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06.12.2009 | 10:38 | Aus der Wissenschaft 

Durstige Pflanzen senden Notrufe

Würzburg - Ob bei Reben im Weinberg oder bei Tomaten im Gewächshaus: Wie gut Pflanzen mit Wasser versorgt sind, stellt eine neuartige Magnetsonde fest, die einfach an die Blätter geklemmt wird.

Eukalyptusbaum
Das Blatt eines Eukalyptusbaums, eingespannt in die neuartige Magnetsonde, die die Wasserversorgung von Pflanzen misst. Entwickelt wurde die Sonde an der Universität Würzburg. (c) Ulrich Zimmermann

Sie verheißt Einsparpotenziale bei der Bewässerung und eine geringere Bodenversalzung. Entwickelt wurde die Sonde von einem Team um Professor Ulrich Zimmermann vom Biozentrum der Universität Würzburg in enger Diskussion mit Privatdozent Dirk Zimmermann und Professor Ernst Bamberg vom Max-Planck-Institut für Biophysik (Frankfurt/Main). Nach zweieinhalb Jahren Arbeit steht die Technik kurz vor der Anwendung.

Mit dem Prototypen der Sonde laufen noch Tests, aber Interessenten aus Landwirtschaft und Gartenbau drängeln sich schon vor Zimmermanns Tür: "Starkes Interesse an unserer Technik gibt es in Israel, Australien und anderen Regionen, in denen Landwirtschaft ohne Bewässerung nicht möglich ist", sagt der Professor.

Spannend dürfte die Sonde auch für den Weinbau in Franken sein - denn angesichts des Klimawandels und immer trockenerer Sommer setzen auch hier bereits Winzer auf eine Bewässerung der Weinberge, um weiterhin sichere und gute Ernten einzufahren.


So funktioniert die Magnetsonde

Die Sonde besteht aus zwei zylinderförmigen Teilen, die etwa so dick wie ein Bleistift und magnetisch sind. Sie werden von oben und unten auf das Pflanzenblatt gesetzt; die Magnetstärke lässt sich durch eine Stellschraube verändern. Das gewährleistet, dass auch zartere Blätter dem Druck der Sonde standhalten.

Einer der Magneten enthält einen druckempfindlichen Chip. Ist das Blatt gut mit Wasser versorgt und dadurch prall, registriert der Chip wenig Druck. Sobald das Blatt Wasser verliert, steigt der Druck. Die gemessenen Werte laufen über ein Kabel zu einem etwa handygroßen Transmitter, der sich zum Beispiel an den Zweigen der Pflanze befestigen lässt. Er funkt die Messwerte zu einer Kontrolleinheit, die die Daten speichert und sie ins Internet einspeist. Entwickelt wurde die telemetrische Datenübertragung ins Internet von der NTBB Systemtechnik GmbH in Zeuthen bei Berlin.

Am Bildschirm in seinem Büro kann Ulrich Zimmermann dann in Echtzeit sehen, wie es um die Wasserversorgung des Olivenbäumchens bestellt ist, das ein Stockwerk tiefer im Labor an der Sonde hängt. Abrufbereit hat er aber auch die Daten je einer Orangen-, Oliven- und Bananen-Plantage in Israel, wo das System derzeit ebenfalls Tests durchläuft.


Schnelle Reaktion auf Wassermangel möglich

Durstige Pflanzen senden ihre Notrufe also direkt an den Menschen - auf den Laptop oder aufs Handy. Landwirte und Gärtner können dann umgehend den Wasserhahn aufdrehen und online sehen, wann die Pflanzen wieder gut versorgt sind. Die Notsignale aus dem Acker lassen sich aber auch für die automatische Regelung von Bewässerungsanlagen nutzen.


Vorteile der Magnetsonde

Mit der Magnetsonde sei erstmals eine kontinuierliche, präzise und hoch empfindliche Messung der Wasserversorgung von Pflanzenblättern auch im Freiland möglich, so Zimmermann. In der Bewässerungstechnik kämen bislang - wenn überhaupt - nur Bodensensoren zum Einsatz, die den Feuchtigkeitsgehalt der Erde bestimmen. "Das spiegelt aber nicht die Verhältnisse in der Pflanze wider", so Zimmermann.

Der Professor nennt weitere Vorteile: Jeder Laie kann die Sonde anbringen, die Blätter erleiden durch sie keinen Schaden. Die Lebensdauer der Sonde beträgt eine Vegetationsperiode; für den Einsatz auf dem Feld oder im Gewächshaus genügen pro Hektar drei bis vier Sonden. Angepeilt sei ein Mess-System, das den Nutzern keine allzu hohen Betriebskosten verursacht. "Bei konsequentem Einsatz sollte sich die Investition im Lauf von zwei Jahren bezahlt machen", so Zimmermann.


Wasserverbrauch und Bodenversalzung nehmen ab

Landwirtschaftliche Betriebe, die sich beim Bewässern nach der Magnetsonde richten, dürften rund 30 Prozent weniger Wasser verbrauchen, prognostiziert der Würzburger Professor.

Für den Freilandanbau in heißen und trockenen Ländern erwartet Zimmermann eine weitere positive Auswirkung: Eine bedarfsgerechte Bewässerung, wie sie mit der Sonde möglich ist, müsste dort der Versalzung der Böden entgegenwirken. Dieser schädliche Effekt kommt zustande, wenn der Boden ständig viel Wasser verdunstet - zurück bleiben die im Wasser gelösten Salze. "Gibt man den Pflanzen aber nur so viel Wasser wie sie aufsaugen können, wird die Verdunstung über den Boden auf ein Minimum reduziert", sagt Zimmermann.


Ministerium unterstützt Firmengründung

Ein gewaltiges Marktpotenzial sieht Zimmermann in der Sonde. Darum haben er und seine Mitstreiter sich zur Gründung einer Firma entschlossen, die als Dienstleistung für Landwirtschaft und Gartenbau die bedarfsgerechte Steuerung der Bewässerung anbietet.

Das Bundeswirtschaftsministerium hat dem Würzburger Gründerteam dafür 100.000 Euro aus dem Förderprogramm EXIST bewilligt. Mit dieser Finanzspritze kann das Team nun den Geschäftsplan erarbeiten und die Firmengründung vorantreiben. Auch die Entwicklung des Prototyps der Magnetsonde hat das Wirtschaftsministerium im Rahmen des Programms PRO-INNO gefördert.


Mitglieder des Gründerteams

Neben Professor Zimmermann gehören dem Gründerteam an: Biologie-Doktorand Simon Rüger, die Biotechnologin Dr. Aihua Zhou und der Unternehmensberater Michael Gallena. Betreut wird das Projekt vom Servicezentrum Forschung und Innovation (SFI) der Universität Würzburg.

ZIM Plant Technology: Dieser Name steht über dem Vorhaben. ZIM ist die Abkürzung für "Zimmermann Irrigation Monitoring". Das heißt: "Überwachung der Bewässerung nach der Methode von Zimmermann". (idw)

Das Blatt eines Eukalyptusbaums, eingespannt in die neuartige Magnetsonde, die die Wasserversorgung von Pflanzen misst. Entwickelt wurde die Sonde an der Universität Würzburg. (Foto: Ulrich Zimmermann)Bild vergrößern
Das Blatt eines Eukalyptusbaums, eingespannt in die neuartige Magnetsonde, die die Wasserversorgung von Pflanzen misst. Entwickelt wurde die Sonde an der Universität Würzburg. (Foto: Ulrich Zimmermann)
Wasserversorgung einer Weinrebe, kontinuierlich gemessen mit der Würzburger Magnetsonde. Jeder Zacken repräsentiert einen Tag. (Grafik: Ulrich Zimmermann)Bild vergrößern
Wasserversorgung einer Weinrebe, kontinuierlich gemessen mit der Würzburger Magnetsonde. Jeder Zacken repräsentiert einen Tag: Ab morgens steigt die Kurve an, weil die Pflanze Wasser verliert, zur Nacht hin fällt die Kurve ab. Die roten Pfeile markieren die Zeitpunkte, an denen die Reben bewässert wurden - in den Tagen danach waren sie deutlich weniger durstig. (Grafik: Ulrich Zimmermann)
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