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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man an Biomaterial
der interessierenden Planze, und im Fall eines Nadelbaums insbesondere an einer
Probe
aus einer oder mehreren Nadeln, eine Hochfrequenz-lmpedanzmessung vornimmt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in einer solchen Hochfrequenz-Impedanzmessung
des Biomaterial einer geschädigten Pflanze ein signifikant anderes Verhalten zeigt,
als das einer gesunden Pflanze, so daß sich das Ausmaß der Schädigung qualitativ
und quantitativ messen läßt.
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Man geht bevozugt so vor, daß man den Frequenzgang der Probenimpedanz
in einem Frequenzbereich von z. B. 1 bis 1000 MHZ bestimmt. Bei einer aus Nadeln
bestehenden Probe erhält man besonders signifikante Resultate, wenn man die Impedanzmessung
an einer Gruppe von parallel ausgerichteten Nadeln durch Einstrahlung von Hochfrequenz
in Längs- und Querrichtung vornimmt.
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Die erfindungsgemäße Messung des Hochfrequenzlmpedanz-Verhaltens
bei verschiedenen Frequenzen erlaubt nicht nur die schnelle Erkennung des physiologischen
Zustands der Pflanze, sondern auch die Untersuchung diverser Streß-Faktoren wie
Hitze, Kälte, Licht usw. und die Erkennung der Wirkung von Hilfsdüngungen, z. B.
gegen zunehmende Bodenversauerung oder Nährstoff-Mangelerscheinungen, an frischem,
noch funktionsfähigem Biomaterial.
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Zur Durchführung der Messung wird eine Vorrichtung angegeben, die
aus einem herkömmlichen, insbesondere rechnergestützten Impedanzmeßgerät und einem
die Probe enthaltenden Koaxial-Adapter besteht, der sich an das Impedanzmeßgerät
anschließen läßt. In den Ansprüchen 4 bis 15 ist ein konstruktiv unaufwendiges,
bedienungsfreundliches Ausführungsbeispiel eines Koaxial-Adapters gekennzeichnet,
der leicht für eine Hochfrequenz-Einstrahlung in Längsrichtung und Querrichtung
der Probe umgerüstet werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 a einen Querschnitt durch einen Koaxial-Adapter für eine Hochfrequenz-Impedanzmessung
in Längsrichtung einer aus einem Bündel von Nadeln bestehenden Probe, F i g. 1 b
einen Querschnitt durch einen Koaxial-Adapter für eine entsprechende Hochfrequenz-lmpedanzmessung
quer zu den Nadeln; F i g. 2 das Diagramm einer Vergleichsmessung, die den Frequenzgang
von Kapazität und Güte der Nadeln zwischen 1 MHz und 1000 MHz bei einer Messung
in Nadellängsrichtung zeigt, wobei mit o Meßwerte einer ungeschädigten, und mit
x Meßwerte einer geschädigten Probe bezeichnet sind; F i g. 3 in einem F i g. 2
entsprechenden Diagramm bei einer Messung in Nadelquerrichtung gewonnene Meßwerte,
F i g. 4 das Diagramm einer Messung, bei dem auf der Abszisse der Wirkleitwert G,
und auf der Ordinate der Blindleitwert Beiner Probe einer ungedüngten, 120-jährigen
Fichte aufgetragen sind, mit der eingestrahlten Frequenz als Parameter; Fig.S ein
Fig.4 entsprechendes Diagramm einer Messung an Nadeln einer gleichaltrigen Fichte
mit Meliorationsdüngung; F i g. 6 die serielle Kapazität einzelner aus den Jahren
1980 bis 1984 datierender Nadelproben von ungedüngten, ca. 120-jährigen Fichten
in Abhängigkeit von der Frequenz bei Hochfrequenzeinstrahlung quer zu der Nadellängsrichtung
und der Güte der Nadelproben in Abhängigkeit von der Frequenz in den Messungen an
ungedüngter Fichten,
Fig.7 das Ergebnis einer F i g. 6 entsprechenden Messung an
gedüngten Fichten; Fig.8 eine Darstellung von Wirkleitwert G und Blindleitwert B
einer Probe von Nadeln mit der Frequenz als Parameter in einer Messung, bei der
die Probe zur Simulation einer durch Luftverunreinigung bewirkten Schädigung in
wässriger H2SO-Lösung von pH 3 eingebracht ist (dabei sind o-Meßwerte im trockenen,
o-Meßwerte im nassen und Meßwerte im nassen Zustand nach Zusatz von NaCI) und F
i g. 9 eine F i g. 8 entsprechende Darstellung derselben Messung mit wäßriger HNO3-Lösung
von pH 3.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Früherkennung von Schädigungen
an Pflanzen besteht darin, daß man an einer Biomaterialprobe der interessierenden
Pflanze eine Hochfrequenz-Impedanzmessung vornimmt und dabei den Frequenzgang der
Probenimpedanz bestimmt. Ähnliche Impedanzmessungen werden nach dem Stand der Technik
an nichtbiologischem Material wie Halbleiter-Chips und anderen elektronischen Bauelementen
durchgeführt. Hierzu sind hochentwikkelte Meßgeräte verfügbar, beispielsweise der
AC-Impedanz-Analyzer 4191-A der Fa. Hewlett-Packard, der in einem Frequenzband von
1 bis 1000 MHz arbeitet.
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Das Prinzip der Messung besteht darin, daß man die mit einem Meßsender
erzeugte Hochfrequenz zweckmäßigerweise in koaxialer Mode auf die zu untersuchende
Probe gibt und den Reflexions- oder Transmissionsfaktor bestimmt, aus dem sich die
komplexe Impedanz ableiten läßt. Als Realteil der komplexen Impedanz erhält man
den Wirkwiderstand (Resistanz), und der Imaginärteil der Impedanz ist der Blindwiderstand
(Reaktanz), der einen kapazitiven und induktiven Anteil hat. Ein in dem Meßgerät
integrierter Rechenoperator führt die Umrechnungen zur Bestimmung dieser Größen
durch, und er gestattet es, unmittelbar weitere abgeleitete Größen zu bestimmen,
wie beispielsweise die jeweilige serielle bzw. parallele Kapazität Cs bzw. Cp, die
Induktivität L der Probe sowie Dissipation D und Güte Q des Bauteils, wobei letztere
der Kehrwert der Dissipation ist (Q=1/D).
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Herkömmliche Impedanzmeßgeräte sind zur unmittelbaren Impedanzmessung
an pflanzlichen Proben nicht geeignet. Die Erfindung sieht daher einen in F i g.
1 dargestellten Koaxial-Adapter vor, der an das Impedanzmeßgerät angeschlossen wird
und die Probe aufnimmt.
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Der Koaxial-Adapter hat ein becherförmiges Gehäuse mit einem kreiszylindrischen
Mantel 10, der an einem axialen Ende offen, und am anderen axialen Ende durch einen
ebenen Boden 12 verschlossen ist. Das Gehäuse besteht aus Metall, und es liegt potentialmäßig
auf Masse. Im Innern der Gehäuseöffnung befindet sich in isolierter Anordnung eine
Verteilerelektrode 14, 16, über die die Hochfrequenz eingespeist wird. Die in Fig.
la gezeigte Verteilerelektrode 14 strahlt die Hochfrequenz in Axialrichtung, und
die in Fig. Ib gezeigte Verteilerelektrode 16 in Radialrichtung ab. Die zu untersuchende
Probe kommt jeweils zwischen Verteilerelektrode 14, 16 und Gehäuse zu liegen. Sie
besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Mehrzahl von Nadeln 18
eines Nadelbaums. Die Nadeln 18 sind parallel zueinander und in Axialrichtung des
Gehäuses ausgerichtet.
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Gemäß Fig. la wird die Hochfrequenz-Impedanz in Nadellängsrichtung,
und gemäß F i g. 1 b in Nadelquerrichtung gemessen.
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Bezugnehmend auf Fig. la, sind die Nadeln 18 in einer Hülse 20 aus
isolierendem Material aufgenommen,
die ihrerseits passend in der
Gehäuseöffnung einsitzt.
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Die Hülse 20 kann insbesondere aus Kunststoff, wie Polytetrafluoräthylen
(PTFE, Handelsname Teflon) bestehen, aber auch aus Glas oder anderen geeigneten
Stoffen. Die Verteilerelektrode 14 ist scheibenförmig und passend in die Hülse 20
eingefügt, mit deren axialem Ende sie abschließt. Die Verteilerelektrode 14 kommt
dabei an der offenen Seite des Gehäuses zu liegen. Sie bildet ein Widerlager, gegen
das sich die Nadeln 18 mit ihrem einen Ende abstützen. Das andere Ende der Nadeln
18 ragt aus der Hülse 20 heraus und steht in Anlage mit einer tellerförmigen Sammelelektrode
22. Die Sammelelektrode 22 ist ebenso wie die Verteilerelektrode 14 radial orientiert.
Ihr Rand ist gewölbt, und ihre Telleröffnung ist der Verteilerelektrode 14 zugekehrt.
Die Sammelelektrode 22 grenzt axial unmittelbar an die Hülse 20 an. Der maximale
Außendurchmesser der Sammelelektrode 22 entspricht dem Innendurchmesser der Gehäusebohrung,
so daß die Sammelelektrode 22 mit dem Gehäusemantel 10 in Berührung steht. Die Sammelelektrode
22 besteht aus Metall und liegt damit potentialmäßig auf Masse.
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Der Boden 12 des Gehäuses weist eine mittige, axiale Gewindebohrung
auf, in die eine Anpreßschraube 24 eingeschraubt ist. Entsprechend der koaxialen
Bauform des Adapters ist die Anpreßschraube 24 als Hohlschraube ausgebildet. Sie
arbeitet gegen den Rücken der Sammelelektroden 22, der den Nadeln 18 abgewandt ist.
Der Rücken der Sammelelektrode 22 ist mit einem Ring 26 aus isolierendem Material,
vorzugsweise Keramik, hinterlegt, und die Anpreßschraube 24 greift durch eine Mittelöffnung
28 dieses Rings 26 hindurch. Durch Anziehen der Anpreßschraube 24 kann die Sammelelektrode
22 axial verschoben werden, wodurch die Nadeln 18 zwischen Verteilerelektrode 14
und Sammelelektrode 22 gespannt werden. Die Anpreßschraube 24 besteht aus Metall.
Sie stellt also gleichfalls einen Massekontakt der Sammelelektrode 22 her.
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An der Verteilerelektrode 14 befindet sich ein Anschluß für ein Hochfrequenzkabel,
z. B. in Form eines HF-Pins 30. Über diesen Anschluß wird eine Verbindung zu einem
herkömmlichen Impedanzmeßgerät hergestellt, das mit variabler Frequenz ein Hochfrequenzsignal
aussendet, das Verhalten der Probe erfaßt und das Ergebnis der Messung ausgibt.
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Der Koaxial-Adapter gemäß F i g. 1 b weist ein baugleiches Gehäuse
auf, und auch die Anordnung der Anpreßschraube 24 und der HF-Anschluß 30 stimmen
mit dem zuvor behandelten Ausführungsbeispiel überein.
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Die Verteilerelektrode 16 hat nun aber die Form eines Rundstabs. Sie
kommt auf der Mittelachse der Gehäusebohrung im Abstand von dem Gehäusemantel 10
zu liegen, und ist in den Mittelbohrungen 32 zweier Isolierringe 34 aufgenommen,
die ihrerseits in die Gehäusebohrung eingepaßt sind. Die Isolierringe 34 können
wiederum aus PTFE (Teflon) bestehen. Der eine Isolierring 34 kommt dicht vor der
Mündung der Gehäusebohrung, und der andere Isolierring 34 in geringem Abstand vom
Boden 12 des Gehäuses zu liegen. Die Isolierringe 34 haltern die Verteilerelektrode
16, und sie begrenzen zugleich den Probenraum, in dem sich die Nadeln 18 befinden.
Letztere sind zwischen den Isolierringen 34 eingespannt. Die den Nadeln 18 abgewandte
Rückseite des bodennahen Isolierrings 34 ist mit einer Unterlegscheibe 36 abgedeckt,
die ebenfalls aus PTEE bestehen kann.
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Die Verteilerelektrode 16 kommt stirnseitig an dieser Unterlegscheibe
36 zu liegen. Auf der anderen Seite arbeitet die Anpreßschraube 24 gegen die Unterlegscheibe
36, so daß diese beim Anziehen de! Schraube 24 in Axialrichtung verlagert, und die
Nadeln 18 zwischen den Isolierringen 34 verspannt werden.
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Die Verteilerelektrode 16 strahlt die Hochfrequenz in Pfeilrichtung
38 radial ab, und das Gehäuse selbst dient als Sammelelektrode. Hingegen erfolgt,
wie schon gesagt, bei Fig. la die Abstrahlung in Axialrichtung 40.
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Die beiden gezeigten Bauformen eines Koaxial-Adapters lassen sich
mit einem Baukastensatz von Teilen verwirklichen. Die Umrüstung von einer Messung
zur anderen ist höchst einfach.
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Anhand von F i g. 2 bis 9 werden im folgenden Versuchsergebnisse
behandelt, wie sie zur Früherkennung von Schäden an Pflanzen dienen. Zum besseren
Verständnis werden vorab die biologischen Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfahrens
behandelt.
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Mangelerscheinungen einer Pflanze werden beispielsweise durch Nährstoff-
oder Spurenelementmangel auf kargen Böden, Wassermangel bei Frosttrocknis, Ca- oder
Mg-Mangel durch Verschiebung des BodenpH, und insbesondere Bodenversauerung mit
anschließender Aufnahme z. B. von toxischem Aluminium aus dem Boden hervorgerufen.
Sie künden sich im Stoffwechsel der Pflanze frühzeitig an, indem sie die elektrischen
Leitfähigkeitswerte im Zellsystem verändern. Die Beeinflussung kann dabei an den
verschiedensten Teilen der Zellsysteme erfolgen, insbesondere aber an den lebenswichtigen
Zellorganellen wie den Chloroplasten, Mitochondrien usw. Es handelt sich hier um
komplizierte Membransysteme, die die Photosynthese und Atmung der Pflanze bewirken,
d. h. die CO2-Asssimilation, Energiespeicherung und Sauerstoffproduktion durch Wasserspaltung.
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Die Photosynthese ist seit langem als mehrstufige Elektronentransportkette,
aber zutreffend auch als Elektronen-Tunneling-Prozeß bekannt, da praktisch keine
nennenswerten Aktivierungsenergien zur Ingangsetzung der Reaktionsschritte notwendig
sind.
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Lichtenergie im Wellenlängenband von 400 bis 800 nm wird von besonders
konstruierten Antennenmolekülen (Karotinoide wie Chlorophyll A und B) aufgenommen
und die Elektronentransportkette zugeführt. Sofern die Eneregie nicht sofort benötigt
wird, wird sie in den chemischen Energiespeichern der ATP (Adenosytriphosphat) gelagert.
Ein weiterer Vorrat wird im Sommer in Form von Stärke in Form von Stärke angelegt
und im Herbst in Zucker und Proteine umgesetzt (Härtung und Frostschutz durch Raffinose
und Schutzproteine).
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Die Tatsache, daß weniger als 1% der Solarstrahlung (1,4 kW/m2= 140
mW/cm2 Bodenfläche) bei der Photosynthese genutzt werden können, und das Einsetzen
von Schutzfunktionen der Pflanze - wie Verdunstung zur Kühlung der Blattoberfläche,
Abschattung der Chlorplaste durch Schutzpigmente, spezielle Chloroplastenstrukturen
für Licht und Schattennadeln usw. - ab etwa 10 mW/cm2 lassen vermuten, daß elektromagnetische
Strahlung eine Art Streßwirkung auf die Pflanze hat.
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Die auf die Blattoberfläche bezogene Lichtenergiemenge beträgt nämlich
bei der Photosynthese je nach Blattflächenindex der Pflanze nur 0,1 bis 0,02 mW/cm2
für die CO2-Assimilation. Unter Blattflächenindex wird hier das Verhältnis von Nadelfläche
zu Bodenfläche verstanden, das baumartspezifisch zwischen 5 und 25 liegen kann.
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Die Steuerung des Stoffwechsels der autotrophen Pflanzen erfolgt
in erster Linie durch die ökologischen Faktoren Licht und Temperatur im Tag-Nacht-Rhythmus
der Jahreszeiten, weshalb man den Pflanzenstoff-
wechsel generell
als elektro-optischen Koppeleffekt ansehen kann.
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Im elektrischen Sinn besteht die Pflanze aus Leitern, wie z. B. den
Elektrolytströmen in Xylem, Phloem oder Kambium, und Halbleitern unterschiedlichster
Leitfähigkeit. Das elektrophysikalische Verhalten der Pflanzeninhaltstoffe und das
Pflanzenzellgewebes reicht von piezo- und pyroelektrisch, ferro-elektrisch oder
ferromagnetisch bis hin zu einem supraleitendem Verhalten in einzelnen Domänen.
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Stofftransport in Pflanzenzellen bedeutet allgemein lonentransport,
und solche lonenströme sind in der Regel von bioelektrischen Strömen begleitet,
insbesondere an differenzierenden oder wachsenden Zellen. Änderungen des lokalen
Ionenmillieus können dabei aktivierende oder hemmende Wirkungen haben, wahrscheinlich
sogar genetische Informationen beeinflussen bzw.
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steuern. Ströme von einigen ,uA/cm2 bauen dabei elektrische Felder
im Zytoplasma und entlang der Zellmembran auf. Solchen elektrischen Feldern in der
Umgebung von Zellen ist vermutlich auch die Kontrolle des Flusses von Bodenstoffen
und damit von Informationen in Geweben und Organen zuzuschreiben, wenn sie nicht
sogar selbst das Kommunikationsystem darstellen.
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Störungen in diesem komplexen System können in einem sehr frühen
Stadium anhand von Impedanzänderungen einer Probe von Biomaterial nachgewiesen werden.
F i g. 2 zeigt das Ergebnis einer an ca. 60 Fichtennadeln in Längsrichtung gemäß
Fig. la vorgenommenen lmpedanzmessung. Aufgetragen ist die Kapazität und Güte der
Probe in Abhängigkeit von der Frequenz, die zwischen 1 MHz und 1000 MHz durchgefahren
wurde.
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Mit o sind Meßpunkte bezeichnet, die zu frischem, gesundem Nadelmaterial
gehören. Mit xsind die Meßwerte von Nadeln ausgewiesen, die nach ihrer Abtrennung
einen Tag lang abgetrennt und unter Verschluß gehalten wurden, was zu einer Art
Atmungsstreß führt. Diese Behandlung simuliert eine Vielzahl anderer möglicher Störfaktoren,
wie z. B. einen Hitze- oder Kälteschock, Herbidzidwirkung, also sowohl natürlichen
wie künstlichen, anthropogenen Streß.
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F i g. 3 zeigt eine entsprechende Messung, bei der die Hochfrequenz
das Nadelbündel bevorzugt in Querrichtung durchläuft, wie dies in Fig. 1b gezeigt
ist. Die Messung wurde an ca. 85 Fichtennadeln durchgeführt.
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Im Ergebnis stellt man fest (vgl. F i g. 2 und F i g. 3): - Bei Einstrahlung
der Hochfrequenz in Nadellängsrichtung steigt die Nadelkapazität C bei Frequenzen
unter 100 MHz mit abnehmender Frequenz (Bild 2). Parallel dazu wird die Güte Q kleiner,
d. h.
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die Dissipation nimmt zu.
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- Bei Einstrahlung in Querrichtung steigt die Nadelkapazität Cbei
Frequenzen über 400 MHz stark an mit zunehmender Frequenz (Bild 3). Parallel dazu
wird wieder die Güte Qkleiner, d. h. die Dissipation steigt.
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- Die Dämpfung oder Dissipation in Fichten- oder Tannennadeln kann
in beiden Einstrahlungsrichtungen 25% und mehr erreichen. Dies gilt bereits für
ungeschädigte bzw. scheinbar ungeschädigte Nadeln.
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- Auf die angegebene Weise stark gestreßte Nadeln zeigen höhere Kapazitäten
und höhere Verluste in den Nadeln, insbesondere bei Messung quer zur Nadellängsrichtung
und zunehmend bei Frequenzen ab 600 MHz aufwärts.
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F i g. 4 bis 7 illustrieren, wie die Wirkung einer Meliorationsdüngung
durch Impedanzmessung nachgewiesen werden kann. Es wurde ein mehrjähriger Düngeversuch
an ca. 120-jährigen Fichten am Bernstein bei Rastatt/ Baden-Baden durchgeführt,
wobei Nadelproben von gedüngten und einer Vergleichsgruppe ungedüngter Fichten entnommen
wurden. F i g. 4 zeigt in einem Resonanzdiagramm den Wirkleitwert (Konduktanz) G
und Blindleitwert (Suszeptanz) B der Nadeln einer ungedüngten Fichte in Abhängigkeit
von der Frequenz, und F i g. 5 zeigt eine entsprechende Auftragung für die Nadeln
einer gedüngten Fichte. Bei letztere erkennt man ein zurückgedrängtes Resonanzverhalten.
Die gleiche Erkenntnis liefert auch das Kapazitätsverhalten bzw.
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die Güte Q.
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Fig.6 zeigt für die Versuchsgruppe ungedüngter Fichten die Kapazität
und Güte von aus den Jahren 1980 bis 1984 stammenden Nadelproben. Diese umfassen
jeweils etwa 55 bis 70 Nadeln, und die Hochfrequenz wurde quer zur Nadellängsrichtung
eingestrahlt. In F i g. 7 sind die entsprechenden Meßwerte für gedüngte Fichten
dargestellt, wobei die Proben etwa 60 bis 65 Nadeln umfassen und wiederum eine Hochfrequenzeinstrahlung
in Querrichtung erfolgte. Die Diagramm zeigen signifikante Unterschiede im Kurvenverlauf.
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Im Rahmen der Untersuchungen wurde auch ein Einfluß der Jahreszeiten
auf das Meßergebnis festgestellt.
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Wie sich in Sommermessungen zeigte, scheint während dieser Haupt-Photosynthesezeit
der elektromagnetische Streß der Nadeln durch Lichtadaption überdeckt, so daß nur
relative Unterschiede des HF-Verhaltens zwischen exponierten Lagen (HF-Feldstärke
über -10 dBm=O,l mW) und nichtexponierten Lagen (HF-Feldstärken -20 dBm=0,01 mW)
auftreten. Immerhin ist die Vermutung gerechtfertigt, daß ein Resonanzverhalten
im Frequenzbereich über 1000 MHz auftreten könnte.
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Mit dem Rückgang der Photosynthese-Aktivität durch Änderung des Tag/Nacht-Rhythmus'
in der Übergangszeit Herbst ändert sich dies. In exponierten Höhenlagen tritt jetzt
bereits um 1000 MHz Resonanzverhalten auf, und zwar mit zunehmendem Nadelalter bei
tieferer Frequenz bis etwa 700 MHz. Nunmehr tritt auch in nichtexponierten Lagen
(Feldstärken -20 dBm) zunehmend Resonanzverhalten auf. An dieser Stelle muß erwähnt
werden, daß die Messung der Impedanz mit den o. g. Meßgerät bei einem Pegel von
-20 dBm erfolgt, einem Pegel also, dem die Pflanze in nichtexponierter Lage normalerweise
nicht ausgesetzt Ist Es wird vermutet, daß die Pflanze bei ihrer ökologischen oder
physiologischen Umstellung z. B. durch den Abbau des Stärkevorrats in den Zellen
und die Bildung von Raffinose und Schutzproteinen (Härtung zum Schutz gegen Frost)
für elektromagnetischen Streß empfänglicher wird. Bekanntlich nimmt auch der Wassergehalt
der Pflanzen bei der Umstellung ab (im Sommer ca. 170% a. TS, im Winter ca. 60%
a. TS und weniger, Frosttrocknis ca. 30% a. TS).
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Der Resonanzbereich von Proteinen, wie sie auch die Lipid-Doppelschicht
von Membranen bedecken, liegt im Bereich von einigen hundert kHz.
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Resonanz, insbesondere das Auftreten einer positiven Reaktanz (Imaginärteil
der Impadanz), bedeutet aber für die Membran Umkehrung der Elektrolytverhältnisse
(Depolarisation) und Ca-Ausstrom. Das Auftreten einer Induktivität war lange Zeit
nicht erklärlich. Es wird jetzt als nichtlineares Strom-Spannungsverhalten der Membran
gedeutet.
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Ohm'scher Widerstand und kapazitiver Widerstand der Membran bilden
in Verbindung mit einer Spannungsquelle (Membranpotential, z. B. der pH-Differenz
der Thylakoidmembran, innen pH=5, außen pH=8) elektrochemischer Art einen Oszillator,
der mit steigender Frequenz zunächst hyperpolarisiert und schließlich depolarisiert
werden kann. Das Auftreten einer positiven Reaktanz in Verbindung mit einer scheinbaren
Induktivität kann als Ausdruck der »Voltage- and time-dependent Conductance« gedeutet
werden.
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In anderen Versuchen wurde nachgewiesen, daß auch Jungfichten und
-tannen in exponierter bzw. nichtexponierter Lage signifikante Unterschiede im Impedanzverhalten
zeigen, wobei äußerlich keine Schäden erkennbar sind.
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F i g. 8 und Fig. 9 illustrieren, wie die Einwirkung von Luftschadstoffen
z. B. in Form von saurem Regen durch Impedanzmessung nachgewiesen werden kann. Aufgetragen
ist jeweils der Wirkleitwert (Konduktanz) G und Blindleitwert (Suszeptanz) B einer
Probe von Nadeln in Abhängigkeit von der Frequenz, so daß man das Resonanzverhalten
erkennt. Fig.8 zeigt drei Serien von Meßwerten, von denen eine an der trockenen
Probe, und zwei an einer benetzten Probe gewonnen sind. Zur Benetzung diente einmal
eine wäßrige H2SO4-Lösung mit pH 3 und zum anderen dieselbe Lösung mit einem Kochsalzzusatz.
F i g. 9 zeigt Meßwerte eines ähnlichen, mit einer wäßrigen HNO3-Lösung von pH 3
durchgeführten Versuchs.
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Die benetzten Nadeln zeigen ein signifikant anderes Einkopplungsverhalten
der Hochfrequenz. Der in den Flüssigkeitsfilm eindringende HF-Anteil bewirkt ein
verändertes Impedanzverhalten der Nadeln.
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In flüssiger Umgebung wird der Resonanzbereich nach tieferen Frequenzen
verschoben, insbesondere in Gegenwart von stark polaren Ionen im Flüssigkeitsfilm.
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Dieses Verhalten dürfte sich auf bereits in die Nadeln eingedrungene
Ionen (Schadstoffe wie SO2, NOX oder NH3) extrapolieren lassen.