Nutzung der Nah-Infrarotspektroskopie zur Qualitätssicherung bei der Produktion von Zierpflanzenstecklingen (NIRS II)

Die Qualität von Zierpflanzenstecklingen ist stark vom Stickstoff(N)- und Kohlenhydrat(KH)-Status der Stecklinge abhängig. So führt bei vielen Zierpflanzenkulturen bereits ein leichter Stickstoffmangel, der visuell noch nicht erkennbar ist, zu einer messbaren Verzögerung der Bewurzelung. Ausreichende Kohlenhydratreserven, insbesondere Zucker, sind wichtig für die Überlebensfähigkeit der Stecklinge. Zu geringe Reserven haben unter ungünstigen Bewurzelungsbedingungen, z. B. bei einer geringen Einstrahlung im Winter, Blattvergilbungen und erhöhte Ausfallraten zur Folge. Im Rahmen eines im Herbst 2012 abgeschlossenen Forschungsprojektes (NIRS I) konnte gezeigt werden, dass der Stickstoff- und Kohlenhydratstatus von Zierpflanzenstecklingen mittels Nah-Infrarot-Spektroskopie ohne Probenvorbereitung schnell, einfach und kostengünstig bestimmt werden kann und darauf aufbauend eine Qualitätsbeurteilung möglich ist.
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Abb. 1: Ermittlung der Anzahl Wurzeln eines Stecklings

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Abb. 2: Durchführung der Messung

Folgeprojekt NIRS II

Ziel des Anschlussprojektes war die Implementierung der NIRS in die Qualitätssicherungssysteme von Jungpflanzenbetrieben sowie die Optimierung und Erweiterung der bestehenden Kalibrationsmodelle.

Im ersten Projektabschnitt wurden die bisherigen Kalibrationsmodelle auf ein günstigeres und robusteres Spektrometersystem (Corona Extreme, Fa. Zeiss) transferiert (Abb. 3). Dieses ist besser für den Einsatz unter Praxisbedingungen an den Südstandorten der Jungpflanzenbetriebe geeignet als das an der HSWT verwendete Laborspektrometer (Corona 1.7 NIR, Fa. Zeiss). Gleichzeitig wurden die bestehenden Kalibriermodelle auf weitere wirtschaftlich bedeutsame Zierpflanzenkulturen ausgeweitet (Abb. 3). Neben stehend und hängend wachsenden Pelargononien, Chrysanthemen, Neu-Guinea Impatiens, Osteospermum und Poinsettien wurden noch Interspezifische Pelargonienhybriden sowie Surfinia-Petunien in die Kalibriermodelle implementiert.

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Abb. 3: Validierungsdaten für die Summe der organischen N-Fraktionen; aufgeteilt nach dem Spektrometertyp (Corona 1.7 NIR: grüne und blaue Symbole, Corona Extreme (verschiedene Geräte): rote Rauten) sowie beim Corona 1.7 NIR zusätzlich nach den Kulturen (grüne Symbole: C = Chrysanthemen, Z = Pelargonien Zonale-Hybriden, P = Pelargonien Peltatum-Hybriden, E = Poinsettien, I = Impatiens Neu Guinea; blaue Symbole: S = Surfinia-Petunien, X = Pelargonien Interspezifische-Hybriden)

Nachdem der Kalibrationstransfer abgeschlossen war, wurden von den beiden Wirtschaftspartnern – den Jungpflanzenbetrieben Endisch und Kientzler – entsprechende Geräte beschafft und im Rahmen des zweiten Projektabschnitts in die Qualitätssicherungssysteme von Mutterpflanzenbetrieben in Ägypten bzw. Costa Rica integriert. An der HSWT wurde hierfür unter anderem eine Qualitätsregelkarte entwickelt, wie sie bei vielen Laboranalyseverfahren Standard ist. Die Regelkarte beruht auf der regelmäßigen Messung von speziellen Kunststoffscheiben als Kontrollproben. Die aufgezeichneten Spektren werden anschließend mit eigens entwickelten Kalibriermodellen ausgewertet, die unterschiedlichste Mess- und Gerätefehler zuverlässig anzeigen (Abb. 4).

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Abb. 4: Regelkarten mit Sollwerten (Soll) sowie den oberen bzw. unteren Warn- und Eingriffsgrenzen (OWG, UWG, OEG, UEG) mit den Messwerten für die Spektren der Kontrollprobe (Original) über die gesamte Erntesaison 2016 sowie für diese Spektren nach der mathematischen Modellierung von Gerätestörungen bzw. Messfehlern (Höhe = falsche Höhe der Messebene, Referenz = falsche Referenzierung)

Parallel zur Etablierung der NIR-Spektroskopie in den Jungpflanzenbetrieben erfolgten in einem weiteren Teilprojekt am Institut für Gemüse und Zierpflanzen (IGZ) in Erfurt tiefergehende Untersuchungen zur Veränderung metabolischer Stickstoff- und Kohlenhydratpools in der Nacherntephase und deren Auswirkungen auf die Stecklingsqualität. Diese Arbeiten dienen als wesentliche Grundlage zur Beurteilung der mittels NIRS gemessenen Werte.
Nach dem erfolgreichen Abschluss des Projektes erfolgt derzeit die Etablierung in der gärtnerischen Praxis. Neben den beiden Projektpartnern haben weitere Jungpflanzenproduzenten Interesse an der Technologie angemeldet. Aktuell wird gemeinsam mit der VDLUFA NIRS GmbH ein System zur serverbasierten NIRS-Analyse aufgebaut und es erfolgt die Inbetriebnahme von weiteren NIR-Spektrometern an Südstandorten in Afrika. Mittelfristig soll unter dem Dach der VDLUFA NIRS GmbH unter Mitwirkung der HSWT ein Netzwerk für die NIR-basierte Qualitätssicherung von Zierpflanzenstecklingen etabliert werden.