DE3530669A1

DE3530669A1 - Verfahren und einrichtung zur erfassung von gaswechselvorgaengen bei intakten pflanzen

Info

Publication number: DE3530669A1
Application number: DE19853530669
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. Walz (FH), 8521 Effeltrich; Heinz Walz
Original assignee: HEINZ WALZ MESS und REGELTECHN
Current assignee: HEINZ WALZ MESS und REGELTECHN
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1986-01-16
Also published as: DE3530669C2

Description

Beschreibung
Zur Messung von CO2-Gaswechsel und Transpiration an intakten Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen dienen Küvetten- Systeme verschiedener Art. Grundsätzlich werden bei einem solchen System einzelne Blätter, Zweigenden oder dgl., die mit der Mutterpflanze in Verbindung bleiben, in einer Gaswechselkammer - Küvette genannt - gasdicht eingeschlossen.
Die Küvette ist temperaturgeregelt, mit einem Durchlaßfenster für das natürliche Sonnenlicht oder für den Ansatz einer regelbaren künstlichen Lichtquelle ausgestaltet und wird mit Außenluft durchströmt, deren Feuchte- und CO2- Gehalt zuvor festgelegt worden ist. Auf diese Weise kann entweder bei Einwirkung natürlicher Bedingungen oder durch Verändern der Lichteinwirkung und der eingeströmten Außenluft- Gasanteile die Licht-, CO2-, Temperatur- und Luftfeuchteabhängigkeit bei der Photosynthese und bei der Atmung der eingeschlossenen Pflanzenteile ermittelt werden. Anschließend werden dann die durch das eingeschlossene Pflanzenteil in der Küvette veränderten Gaswerte speziellen Meßeinrichtungen bzw. Gas-Analysatoren zugeführt, die insbesondere die Feuchte- und CO2-Veränderungen des Gases aus der Küvette messen Genaue Meßwerte der in der Küvette veränderten Gaszustände setzen aber eine genaue Erfassung der Gaswechselvorgänge des eingeschlossenen Pflanzenteils voraus, die wiederum von der Genauigkeit abhängen, mit der die angesaugte Luft zuvor analysiert und schließlich hinsichtlich ihrer einzelnen Gasanteile dosiert worden ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erfassung von Gaswechselvorgängen von Pflanzen und geht aus von der Anwendung bekannter Einzelelemente wie sie in den Oberbegriffen insbesondere der Patentansprüche 1 und 5 angegeben sind.
In der DE- OS 33 03 310 ist ein Verfahren und eine Anordnung beschrieben, nach dem ebenfalls die Gaswechselvorgänge von Pflanzen untersucht worden sind. Im wesentlichen wird nach dem Inhalt dieser Durchschrift mittels eines Gasdetektors gearbeitet, der in die Pflanze eingesetzt wird. Ein die Pflanze umgebender Gasraum wird dabei nicht verwendet, weshalb mit dieser Anordnung Gaswechselvorgänge der Pflanzen bei künstlich erzeugten Umgebungsverhältnissen nicht untersucht werden können.
Durch die DD- PS 23 96 66 ist eine Inkubationsküvette zur Gasstoffwechselbestimmung von Pflanzen bekannt geworden Danach wird in einem zylindrischen Hohlkörper (Küvette) die Pflanze gasdicht eingeschlossen und einer ventilierten aasströmung sowie einer Lichteinwirkung ausgesetzt. Die Messung des Gasstoffwechsels erfolgt dann schließlich durch verschiedene Meßmethoden. Bei diesem Bekannten wird zwar auch ein gleichmäßiges Gasniveau in der Küvette angestrebt, es ist jedoch nicht angegeben, unter welchen Voraussetzungen die Beaufschlagung des zu untersuchenden Pflanzenteils mit den Elementen Gas, Feuchtigkeit und Licht im einzelnen in der Küvette erfolgt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die dafür erforderlichen Einrichtungen anzugeben, mit denen die Gaswechselvorgänge zwischen Pflanze und Umgebung unter kontrollierten Umgebungseinflüssen wie Gas, Feuchtigkeit, Wind und Licht möglichst exakt erfaßt werden können.
Ausgehend von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird diese Aufgabe mit den Verfahrensschritten des Kennzeichnungsteils dieses Anspruches gelöst. Denn durch die Bildung von zwei Strömungen in der Klimakammer werden für den gesamten Kammerraum homogene Stömungsverhältnisse geschaffen, so daß die zu untersuchende Pflanze nur von einem Gas eines bestimmten und gut zu regelnden Zustandes erreicht wird, wobei die Klimatisierung des gesamten Strömungsquerschnittes von den den gesamten Querschnitt der Gaswechselkammer durchsetzenden Wärmeaustauschflächen übernommen werden. Auch wird mit der Unterteilung des Kammerraumes in zwei Strömungsräume und der Anwendung eines geregelten Lüfterrades erreicht, daß das eingeströmte Gas erst nach gründlicher Klimatisierung und mit der für den Gaswechsel erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit das Pflanzenteil umspült, um dann unmittelbar ausgeleitet zu werden.
Die Genauigkeit, mit der die angesaugte Luft hinsichtlich ihrer einzelnen Bestandteile dosiert wird, läßt sich durch die Maßnahmen der Patentansprüche 2 und 3 und mit der die angesaugte Luft hinsichtlich ihrer Feuchte dosiert wird durch die Maßnahmen des Patentanspruches 4 erhöhen.
Vorteilhafte Einzelheiten der Gaswechselkammer nach Patentanspruch 5 beinhalten die Patentansprüche 6 bis 10, während die Gegenstände der Patentansprüche 11 bis 13 sich auf vorteilhafte Ausgestaltung von Einrichtungen beziehen, die zur Erzeugung von Gas mit bestimmten Gasanteilen dienen, das für die Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 erforderlich ist.
Anhand von Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, es zeigen: Fig. 1 : die Gaswechselkammer Fig. 2 : die Gasmischeinrichtung (Seitenansicht) Fig. 2a: die Gasmischeinrichtung (Vorderansicht) Fig. 3 : die Gasentfeuchteeinrichtung (Seitenansicht) Fig. 3a: die Gasentfeuchteeinrichtung (Obersicht) Die Figur 1 zeigt die Gaswechselkammer, bestehend aus der topfförmigen Klimakammer (1) und der an der Klimakammer (1) anflanschbaren Pflanzenkammer (2). Die Klimakammer (1) wird über ihren gesamten Querschnitt von den Wärmeaustauschflächen (3) einer Peltierhatterie (4) durchsetzt. Durch Einsetzen eines Trennungskarnmes zwischen die Rippen des Wärmetauschers (3) wird eine Trennungswand (5) gebildet, die den gesamten Kammerraum in einen Gaseinlaß- (6) und einen Gasauslaßraum (7) unterteilt. Zur Erzeugung einer Gasströmung bzw. einer künstlichen Nachbildung von Windgeschwindigkeiten dient ein von außen über eine Magnetkupplung angetriebenes Lüfterrad (8), das an einem Ende der Trennungswand (5) und in seiner Ebene angeordnet ist.
Durch die Anordnung der Trennungswand (5) mit dem Lüfterrad (8) in ihrer Ebene wird im Gaseinlaßraum (6) eine Strömungsrichtung (9) und im Gasauslaßraum (7) eine Strömungsrichtung (10) geschaffen.
Die Pflanzenkammer (2) ist aus lichtdurchlässigem Material gefertigt, besitzt eine Gaseinlaßöffnung (11) für das Gas (6a) mit den bestimmten Gasanteilen, eine Gasauslaßöffnung (12) und eine Pflanzeneinführungsöffnung. Für den Lichteinfall ist auf einer Seite der Pflanzenkammer ein besonderes Lichteinlaßfenster (13) vorgesehen, unter dem unmittelbar das zu untersuchende Pflanzenteil (14) gehaltert ist.
Die Gasmischanlage gemäß den Fig. 2 u. 2a besteht zunächst aus einem länglichen Metallblock (15), in dessen Achse eine Bohrung (16) vorgesehen ist. Eine Injektionsnadel (17) durchsetzt den Metallblock (15) und zwar so, daß die Spitze bis zur Bohrungsachse reicht.
In den Fig. 3 und 3a ist der Gasentfeuchter dargestellt, der aus einem Metallblock (18) besteht und von einer Peltierbatterie (19) mit über einen Abstandsklotz (20) verbundenen Kühlrippen (21) gekühlt wird. Ferner wird der Metallblock (18) durch einen Isolationsmantel (22) temperaturgeschützt. Für die Gaseinleitung weist der Metallblock (18) eine erste Sackbohrung (23) und für die Gasausleitung eine parallel zur ersten verlaufende zweite Sackbohrung (24) auf die einenends durch eine Kondenskammer (25) miteinander verbunden sind. Die Kondenskammer (25) besitzt annähernd zylinderförmiges Volumen und ist senkrecht zu den Sackbohrungen 23 u. 24 angeordnet. Für eine Reihenschaltung können gemäß Fig. 3a zwei oder auch mehrere Sackbohrungspaare (23,24) im selben Metallblock (18) angeordnet werden. Zwischen jeweils den Sackbohrungspaaren (23,24) befindet sich im selben Metallblock (18) ein Temperaturfühler.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Erfassung von Gaswechselvorgängen bei der Photosynthese und bei der Atmung von Pflanzen, bei dem angesaugte Luft mittels einer C02-Gasmischanlage auf einen bestimmten Co 2-Gehalt und mittels einer Gasfeuchteregelanlage auf eine bestimmte Luftfeuchtigkeit gebracht wird, diese Luft wird anschließend in eine Gaswechselkammer gepumpt, dort durch ein Lüfterrad in Zirkulation versetzt und durch einen Wärmetauscher klimatisiert, dadurch gekennzeichent, daß das Gas (6) mit den bestimmten Gasanteilen und mit dem bestimmten Feuchtegehalt in der Gaswechselkammer (1,2) in zwei parallel aber gegensinnig verlaufenden Strömungen (6,7) längsseits der Kammerwände geführt wird, daß die beiden Gasströmungen (6,7) die den gesamten Querschnitt der Gaswechselkammer (1,2) 2) durchsetzenden Wärmeaustauschflächen (3) mit unterschiedlichen Strömungsrichtungen (9,10) umspülen, daß das Gas (6) in die Gaswechselkammer (1,2) im Bereich der einen Gasströmung (6a) eingeleitet und als Auslaßgas (7a) im Bereich der anderen Gasströmung (7) nach umspülen des zu untersuchenden Pflanzenteils (14) sowie nach erfolgtem Gasaustausch mit dem Pflanzenteil (14) ausgeleitet wird und daß zur Bildung der erforderlichen Gasströmung (6,7) die Drehzahl des Lüfterrades (8) geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 bei dem die angesaugte Luft auf einen bestimmten CO2-Gehalt gebracht wird, indem in einer C02-Gasmischanlage der gesamte C02-Gehalt des Gases zunächst absorbiert wird, um dann dem Gas bestimmte C02-Anteile zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasmischanlage (15-17) das CO2-Gas über eine Leitung (17) sehr geringen Querschnitts senkrecht und in Achsrichtung zur Gasströmung in einer Leitung (16) mit gegenüber der CO2-Leitung (17) wesentlich größerem Querschnitt eingeblasen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur genauen Dosierung des 2 02-Gehaltes in der angesaugten Luft Stickstoff in den Gasstrom über ein vor oder hinter der Gasmischanlage angeordnetes T-Stück eingeblasen wird
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gas auf eine bestimmte Gasfeuchtigkeit gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom (6) mit den bestimmten Gasanteilefl durch einen von einer Peltierbatterie (19) gekühlten Metallblock (18) gekühlt wird, wobei das Gas (6) zunächst durch eine erste längere Sackbohrung (23) geringeren Querschnitts geführt wird, dann in eine großvolumige Kondenskammer (25j mit einem Sammelbecken mündet und dann durch eine zweite, parallel zur ersten verlaufenden Bohrung (23) ausgeleitet wird.
5. Gaswech elkammer bzw. Gaswechsel- Meßküvette für die Erfassung der Gaswechselvorgänge eines in dieser Kammer gasdicht abgeschlossenen, jedoch nicht von der Mutterpflanze abgetrennten Pflanzenteils, die aus einer Klimakammer und aus einer Pflanzenkammer mit einem Lichteinlaßfenster besteht, wobei die Klimakamner zur thermoelektrischen Temperaturregelung mit einer Peltierbatterie und zur Aufrechterhaltung einer Gaszirkulation im Inneren der Kammer mit einem Lüfterrad ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Raumbreite der Klimakammer (1) von Wärmeaustauschflächen (3) und Peltierbatterien (4) durchsetzt ist, daß eine Trennwand (5) den Innenraum der Gaswechselkammer (1,2) in Längsrichtung in zwei gleich große Raumhälften (6,7) unterteilt, nämlich in einen Gaseinlaß- (6) und einen Gasauslaßraum (7), daß für eine Strömungsrichtungsumkehr die Trennwandenden von den Schmalseiten der Gaswechselkammer (1,2) beabstandet sind, daß an dem einen Trennwandende und in ihrer Ebene das Lüfterrad (8) angeordnet ist, daß im Bereich des anderen Trennwandendes im Raum der Pflanzenkammer (2) auf der anderen Seite der Trennwand (5) die Gaseinlaßöffnung (11) und auf der anderen Seite sowohl die Gasauslaßöffnung (12) als auch die Pflanzeneinführungsöffnung (27) vorgesehen ist und daß in der Pflanzenkammer (2) unter dem Lichteinlaßfenster (13) und im Bereich des Gaseinlaßraumes (7) Haltemittel und diverse Meßfühler für das zu untersuchende Pflanzenteil (14) vorgesehen sind.
6. Gaswechselkammer nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Flächenteile im Inneren der Klimakammer (1) nickelplattiert sind.
7. Gaswechselkammer nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Pflanzenkammer (2) au c; lichtdurchlässigem Material bestehen und daß das Lichteinlaßfenster (13) aus einem Spezialglas gefertigt ist.
8. Gaswechselkammer nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandungen der Pflanzenkammer (2) beschichtet sind und daß die Pflanzenkammer (2) anflanschbar und in ihren Abmessungen an das jeweils zu untersuchende Pflanzenteil (14) anpaßbar ist.
9. Gaswechselkammer nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachbildung natürlicher Sonneneinstrahlung für die eingeschlossenen Pflanzenteile (14) eine Lichtquelle auf das Lichteinlaßfenster (13) aufsetzbar ist, deren Lichtintensität regelbar ist.
10.Gaswechselkammer nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (8) in der Klimakammer (1) von außen über eine Magnetkupplung angetrieben und drehzahlgeregelt ist.
11.Gasmischanlage zur Festlegung eines bestimmten CO2-Gehaltes in der angesaugten Luft zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmischanlage aus einem Metallblock (15) mit einer achsialgeführten zylindrischen Bohrung (16) und einer Injektionsnadel (17) besteht, daß die Injektionsnadel (17) in der Mitte des Metallblocks (15) und senkrecht zur Achse der Bohrung (16) den Metallblock (15) durchsetzt, daß die Spitze der Injektionsnadel (17) bis zur Achse der Bohrung (16) reicht und daß der Strömungsquerschnitt der Bohrung (16) mindestens um das 104- fache größer ist als der der Injektionsnadel (17).
12.Entfeuchtungseinrichtung zur Entfeuchtung der angesaugten Luft nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß in einem Metallblock (18) zwei parallel geführte Sackbohrungen (23,24) als Eingangs- und Ausgangsleitungen angebracht sind, die an ihren Enden über eine zylindervolumige und senkrecht zu den Sackbohrungen (23,24) angeordnete Kondenskammer (25) verbunden sind, daß der Querschnitt der Kondenskammer (25) mindestens dreimal größer ist als der der Sackbohrungen (23,24) und daß der Metallblock (18) über eine Peltierbatterie (19) mit über einen Abstandsklotz (20) verbundenen Kühlrippen (21) kühlbar und durch einen Isolationsmantel (22) temperaturgeschützt ist.
13.Entfeuchtungseinrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere parallel verlaufende Sackbohrungen (23,24) mit Kondenskammern (25) nebeneinander in eine Metallblock (18) vorgesehen und für eine Reihenschaltung geeignet sind und daß zwischen jedem Paar von Sackbohrungen (23,24) ein Temperaturfühler (26) vorgesehen ist.