Interaction of spatial variability characterized by soil electrical conductivity and plant water status related to generative growth of fruit trees
Precision horticulture beschreibt ein neues Bewirtschaftungskonzept im Gartenbau, bei dem teilflächenspezifisch oder an den Einzelbaum angepasste Maßnahmen eine ressourcenschonende, intensitve Produktion ermöglichen. Die Datengrundlage wird aus räumlich aufgelösten Messungen aus der Produktionsanlage gewonnen, wobei sowohl kurzfristige Faktoren wie der effektive Pflanzenwasserzustand als auch langfristige Faktoren wie die Bodenvariabilität zur Informationsgewinnung genutzt werden können. Die vorliegende Arbeit umfasst eine Untersuchung der scheinbaren elektrischen Leitfähigkeit des Bodens (ECa), des Pflanzenwasserzustandes und der Fruchtqualität (zum Beispiel: Fruchtgröße) bei Prunus domestica L. (Pflaume) und Citrus x aurantium, Syn. Citrus paradisi (Grapefruit). Zielsetzungen der vorliegenden Arbeit waren (i) die Charakterisierung der 3D-Verteilung der scheinbaren elektrischen Leitfähigkeit des Bodens und Variabilität des Pflanzenwasserzustandes; (ii) die Untersuchung der Interaktion zwischen ECa, kumulativer Wassernutzungseffizienz (WUEc) und des crop water stress index (CWSI) bezogen auf die Fruchtqualität sowie (iii) eine Möglichkeit zur Einteilung von einzelnen Bäumen hinsichtlich der Bewässerung. Dazu fanden die Hauptuntersuchungen in der Pflaumenanlage statt. Diese Obstanlage befindet sich in Hanglage (3°) auf pleistozänen und postpleistozänen Substraten in semi-humiden Klima (Potsdam, Deutschland) und umfasst eine Fläche von 0,37 ha mit 156 Bäumen der Kultursorte ˈTophit Plusˈ auf der Unterlage Wavit. Die Anlage wurde 2009 mit ein und zwei-jährigen Bäumen in einem Pflanzabstand von 4 m entlang der Bewässerung und 5 m zwischen den Reihen angelegt. Dreimal pro Woche wurden die Bäume mit einer 50 cm über dem Boden installierten Tröpfchenbewässerung mit 1,6 l pro Baum bewässert. Mit Hilfe geoelektrischer Messungen wurde die scheinbare elektrische Leitfähigkeit des Oberbodens (0,25 m) mit einem Elektrodenabstand von 0,5 m (4-point light hp) an jedem Baum gemessen. Dadurch wurde die Anlage hinsichtlich ECa räumlich charakterisiert. Zusätzlich erfolgten Tomographiemessungen zur 3D-Charakterisierung der ECa und punktuell die Beprobung von Bohrlochprofilen bis 1 m Tiefe. Die vegetativen, generativen und Fruchtqualitätsdaten wurden an jedem Baum erhoben. Der momentane Pflanzenwasserzustand wurde mit der etablierten Scholander-Methode zur Wasserpotentialanalyse (Scholander Bombe) punktuell und mit Thermalaufnahmen flächendeckend bestimmt. Die Thermalaufnahmen erfolgten mit einer Infrarot-Kamera (ThermaCam SC 500), die auf einem Traktor in 3,3 m Höhe über dem Boden montiert war. Die Thermalaufnahmen (320 x 240 Pixel) der Kronenoberfläche wurden mit einem Öffnungswinkel von 45° und einer geometrischen Auflösung von 6,41 mm x 8,54 mm aufgenommen. Mit Hilfe der Kronentemperatur aus den Thermalbildern und den Temperaturen eines nassen und trockenen Referenzblattes wurde der CWSI berechnet. Es wurde die Anpassung des CWSI für die Messung in semi-humidem Klima erarbeitet, wobei die Erhebung der Referenztemperaturen automatisiert aus den Thermalbildern erfolgte. Die Boniturdaten wurden mit Hilfe eines Varianz-Stabilisierungsverfahrens in eine Normalverteilung transformiert. Die statistischen Analysen sowie die automatisierte Auswertungsroutine erfolgten mit eigenen Skripten in MATLAB® (R2010b sowie R2016a) und einem freien Programm (spatialtoolbox). Die Hot-spot Analysen dienten der Prüfung, ob ein beobachtetes Muster statistisch signifikant ist. Evaluiert wurde die Methode mit der etablierten k-mean Analyse. Zum Testen der Hot-spot Analyse wurden ECa, Stammumfang und Ertrag Daten aus einer Grapefruitanlage (Adana, Türkei) mit 179 Bäumen auf einem Boden vom Typ Xerofkuvent mit toniger und tonig-lehmiger Textur herangezogen. Die Überprüfung der Interaktion zwischen den kritischen Werten aus den Boden- und Pflanzenwasserzustandsinformationen zu den vegetativen und generativen Pflanzenwachtumsvariablen erfolgte durch die Anwendung der ANOVA und die Ermittlung des Korrelationskoeffizienten. In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Variabilität der Boden- und Pflanzeninformationen in Obstanlagen auch kleinräumig hoch ist. Es konnte gezeigt werden, dass die räumlich gefundenen Muster in den ECa über die Jahre zwischen 2011-2012 (r = 0.88) beziehungsweise 2012-2013 (r = 0.71) stabil geblieben sind. Zum anderen wurde gezeigt, dass eine CWSI-Bestimmung auch im semi-humiden Klima möglich ist. Es wurde ein Zusammenhang (r = - 0.65, p < 0.0001) mit der etablierten Methode der Blattwasser-potentialanalyse ermittelt. Die Interaktion zwischen der ECa aus verschiedenen Tiefen und den Pflanzenvariablen ergab einen hoch signifikanten Zusammenhang mit dem Oberboden, in dem das Bewässerungswasser zu finden war. Es wurde eine Korrelation zwischen Ertrag und ECatopsoil von r = 0.52 ermittelt. Durch die Anwendung der Hot-spot Analyse konnten Extremwerte in den räumlichen Daten ermittelt werden. Diese Extrema dienten zur Einteilung der Zonen in cold-spot, random und hot-spot. Die random Zone weist die höchsten Korrelationen zu den Pflanzenvariablen auf. Ferner konnte gezeigt werden, dass bereits im semi-humiden Klima der Pflanzenwasserstatus entscheidend zur Fruchtqualität beiträgt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die räumliche Variabilität der Fruchtqualität durch die Interaktion von Wassernutzungseffizienz und CWSI sowie in geringerem Maße durch den ECa des Bodens. In der Pflaumenanlage im semi-humiden Klima war die Bewässerung ausschlaggebend für die Produktion von qualitativ hochwertigen Früchten.
precision horticulture, plum, tree water status, spatial variability, Präzision Gartenbau, Pflaume, Pflanzenwasserzustand, räumliche Variabilität
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