Was ist ein Chlorophyll-Messgerät?
Ein Chlorophyll-Messgerät ist ein einfaches, zerstörungsfreies Instrument zur Bestimmung der Chlorophyllkonzentration.
In der modernen Landwirtschaft sind die Steigerung der Erträge, der Schutz der Umwelt und die Senkung der Kosten wichtige Aspekte, die eine angemessene Stickstoffdüngung erfordern. Für eine angemessene Stickstoffdüngung ist es notwendig, den Nährstoffstatus der Pflanzen zu kennen.
Chlorophyll ist ein Pigment, das für die Photosynthese der Pflanzen verantwortlich ist und im Allgemeinen mit dem Stickstoffgehalt zunimmt, was zu dunkleren grünen Blättern führt. Daher ist es möglich, den Ernährungszustand von Kulturpflanzen durch Messung der Chlorophyllkonzentration zu bestimmen.
Entwicklungszwecke von Chlorophyll-Messgeräten
Das Chlorophyll-Messgerät wurde im Rahmen des Projekts Soil & Plant Analyzer Development (SPAD) für die Feldbewirtschaftung von Reis (Paddy-Reis) entwickelt.
Es kann für alle Kulturen verwendet werden, solange die Blattbreite mindestens 2 mm beträgt, die Dicke des Blattes dick genug ist, um zwischen den Messabschnitt zu passen, und die Menge des durchgelassenen Lichts ausreichend ist. Es kann eine breite Palette von Pflanzen gemessen werden, darunter Reis und andere Getreidearten, Baumwolle, Gemüse und Obst sowie Zierpflanzen und grüne Bäume.
Aufgrund seiner tragbaren Größe wird es zur Messung lebender Pflanzenblätter direkt auf dem Feld und für das Düngemanagement zur Verbesserung der Qualität und Steigerung der Erträge eingesetzt.
Funktionsweise der Chlorophyll-Messgeräte
Die Spitzenwerte der Lichtabsorption von Chlorophyll liegen im Allgemeinen im blauen Bereich (400-500 nm) und im roten Bereich (600-700 nm), während die Absorptionswellenlängen anderer Pigmente, wie z. B. der Carotinoidpigmente, ebenfalls im blauen Bereich liegen und sich ihre Spitzenwerte überschneiden. Andererseits wird Licht im Infrarotbereich oberhalb von 700 nm von kaum einem Pigment absorbiert.
Auf diese Weise kann der Unterschied in der optischen Dichte gemessen werden, indem die Probe abwechselnd mit Licht im roten Bereich, dessen Spitzenwellenlänge bei etwa 650 nm liegt, und mit Licht im infraroten Bereich, dessen Spitzenwellenlänge bei etwa 940 nm liegt, bestrahlt wird. Die optische Dichte ist ein logarithmischer Wert, der angibt, wie stark das Licht absorbiert und reduziert wird.
Der lichtemittierende Teil des Chlorophyll-Messgeräts enthält zwei Lichtquellen, eine LED mit einer Spitzenwellenlänge im roten Bereich um 650 nm und eine LED im infraroten Bereich um 940 nm, und das durch die Probe übertragene Licht wird durch das lichtempfangende Element in Elektrizität umgewandelt (photoelektrische Umwandlung). Aus dem gemessenen Unterschied in der optischen Dichte wird ein numerischer Wert, der SPAD-Wert, berechnet und angezeigt, der angibt, wie stark das Licht der LEDs im roten Bereich absorbiert wird.
Es wurde bestätigt, dass der SPAD-Wert eine starke lineare Korrelation mit der Chlorophyllkonzentration in der Blattspreite aufweist und daher als Indikator für die Chlorophyllkonzentration in der Probe verwendet werden kann. Der Name SPAD-Wert leitet sich von dem oben erwähnten Soil and Crop Analytical Instrument Development Project (SPAD) ab.
Hinweise zur Verwendung von Chlorophyll-Messgeräten
Das Chlorophyll-Messgerät ist für die Messung der Chlorophyllmenge sehr einfach zu verwenden, aber es gibt eine Grenze für die Größe der Blätter, die gemessen werden können. Wenn die Blattfläche kleiner als 2 mm in der Länge und 3 mm in der Breite ist, können keine Messungen vorgenommen werden. Pflanzen mit dicken Blättern können nicht gemessen werden, da die maximal messbare Blattdicke 1,2 mm beträgt. Darüber hinaus wird empfohlen, Blätter mit vielen Adern an mehreren Stellen zu messen und den Durchschnitt dieser Messungen zu verwenden, da die Werte von Ort zu Ort variieren.
Alternativ zu den Chlorophyll-Messgeräten kann das Chlorophyll mit Hilfe von Chemikalien extrahiert und anschließend mit einem Spektralphotometer gemessen werden. In diesem Fall hängt die Methode von der Lage des zu extrahierenden Chlorophylls ab. Für die Extraktion werden Chemikalien wie Aceton, Methanol und Dimethylformamid verwendet. Wenn die Blätter wie bei der Chlorophyll-Extraktion verwendet werden, wird Dimethylformamid eingesetzt. Für diese Messmethoden werden die Blätter in kleine Stücke gehackt oder gegebenenfalls für eine bestimmte Zeit in den Chemikalien eingeweicht. Daher werden Proben wie Blätter von Bäumen oder Pflanzenkörpern gesammelt und nur für Chlorophyllmessungen verwendet. Im Vergleich zu diesen Methoden kann man daher sagen, dass Chlorophyll-Messgeräte das Chlorophyll auf “zerstörungsfreie” Weise messen.
Anwendungen von Chlorophyll-Messgeräten
Chlorophyll-Messgeräte sind in der Landwirtschaft weit verbreitet. Sie werden verwendet, um den Zeitpunkt der Ernte und der Düngerausbringung zu bestimmen, da Pflanzen, die auf Feldern und Reisfeldern wachsen, direkt gemessen werden können. Chlorophyll-Messgeräte werden beispielsweise zur Bestimmung des Ernährungszustands von Reispflanzen eingesetzt, indem die Korrelation zwischen dem Stickstoffgehalt des Pflanzenkörpers und dem Chlorophyllgehalt genutzt wird. Auf diese Weise können Werte, die bisher nur durch Probenentnahme, Vorbehandlung und Analyse ermittelt werden konnten, nun einfach auf dem Feld bestimmt werden. Neben dem typischen Chlorophyll (Blattgrün) wird auch der Gehalt an β-Carotin gemessen. Reis, der zur Fütterung von Rindern verwendet wird, wird zu einem Zeitpunkt mit hohem Nährwert geerntet und gefüttert, um ein effizientes Mastmanagement zu gewährleisten. Dies ermöglicht einen objektiveren, numerischen Ansatz im Vergleich zu dem, was früher auf individuellem Urteilsvermögen beruhte, wie z. B. der visuellen Beobachtung.