Process simulation based on plant response (Prosibor) | Entwicklung eines sensorbasierten intelligenten Gewächshaus-Managementsystems - Teilprojekt 1

Für die Produzenten wird die Kommunikation von Nachhaltigkeit immer wichtiger, was sich vor allem durch steigende Anforderungen seitens der Abnehmer äußert. In Zukunft könnte für die Produzenten eine deutlich detailliertere Auskunft über die Art und Menge der eingesetzten Ressourcen notwendig werden. Um die Ressourceneffizienz in der Produktion zu erhöhen, wird ein Gewächshausmanagement-Tool entwickelt, welches den Produktionsprozess simuliert: Process simulation based on plant response (Prosibor).

Hierfür werden standardmäßig erfasste Daten und Beobachtungen um weitere, mittels Sensoren zu erfassende physikalische Informationsgrößen (Lichtintensität im PAR-Bereich, Luftfeuchte im Pflanzenbestand, Wasser- und Energieverbrauch) ergänzt. Zusätzlich werden kontinuierlich pflanzenphysiologische Parameter (Photosynthese- und Transpirationsrate) erfasst und in den Datenpool integriert (Abb. 1).

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Abb. 1: Schema des Projektablaufs

Aufbauend werden neuronale Netze zur Modellbildung verwendet, welche die tatsächlichen Reaktionen des Pflanzenbestands unter verschiedenen Einflussbedingungen (Licht, Temperatur, Luftfeuchte, CO2 etc.) möglichst detailliert abbilden. Damit lassen sich am Computer verschiedene Szenarien (z. B. Pflanzen- und Ertragsentwicklungen) hinsichtlich sich ändernder Lichtverhältnisse durch eine zusätzliche Belichtung oder einer Veränderung der klimatischen Bedingungen (z. B. gezielte Be- oder Entfeuchtung, zielgerechte CO2-Düngung, Temperaturführung) simulieren.

Daneben werden auch Größen zum Wasser- und Energieverbrauch erfasst und in das Modell integriert. Dies ermöglicht neben einer detaillierten Modellierung eine einfache Visualisierung des Ressourcenverbrauchs und der -effizienz, bezogen auf verschiedene funktionelle Einheiten und verschiedener Szenarien, welche das interne Controlling zur Förderung einer ressourceneffizienten Produktion unterstützen. Zudem können die erfassten Daten zum Wasser- und Energieverbrauch als Marketingtool und zur Markttransparenz für die Kommunikation mit anderen Teilnehmern der Wertschöpfungskette (Zulieferer, Abnehmer) genutzt werden.

Hierfür werden bereits vorhandene Umweltzeichen zur Kommunikation produktbezogener Umweltinformationen charakterisiert und hinsichtlich ihrer Anforderungen, der methodischen Umsetzung und der erfolgreichen Kommunikation gegenüber dem Verbraucher (Marketingtool, Markttransparenz) analysiert. Tabelle 1 zeigt anhand einer ersten Umfrage die steigenden Anforderungen und vorhandene Potenziale hinsichtlich einer umweltbezogenen Dokumentation und Kommunikation für Gemüsebaubetriebe mit Unterglasproduktion.

Tab. 1: Auswahl an Umfrageergebnissen aus der Praxis

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Wissenschaftliche Poster

Wittmann, S.; Mempel, H. (2018): Auswirkung einer Mono- und Polychromatischen Belichtung auf den Wuchs und die Photosynthese von Lactuca Sativa. Tagung der Deutschen Gartenbauwissenschaftlichen Gesellschaft. BHGL-Schriftenreihe 33, S.149.

Suhl, J.; Schmidt, U.; Mempel, H.; Akyazi, G.; Dannehl, D. (2018): Entwicklung eines sensorbasierten intelligenten Gewächshaus-Managementsystems. BHGL Schriftenreihe Band 33 - 2018 33, S.151.