DE102008039456A1 - Plant's root growth, root characterization and root activity measuring device, has infrared emitter arranged in transparent plant container, and image processing device attached to camera, where container has planar or columnar shape - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung des Wurzelwachstums, der Wurzelcharakterisierung und insbesondere der Wurzelleistung.The The invention relates to an apparatus and a method for measuring root growth, root characterization and in particular the root power.
Verfahren zur Messung der oberirdischen Pflanzenteile, sowohl unter Labor- und Gewächshausbedingungen, als auch im Freiland, sind allgemein bekannt. Auch zur Erkundung des Wurzelwachstums ist eine Reihe von verschiedenen Verfahren bekannt.method for the measurement of above-ground parts of plants, both under laboratory and greenhouse conditions, as well as outdoors, are well known. Also for exploration Root growth is a series of different methods known.
Im Freiland werden die Wurzeldichten im Boden durch das Ausgraben von Pflanzen zu bestimmten Terminen zerstörend ermittelt. Alternativ werden ebenfalls destruktiv Kerne entnommen und aus diesen die Wurzeln höhenabhängig extrahiert. Diese Verfahren zerstören die untersuchte Pflanze, sind arbeitsaufwendig und können deshalb die biologische Variabilität und Inhomogenität des Wurzelwachstums einzelner Pflanzen nur schwer von den züchtungsrelevanten Komponenten trennen, da es sehr schwierig ist, sicher zu stellen, dass die Proben von gleichbehandelten Pflanzen stammen.in the Outdoors, the root densities in the soil by digging of Determined plants destroying on certain dates. alternative also destructive nuclei are taken and from these the roots extracted in a height-dependent manner. Destroy these procedures the examined plant, are laborious and therefore can the biological variability and inhomogeneity root growth of individual plants is difficult from the breeding relevant Disconnect components as it is very difficult to ensure that the samples come from the same treated plants.
Bei der Aufzucht der Pflanzen auf Schrägagrar- bzw. Filterpartien erhält man viel Information über die sich dann ausbildende Wurzelarchitektur d. h. die Wurzeldichten und Verzweigungsmuster.at the rearing of the plants on slanting or filter parts receives you have a lot of information about that then developing root architecture d. H. the root densities and branching pattern.
Diese Systeme arbeiten jedoch alle zweidimensional auf einem künstlichen, homogen mit Wasser und Nährstoffen versorgten Untergrund, wobei bekannt ist, dass Wurzeln ihr Wachstum stark von der sie umgebenden Matrix sowie den Wasser- und Nährstoffverhältnissen abhängig machen.These However, systems all work in two dimensions on an artificial, homogeneous with water and nutrients supplied underground, whereby is known that roots their growth strongly from the surrounding matrix as well as the water and nutrient conditions dependent do.
Zur Ermittlung von dreidimensionalem Wurzelwachstum werden Röntgengeräte eingesetzt, die jedoch die Verwendung einer für Röntgenstrahlung gut durchlässigen Matrix, also eines sehr bodenfernen Substrats erfordern, da Wurzeln Röntgenstrahlung weit weniger absorbieren als die meisten Minerale des Bodens. Derartige Substrate sind in der Regel ebenfalls sehr Wasser- und nährstoffdurchlässig und gleichen dementsprechend mehr Hydrokulturen, die sich stark von realen Bodenbedingungen unterscheiden. Durch die relativ kurze Aufnahmezeit können viele Pflanzen pro Tag begutachtet werden. Die Röntgengeräte sind jedoch nicht billig und erfordern sehr speziell ausgebildetes Fachpersonal und entsprechende Sicherheitseinrichtungen.to X-ray devices are used to determine three-dimensional root growth however, the use of a matrix which is well-permeable to x-radiation, So require a very soil-distant substrate, since roots X-rays absorb much less than most minerals in the soil. such Substrates are usually also very water and nutrient permeable and Accordingly, more hydroponics, which differ greatly from differentiate between real soil conditions. Due to the relatively short recording time can Many plants are inspected each day. However, the x-ray machines are not cheap and require very specialized trained personnel and appropriate Safety equipment.
Eine andere Option ist der Einsatz von bildgebenden Kernresonanzverfahren wie H-NMR, MRAI oder Kernspintomografie. Derartige Geräte sind teuer und benötigen sehr lange Aufnahmezeiten pro Pflanze (im Bereich von Stunden pro Pflanze). Daher können mit derartigen Geräten nur relativ wenige Pflanzen pro Tag untersucht werden. Da außerdem jede Art von Eisen im Boden (Eisen ist immer ein anwesender Bodenbestandteil und wichtiger Pflanzennährstoff) Magnetresonanzaufnahmen extrem er schwert bis unmöglich macht, können auch hier fast nur eisenarme Proben verwendet werden, d. h. der Einsatz realer Böden ist kaum möglich.A Another option is the use of nuclear magnetic resonance imaging such as H-NMR, MRAI or magnetic resonance imaging. Such devices are expensive and need very long recording times per plant (in the range of hours per Plant). Therefore, you can with such devices only relatively few plants per day are studied. Besides, every one Type of iron in the soil (iron is always a present soil component and important plant nutrient) Magnetic resonance imaging makes it extremely difficult, even impossible Here almost only low-iron samples are used, d. H. the use real floors is hardly possible.
Alle soeben beschriebenen, bereits bekannten Verfahren haben das Ziel, aus der zwei- oder dreidimensionalen Wurzelarchitektur auf die Effizienz der Wasser- und Nährstoffaufnahme des Wurzelsystems zu schließen. Diese Verfahren haben aber massive Probleme, reale Böden überhaupt einsetzen zu können.All just described methods have the goal of from the two- or three-dimensional root architecture on the efficiency of Water and nutrient uptake to close the root system. But these processes have massive problems, real soil in general to be able to use.
Darüber hinaus macht die Existenz einer Wurzel noch keine Aussage über deren Wasser und Nährstoffextraktionsleistung, da diese durch Krankheiten und Fraß massiv verringert sein kann, die Wurzel aber gleichwohl noch lebend existiert. Auch kann die Leistung der Wurzeln durch Symbiose mit Bodenpilzen, die bei gewöhnlichen Auflösungen und Auswertungsmethoden nicht erkennbar sind, erheblich gesteigert sein, was aber in der reinen Wurzelarchitektur unsichtbar bleibt. Auch kann eine Aufnahme der Wurzelarchitektur keine Aussagen über kurzfristigere dynamische Vorgänge in der Pflanze machen, wo diese gezielt z. B. Wasser aus nährstoffreichen (ggf. von Pilzen gut erschlossenen) oder z. B. gezielt kurzzeitig bewässerten Bodenschichten extrahiert.Furthermore makes the existence of a root yet no statement about their Water and nutrient extraction performance, since it can be massively reduced by diseases and feeding, but the root still exists alive. Also, the Performance of the roots through symbiosis with soil fungi, common in ordinary resolutions and evaluation methods are not recognizable, significantly increased which remains invisible in pure root architecture. Also, a recording of the root architecture can not make statements about shorter term dynamic processes in the plant, where these targeted z. B. Water from nutrient-rich (possibly well-developed mushrooms) or z. B. deliberately irrigated briefly Extracted soil layers.
Das Screenen hoher Pflanzenzahlen unter möglichst realitätsnahen Bedingungen ist jedoch Grundvoraussetzung dafür, Pflanzen mit vorteilhaften Eigenschaften zu selektieren. Da über die beeinflussenden Faktoren des Wurzelwachstums und der Extraktionseffizienz wissenschaftlich noch viel Unklarheit besteht, ist es bei jeglichem Screening deshalb wichtig, Testartefakte, also scheinbar positive Wuchsformen, die jedoch von artifiziellen, künstlichen Testsystemen erzeugt werden, auszuschließen. Dies ist umso einfacher, je naturnäher der Boden ist.The Screen high numbers of plants under realistic as possible However, conditions is a prerequisite for plants with beneficial Select properties. Because of the influencing factors of root growth and extraction efficiency scientifically there is still a great deal of ambiguity, it is therefore at any screening important, test artifacts, so apparently positive growth forms that but of artificial, artificial Test systems are generated to exclude. This is all the easier the closer to nature the ground is.
Weiterhin bekannt sind auch Laborsysteme, die mit Hilfe von im visuellen Lichtbereich transparenten Blumentöpfen das Wurzelwachstum verfolgen.Farther Also known are laboratory systems using the in the visual light range transparent flowerpots track root growth.
Derartige Testsysteme können aber nach weit verbreiteter wissenschaftlicher Meinung nur dazu genutzt werden, Informationen darüber zu erzeugen, wie schnell die ersten Wurzeln den Boden des Topfes erreichen und um Gesamtwurzeldichten abzuschätzen.such Test systems can but according to widespread scientific opinion only be used to generate information about how fast the first roots reach the bottom of the pot and to estimate total root densities.
Bei der Verfolgung des Wurzelwachstums an der transparenten Wand einer dünnen Erdschicht zwischen zwei Glasplatten lassen sich zwar räumliche Verteilungen der sichtbaren Wurzeln besser abschätzen, es kann jedoch auf Grund der Randgängigkeit von Wasser beim Bewässern und der anderen Gasverhältnisse davon ausgegangen werden, dass die Wurzeln an der Wand sich tendenziell eher wie Wurzeln im erdfreien System verhalten, also auch nur begrenzt repräsentativ sind. Über die Wurzeln, die sich nicht sichtbar an der Wand befinden und deren Effizienz, lassen sich aber keinerlei Aussagen machen, da diese nur mit großem Aufwand oder gar nicht sichtbar gemacht werden können.In tracking root growth on the transparent wall of a thin layer of soil between two glass plates, spatial distributions of the visible roots are better off However, due to the marginality of water during irrigation and the other gas conditions, it can be assumed that the roots on the wall tend to behave more like roots in the floating system, and thus are only of limited representation. About the roots, which are not visible on the wall and their efficiency, but can not make any statements, as they can be made only with great effort or not visible.
Weiterhin bekannt sind eine Reihe von Verfahren zur Bodenfeuchtemessung, die auf Leitfähigkeitsmessungen in eingegrabenen Gipsblöcken oder Elektronen, Saugspannungen oder in Impedanzmessungen beruhen. Diese Verfahren benötigen entweder teure Messtechnik, integriert in jedem Gefäß (Leitfähigkeit, Saugspannung), haben eine geringe Ortsauflösung (Leitfähigkeit, Saugspannung, Impedanz) oder benötigen aufwendige Kalbrationen und Berührung der Gefäßaußenfläche (Impedanz).Farther A number of methods for soil moisture measurement are known, the on conductivity measurements in buried gypsum blocks or electrons, Suction voltages or based in impedance measurements. This procedure need either expensive measuring technology integrated in each vessel (conductivity, Suction voltage), have a low spatial resolution (conductivity, suction voltage, impedance) or need elaborate calbrations and touch the vessel outer surface (impedance).
Dementsprechend ist keines der Verfahren zur dynamischen Analyse der Bodenfeuchte als Maßstab für das Wurzelwachstum und die Extraktionseffizienz bei einem hohen Durchsatz von mobilen kostengünstigen Einzelgefäßen geeignet.Accordingly is not one of the methods for the dynamic analysis of soil moisture as a standard for the Root growth and extraction efficiency at a high throughput from mobile inexpensive Single vessels suitable.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe ist daher bereits bekannte Verfahren zu verbessern.The The object underlying the invention is therefore already known Improve the process.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst diese Aufgabe eine Vorrichtung zur Messung des Wurzelwachstums von Pflanzen mit einer Anordnung mit mindestens einer Kamera und einem durchsichtigen Gefäß, wobei ein Infrarotstrahler auf das Gefäß gerichtet ist.To In a first aspect of the invention, this object is achieved by a device for measuring the root growth of plants with an arrangement with at least one camera and a transparent vessel, wherein an infrared heater directed at the vessel is.
Vorteilhafterweise weist der Infrarotstrahler Licht eine Wellenlänge im Nahinfrarotbereich von 700 nm bis 3000 nm auf.advantageously, For example, the infrared radiator light has a near-infrared wavelength of 700 nm to 3000 nm.
Durch die Verwendung des Infrarotlichts können reale Böden untersucht werden. Eine spezielle Schulung des Personals, das die Messung durchführt, ist nicht notwendig.By the use of infrared light can examine real soils become. A special training of the personnel performing the measurement is unnecessary.
Alternativ und kumulativ zur vorbeschriebenen Gestaltung mit einer Anordnung mit mindestens einer Kamera und einem durchsichtigen Gefäß, auf das ein Infrarotstrahler gerichtet ist, ist es nach einem zweiten Aspekt der Erfindung von Vorteil, wenn an die Kamera eine Bildverarbeitungseinrichtung angeschlossen ist.alternative and cumulatively to the above-described configuration with an arrangement with at least one camera and a transparent container, on the an infrared radiator is directed, it is according to a second aspect the invention of advantage when an image processing device to the camera connected.
Durch die Verwendung des Infrarotlichts kann der Wassergehalt des an der Wand anstehenden Bodens quantifiziert werden. Die NIR-Strahlung wird z. B. besonders im Bereich von 1550 bis 1650 nm sehr gut von Wasser absorbiert. Daher erscheinen Erdbereiche um so heller, je trockener die Bodenprobe ist. Da bei Zeitreihen der Boden mit 100% Wasserhaltekapazität gesättigt immer als einfacher Kalibriermaßstab zu Verfügung steht (Überschusswässerung mit angemessener Ablaufzeit) und zeitlicher Veränderungen der Absorption von NIR-Licht gemessen werden, können weitere bodenabhängige aufwendige Kalibrationsfaktoren entfallen.By The use of infrared light can reduce the water content of the at Wall of existing soil can be quantified. The NIR radiation is z. Especially very well in the range of 1550 to 1650 nm of water absorbed. Therefore, the drier the earth areas are, the drier they are the soil sample is. Because with time series the soil is saturated with 100% water holding capacity always as a simple calibration scale available stands (surplus irrigation with reasonable expiration time) and temporal changes in the absorption of NIR light can be measured further floor-dependent complex Calibration factors omitted.
Auch Wurzeln, Schadinsekten, Fraßbereiche, Pilze oder Wurzelknöllchen können in anderen IR-Wellenlängenbereichen sichtbar gemacht werden, um sie von Bodenbereichen separieren zu können und zusätzliche Merkmalsverteilungen aus den Bildern zu extrahieren. Durch die differenzielle Auswertung der Multispektralaufnahmen können dann die notwendigen Daten extrahiert werden. Entscheidend ist dabei, dass es nicht primär auf die an der Wand anliegenden Wurzeln ankommt, sondern dass Feuchteprofile und bodenvermittelte Merkmalsprofile anderer Wellenlängenbereiche des Bodens sehr einfach und schnell erstellt werden können, die dann entscheidende Aussagen über das Verhalten der Wurzeln im Boden zulassen. Damit kann innerhalb von Sekunden sichtbar gemacht werden, aus welchem Bodenbereich die Pflanze ihr Wasser bezieht bzw. andere erfasste Merkmale verändert. Es werden also direkte Faktoren, wie die reale und integrale Extraktionseffizienz der Pflanze in einem gewissen Wurzelvolumen gemessen und nicht indirekte Faktoren, wie Wurzeldichte oder Oberflächenbedeckung der Gefäßwand. Die Hinzuziehung von Informationen aus der sichtbaren Wurzelverteilung fördert noch die Differenzierung der Effekte, da die Extraktionseffizienz z. B. auf die Wurzeldichte normiert werden kann.Also Roots, insect pests, feeding areas, Mushrooms or root nodules can in other IR wavelength ranges be made visible to separate them from ground areas can and additional Extract feature distributions from the images. By the differential Evaluation of the multispectral images can then provide the necessary data be extracted. It is crucial that it is not primarily on the The roots attached to the wall, but moisture profiles and floor-switched feature profiles of other wavelength ranges The soil can be created very easily and quickly, which is then crucial Statements about allow the behavior of the roots in the soil. This can be done within Seconds are visible, from which floor area the plant their water gets changed or changed other features. It become direct factors, such as the real and integral extraction efficiency the plant measured in a certain root volume and not indirect Factors such as root density or surface coverage of the vessel wall. The Inclusion of information from the visible root distribution promotes nor the differentiation of effects, since the extraction efficiency z. B. can be normalized to the root density.
Da das System Bodenbereiche von Wurzelbereichen differenziert (ggf. durch Überlagerung und den Einsatz verschiedener Wellenlängenbereiche im VIS und NIR), ist es jeder Messmethode, die nicht zwischen in Wurzeln gebundenem Wasser und Bodenfeuchte unterscheiden kann, stark überlegen. Zusätzlich kann das System je nach ausgewählten Wellenlängenbereich der NIR-Messung Aussagen über die unterschiedlichen Wassergehalte von oberflächlichen Wurzeln machen, aber auch jede andere Veränderung von Absorptionsparametern im NIR-Bereich, die z. B. durch Krankheiten, Bodeneigenschaften, Genetik der Pflanze oder Symbiosen zustande kommt, im Multispektralbild messbar machen.There the system differentiates soil areas from root areas (possibly by overlay and the use of different wavelength ranges in the VIS and NIR), it is every measuring method that is not between root-bound Water and soil moisture can differ, greatly superior. additionally The system can be selected depending on the selected Wavelength range the NIR measurement statements about the different water contents make of superficial roots, however also every other change of absorption parameters in the NIR range, the z. By diseases, Soil properties, genetics of the plant or symbioses come about, make measurable in the multispectral image.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Kamera und das Gefäß zur Aufnahme relativ zueinander bewegbar sind. Dadurch kann das Gefäß gedreht werden, um mehrere Aufnahmen von allen Seiten zu machen, oder Gefäß, bzw. Kamera auf und ab bewegt werden, um die zu untersuchende Fläche mit höherer Auflösung mit Flächen oder Zeilenkameras ablesen zu können.Advantageous It continues to hold the camera and the receptacle relative to each other are movable. This allows the vessel to be rotated to multiple Take pictures from all sides, or vessel, or camera moves up and down to read the area to be inspected with higher resolution with areas or line scan cameras to be able to.
Anstatt eines durchsichtigen Gefäßes ist es bei hohem Durchsatz vorteilhaft, Gefäße einzusetzen, die im sichtbaren Licht undurchsichtig, aber im IR-Bereich durchlässig sind, um eine Algenbildung und eine Beeinflussung der Wurzeln durch Licht zu minimieren. Dazu können Kunststofffolien z. B. mit perylenbasierten Pigmenten als Kaschierung der Röhren eingesetzt werden Alternativ kann ein durchsichtiges Gefäß mit einem undurchsichtigen Außengefäß versehen sein und dieses Außengefäß entfernbar sein. Unter Gefäß zur Aufnahme des Bodens fallen hierbei sowohl formstabile Gefäße aus entsprechend transparenten Materialien als auch Bodenumhüllungen aus Schrumpffolien und Kunststoffschläuchen. Diese sind besonders kostengünstig und ermöglichen bei hinreichender Elastizität Randspalten, die gerade beim Einsatz torfhaltiger Substrate durch Trocknungsschrumpfung auftreten zu minimieren.Instead of a transparent vessel it is advantageous at high throughput to use vessels that are visible Light opaque, but permeable to infrared, to algae and to minimize the influence of light on the roots. These can be plastic films z. B. with perylene-based pigments used as lamination of the tubes Alternatively, a transparent container with an opaque Provided external vessel its and this exterior vessel removable be. Under vessel for admission of the soil fall here both dimensionally stable vessels from appropriately transparent Materials as well as floor claddings from shrink films and plastic hoses. These are special inexpensive and enable with sufficient elasticity Edge gaps that just when using peat-containing substrates through Minimize drying shrinkage.
Dabei hat sich eine planare oder säulenförmige Ausgestaltung des Gefäßes als vorteilhaft erwiesen. Es kann nämlich durch die Kapillarität des Bodens über Bereiche einiger Zentimeter hinweg davon ausgegangen werden, dass die Feuchtverteilung an der Gefäßwand im Bereich der Eindringtiefe des IR-Lichts in die Erde sehr ähnlich der in wenigen Zentimetern Bodentiefe ist.there has a planar or columnar configuration of the vessel as proved advantageous. It can namely through the capillarity of the soil over Areas of a few inches assume that the moisture distribution on the vessel wall in Range of penetration of IR light into the earth very similar to that in a few centimeters depth is.
Um den Abfluss von Überschusswasser zu erlauben und Luftaustausch zu ermöglichen, aber keine Verdunstung unten aus dem Gefäß zu zulassen, ist es vorteilhaft, dass der Gefäßboden mit Löchern versehen ist und mit einem nicht quellfähigen Material abgedeckt ist.Around the outflow of excess water to allow and exchange air, but no evaporation to allow down from the vessel It is advantageous that the vessel bottom with holes is provided and covered with a non-swellable material.
Zur kapillaren Trennung von einzelnen Bodenschichten können weitere Granulatschichten in unterschiedlicher Höhe eingeschichtet werden. Damit werden Bodenschichten z. B. mit unterschiedlicher Düngung, Zusammensetzung oder z. B. Pilzgehalt voneinander isoliert. Auch ohne den Einsatz unterschiedlicher Bodenmaterialen können nichtkapillare Zwischenschichten die Trennschärfe beim Wassertransfer der Wurzeln aus verschiedenen Bodentiefen erhöhen und gleichzeitig durch die noch gegebenen vertikale Kapillarität die Messtiefe steigern.to capillary separation of individual soil layers can be more Granulate layers are layered at different heights. In order to are soil layers z. B. with different fertilization, composition or z. B. mushroom content isolated from each other. Even without the use different soil materials can non-capillary intermediate layers the selectivity increase the water transfer of the roots from different soil depths and at the same time by the given vertical capillarity the measuring depth increase.
Darüber hinaus können in durch die Zwischenschichten getrennte Bodenbereichen mit Multispektralaufnahmen im NIR-Bereich eine Vielzahl von Bodenparametern und deren Veränderung quantifiziert werden. Da auch oberflächliche Wurzeln erfasst und separat ausgewertet werden können, ist es möglich, den Einfluss der Bodenmatrix auf das jeweils damit in Kontakt befindliche Wurzelstück anhand der NIR-Absorption/Reflexion zu charakterisieren.Furthermore can in separated by the intermediate layers floor areas with multispectral images in the NIR range a variety of soil parameters and their change be quantified. Since even superficial roots are captured and can be evaluated separately Is it possible, the influence of the soil matrix on each in contact with it root pieces to characterize by NIR absorption / reflection.
Zur Freistellung der Wurzeln von Bodeneffekten ist es besonders vorteilhaft, die Granulatschichten aus chemisch inerten Kunststoffgranulat mit Korngrößen zwischen 0,1 und 5 mm auszuführen, die je nach Anwendungsziel im NIR-Bereich besonders gut oder möglichst gar nicht absorbieren. Im NIR-Bereich kaum absorbierende Granulate erlauben eine deutlich höhere Eindringtiefe oder sogar Durchsicht durch die kompletten Bo densäulen zur Charakterisierung der Querschnittsverteilung der Wurzeln und der Wurzelmorphologie und der optimierten Multispektralanalyse der Wurzeln im NIR-Bereich in verschiedenen Bodentiefen ohne Störung des Systems.to Exempting the roots of soil effects is particularly beneficial the granules of chemically inert plastic granules with Grain sizes between 0.1 and 5 mm, the depending on the application target in the NIR area particularly well or possible do not absorb at all. In the NIR range barely absorbing granules allow a much higher Penetration depth or even viewing through the complete bottom pillars for characterization the cross-sectional distribution of roots and root morphology and the optimized multispectral analysis of the roots in the NIR range in different soil depths without disturbing the system.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Bodensäule Blöcke aus Gips oder anderen reversiblen Indikatormaterialien enthält. Dadurch kann statt des Wassergehaltes der Erde auch der Feuchtegehalt in definiert in die Bodensäule eingebrachten Gipsblöcken durch Messung der IR-Reflexion berührungsfrei und kosteneffizient vermessen werden. Statt Gipsblöcken können auch andere Indikatormaterialien, die im IR-Bereich reversibel auf Änderung von Bodeneigenschaften reagieren, eingesetzt werden.From Advantage is it further, if the soil column blocks of gypsum or other reversible Indicator materials contains. As a result, instead of the water content of the earth and the moisture content in defined in the soil column introduced gypsum blocks non-contact and cost-efficient by measuring IR reflection be measured. Instead of plaster blocks can also other indicator materials that are reversible to change in the IR range of soil properties, are used.
Besonders geeignet sind dabei optisch transparente reversibel quellfähige Polymere, die horizontal eingebracht werden.Especially suitable are optically transparent reversibly swellable polymers, which are inserted horizontally.
Als alternative Lösung zur Ermittlung der Bodenfeuchte in unterschiedlichen Abständen zu Oberfläche können bündig an die Gefäßwand anschließende Kunststoffbehälter/Blöcke dienen, die unterschiedlich tief in die Bodensäule hineinragen. Das Quellmittel ist dabei in erster Linie Wasser.When alternative solution to determine soil moisture at different intervals surface can flush serve plastic containers / blocks adjoining the vessel wall, which protrude at different depths into the soil column. The swelling agent is primarily water.
Darüber hinaus können aber auch Polymere eingesetzt werden, die Bodengase aufnehmen und bedingt dadurch ihre NIR-Absorption ändern oder ihre Eigenschaften durch Wasserinhaltsstoffe ändern (z, B, Brechungsindex). In einigen Fällen reicht die Einbringung von im NIR- Bereich optisch transparenten Materialien, die ihre Reflexions-/Absorptionseigenschaften durch an deren Oberfläche befindlichen Bodenlösungen oder Bodengasen ändern. Derartige Veränderungen treten z. B. bei stark differierenden Salzgehalten in der Bodenlösung auf.Furthermore can but also polymers are used, the soil gases absorb and conditional thereby changing their NIR absorption or change their properties with water constituents (z, B, refractive index). In some cases the introduction of optically transparent materials in the NIR range, their reflection / absorption properties through on their surface located floor solutions or change soil gases. Such changes for example B. at greatly differing salt levels in the soil solution.
Als vorteilhaft für das Pflanzenwachstum haben sich ein Gefäßdurchmesser von 5 cm bis 30 cm und eine Höhe von 30 cm bis 100 cm bei einer säulenförmigen Ausgestaltung des Gefäßes und ein Gefäßdurchmesser von 5 cm bis 100 cm und eine Höhe von 30 cm bis 200 cm bei einer planaren Ausgestaltung des Gefäßes erwiesen.When advantageous for The plant growth has a vessel diameter of 5 cm to 30 cm and a height from 30 cm to 100 cm in a columnar configuration of the vessel and a vessel diameter from 5 cm to 100 cm and a height of 30 cm to 200 cm in a planar configuration of the vessel proved.
In vorteilhafter Weise kann das Gefäß auch als Tablett mit 2 bis 1000 Einzelvertiefungen ausgestaltet sein. Ein solches Gefäß kann dazu verwendet werden den Wasserverbrauch in kleinen, zusammenhängenden durchsichtigen Pflanzentabletts abzuschätzen, um den Wasserverbrauch der Einzelpflanzen zu klassifizieren bzw. das Gießen der Pflanzen zu induzieren. Die Verwendung IR-durchsichtiger Pflanzschalen oder von Pflanzschalen, die an einer Stelle ein IR-durchlässiges Fenster (z. B. Kunststoff mit Perylenpigmentierung) haben, und die Aufnahme der Tabletts im IR-Bereich von unten erlaubt es, jeder einzelnen Pflanze einen Feuchtewert zuzuordnen und dies zur Messung des Wasserverbrauches oder zur nachfolgenden Bewässerung zu nutzen.Advantageously, the vessel can also be designed as a tray with 2 to 1000 individual wells. Such a vessel can be used to drain water in small, coherent transparent plant trays to classify the water consumption of the individual plants or to induce the flowering of the plants. The use of IR translucent planters or planters that have an IR-transmissive window (eg, plastic with perylene pigmentation) in one place and the inclusion of the trays in the IR area from below allows each plant to be assigned a moisture value and to use this to measure water consumption or subsequent irrigation.
Um eine Automatisierung zu ermöglichen, kann die Messanordnung ein Förderband zum Pflanzentransport aufweisen. In diesem kann weiterhin das Pflanzgefäß Teil des Transportwagens sein oder dort fixiert sein.Around can enable automation the measuring arrangement a conveyor belt have for plant transport. In this can continue the planter part of the Be or be fixed there.
Sollen undurchsichtige Hüllrohre verwendet werden und die Pflanzen auf einem vollautomatisierten Förderbandsystem regelmäßig ohne manuellen Eingriff vermessen werden, wird das Hüllrohr als Teil des Transportwagens strukturiert oder dort fixiert. In der Bildaufnahmeeinheit wird das Gefäß dann mit einer Hubeinheit herausgehoben.Should opaque ducts be used and the plants on a fully automated Conveyor belt system regularly without Manual intervention are measured, the cladding tube as part of the trolley structured or fixed there. In the image acquisition unit is then the vessel with lifted out of a lifting unit.
Alternativ dazu kann eine flexible, an dem Wagen und der Bodensäule mit einer Kante befestigte undurchsichtige Abschirmung verwendet werden, die sich statt durch anheben durch drehen der Säulen gegenüber dem Transportwagen von der Säule abwickelt und damit die Säule sichtbar macht. Damit sich die Bodensäulen nicht zu sehr erwärmen ist es förderlich, Hüllrohre und andere Abschattungen aus weißem, isolierendem Material anzufertigen.alternative this can be a flexible, on the car and the bottom pillar with an edge-mounted opaque shield can be used, the instead of lifting by turning the columns opposite the trolley of the column unwinds and thus the column makes visible. So that the soil columns is not too warm it conducive sheaths and other shades of white, insulating material to customize.
Bei nicht- und teilautomatisierten Systemen werden die Gefäße von Hand aus den Umhüllungen genommen.at non- and semi-automated systems are the vessels by hand taken from the servings.
Als weiterer Schritt der Automatisierung ist eine Messvorrichtung möglich, die eine Hubeinheit zum Herausheben des Gefäßes aus dem Gefäß aufweist. Selbst bei komplexen Mehrfachmessungen werden Taktzeiten pro Pflanze im Bereich von einer Minute erreicht, was einen Schichtdurchsatz (8 Stunden) bei automatisierten Systemen von circa 480 Pflanzen erlaubt. Da sich alle Messkomponenten berührungsfrei in der Aufnahmestation befinden, können die Gefäße preiswert und robust für den Masseneinsatz im Gewächshaus produziert werden.When Another step in automation is a measuring device that is possible a lifting unit for lifting the vessel out of the vessel. Even with complex multiple measurements cycle times per plant reached in the range of one minute, giving a shift throughput (8 hours) on automated systems of about 480 plants allowed. Since all measuring components are non-contact in the receiving station can, can the vessels inexpensive and sturdy for the mass use in the greenhouse to be produced.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Wurzelwachstums von Pflanzen, wobei Licht im Infrarotbereich verwendet wird. Vorteilhafterweise wird Licht im Nahinfrarotbereich von 700 nm bis 3000 nm verwendet. Dadurch kann je nach eingesetzten Filtern der Wassergehalt des an der Wand anstehenden Bodens quantifiziert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn mit unterschiedlichen Wellenlängen des Infrarotlichtes gemessen wird. Dadurch können Wurzeln sichtbargemacht und vom Bodenbereich unterschieden werden.One Another aspect of the invention relates to a method for determining root growth of plants, with light in the infrared range is used. Advantageously, light is in the near-infrared region used from 700 nm to 3000 nm. As a result, depending on the used Filtering the water content of the wall pending soil can be quantified. It is particularly advantageous if with different wavelengths of Infrared light is measured. This can make roots visible and be distinguished from the floor area.
Die Gefäße mit den Pflanzen können weiterhin mit mindestens einer Kamera aufgenommen werden und die aufgenommenen Daten verrechnet werden.The Vessels with the Plants can continue to be recorded with at least one camera and the recorded data are charged.
Dabei ist es sowohl vorteilhaft, Aufnahmen im NIR- und visuellen Bereich zu machen (wobei mehrere Kameras nötig sein können), als auch mehrere Aufnahmen im NIR-Bereich mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu machen (hier kann auch eine Kamera mit verschiedenen Filtern verwendet werden). Dementsprechend kann die Datenverrechnung/Bildanalyse einerseits eine Verrechnung innerhalb eines Bildes (z. B. zur Wurzelerkennung oder Bereichscharakterisierung der Feuchte), aber auch Verrechnungen zwischen unterschiedlichen Bildern betreffen.there It is both beneficial, taking pictures in the NIR and visual field to make (with multiple cameras may be necessary), as well as several shots in the NIR range with different wavelength ranges (here you can also use a camera with different filters). Accordingly, the data billing / image analysis on the one hand a calculation within an image (eg for root recognition or Area characterization of the humidity), but also allocations between different pictures.
Vorteilhafterweise werden mit der Kamera Aufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen gemacht, indem das Gefäß relativ zur Kamera oder die Kamera relativ zum Gefäß bewegt wird. Dadurch sind Aufnahmen von verschiedenen Seiten möglich oder die Untersuchung der Fläche kann mit höherer Auflösung mit Flächen oder Zeilenkameras abgebildet werden. Um einen höheren Durchsatz zu ermöglichen, kann das Verfahren teilweise oder vollständig automatisiert werden.advantageously, become with the camera shots from different directions made by the vessel relative to the camera or the camera is moved relative to the vessel. This is shooting possible from different sides or the examination of the area can with higher resolution with surfaces or line scan cameras. To enable higher throughput the process can be partially or fully automated.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Taktzeiten pro Pflanze unter 2 Minuten liegen.Especially it is advantageous if the cycle times per plant below 2 minutes.
In vorteilhafter Weise wird der Boden so eingefüllt, dass er gesiebt wird oder verdichtet wird, so dass später keine relevanten Setzungs- und Schrumpfungsvorgänge mehr stattfinden. Alternativ zum gesiebten Boden können auch gestochene Bodenkerne verwendet werden, die dann mit Schrumpffolie umwickelt werden können, um die Randgängigkeit von Wasser und Luft zu minimieren. Zur Gewährleistung einer dosierten Bewässerung ist es vorteilhaft, den Boden nur 5 cm bis 10 cm unter die Gefäßoberkante einzufüllen.In Advantageously, the soil is filled so that it is sieved or is compressed, so later no relevant settlement and shrinkage processes take place. Alternative to sieved soil can also punched soil cores are used, which are then shrink-wrapped can be wrapped about the marginality to minimize water and air. To ensure a metered irrigation It is advantageous to cover the ground only 5 cm to 10 cm below the top of the vessel fill.
Ein Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Messung des Wurzelwachstums ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.One embodiment a measuring device for measuring the root growth is shown in the drawing and will be explained in more detail below.
Es zeigtIt shows
Die
Messvorrichtung besteht aus Nahinfrarotstrahlern
In
der Verwendung wird das Pflanzgefäß
Die
In
der Verwendung wird in das Pflanzgefäß
Das
Hüllrohr
Bei
nicht- und teilautomatisierten Systemen werden die Gefäße
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