Die wesentlichen Einflussgrößen auf den Wasserverbrauch von Pflanzen sind klimatischer Art, die Pflanze selbst und der Wasserhaushalt des Bodens. Als wichtige klimatische Einflussgrößen sind das Sättigungsdefizit der Luft bzw. die Dampfdruckdifferenz zwischen Blatt und Luft und die Einstrahlung zu nennen. Die Einstrahlung beeinflusst das Gewächshausklima und hat eine direkte Wirkung auf die Öffnungs- und Schließbewegung der Stomata. Die Bodenfeuchte ist sowohl im Hinblick auf die Wasseraufnahme der Pflanzen als auch bei einem Anbau im gewachsenem Boden auf eine mögliche Sickerwasserbildung und damit eine Nährstoffauswaschung von Bedeutung. Die im Gewächshausanbau eingesetzten Prozessleitsysteme berücksichtigen die Wechselwirkungen der Einflussfaktoren auf den Wasserumsatz eines Pflanzenbestandes nur bedingt. Einzelne Parameter wie z.B. die Einstrahlungssumme oder das Matrixpotential des Bodens werden zwar zur Steuerung der Bewässerung verwendet, eine Kombination der Einflussfaktoren wie z.B. die Anpassung der Einstrahlungssumme an das Pflanzenwachstum muss bisher vom Anwender vorgenommen werden. Zur Darstellung der Zusammenhänge des Wasserumsatzes eines Pflanzenbestandes im Gewächshausanbau wurde in den experimentellen Untersuchungen der Wasserumsatz in Abhängigkeit der Bodenfeuchte (Matrixpotential), der klimatischen Größen (Einstrahlungssumme, Sättigungsdefizitsumme und Dampfdruckdifferenzsumme) an Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes und Cucumis sativus untersucht. Aufgrund des hohen Bestimmtheitsmaß und niedrigen Variationskoeffizienten sowie der Übertragbarkeit auf verschiedene Bodenarten und Kulturen ist die Matrixpotentialmessung als Führungsgröße für die Bewässerungssteuerung zu verwenden. Da die häufig eingesetzten Tensiometer bzw. Tensioschalter, bauartbedingt Schwächen aufweisen sind diese Sensoren durch übergeordnete Modellrechnungen zu kontrollieren. Dazu ist die Einstrahlungssumme, Sättigungsdefizitsumme und der Gießabstand zu verwenden. Die klimatischen Parameter müssen über entsprechende Modellrechnungen und der Analyse bereits ausgeführter Gießtakte dem Pflanzenwachstum angepasst werden. Nachdem bereits einige Prozessleitsysteme die für die Bewässerung- und Klimasteuerung notwendigen Hardwarekomponenten in ein System integriert haben, muss die Verknüpfung auf Softwareebene realisiert werden. Hierzu müssen die Kontrollstrategien d.h. die Softwareroutinen entsprechend schnell angepasst werden können. Aufgrund der in den letzten Jahren gesteigerten Leistungsfähigkeit bieten sich hierzu Prozessleitsysteme auf PC-Basis an. / The fundamental parameters determining the water consumption of plants are the climate, the plant itself and the soil water supply. The important climatic parameters are the water saturation deficit of the air or more correctly the water vapour pressure difference between leave surface and air, and the solar irradiation. The solar irradiation influences the greenhouse climate and has therefore an immediate effect on the opening and closing of the stomata. The soil humidity is important for both the water absorbtion of a plant and - when cultivating in soil - the possible losses of water and nitrogen into deeper soil layers causing environmental pollution of the ground water. The computer systems used for controlling the irrigation in greenhouses do not take the interactions of the influence coefficients on the water exchange of plants sufficiently into account. Single parameters like the irradiaton sum or the water tension are used for controlling irriagaton, but the combination of different influence factors like the adaption of the irradiation sum to the plant growth must be done by the user so far. Several scientific trials were carried out to describe the water consumption of plants in greenhouses. The water consumption is defined by the water tension of the soil, the irradtiotion sum, the water vapour pressure deficit sum and water vapour pressure difference sum. For the trials the plants Lactuca sativa, Brassica oleracea var. gongylodes and Cucumis sativus were used. The soil water tension measured by tensiometers proved to be the best parameter for controlling irrigation because of the highest stability index and the lowest variation coefficient as well as the transferability of this parameter to different soil types and plants. Because the construction of tensiometers and tensioswitches can cause problems, a superordinated model calculation has to control the sensors. This calculation is based on the parameters irradiation sum, water pressure deficit sum and irrigation intervals. The climatical control parameters must be adapted to the plant growth by using adequate model calculations and the analysis of previous irrigation events After a lot of computer systems for greenhouse process controlling integrated the hardware components necessary for irrigation and climatic control, this has to happen with the software basis as well. A quick update of the Software must be possible. Personal computers can be used because of the improved capacity.

Biotische und abiotische Stressfaktoren mindern die Quantität und die Qualität landwirtschaftlicher Erzeugnisse. Sogar die kontrollierten Wachstumsbedingungen eines Gewächshauses tragen nur bedingt zur Minderung der schädlichen Auswirkungen von suboptimalen Wachstumsfaktoren bei. Die negativen Effekte, die durch die Entstehung suboptimaler Wachstumsbedingungen auftreten können, manifestieren sich oft erst nach geraumer Zeit. Aus diesem Grund ist es wichtig, Maßnahmen zu treffen, die diesen negativen Auswirkungen entgegenwirken und eine nachhaltige Produktion von Obst und Gemüse sichern. Um die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber den zahlreichen Stressfaktoren zu erhöhen, werden sogenannte Pflanzenstärkungsmittel verwendet. Die zahlreichen gärtnerischen Substrate, die bei der Kultivierung von Obst und Gemüse heutzutage unentbehrlich geworden sind, besitzen verschiedene chemische und physikalische Eigenschaften. Diese Eigenschaften unterliegen dem ständigen Einfluss von verschiedenen Faktoren, insbesondere dem Pflanzenwachstum. Anderseits beeinflussen gärtnerische Substrate die Entwicklung der Pflanzen. Die Fähigkeit eines Substrates zur Wasserhaltung, sowie zur Gewährleistung einer optimalen Versorgung mit pflanzlichen Nährstoffen während der kritischen Wachstumsperioden der Pflanzen kann die Produktivität der gärtnerischen Kulturen stark beeinflussen. Dynamische Veränderungen der Substrateigenschaften während des Pflanzenwachstums und Änderungen in physiologischen Reaktionen der gärtnerischen Pflanzen können als System betrachtet werden, und als System können sie, zwecks Optimierung der pflanzlichen Systeme, beeinflusst werden. Diese Einflussnahme kann durch Verwendung von Pflanzenstärkungsmitteln verschiedener Herkunft erreicht werden. In der Fachliteratur wird häufig über Pflanzenstärkungsmittel diskutiert. Dabei wird sehr oft außer Acht gelassen, dass jedes Pflanzenstärkungsmittel ein eigenes Wirkungsspektrum besitzt. Die Breite des Wirkungsspektrums eines Pflanzenstärkungsmittels ist begrenzt, weshalb die positiven Effekte des verwendeten Mittels häufig geringer ausfallen können als erwartet. Die Arbeitshypothese dieser Arbeit belegt, dass durch die Kombination verschiedener bioaktiver Stoffe mit Pflanzenstärkungsmitteln dieses Wirkungsspektrum erweitert werden kann. Aus diesen Zusammenhängen leitet sich das Interesse an Kombinationen verschiedener Pflanzenstärkungsmittel sowie anderer bioaktiver Stoffe ab. Diese Arbeit untersucht die biologischen Effekte verschiedener Kombinationen von bioaktiven Stoffen und Pflanzenstärkungsmitteln zur Stabilisierung pflanzlicher Systeme. Als bioaktive Stoffe werden in dieser Arbeit Laktate und Humate bezeichnet, wobei Mikroorganismen als Pflanzenstärkungsmittel eingesetzt wurden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass ein kombinierter Einsatz von Mikroorganismen, Humaten und Laktaten zum Einen zum Erhalt der chemischen und physikalischen Eigenschaften gärtnerischer Substrate, zum Anderen zur Stabilisierung der Pflanzen gegenüber suboptimalen Wachstumsfaktoren beiträgt. Die Anwendung der Kombination von allen drei Komponenten auf Versuchsvarianten mit Gewächshausgurken als Modellpflanze zeigte, dass die Pflanzenproduktivität bei diesen Varianten am höchsten war. Die physiologischen Reaktionen der Gurkenpflanzen im Versuch mit modellierten Stressfaktoren wurden durch Chlorophyllfluoreszenz ermittelt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Pflanzen, die mit allen drei Komponenten behandelt wurden, gegenüber suboptimalen Wachstumsbedingungen resistent sind. Die Resultate dieser Arbeit wurden in einem gärtnerischen Unternehmen approbiert. / Biotic and abiotic stress factors reduce the quality and quantity of the horticultural produce. Even controlled growing conditions of a greenhouse can not reduce all the negative influences of the suboptimal growing factors. The negative effects caused by the suboptimal growing factors manifest themselves only after substantial period of time. That is why it is important to take steps that counter these negative effects and enable sustainable production of fruits and vegetables. To improve the resistance of the plants against different stress factors, the plant strengtheners are applied. The horticultural substrates, which are used for cultivation of the fruits and vegetables, have become unalienable and possess the range of different physical and chemical properties. These properties are subjected to constant influence of different biotic and abiotic factors; especially those resulted from the plant growth itself. On the other hand, the substrates influence the growth of the horticultural plants. The water holding capacity of the substrate and its capacity to provide plants with nutrient elements during the critical vegetation periods can influence the productivity of the plant system. Dynamic changes of the substrate properties during the plant growth and changes in physiological reactions of horticultural plants can be viewed as a system, and as the system it can be influenced for the purposes of its optimization. This influence can be achieved by application of different plant strengtheners of different origin. The role of the plant strengthening agents is being discussed in the literature. The missing point in the discussion however is the fact that the plant strengtheners have their own activity spectrum. The activity spectrum of the bioactive substance is limited and expected positive effects of its application can be lesser that expected. The hypothesis of the thesis is based on the premise that combination of the different bioactive substances and plant strengthening agents can increase the activity spectrum. These interrelations cause an interest on combinations of different plant strengtheners and others bioactive substances. This thesis investigates biological effects different combinations of bioactive substances and plant strengtheners with an aim to stabilize plant systems. In this work, lactates and humates are described as bioactive compounds, whereas microorganisms are perceived as plant strengtheners. The results of this work show that the combined application of microorganisms, humates and lactates sustain chemical and physical properties of the horticultural substrates and at the same time stabilize plant systems under the suboptimal growing factors. The experiment variants with greenhouse cucumbers as a model plant treated with all three components showed the highest productivity. Physiological reactions of the cucumber plants were investigated through measurement of the chlorophyll fluorescence of the cucumber leaves in the experiments with modeled suboptimal growing factors. The results showed that the plants treated with a combination of humates lactates and microorganism were more resistant to suboptimal growing conditions than the plants on variants without treatment. The results of this work were approbated at a horticultural enterprise.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Lichtbedingungen auf den Ertrag und die nutritive Qualität der Versuchspflanze Persicaria odorata untersucht. Die Experimente wurden unter praxisnahen Bedingungen im Gewächshaus (Sonnenlicht) und Klimakammern (Dreiband-Leuchtstoffröhren) unter Berücksichtigung eines breiten Inhaltsstoffspektrums, mehreren Versuchsreihen, Lichtmodifizierungen anhand von Zusatzbestrahlungen mit LEDs und Überdeckungen mit photoselektiven Folien sowie dem Anwenden verschiedener statistischer Auswertungsverfahren durchgeführt. Die Tageslichtsumme beeinflusste das Pflanzenwachstum positiv. Beispielsweise wurde die Frischmasse bei einem Anstieg der Tageslichtsumme um 1% mit gleichbleibender spektralen Lichtzusammensetzung um 0,96% (Gewächshaus) bzw. 0,64% (Klimakammer) erhöht. Versuche mit monochromatischen LEDs zeigten, dass spektralbereichsabhängige Erhöhungen der Tageslichtsumme die Biomassesteigerungen verstärkten. Den deutlichsten Effekt im Hinblick auf die Frischmassebildung hatte das kurzwellige Blaulicht (443 nm). Bezüglich der Inhaltsstoffe zeigte insbesondere das kurzwellige Grünlicht (515 nm) einen positiven Effekt. Dieser Spektralbereich wird jedoch durch die traditionell in Gewächshäusern eingesetzten Natriumhochdrucklampen kaum emittiert. Auch sind die bisher häufig eingesetzten Bestrahlungen mit Blau- und Rotlicht in kontrollierten Anbausystemen zwar wichtig für den Aufbau von Biomasse, jedoch nicht optimal im Hinblick auf den Nährwert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Belichtung im Gartenbau sorgfältig ausgewählt werden sollte, jedoch während strahlungsschwachen Monaten eine effektive Möglichkeit ist, den Ertrag und die nutritive Qualität von P. odorata deutlich erhöhten. Durch Modifikationen der Lichtbedingungen ist es möglich den Ertrag und Nährwert pflanzlicher Erzeugnisse zu steigern und dadurch die Versorgungslage mit gesundheitsfördernden bzw. essentiellen pflanzlichen Inhaltsstoffen zu verbessern. / This thesis examined the impact of light conditions on the nutritive quality of the test plant Persicaria odorata. Experiments took place in a greenhouse (sunlight) and climate chamber (fluorescent tube) and under consideration of a wide range of nutritive compounds, several test series, different light modifications and the use of various statistically evaluation procedures. This thesis demonstrates that varying light conditions increase nutritive value and yield under realistic conditions. Increasing the day light integral by 1% improved the fresh mass of 0,96% (greenhouse) and 0,64% (climate chamber). Experiments with monochromatic LEDs proved a high increase of biomass by spectral range dependent enhancements of the day light integral. For example, in the greenhouse, fresh mass was mostly affected by short wave blue radiation (443 nm). Additionally, the day light integral influenced the accumulation of nutrients. Higher contents of polyphenols and flavonoids in the climate chamber and the reactions on additional monochromatic LEDs proved again that it is more effective to increase day light integral by a specific enhancement of certain spectral ranges. The highest increases were achieved by supplementing spectral ranges that are not included in the emission spectrum of commonly used high pressure sodium lamps. Results also indicate that controlled agriculture’s frequently used lighting systems which emit blue and red light can improve plant growth, but it is not optimal regarding the nutritive quality. Adding short wave green light (515 nm) could increase biomass and improve the nutritive quality considerably. This thesis demonstrates that additional lighting in horticulture is an effective method to improve yield and nutritive quality of herbal vegetables in light deprived northern regions. By altering the emission spectrum of traditional artificial lighting systems, it is possible to increase yield and simultaneously improve the nutritive value of vegetables.

Moderne Präzisionsgartenbaulicheproduktion schließt hoch technifizierte Gewächshäuser, deren Einsatz in großem Maße von der Qualität der Sensorik- und Regelungstechnik abhängt, mit ein. Zu den Regelungsstrategien gehören unter anderem Methoden der Künstlichen Intelligenz, wie z.B. Künstliche Neuronale Netze (KNN, aus dem Englischen). Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Eignung KNN-basierter Modelle als Bauelemente von Klimaregelungstrategien in Gewächshäusern. Es werden zwei Modelle vorgestellt: Ein Modell zur kurzzeitigen Voraussage des Gewächshausklimas (Lufttemperatur und relative Feuchtigkeit, in Minuten-Zeiträumen), und Modell zur Einschätzung von phytometrischen Signalen (Blatttemperatur, Transpirationsrate und Photosyntheserate). Eine Datenbank, die drei Kulturjahre umfasste (Kultur: Tomato), wurde zur Modellbildung bzw. -test benutzt. Es wurde festgestellt, dass die ANN-basierte Modelle sehr stark auf die Auswahl der Metaparameter und Netzarchitektur reagieren, und dass sie auch mit derselben Architektur verschiedene Kalkulationsergebnisse liefern können. Nichtsdestotrotz, hat sich diese Art von Modellen als geeignet zur Einschätzung komplexer Pflanzensignalen sowie zur Mikroklimavoraussage erwiesen. Zwei zusätzliche Möglichkeiten zur Erstellung von komplexen Simulationen sind in der Arbeit enthalten, und zwar zur Klimavoraussage in längerer Perioden und zur Voraussage der Photosyntheserate. Die Arbeit kommt zum Ergebnis, dass die Verwendung von KNN-Modellen für neue Gewächshaussteuerungstrategien geeignet ist, da sie robust sind und mit der Systemskomplexität gut zurechtkommen. Allerdings muss beachtet werden, dass Probleme und Schwierigkeiten auftreten können. Diese Arbeit weist auf die Relevanz der Netzarchitektur, die erforderlichen großen Datenmengen zur Modellbildung und Probleme mit verschiedenen Zeitkonstanten im Gewächshaus hin. / One facet of the current developments in precision horticulture is the highly technified production under cover. The intensive production in modern greenhouses heavily relies on instrumentation and control techniques to automate many tasks. Among these techniques are control strategies, which can also include some methods developed within the field of Artificial Intelligence. This document presents research on Artificial Neural Networks (ANN), a technique derived from Artificial Intelligence, and aims to shed light on their applicability in greenhouse vegetable production. In particular, this work focuses on the suitability of ANN-based models for greenhouse environmental control. To this end, two models were built: A short-term climate prediction model (air temperature and relative humidity in time scale of minutes), and a model of the plant response to the climate, the latter regarding phytometric measurements of leaf temperature, transpiration rate and photosynthesis rate. A dataset comprising three years of tomato cultivation was used to build and test the models. It was found that this kind of models is very sensitive to the fine-tuning of the metaparameters and that they can produce different results even with the same architecture. Nevertheless, it was shown that ANN are useful to simulate complex biological signals and to estimate future microclimate trends. Furthermore, two connection schemes are proposed to assemble several models in order to generate more complex simulations, like long-term prediction chains and photosynthesis forecasts. It was concluded that ANN could be used in greenhouse automation systems as part of the control strategy, as they are robust and can cope with the complexity of the system. However, a number of problems and difficulties are pointed out, including the importance of the architecture, the need for large datasets to build the models and problems arising from different time constants in the whole greenhouse system.