Forschung in der Abteilung Systemmodellierung Gemüsebau

Die Abteilung Systemmodellierung Gemüsebau widmet sich in der Forschung unterschiedlichen Schwerpunkten, die in den folgenden Themenbereichen dargestellt werden. Als gemeinsames Forschungstool dient in der überwiegenden Zahl der Projekte die Erstellung von Simulationsmodellen. Je nach Fragestellung kann es sich dabei funktionale-strukturelle Modelle handeln (3D-Modelle), oder um Modelle zur Beschreibung von Wachstums- und Entwicklungsprozessen (z. B. Erntevorhersagemodelle).

Sind die Bestandsdichte und die Standraumform, mit der heutzutage im Gewächshaus gearbeitet werden, optimal für das Wachstum der Pflanzen? Macht es eigentlich Sinn, Pflanzen so eng in der Reihe zu pflanzen und so weite Abstände zwischen den Wegen zu lassen, nur um die Pflege- und Erntemaßnahmen einfacher zu gestalten? Wie reagieren Pflanzen auf modifizierte Lichtangebote, z.B. durch Standraumveränderungen? Mit Hilfe von 3D funktionalen-strukturellen Modellen für Entwicklung und Wachstum von Pflanzen wird in dieser Arbeitsgruppe versucht, Antworten auf diese Fragen zu finden.

Ziel des Produktionsgartenbaus ist die Steuerung des Wachstums und der Entwicklung von Pflanzen, um das gewünschte Produkt zu einem bestimmten Zeitpunkt, mit gewünschter Qualität und in ausreichender Menge zur Verfügung zu haben. Um dies zu erreichen werden unterschiedlichste Kulturmaßnahmen durchgeführt. Die Quantifizierung der Wirkung dieser Eingriffe auf die Pflanze steht im Mittelpunkt dieses Arbeitsgebietes. Hier werden Projekte durchgeführt z.B. zur Wasser- und Nährstoffeffizienz, zur Wirkung des Lichteinsatzes im Gewächshaus oder zur Wirkung von Temperaturen auf die Blühinduktion von Pflanzen. Auf Grund vielfältiger Wechselwirkungen werden zumeist mehrfaktorielle Versuchsansätze gewählt.

In diesem Themengebiet stehen Effekte von z.B. Bodenbearbeitungs-, Düngungs-, Bewässerungs- und Unkrautbekämpfungsmaßnahmen auf Pflanzenwachstum und -entwicklung im Mittelpunkt. Auch Auswirkungen spezieller Maßnahmen wie Folien- und Netzeinsatz, torffreie Substrate oder besondere Anbauformen wie Treibverfahren oder hydroponische Verfahren werden bearbeitet. Dies erfolgt je nach Themengebiet für integrierte wie auch biologische Produktionssysteme. Produktionsökologische Fragestellungen werden zumeist in mehrfaktoriellen Feldversuchen untersucht.

Die unzureichenden Steuerungsmöglichkeiten der Nährstoffflüsse im Boden führen bei der konventionellen Düngung häufig zur Nitratbelastung des Grundwassers. Das Institut für Gartenbauliche Produktionssysteme forscht an Verfahren, die Nährstoffe bedarfsgerecht direkt an die Pflanzenwurzel zu leiten, sodass das Nitrat in die Pflanze, aber nicht ins Grundwasser gelangt. Durch die im Boden verlegten Tropfschläuche kann gleichzeitig die Wasserversorgung der Pflanzen optimiert werden – eine wichtige Voraussetzung für sichere Erträge in Zeiten des Klimawandels.

Im Videobericht (Autor Dirk Rodenkirch) erläutert Prof. Stützel am Beispiel Rotkohl die optimale Nährstoff- und Wasserversorgung.

Durch molekularbiologische Untersuchungen wächst das Wissen über die genetische Konstitution unserer Kulturpflanzen rapide. Aber was können wir für die pflanzenbauliche Produktion aus diesem Wissen ableiten? Auf der Basis genotypischer Daten Vorhersagen über das Wachstumsverhalten von Sorten in unterschiedlichen Umwelten zu treffen, ist Ziel dieses Forschungsgebietes. Abgeleitete Modelle könnten helfen, einzelne Pflanzeneigenschaften im Kontext des genetischen Hintergrunds und in Wechselwirkung mit den Umweltfaktoren besser zu bewerten. Dieses Wissen kann sowohl bei der Definition von Züchtungszielen als auch bei der Sortenwahl genutzt werden. Phänotypische Daten werden in Gefäß- und Feldversuchen gewonnen.

Führungskräfte in Betrieben müssen täglich Entscheidungen treffen, die teilweise weitreichende Konsequenzen auf den betriebswirtschaftlichen Erfolg des Unternehmens haben. Hierbei können entscheidungsunterstützende Modelle Hilfestellungen liefern. Schon die Entscheidung über die zu wählenden Sorten für ein bestimmtes Produktionsziel in einer bestimmten Produktionsumgebung kann mit Modellen optimiert werden. Aus der Praxis werden Modelle stark nachgefragt, die die Kulturdauer berechnen und damit helfen Ernte- und Vermarktungsmaßnahmen zu optimieren. In der Gewächshausproduktion werden Modelle immer wichtiger, die über die Quantifizierung der Wirkung von Klimafaktoren auf die Pflanzenentwicklung und das Pflanzenwachstum energiesparende Klimaregelstrategien ermöglichen.

Die Ansprüche an die äußere und innere Qualität von Gemüse sind sehr hoch. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, sind geeignete Maßnahmen schon während der Produktion zu treffen. Hier spielen Faktoren wie Sorte, Düngung, Bestandesarchitektur, Bewässerung, Licht- und Temperaturbedingungen eine große Rolle. Untersuchungen zur Auswirkung produktionstechnischer Faktoren auf die Produktqualität werden in Zusammenarbeit mit der Abteilung Produktqualität des Leibniz Instituts für Gemüse- und  Zierpflanzenbau durchgeführt.