedolit-Konz., 2 x Sys 67 M E W 6658, Sys 67 M E , Hedolit-Konz. Gesaprim, Sys 67 M E , Hedolit-Konz. W 6658, Sys 67 M E

Azaplant-Kombi + Sys 67 M E

Azaplant-Kombi + Sys 67 M E Azaplant-Kombi + Sys 67 M E Azaplant-Kombi + Sys 67 M E W 6658 + H e d o l i t - K o n z . W 6658 + Sys 67 M E Gesaprim + Sys 67 M E W 6658 + Sys 67 M E

t e r n z. B . d i e A c k e r w i n d e a u f g r ö ß e r e n F l ä c h e n g e s c h l o s s e n e R e i n b e s t ä n d e die teilweise die B a u m k r o n e n D i e günstigen

Ergebnisse

bilden,

durchwucherten.

bei e i n e m

T e i l d e r B e t r i e b e ( T a b . 9) b e r e c h t i g e n z u d e m

Schluß, daß der B e k ä m p f u n g s a u f w a n d

bei entsprechender M i t t e l w a h l u n d

mäßer D u r c h f ü h r u n g des Herbizideinsatzes

sachge-

erheblich verringert werden kann.

Das

11

Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

bezieht sich sowohl auf die Zahl der Präparateanwendungen wie auch auf die Zahl der Spritzgänge, die gemäß den Erhebungen im Mittel für alle berücksichtigten Quartiere 3,4 Herbizidapplikationen im R a h m e n von 2,3 Spritzgängen jährlich betrugen. Aus Tabelle 9 geht hervor, daß es einigen Betrieben gelungen war, in den kontrollierten Anlagen trotz Vorhandenseins auch v o n Rhizomunkräutern über Jahre mit 1 . . . 3 Herbizidapplikationen (im Mittel 2,5) im R a h m e n v o n 1 . . . 3 Spritzgängen (im Mittel 2,0) erfolgreich zu sein, ohne die anerkannte Dosierung der jeweiligen P r ä parate zu überschreiten. Bei A z a p l a n t - K o m b i wurden meist nicht mehr als 4 kg in einem Arbeitsgang ausgebracht. I n Verbindung damit wurde ein Bedeckungsgrad zum Kontrolltermin auf einem N i v e a u von überwiegend nicht höher als 3 % festgestellt. I n 4 von diesen 5 Betrieben wurden Z w e i f a c h - K o m b i n a t i o n e n v o n zumeist A z a p l a n t - K o m b i mit Wuchsstoffherbiziden (überwiegend Sys 67 M E ) v o r g e n o m m e n Doch zeigt die Tabelle, daß auch mit anderen K o m b i n a t i o n e n und auch bei ausschließlicher Separatanwendung der Herbizidpräparate ein günstiger E r f o l g erzielt werden konnte. Daß auch mit noch geringerem Herbizideinsatz gute Ergebnisse erzielbar sind, zeigen die in Tabelle 10 dargelegten Befunde. Hier wurden mit 1 . . . 2 Herbizidapplikationen und Spritzgängen v o n verschiedenen Betrieben in einezelnen Jahren noch durchaus beachtliche Ergebnisse erzielt. Voraussetzung für einen niedrigen B e k ä m p f u n g s a u f w a n d gemäß den A n g a b e n in Tabelle 9 und Tabelle 10 ist im allgemeinen eine bereits im V o r j a h r erzielte weitgehende Bewuchsfreiheit der Baumstreifen. Wenngleich eine Wiederbegrünung der BaumTabelle 10 Beispiele für einen minimalen Herbizideinsatz verbunden mit einem Bedeckungsgrad unter 10"/,, Bedeckungsgrad 1,2 2,1

Applikationen 1 2

Spritzgänge 1 1

1 2

2 1 2

3,1

2

2

4,3

2

1

4,4 6,0

2 2

2 2

6,9

2

2

7,3

2

2

20 1,8

18 1,6

2,4 3,0 3,0

2 X

2

Mittel Spritz-Hormit Azaplant-Kombi Spritz-Hormit 2 X Azaplant-Kombi Azaplant-Kombi W 6658 Hedolit-Konz. Azaplant-Kombi Hedolit-Konz. W 6658 Sys 67 ME 2 x Azaplant-Kombi W 6658 Azaplant-Kombi W 6658 Azaplant-Kombi Azaplant-Kombi Spritz-Hormit

Kombinationen

-

Azaplant-Kombi + Spritz-Hormit —

-

W 6658 + Sys 67 ME —

—

-

RODE/P AETZOLD, Herbizideinsatz und XJnkrautbedeckung in Apfelertragsanlagen

12 Tabelle 11

R a h m e n - S p r i t z f o l g e n zur B e i b e h a l t u n g einer weitgehenden U n k r a u t f r e i h e i t der B a u m streifen in Apfelertragsanlagen u n t e r ausschließlicher Berücksichtigung z. Z. f ü r den O b s t b a u in der D D R a n e r k a n n t e r P r ä p a r a t e Bei Neigung zur Wiederbegrünung überwiegend durch Gräser einjährigeSamenunkräuter1 einjährige Samenunkräuter 2 Rhizomunkräuter Unkräuter aus m e h r e r e n o. a. Gruppen

zeitiges F r ü h j a h r bis April

Sommer B l ü h e n d e bis Mitte J u l i

Herbizide

kg/ha beh. Fl.

Azaplant-Kombi Unkrautbek.M i t t e l 3 W 6658

4 3.

Wonuk

3.

Azaplant-Kombi

Azaplant-Kombi

Herbizide

kg/ha beh. Fl.

Kosten5 M/ha beh. F l ä c h e

159,44

Azaplant-Kombi

4

5

Sys 67 ME'-

2

55,17-76,51

5

Sys 67 M E ' '

2

64,83-92,61

4

Sys 67 ME' 1

2

102,88

4

Azaplant-Kombi + Sys 67 M E 4

4 2

182,60

1

vor dem A u f l a u f e n nach dem Auflaufen 3 oder ein anderes S i m a z i n - P r ä p a r a t > ' oder ein anderes W u c h s s t o f f m i t t e l , entsprechend seiner besonderen E i g n u n g gegen die jeweilig vorherrschenden Unkräuter 3 G A P g e m ä ß Preisverzeichnis z u m K a t a l o g „ P f l a n z e n s c h u t z - u. S c h ä d l i n g s b e k ä m p f u n g s m i t t e l a u s der ehem. I n d u s t r i e der D D R " ; S t a n d v o m J u n i 1973 I n älteren Anlagen m i t relativ s t a r k e r B o d e n b e s c h a t t u n g u n d bei F e h l e n v o n R h i z o m u n k r ä u t e r n k a n n eine B e h a n d l u n g im F r ü h j a h r m i t U n k r a u t b e k ä m p f u n g s m i t t e l W 6658 3 bzw. A z a p l a n t K o m b i (5 kg bzw. 8 k g / h a beh. Fl.) zeitweilig ausreichend sein. N u r ausnahmsweise bei witter u n g s b e d i n g t besonders s t a r k e r F ö r d e r u n g des U n k r a u t w a c h s t u m s u n d einsetzender S p ä t v e r u n k r a u t u n g ist eine weitere Spritzung mit A z a p l a n t - K o m b i (4 k g / h a beh. Fl.) bzw. einem W u c h s s t o f f m i t t e l (2 k g bzw. 4 1/ha beh. Fl.) erforderlich. U n t e r Beregnungsbedingungen auf leichten B ö d e n m i t geringem Gehalt a n organischer S u b s t a n z ist der E i n s a t z v o n bodenpersistenten Herbiziden zugunsten v o n B l a t t h e r b i z i d e n zu verringern, u m S c h ä d e n a n den B ä u m e n , bedingt d u r c h E i n w a s c h u n g v o n derartigen Mitteln in ihren W u r zelbereich, entgegenzuwirken. 2

streifen in den Monaten Juli bis Oktober gewisse Vorteile hinsichtlich Triebabschluß und Fruchtausfärbung bietet und von verschiedenen Autoren empfohlen wird (z. B. S T A L D E R U. a. 1 9 7 5 ) , ist jedoch damit neben einer gelegentlich auch in dieser Zeit bedeutsamen Wasserkonkurrenz der Umstand bedeutsam, daß es leicht zu einer Regeneration bestimmter Rhizomunkräuter wie Ackerwinde und Ackerschachtelhalm und zur Reifung bestimmter Samenkräuter kommen kann, wodurch die Unkrautbekämpfung im Folgejahr zusätzlich belastet wird. Stark verunkrautete Bestände verlangen wie das auch in den 6jährigen Erhebungen zum Ausdruck kommt - zunächst einen erhöhten Bekämpfungsaufwand. Zur Behandlung stark bewachsener Baumstreifen hat sich der 3malig wiederholte Einsatz von Azaplant-Kombi in Mengen von jeweils 4 bis 5 kg/ha als günstig erwiesen, verbunden mit der Anwendung eines Wuchsstoffmittels (hauptsächlich gegen Rhizomunkräuter) bei den letzten zwei Behandlungen. Auch bei den Wuchsstoffherbiziden ist zu berücksichtigen, daß die Eignung der ver-

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schiedenen Wirkstoffe für die einzelnen Unkrautarten z. T. recht unterschiedlich i s t ( F E Y E R A B E N D U. SCHOLZ, 1 9 7 7 ) .

E s kann aus den Ergebnissen der Erhebungen auch gefolgert werden, daß die in der D D R für den Obstbau anerkannten Herbizid-Präparate im allgemeinen eine hinreichende Unkrautbekämpfung ermöglichen. Ausnahmen stellen offenbar die B e kämpfung von Sedum-Arten (speziell S. rnaximum SUT. und S.acre L.), Stumpfblättriger Ampfer (Rumex obtusifolius L.), und Schwarzer Holunder dar, die in einzelnen Anlagen trotz Amitrol- und Wuchsstoffherbizid-Einsatz zu einer geschlossenen Abdeckung von Baumstreifen bzw. zum Durchdringen von Niederstammkronent endierten und andersartige Präparate erfordern. I m übrigen belegen die Ergebnisse die Notwendigkeit einer gezielten Unkrautbekämpfung wie sie auch von anderen Autoren g e f o r d e r t w i r d ( F E Y E R A B E N D U. S C H O L Z , 1 9 7 7 ; M Ä N N E L , 1 9 7 8 ) . D a m i t b i e t e t s i c h d i e

Möglichkeit, einen stark verringerten Aufwand an Zeit und Herbiziden zu erreichen, der sich u. U. auf einen einzigen Spritzgang pro J a h r beschränkt, wie es etwa unter Obstbaubedingungen der Schweiz mit in der D D R allerdings nicht für den Obstbau zugelassenen Mitteln bzw. Dosierungen erreicht wurde (STALDER u. a., 1975).

6.

Schlußfolgerungen

Aus den Erkenntnissen der sechsjährigen Erhebungen über die Gestaltung der chemischen Unkrautbekämpfung auf den Baumstreifen von Apfelertragsanlagen und der damit verbundenen Effektivität lassen sich folgende Schlußfolgerungen für eine wirksamere, gezielte und kostengünstigere Unkrautbekämpfung ziehen: - Der Herbizideinsatz ist gemäß den bekannten Anwendungsbereichen der einzelnen Mittel besser als bisher auf die jeweils vorliegende Bewuchsdichte, die vorherrschenden Unkrautarten sowie deren Entwicklungsstadium abzustimmen. F ü r eine gezielte Unkrautbekämpfung ist wenigstens im März, Anfang Mai, Anfang J u l i und im September/Oktober eine Bestandskontrolle auf Bedeckungsgrad und vorherrschende Unkrautarten durchzuführen, wobei die letzte Kontrolle insbesondere für Prognose und Planung des nächstjährigen Anlagen-differenzierten Mitteleinsatzes von Bedeutung ist. - Stärkere Ausgangsverunkrautungen können innerhalb einer Vegetationsperiode durch einen besonders gezielten Einsatz bei entsprechender Mittelkombination und evtl. erhöhter Anzahl von Behandlungen beseitigt werden. - E s erscheint unter den Bedingungen der D D R zweckmäßig, die Baumstreifen über die gesamte Vegetationszeit möglichst unkrautfrei zu halten, um eine Regenerierung von Dauerunkräutern und eine Produktion von Unkrautsamen weitestgehend auszuschalten und damit den Bekämpfungsaufwand auf lange Sicht zu minimieren und bestimmten Schaderregern wie Ampferblattwespe, Rindenwickler, Feldmäusen und Wühlmäusen entgegenzuwirken (zugleich Minderung der Spätfrostgefahr). - Die in der D D R für den Obstbau anerkannten Mittel reichen bei sachgemäßer Anwendung im allgemeinen für eine effektive Unkrautbekämpfung in Apfelertragsanlagen aus. Mit Rücksicht auf die Verhütung bestimmter Folgeverunkrautungen und nicht auszuschließender Resistenzbildung seitens der Unkräuter ist eine Mittelrotation, gemäß den jeweiligen Erfordernissen, vorzunehmen.

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RODE/PAETZOLD, Herbizideinsatz und Unkrautbedeckung in Apfelertragsanlagen

— Eine Kombination bestimmter Herbizide, die dem vorherrschenden Artenspektriuii anzupassen ist, trägt wesentlich zur Effektivitätssteigerung und Kostensenkung der Unkrautbekämpfung bei. — F ü r die Beibehaltung eines niedrigen Bedeckungsgrades der Baumstreifen reichen bei gezielter Bekämpfung 1 bis 2 Spritzgänge mit insgesamt 1 bis höchstens 3 Herbizidanwendungen im allgemeinen aus (s. Rahmenprogramm T a b . 11). Durch eine z. T. mögliche Beschränkung auf Herdbehandlung im Sommer läßt sich der Herbizidaufwand noch weiter reduzieren. — Die sich abzeichnende zunehmende Durchsetzung der Anlagen mit Fremdgehölzen, insbesondere mit Schwarzem Holunder, erfordert spezielle Maßnahmen, die in einer mechanischen Beseitigung des hochgewachsenen Holzes und einer Nachbehandlung der Gehölzstümpfe und des Neuaustriebes mit Wuchsstoffmitteln (evtl. Seiest) bestehen. — Eine Dauerbegrünung der Fahrgassen sollte nur durch Gräeer erfolgen, um zusätzliche Verunkrautungsquellen für die Baumstreifen auszuschalten. Zweikeimblättrige Unkräuter im Grasbestand sind durch selektive Bekämpfung mit Wuchsstoffherbiziden in der 2. Maihälfte zu eliminieren. Auch bei Schwarzbrache und Anbau von Gründüngungspflanzen ist auf eine hinreichende Unkrautbekämpfung zu achten. — B e i der mechanischen Bodenpflege in den Arbeitsgassen sollte durch seitliche Anbringung von Auswurfschutzvorrichtungen an die Maschinen einem Überwerfen von nicht-herbizid-behandelten Boden vorgebeugt werden, um eine sehr bedeutsame Spätverunkrautungsquelle der Baumstreifen zu beseitigen. — Zum optimalen Herbizideinsatz unter Beregnungsbedingungen sind noch spezielle Untersuchungen erforderlich. Wenigstens auf leichten, humusarmen Böden dürfte eine bevorzugte Verwendung von Blattherbiziden erforderlich sein, für die Präparate vom Typ der Wirkstoffe Paraquat, Diquat und Glyphosat besonders vorteilhaft erscheinen. Zusammenfassung I n 6jährigen Erhebungen in 11 Betrieben (1970) und 20 Betrieben (1971 bis 1975) aus dem Süden der D D R wurden in Apfelertragsanlagen Erhebungen über den Unkrautbesatz auf den Baumstreifen angestellt. Dabei wurden Bedeckungsgrad, Grünmasse pro Quadratmeter und die beteiligten Unkrautarten entsprechend ihrer Bedeutung für die Verunkrautung der Baumstreifen erfaßt. Parallel dazu wurden die von den Betrieben jährlich durchgeführten Herbizidanwendungen registriert und in Beziehung zu dem jeweiligen Bekämpfungserfolg gesetzt. Pro kontrollierte Anlage wurden meist nicht mehr als 20 (maximal 36), insgesamt jedoch rund 100 Pflanzenarten, registriert, von denen im Mittel aller J a h r e und Anlagen Ackerwinde, Ackerdistel und Ackerschachtelhalm die 3 bedeutsamsten waren. Der mittlere Bedeckungsgrad schwankte zwischen 0,6 und 89,50/0 und die mittlere Grünmasse zwischen 5,0 und 1650,5 g/m 2 . Von den Betrieben wurden an Herbiziden zu rund 6 0 % Triazine, Triazin-Amitrol-Kombinationen und Amitrol und zwischen 35 und 4 0 % Wuchsstoffherbizide eingesetzt. In 2 5 % der Betriebe konnte über J a h r e mit durchschnittlich 2,5 Herbizidanwendungen im R a h m e n von 2,0 Spritz-

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gängen der Bedeckungsgrad sehr niedrig gehalten werden (überwiegend ^ 3 % ) . Es werden die Ursachen für mangelnden Bekämpfungserfolg in einer Reihe von Betrieben dargelegt und Schlußfolgerungen für einen gezielten, rationelleren und effektiveren Herbizideinsatz gezogen.

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Summary Title of the paper: Relations between herbicide application and weed cover on grass-free areas under trees in apple plantations During 6 years, data on the weed cover of grass-free areas under trees in apple plantations were collectcd from 11 enterprises in 1970 and 20 enterprises from 1971 t o 1975 in the south of the G D R . The degree of weed infestation, green matter per square meter, and occurring weed species were registered according t o their importance for weed invasion. A t the same time, annual herbicide applications carried out by the enterprises were recorded and brought in relation to the respective results of control. Per plantation not more than 20 weed species (maximum 36) were usually registered, altogether, however, 100 weed species. Field bindweed, corn thistle and common horsetail were found to be the most important ones in the mean of all years and plantations. The average degree of infestation ranged between 0.6 and 89.5 per cent, green

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KODE/P AETZOLD, Herbizideinsatz und Unkrautbedeckung in Apfelertragsanlagen

m a t t e r a v e r a g e d 5.0 t o 1,650.5 g/sq.m. A b o u t 60 p e r cent of t h e herbicides a p p l i e d b y t h e e n t e r p r i s e s were triazin, c o m b i n a t i o n s of triazin a n d a m i t r o l , a n d p u r e a m i t r o l ; h o r m o n e weedkillers took a p e r c e n t a g e b e t w e e n 35 a n d 40 p e r cent. T w e n t y five p e r cent of t h e e n t e r p r i s e s succeeded over y e a r s in keeping t h e degree of i n f e s t a t i o n v e r y low (mostly 3 p e r cent) b y appliying herbicides 2.5 t i m e s on an a v e r a g e in 2.0 s p r a y i n g o p e r a t i o n s . T h e reasons for missing success of control in a n u m b e r of e n t e r prises are shown a n d conclusions d r a w n for s y s t e m a t i c , r a t i o n a l , a n d effective herbicide application.

Literatur G., S C H O L Z , S . : Möglichkeiten der Unkrautbekämpfung in Apfelintensivanlagen. Nachrichtenbl. f. d. Pflanzenschutzdienst in der DDR 31 (1977), 113-115 K O L B E , W.: Die Anwendung von Herbiziden als Maßnahme der Bodenpflege und des Pflanzenschutzes in ihrem Einfluß auf Wuchsleistung, Ertrag und Fruchtqualität im Kernobstbau. Erwerbsobstbau 11 (1969), 81-86 M Ä N N E L , R.: Möglichkeiten der chemischen Unkrautbekämpfung in Stein- und Strauchbeerenobstanlagen. Nachrichtenbl. f. d. Pflanzenschutzdienst in der DDR 32 (1978), 184-186 S T A L D E R , L., P O T T E R , C . A., B A R B E N , E.: Die Anwendung von Herbiziden im Erwerbsobstbau im Sinne des integrierten Pflanzenschutzes. Schweiz. Z. Obst- und Weinbau 110 (1974), 602—606 FEYEKABEND,

Anschrift der Autoren: Dr. H A N S R O D E und Di. habil. D A N K W A R T P A E T Z O L D Institut für Obstforschung Dresden-Pillnitz der AdL der DDR DDR - 8057 Dresden Pillnitzer Platz 2

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Arch. Gartenbau, Berlin 28 (1980) 1, S. 17-30 Akademie der Landwirtschaftswissenschaften der J)T)R Institut für Gemüseproduktion Großbeeren MANFRED DREWS, ADOLF HEISSNER, PETER AUGUSTIN

Die Ertragsbildung der Gewächshausgurke beim Frühanbau in Abhängigkeit von der Temperatur und Bestrahlungsstärke Eingang: 21. Mai 1979

1.

Aufgabenstellung

Die Stabilisierung der Gemüseproduktion u n d die weitere Erschließung von E r t r a g s reserven beim Anbau im Gewächshaus setzen voraus, d a ß die jeweiligen Optimalwerte der klimatischen W a c h s t u m s f a k t o r e n im Gewächshaus b e k a n n t sind. Eine besondere B e d e u t u n g k o m m t hierbei der L u f t - u n d B o d e n t e m p e r a t u r zu, die mittels geeigneter Heizsysteme u n d in Verbindung mit einer sinnvoll a n g e p a ß t e n T e m p e r a t u r regeltechnik entsprechend den pflanzenbaulichen Forderungen gesteuert werden kann. Ü b e r den Einflu ß der Nacht t e m p e r a t u r auf das W a c h s t u m u n d den E r t r a g der Gewächshausgurke liegen in der L i t e r a t u r Ergebnisse vor ( H O R I , A R A I , H O S O Y A u n d O Y A M A D A , 1 9 6 8 ; H O R I u n d ARAI, 1 9 7 1 ; BOXALL, 1 9 7 1 ; R E I N K E N u n d STRUKLEC, 1 9 7 3 ; LIEBIG u n d 1 9 7 6 ; U F F E L E N , 1 9 7 7 ; U F F E L E N u n d H E Y , 1 9 7 7 ) , die allerdings nicht den Z u s a m m e n h a n g mit der B o d e n t e m p e r a t u r berücksichtigen u n d keine Aussagen f ü r einen Anbau a b Anfang J a n u a r (Frühanbau) geben können. Aus diesem G r u n d e wurden mehrjährige Untersuchungen zum Einfluß der L u f t t e m p e r a t u r auf den E r t r a g der Gewächshausgurke beim F r ü h a n b a u u n t e r besonderer Berücksichtigung der B o d e n t e m p e r a t u r durchgeführt. Hierbei galt es auch, den E i n f l u ß der S t r a h l u n g auf die Ertragsbildung zu untersuchen. E s war zu prüfen, inwieweit eine u n t e r schiedlich gewählte T e m p e r a t u r bei differenzierter Bestrahlung zu signifikanten E r tragsunterschieden f ü h r t . KRUG,

2.

Methodik u n d Versuchsdurchführung

F ü r die Untersuchungen s t a n d e n 8 Gewächshauskabinen in Stahl- Glasbauweise von jeweils 6 m Breite u n d 25 m Länge ( 8 x 1 5 0 m 2 ) mit a u t o m a t i s c h e r Temperaturregelung zur Verfügung (Abb. 1). Die Temperaturregelung erfolgte mit dem MehrkanalRegelschrank des V E B G R W Teltow. Zur A b s t u f u n g der natürlichen B e l e u c h t u n g wurden die K a b i n e n mit Schattiernetzen über dem P f l a n z e n b e s t a n d a u s g e s t a t t e t , womit Beleuchtungsstärkequotienten von 6 0 % (Stufe 1), 5 5 % (Stufe 2), 5 2 % (Stufe 3) u n d 4 5 % (Stufe 4) erreicht wurden. G e p r ü f t wurden 4 L u f t t e m p e r a t u r v a r i a n t e n in Verbindung mit u n d ohne Bodenerwärmung. Bei der L u f t t e m p e r a t u r wurde zwischen den Einstellungen „nachts", „tag t r ü b " (bewölkt) u n d „tag hell" (sonnig) unterschieden. Bei den N a c h t t e m p e r a 2

Arch. Gartenbau, Bd. 28, H. 1

18

DREWS U. a., Ertragsbildung der Gewächshausgurke K. 7

K.8

K.1

K. 2

I, : B = 60 % I 2 : B = 55 % I j : B = 52 '/.

^

:

B = ¿5 %

A b b . 1 : Anordnung der Gewächs-

B : Beleuchtungsstärkequotient = Beleuchtungsstärke im Gewächshaus/ Beleuchtungsstärke im Freien

häuser zur Untersuchung des E i n f ] u s s e s des Lichtes sowie der L u f t u n ( j Bodentemperatur auf den E r trag der Gewächshausgurke

turen wurden Sollwerte zwischen 14 und 24 °C, bei „tag trüb" zwischen 18 und 28 °C und bei „tag hell" zwischen 22 und 32 °C gewählt (Tab. 1). Der Lüftungssollwert lag 4 K über dem Tagessollwert. Die Varianten wurden zweifach wiederholt. Tabelle 1 Sollwerte der L u f t t e m p e r a t u r für die Regelung der Heizung in °C „nachts" Versuchsjahr

Ti

T-2

„ t a g hell"

„tag trüb"

T,

Th

1973

16

19

23

1974 (bis. 4. 3.) (ab 5. 3.)

16 18

20 22

24 24

—

1975

14

18

20

Ti

T,

T3

T,,

T4

24

28

32

28 30

32 32

-

-

24 26

28

22

26

28

32

20

24

28

-

24 26

28 28

—

-

20 22

24

18

22

24

-

T3

Ti

-

-

Die Pflanzungen erfolgten: 1973: 27. Dezember (Sorte: Tosca) 1974: 24. Januar (Sorte: Tosca) 1975: 20. Januar (Sorte: Saladin) Der Pflanzenbesatz betrug 2,4 Pflanzen/m 2 . Zur Erwärmung des Bodens diente eine Warmwasserbodenheizung. Bei den Varianten mit Bodenerwärmung wurden Bodentsmperaturen von 24 °C erreicht. Zur Kontrolle wurden die klimatischen Einflußgrößen mit einem Prozeßrechner ( T y p P R 2100 des V E B Robotron) erfaßt. Gemessen wurden die L u f t - und Bodentem-

19

Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

peraturen, die Luftfeuchte und die Beleuchtungsstärke. Die Messung der Lufttemperatur und -feuchte erfolgte mit selbsthergestellten Psychrometern, in denen als Temperaturfühler Platin-Widerstandsthermometer Pt 100 verwendet wurden. Auch die Bodentemperatur wurde mit Widerstandsthermometern erfaßt. Das eingesetzte Meßwerterfassungssystem gestattete die Erfassung der Temperatur im Berreich von 0 bis 50 °C mit einem Fehler von 0,2 K . Zur Messung der Beleuchtungsstärke standen Meßwertgeber mit Selenphotoelementen zur Verfügung. Mittels Meßblenden und eines dem Selenphotoelement parallelgeschalteten Widerstandes wurden die Beleuchtungsstärkemesser bei konstanter Beleuchtung mit einer Prüflampe so abgeglichen, daß einem Meßsignal von 10 mV jeweils die Meßbereiche 25, 50 oder 100 klx entsprachen. Durch ein Meßwerterfassungsprogramm, das bei einer Zykluszeit von 2 min die Erfassung von ca. 150 Meßstellen ermöglichte, wurde die zyklische Abfrage der Meßstellen, die Umrechnung der Meßwerte sowie die Verdichtung der Daten zu Stundenmitteln realisiert. Die für zwei Vegetationsabschnitte nochmals verdichteten Meßdaten der Luft- und Bodentemperatur sind in Tabelle 2 und 3 zusammengestellt. Die Meßdaten zeigen, daß die durch die Sollwerteinstellung beabsichtigte Abstufung der Temperatur im Trend gut erreicht wurde. Tabelle 2 Mittelwerte der gemessenen Tages- und Nachtlufttemperaturen in den Monaten J a n u a r bis Ende April und Mai bis Ende Juli in den Jahren 1973 bis 1975

Temperaturstufen

Monat

T!

T2

T3

Nachttemperaturen J a n u a r bis April Mai bis Juli

16.7 16.8

1975

1974

1973

19,6 19,8

22,5 21,6

T,

T-i

T3

T!

Ti

T3

T,

17,4 18,9

21,1 19,4

23,3 20,0

14,3 14,1

16,8 16,8

18,3 18,3

24,1 20,6

22,4 24,1

25,2 26,2

27,3 26,7

21,3 21,1

23,0 22,4

24,5 25.9

30,1 26,3

Tagestemperaturen J a n u a r bis April Mai bis Juli

20,9 25,4

23,1 26,5

28,2 30,0

Tabelle 3 Mittlere Bodentemperatur J a n u a r bis Ende März in den Jahren 1973 bis 1975 in °C

Monat

Januar Februar März

2»

Jahr 1973 1974 Temperaturvariante ohne mit ohne Bodenheizung 16,9 18,5 18,5

26,9 24,0 24,0

18,0 18,1 19,1

1975 mit

mit

23,9 24,1 25,2

23,8 24,2 23,5

20 3.

DREWS U. a., Ertragsbildung d e r Gewächshausgurke

Ergebnisse

Im Jahre 1973 wurden 3 Temperaturstufen (Nachttemperatur: 2\ = 16 °C, T , = 19 °C und T3 = 23 °C) mit und ohne Bodenheizung verglichen. Bei der Temperaturstufe Tv wurde auf die Variante „ohne Bodenheizung" verzichtet, da zu erwarten war, daß bei den niedrigen Nachttemperaturen von 16 °C ohne zusätzliche Bodenerwärmung mit Pflanzenschädigungen zu rechnen war. Bei der Temperaturstufe T3 erfolgte keine Bodenheizung, da auch bei den hohen Lufttemperaturen in der Nacht eine ausreichende Erwärmung des Bodens (Temperatur über 20 °C) gegeben war. Bezüglich des Frühertrages bis Ende April ergaben sich folgende Abhängigkeiten: Bei der Lichtstufe 1 und der mittleren Lufttemperatur T2 bewirkte die Bodenerwärmung eine Ertragserhöhung um 0,9 kg/m2 (Ertrag bei Variante ohne Bodenheizung: 9,2 kg/m2, Ertrag bei Variante mit Bodenheizung: 10,1 kg/m2), die allerdings nicht statistisch signifikant war. Im Mittel aller Lichtstufen lag die Ertragsdifferenz zwischen diesen Varianten in etwa gleicher Höhe (Tab. 4). Tabelle 4 Frühertrag bis Ende April 1973 in kg/m2 Lichtstufen

Temperaturstufen

ohne B. H.

mit B. H.

T3

M. W.

mit B. H.

T

ohne B. H.

1. 2. 3. 4.

7,8 7,3 6,9 6,8

9,2 8,7 8,1 7,6

10,1 9,8 8,8 8,3

10,3 8,8 7,8 7,7

9,3 8,7 7,9 7,5

M. W.

7,2

8,4

9,2

8,7

8,4

!

Ti

T2

% 100 93,5 85,9 80,6

(B. H.: Bodenheizung) Kleinste signifikante Differenz (a = 5 % ) : 1,3 kg/m2 (Tukeytest)

Zwischen den Varianten T 2 mit Bodenheizung und T 3 ohne Bodenheizung ergaben sich ebenfalls keine statistisch gesicherten Ertragsunterschiede. Eindeutig war er kennbar, daß niedrige Temperaturen (Variante T i ) zu einer Ertragsverzögerung führten. Der Einfluß der Lichtstufen auf den Frühertrag konnte bei allen Temperaturvarianten nachgewiesen werden. Mit abnehmender Lichtintensität verringerte sich im Mittel aller Temperaturstufen der Ertrag um insgesamt 1,8 kg/m2 (Tab. 4). Bei hohen Lufttemperaturen waren die Ertragsunterschiede zwischen den Lichtstufen größer ( T 3 : 2,6 kg/m2) als bei den niedrigen Lufttemperaturen (T L : 1,08 kg/m2). Bei den Gesamterträgen zeigte sich, daß zwischen den Temperaturstufen T{ und T2 mit und ohne Bodenheizung keine gesicherten Unterschiede bestehen (Tab. 5). Am niedrigsten lagen die Erträge bei der höchsten Temperaturstufe (T 3 ). Wie bei den Früherträgen war erkennbar, daß die Ertragsunterschiede zwischen den Lichtstufen bei höheren Temperaturen größer sind (1\: 4,9 kg/m2, T3 : 9,2 kg/m2). Zwischen den 4 Lichtstufen betrugen die maximalen Ertragsdifferenzen im Mittel aller Temperaturstufen etwa 7,5 kg/m2 (Tab. 5). Aus den Differenzen der Erträge bis April und bis Juli (Tab. 4 und 5) folgt, daß die

Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

21

Tabelle 5 Gesamterträge bis Ende Juli 1973 in kg/m 2 Lichtstufen

Temperaturstufen ohne B. H.

mit B. H.

T3

M. W.

mit B. H.

ohne B. H.

1. 2. 3. 4.

33,0 29,9 30,8 28,1

34,2 30,6 28,8 26,2

35,7 32,4 29,8 27,8

34,4 28,9 27,0 25,2

34,3 30,5 29,0 26,8

M. W.

30,5

29,9

31,5

28,8

Ti

T-i

T2

B. H.: Bodenheizung; Kleinste signifikante Differenz (a = 5%) : 2,8 kg/m

% 100 88,9 84,5 78,1

30,2 2

(Tukeytest)

Lichtstufen auch im Zeitraum Mai bis Juli eine nahezu gleiche relative E r t r a g s a b n a h m e bedingen. Obwohl sich b e s t i m m t e Tendenzen in der Wechselwirkung von T e m p e r a t u r u n d Licht (Verschiebung des T e m p e r a t u r o p t i m u m s zu niedrigen W e r t e n bei ungünstigen Lichtbedingungen) a n d e u t e n , sind diese, wie die Grenzdifferenzen zeigen, statistisch nicht signifikant. I m J a h r e 1974 wurde der Versuch mit geringfügig v e r ä n d e r t e n L u f t t e m p e r a t u r s o l l werten wiederholt (Tab. 1). Bei den F r ü h e r t r ä g e n bis E n d e April ergaben sich zwischen der mittleren (T.,) u n d der höchsten T e m p e r a t u r s t u f e (713) gleiche Tendenzen wie 1973 (Tab. 6). I m Vergleich zum V o r j a h r b e s t a n d e n zwischen den T e m p e r a t u r varianten 7', u n d T2 mit Bodenheizung keine Unterschiede im E r t r a g bis E n d e April (Tab. 6), während bis E n d e März jedoch der E r t r a g der niedrigsten T e m p e r a t u r s t u f e T i (2,5 kg/m 2 ) u m etwa 1 kg/m 2 niedriger lag. Aus den E r t r ä g e n bis E n d e April der Varianten Ti mit Bodenheizung u n d T2 ohne Bodenheizung (Tab. 6) ist ersichtlich, d a ß im Verlauf der Vegetationsperiode durch eine B o d e n e r w ä r m u n g niedrige L u f t t e m p e r a t u r e n ausgeglichen werden können. Bei diesem Versuch zeigte sich noch eindeutiger als 1973 der Trend, d a ß mit steigender L u f t t e m p e r a t u r die Gesamterträge a b n e h m e n . D e r höchste E r t r a g wurde bei der niedrigsten T e m p e r a t u r v a r i a n t e Ti mit Bodenheizung erzielt (Tab. 7). Der negative Einfluß a b n e h m e n d e r Lichtintensität auf die E r t r a g s h ö h e wurde ebenfalls wieder Tabelle 6 Früherträge bis Ende April 1974 in kg/m 2 Lichtstufen

Temperaturstufen

T1

mit B. H. 1. 2. 3. 4. M. W.

t

2

ohne B. H.

T3

M. W.

mit B. H.

ohne B. H.

Ti

10,7 10,0 8,2 8,8

8,7 8,5 7,7 7,2

10,4 9,8 9,4 8,9

9,6 8,5 8,6 7,0

9,8 9,2 8,4 8,0

9,3

8,0

9,6

8,4

8,8

B. H. ¡Bodenheizung Kleinste signifikante Differenz (a = 5%): 1,13 kg/m 2 (Tukeytest)

% 100 93,9 85,7 81,6

22

DREWS U. a., Ertragsbildung der Gewächshausgurke

Tabelle 7 Gesamterträge bis Mitte August 1974 in kg/m2 Lichtstufen

Temperaturstufen Tl T2 mit B. H. ohne B. H.

mit B. H.

ohne B. H.

1. 2. 3. 4.

33,9 30,7 27,9 27,7

33,1 28,9 28,6 23,1

30,9 27,7 27,6 24,1

31,3 27,6 26,8 22,1

32,3 88,8 27,7 24,3

M. W.

30,0

28,4

27,6

26,9

28,2

T2

T,

M. W. °,0 100 28,7 85,8 75,2

B. H.: Bodenheizung Kleinste signifikante Differenz (a = 5%) : 2,9 kg/m2 (Tukeytest) bestätigt. Die maximale Ertragsdifferenz zwischen den Lichtstufen betrug in diesem Jahr 8 kg/m 2 . I m Jahre 1975 wurde einheitlich bei allen T e m p e r a t u r v a r i a n t e n ( T t bis T,,) die B o d e n heizung angewendet. Dies ermöglichte bei der zur Verfügung stehenden K a b i n e n z a h l eine vierte Temperaturvariante einzubeziehen. Deutlich zeigte auch dieser Versuch, daß hohe Temperaturen (24 °C nachts) den Frühertrag bis E n d e März günstig, dagegen niedrige Temperaturen (14 °C nachts) ungünstig beeinflussen ( A b b . 2 u. 3). So wurden, wie aus A b b . 3 ersichtlich, im März bei der niedrigsten

Temperatur

(Lichtstufe I ) 1,4 kg/m 2 und bei der höchsten T e m p e r a t u r 3,7 kg/m 2 erzielt. Betrachtet man den Frühertrag dieser Lichtstufe dagegen bis E n d e April, so ergaben sich 35

3025-

20-

15-

IDS'

1.11 1.4. I 1.5. I 1.6. I 1.7. I 1.8. I 153. 15A- 15.5. 15.6. 15.7. 15.8. Abb. 2. Ertragsverlauf bei den Temperaturvarianten der Lichtstufe 1 (1975)

T, 18/K

Tj 22/18

T3 T4 24/20 28/24 «C Temperaturvarianten

Abb. 3: Ertragshöhe bis zum Ende des jeweiligen Monats bei den 4 Temperaturvarianten {Versuchsjahr 1975)

Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

23

Tabelle 8 Gesamterträge bis Ende Juli 1975 in kg/m2 Lichtstufen

Temperaturstufen

T,

T-i

T-i

2. 3. 4.

33,7 26,5 27,3 24,7

30,7 28,2 27,5 21,4

27,9 25,2 21,7 18,8

M. W .

28,1

26,9

23,4

1.

M. W .

%

20,5 18,7 17,8 13,2

28,2 24,6 23,6 19,5

100 87,2 83,7 69,1

17,6

24,0

Kleinste signifikante Differenz (a = 5 ° 0 ) : 3,0 kg/m2 (Tukeytest)

zwischen den Varianten T2 und T3 keine Unterschiede mehr. Bei der T^-Stufe ist die geringere Ertragsleistung noch sichtbar, aber die Unterschiede zu den Vergleichsvarianten T2 und T 3 sind nicht mehr so groß wie beim Ertrag bis Ende März. Beider T,Stufe aber zeigte sich bereits Ende April der negative Einfluß hoher Temperaturen. A b Juni lagen die Erträge der Variante mit der niedrigsten Temperatur (Tt) am höchsten. Gleiche Tendenzen, aber mit geringerer Ertragshöhe, zeigten die anderen Lichtstufen. Für die Gesamterträge (Tab. 8) ergab sich wie in den Vorjahren, daß niedrige Lufttemperaturen die Ertragsleistung günstig beeinflußten. Entgegengesetzt wirkten hohe Lufttemperaturen. So wurden bei der Lichtstufe 1 und der Temperaturvariante Ti ein Gesamtertrag von 33,7 kg/m2, dagegen bei Variante T ii ein Gesamtertrag von nur 11020,5 kg/m2 erreicht. Auf Grund einer relativ guten Frühzeitig100keit und eines hohen Ertrages wurde mit der Variante T., (Tagestemperatur: " 9022,7 °C; Nachttemperatur: 16,8 °C) der höchste Erlös erzielt (Abb. 4). 80 Die Ertragsabnahme durch Verringerung der natürlichen Einstrahlung ist wie in 70 allen Versuchsjahren auch 1975 deutlich 60 ausgeprägt (Tab. 8). Zwischen den Lichtstufen 1 und 4 besteht eine Ertragsdif50 ferenz von etwa 8 kg/m2. ¿0 30 März

20 10-1

Abb. 4: Bei den 4 Temperaturvarianten bis zum Ende des jeweiligen Monats erzielter Erlös (Versuehsjahr 1975)

T,

T2

18/U

22/18

T,

T4

24/20 28/24°C Temperaturvarianten

DREWS U. a., Ertragsbildung der Gewächshausgurke

24

4.

Diskussion und Schlußfolgerungen

4.1.

Einfluß der Temperatur auf den Ertrag

Die Untersuchungen zeigten, daß bei Frühpflanzung der technischen oder biologischen Bodenerwärmung für den Aufbau kräftiger Pflanzen und zur Erreichung hoher Früherträge eine große Bedeutung beizumessen ist. Sie ist unerläßlich, wenn für das Erreichen hoher Gesamterträge niedrige Lufttemperaturen eingehalten werden. W i e aus den Versuchsergebnissen hervorging, können niedrige Lufttemperaturen durch hohe Bodentemperaturen ausgeglichen werden (Tab. 4). Zu fordern sind Bodentemperaturen zwischen 22 °C bis 24 °C, die in den Monaten Dezember bis Ende April am besten durch eine Bodenheizung geschaffen werden können. In der Folgezeit wird in der Regel diese Bodenerwärmung durch die durch Einstrahlung bedingten höheren Lufttemperaturen erreicht. Durch unterschiedliche Lufttemperaturen ist es möglich, die Ertragsdynamik zu beeinflussen. Durch niedrige Lufttemperaturen wird die Frühzeitigkeit des Ertrages negativ beeinflußt (Abb. 5), der Gesamtertrag jedoch erhöht (Abb. 6). y - 23,24• 9,548 • I • 2,265

0,05878 • B#= 0,9230

CTlfl • Bestrahlungsstärke [ r e l . Einheit]

¿71

1

6-

09

5-

0,8

0,7

U 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatur

[*C]

Abb. 5 Beziehung zwischen Frühertrag bis Ende April und der Nachttemperatur im Jahr 1975 ( 7 : Ertrag in kg/m2; I : Bestrahlungsstärke in rel. Einheiten; Temperatur in °C)

Bei der Betrachtung des Temperatureinflusses auf die Ertragsbildung ist zwischen dem kurzfristigen und längeren Einwirken der Temperatur zu unterscheiden. Der kurzfristige Einfluß besteht in der Abhängigkeit der Wachstumsgeschwindigkeit der vegetativen und generativen Organe, der Respiration und weiterer Stoffwechselprozesse von der Temperatur (HUSSEY, G., 1965; BROUWER, 1973). Durch die längere Einwirkung erfolgt eine Adaptation an bestimmte Temperaturen, die u. a. eine unterschiedliche photosynthetische Leistungsfähigkeit des Blattapparates, eine unterschiedliche Alterung der Pflanze und differenzierte Blühinduktion bedingen. Durch niedrige Temperaturen werden das vegetative Wachstum, aber auch das Fruchtwachstum wesentlich verzögert (DREWS, 1979) sowie die Respiration verringert. Andererseits werden bei niedrigen Temperaturen eine hohe photosynthetische

Archiv für Gartenbau, XXVIII. Band, Heft 1, 1980

25 33

~632 ¿30

y » 2 6 , 3 0 * 3 0 , 9 5 • I - 2,091 • -i" + 0,02436 • B

= 0,8834

o 29 r 28-1 ÜJ 27 26-1

Bestrahlungsstärke inheit ]

25 24

23H 22 21 20"

1918 17 16

Abb. 6: Beziehung zwischen Gesamtertrag und der Nachttemperatur im Jahr 1975 (y: Ertrag in kg/m 2 ; I : Bestrahlungsstärke in rel. Einheiten, Temperatur in °C)

1514-

1312 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatur [°C]

Leistungsfähigkeit des B l a t t a p p a r a t e s (AUGTJSTIN, 1975), eine später einsetzende Alt e r u n g der Pflanze sowie eine erhöhte Blühindukfcion erreicht. Der geringe F r ü h e r t r a g bei niedrigen T e m p e r a t u r e n ist aus der Sicht dieser F a k t o r e n auf die niedrige Wachstumsgeschwindigkeit der vegetativen u n d generativen Organe, der höhere Gesamtertrag auf die erhöhte Blühinduktion, geringere Respiration u n d Alterung sowie das höhere photosynthetische P o t e n t i a l des B l a t t a p p a r a t e s zurückzuführen. Dieser T e m p e r a t u r e i n f l u ß bestand bei allen L i c h t v a r i a n t e n (Abb. 5 u n d 6). Der höchste G e s a m t e r t r a g wurde in allen Lichtstufen bei einer geringeren Frühzeitigkeit mit N a c h t t e m p e r a t u r e n u m 14 °C erreicht. Aus der berechneten Regression (Abb. 6) k a n n jedooh nicht abgeleitet werden, daß durch eine weitere T e m p e r a t u r s e n k u n g der E r t r a g noch erhöht werden k a n n . Als begrenzender F a k t o r müssen hierbei F r a g e n des Pflanzenschutzes miteinbezogen werden. Die U n t e r s u c h u n g e n zeigten, d a ß infolge häufigen Uberschreitens des T a u p u n k t e s bei N a c h t t e m p e r a t u r e n u n t e r 14 °C vers t ä r k t mit Mehltaubefall zu rechnen ist. K ö n n e n B o d e n t e m p e r a t u r e n von 22 °C bis 24 °C gewährleistet werden, so ist zur E r zielung eines hohen Gesamtertrages bei noch guter Frühzeitigkeit eine N a c h t t e m p e r a t u r von 17 °C in den Monaten Dezember bis E n d e F e b r u a r anzustreben (Tab. 9). D a n a c h sind bei günstigen Lichtbedingungen zur Förderung des F r u c h t w a c h s t u m s N a c h t t e m p e r a t u r e n von 18 °C zu wählen (Tab. 9). Wird auf einen sehr zeitig einsetzenden E r t r a g orientiert, so sind bereits zu K u l t u r b e g i n n N a c h t t e m p e r a t u r e n von 18 °C bis 20 °C anzuwenden.

26

DREWS U. a., Ertragsbildung der Gewächshausgurke

Werden generell zu hohe Nachttemperaturen ( > 2 0 °C) gewählt, so wird auf Grund einer frühzeitigen Alterung der Pflanze und einer verstärkten Atmung die Gesamtertragsbildung gemindert. Können die geforderten Bodentemperaturen nicht gewährleistet werden, so muß aus Gründen der Gefahr des Auftretens bodenbürtiger Krankheitserreger die Lufttemperatur um etwa 2 K höher gewählt werden. Aus dem Versuchsmaterial war der Einfluß der Wechselbeziehung von Licht und Temperatur auf den Ertrag erkennbar. Er konnte jedoch statistisch nicht gesichert werden. Die relativen Ertragsunterschiede zwischen den Lichtstufen waren jeweils bei der höchsten Temperatur am größten. Gegenüber der bisherigen Temperaturgestaltung liegen die empfohlenen Lufttemperaturen um etwa 2 K niedriger, was einer Energieeinsparung von etwa 15% ents p r i c h t ( H E I S S N E K u n d D I E Z E M A N N 1978).

Tabelle 9 Empfehlungen zur Temperaturgestaltung bei der Gewächshausgurke bei Bodentemperaturen von 22 °C bis 24 °C Monat

Januar/Februar

Mittlere Beleuchtungsstärke Freiland (klx) Temperatur (°C) Nacht T a g , trüb T a g , hell Lüften Temperatur, die längere Zeit nicht überschritten werden soll

4.2.

6 . . . 12 17 18 20

März/April

Mai bis August

21 . . . 28

30 . . . 35

18 20 . ,. . 22 22 . . . 24

18 . . . 20 22 24 . ,. . 26

28 °C 30 °C

Einfluß der Bestrahlungsstärke auf den Ertrag

Zur Quantifizierung des Strahlungseinflusses auf den Ertrag kann folgender Ansatz zugrunde gelegt werden: (1)

E = a0+al

• B + a2 • B^

E ist der im Zeitraum (0, T) geerntete Ertrag und B die Bestrahlung im gleichen Zeitraum, definiert durch das Integral: (2)

o

B=JI{t)-dt

oder (3)

B =1 • T ,

wenn I den Mittelwert der Bestrahlungsstärke im Zeitintervall (0, T) darstellt. In jedem Versuchsjahr waren bei den Varianten die Dauer T und die zeitliche Verteilung der Bestrahlungsstärke (Jahresgang) gleich, durch die Schattierung war lediglich I variiert (Lichtstufen). Folglich ergibt sich aus (1) und (3) der Ansatz: (4)

E = b0 + bi • I+b2

• I2

Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

27

Frühertrag

40

iS

50

55

60 Beleuchtungsstärke quotient [•/«]

Abb. 7: Abhängigkeit des Frühertrages von der Bestrahlungsstärke Gesamtertrog

t rel. Einheit ] ¿0

¿5

50

55

60 Beleuchtungsstärke quotient [•/•]

Abb. 8: Abhängigkeit des Gesamtertrages von der Bestrahlungsstärke

Die Auswertung ergab, daß in dem Ansatz auf das quadratische Glied verzichtet werden kann. Bei linearem Ansatz wurden in den 3 Versuchsjahren durch Regressionsanalysen folgende Koeffizienten und Bestimmtheitsmaße ermittelt (Tab. 10). Wird der Lichtstufe I 1 = 1 der Ertrag E— 1 zugeordnet, d. h. erfolgt auch für den Ertrag eine Darstellung in relativen Einheiten, so ergeben sich die in Abb. 7 und 8 dargestellten Beziehungen für die Abhängigkeit des Ertrages von der Bestrahlungsstärke. Aus diesen Beziehungen geht hervor, daß der Frühertrag um 0,8 bis 1 , 3 % und der Gesamtertrag um 0,9 bis 1 , 2 % zunimmt, wenn die Bestrahlungsstärke um 1 % erhöht wird. Diese Aussage gilt für eine Strahlungsdurchlässigkeit des Gewächshauses (Beleuchtungsstärkequotient) von etwa 0,4 bis 0,65 unter dem gegebenen Strahlungsklima am Versuchsort. Bei höheren Einstrahlungswerten und einem höheren Be-

28

DREWS U. a., Ertragsbildung der Gewächshausgurke

Tabelle 10 Koeffizienten und Bestimmtheitsmaße der linearen Regressionsbeziehung zwischen Ertrag in kg/m2 und mittlerer Bestrahlungsstärke (Relativwerte, /( = !). Zugrunde gelegt wurden die Mittelwerte.

Frühertrag

Gesamtertrag

Jahr

&o

1973 1974 1975 1973 1974 1975

1,881 2,065 -2,245 3,598 0,1373 - 6,646

B*

7,341 7,679 9,570 30,06 31,83 34,67

0,8781 0,9412 0,9805 0,9332 0,9771 0,9834

leuchtungsstärkequotienten ist allerdings zu erwarten, daß der E r t r a g nicht mehr proportional zur Bestrahlungsstärke zunimmt. Der E r t r a g wird sich wie die P h o t o synthese einem asymptotischen Grenzwert nähern. U m die Ergebnisse noch weiter zu verallgemeinern, wurden die Ertragswerte den tatsächlichen Globalstrahlungswerten gegenübergestellt und die Ertragszunahme

pro

1 l y ( = 1 cal/cm 2 ) Zunahme der Bestrahlung berechnet ( T a b . 11). A u s dieser Zusammenstellung ergibt sich im Mittel der drei Versuchsjahre für den Frühertrag eine Ertragszunahme pro l y von 0,769 g/m 2 und f ü r den Gesamtertrag v o n 0,929 g/m 2 . Der niedrigere W e r t für den Frühertrag resultiert daraus, daß der A n t e i l der unproduktiven Zeitspanne (Wachstum bis zum 1. E r t r a g ) bei Betrachtung des Frühertrages relativ größer ist als beim Gesamtertrag. Durch die in den Jahren v o n 1973 bis 1975 durchgeführten pflanzenbaulichen Versuche wurde der dominierende E i n f l u ß der Strahlung auf die Ertragsbildung bei der Gurkenproduktion im Frühjahr eindeutig nachgewiesen. D i e erzielten P a r a m e t e r ( T a b . I L ) können als Grundlage f ü r eine Ertragsvorausschätzung und Erarbeitung eines Ertragsmodells dienen. Tabelle 11 Parameter zur Charakterisierung der Strahlungsabhängigkeit des Ertrages in den 3 Versuchsj ahren Globalstrahlungssumme im Gewächshaus [ly]

Ertragszunahme in kg/m2 pro 1% Zunahme der Bestrahlungsstärke

Relative Ertragszunahme in % pro 1% Zunahme der Bestrahlungsstärke

Ertragszunahme in g/m2 pro 1 ly Zunahme der Bestrahlung

Frühertrag 1973 1974 1975

10714 11011 10348

0,0734 0,0768 0,0957

0,80 0,79 1,31

0,685 0,697 0.925

Mittel

-

0,0820

0,97

0,769

0,301 0,318 0,347

0,89 1,00 1,24-

0,867 0,918 1,001

0,322

1,04

0,929

Jahr

Gesamtertrag 1973 1974 1975 Mittel

34711 34638 34667 —

Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

29

Zur maximalen Ausschöpfung des genetisch bedingten Ertragspotentials ist es deshalb notwendig, alle Voraussetzungen f ü r eine hohe Ausnutzung der natürlichen Strahlung, besonders in der strahlungsarmen Jahreszeit, zu gewährleisten (Erzielung eines hohen Beleuchtungstärkequotienten durch entsprechende Gewächshauskonstruktionen, W e r k s t o f f e und durch Dachreinigung).

Zusammenfassung E s wurden der Einfluß der L u f t - und Bodentemperatur sowie der Strahlung auf die Ertragsbildung der Gewächshausgurke beim Frühanbau untersucht. Durch niedrige Nachttemperaturen wird der E r t r a g erhöht, der Ertragsbeginn verzögert. D e m g e g e n über bewirkt eine hohe Nachttemperatur eine Ertragsverfrühung, aber durch vorzeitiges A l t e r n der P f l a n z e n wird der Ertrag insgesamt herabgesetzt. Durch eine B o denerwärmung können niedrige Lufttemperaturen zum Teil ausgeglichen werden. I n diesem Fall sollte die Nachttemperatur der L u f t in den Monaten Januar bis F e bruar etwa 17 °C betragen, danach bei starkem Früchtebehang und guten L i c h t b e dingungen aber auf 18 °C erhöht werden. Bei einem um 1 % geringeren Strahlungsangebot wurde in den Versuchen das Ertragsniveau beim Frühertrag i m M i t t e l un> 0 , 9 7 % und beim Gesamtertrag im Mittel um 1,04% gesenkt.

Pe3K>Me Ha3BaHHe p a S o T u : O o p M n p o B a m i e y p o a t a n TenjiH*raoro o r y p q a n p a n o c a ^ K a x B 3aBHCHM0CTH OT T e M n e p a T y p H H HHTBHCHBHOCTH M a y n a j i o c i . BjiHHHHe T e M n e p a T y p H MHpoBaHHe

ypoHsan

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TenjraiHoro

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YPOHIAFTHOCTT

CHHiKaeTCH. I l y T e M H a r p e B a H H H n o ^ B H HH3KHe T e M n e p a T y p H B 0 3 « y x a

B NEJIOM

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KOMNEHCHPOBATBCH. B 3TOM c j i y i a e H o ^ H a n T e M n e p a T y p a B 0 3 « y x a B H H B a p e — « J e B p a j i e

«oji?KHa cocTaBjiHTb OKOJIO 1 7 °C, 3aTeM, n p n CHJILHOM 3aBH3HBaHHH njionoB n x o p o UIHX y c j i O B H H x o c B e m e H H H , T e M n e p a T y p a A0Ji?KHa SLITB n o B H i n e H a a o 1 8 ° C . I l p n CHHHteHHH HHTeHCHBHOCTH O C B e m e H H H H a 1 % y p O W a f t p a H H H X c 6 0 p 0 B B O n H T a X CHHH«aJICH

B c p e ^ H e M HA

0 , 9 7 % H B NEJIOM OT B c e r o y p o w K a n — B c p e A H e M HA 1,04%.

Summary T i t e l of the p a p e r : Y i e l d formation of early cultivated greenhouse cucumber in dependence on temperature and radiation intensity Investigations were made into the influence of air and soil temperatures and radiation on the yield formation of early cultivated greenhouse cucumber. L o w temperatures during t h e night result in yield increase, the start of yielding being delayed. H i g h

DREWS U. a., Ertragsbildung der Gewächshausgurke

30

temperatures during the night were f o u n d to effect earlier yielding, but due t o early a g i n g of t h e p l a n t s t h e t o t a l y i e l d is d e c r e a s e d . L o w a i r t e m p e r a t u r e s m a y b e p a r t i a l l y c o m p e n s a t e d b y soil h e a t i n g . I n t h i s case, a i r t e m p e r a t u r e s d u r i n g t h e n i g h t s h o u l d b e a b o u t 17 ° C in J a n u a r y a n d F e b r u a r y a n d t h e n b e i n c r e a s e d t o 18 ° C w h e n t h e plants show strong fruit-setting and light conditions are g o o d . R e d u c i n g radiation b y 1 p e r c e n t c a u s e d a d e c l i n e in t h e m e a n l e v e l of b o t h e a r l y y i e l d a n d t o t a l y i e l d

by

0.97 a n d 1.04 p e r c e n t , r e s p e c t i v e l y .

Literatur AUGUSTIN, P . : Versuchsberichte, Institut für Gemüseproduktion Großbeeren der A d L Berlin, unveröffentlicht (1975) BROUWER, R . : Dynamics of plant performance. Acta Horticulturae 32 (1973) S. 31—51 BOXALL, M.: Some effects of soil warming on plant growth. Acta Horticulturae 22 (1971) S. 57—65 DREWS, M.: Optimales K l i m a für Gurken und Tomaten. Empfehlungen zur Temperaturgestaltung in Gewächshäusern. Gärtnerpost (1977) Nr. 25, S. 11—12 DREWS, M.: Untersuchungen zur Fruchtentwicklung bei der Gewächshausgurke. Archiv für Gartenbau (im Druck) HEISSNER, A . ; DIEZEMANN, M.: Rationeller Wärmeenergieverbrauch in Gewächshausanlagen. Gartenbau 25 (1978), S. 231-232 HORI, Y . ; ARAI, K . : Studies on the effect of day and night temperature on the growth of vegetable crops: I. Growth of young plants of tomato and cucumber affected by day and night temperature and its relation to yield and growth habit of plants after transplanting.Bull. Hort. Res. Stat. Hiratsuka Kamagawa. Ser. A , (1971) No. S. 187-214. HORI, Y . ; K . A R A I ; HOSOYA, R . and OYAMADA, M . : Studies on the effects of root t e m p e r a t u r e and

its combination with air temperature on growth and nutrition of vegetable crops, I. Cucumber, tomato, turnip and snap bean. Bull. Hort. Res. Stat. Hiratsuka K a m a g a w a . Ser. A . (1968) No. 7, S. 187-214 HUSSEY, G.: Growth and development in the young tomatoe. I I I . The effect of day and night temperatures on vegetative growth. J. exp. Bot. 16 (1965) S. 373—385 KRUG, H . ; FÖLSTER, E . : Maximaler Wärmebedarf sowie Anforderungen an die zeitliche und räumliche Temperaturkonstanz. Gemüse 16 (1975) Nr. 2, S. 46—47 LIEBIG, A . P . ; KRUG, A . : Kostengünstige Temperaturführung bei einigen Gemüsearten unter Glas. Ergebnisse der Gurkenversuche. Gemüse 12 (1976) 2, S. 3 8 ^ 4 REINKEN, G.; STRUKLEC, M.: Der Einfluß der Nachttemperatur auf verschiedene Gemüsearten unter Glas. Berichte über Versuche und Untersuchungen, H e f t 1. Landwirtschaftskammer Rheinland-Bonn 1973 UFFELEN, J. A . M. van HEY, G.: De nachttemperatur bij de komkommer (2). Tuinderij, Doetinchem 17 (1977) 22, S. 54-57 UFFELEN, J. A . M . van: De nachttemperatur bij de komkommer (1). Tuinderij, Doetinchem 17 (1977) 2 0 , S. 2 4 - 2 7

Anschrift der Verfasser: D r . sc. M A N F R E D D R E W S , D r . A D O L F Dr. PETER

HEISSNER,

AUGUSTIN

Institut für Gemüseproduktion Großbeeren der Akademie der Landwirtschaftswissenschaften der D D R D D R - 1722 Großbeeren

Arch. Gartenbau, Berlin 28 (1980) 1, S. 3 1 - 4 1 Sektion Gartenbau der Humboldt-Universität zu Berlin

GERBURG FLIETNER, BOZENA FRIEDRICH u n d SIEGFRIED

KRAMER

Beitrag zur graphentheoretischen Behandlung relationaler Modelle biologischer Systeme dargestellt an Beispielen aus der Obstproduktion Eingang: 19. April 1979

1.

Einleitung

Der Übergang zu industriemäßigen Produktionsmethoden erfordert auch in der wissenschaftlichen Bearbeitung vieler Probleme die Anwendung neuer Verfahren und Methoden ( F L I E T N E R u. T H O M A S 1 9 7 9 ) . Ganz allgemein nimmt das Bedürfnis zu, die auf das Ergebnis der Produktion einwirkenden Faktoren in ihrem komplexen, wechselseitigen Zusammenhang zu prüfen. Dabei kann in vielen Fällen die multiple R e gressionsanalyse vorteilhaft sein, die aber in der Deutung für praktische Zwecke bei mehr als drei Variablen bereits Schwierigkeiten bereitet. Pfadkoeffizientenmethoden sind günstiger zu beurteilen, womit aber bereits die Beziehung zu graphentheoretischer Betrachtung hergestellt wird. Oft ist aber eine ursachenbezogene theoretische Modellbildung nicht möglich, da gerade die gesetzmäßigen Zusammenhänge noch zu ermitteln sind ( K R A M E R 1 9 7 5 ) . In zahlreichen Fällen fehlt es an kurzfristig durchführbaren Meßreihen, um die Kausalität der Beziehungen aufzudecken. E s kann deshalb sehr zweckmäßig sein, zunächst mit einem empirischen Modell zu arbeiten, das auch für die Planung von Experimenten und Vorbereitung der Versuche vorteilhaft ist. Bei entsprechender Versuchsdurchführung kann es zur Bestätigung, Verbesserung, Modifizierung und Erweiterung des Modells kommen. E i n solches Modell ist somit eine Vorstufe für eine experimentelle Erfassung des Zusammenhanges.

2.

Material und Methode

F ü r die Modellierung biologischer Zusammenhänge eignen sich Elemente der Graphentheorie, wie sie bei L A U E ( 1 9 7 0 ) zusammenfassend dargestellt werden. Auf einer bestimmten Abstraktionsstufe faßt man die im Gesamtkomplex wirkenden Faktoren zu einer Menge zusammen und bestimmt die Relationen (B), die zwischen den Faktoren paarweise bestehen oder wirken, dann ist

RQMXM . Zur Aufstellung eines solchen relationalen Modells müssen sowohl die Einflußfaktoren, die im Gesamtkomplex wirken, bekannt sein, als auch die unmittelbare Einwir-

32

FLIETNER U. a., Relationale Modelle biologischer Systeme

kung dieser Einflußfaktoren aufeinander. Dabei ist nur die Richtung der Einwirkung von Interesse. Die Einflußfaktoren werden durch Punkte und die Einwirkungen zwischen ihnen durch gerichtete Kanten dargestellt, man erhält dann als Bild das Modell eines gerichteten Graphen (Abb. 1).

Abb. 1: Darstellung eines Graphen mit 4 Punkten und sie verbindenden Kanten

Können den Relationen Werte zugeordnet werden, z. B . aus Korrelations- und Regressionsberechnungen oder aus der Anzahl der unmittelbar einwirkenden Faktoren auf den nachfolgenden Faktor, so kann man eine Bewertung der Kanten angeben. Zur mathematischen Behandlung von Graphen eignen sich Matrizen. Der Graph in Abbildung 1 kann als Berührungsmatrix A dargestellt werden. Die Berührungsmatrix A = (ai?) wird wie folgt gebildet: ai} = 1 wenn von Pi nach Pj ein Pfeil existiert a.tj = 0 wenn von P{ nach Pj kein Pfeil existiert Dabei bedeutet «-. = 0 für i= j die Schiingenfreiheit des Graphen

Neben der so dargestellten unmittelbaren Einwirkung ist es notwendig, auch die mittelbaren Einwirkungen zur vollen Analyse des Modells zu erfassen. Eine Verbindung zwischen zwei Punkten in der Pfeilrichtung wird gerichtete Kante genannt. Verbindungen zwischen mehreren Punkten in Pfeilrichtungen sind als Ketten zu bezeichnen. Ketten entsprechen den Wirkungsketten im Modell. Der Bestimmung aller Wirkungsketten entspricht im Graphen die Ermittlung aller Ketten beliebiger Länge von jedem Punkt zu jedem anderen Punkt des Graphen. Dabei treten unterschiedliche Ketten auf: 1. Doppelpunktfreie Ketten (sie berühren jeden ihrer Punkte nur einmal) z. B. PtP2, P4P4, P,P3P2 • • • 2. Zyklen (diese entsprechen im Modell Rückkopplungen) z. B . PtPaPt, P 2 P i P 2 , P4P3P2P1A. • • • 3. Ketten, die in einen Zyklus eintreten z. B . P a P a P t P , , . . . 4. Ketten, die aus einem Zyklus austreten z. B . P 1 P 2 P 1 P 4 , . . . Entsprechend der Problemstellung wird es notwendig sein, alle Zyklen zu ermitteln und/oder alle doppelpunktfreien Ketten aufzusuchen.

33

Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

Durch die übliche Berechnung von Graphen mit Hilfe der Berührungsmatrix A und ihren Potenzmatrizen A n kann nur die Existenz solcher Ketten ermittelt werden. E s ist aber die genaue Angabe aller Punkte erforderlich, durch welche die Ketten verlaufen, d. h. die punktweise Angabe der Ketten. Dadurch kann die Größe der Einflüsse von jedem beliebigen Punkt auf jeden anderen Punkt ermittelt werden. Auch für die Kenntnis der Zyklen und damit der doppelpunktfreien Ketten ist die punktweise Angabe der Ketten notwendig. Dafür wurde ein Algorithmus entwickelt ( F L I E T N E R 1976), und für seine Berechnung von F R I E D R I C H (1976) ein Programm in der Progammiersprache F O R T R A N für die E D V A E S E R 1020 (1022) geschrieben. 3.

Ergebnisse

3.1.

Methode zur Berechnung aller doppelpunktfreien Ketten in einem Graphen

Ausgangspunkt für die erforderliche Berechnung ist die Berührungsmatrix A, aus der eine Matrix H H={hij )

mit

und

hvj = ()

=/

für

a{j =0

fürai;=l

und die Matrix G G=igij)

mit

6hj =i

für

i—j

und

gtj = 0

für

i=tj

gebildet werden. Dann ergeben sich durch Produktbildungen die Matrizen GH, GH 2, . . . GH n . . . Dabei enthält die Matrix GH n als Elemente die Zahlenfolgen, die den Ketten der Länge n im Graphen entsprechen. Es ergeben sich auch Summen von Zahlenfolgen als Elemente von GH n, wenn mehrere Ketten der Länge n von einem Punkt Pi zu einem Punkt Pj führen, z. B. irj+imj entspricht den beiden Ketten der Länge 2 von P i nach P- : P P P und P . 1 JP P } v r ) """t my Den Hauptdiagonalelementen entsprechen Ketten, deren Anfangspunkt gleich dem Endpunkt ist, d. h. Zyklen. Dsn doppelpunktfreien Ketten entsprechen Zahlenfolgen, in denen jede ihrer Zahlen nur einmal auftritt. Durch Nullsetzen der Zahlenfolgen mit mehrfachem Auftreten gleicher Zahlen erhält man aus den Elementen der Matrix GH n die Elemente der Matrix für doppelpunktfreie Ketten GH n' (der Strich oben zeigt das Nullsetzen an). Diese Elemente enthalten Zahlenfolgen bzw. Summen von Zahlenfolgen, die allen doppelpunktfreien Ketten der Länge n im Graphen entsprechen. Da in einem Graphen mit N Punkten die längste mögliche doppelpunktfreie Kette höchstens die Länge (N — 1) hat, ist dieses Verfahren endlich, denn Nullmatrix für alle

GH r'=(0)

r^N

.

Die Erreichbarkeitsmatrix R ' ist die Matrix, deren Elemente allen doppelpunktfreien Ketten beliebiger Länge im Graphen mit N Punkten entsprechen. Sie wird durch Summation der GH n' gebildet: x-i R'=

2

n 3

GH n'

=1

Arch. Gartenbau, Bd. 28, H. 1

Flietner u. a.,

34

Relationale Modelle biologischer Systeme

Zu dem angegebenen Graphen erhält man folgende Matrizen: 0 2 0 0

G-

0 0 3 0

o\

„

H

J

0

2 0 2 0

1 o \0

40 0 0-

0 0 0 3

0 12 0 14\ 21 0 0 0 GH = I 0 32 0 0 0 0 43 Oy Diese Matrix enthält als Element Zahlenfolgen, die allen K e t t e n der L ä n g e 1 entsprechen (z. B . 12 entspricht P i P 2 )

(

121 0 143 0\ 0 212 0 214 321 0 0 0 0 432 0 0/

Diese Matrix enthält als Elemente alle K e t t e n der L ä n g e 2. Der Graph enthält einen Zyklus der L ä n g e 2 : P1P2P1

bzw.

P2PiP2

/ 0 1212 0 1214\ I +1432 G H z = \ 2121 0 2143 0 \ 0 3212 0 3214 \4321 0 0 (V Diese Matrix enthält als Elemente alle K e t t e n der L ä n g e 3 ( 1 2 1 2 + 1 4 3 2 entspricht P 1 P 2 P 1 P 2 und P 1 P 4 P 3 P 2 )

(

0 1432

0

0\

0 0 2143 0 0 0 0 3214 4321 alle doppelpunktfreien 0 0 0,^ Diese Matrix enthält K 0e t t e n der L ä n g e 3 14321 0 0 0 2 1 4 3 2 r m > h- I ° ° I

n-i

Q

\

0

0 43212

3 2 4 3

0

i

0 43214/

Der Graph enthält einen Zyklus der L ä n g e 4 : P 1 P / j P 3 P 2 P 1

GW={

R'=

0)

21

12 143 14\ + 1432 0 2143 214 32 0 3214 432 43 0/

Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

35

Diese Matrix enthält alle d o p p e l p u n k t f r e i e n K e t t e n beliebiger Länge. K ö n n e n im Modell Größen f ü r die E i n w i r k u n g e n angegeben werden (z. B. unmittelbarer Gesamteinfluß auf einen P u n k t = 1 oder a u s Regressionsberechnungen zwischen den Einflußgrößen o. a.), so ergibt sich ein k a n t e n b e w e r t e t e r G r a p h u n d dazu eine entsprechende bewertete B e r ü h r u n g s m a t r i x A

bew. = GHbew.= (wij) m i f c wa = B e w e r t u n g der K a n t e von Pi nach Py Auf folgende Weise ergibt sich d a n n die bewertete Erreichbarkeitsmatrix A'bew : I n den Elementen der Erreichbarkeitsmatrix IV werden die Zahlenfolgen ilr . . . j+imk

. . . j = wa • wlr • wrs. . . wtj+ wim • wmk • wkw . . . wvj

gesetzt, d. h. f ü r jede durchlaufene K a n t e wird ihre B e w e r t u n g eingesetzt. E n t s p r e chend der Bewertungsart des zugrundeliegenden Modells wird d a n n das Multiplikations- u n d Additionszeichen durch arithmetische Rechenoperationszeichen ersetzt u n d die R e c h n u n g f ü r die Elemente d u r c h g e f ü h r t . D a m i t sind aus der Matrix -Rbew= (r b e w {j) zahlenmäßig die Einflüsse der P u n k t e Pi auf ablesbar. D u r c h E i n f ü h r u n g der Normierung: Gesamteinfluß auf einen P u n k t = 100% ergibt sich die normierte bewertete Erreichbarkeitsmatrix P={pi.). P i j = p r o z e n t u a l e Einwirkung der Einflußgröße Pi auf die Einflußgröße Beispiel zum angegebenen G r a p h e n :

1/2 1/2

1

0-

und

3.2.

Praktische A n w e n d u n g der Methode

F ü r das entsprechende R e c h n e r p r o g r a m m bildet die B e r ü h r u n g s m a t r i x A die Eingabedaten des G r a p h e n , u n d das Endergebnis ist die normierte, bewertete Erreichbarkeitsmatrix. Aus dieser k ö n n e n die Einflüsse von jedem beliebigen P u n k t des Graphen auf jeden a n d e r e n P u n k t in P r o z e n t e n abgelesen werden. Das P r o g r a m m wurde möglichst allgemein gestaltet, so d a ß jeder beliebige G r a p h mit bewerteten K a n t e n oder mit n o r m i e r t e r B e w e r t u n g 1 berechnet werden k a n n . Aus technischen Gründen (Speicherkapazität der E D V A ) ist es jedoch nicht mög3*

36

FlfETNER u. a., Relationale Modelle biologischer Systeme

lieh, G r a p h e n mit beliebig vielen P u n k t e n zu berechnen. Mit d e m vorliegenden P r o g r a m m k a n n m a n G r a p h e n mit höchstens 31 P u n k t e n bearbeiten. Aus d e m Algorithm u s ist sichtbar, d a ß alle K e t t e n einer b e s t i m m t e n L ä n g e von einem beliebigen P u n k t zu a n d e r e n beliebigen P u n k t e n gespeichert werden müssen. Dazu wurde die Speicherk a p a z i t ä t eines P l a t t e n s p e i c h e r s a u s g e n u t z t . Dieser reicht f ü r Beispiele aus, in denen die Anzahl der K e t t e n einer b e s t i m m t e n L ä n g e n i c h t größer als 2000000 ist. Theoretisch k a n n ein G r a p h mit w - P u n k t e n höchstens n\ (n-Fakultät) K e t t e n besitzen, wobei diese obere S c h r a n k e in d e m Fall a n g e n o m m e n wird, d a ß in dem G r a p h jeder P u n k t mit jedem a n d e r e n eine u n m i t t e l b a r e Verbindung besitzt. D a s b e d e u t e t aber, d a ß z. B. ein G r a p h mit 20 P u n k t e n 201 = 2 4 3 2 9 0 2 0 0 8 1 7 6 6 4 0 0 0 0 ^ 2 , 4 3 3 • 1 0 « K e t t e n besitzen k a n n . D a m i t wird die S p e i c h e r k a p a z i t ä t der v o r h a n d e n e n E D V A überschritten. Mit d e m vorliegenden P r o g r a m m k a n n m a n jeden beliebigen G r a p h e n bis zu 9 P u n k t e n berechnen, weil 9 ¡ = 362880 < 2 0 0 0 0 0 0 ist, a b e r in einem G r a p h e n mit 10 P u n k t e n k ö n n e n schon 101 = 3 6 2 8 8 0 0 K e t t e n existieren. Dazu reicht die v o r h a n d e n e Speicherk a p a z i t ä t des P l a t t e n s p e i c h e r s n i c h t . Andererseits t r e t e n bei der Modellierung p r a k t i s c h e r F r a g e n häufig solche G r a p h e n auf, deren V e r b i n d u n g e n zwischen d e n P u n k t e n nicht so groß ist. I n d e m Fall k a n n m a n G r a p h e n bis zu 31 P u n k t e n b e a r b e i t e n . T r e t e n jedoch Fälle auf, bei denen d a s Graphenmodell viele P u n k t e u n d sie v e r b i n d e n d e K a n t e n h a t , so m u ß es auf der G r u n d lage logischer Überlegungen v e r e i n f a c h t werden. 4.

Diskussion d e r Ergebnisse

A u s der Arbeit mit G r a p h e n m o d e l l e n k o n n t e die E r k e n n t n i s gewonnen werden, d a ß eine Vereinfachung des Modells a u c h d a n n erforderlich ist, wenn in d e r n o r m i e r t e n , b e w e r t e t e n E r r e i c h b a r k e i t s m a t r i x W i d e r s p r ü c h e zu p r a k t i s c h e n E r f a h r u n g e n a u f t r e t e n . So war z. B. in einem G r a p h e n m o d e l l zur U r s a c h e des P l a t z e n s bei Süßkirschen ( K R A M E B u n d M O U S T A F A F A H M Y M O H A M E D 1978) der E i n f l u ß der U n t e r l a g e auf d a s P l a t z e n der F r ü c h t e s t ä r k e r als der d e r Sorte. E s ist zweckmäßig, diese beiden P u n k t e zu einem P u n k t S o r t e n - U n t e r l a g e n - K o m b i n a t i o n z u s a m m e n z u f a s s e n . I n d e m gen a n n t e n Modell (Tab. 1) erschien es a u c h zweckmäßig, die P u n k t e B o d e n a r t , B o d e n mächtigkeit, W a s s e r h a u s h a l t des B o d e n s u n d d e n N ä h r s t o f f h a u s h a l t des B o d e n s zu einem P u n k t B o d e n b e d i n g u n g e n zu vereinen. Ähnlich w u r d e bei W i i t e r u n g s b e d i r g u n gen, F r u c h t - u n d Zelleigenschaften v e r f a h r e n . Aus Tabelle 1 geht hervor, d a ß die V e r e i n f a c h u n g des G r a p h e n m o d e l l s von 22 auf 11 P u n k t e keine entscheidende V e r ä n d e r u n g in der Rangfolge der Merkmale u n d in der S t r u k t u r des G r a p h e n b r a c h t e . Die Anzahl der K a n t e n verringerte sich von Modell I über I I auf I I I v o n 76 über 52 auf 27, w o d u r c h n i c h t n u r eine geringere S p e i c h e r k a p a z i t ä t benötigt wird, sondern sich a u c h die Rechenzeit s t a r k verringert. Bei der Modellierung sind die erforderlichen Merkmale bzw. P u n k t e des Modells sorgfältig a u s z u w ä h l e n . Auf der G r u n d l a g e v o r h a n d e n e r E r f a h r u n g e n oder schon vorliegender Teilergebnisse a u s Versuchen oder a u s der L i t e r a t u r , bereitet dieser S c h r i t t d e r Modellbildung weniger Schwierigkeiten. Dagegen ist bei der Festlegung der gerichteten K a n t e n , also der E i n f l u ß Wirkung, eine zwingende Logik einzuhalten. I n den Modellen I bis I I I stehen die B o d e n b e d i n g u n g e n in ihrer W i r k u n g auf den F r u c h t z u -

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Archiv für Gartenbau, X X V I I I . Band, Heft 1, 1980

Tabelle 1 Normierter Einfluß (%) von Merkmalen auf das Platzen der Kirschen (Fruchtzustand) bei vier verschiedenen Modellen mit unterschiedlicher Anzahl von Punkten und sie verbindenden Kanten sowie Rangfolge der Merkmale (Summierung der Einflüsse, SortenUnterlagen-Kombination aus logischen Gründen gemittelt) Punkt Merkmal Punkte: Kanten 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Einflüsse in % Modell Modell I II 22 17 76 52

Relief 12,6 Bodenart 5,3 Bodenmächtigkeit 4,5( Wasserhaushalt 4,3j N ährstoffhaush. 3,7 Globalstrahlung 1,2 Luftfeuchte 3,4\ Niederschlag 2,0/ 2.3 Temperatur 1,2 Wind Unterlage 16,3 13,9 Sorte Verzweigungsdichte 2.4 1.2 Bestandsdichte 5,2v Fruchtgröße Fruchtform 2,61 Fruchtbehang4,4} dichte Mineralstoffgehalt/ Zelle 4,4 Zuckergehalt/Zelle 3.3 Biochemie/Zelle 3,31 Epidermis 2,6/ Fruchtzustand 0

Rangfolge Modell Modell I II

Modell III il 22

Modell IV 11 36

12,5

13,0

3

3

3

2

16,7

5,4

1

2

2

10

10,8

17,6

6

6

4

1

7,8

9,9

9,5

9

7,0

4

' } 14,6/ 2,9 1,3

15 10 8 '8 6,5 5,2

9,6

2

1

1

5,5

6,1 10,8

8 10

8 10

7,8

10,5

9,6

4

5

5

5,5

7,7

5

4

6

7

6,2 0

7 11

7 11

9 11

8 11

14,0 6,0» 5,2> 4,8j 0,8 » 3,8 (

Modell III

Modell IV

(

i,V 1,5 17 7

6,6} 6,3/ 5,0

0

6,3

0

8 9,5

9 3

s t a n d a n vorderster Stelle, während solche F a k t o r e n , die e r f a h r u n g s g e m ä ß das P l a t zen viel stärker beeinflussen, wie T e m p e r a t u r , Niederschlag, L u f t f e u c h t e u n d W i n d einen weit geringeren Einfluß im Modell haben. Die V e r ä n d e r u n g u n d E r h ö h u n g der bewerteten K a n t e n im Modell I V t r ä g t diesen Bedingungen R e c h n u n g , wodurch sich die Rangfolge b e s t i m m t e r Merkmale verändert, andererseits eine Reihe anderer Merkmale in der Rangfolge aber k a u m verschoben werden. Die kurze Zeit f ü r die Berechnung solcher Modelle (ca. 5 . . . 20 min) gibt die Möglichkeit der Variation der Modelle u n d der H e r a u s a r b e i t u n g der Z u s a m m e n h ä n g e zwischen verschiedenen F a k t o r e n . Stark wirkende F a k t o r e n wird m a n nicht zusammenfassen, während schwach wirkende in einem P u n k t vereint werden können. W i r k t ein F a k t o r zeitlich unterschiedlich auf andere E i n f l u ß f a k t o r e n , so ist eine entsprechende Aufgliederung möglich. Treten bei der Variation der Modelle bei einzelnen Einflußf a k t o r e n starke Verschiebungen in der Rangfolge auf, so weist dies auf unsichere Beurteilung der W i r k u n g s k e t t e der E i n f l u ß f a k t o r e n hin. Der aufgestellte Algorithmus u n d das R e c h e n p r o g r a m m g e s t a t t e n a u c h die Berechnung a u f t r e t e n d e r Zyklen. Aus den Zyklen eines gerichteten Graphen k ö n n e n E n t s c h e i d u n g e n ü b e r das Auf-

FIIETNER 11. a., Relationale Modelle biologischer Systeme

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treten von Regelkreisen abgeleitet werden. Das Regelkreismodell erweitert erkenntnistheoretisch die meist übliche Ursache-Wirkungsbeziehung und kommt damit in vielen Fällen den praktischen Bedingungen näher, wobei vereinfachte und damit meistens ungenaue Fehldeutungen von Versuchsergebnissen eingeschränkt werden können. Im Vergleich zur Technik sind funktionelle Größen einer Regelung und die strukturellen Elemente des Regelsystems in biologischen Systemen nicht ohne weiteres klar abzugrenzen (DKISCHEL 1972). Außerdem ist das Übertragungsverhalten der einzelnen Glieder sehr schwer und oft nur theoretisch zu erfassen. Hinzu kommt, daß in biologischen Systemen eine starke Vermaschung von Regelkreisen vorliegt, wodurch die Trennung und Abgrenzung von Teilsystemen erschwert wird. Aus einem gerichteten Graphen zur Untersuchung der Düngerwirkung mit den Punkten: 1= 2= 3= 4= 5= 6= 7= 8= 9=

Düngermenge Düngetermin Nährstoffgehalt im Boden Bodenart Bodenfeuchte Niederschlag Temperatur Wurzeldichte Ertrag

konnten folgende Zyklen ermittelt werden: Zyklen der Länge 2: 1 2 3 8 5 8 Zyklen der Länge 3: 1 3 5 3

1 (2 1 2 ) 3 (8 3 8) 5 (8 5 8) 9 1 (3 9 1 3, 9 1 3 9) 8 5 (8 5 3 8, 3 8 5 3)

Zyklen der Länge 4 : keine Zyklen der Länge 5 : 1 3 8 5 9 1

(3 8 5 9 1 3, 5 9 1 3 8 9 1 3 8 5 9)

5, 8 5 9 1 3

8,

Zyklen der Länge 6: keine Die Zyklen der Länge 2 stellen offensichtlich keinen Regelkreis dar. Dagegen ist ein Regelkreis der Länge 3 zwischen Düngermenge, Nährstoffgehalt im Boden und Ertrag vorhanden und ein zweiter Regelkreis zwischen Bodenfeuchte, Nährstoffgehalt im Boden und Wurzeldichte. Der Zyklus der Länge 5 gibt offensichtlich einen vermaschten Regelkreis wieder, der abstrakt in Abbildung 2 dargestellt ist. Das Schema für den Regelkreis Düngung — Ertrag gibt Abbildung 3 wieder. Dieses sehr grobe Modell eines Regelkreises der ertragsabhängigen Düngung soll lediglich die Möglichkeiten der Interpretation von Zyklen in einem gerichteten Graphen verdeutlichen. Die Störgrößen (z) können positiv und negativ auf den Regelkreis wirken. Auf die Regelstrecke kann sich z. B . zusätzliche Bewässerung auswirken. Die Führungsgröße w wird durch die Sorten-Unterlagen-Kombination, die Bodenart und andere ökologische Faktoren bestimmt und ist, soweit nicht beeinflußt, mit Störgrößen behaftet.

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Archiv für Gartenbau, XXVIII. Band, Heft 1, 1980

A b b . 2 : Abstrakte Darstellung eines vermaschten Regelkreises im Graphen zur ertragsabhängigen Düngewirkung. 1 = Düngermenge, 3 = Nährstoffgehalt im Boden, 5 = Bodenfeuchte, 8 =Wurzeldiehte, 9 = Ertrag

Abb. 3 : Schema des vermaschten Regelkreises aus der abstrakten Darstellung in Abb. 2.

Regelstrecke

Neben dieser qualitativen Wertung der Ergebnisse aus einem gerichteten Graphen, können auch quantitative Bewertungen vorgenommen werden. Für die Bewertung der Kanten gibt es verschiedene Möglichkeiten, wodurch das Ergebnis der Berechnung des Modells beeinflußt werden kann. Sind die Relationen zwischen einzelnen Einflußfaktoren experimentell ermittelt worden, so können die Kanten durch die berechneten Korrelations-, Regressionskoeffizienten oder Bestimmtheitsmaße bewertet werden. Eine empirische Bewertung der Kanten (wie in den Modellen der Tab. 1) ist möglich, in dem angenommen wird, daß ein Einflußfaktor (Punkt) im gleichen Maße von den n Kanten seiner Vorgänger beeinflußt wird und die Gesamtwirkung gleich 1 zu setzen ist. Die Bewertung der Kanten ergibt dann einen partiellen Betrag, der Größe—, Es kann aus praktischen Erwägungen aber auch vorteilhaft sein, die Kanten aus Erfahrungsgründen unterschiedlich zu bewerten, um im Modell hypothetisch die experimentell oder auch praktisch beeinflußbaren Faktoren entsprechend zu berücksichtigen. So kann z. B . in dem Modell (Tab. 1) der Einfluß des Windes auf den Fruchtzustand (Verminderung des Platzens der Süßkirschen) durch Einsatz eines Hubschraubers gezielt verstärkt werden. Über eine entsprechende Bewertung der Kanten kann die Auswirkung dieser Maßnahme im Modell geprüft werden. Zusammenfassung Die meistens sehr aufwendigen Versuche mit Obstgehölzen erfordern eine wesentlich bessere Planung. Es wird nachgewiesen, daß die Modellierung von Zusammenhängen mit Hilfe von Elementen der Graphentheorie sehr zweckmäßig sein kann. Die Ana-

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FLIETNER U. a., Relationale Modelle biologischer Systeme

lyse eines gerichteten Graphen erfordert die Berechnung aller doppelpunktfreien Ketten, wofür ein entsprechender Algorithmus entwickelt wurde. Die sich aus dem Rechenprogramm (in FORTRAN) für E S E R 1020 (1022) ergebenden Restriktionen werden angegeben. An Beispielen aus der Obstproduktion werden Fragen der Variation von Modellen, der Bewertung von Kanten und der Interpretation von Zyklen behandelt. Die einfache Variation der Modelle und die kurzen Rechenzeiten ermöglichen einen umfangreichen Variantenvergleich.

Pe3K)Me

Ha3BaHHe paßoTH : 0 rpa$0Te0peTHHecK0M BapwaHTe OTHOCHTejibHwx MO^ejieft ÔHOJiorHHecKHX c n c T e M , n p e f l C T a B j i e H H O M Ha n p H M e p a x H3 ruioflOBOßCTBa

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