20 jun 2007
Onderdeel: Wageningen Universiteit
Nummer: P046
Virtuele rozen, chrysanten of gewassen als tarwe groeien optimaal in
een driedimensionaal computermodel, ontwikkeld door onderzoekers van
Wageningen Universiteit. Het model brengt de wisselwerking tussen
structuur van de planten en de functie in kaart. Daarvan toont het
optimale combinaties zodat een rozenstruik een gelijkmatige productie
van bloemtakken van hoge kwaliteit laat zien of zodat tarweplanten een
optimaal aantal volle aren dragen. De computermodellen voorspellen
zelfs wanneer een plant een concurrerende buurplant ervaart. Op 20
juni presenteren de onderzoekers hierover een boekwerk.
In het boek 'Functional-structural plant modelling in crop productionâ
laten de auteurs zien hoe de ruimtelijke structuur van gewassen en
andere planten bepalend kan zijn voor de opbrengst. Zo denken de
onderzoekers aan rozentelers meer inzicht te bieden in de combinaties
van plantverband, snoeistrategie en oogstregime over het verloop van
de teelt van kasrozen. Door snoei bijvoorbeeld lopen slapende knoppen
uit tot nieuwe takken die de structuur van de plant veranderen. Het
computermodel berekent de invloed daarvan op de bloei en
oogstmogelijkheden. Dit moet leiden tot teelten die de meeste
oogstbare bloemtakken van de beste kwaliteit leveren. Op een
soortgelijke wijze verklaren de computermodellen hoe het aantal halmen
per tarweplant afhangt van de ruimtelijke plantstructuur.
Computertarwe
De modellen houden rekening met de manier waarop zonlicht door het
'bladerdak' van gewassen valt. Daarbij wordt een deel van het licht
verstrooid of valt deels op onderliggende bladeren, reflecteert of
wordt benut in de fotosynthese. Planten 'voelen' daarbij de
aanwezigheid van concurrerende buurplanten. Een actueel voorbeeld van
dit modelonderzoek is de 'registratie' door planten van de verhouding
zichtbaar versus niet-zichtbaar rood licht in zonlicht. Hoe dieper in
de vegetatie hoe meer niet-zichtbaar rood licht er verhoudingsgewijs
overblijft. Het zichtbaar rood licht is dan veelal door de plant
geabsorbeerd. De plant kan die veranderde verhouding bespeuren en
reageert erop. Zo passen granen zoals tarwe op basis van de hoge
concurrentie die zij verwachten hun ontwikkeling aan, bijvoorbeeld
door de aanmaak van minder zijscheuten. Telers kunnen hiermee rekening
houden met plantafstanden en onkruidbeheer (zie illustratie). Het
model is nauwkeuriger en gedetailleerder dan met echte metingen is te
realiseren.
Andere vragen die met de nieuwe functioneel-structurele modellen ofwel
virtuele planten zijn te beantwoorden betreft de wisselwerking tussen
gewassen en onkruiden. Daarbij gaat het om welke vormen van gewas of
onkruid (bladvorm en schaduwvorming, voorkomen van de gehele plant)
ertoe leiden dat de ene soort de andere domineert, zoals in het
tweegevecht tussen maïs en het onkruid melganzevoet.
Andere toepassingen van de modellen zijn interacties tussen plant en
belagers, zoals vraatinsecten en hun roofinsecten. Zo is de grootte
van het slagveld waarop roofinsecten vraatinsecten bejagen afhankelijk
van de ruimtelijke structuur van de planten. Zijn er veel en
gemakkelijk te overbruggen contactpunten tussen planten dan is het
foerageergebied van de predator groter en kan die grotere afstanden
afleggen in de structuur. Ook speelt de ruimtelijke structuur van het
gewas een rol bij in het verspreiden van schimmelsporen of
ziektekiemen, zoals bij phytophthora in aardappelplanten. De structuur
bepaalt de periode waarin het gewas nat blijft. Is het blad nat dan
kunnen schimmelsporen kiemen en de plant infecteren. Tenslotte benut
men de ruimtelijke structuur van planten bij de interpretatie van
waarnemingen op afstand vanuit satellieten en vliegtuigen (âremote
sensingâ) of met instrumenten op de grond. Hiermee kan men de groei
van het gewas beter volgen en zijn maatregelen, bijvoorbeeld
bemesting, af te stemmen op de waargenomen voedingstoestand van het
gewas.
Â
Het modelleren van plantengroei gebeurt reeds sinds de jaren zestig in
Wageningen met computers. De aanvankelijke 'academische speeltjes'
werden in de landbouwkundige wereld met scepsis bejegend: "Van mooie
plaatjes van planten op de computer kun je geen brood bakken". De
combinatie van de ruimtelijke structuur met functies, zoals groei,
leverde functionele-structurele modellen, de virtuele planten, op.
Deze zijn in staat onderzoeksgegevens te genereren die niet met
experimenten zijn te verkrijgen.
Virtuele tarwe (Bijschrift illustratie)
Computer gegenereerd beeld van tarwe. Bovenin het gewas is er naast
veel zichtbaar, ook veel onzichtbaar licht (licht roze). Onderin
blijft er door absorptie van het zichtbare licht relatief veel
onzichtbaar licht over (donker rood). Die verhouding kan de plant met
het pigment phytochroom voelen om er vervolgens op te reageren. Zijn
er veel concurrenten in de buurt dan is het verstandig beperkt te
investeren in zijscheuten, waar immers weinig ruimte, licht en
voedingsstoffen voor beschikbaar is.
Â
Wageningen Universiteit