Chen Tongqiang, et al. Agrartechnische Verfahren für den Gewächshausanbau. Veröffentlicht in Peking am 6. Januar 2023 um 17:30 Uhr.

Eine gute Kontrolle der elektrischen Leitfähigkeit (EC) und des pH-Werts in der Rhizosphäre ist unerlässlich für hohe Tomatenerträge im erdlosen Anbau in intelligenten Glasgewächshäusern. In diesem Artikel wird die Tomate als Beispielpflanze verwendet. Die optimalen Bereiche für EC und pH-Wert in der Rhizosphäre in verschiedenen Wachstumsstadien werden zusammengefasst, ebenso wie die entsprechenden technischen Maßnahmen zur Kontrolle von Abweichungen. Dies soll als Referenz für die praktische Pflanzenproduktion in herkömmlichen Glasgewächshäusern dienen.

Laut unvollständigen Statistiken hat die Anbaufläche von intelligenten Mehrfeld-Glasgewächshäusern in China 630 hm² erreicht und expandiert weiter. Glasgewächshäuser integrieren verschiedene Anlagen und Geräte und schaffen so optimale Wachstumsbedingungen für Pflanzen. Eine gute Umweltkontrolle, präzise Bewässerung und Düngung, korrekte Anbaumethoden und Pflanzenschutz sind die vier Hauptfaktoren für hohe Erträge und Qualität bei Tomaten. Die präzise Bewässerung dient der Aufrechterhaltung optimaler Werte für elektrische Leitfähigkeit (EC), pH-Wert, Substratwassergehalt und Ionenkonzentration in der Rhizosphäre. Optimale Werte für EC und pH-Wert in der Rhizosphäre fördern die Wurzelentwicklung und die Aufnahme von Wasser und Dünger, was wiederum Voraussetzung für Pflanzenwachstum, Photosynthese, Transpiration und andere Stoffwechselprozesse ist. Daher ist die Aufrechterhaltung eines guten Rhizosphärenmilieus eine notwendige Bedingung für hohe Ernteerträge.

Unkontrollierte Werte von EC und pH-Wert in der Rhizosphäre haben irreversible Auswirkungen auf den Wasserhaushalt, die Wurzelentwicklung, die Nährstoffaufnahme durch die Wurzeln und damit verbundene Nährstoffmängel sowie die Wechselwirkung zwischen Wurzelionenkonzentration, Nährstoffaufnahme und Nährstoffmängeln. Tomaten werden in Gewächshäusern ohne Substrat angebaut. Nach dem Mischen von Wasser und Dünger erfolgt die kombinierte Zufuhr mittels Tropfbewässerung. EC, pH-Wert, Bewässerungshäufigkeit, Zusammensetzung, Rücklaufmenge und Bewässerungsbeginn beeinflussen EC und pH-Wert der Rhizosphäre direkt. Dieser Artikel fasst die optimalen EC- und pH-Werte für die Rhizosphäre in den verschiedenen Wachstumsphasen von Tomaten zusammen, analysiert die Ursachen für Abweichungen und gibt Lösungsansätze. Die Ergebnisse dienen als praktische Referenz für die Produktion in traditionellen Gewächshäusern.

Geeignete Rhizosphären-EC-Werte und pH-Werte in verschiedenen Wachstumsstadien der Tomate

Die elektrische Leitfähigkeit (EC) der Rhizosphäre spiegelt sich hauptsächlich in der Ionenkonzentration der Hauptelemente in der Rhizosphäre wider. Die empirische Berechnungsformel lautet: Die Summe der Anionen- und Kationenladungen wird durch 20 geteilt. Je höher der Wert, desto höher die elektrische Leitfähigkeit der Rhizosphäre. Eine geeignete elektrische Leitfähigkeit der Rhizosphäre gewährleistet eine optimale und gleichmäßige Elementionenkonzentration für das Wurzelsystem.

Im Allgemeinen ist der Wert niedrig (Rhizosphären-EC < 2,0 mS/cm). Aufgrund des Quelldrucks der Wurzelzellen führt dies zu einem erhöhten Wasserbedarf der Wurzeln, wodurch mehr freies Wasser in den Pflanzen vorhanden ist. Dieses überschüssige freie Wasser wird für Blattaustrieb, Zellstreckung und Blattadernwachstum verwendet. Ist der Wert hingegen hoch (Winter-Rhizosphären-EC > 8–10 mS/cm, Sommer-Rhizosphären-EC > 5–7 mS/cm), reicht die Wasseraufnahmekapazität der Wurzeln nicht mehr aus, was zu Wassermangelstress führt. In schweren Fällen welken die Pflanzen (Abbildung 1). Gleichzeitig führt die Konkurrenz zwischen Blättern und Früchten um Wasser zu einem geringeren Wassergehalt der Früchte, was Ertrag und Fruchtqualität beeinträchtigt. Eine moderate Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit (EC) der Rhizosphäre um 0–2 mS/cm wirkt sich positiv auf die Steigerung der Konzentration löslicher Zucker bzw. des Gehalts an löslichen Feststoffen in den Früchten aus und reguliert das Gleichgewicht zwischen vegetativem und reproduktivem Wachstum der Pflanze. Daher streben qualitätsorientierte Kirschtomatenzüchter häufig eine höhere Rhizosphären-EC an. Es zeigte sich, dass der Gehalt an löslichem Zucker in veredelten Gurken unter Brackwasserbewässerung (Zugabe von 3 g/L selbst hergestelltem Brackwasser im Verhältnis NaCl:MgSO₄:CaSO₄ von 2:2:1 zur Nährlösung) signifikant höher war als in der Kontrollgruppe. Die Kirschtomate „Dutch Honey“ zeichnet sich durch eine hohe Rhizosphären-EC (8–10 mS/cm) während der gesamten Produktionsperiode und einen hohen Zuckergehalt in den Früchten aus, erzielt jedoch einen relativ geringen Ertrag (5 kg/m²).

Der pH-Wert der Rhizosphäre (dimensionslos) bezieht sich hauptsächlich auf den pH-Wert der Rhizosphärenlösung. Dieser beeinflusst maßgeblich die Ausfällung und Auflösung der einzelnen Elementionen im Wasser und somit die Effektivität ihrer Aufnahme durch das Wurzelsystem. Für die meisten Elementionen liegt der optimale pH-Bereich zwischen 5,5 und 6,5, um eine normale Aufnahme durch das Wurzelsystem zu gewährleisten. Daher sollte der pH-Wert der Rhizosphäre während der Tomatenpflanzung stets zwischen 5,5 und 6,5 gehalten werden. Tabelle 1 zeigt die Bereiche für die Kontrolle der elektrischen Leitfähigkeit (EC) und des pH-Werts in der Rhizosphäre während verschiedener Wachstumsstadien von großfrüchtigen Tomaten. Bei kleinfrüchtigen Tomaten, wie z. B. Kirschtomaten, ist die elektrische Leitfähigkeit (EC) der Rhizosphäre in den verschiedenen Stadien um 0–1 mS/cm höher als bei großfrüchtigen Tomaten, jedoch werden alle Werte nach dem gleichen Trend angepasst.

Anomale Ursachen und Anpassungsmaßnahmen der Rhizosphären-EC von Tomaten

Die elektrische Leitfähigkeit (EC) der Rhizosphäre bezeichnet die EC der Nährlösung im Wurzelbereich. Beim Anbau von Tomaten in Steinwolle in den Niederlanden wird die Nährlösung mithilfe von Spritzen aus der Steinwolle abgesaugt, wodurch repräsentativere Ergebnisse erzielt werden. Normalerweise entspricht die EC der Rücklauflösung nahezu der EC der Rhizosphäre. Daher wird in China häufig die EC der Rücklauflösung an einem Messpunkt als Rhizosphären-EC verwendet. Der Tagesgang der Rhizosphären-EC steigt in der Regel nach Sonnenaufgang an, sinkt dann zum Zeitpunkt der maximalen Bewässerung und stabilisiert sich, um anschließend wieder langsam anzusteigen (siehe Abbildung 2).

Die Hauptgründe für den hohen Rücklauf-EC-Wert sind eine geringe Rücklaufrate, ein hoher Zulauf-EC-Wert und eine späte Bewässerung. Die Bewässerungsmenge am selben Tag war gering, was auf eine niedrige Rücklaufrate der Flüssigkeit hindeutet. Der Zweck des Rücklaufs der Flüssigkeit besteht darin, das Substrat vollständig zu spülen und sicherzustellen, dass der Rhizosphären-EC-Wert, der Substratwassergehalt und die Ionenkonzentration in der Rhizosphäre im Normbereich liegen. Bei einer geringen Rücklaufrate nimmt das Wurzelsystem mehr Wasser als elementare Ionen auf, was den Anstieg des EC-Werts weiter erklärt. Der hohe Zulauf-EC-Wert führt direkt zu einem hohen Rücklauf-EC-Wert. Als Faustregel gilt, dass der Rücklauf-EC-Wert 0,5–1,5 mS/cm höher ist als der Zulauf-EC-Wert. Die letzte Bewässerung an diesem Tag endete früh, und die Lichtintensität war nach der Bewässerung noch hoch (300–450 W/m²). Aufgrund der durch die Strahlung bedingten Transpiration der Pflanzen nahm das Wurzelsystem weiterhin Wasser auf, der Wassergehalt des Substrats sank, die Ionenkonzentration stieg und somit der Rhizosphären-EC-Wert an. Bei hoher elektrischer Leitfähigkeit (EC) der Rhizosphäre, hoher Strahlungsintensität und niedriger Luftfeuchtigkeit sind die Pflanzen mit Wassermangelstress konfrontiert, der sich schwerwiegend in Form von Welken äußert (Abbildung 1, rechts).

Die niedrige elektrische Leitfähigkeit (EC) in der Rhizosphäre ist hauptsächlich auf die hohe Rücklaufrate der Nährlösung, das späte Ende der Bewässerung und die niedrige EC der Zulauflösung zurückzuführen, was das Problem verschärft. Die hohe Rücklaufrate führt zu einer nahezu vollständigen Annäherung der EC-Werte von Zulauf- und Rücklaufwasser. Bei spätem Bewässerungsende, insbesondere an bewölkten Tagen, in Verbindung mit geringer Lichtintensität und hoher Luftfeuchtigkeit, ist die Transpiration der Pflanzen schwach. Die Absorptionsrate von Elementionen ist höher als die von Wasser, und die Abnahme des Matrixwassergehalts ist geringer als die der Ionenkonzentration in der Lösung. Dies führt zu einer niedrigen EC der Rücklaufflüssigkeit. Da der Quelldruck der Wurzelhaarzellen niedriger ist als das Wasserpotenzial der Nährlösung in der Rhizosphäre, nimmt das Wurzelsystem mehr Wasser auf, wodurch der Wasserhaushalt aus dem Gleichgewicht gerät. Bei schwacher Transpiration scheidet die Pflanze Wasser in Form von Spritzwasser aus (Abbildung 1, links). Bei hohen Nachttemperaturen kommt es zu einem ineffektiven Pflanzenwachstum.

Anpassungsmaßnahmen bei abnormaler Rhizosphären-EC: ① Bei hoher Rückfluss-EC sollte die Zufluss-EC in einem angemessenen Bereich liegen. Im Allgemeinen beträgt die Zufluss-EC von großfruchtigen Tomaten im Sommer 2,5–3,5 mS/cm und im Winter 3,5–4,0 mS/cm. ① Verbessern Sie die Rückflussrate des Gießwassers, insbesondere vor der hochfrequenten Bewässerung mittags, und stellen Sie sicher, dass bei jeder Bewässerung ein Rückfluss erfolgt. Die Rückflussrate korreliert positiv mit der Strahlungsakkumulation. Im Sommer, wenn die Strahlungsintensität über 450 W/m² und die Dauer über 30 Minuten liegt, sollte eine kleine Bewässerungsmenge (50–100 ml/Tropfer) manuell hinzugefügt werden. Idealerweise findet dabei kein Rückfluss statt. ② Niedrige Rückflussraten sind hauptsächlich auf eine hohe Rückflussrate, eine niedrige EC und eine späte letzte Bewässerung zurückzuführen. Die letzte Bewässerung endet in der Regel 2–5 Stunden vor Sonnenuntergang. An bewölkten Tagen und im Winter wird sie früher, an sonnigen Tagen und im Sommer später abgeschlossen. Die Rücklaufmenge des Bewässerungswassers wird anhand der im Freien akkumulierten Strahlung gesteuert. Im Allgemeinen beträgt die Rücklaufmenge weniger als 10 %, wenn die Strahlungsakkumulation unter 500 J/(cm²·d) liegt, und 10–20 %, wenn sie zwischen 500 und 1000 J/(cm²·d) liegt usw.

Anomale Ursachen und Maßnahmen zur Regulierung des pH-Werts in der Tomatenrhizosphäre

Im Allgemeinen beträgt der pH-Wert des Zulaufs 5,5 und der des Sickerwassers unter idealen Bedingungen 5,5–6,5. Faktoren, die den pH-Wert der Rhizosphäre beeinflussen, sind unter anderem die Zusammensetzung, das Kulturmedium, die Sickerwassermenge und die Wasserqualität. Ein niedriger pH-Wert in der Rhizosphäre führt zu Wurzelschäden und starker Auflösung der Steinwollmatrix (siehe Abbildung 3). Ein hoher pH-Wert hingegen verringert die Aufnahme von Mn²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺ und PO₄³⁻, was zu Elementmängeln wie beispielsweise Manganmangel führen kann (siehe Abbildung 4).

Hinsichtlich der Wasserqualität sind Regenwasser und Umkehrosmose-Filterwasser sauer, und der pH-Wert der Mutterlauge liegt üblicherweise zwischen 3 und 4, was zu einem niedrigen pH-Wert der Zulauflauge führt. Kaliumhydroxid und Kaliumhydrogencarbonat werden häufig zur pH-Wert-Einstellung der Zulauflauge eingesetzt. Brunnenwasser und Grundwasser werden aufgrund ihres alkalischen HCO₃⁻-Gehalts oft mit Salpetersäure und Phosphorsäure reguliert. Ein abweichender pH-Wert der Zulauflauge beeinflusst direkt den pH-Wert des Rücklaufs, daher ist ein korrekter pH-Wert der Zulauflauge die Grundlage für die Regulierung. Was das Kultursubstrat betrifft, so ist der pH-Wert der Rücklauflauge nach der Bepflanzung bei Kokoskleie-Substrat nahezu identisch mit dem der Zulauflauge. Ein abweichender pH-Wert der Zulauflauge verursacht aufgrund der guten Puffereigenschaften des Substrats keine kurzfristigen, drastischen Schwankungen des Rhizosphären-pH-Werts. Bei der Kultivierung mit Steinwolle ist der pH-Wert der Rücklauflauge nach der Besiedlung hoch und bleibt lange Zeit konstant.

Anhand ihrer Formel lassen sich Pflanzen, je nach ihrer unterschiedlichen Aufnahmekapazität für Ionen, physiologisch saure und basische Salze unterscheiden. Am Beispiel von NO₃⁻ lässt sich zeigen: Nimmt die Pflanze 1 mol NO₃⁻ auf, setzt das Wurzelsystem 1 mol OH⁻ frei, was zu einem Anstieg des pH-Werts in der Rhizosphäre führt. Nimmt das Wurzelsystem hingegen NH₄⁺ auf, setzt es die gleiche Konzentration an H⁺ frei, was den pH-Wert der Rhizosphäre senkt. Nitrat ist daher ein physiologisch basisches, Ammoniumsalz hingegen ein physiologisch saures Salz. Kaliumsulfat, Calciumammoniumnitrat und Ammoniumsulfat zählen im Allgemeinen zu den physiologisch sauren Düngemitteln, Kaliumnitrat und Calciumnitrat zu den physiologisch basischen, Ammoniumnitrat hingegen zu den neutralen. Der Einfluss der Nährlösungsrückführungsrate auf den pH-Wert der Rhizosphäre zeigt sich hauptsächlich in der Durchspülung der Nährlösung. Ein abnormaler pH-Wert in der Rhizosphäre wird durch eine ungleichmäßige Ionenkonzentration verursacht.

Maßnahmen zur Regulierung des pH-Werts in der Rhizosphäre: ① Zunächst sollte geprüft werden, ob der pH-Wert des Zulaufs im Normbereich liegt. ① Bei Verwendung von carbonatreichem Wasser, wie z. B. Brunnenwasser, stellte der Autor einmal fest, dass der pH-Wert des Zulaufs normal war. Nach Bewässerungsende wurde jedoch ein Anstieg festgestellt. Die Analyse ergab, dass der Anstieg wahrscheinlich auf die Pufferwirkung von HCO₃⁻ zurückzuführen war. Daher wird empfohlen, bei der Bewässerung mit Brunnenwasser Salpetersäure als pH-Regulator einzusetzen. ① Bei Verwendung von Steinwolle als Pflanzsubstrat ist der pH-Wert der Rücklauflösung in der frühen Wachstumsphase oft über längere Zeit erhöht. In diesem Fall sollte der pH-Wert der Zulauflösung auf 5,2–5,5 gesenkt und gleichzeitig die Dosierung der physiologischen Säure erhöht werden. Calciumammoniumnitrat sollte anstelle von Calciumnitrat und Kaliumsulfat anstelle von Kaliumnitrat verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Dosierung von NH4+ 1/10 des Gesamtstickstoffs in der Formel nicht überschreiten sollte. Beträgt die Gesamtstickstoffkonzentration (NO3- + NH4+) im Zulauf beispielsweise 20 mmol/L, so ist die NH4+-Konzentration kleiner als 2 mmol/L, und Kaliumsulfat kann anstelle von Kaliumnitrat verwendet werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die SO4-Konzentration^2-Es wird empfohlen, im Bewässerungszulauf 6–8 mmol/L nicht zu überschreiten; (4) Hinsichtlich der Rücklaufrate der Bewässerungsflüssigkeit sollte die Bewässerungsmenge jedes Mal erhöht und das Substrat ausgespült werden, insbesondere wenn Steinwolle für die Pflanzung verwendet wird, da der pH-Wert der Rhizosphäre nicht schnell genug mit physiologischer Säure eingestellt werden kann. Daher sollte die Bewässerungsmenge erhöht werden, um den pH-Wert der Rhizosphäre so schnell wie möglich in einen angemessenen Bereich zu bringen.

Zusammenfassung

Ein angemessener Bereich an EC- und pH-Werten in der Rhizosphäre ist Voraussetzung für die normale Wasser- und Nährstoffaufnahme durch die Tomatenwurzeln. Abweichende Werte führen zu Nährstoffmangel, einem gestörten Wasserhaushalt (Wassermangelstress/Staunässe), Wurzelschäden (hohe EC- und niedrige pH-Werte) und anderen Problemen. Da sich Pflanzenschäden aufgrund abweichender EC- und pH-Werte in der Rhizosphäre erst verzögert zeigen, bedeutet ein Auftreten des Problems, dass die Abweichungen bereits seit mehreren Tagen bestehen und die Pflanze sich erst nach einiger Zeit erholt. Dies beeinträchtigt Ertrag und Qualität direkt. Daher ist es wichtig, die EC- und pH-Werte der zugeführten und abgeleiteten Nährlösung täglich zu messen.

ENDE

[Zitierte Informationen] Chen Tongqiang, Xu Fengjiao, Ma Tiemin u. a. Methode zur Kontrolle der elektrischen Leitfähigkeit und des pH-Werts der Rhizosphäre bei der erdlosen Tomatenkultur im Gewächshaus [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(31): 17–20.