DE4232281C1 - Determining substance concn. in environment - by measuring effects on plants, to determine pollutant concn. or optimal plant culture conditions - Google Patents

Abstract

Determn. of material concns. in air, water or soil, using living plants, is carried out by (i) selecting two or more plants having widely differing sensitivities wrt. the substance to be determined; (ii) using minimally invasive or non-invasive instrumentation to determines the physico-chemical condition of the plants by measuring one or more of Ki, Ca, Na, Mg, Ca, Li, Cd, nitrate, ammonium, pH and gases such as O2, CO2 or water vapour or by measuring chlorophyll fluorescence, leaf colour or leaf size; and (iii) comparing the values of the same measurement for the different plants in order to determine the substance concns. in air, water or soil and the physiological effects on the plants by calculation based on a previous calibration defining the dependency between the substance concn. and the physico-chemical changes of the plants. Equipment for carrying out the above process is also claimed. USE/ADVANTAGE - Used e.g. in environmental analysis, to determine pollutant concns. in and their effects on biological systems, and in horticulture, agriculture and forestry, to determine optimal living and growth conditions for individual plants or the entire eco-system. Substance concns. and effects can be measured over a much longer time scale than is the case with conventional bio-sensors.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Stoffkonzentrationen in Luft, Wasser oder Boden mit Hilfe lebender Pflanzen sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining Concentrations of substances in air, water or soil with the help living plants and devices for carrying out the Procedure.

Das Verfahren und die Vorrichtungen lassen sich zum Beispiel in der Umweltanalytik zur Bestimmung von Schadstoffkonzen­ trationen bzw. deren Wirkungen auf biologische Systeme ein­ setzen.For example, the method and the devices can be in environmental analysis to determine pollutant concentrations trations and their effects on biological systems put.

Ebenso ist es möglich das Verfahren und die Vorrichtungen im Gartenbau sowie in der Land- und Forstwirtschaft zu nutzen, um mit Hilfe der erfaßten Meßdaten optimale Lebens- und Wachstumsbedingungen für einzelne Pflanzen oder ganze Öko­ syteme einzustellen.It is also possible to use the method and devices in the To use horticulture as well as in agriculture and forestry, in order to optimize living and life with the help of the measured data Growth conditions for individual plants or whole eco adjust systems.

Es ist bekannt, daß Stoffkonzentrationen in Wasser und Luft mit Hilfe von Chemosensoren gemessen werden können (vergl.: F. Oehme: CHEMISCHE SENSOREN, Fried. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1991).It is known that substance concentrations in water and air can be measured with the help of chemical sensors (see: F. Oehme: CHEMICAL SENSORS, Fried. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1991).

Für solche Messungen in Luft werden z. B. Gassensoren verwen­ det, die auf der Basis von chemisch sensitiven MOS- Feldeffekttransistoren oder von Oberflächenwellen- Bauelementen (SAW) arbeiten, und mit denen Gase wie NO₂, CO, CO₂ u. a. nachgewiesen werden können (vergl. H. Lemme: GASSENSOREN FÜR UMWELT- UND PROZESSTECHNIK, Zeitschrift "Elektronik", Nr. 3, S. 67 bis 70, 1991). For such measurements in air z. B. Gas sensors are used which work on the basis of chemically sensitive MOS field effect transistors or surface wave components (SAW), and with which gases such as NO ₂ , CO, CO ₂ and others can be detected (cf. H. Lemme: GASSENSOREN FOR ENVIRONMENTAL AND PROCESS TECHNOLOGY, magazine "Electronics", No. 3, pp. 67 to 70, 1991).

In Flüssigkeiten erlauben Chemosensoren zum Beispiel die Be­ stimmung von Natrium-, Kalium-, Nitrat-, Ammonium- oder Sau­ erstoffkonzentrationen (vergl. F. Oehme, a.a.O.).In liquids, for example, chemical sensors allow the Be mood of sodium, potassium, nitrate, ammonium or sow material concentrations (see F. Oehme, loc. cit.).

Die Tatsache, daß solche Chemosensoren für den Nachweis vie­ ler physiologisch wichtiger Substanzen (z. B. Pestizide) nicht geeignet sind, hat zur Entwicklung von Biosensoren ge­ führt (vergl.: F. Scheller, F. Schubert: BIOSENSOREN, Birk­ häuser Verlag, Basel, Boston, Berlin, 1989).The fact that such chemical sensors for the detection vie physiologically important substances (e.g. pesticides) are not suitable for the development of biosensors leads (see: F. Scheller, F. Schubert: BIOSENSOREN, Birk publisher, Basel, Boston, Berlin, 1989).

Die Biosensoren nutzen Biokomponenten (z. B. Enzyme, Antikör­ per oder Mikroorganismen), die zur molekularen Erkennung von Stoffen dienen. Diese Erkennung erfolgt mit sehr hoher che­ mischer Selektivität und Empfindlichkeit.The biosensors use biocomponents (e.g. enzymes, antibodies per or microorganisms) that are used for the molecular detection of Serve fabrics. This detection takes place with a very high che mixer selectivity and sensitivity.

Es ist auch bekannt, daß Biokomponenten in Sensor- oder Ana­ lysesystemen zur Umweltüberwachung eingesetzt werden. So lassen sich z. B. synchrone Flüssigkeitskulturen coccaler Algen (Grün- und Blaualgen) verwenden, die in Testfermentern mit umweltbelasteter Luft oder Wasser konfrontiert werden. Die sich im Vergleich zu Kontrollkulturen ergebenden Unter­ schiede hinsichtlich Zellwachstum, Zellentwicklung und Zell­ vermehrung werden automatisch gemessen (vergl. DD Patentschrift 142 823).It is also known that biocomponents in sensor or Ana lysis systems are used for environmental monitoring. So z. B. synchronous liquid cultures coccalers Use algae (green and blue algae) in test fermenters be confronted with polluted air or water. The sub in comparison to control cultures differ in cell growth, cell development and cell propagation are measured automatically (see DD Patent Specification 142 823).

Ebenso sind Testorganismen in Reinkultur entwickelt worden, die dazu dienen sollen, eine vorhandene Toxizität der Luft auch unbekannter und niedriger Schadstoffkonzentrationen und ihre Auswirkung nachzuweisen. Hierbei wird so verfahren, daß mit trockenen Konidien bestimmter Pilze eine sterile Filter­ scheibe inokuliert wird, diese dann in einem sterilisierten Papierumschlag unter sterilen Bedingungen eingeschoben und entsprechend den Analysezielen exponiert wird (vergl. DE 38 11 245 A1).Pure organisms have also been developed which are intended to serve for existing air toxicity also unknown and low pollutant concentrations and to demonstrate their impact. The procedure here is that with dry conidia of certain mushrooms a sterile filter disc is inoculated, this then in a sterilized Paper envelope inserted under sterile conditions and is exposed in accordance with the analysis objectives (cf. DE 38 11 245 A1).

Es wurde als Bioindikator zur Überwachung der Wirkung von Schadstoffkombinationen in der Luft auch z. B. die Flechte hypogymnia physodes eingesetzt. Diese Flechte befindet sich in auswechselbaren Einsätzen innerhalb eines tragbaren Gerä­ tes. Über ein eingebautes Gebläse wird der Bioindikator der zu untersuchenden Luft ausgesetzt (vergl. DE 32 09 013 A1).It has been used as a bio-indicator to monitor the effects of Combinations of pollutants in the air, for. B. the lichen  hypogymnia physodes used. This lichen is there in interchangeable inserts within a portable device tes. The bioindicator of the exposed to air to be examined (see. DE 32 09 013 A1).

Darüber hinaus ist bekannt, wie an ganzen Pflanzen oder Pflanzenteilen die unter natürlichen Bedingungen oder auf äußere Einwirkung hin auftretenden biologischen Vorgänge be­ obachtet werden können. Hierfür werden Probenehmer direkt in die Pflanze eingesetzt und die gewonnenen Gase z. B. einem Massenspektrometer zugeführt (vergl. DE 33 03 310 A1).It is also known how on whole plants or Plant parts under natural conditions or on external events occurring biological processes can be taken care of. For this, samplers are directly in the plant used and the gases obtained z. B. one Mass spectrometer supplied (see. DE 33 03 310 A1).

Neben solchen Sensor- bzw. Analysesystemen sind auch Sen­ sor/Aktor-Systeme bekannt, die dazu dienen, den landwirt­ schaftlich genutzten Boden in Abhängigkeit von den Bodeneigenschaften mit Chemikalien zu beschicken. Zu diesem Zweck wird ein Chemosensor zur Bestimmung von Stoffkonzen­ trationen im Boden verwendet. In Abhängigkeit von den erfaß­ ten Meßwerten können Düngemittel oder andere Chemikalien dem Boden zugeführt werden (vergl. EP 0370 593 A2).In addition to such sensor and analysis systems, Sen sor / actuator systems known to serve the farmer used land depending on the To load soil properties with chemicals. To this The purpose is a chemical sensor for determining substance concentrations trations used in the ground. Depending on the captured Measured values can fertilizers or other chemicals Soil are fed (see. EP 0370 593 A2).

Nachteilig ist bei den weiter oben beschriebenen Biosensoren und Bioindikatoren, daß die Lebensdauer der Biokomponenten und damit die Einsatzfähigkeit der Sensoren auf Stunden, Ta­ ge oder sehr wenige Wochen begrenzt ist. Dabei erfaßt ein Biosensor die Konzentrationen einzelner Stoffe. Es ist daher nicht möglich die Wirkungen dieser Stoffe auf höher organisierte Biosysteme zu messen.A disadvantage of the biosensors described above and bioindicators that the life of the biocomponents and thus the operational capability of the sensors in hours, Ta ge or very few weeks. A biosensor detects individual concentrations Fabrics. It is therefore not possible to see the effects of this Measure substances on higher organized biosystems.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren sowie Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, mit de­ ren Hilfe es möglich ist, Konzentrationen von Stoffen sowie deren Wirkungen nachzuweisen, die diese in Luft, Wasser oder Boden enthaltenen Stoffe auf einzelne Pflanzen, Pflanzen­ gruppen sowie Bio- bzw. Ökosysteme ausüben. Dabei sollen das Verfahren und die Vorrichtungen über sehr viel längere Zeiträume einsetzbar sein als dies bei den be­ kannten Biosensoren möglich ist.The invention is therefore based on the object, a Ver drive and to provide devices with de  their help it is possible to find concentrations of substances as well to demonstrate their effects in air, water or Soil contained substances on individual plants, plants exercise groups as well as bio and ecosystems. The method and devices are said to be very can be used for much longer periods than this with the be known biosensors is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 10 gelöst.This object is achieved according to the invention by a method with the features in claim 1 and a device with the features in claim 10 solved.

Die Messung des physiko-chemischen Zustandes der Pflanzen erfolgt zum Beispiel mit Hilfe sehr kleiner Chemosensoren, die als minimalinvasive Sonden z. B. in das Blattgewebe, in den Stamm oder den Wurzelbereich der Pflanze eingebracht werden.Measuring the physico-chemical condition of plants for example with the help of very small chemical sensors, which as minimally invasive probes e.g. B. in the leaf tissue, in introduced the stem or the root area of the plant become.

Hierfür eignen sich z. B. ionenselektive Elektroden zum Nach­ weis von Kalium, Kalzium, Natrium, Magnesium, Zäsium, Lithium, Cadmium, Nitrat, Ammonium, pH-Wert oder anderer Meßgrößen. Solche Elektroden sind bekannt (vergl. Kundeninformation: "Selectophore, Ionophores for Ion-Selek­ tive Elektrodes", der Firma Fluka Feinchemikalien GmbH, Neu- Ulm, 1988).For this, z. B. ion-selective electrodes for after white of potassium, calcium, sodium, magnesium, cesium, Lithium, cadmium, nitrate, ammonium, pH or others Measurands. Such electrodes are known (cf. Customer information: "Selectophore, Ionophores for Ion-Selek tive electrodes ", from Fluka Feinchemialen GmbH, Neu- Ulm, 1988).

Ionenselektive Elektroden dieser Art lassen sich auch in sehr kleinem Maßstab realisieren (vergl. Deutsche Patentanmeldung: Aktenzeichen P 41 15 414.2). Damit sind solche Sensorelemente als minimalinvasives Instrumentarium für Mes­ sungen in oder an lebenden Pflanzen geeignet. Darüber hinaus können aber auch Chemosensoren zur Bestimmung von Konzentrationen der in Pflanzensäften gelösten Gase wie Sauerstoff, Kohlendioxid oder anderer Gase eingesetzt wer­ den.Ion-selective electrodes of this type can also be used in realize on a very small scale (see German Patent application: file number P 41 15 414.2). So there are Sensor elements as minimally invasive instruments for measurement suitable in or on living plants. In addition, chemical sensors can also be used for determination of concentrations of the gases dissolved in plant juices such as  Oxygen, carbon dioxide or other gases used the.

Auch solche Chemosensoren sind bekannt (vergl. F. Oehme: CHEMISCHE SENSOREN, Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesell­ schaft mbH, Braunschweig, 1991) und können auch in miniaturisierter Form eingesetzt werden.Such chemical sensors are also known (see F. Oehme: CHEMICAL SENSORS, Friedr. Vieweg & Sohn publishing company schaft mbH, Braunschweig, 1991) and can also be found in miniaturized form can be used.

Es kann auch die Abgabe bzw. Aufnahme von Wasserdampf, Koh­ lendioxid und Sauerstoff über die Blattoberfläche gemessen werden (vergl. Kundeninformation "Environmental Catalogue, Instrumentation to monitor the environment", ELE Internatio­ nal Ltd, Hertfordshire, England, 1991).The release or absorption of water vapor, Koh Oil dioxide and oxygen measured over the leaf surface (see customer information "Environmental Catalog, Instrumentation to monitor the environment ", ELE Internatio nal Ltd, Hertfordshire, England, 1991).

Ebenso ist es möglich an der Blattoberfläche von Pflanzen die Chlorophyll-Fluoreszenz, die Blattfarbe oder auch die Blattgröße zu messen (vergl. ebenso "Environmental Catalogue").It is also possible on the leaf surface of plants the chlorophyll fluorescence, the leaf color or the To measure sheet size (see also "Environmental Catalog ").

Alle die genannten Meßgrößen lassen Rückschlüsse auf den Stoffwechsel der Pflanzen zu und sind somit geeignet, Ein­ flüsse von Stoffen (z. B. Schad- oder Nährstoffen) auf diese Pflanzen zu erfassen. Da Pflanzen auf Schad- bzw. Nährstoffe sehr unterschiedlich reagieren, lassen Messungen an einer Pflanze keine quantitativen Rückschlüsse auf die Stoffkonzentrationen zu.All of the above-mentioned measurands allow conclusions to be drawn about the Plant metabolism too and are therefore apt flows of substances (e.g. pollutants or nutrients) on them To capture plants. Because plants on pollutants or nutrients vary widely measurements on a plant do not react quantitative conclusions on the substance concentrations.

Darum werden erfindungsgemäß die Messungen der genannten Pa­ rameter an mindestens zwei Pflanzen durchgeführt, die gegen­ über den zu bestimmenden Stoffen unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen. Es ist dabei von besonderer Be­ deutung, nach welchen Kriterien diese Pflanzen ausgesucht werden.Therefore, according to the invention, the measurements of the Pa rameter performed on at least two plants against different over the substances to be determined Have sensitivities. It is of particular importance interpretation according to which criteria these plants are selected become.

So ist es zum Beispiel möglich, die Wirkung oder die Konzen­ tration eines Schadstoffes (z. B. eines Pestizides) zu be­ stimmen, indem die Messungen an zwei Pflanzen gleicher Art erfolgen, von denen eine gegen den nachzuweisenden Stoff re­ sistent ist. So it is possible, for example, the effect or the concessions tration of a pollutant (e.g. a pesticide) agree by taking measurements on two plants of the same species take place, one against the substance to be detected right is assistant.  

Die Messung der Veränderungen, die an den Pflanzen auftreten, können sich auf eine Meßgröße (z. B. Sauerstoff­ konzentration) beschränken, es ist aber auch möglich mehrere Meßgrößen zu bestimmen.Measuring the changes made to the plants occur, can affect a measured variable (e.g. oxygen concentration), but it is also possible to have several To determine measurands.

Der Zusammenhang, der zum Beispiel zwischen der Schadstoff­ konzentration und den an den Pflanzen erfaßten physiko-che­ mischen Veränderungen besteht, wird zuvor experimentell be­ stimmt und zur Kalibrierung der Messung herangezogen. Zur Herabsetzung der Querempfindlichkeit gegenüber Störgrößen können die Messungen auch an einer Gruppe unter­ schiedlicher Pflanzen - einem sogenannten "Mikrokosmos" - er­ folgen. Dies erhöht einerseits die Meßsicherheit und ande­ rerseits die Selektivität bei der Messung.The connection, for example, between the pollutant concentration and the physico-che recorded on the plants mix changes, is previously experimentally be is correct and used to calibrate the measurement. To reduce cross sensitivity to The measurements can also take disturbances on a group different plants - a so-called "microcosm" - he consequences. On the one hand, this increases the measuring certainty and others on the other hand the selectivity in the measurement.

Aus der großen Anzahl der Meßdaten läßt sich der Zusammen­ hang mit der zu bestimmenden oder nachzuweisenden Substanz mit Hilfe bekannter numerischer Methoden und z. B. auch mit bekannten Mustererkennungsverfahren auf experimentellem Wege herstellen.The combination can be obtained from the large number of measurement data hang with the substance to be determined or proven using known numerical methods and z. B. also with known pattern recognition method on an experimental way produce.

Es ist auch möglich, die Messungen an Wasserpflanzen in ste­ hendem oder fließendem bzw. im Meerwasser durchzuführen und so Stoffkonzentrationen und deren Wirkungen auf im Wasser lebende biologische Systeme zu erfassen.It is also possible to take measurements on aquatic plants carried out or flowing or in sea water and so substance concentrations and their effects on in water to capture living biological systems.

Somit stellt die Erfindung ein Verfahren dar, mit deren Hilfe Teile der Biosphäre als stofferkennende Systeme ge­ nutzt und Meßdaten über die Biosphäre gewonnen werden kön­ nen.The invention thus represents a method with the Help parts of the biosphere as substance-recognition systems uses and measurement data on the biosphere can be obtained nen.

Wird dieses Erkennungssystem zu einem vollständigen Regel­ kreis erweitert, so ist es möglich, bei einer erkannten Un­ terversorgung mit Nährstoffen, diese Stoffe automatisch dem Biosystem zuzuführen. This detection system becomes a complete rule circle expanded, so it is possible, when a recognized Un supply with nutrients, these substances automatically To feed the biosystem.  

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß biologische Erkennungssysteme zur selektiven Stofferkennung verwendet werden, deren Lebensdauer erheblich über der Lebensdauer isolierter Bio­ komponenten wie Enzyme oder Antikörper liegt. Darüber hinaus lassen sich nicht nur Konzentrationen von Stoffen sondern auch ihre Wirkungen auf biologische Systeme erfassen.The advantages achieved with the invention exist in particular that biological detection systems for selective substance detection are used, the Life span significantly longer than the life span of isolated bio components such as enzymes or antibodies. Furthermore not only concentrations of substances but also also record their effects on biological systems.

Ein typisches Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 1.A typical exemplary embodiment is shown in FIG. 1.

Hier sind zwei unterschiedliche Pflanzen 1 und 2 darge­ stellt, in deren Blattgewebe mit Hilfe miniaturisierter Che­ mosensoren 3 und 4 die Konzentrationen von z. B. Natrium, Ka­ lium, Magnesium, Nitrat oder Sauerstoff gemessen werden. Es lassen sich aber auch Sensoren für alle anderen (zum Bei­ spiel die weiter oben genannten Stoffe) einsetzen. Sind die Pflanzen in gleicher Weise zum Beispiel einer Schadstoffbe­ lastung ausgesetzt, so reagieren die unterschiedlichen Pflanzen auf diese Belastung unterschiedlich stark mit ihrem Stoffwechsel. Diese unterschiedlichen Stoffwechselvorgänge und deren Produkte werden mit Hilfe der Chemosensoren 1 und 2 erfaßt und einer Signalelektronik 5 zugeführt, mit deren Hilfe aufgrund der zuvor experimentell bestimmten Kalibrierdaten die Schadstoffkonzentration bzw. die physio­ logische Schadstoffwirkung errechnet wird.Here are two different plants 1 and 2 Darge represents, in the leaf tissue with the help of miniaturized Che mosensoren 3 and 4, the concentrations of z. As sodium, potassium, magnesium, nitrate or oxygen can be measured. However, sensors can also be used for all others (for example the substances mentioned above). If the plants are exposed to a pollutant load in the same way, the different plants react differently to this load with their metabolism. These different metabolic processes and their products are detected with the help of chemical sensors 1 and 2 and fed to signal electronics 5 , with the aid of which the pollutant concentration or the physiological pollutant effect is calculated on the basis of the experimentally determined calibration data.

In anderen Ausführungsformen können wie oben beschrieben die Sensoren 3 und 4 auch im Stamm oder im Wurzelbereich angeor­ dnet sein. Ebenso ist es möglich, diese Messungen an einer größeren Gruppe von Pflanzen aber auch an Wasserpflanzen in stehendem oder fließendem bzw. im Meerwasser durchzuführen. Somit kommt der Erfindung auch eine besondere Bedeutung in der Trinkwasseranalytik zu.In other embodiments, as described above, the sensors 3 and 4 can also be arranged in the trunk or in the root area. It is also possible to carry out these measurements on a larger group of plants but also on aquatic plants in standing or flowing or in sea water. The invention is therefore of particular importance in drinking water analysis.

In Fig. 2 ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein vollständiger Regelkreis mit stofferkennenden Pflanzen 1 und 2, Sensoren 3 und 4, einer Signal- und Auswerteelektronik 5 sowie einem Aktorsystem 6 zur Dosierung eines oder mehrerer Stoffe dargestellt. Solche Anordnungen lassen sich zum Bei­ spiel in der Land- oder Forstwirtschaft einsetzen, um z. B. Nähr- oder andere Stoffe dem Biosystem in geregelter Weise zuzuführen.In a further exemplary embodiment, FIG. 2 shows a complete control loop with substance-recognizing plants 1 and 2 , sensors 3 and 4 , signal and evaluation electronics 5 and an actuator system 6 for metering one or more substances. Such arrangements can be used for example in agriculture or forestry to z. B. supply nutrients or other substances to the biosystem in a controlled manner.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung von Stoffkonzentrationen in Luft, Wasser oder Boden mit Hilfe lebender Pflanzen, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens zwei Pflanzen, die so ausgesucht sind, daß ihre Empfindlichkeiten gegenüber dem zu bestimmenden Stoff möglichst unterschiedlich groß sind, mit Hilfe eines minimalinvasiven oder nichtinvasiven Instrumentariums der physiko-chemische Zustand der Pflanzen durch Messungen von min­ destens einem Analyten wie Kalium, Kalzium, Natrium, Magnesium, Zäsium, Lithium, Cadmium, Nitrat, Ammonium, pH-Wert sowie Gasen wie Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasserdampf oder durch Messungen der Chlorophyll-Fluoreszenz oder der Blattfarbe oder der Blattgröße bestimmt wird und daß aus einem Vergleich der Werte derselben Meßgröße bei den verschiedenen Pflanzen die Konzentrationen des zu bestimmenden Stoffes in Luft oder Wasser oder Boden und dessen physiologischen Wirkungen an den Pflanzen rechnerisch auf der Grundlage einer zuvor durchgeführten Kalibrierung, die den Zusammenhang zwischen den zu bestimmenden Stoffkonzentrationen und den an den Pflanzen erfaßten physiko-chemischen Veränderungen erfaßt, bestimmt werden.1. A method for determining substance concentrations in air, water or soil with the help of living plants, characterized in that on at least two plants, which are selected so that their sensitivities to the substance to be determined are as large as possible, with the aid of a minimally invasive or non-invasive instruments the physico-chemical state of the plants by measuring at least one analyte such as potassium, calcium, sodium, magnesium, cesium, lithium, cadmium, nitrate, ammonium, pH value and gases such as oxygen, carbon dioxide or water vapor or by measuring the Chlorophyll fluorescence or leaf color or leaf size is determined and that from a comparison of the values of the same measured variable in the different plants, the concentrations of the substance to be determined in air or water or soil and its physiological effects on the plants are calculated on the basis of a previously carried out Calibr tion, which determines the relationship between the substance concentrations to be determined and the physico-chemical changes recorded on the plants. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung eines Stoffs die Messungen an wenigstens zwei Pflanzen gleicher Art durchgeführt werden, von denen eine oder mehrere gegen diesen Stoff resistent sind.2. The method according to claim 1, characterized in that for determining a The measurements are carried out on at least two plants of the same type, one or more of which are resistant to this substance. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messun­ gen mit Hilfe miniaturisierter Chemosensoren erfolgen, die als minimalinvasive Sonden in das Blattgewebe oder in den Stamm oder den Wurzelbereich der Pflanze eingebracht oder auf deren Oberfläche aufgebracht werden.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the Messun gen with the help of miniaturized chemosensors that function as minimally invasive probes the leaf tissue or in the stem or root area of the plant or are applied to their surface. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die miniatu­ risierten Chemosensoren ionenselektive Elektroden oder Sensoren für gelöste Gase sind.4. Process according to claims 1 to 3, characterized in that the miniatu chemized sensors are ion-selective electrodes or sensors for dissolved gases. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der physiko- chemische Zustand der Pflanzen durch die Messung der abgegebenen oder aufgenommenen Mengen von Sauerstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf oder anderer Gase bestimmt wird.5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the physical chemical state of the plants by measuring the released or ingested Amounts of oxygen, carbon dioxide, water vapor or other gases are determined. 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der physiko-chemische Zustand der Pflanzen durch die Messung der Chlorophyll-Fluo­ reszenz oder der Blattfarbe oder der Blattgröße bestimmt wird. 6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the physico-chemical state of the plants by measuring the chlorophyll fluo resence or leaf color or leaf size is determined.   7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Herabsetzung der Querempfindlichkeit gegenüber Störgrößen die Messun­ gen an Gruppen unterschiedlicher Pflanzen durchgeführt werden.7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized records that in order to reduce the cross-sensitivity to disturbances, the measurements be carried out on groups of different plants. 8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus den Meßdaten mit Hilfe numerischer oder mustererkennender Verfahren die Konzentration und die Wirkung des zu bestimmenden Stoffes ermittelt wird.8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized records that from the measurement data using numerical or pattern-recognizing methods the concentration and the effect of the substance to be determined is determined. 9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit Hilfe des Erkennungssystems aus Pflanzen und Sensoren sowie einer Si­ gnalelektronik ein Regelkreis mit Aktorsystem zur Stoffabgabe gebildet wird.9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized records that with the help of the detection system from plants and sensors and a Si gnalelektronik a control loop with actuator system for substance release is formed. 10. Vorrichtung bestehend aus einem Erkennungssystem aus Pflanzen und Sensoren und einer Signalelektronik, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens zwei unterschiedliche Pflanzen, die dem zu bestimmenden Stoff ausgesetzt sind, und die so ausgesucht sind, daß ihre Empfindlichkeiten gegenüber dem zu bestimmenden Stoff möglichst unterschiedlich groß sind, Sensoren zur Bestimmung von Analyten wie Kalium, Kalzium, Natrium, Magnesium, Zäsium, Lithium, Cadmium, Nitrat, Ammonium, pH- Wert, Gasen wie Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasserdampf, der Chlorophyll- Fluoreszenz, der Blattfarbe oder der Blattgröße eingebracht sind, und die Meßdaten der Sensoren der Signalelektronik zuführbar sind und daß die Signalelektronik so gesteuert ist, daß aus einem Vergleich der Meßwerte der gleichen Sensoren bei den verschiedenen Pflanzen die Konzentration des zu bestimmenden Stoffes in Luft oder Wasser oder Boden und dessen physiologische Wirkung an den Pflanzen rechnerisch auf der Grundlage einer zuvor durchgeführten Kalibrierung, die den Zusammenhang zwischen den zu bestimmenden Stoffkonzentrationen und den an den Pflanzen erfaßten physiko-chemischen Veränderungen erfaßt, bestimmt wird.10. Device consisting of a detection system of plants and sensors and a signal electronics, in particular for performing the method according to at least one of the preceding claims, characterized in that in at least two different plants that are exposed to the substance to be determined, and so selected that their sensitivity to the substance to be determined are as different as possible in size, sensors for determining analytes such as potassium, Calcium, sodium, magnesium, cesium, lithium, cadmium, nitrate, ammonium, pH Value, gases such as oxygen, carbon dioxide or water vapor, the chlorophyll Fluorescence, the leaf color or the leaf size are introduced, and the measurement data of the Sensors of the signal electronics can be fed and that the signal electronics is controlled that from a comparison of the measured values of the same sensors in the different Plant the concentration of the substance to be determined in air or water or soil and its physiological effect on the plants arithmetically on the basis of a previously performed calibration, the relationship between the to be determined Concentrations of substances and the physico-chemical changes recorded on the plants detected, determined. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Erkennungssystems aus Pflanzen und Sensoren sowie einer weiteren Signalelektronik ein Regelkreis mit Aktorsystem zur Stoffabgabe gebildet ist.11. The device according to claim 10, characterized in that with the aid of Detection system from plants and sensors as well as further signal electronics Control loop with actuator system for substance release formed is.