WO2020253915A1 - Vorrichtung und verfahren zur erkennung des düngestatus - Google Patents

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WO2020253915A1
WO2020253915A1 PCT/DE2020/100512 DE2020100512W WO2020253915A1 WO 2020253915 A1 WO2020253915 A1 WO 2020253915A1 DE 2020100512 W DE2020100512 W DE 2020100512W WO 2020253915 A1 WO2020253915 A1 WO 2020253915A1
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Daniel Weber
Thomas Berberich
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Phytoprove Pflanzenanalytik Ug (Haftungsbeschränkt)
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    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
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    • A01C21/007—Determining fertilization requirements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/8466—Investigation of vegetal material, e.g. leaves, plants, fruits

Definitions

  • the fertilization status of plants can be easiest via the
  • Called chlorophyll (leaf green).
  • a light-receiving element in the form of a light-frequency converter receives light from the light-transmitting elements reflected by the plants and generates a signal indicating the respective intensity of the light received. This becomes the
  • the receiver is designed and set up to receive light with a wavelength of 780 and 880 nm, in particular from 800 to 860 nm, preferably 820 nm, which is reflected from the sheet or sheets and / or other surfaces in question.
  • the optimal point in time for a measurement varies and is between 0.7
  • Nitrogen status is taken to the minimum in this area.
  • the device can optionally be used to control a fertilizer device
  • Line A shows the signal of a healthy, adequately fertilized leaf; the maximum of the reflection is MA.
  • line B the signal of the fluorescent reflection is lower overall.
  • the maximum MB for a poorly nutrient-supplied leaf is lower than the maximum MA for a healthy, sufficiently fertilized leaf.
  • the measurement curve drops earlier again, so that the minimum MB is reached earlier than the maximum MA.
  • line C the signal of the fluorescent reflection is again lower.
  • the maximum Mc for a leaf with an acute nutrient deficiency is lower than the maximum MB for a leaf that is poorly supplied with nutrients.
  • the maximum M c is reached earlier than the maximum MB.
  • a measurement in a period of time ⁇ t2 is sufficient, the period of time ⁇ t2 begins after a period of time ⁇ t3 after the irradiation. Furthermore, it has been shown that a measurement period ⁇ t2 of 20 ms is particularly suitable for a waiting period ⁇ t3.
  • both a maximum and a minimum can be determined in the measurement period ⁇ t2.
  • a quotient is then determined from this, which is a criterion for the fertilization status.
  • a fertilizing device can also be controlled via a data connection in order to cause fertilization in the event of a lack of fertilizer.
  • FIGS 3 to 5 show metrological tests to demonstrate the effectiveness of the method according to the invention.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanzen enthält zumindest eine Lichtquelle (2), einen Empfänger (3), eine Zeiterfassung (4) und eine Auswerteeinheit (5). Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dieser Vorrichtung (1) sendet die Lichtquelle (2) für einen ersten vorgegebenen Zeitraum Δt1 ein Lichtsignal. Nach dem ersten vorgegebenen Zeitraum Δt1 empfängt der Empfänger (3) für einen zweiten vorgegebenen Zeitraum Δt2 ein Signal und erfasst dieses zeitabhängig. In diesem zweiten vorgegebenen Zeitraum Δt2 wird ein Quotient zwischen dem minimalen und maximalen Signal bestimmt oder ein Extremwert des Signals mit mindestens einem Schwellwert verglichen. Entsprechend dem Ergebnis wird ein Signal zum Düngestatus ausgegeben.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung des Düngestatus
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen des Düngestatus bei Pflanzen.
[0002] Pflanzen können wegen ihrer sessilen Lebensweise Umwelteinflüssen nicht entfliehen und werden deshalb unter bestimmten Bedingungen geschädigt. Dies führt zu erheblichen Verlusten, die nur durch großen Aufwand auszugleichen sind. Sind bereits Schäden für das menschliche Auge sichtbar, ist es meist zu spät, um Gegenmaßnahmen einzuleiten. Eine frühe Diagnose der Belastung durch Nährstoff- oder Wassermangel, Hitze oder Kälte erlaubt frühzeitiges, gezieltes Gegensteuern. Ertrag und Qualität von Nutzpflanzen sind abhängig von der ausreichenden
Versorgung mit Nährstoffen, die in der Regel nur durch Zugabe von Dünger erreicht wird.
[0003] Um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, hat in der
Vergangenheit eine Intensivierung der Produktion in der Landwirtschaft mit erhöhtem Einsatz von Düngemitteln stattgefunden. Hierbei gelangen reaktive Stickstoffverbindungen in die Umwelt (Luft, Grundwasser).
Deshalb empfiehlt das Umweltbundesamt eine Reduktion des
Stickstoffüberschusses auf 50 kg pro Hektar/Jahr. Es ist daher dringend geboten, den Einsatz und die Dosierung von Düngemitteln möglichst genau an den Bedarf der Pflanzen anzupassen. Hierfür ist die Messung des Düngestatus der Pflanzen eine Voraussetzung. Die gezielte Düngung von Anbauflächen ist nicht nur in der professionellen Landwirtschaft wünschenswert. Im urbanen Umfeld werden immer mehr Flächen genutzt, um zum einen das städtische Mikroklima zu verbessern und die Städte beispielsweise durch Dach- und Fassadenbegrünung an den Klimawandel anzupassen. Zum anderen werden dezentral Nutzpflanzen angebaut, um die lokale Bevölkerung mit Gemüse und Obst zu versorgen. In allen Fällen ist gezieltes Düngen notwendig, um eine hohe Qualität und Produktion zu erzielen.
[0004] Der Düngestatus von Pflanzen lässt sich am einfachsten über die
Beobachtung sichtbarer Veränderungen wie Blattfärbung oder
Wuchsgröße ermitteln. Lässt sich hierbei ein Defizit erkennen, ist der Zeitpunkt für wirksame Gegenmaßnahmen bereits verstrichen. Dies gilt auch für großflächige Fernbeobachtungen per Drohne oder Satellit. Selbst die aufwendige Bestimmung des Stickstoffgehalts des Bodens gibt keine Auskunft über den tatsächlichen Düngezustand der Pflanze. Nicht sichtbare Veränderungen können gemäß dem Stand der Technik durch Analysen im Labor ermittelt werden. Diese Methoden sind aufwendig und erfordern die Entnahme von Teilen der Pflanze.
[0005] Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, welche die
Eigenschaft von Blättern, blaue, grüne und / oder rote Lichtanteile zu absorbieren, nutzen. Während Licht mit Wellenlängen kleiner 700 nm vorwiegend absorbiert wird, wird länger welliges Licht mit einer
Wellenlänge größer 800 nm vorwiegend reflektiert. Die Zellstruktur und der Wassergehalt der Blätter führen dazu, dass die Absorption im
beginnenden Infrarotbereich an einem Wendepunkt (Red Edge Inflection Point, REIP) in Reflexion übergeht. Dieser REIP wird zur Bestimmung des Stickstoffgehaltes herangezogen.
[0006] Als Chlorophyllfluoreszenz wird ein Phänomen der Lichtabsorption von
Chlorophyll (Blattgrün) bezeichnet. Bei der photochemischen Umwandlung von Photonen (Lichtquanten) in chemische Energie kommt es zu
Leistungsverlusten. Neben der gewünschten Elektronenweiterleitung an die Elektronentransportkette wird ein Teil der über Licht zugeführten Energie in Wärme, Phosphoreszenz und Fluoreszenz umgewandelt. Die Chlorophyllfluoreszenz wird hierbei genutzt, um zerstörungsfrei die Photosyntheseaktivität zu messen. Die Fluoreszenz wird durch die Abstrahlung von Lichtenergie durch angeregte Chlorophyll a Moleküle ausgelöst und folgt auf die Anregung dieser Moleküle durch eingestrahltes Licht.
[0007] WO 2011/15598 A1 offenbart eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Vegetationsindex- Werts (REIP) von Pflanzen. Die Messeinrichtung weist eine Mehrzahl von Licht-Sendeelementen in Form von LEDs, von denen jedes im wesentlichen monochromes Licht einer vorbestimmten
Wellenlänge aussendet, auf. Ein Licht-Empfangselement in Form eines Licht-Frequenzwandlers empfängt von den Pflanzen reflektierte Licht der Licht-Sendeelemente und erzeugt ein die jeweilige Intensität des empfangenen Lichts anzeigendes Signal. Hieraus wird der
Vegetationsindex-Wert REIP zur Bestimmung des Chlorophyll- sowie Stickstoffgehalts von Pflanzen errechnet.
[0008] Bei dem in DE 102010034603 B4 beschriebenen Verfahren wird eine Pflanze mit rotem und grünem Licht bestrahlt und das reflektiere Licht mittels zweier Empfänger erfasst. Hieraus wird jeweils ein
Reflexionskoeffizient für rotes und grünes Licht ermittelt. Aus den beiden Reflexionskoeffizient lässt sich eine Kenngröße ermitteln, welche charakteristisch dafür ist, ob ein gesundes Blatt mit normalem
Chlorophyllgehalt vorliegt oder nicht.
[0009] DE 102011050877 B4 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Düngebedarfs, bei welchem zunächst Kennlinien oder Tabellen angelegt werden müssen, mit deren Hilfe die Auswertung eines Messsignals erfolgt. [0010] Alle bekannten Verfahren sind derart aufwändig, dass die benötigten Vorrichtungen vergleichsweise teuer sind.
[0011] Es wäre wünschenswert, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu offerieren, welches es kostengünstig auch Laien ohne Fachkenntnisse und
Kalibrierungsversuche ermöglicht, Informationen zum Düngestatus von Pflanzen zu erlangen.
[0012] Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welches einfach und schnell Informationen zum Düngestatus von beliebigen Pflanzen bereitstellt.
[0013] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst. So verfügt eine Vorrichtung zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanzen nicht nur mindestens über eine Lichtquelle, einen Empfänger und eine Auswerteeinheit, sondern auch über eine Zeiterfassung und einen Datenspeicher.
[0014] Optional kann um den Sender und Empfänger eine Kapselung angeordnet sein. Wird die Vorrichtung mit der Kapselung auf einem Blatt aufgesetzt und das Verfahren durchgeführt, so wird während der Messung
Lichteinstrahlung von außen vermieden.xw
[0015] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanzen.
[0016] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanzen mit einer Vorrichtung, welche zumindest eine Lichtquelle, einen Empfänger, eine Zeiterfassung und eine Auswerteeinheit enthält, sendet die Lichtquelle zunächst für einen ersten vorgegebenen Zeitraum Ati ein Lichtsignal. Nach dem ersten vorgegebenen Zeitraum Ati empfängt und erfasst der Empfänger zeitabhängig für einen zweiten vorgegebenen Zeitraum At2 ein Signal. In diesem zweiten vorgegebenen Zeitraum At2 wird ein Quotient zwischen dem minimalen und maximalen Signal bestimmt oder ein Extremwert des Signals mit mindestens einem
Schwellwert verglichen. Entsprechend dem Ergebnis dieser
Rechenoperation wird ein Signal zum Düngestatus ausgegeben.
[0017] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.
[0018] So kann die Lichtquelle bevorzugt Licht mit einer Wellenlänge von
zwischen 780 und 880 nm, insbesondere von 800 bis 860 nm,
vorzugsweise 820 nm senden.
[0019] Der Empfänger ist ausgelegt und eingerichtet, Licht mit einer Wellenlänge von 780 und 880 nm, insbesondere von 800 bis 860 nm, vorzugsweise 820 nm zu empfangen, welches von dem oder den Blättern und/oder anderen in frage kommenden Oberflächen reflektiert wird.
[0020] Während Messverfahren im Stand der Technik auf dem Prinzip der
Transmission aufbauen, d.h. erfasst wurde, wieviel Licht auf der gegenüberliegenden Blattseite ankommt, basiert das vorliegende
Verfahren bevorzugt auf dem Erfassen von reflektiertem Licht, welches von dem Empfänger erfasst wird.
[0021] In diesem Wellenlängenbereich liegt der Absorptionsbereich von Kationen des P700 Chlorophyll, mit einem Peak bei 820 nm (P700 ist das
Photosystem I Reaktionszentrum).
[0022] Der optimale Zeitpunkt für eine Messung variiert und liegt zwischen 0,7
Millisekunden und 100 Millisekunden, bevorzugt zwischen 8 Millisekunden und 40 Millisekunden, insbesondere zwischen 8 Millisekunden und 20 Millisekunden. Als Messwert für den Stickstoffstatus wird das Minimum in diesem Bereich genommen. [0023] Der Zeitpunkt zur Messung des Stickstoffstatus als Marker für den
Düngestatus sollte präferiert in der "schnellen Phase“ der Kinetik liegen (700 Mikrosekunden bis 20 Millisekunden). Als Messwert für den
Stickstoffstatus wird das Minimum in diesem Bereich genommen.
[0024] Es ist dabei entweder bevorzugt, dass der Zeitraum At2 direkt nach dem Ende des Zeitraums Ati beginnt, oder dass der Zeitraum parallel mit dem Zeitraum AL beginnt.
[0025] Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, dass die
Pflanzen nicht vor der Messung verdunkelt werden müssen. Gemäß dem Stand der Technik ist es oftmals notwendig, dass zunächst für einen Zeitraum von ca. 20 Minuten eine Verdunklung stattfinden muss, bis gemessen werden kann.
[0026] Gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dies nicht notwendig.
[0027] Des weiteren kann es erfindungsgemäß bevorzugt sein, dass eine weitere Lichtquelle als Photosysnthese-Lichtquelle umfasst ist, die ausgelegt und eingerichtet ist, Licht mit einer Wellenlänge von 500 und 1000 nm, insbesondere von 550 bis 800 nm, vorzugsweise 630 nm zu senden, wobei die Photosynthese-Lichtquelle, insbesondere teilweise oder vollständig, parallel zur Lichtquelle betrieben ist.
[0028] Ein parallel zum Messlicht geschaltetes Photosyntheselicht regt die
Photosynthese an. Dadurch ergibt sich der biophysikalische Effekt, nämlich die Anregung der Photosysteme II und I, mit einem
Elektronentransport von PS II über eine Transportkette zum PS I bis hin zur Bereitstellung von Energie zur Kohlenstofffixierung. Durch die ablaufende Photosynthese ändert sich dann der Redoxstatus des P700 Chlorophylls, der erfindungsgemäß bei 820 nm detektiert wird. [0029] Die Wellenlänge des Photosyntheselichtes kann auch in einem anderen Wellenlängenbereich liegen, als in dem oben angegebenen, zum Beispiel im blauen Wellenlängenbereich, oder auch Vollspektrum Weißlicht.
[0030] Die Vorrichtung kann mit einem Computer, Smartphone, Tablet oder
einem anderen Gerät verbunden werden, wobei die Verbindung
vorzugsweise drahtlos erfolgt.
[0031] Die Vorrichtung kann optional zur Steuerung einer Düngevorrichtung
verwendet werden.
[0032] Nachstehend werden die erfindungsgemäße Vorrichtung und das
erfindungsgemäße Verfahren anhand der Figuren detailliert erläutert.
Dabei zeigen:
[0033] Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung des
Düngestatus bei Pflanzen und
[0034] Figur 2 eine Signalauswertung bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0035] Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanzen mit einer Lichtquelle 2, einem Empfänger 3 und einer
Auswerteeinheit 5. Die Auswerteeinheit 5 ist mit einer Zeiterfassung 4, einem Sender 11 und einem Datenspeicher 6 verbunden.
[0036] Bei der Lichtquelle 2 kann es sich um eine Infrarot-LED handeln, welche bevorzugt mit einer Wellenlänge von 820 nm strahlt. Bei dem Empfänger 3 kann es sich um eine Photodiode handeln, welche bevorzugt Licht mit einer Wellenlänge von etwa 820 nm empfängt. Es ist dabei für den Fachmann offensichtlich, dass auch andere Wellenlänge wie in den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen vorteilhaft sein können.
[0037] Unterhalb der Vorrichtung befindet sich ein zu untersuchendes Blatt 8.
Von der Lichtquelle 2 strahlt ein Lichtstrahl 9 als Impuls zu dem Blatt 8. Das Blatt 8 nimmt die Energie des Lichtstrahls 9 auf, wodurch
Doppelbindungen in den Molekülren verändert werden. Nach der
Bestrahlung gehen diese Doppelbindungen wieder in ihre Ausgangslage zurück, wodurch ein Teil dieser Energie fluoreszierend reflektiert wird.
[0038] Die Reflexion ist durch die Prozesse im Blatt 8 etwas zeitversetzt, steigt zunächst an, erreicht ein Maximum an Intensität und fällt wieder ab. Die Reflexion erfolgt in alle Richtungen, wobei ein Reflexionsstrahl 10 zum Empfänger 3 gelangt. Vom Empfänger 3 gelangt ein Signal zur
Auswerteeinheit 5. Das Signal wird mit Hilfe der Zeiterfassung 4 sowie dem Datenspeicher 6 zeitlich erfasst und gespeichert. Nach dem zeitlich limitierten Signalerfassung wertet die Auswerteeinheit 5 die zetilich erfassten Signale aus, erkennt dabei den Düngestatus des Blattes 8 und gibt ein entsprechendes Signal aus. Die Signalausgabe kann optional direkt an der Vorrichtung 1 über ein Display oder Signalleuchten erfolgen. Ferner kann das Signal von dem internen Sender 11 beispielsweise via Bluetooth an ein Smartphone 7 oder eine andere externe
Auswertevorrichtung ausgegeben werden.
[0039] Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Energieeinbringung und der
Reflexion des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu Beginn des Verfahrens wird zum Zeitpunkt 0 für einen Zeitraum Ati ein Lichtsignal E auf ein zu untersuchendes Blatt gesendet. Das Blatt nimmt die Energie auf, wodurch sich einige Doppelbindungen verschieben. Beim Zurückspringen in einen energieärmeren Zustand wird wieder Energie in Form der fluoreszierende Reflexion abgegeben. Hierbei zeigt sich überraschenderweise folgender Effekt:
[0040] Einige Nanosekunden nach der Bestrahlung setzt die fluoreszierende
Reflexion ein, welche zunächst bis zu einem Maximum ansteigt und dann wieder auf Null abfällt. Linie A zeigt das Signal eines gesunden, ausreichend gedüngten Blattes; das Maximum der Reflexion beträgt MA. Bei einem schwach nährstoffversorgten Blatt (Linie B) ist das Signal der fluoreszierenden Reflexion insgesamt geringer. Das Maximum MB bei einem schwach nährstoffversorgten Blatt ist geringer als das Maximum MA bei einem gesunden, ausreichend gedüngten Blatt. Zudem ist feststellbar, dass die Messkurve wieder früher abfällt, so dass das Mamimum MB zeitlich früher als das Maximum MA erreicht wird. Bei einem Blatt mit akutem Nährstoffmangel (Linie C) ist das Signal der fluoreszierenden Reflexion abermals geringer. Das Maximum Mc bei einem Blatt mit akutem Nährstoffmangel ist geringer als das Maximum MB bei einem schwach nährstoffversorgten Blatt. Das Maximum Mc wird zeitlich früher als das Maximum MB erreicht.
[0041] Hieraus lässt sich ein Kriterium ableiten. Bleibt das Maximum einer
Messkurve unterhalb eines unteren Grenzwert U, so liegt akuter
Nährstoffmangel vor. Nachdem die Auswerteeinheit 5 einen derartigen Zustand festgestellt hat, wird ein entsprechenden Signal ausgegeben; eine Düngung kann damit initiiert werden. Übersteigt das Maximum einer Messkurve einen oberen Grenzwert O, so ist das Blatt ausreichend nährstoffversorgt und ein entsprechendes Siognal wird ausgegeben. Liegt das Maximum einer Messkurve zwischen den beiden Grenzwert O und U, so ist das Blatt schwach nährstoffversorgt, ein entsprechendes Signal wird ausgegeben und eine Düngung sollte zeitnah erfolgen.
[0042] Es hat sich gezeigt, dass eine Messung in einem Zeitraum Ät2 ausreichend ist, wobei der Zeitraum Ät2 nach einem Zeitraum Ät3 nach der Bestrahlung beginnt. Ferner hat sich gezeigt, dass ein Mess-Zeitraum Ät2 von 20 ms bei einer Warte-Zeitraum Ät3 besonders geeignet ist.
[0043] Alternativ kann in dem Mess-Zeitraum Ät2 sowohl ein Maximum, als auch Minimum ermittelt werden. Hieraus wird dann ein Quotient ermittelt, welcher ein Kriterium für den Düngestatus dastellt. Bei geeigentem
Zeitraum Ät2 unterscheiden sich die Minima bei unterschiedlichen
Düngezuständen unwesentlich, während die Maxima sich wesentlich unterscheiden. Ein kleiner Quotient ist demnach ein Signal für einen geringeren Düngestatus als ein größerer Quotient.
[0044] Vorteilhaft kann es sein, eine Kapselung zwischen dem Sender /
Empfänger und dem Blatt zur Vermeidung von Lichteinstrahlung
vorzusehen, da Umgebungslicht heller als die fluoreszierende Reflexion ist. Ohne eine derartige Kapselung ist ein Frequenzfilter notwendig, um lediglich die fluoreszierenden Reflexion zu messen.
[0045] Der Empfänger 3 ist vorteilhafterweise mit einem Frequenzfilter
kombiniert, um lediglich die fluoreszierenden Reflexion mit einer
Wellenlänge aus dem Empfangssignal zu selektieren.
[0046] Erfindungsgemäß kann bei dem Messverfahren ein Grundsignal vorliegen, welches durch die fluoreszierenden Reflexion gemindert wird. In diesem Fall wird bei einem ausreichend gedüngten Blatt ein bestimmter Grenzwert unterschritten, während bei akutem Nährstoffmangel ein andere
Grenzwert nicht unterschritten wird.
[0047] Über die Verbindung der Vorrichtung 1 mit einem Computer, Mobiltelefon 7, Tablet oder einem anderen Gerät lässt sich das Messergebnis in einem entsprechenden Programm oder App verarbeiten und das Ergebnis darstellen. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise drahtlos beispielsweise über eine Verbindung gemäß IEEE 802.5 Standard / Bluetooth. Zur vereinfachten Visualtierung kann vergleichbar einer Ampel ein grünes Signal für ausreichende Düngung, ein rotes Signal für sofortigen
Düngebedarf und gelb oder orange für einen Zustand dazwischen ausgegeben werden. [0048] Optional kann die Auswerteeinheit 5, die Zeiterfassung 4 und der
Datenspeicher 6 Teil des Computers, Mobiltelefons 7, Tablets oder einem anderen Geräts sein. Dann sind in einer Baueinheit zumindest die
Lichtquelle 2, der Empfänger 3, eine Steuerungseinheit und der Sender 11 miteinander verbunden.
[0049] Auch kann über eine Datenverbindung eine Düngevorrichtung gesteuert werden, um bei Düngemangel eine Düngung zu veranlassen.
[0050] Die Figuren 3 bis 5 zeigen messtechnische Versuche zum Nachweis der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0051] Die Figuren zeigen, dass sich gedüngte Pflanzen in der Kinetik der
modulierten Reflexion bei 820 nm von ungedüngten unterscheiden.
[0052] Fig. 4 zeigt einen Vergleich von Pflanzen, die vor der Messung 20 Minuten verdunkelt wurden mit Pflanzen, die direkt bei normalem Umgebungslicht gemessen wurden. Hier wird ersichtlich, dass wie ausgeführt eine
Verdunklung für das erfindungsgemäße Messverfahren nicht notwendig ist.
[0053] Anhand der Figuren 3 bis 5, und insbesondere Figur 3, wird deutlich, dass sich gedüngte Pflanzen in der Kinetik der modulierten Reflexion bei 820 nm von ungedüngten unterscheiden.
[0054] Als Extrembeispiel werden die Messwerte von Venusfliegenfallen in den Figuren 5 integriert. Venusfliegenfallen wachsen auf sumpfigen Böden mit geringer Nährstoffverfügbarkeit, deshalb haben sie im Laufe der Evolution Fangblätter entwickelt, um sich durch den Verdau von Insekten mit Nährstoffen zu versorgen. Die Minima von über den Boden gedüngter Venusfliegenfallen in den Messkurven nähern sich nach der Düngung den von normalen Pflanzen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanzen mit einer
Lichtquelle (2), einem Empfänger (3) und einer Auswerteeinheit (5), wobei die Auswerteeinheit (5) mit einer Zeiterfassung (4) und einem Datenspeicher (6) verbunden ist, und wobei die Lichtquelle (2) ausgelegt und eingerichtet ist, Licht mit einer Wellenlänge von 780 und 880 nm, insbesondere von 800 bis 860 nm, vorzugsweise 820 nm zu senden und der Empfänger (3) ausgelegt und eingerichtet ist, Licht mit einer Wellenlänge von 780 und 880 nm, insbesondere von 800 bis 860 nm, vorzugsweise 820 nm zu empfangen.
2. Vorrichtung (1) zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass um den Sender und Empfänger eine
Kapselung angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (3) in Form einer PIN-Photodiode, Photomultiplier und/oder einer Avalanche Photodiode ausgebilder ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
eine weitere Lichtquelle als Photosysnthese-Lichtquelle umfasst ist, die ausgelegt und eingerichtet ist, Licht mit einer Wellenlänge von 500 und
1000 nm, insbesondere von 550 bis 800 nm, vorzugsweise 630 nm zu senden, wobei die Photosynthese-Lichtquelle, insbesondere teilweise oder vollständig, parallel zur Lichtquelle (2) betrieben ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine weitere Lichtquelle als Photosysnthese-Lichtquelle umfasst ist, die ausgelegt und eingerichtet ist, um Licht zwischen 350 und 900nm
abzustrahlen.
6. Verfahren zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanzen mit einer Vorrichtung, welche zumindest eine Lichtquelle, einen Empfänger, eine Zeiterfassung und eine Auswerteeinheit enthält, wobei der Lichtquelle für einen ersten
vorgegebenen Zeitraum Ati ein Lichtsignal sendet, nach dem ersten
vorgegebenen Zeitraum Ati der Empfänger für einen zweiten vorgegebenen Zeitraum At2 ein Signal empfängt und zeitabhängig erfasst, in diesem zweiten vorgegebenen Zeitraum At2 ein Quotient zwischen dem minimalen und maximalen Signal bestimmt oder ein Extremwert des Signals mit mindestens einem Schwellwert verglichen wird und entsprechend dem Ergebnis ein Signal zum Düngestatus ausgegeben wird.
7. Verfahren zur Erkennung des Düngestatus bei Pflanzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) Licht mit einer Wellenlänge von 780 und 880 nm, insbesondere von 800 bis 860 nm, vorzugsweise 820 nm sendet.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der Zeitraum At2 zwischen 0,7 Millisekunden und 100 Millisekunden, bevorzugt zwischen 8 Millisekunden und 40 Millisekunden, insbesondere zwischen 8 Millisekunden und 20 Millisekunden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
als Messwert für den Düngestatus das Minimum in diesem Bereich ausgewählt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein weitere Lichtquelle Licht mit einer Wellenlänge von 500 und 1000 nm, insbesondere von 550 bis 800 nm, vorzugsweise 630 nm abstrahlt, wobei die weitere Lichtquelle, insbesondere teilweise oder vollständig, parallel zum Aussenden des Lichtsignals im vorgegebenen Zeitraum Ati ein Lichtsignal sendet aussendet.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit einem Computer, Mobiltelefon (7), Tablet oder einem anderen Gerät verbunden ist, wobei die Verbindung vorzugsweise drahtlos erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mit der Vorrichtung (1) eine Düngevorrichtung gesteuert wird.
13. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 5 zur
Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12.
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Citations (5)

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