DE102006043117B3

DE102006043117B3 - Verfahren und Vorrichtung zum bedarfsgerechten Versorgen von Kulturpflanzen mit Wasser und/oder Nährstoffen in Gartenbauanlagen

Info

Publication number: DE102006043117B3
Application number: DE102006043117A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr.rer.nat. Reusch; Jörg Dr.rer.nat. Jasper; Axel Dr. Link
Original assignee: Yara International ASA
Current assignee: Yara International ASA
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-09-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum bedarfsgerechten Versorgen von Kulturpflanzen mit Wasser und/oder Nährstoffen in Gartenbauanlagen, bei dem das Wasser und/oder die Nährstoffe über ein von einer Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung gesteuertes Bewässerungssystem ausgegeben wird, wobei die Pflanzen mit einem multispektralen künstlichen Licht beleuchtet, die Reflexions- und/oder Fluoreszenzsignale der Pflanzen berührungslos erfasst und daraus nach einem bestimmten Auswertealgorithmus biophysikalische Parameter ermittelt werden und als Steuergrößen für das Bewässerungssystem herangezogen werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ernährungszustand eines Pflanzenbestandes, insbesondere von Gewächshaus- und Freilandkulturen, während seiner bzw. ihrer gesamten Wachstumsperiode kontinuierlich zu ermitteln und die Wasser- und Nährstoffgabe aktuell an den erreichten Ernährungszustand anzupassen, wobei Wasser- und/oder Nährstoffmangel bzw. -überschuss und Düngemittelauswaschung vermieden sowie Kosten eingespart werden. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass mindestens ein repräsentativer Zielabschnitt des Pflanzenbestandes mit dem multispektralen künstlichen Licht beleuchtet und das reflektierte Licht- und/oder das Fluoreszenzsignal im roten/infraroten Spektralbereich von mindestens einem, ständig auf den Zielabschnitt des Pflanzenbestands gerichteten Sensor kontinuierlich gemessen wird, wobei die gemessenen Signale der ...

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum bedarfsgerechten Versorgen von Kulturpflanzen mit Wasser und/oder flüssigen Nährstoffen in Gartenbauanlagen, insbesondere Gewächshäusern oder Freilandanlagen, bei dem das Wasser und/oder die Nährstoffe über ein von einer Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung gesteuertes, im wesentlich aus Leitungen, Ventilen, Bewässerungsschläuchen, Sprühdüsen oder Tropfern, Pumpen, Behältern für Nährstoffe und Messfühlern bestehendes Bewässerungssystem ausgegeben wird, wobei die Pflanzen mit einem multispektralen künstlichen Licht beleuchtet, die Reflexions- und/oder Fluoreszenzsignale der Pflanzen berührungslos erfasst und daraus nach einem bestimmten Auswertealgorithmus biophysikalische Parameter wie Chlorophyll- und/oder Wassergehalt ermittelt werden und als Steuergrößen für das Bewässerungssystem herangezogen werden.
Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen zum bedarfsgerechten Versorgen eines Kulturpflanzenbestandes mit Wasser und/oder flüssigen Nährstoffen in Gartenbauanlagen, insbesondere Gewächshäusern oder Freilandalagen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, mit einem durch eine Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung gesteuerten Bewässerungssystem, dass im wesentlichen ein Leitungsnetz zum Zuleiten von Wasser und/oder Nährstoff in den Pflanzenbestand, Ventilen zum Öffnen und Schließen der Leitungen, Bewässerungsschläuche, Sprühdüsen oder Tropfer für das Verteilen des Wassers und/oder Nährstoffs auf den Bestand bzw. auf oder in den Boden, Pumpen zum Erzeugen eines Applikationsdruckes, Behälter für das Speichern von Wasser und/oder Nährstoffen sowie Messfühlern zum Erfassen der Innen- und Außentemperatur, Luft- bzw. Raum- und Bodenfeuchte umfasst, wobei künstliche Lichtquellen zum Beleuchten der Pflanzen und Sensoren zum Erfassen der reflektierten Signale vorgesehen sind, die mit der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung verbunden sind.
Die Steuerung der Bewässerung von Pflanzenkulturen in Gewächshäusern ist hinreichend bekannt (siehe u.a. DE 1 924 305 A , DD 241 842 A1 , DE 34 90 110 T1 , DE 44 20 392 A1 , EP 0380 734 B1 , WO 86/05944 A1 , US 4 430 828 A ).
So ist aus DE 1 924 305 A eine Einrichtung zur selbsttätigen Bewässerung von Freiland- oder Gewächshauskulturen bekannt, die einen Wasserverteiler und einen von einem Fühler gesteuerten Regler aufweist, wobei der Fühler ein eine Blattfläche simulierender Feuchtigkeitsfühler ist, der eine von Elektroden begrenzte Dielektrikumfläche aufweist.
In der DD 241 842 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Wasserbedarfs unmittelbar an der Pflanze offenbart, bei dem die Durchmesseränderung von Pflanzenteilen, vorzugsweise des Haupttriebes, gemessen wird und dieser Wert zur Steuerung der Wasserzufuhr bzw. Luftbefeuchtung genutzt wird.
Bei dem Stand der Technik nach DE 34 90 110 T1 handelt es sich um ein automatisches Bewässerungssystem für kleinere Gewächshäuser, bei dem ein beweglich aufgehängtes Regulierglied aus stark saugfähigem Material verwendet wird, das mit der Erde durch saugfähige Dochte verbunden ist, wobei das Gewicht des Regulierglieds im feuchten und im trockenen Zustand über einen Hebel auf ein Ventil wirkt, um einen Wasserfluss zu initiieren.
Die DE 44 20 392 A1 beschreibt ein Verfahren zur optimalen Raum-, Energie- und Stoffausnutzung für Pflanzen, welches in Gewächshäusern, Wintergärten, Terrassen, Hof- und Gartenanlagen zur Anwendung gelangt. Dabei ermöglicht dieses bekannte Verfahren u.a. die Nährstoffaufnahme der Pflanzen auf einem substratsparenden bzw. substratlosen Kultursystem mit Kulturflächen geringer Dicke zu steuern und zu regeln. Zur Ausnutzung der Sonnenenergie und der Herstellung optimaler Lichtverhältnisse werden Sensoren zur Messung der Beleuchtungsstärke oder der Photonettosynthese eingesetzt.
Nach der EP 0 380 734 A1 ist ein Verfahren zum automatischen Ausbringen von Wasser auf ein Pflanzenbeet in einem Gewächshaus bekannt. Dieses Verfahren ist im wesentlichen ein Schätzverfahren, das mit kontinuierlich gesammelten Oberfächentemperaturdaten und Feuchtigkeitsdaten den Dampfdruck des Pflanzenblattwassers und der Atmosphäre schätzt und auf dieser Grundlage unter Einführung eines die Blattgröße berücksichtigen Faktors das Wasser auf die Pflanzen ausbringt.
Des Weiteren ist aus der WO 86/05944 A1 ein Verfahren zur Steuerung der Wasserversorgung eines Gewächshauses bekannt, bei dem die Wasserzugabe in Abhängigkeit der im Raum ermittelten atmosphärischen Feuchtigkeit mit einem die Ventile öffnenden und schließenden Rechner gesteuert wird.
Aus der US 4 430 828 A ist es bekannt, oberhalb eines jeden Beetes in einem Gewächshaus einen Feuchtigkeitssensor mit Mitteln zur Erzeugung von analogen Signalen zur Anzeige der Feuchte- und Trockentemperatur zu installieren.
Alle diese bekannten Lösungen realisieren im wesentlichen die Versorgung der Pflanzen mit Wasser und/oder Nährstoff im Gewächshaus durch die Überwachung der Lufttemperatur, Innen- und Außentemperatur, Bodenfeuchte, Luftfeuchte, Dampfdruck, Lichteinstrahlung, Pflanzendurchmesser oder Blattdicke.
Eine solche Regelung berücksichtigt nicht den tatsächlichen Wasserstatus der Pflanzen, so dass der Zeitpunkt der Bewässerung und die Menge des zu applizierenden Wassers häufig nicht optimal sind. Einerseits sollen Wachstumsdepressionen aufgrund von Wassermangel vermieden werden, andererseits soll aber auch nicht zuviel Wasser gegeben werden. Überbewässerung erhöht die Gefahr der Auswaschung von Nährstoffen bzw. Düngemitteln, verschwendet gerade in trockenen Gebieten eine knappe Ressource und führt zu einer unnötigen Kostenbelastung des Anbaus.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Interaktion zwischen Wasser- und Nährstoffversorgung, und hier insbesondere die Versorgung mit Stickstoff, keine Berücksichtigung findet. Die Aufnahme von Stickstoff und dessen Transport und Umbau in der Pflanze setzen eine ausreichende Wasserversorgung voraus. Gleichzeitig unterliegt der Stickstoff bei Überwässerung in starkem Maße der Auswaschung. Neben einer falsch bemessenen Düngung können daher sowohl Wassermangel als auch Wasserüberschuss zu Stickstoffmangel und dadurch bedingte Wachstumsdepressionen führen.
In der DE 101 48 737 A1 wird ein Verfahren zum berührungslosen Bestimmen biophysikalischer Parameter wie Biomasse, Chlorophyll- und/oder Wassergehalt beansprucht, bei dem die Pflanzen mit einer modulierten, künstlichen Lichtquelle aus Halogen- oder Xenonlicht in einem Lichtfleck oder -streifen beleuchtet, die Reflexionssignale des Blattwerks der Pflanzen im sichtbaren und/oder nahinfraroten Spektralbereich erfasst und an eine Auswerte- und Signalverarbeitungseinheit weitergegeben sowie in dieser die Parameter nach einem bestimmten Auswertealgorithmus ermittelt werden.
Es wird ein spektral breitbandiger Lichtfleck oder -streifen auf dem Pflanzenbestand mit einem in schneller Folge Blitzlicht emittierenden Sender erzeugt, der auf einem Fahrzeug befestigt ist und sich mit diesem durch den Pflanzenbestand bewegt.
Mit dieser bekannten Lösung kann der Ernährungszustand über die abgetastete Fläche des Bestandes zum Zeitpunkt des Abtastens erfasst und eine Düngemittelgabe appliziert werden, die dem jeweilig ermittelten Ernährungszustand der Pflanzen gerecht wird. Dies ermöglicht aber nicht, den Ernährungszustand und dessen zeitlichen Verlauf über die gesamte Wachstumsperiode der Pflanzen zu überwachen, wodurch Wasser- und Nährstoffmangel im weiteren Verlauf des Wachstums der Pflanzen nicht auszuschließen sind.
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Ernährungszustand eines Pflanzenbestandes, insbesondere von Gewächshaus- und Freilandkulturen, während seiner bzw. ihrer gesamten Wachstumsperiode kontinuierlich zu ermitteln und die Wasser- und Nährstoffgabe aktuell an den erreichten Ernährungszustand anzupassen, wobei Wasser- und/oder Nährstoffmangel bzw. -überschuss und Düngemittelauswaschung vermieden sowie Kosten eingespart werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 8 oder 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtungen und des Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass entweder ein repräsentativer Zielabschnitt des Pflanzenbestandes mit dem multispektralen, künstlichen Licht beleuchtet und das durch die Pflanzen reflektierte Licht- und/oder das Fluoreszenzsignal im roten/infraroten Spektralbereich bis nahe 2000 nm von mindestens einem, ständig auf diesen Zielabschnitt des Pflanzenbestands gerichteten Sensor kontinuierlich über mindestens einen Teil der Wachstumsperiode der Pflanzen gemessen wird, wobei die gemessenen Signale der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, die aus mindestens einer Wasserabsorptions- und/oder Chlorophyllbande dieses Spektrums ein Maß für den aktuellen Wasser- und/oder Nährstoffbedarf der Kulturpflanzen im gesamten Bestand als eine zusätzliche Steuergröße für das Bewässerungssystem ermittelt, das solange eine Wasser- und/oder Nährstoffgabe auf den gesamten Bestand appliziert bis die optimale Ernährung durch den mindestens einen Sensor im Zielabschnitt detektiert wird, oder mindestens ein repräsentativer Zielabschnitt des Pflanzenbestandes und zugleich ein mit Wasser und/oder Nährstoff ausreichend versorgter Referenzbestand mit dem multispektralen, künstlichem Licht ständig beleuchtet, und dass das vom Zielabschnitt und dem Referenzbestand reflektierte Licht- und/oder das Fluoreszenzsignal der Pflanzen im roten/nahinfraroten Spektralbereich bis nahe 2000 nm jeweils von mindestens einem, ständig auf den entsprechenden Bestand gerichteten Sensor kontinuierlich über mindestens einen Teil der Wachstumsperiode der Pflanzen gemessen wird, wobei die gemessenen Signale der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, die die Signale der beiden Bestände vergleicht und bei Abweichung der Signale des Zielabschnitts von denen des Referenzbestandes ein auf den aktuellen Wasser- und/oder Nährstoffbedarf der Kulturpflanzen des Gesamtbestandes abgestimmtes Maß für die Wasser- und/oder Nährstoffgabe als eine zusätzliche Steuergröße für das Bewässerungssystem ermittelt, das solange eine Wasser- und/oder Nährstoffgabe auf den Bestand appliziert bis die Signale der Sensoren des Zielbestands und Referenzbestands übereinstimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es ferner, laufend festzustellen, ob die beobachteten Pflanzen aktuell in Wasser- und/oder Nährstoffmangel geraten. Wird beginnender Wassermangel festgestellt, so wird über die Auswerte- und Signalverabeitungseinrichtung das Bewässerungssystem angesteuert und der Bestand solange bewässert bis die Pflanzen keinen Stress mehr anzeigen. Bei detektiertem Nährstoffmangel werden den Pflanzen beim nächsten Bewässerungsintervall entsprechend erhöhte Mengen an Nährstoffen über das Bewässerungssystem zugeführt.
Von besonderem Vorteil ist, dass neben einer reinen Ein/Aus-Steuerung je nach Schwere des festgestellten Mangels die Wasser- und/oder Nährstoffgabe in unterschiedlicher Abstufung oder sogar stufenlos erfolgen kann.
Neben den vom Sensor gewonnenen Pflanzenzustandsinformationen können auch weitere Faktoren wie die Einstrahlung, Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur und Bodenwassergehalt in die ermittelte Steuergröße einbezogen werden. Beispielsweise kann bei hoher Lufttemperatur und niedrigem Bodenwassergehalt mit einer höheren Wassermenge reagiert werden als bei niedriger Temperatur und vergleichsweise hohem Bodenwassergehalt.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch die Schrägmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der sichtbare Bodenanteil verringert wird, wodurch auch der eventuelle Einfluss der Bodenfarbe als Indiz für Nass oder Trocken auf den Messwert herabgesetzt wird.
Die Messung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist unabhängig von äußeren Lichtbedingungen und funktioniert gleichermaßen gut bei Sonnenschein, Bewölkung und in der Nacht. Mit der kontinuierlichen Messung sind komplette Tagesgänge erfassbar.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann eine große repräsentative Fläche des Pflanzenbestandes von etwa 3 m² pro Sensor überwacht werden. Zugleich liefert eine einzige Messung verschiedene Pflanzenparameter, beispielsweise Chlorophyllgehalt/N-Status, Wassergehalt oder Biomasse, gleichzeitig.
Mit ein- und derselben Vorrichtung ist es möglich, Reflexions- und Fluoreszenzsignale der Pflanzen gleichzeitig zu messen
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Variante,
2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsvariante,
3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Variante und
4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsvariante.
Beispiel 1
Der auf einer Nutzfläche AN von etwa 3.000 m² eines Gewächshauses 1 angebaute Pflanzenbestand 2, beispielsweise Salat o. ä., soll über die gesamte Wachstumsperiode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren optimal bewässert und mit Nährstoffen versorgt werden.
Auf der Nutzfläche AN des Gewächshauses 1 sind entsprechend der nicht dargestellten Anordnung von Beeten Bewässerungsschläuche 3 parallel zueinander verlegt und über ein Hauptventil 4 mit einer Hauptleitung 5 verbunden, in die Wasser mit einer Pumpe 9 aus einer nicht dargestellten Quelle gefördert wird. Die Nährstoffe werden aus einem oder mehreren Vorratsbehältern 10 mit angeschlossener Pumpe 9a zur Dosiereinrichtung 8 gefördert und dort in die Hauptleitung 5 eingespeist. Pumpen, Ventile und die Dosiereinrichtung sind elektrisch ansteuerbar und mit der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung 12 verbunden.
Von der Nutzfläche AN des Gewächshauses 1 wird ein repräsentativer Zielabschnitt A_R vom Bestand 2 virtuell abgeteilt, der nicht größer als 1% der Nutzfläche AN zu sein braucht.
Natürlich gehört es auch zu der Erfindung, wenn in der Nutzfläche A_N mehrere repräsentative Zielabschnitte A_R liegen. Dies erhöht die Sicherheit der nachfolgend beschriebenen Maßvorgänge.
Dem repräsentativen Zielabschnitt A_R ist ein aktiver, optischer Sensor 11 mit einer Xenon-Lichtquelle zugeordnet und etwa 3 m oberhalb des Pflanzenbestandes der Fläche stationär montiert. Beispielsweise ist der Sensor 11 vorzugsweise fest in einem Winkel von 30° (Schräglage) zum Pflanzenbestand ausgerichtet, kann jedoch auch eine andere Lage zum Pflanzenbestand, beispielsweise zwischen 0 und 90°, einnehmen. Der Sensor 11 ist feuchtigkeitsdicht und klimasicher gekapselt.
Dieser Sensor 11 erfasst das reflektierte Licht der Pflanzen kontinuierlich über die Wachstumsperiode im roten/infraroten Spektralbereich, in dem sich mindestens eine Wasserabsorbtionsbande, beispielsweise bei 970, 1450 oder 1940 nm, befindet.
Mit gleicher Messung erfasst der Sensor 11 auch die Chlorophyllbande bei 650 bis 760 nm im Grenzbereich des Rot-Infrarot-Spektrums.
Der Sensor 11 liefert mit einer Messung zwei Signale, nämlich ein Signal für die relative Chlorophyllkonzentration* Biomasse und ein Signal für die Wasserkonzentration* Biomasse im Bestand. Aus diesen Signalen lassen sich durch Elimination der Biomasse der Wasser- und der Stickstoffstatus der Pflanzen ableiten.
Der Aufbau des optischen Sensors entspricht weitgehend dem in der DE 101 48 737 A1 beschriebenen System, so dass auf eine weitergehende Beschreibung verzichtet werden kann.
Der Sensor 11 ist mit der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung 12 verbunden, die ihrerseits die Wasser- und Nährstoffventile 6 und 7, die Dosiereinrichtung 8 und die Pumpen 9 bzw. 9a des Bewässerungssystems entsprechend dem aktuellen Versorgungszustand der angebauten Pflanzen über die gestrichelt dargestellten Leitungen ansteuert.
In der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung 12 sind Referenz-Signaturen für optimal ernährte und ausreichend mit Wasser versorgte Pflanzen der jeweilig gerade auf der Nutzfläche des Gewächshauses angebauten Art abgespeichert.
Die 2 erläutert den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Arbeitsschritt S4 werden die gemessenen Signale aus dem Reflexions- und/oder Fluoreszenzspektrum mit der Referenz-Signatur verglichen und aus diesem Vergleich die Übereinstimmung oder die Abweichung vom optimalen Versorgungszustand der Pflanzen festgestellt (siehe Schritt S5). Das Maß der Abweichung zwischen den Signaturen ermöglicht die Bestimmung derjenigen Menge an Wasser und/oder Nährstoffen, die notwendig ist, um die Versorgung der Pflanzen an den optimalen Ernährungszustand anzupassen.
Optional können weitere mit nicht dargestellten Messfühlern parallel zum Sensor ermittelte Umgebungsparameter wie die Sonneneinstrahlmenge, Luftfeuchtigkeit, Bodenfeuchte in das Maß für die Wasser- und Nährstoffgabe einbezogen werden (siehe Schritt S6).
Die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung 12 veranlasst durch einen Schaltbefehl das Öffnen oder Schließen des Hauptventils 4 und die Steuerung der Dosiereinrichtung 8 je nach dem, ob der kontinuierlich weiterlaufende Meßvorgang am Zielabschnitt A_R Wasserstress bzw. Nährstoffmangel oder Übereinstimmung mit der Referenz-Signatur detektiert (Schritt S7 und S8). Die notwendige Gabe an Wasser und Nährstoff bezieht sich natürlich auf den gesamten Bestand.
Beispiel 2
Der Aufbau des Gewächshauses 1 entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels. Zusätzlich zum repräsentativen Zielabschnitt A_R wird von der Nutzfläche A_N ein Referenzbestand A_F bestimmt, der ebenso wie im Beispiel 1 nicht größer als 1% der Nutzfläche A_N zu sein braucht.
Dieser Referenzbestand A_F wird grundsätzlich mit ausreichend Wasser und Nährstoff versorgt. Das Versorgungssystem des Referenzbestands A_F ist von dem Bewässerungssystem für die Nutzfläche A_N getrennt, hat eine eigene Zuleitung 13 und Absperrventil 14. (siehe 3). Dem Referenzbestand A_F und dem Zielabschnitt A_R des Bestandes ist je ein aktiver, optischer Sensor 11 bzw. 11a mit jeweils einer Xenon-Lichtquelle zugeordnet. Anordnung und Ausrichtungen der Sensoren 11 bzw. 11a entsprechen denen des Beispiels 1.
4 stellt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, bei dem auf eine Einspeicherung einer Referenz-Signatur in die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung 12 verzichtet wird. Kontinuierlich über die gesamte Wachstumsperiode des Pflanzenbestandes werden der repräsentative Zielabschnitt A_R des Bestands und der Referenzbestand A_F aktiv durch jeweils eine Xenonlichtquelle beleuchtet (Schritt S1a). Zweckmäßigerweise sind die Sensoren mit einer eigenen Xenonlichtquelle ausgerüstet. Die Sensoren 11 und 11a erfassen kontinuierlich die Reflexionssignatur der Pflanzen und leiten die empfangenen Signale jeweils für jeden Sensor getrennt an die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung 12 zum Speichern und Verarbeiten weiter (Schritt S2a und S3a). Im Schritt S4a werden die Signale des Referenzbestands mit den Signalen des repräsentativen Zielabschnitts A_R des Bestands verglichen.
Sobald im Schritt S5a eine Abweichung festgestellt wird, ermittelt die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung 12 die entsprechende Menge an Wasser und/oder Nährstoff, um eine optimale Bewässerung und Ernährung des Bestandes zu erreichen (Schritt S6a bis S8a).

Claims

Verfahren zum bedarfsgerechten Versorgen von Kulturpflanzen mit Wasser und/oder flüssigen Nährstoffen in Gartenbauanlagen, insbesondere Gewächshäusern oder Freilandanlagen, bei dem das Wasser und/oder die Nährstoffe über ein von einer Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung gesteuertes, im wesentlich aus Leitungen, Ventilen, Bewässerungsschläuchen, Sprühdüsen oder Tropfern, Pumpen, Behältern für Nährstoffe und Messfühlern bestehendes Bewässerungssystem ausgegeben wird, wobei die Pflanzen mit einem multispektralen künstlichen Licht beleuchtet, die Reflexions- und/oder Fluoreszenzsignale der Pflanzen berührungslos erfasst und daraus nach einem bestimmten Auswertealgorithmus biophysikalische Parameter wie Chlorophyll- und/oder Wassergehalt ermittelt werden und als Steuergrößen für das Bewässerungssystem herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein repräsentativer Zielabschnitt des Pflanzenbestandes mit dem multispektralen künstlichen Licht beleuchtet und dass das durch die Pflanzen reflektierte Licht- und/oder das Fluoreszenzsignal im roten/infraroten Spektralbereich bis nahe 2000 nm von mindestens einem, ständig auf den Zielabschnitt des Pflanzenbestands gerichteten Sensor kontinuierlich über mindestens einen Teil der Wachstumsperiode der Pflanzen gemessen wird, wobei die gemessenen Signale der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, die die durch Wasserstress und/oder Nährstoffmangel bedingten Änderungen im Spektrum der Pflanze erkennt und aus einer zuvor in der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung abgelegten Referenz-Signatur für optimale Wasserversorgung und/oder Ernährung ein Maß für den aktuellen Wasser- und/oder Ernährungsbedarf der Kulturpflanzen im gesamten Bestand als eine Steuergröße für das Bewässerungssystem ermittelt, das solange eine Wasser- und/oder Nährstoffgabe auf den Bestand appliziert bis eine optimale Ernährung durch den mindestens einen Sensor im Zielabschnitt detektiert wird.
Verfahren zum bedarfsgerechten Versorgen von Kulturpflanzen mit Nasser und/oder flüssigen Nährstoffen in Gartenbauanlagen, insbesondere Gewächshäusern oder Freilandanlagen, bei dem das Nasser und/oder die Nährstoffe über ein von einer Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung gesteuertes, im wesentlich aus Leitungen, Ventilen, Bewässerungsschläuchen, Spritzdüsen oder Tropfern, Pumpen, Behältern für Nährstoffe und Messfühlern bestehendes Bewässerungssystem ausgegeben wird, wobei die Pflanzen mit einem multispektralen, künstlichen Licht beleuchtet, die Reflexions- und/oder Fluoreszenzsignale der Pflanzen berührungslos erfasst und daraus nach einem bestimmten Auswertealgorithmus biophysikalische Parameter wie Chlorophyll- und/oder Wassergehalt ermittelt werden und als Steuergrößen für das Bewässerungssystem herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein repräsentativer Zielabschnitt des Pflanzenbestandes und zugleich mindestens ein mit Nasser und/oder Nährstoff ausreichend versorgter Referenzbestand mit dem multispektralen, künstlichen Licht ständig beleuchtet, und dass das vom Zielabschnitt und dem Referenzbestand reflektierte Licht- und/oder das Fluoreszenzsignal der Pflanzen im roten/infraroten Spektralbereich bis nahe 2000 nm jeweils von mindestens einem, ständig auf den entsprechenden Bestand gerichteten Sensor kontinuierlich über mindestens einen Teil der Wachstumsperiode der Pflanzen gemessen wird, wobei die gemessenen Signale der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, die die Signale der beiden Bestände vergleicht und bei Abweichung der Signale des Zielabschnitts von denen des Referenzbestandes ein auf den aktuellen Wasser- und/oder Ernährungsbedarf der Kulturpflanzen des Gesamtbestandes abgestimmtes Maß für die Wasser- und/oder Nährstoffgabe als eine Steuergröße für das Bewässerungssystem ermittelt, das solange eine Wasser- und/oder Nährstoffgabe auf den Bestand appliziert bis die Signale der Sensoren des Zielbestands und des Referenzbestands übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Reflexions- und/oder Fluoreszenzsignals in einer deutlich oberhalb des Pflanzenbestandes gelegenen Position durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Reflexions- und/oder Fluoreszenzsignals vorzugsweise als eine Schrägmessung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung der Pflanzen unter einem Winkel von 0 bis 90° durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennnzeichnet, dass als künstliches Licht getaktete Halogen- oder Xenonquellen oder LED-Cluster verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Umweltfaktoren wie Sonneneinstrahlung, Luft- und Bodenfeuchte, Innen- und Außentemperatur im aktuell ermittelten Maß für die Wasser- und Ernährungsgabe berücksichtigt werden.
Vorrichtung zum bedarfsgerechten Versorgen eines Kulturpflanzenbestandes mit Wasser und/oder flüssigen Nährstoffen in Gartenbauanlagen, insbesondere Gewächshäusern oder Freilandanlagen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem durch eine Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung gesteuerten Bewässerungssystem, dass im wesentlichen ein Leitungsnetz zum Zuleiten von Wasser und/oder Nährstoff in den Pflanzenbestand, Ventilen zum Öffnen und Schließen der Leitungen, Bewässerungsschläuche, Sprühdüsen oder Tropfer für das Verteilen des Wassers und/oder Nährstoffs auf den Bestand bzw. auf oder in den Boden, Pumpen zum Erzeugen eines Applikationsdruckes, Behälter für das Speichern von Wasser und/oder Nährstoffen sowie Messfühlern zum Erfassen der Innen- und Außentemperatur, Luft- bzw. Raum- und Bodenfeuchte umfasst, wobei künstliche Lichtquellen zum Beleuchten der Pflanzen und Sensoren zum Erfassen der reflektierten Signale vorgesehen sind, die mit der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem repräsentativen Zielabschnitt (A_R) des Pflanzenbestandes mindestens eine der Beleuchtungsquellen und mindestens einer der Sensoren (11) zum Erfassen der von den Pflanzen reflektierten Licht- und/oder der Fluoreszenzsignale stationär zugeordnet sind, wobei die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung (12) nach dem Verarbeiten der Signale ein Maß für den aktuellen Wasser- und/oder Ernährungsbedarf der Kulturpflanzen im gesamten Bestand als eine Steuergröße für das Bewässerungssystem bereitstellt.
Vorrichtung zum bedarfsgerechten Versorgen eines Kulturpflanzenbestandes mit Wasser und/oder flüssigen Nährstoffen in Gartenbauanlagen, insbesondere Gewächshäusern oder Freilandanlagen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit einem durch eine Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung gesteuerten Bewässerungssystem, dass im wesentlichen ein Leitungsnetz zum Zuleiten von Wasser und/oder Nährstoff in den Pflanzenbestand, Ventilen zum Öffnen und Schließen der Leitungen, Bewässerungsschläuche, Sprühdüsen oder Tropfer für das Verteilen des Wassers und/oder Nährstoffs auf den Bestand bzw. auf oder in den Boden, Pumpen zum Erzeugen eines Applikationsdruckes, Behälter für das Speichern von Wasser und/oder Nährstoffen sowie Messfühlern zum Erfassen der Innen- und Außentemperatur, Luft- bzw. Raum- und Bodenfeuchte umfasst, wobei künstliche Lichtquellen zum Beleuchten der Pflanzen und Sensoren zum Erfassen der reflektierten Signale vorgesehen sind, die mit der Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung verbunden sind dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem repräsentativen Zielabschnitt (A_R) und mindestens einem Referenzbestand (A_F) des Pflanzenbestandes mindestens je eine der Beleuchtungsquellen und mindestens je einer der Sensoren (11; 11a) zum Erfassen der von den Pflanzen reflektierten Licht- und/oder das Fluoreszenzsignale stationär zugeordnet sind, wobei die Auswerte- und Signalverarbeitungseinrichtung (12) nach dem Verarbeiten der Signale ein Maß für den aktuellen Wasser- und/oder Ernährungsbedarf der Kulturpflanzen im gesamten Bestand als eine Steuergröße für das Bewässerungssystem bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen getaktete Halogen- oder Xenonlichtquellen oder LED-Cluster sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen und Sensoren (11; 11a) in einer deutlich oberhalb des Pflanzenbestandes gelegenen Position stationär angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen und Sensoren (11, 11a) unter einem Winkel von 0 bis 90° zum Pflanzenbestand ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (11, 1a) aktive Sensoren sind, d.h. mit eigenen Lichtquellen versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (11, 11a) eine modulierte künstliche Lichtquelle als Sender und Detektoren als Empfänger der Reflexions- und/oder Fluoreszenzstrahlung umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (11, 11a) feuchtigkeitsdicht und klimasicher gekapselt sind.