DD301128A7 - Vorrichtung zur in-vivo-erfassung der transpiration und des stomataverhaltens von pflanzenblaettern - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Gestaltung einer In-vivo-Meßvorrichtung zur Erfassung von Transpirationsmassestromdichten und Stomataleitwerten einzelner Blätter in Pflanzenbeständen. Das Wesen der Erfindung liegt dabei in der Gestaltung der Meßvorrichtung. Dabei wird vorgeschlagen, die Transpiration einzelner Blätter oder Blatteile dadurch zu erfassen, daß durch parallel geschaltete Blattküvetten Luftströme geführt werden, die in einem Meßbehälter gesammelt werden und deren Temperatur und Feuchte in diesen Sammelbehälter gemessen wird. Die Strömungsbedingungen in den Blattküvetten werden dabei so gestaltet, daß sich keine Unterschiede zu freien Blättern einstellen. Die Temperatur und die Feuchte dieses Luftstromes wird mit einem zweiten Luftstrom, dem Referenzluftstrom, verglichen. Dieser Referenzluftstrom wird dabei in unmittelbarer Umgebung der Einlaufstutzen der Blattküvetten angesaugt und wird in einen zweiten Meßbehälter geführt, ohne jedoch die Blattküvetten zu durchströmen. Die ermittelten Meßdaten werden von dem Gerät an einen Mikrorechner geleitet, wo über einen mathematischen Algorithmus die Größen Transpirationsmassestromdichte, Stomataleitwert, Lufttemperatur und Luftfeuchte berechnet werden.
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnungen
Um pflanzliche Transpirationsmengen bestimmen zu können, sind zwei Grundmeßpnnzipe vorbekannt, das lysimetrische Meßverfahren und die Küvettenmeßverfahren.
Bei der lysimetrischen Transpirationsmessung ist es erforderlich, ganze Pflanzen oder Pflanzenbestandteile auf Präzisionswaagen zu setzen. In Zeitintervallen von 3min bis 15min ist es möglich, die Transpirationsrate aus dem Masseverlust des Pflanzbehälters zu bestimmen, wenn die Bodenverdunstung durch Abdeckung der Bodenfläche oder anderer Maßnahmen verhindert wird. Diese Verfahrensweise ist aufwendig und für praktische Langzeitmessungen ungeeignet. Die Forderung nach kürzeren Meßintervallen, um den dynamischen physiologischen Vorgang der Transpiration von Pflanzen zu beschreiben, bringt zusätzliche Fehlerquellen. Je kürzer die Meßintervalle sind, um so präziser muß der Masseverlust bestimmt werden, um signifikante Massedifferenzen zu ermitteln. Daraus folgt ein ei höhter Aufwand zur Ausfilterung der Störwirkungen, der die Wägeeinrichtungen zum Schwingen bringt.
Beim Transpirationsmeßverfahren mit Hilfe von Meßküvetten werden einzelne Blätter oder Blattsegmente in einem Gehäuse, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht, eingeschlossen.
Das Grundproblem der veränderten klimatischen Bedingungen in den Meßkammern gegenüber den freien Blättern wird mit zwei verschiedene Meßmethoden gelöst.
Beim Porometer werden die Blattsegmente nur kurzzeitig in der Meßkammer eingeschlossen, um die damit verbundene Veränderung der klimatischen Bedingungen gering zu halten, oder es werden „Klappküvetten" verwendet, die in bestimmten Zeitintervallen öffnen und damit den Meßvorgang unterbrechen, um die natürlichen Umgebungsbedingungen in der Meßküvette wieder herzustellen {Fa. Licor, SA). Dabei muß der Nachteil in Kauf genommen werden, daß kein kontinuierlicher Meßvorgang möglich ist.
Bei einer zweiten Variante des Küvettenmeßverfahrens werden die Blattsegmente ständig in den l· 'eßküvt tten eingeschlossen.
Die Küvette wird dabei künstlich klimatisiert, um den Außenbedingungen ähnliche klimatische Verhältnisse in der Blattküvette herzusteilen. Dazu sind die genaue Messung der Außenbedingungen und die Möglichkeit der Veränderung der Temperatur und Feuchte der Luft in der Blattküvette erforderlich.
Der Nachteil beider Küvettenmeßverfahren ist, daß infolge der unzureichenden Nachbildung der Bedingungen an freien
Pflanzenblättern systematische Meßfehler entstehen, die vor allem auf die Zerstörung der blattnahen Temperatur- und Feuchtegrenzschicht zurückzuführen sind.
Aus der Fach- und Patentliteratur sind weitere Meßverfahren vorbekannt, die auf dem Küvettenmeßprinzip beruhen.
verändert.
das Blattgewebe durchdringen, oder es wird in einer Küvettenhälfte der Druck derartig erhöht, daß der Druck in der anderen
amphistomatären Blättern möglich (Stomata auf beiden Blattseiten).
(DE 3414260). Daneben ist eine Meßeinrichtung für die Messung an einem strömungsfähigen Medium, insbesondere
weiterhin Küvetten zur Bestimmung der potentiellen Photosyntheserate an Blattscheiben verwendet (DD 208668).
und Feuchtegrenzschicht weitgehend erhalten bleibt.
mehrere Blattküvetten verwendet, die durch verzweigte Schlauchleitungen mit einem Meßbehälter verbunden sind. Die durchdie Blattküvetten strömenden Teilluftströme werden in einem Meßbehälter gesammelt und vermischt. Damit ergibt sich im
mittels einer zweiten Membranpumpe ein zweiter Luftstrom in einen weiteren Meßbehälter gesaugt, der als Referenzluftstromdient. Die einzelnen Blattküvetten werden strömungstechnisch dabei parallel geschaltet, und der Luftstrom, der zur Referenzdient, strömt ebenfalls "^rallel zu den Blattküvettenluftströmen.
bekannter Weise je ein Temperatur- und ein Feuchtesensor befinden. Der Feuchtesersor ist dabei vorzugsweise als
Stomataverhaltens von Pflanzenblättern Fig. 2: konstruktive Gestaltung einer Blattküvette Fig. 3: Darstellung des Meßprinzips.
In einem Gehäuse 15 sind zwei Membranpumpen 1,2 untergebracht. Auf dem Gehäuse 15 befinden sich der Eingangsbehälter und der Ausgangsbehälter 3 in Form von zwei unten abgedichteten Thermosglocken (Dewargefäße). Die Feuchttemperaturmeßstellen befinden sich an der Ansaugstelle δ der Membranpumpen 1,2. Sie sind so gestaltet, daß sich in den Ansaugleitungen der Membranpumpen hinter einer Lochblende 8 ein Thermoelement befindet, welches mit einem Baumwollfaden 7 umwirkt ist. Dieser hängt mit einem Ende in einem unter der Meßstelle angebrachten Wasserbehälter 9. Der durchsichtige Füllstandsbehälter 14 dient der Kontrolle dfif Wasserversorgung der Baumwollfäden und als Vorratsbehälter.
1 BLOCK, F. R.; LENZ, F.; ONKELS, R.: Einrichtung zur Messung der Photosynthese, Respiration und Transpiration. Gartenbauwissenschaft.-48 (1983) S. 128-134.
2 SESTAK, Z.: Plant photosynthetic production-manual of methods-The Hague, 1971.-765 S.
3 RASCHKE, K.; Das Seifenblasenporometer (Zur Messung der Stomataweite an amphistomatischen Blättern) Plante, 66(1965) S.113-120.
den Blattküvetfen 24,27 ist durch flexible Schlauchleitung 25,26 realisiert.
werden mit einer mechanischen Klemmvorrichtung 18 zusammengedrückt. Zwischen den Halbschalen 16,17 und dem Blatt 19befindet sich eine Moosgummidichtung 20. Die 4 Einlaufstutzen 21 und 4 Auslaufstutzen 22 der Blattküvetten 24,27 sind in solcheinem Abstand von der Blattoberfläche angeordnet, daß die natürliche Temperatur- und Feuchtegrenzschicht 23 erhalten bleibt.
27 befindlichen Blattflächen 19 transpirierte Wassermenge auf. In den Blattküvetten 24,27 ergibt sich bei einem
68,2cm3/s eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,01 m/s, wodurch keine erhöhte Lufth'.wegung gegenüber den in
befeuchtet wird. Damit sind die psychrometrischen Bedingungen zur Erreichen der Feuchttemperatur am Feuchtthermometer 6gewährleistet.
- die Temperatur der Luft, die durch die Blattküvetten geströmt ist (U
- die psychrometrische Feuchttemperatur der Luft, die durch die Blattküvetten geströmt ist (U
- die Temperatur des Referenzluftstromes (t)r)
- die psychrometrische Feuchttemperatur des Referenzluftstromes (tr,) Diese Meßwerte werden an einen Prozeßrechnor geleitet.
Mit Hilfe dieser Meßdaten und der nachfolgend genannten Geräte- und Systemparameter kann die Berechnung der Transpirationsmassenstromdichte in den folgenden Schritten erfolgen: 1. Berechnung des Wasserdampfpartialdruckes der beiden Luftströme
Le cDi
(o, R/H)
(rR/R)
lkg/m3] (3)
2. Berechnung dei absoluten Luftfeuchte der beiden Luftströme
Rl Pdk Pik
xik = —
RoPb
Xi, = — [kg/m3] (4)
RoPb
3. Berechnung der Transpirationsmassenstromdichte aus dem Unterschied der absoluten Feuchte der beiden Luftströme
nv = -^-<Xik-Xir) (kg/(m2s)] (5)
n>
Neben den Zielgrößen Lufttemperatur, Luftfeuchte und Transpirationsmassenstromdichte kann über die Bestimmung der Temperatur der in den Blattküvetten eingeklemmten Blättern der stomatäre Leitwert ermittelt werden:
4. Berechnung des Stomatären Leitwertes
[m/s]
t| Lufttemperatur
tf psychrometrische Temperatur
d, spez. Verdunstungsenthalpie
ρ Dichte der feuchten Luft
mv Transpirationsmassenstromdichte
x,(tb) abs. Sättigungsluftfeuchte bei
rQ thermodynamischer Grenzschicht- s/m S
widerstand ,
der Blattküvette sind dabei mit denen im übrigen Bestand zu vergleichen. Im Gegensatz zur Lysimetermessung ist dieses
im Bestand eintretenden Bewegungen der Pflanze wirken sich nicht störend auf den Meßvorgang aus, während bei der
wird und der eigentliche Meßvorgang vollständig strahlungsgeschützt abläuft.
"C | M |
0C | M |
kPa | S |
kg/m3 | S |
kPa | S |
kPa | K |
- | K |
kJ/(kgK) | K |
kJ/(kgK) | K |
kJ/(kgK) | S |
kJ/kg | S |
kg/m3 | S |
kg/Im» 8) | S |
m/s | P |
m2 | P |
m/s | S |
kg/m3 | S |
Claims (4)
1. Vorrichtung zur In-vivo-Erfassung der Transpiration und des Stomataverhaltens von Pflanzonblättern in Pflanzenbeständen, wobei die Blätter ganz oder teilweise in gegenüber der Atmosphäre weitgehend abgeschlossenen Blattküvetten angeordnet sind durch welche ein Luftstrom gosaugt wird, der Informationen über Feuchtigkeit und Temperatur der Atmosphäre in den Küvetten trägt, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Blattküvetten mittels entsprechend verzweigter, an ihren Luftaustrittsstutzen befestigter Schlauchleitungen parallel geschaltet und mit einer ersten Membransaugpumpe verbunden sind, vor der im Wege des Gasstromes in an sich bekannter Weise eine erste Temperatur- und Gasfeuchtemeßeinrichtung angeordnet ist und daß an den Küvetten Lufteintrittsstutzen vorhanden sind, wobei die Luftein- und Lufcaustrittsstutzen in einer solchen Mindestentfernung von der Blattoberfläche angeordnet sind und der luftstromgeschwindigkeitsbestimmende Küvettenquerschnitt so bemessen ist, daß die natürliche Feuchte- und Temperaturgrenzschicht zwischen Blattoberfläche und luftdurchströmtem Küvettenraum weitgehend ungestört bleibt, wobei neben der ersten Parallelschaltung von durch verzweigte Schlauchleitung verbundenen Küvetten eine zweite Parallelschaltung von entsprechend verzweigten Schläuchen vorgesehen ist, deren Lufteintrittsseiten außerhalb der Küvettenvolumina jeweils in der Nähe der Lufteintrittsstutzen der Küvetten liegen und diese zweite Parallelschaltung mit einer zweiten Membransaugpumpe verbunden ist, vor der im Weg des Gasstromes in an sich bekannter Weise eine zweite Temperatur- und Feuchtemeßeinrichtung angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Küvettenquarschnht so gewählt wird, daß bei gegebener Saugleistung der Membranpumpe die Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 m/s in den Küvetten nicht überschritten wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturmeßelemente Thermoelemente sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Feuchtemeßeinrichtungen psychometrische Meßeinrichtungen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD31476088A DD301128A7 (de) | 1988-04-15 | 1988-04-15 | Vorrichtung zur in-vivo-erfassung der transpiration und des stomataverhaltens von pflanzenblaettern |
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DD301128A7 true DD301128A7 (de) | 1992-10-08 |
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DD (1) | DD301128A7 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1031357C2 (nl) * | 2006-03-13 | 2007-09-14 | Praktijkonderzoek Plant & Omge | Nevelkas. |
CN105588837A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-05-18 | 中国计量学院 | 便携式活体植物叶片气孔成像观测装置 |
CN109581191A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-05 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 用于微小腔体电路内部气氛检测结果比对的双腔结构 |
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1988
- 1988-04-15 DD DD31476088A patent/DD301128A7/de not_active IP Right Cessation
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NL1031357C2 (nl) * | 2006-03-13 | 2007-09-14 | Praktijkonderzoek Plant & Omge | Nevelkas. |
WO2007105168A3 (en) * | 2006-03-13 | 2008-01-03 | Praktijkonderzoek Plant & Omge | Mist greenhouse |
CN105588837A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-05-18 | 中国计量学院 | 便携式活体植物叶片气孔成像观测装置 |
CN105588837B (zh) * | 2016-02-26 | 2018-08-14 | 中国计量学院 | 便携式活体植物叶片气孔成像观测装置 |
CN109581191A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-05 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 用于微小腔体电路内部气氛检测结果比对的双腔结构 |
CN109581191B (zh) * | 2018-12-06 | 2021-11-30 | 中国电子科技集团公司第二十四研究所 | 用于微小腔体电路内部气氛检测结果比对的双腔结构 |
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