Anpassung von Pflanzen an den Klimawandel erfahren

Der Klimawandel beeinflusst auch das Wachstum von Pflanzen und die Artenvielfalt im Boden. Um die Auswirkungen konkret erfahrbar zu machen, haben Forscher*innen der TH Köln und der Universität zu Köln (UzK) gemeinsam mit Studierenden eine technische Lösung entwickelt, mit der Experimente durchgeführt und die Ergebnisse mithilfe einer Software visualisiert werden können. Die entwickelte Software ist nach Projektende als Open Educational Resource frei nutzbar und kann zum Beispiel in der Lehre eingesetzt werden.

„Unser gemeinsamer Ansatz war es, die Auswirkungen von Dürren und Überflutungen auf Pflanzenwachstum und Biodiversität anschaulich darzustellen. Durch problemorientiertes Lernen haben wir den Studierenden die Zusammenhänge vermittelt, so dass sie selbst Experimente planen und durchführen konnten. Dazu fand ein interdisziplinärer Austausch zwischen Studierenden aus den Fachbereichen Biologie und Ingenieurwissenschaften statt“, erklärt Prof. Dr. Marcel Bucher vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität zu Köln.

Auf dem gemeinsamen Versuchsstand in einem Gewächshaus der UzK bewässerte ein Roboter, ein sogenannter Farmbot, alle vier Stunden 144 Pflanzentöpfe. Um die richtige Dosierung herauszufinden, wurden die Pflanzen durch zu wenig oder zu viel Wasser unter Stress gesetzt und die Reaktion anschließend dokumentiert. Das Team der TH Köln entwickelte die Sensorik, um die richtige Wassermenge zu bestimmen.

Klimaparameter erfassen und Bewässerung optimieren

„Wir haben vor allem die Temperatur und die Bodenfeuchte erfasst und zusätzlich die Luftfeuchtigkeit und den Luftdruck gemessen. Die Daten wurden dann an Server übertragen, ausgewertet und auf der Plattform grafisch dargestellt“, erklärt Prof. Dr. Uwe Dettmar vom Institut für Nachrichtentechnik der TH Köln. Damit jeder Pflanztopf die richtige Wassermenge erhält, scannt ein am Farmbot installiertes Lesegerät einen Tag zur eindeutigen Zuordnung. „Unser am Roboter angebrachtes Pumpensystem ist in der Lage, Wasser bis auf einen Milliliter genau zu dosieren. So konnten wir die Gießstrategie optimieren“, berichtet Dettmar.

Einbindung ukrainischer Studierender

Parallel zum Aufbau der Plattform wurden praxisorientierte Lernmodule aufgesetzt, in denen die Studierenden eigene Konzepte zur Anpassung von Pflanzen an den Klimawandel entwarfen und Experimente dazu durchführten. Insgesamt wurden vier Versuchsreihen durchgeführt. Dabei wurden auch Studierende aus der Ukraine integriert. „Wir haben bestehende Kontakte zu Lehrenden genutzt, damit Gäste von vier ukrainischen Hochschulen an den Projekten teilnehmen konnten. Der Einsatz von Online-Tools war hilfreich, da junge Männer das angegriffene Land nicht verlassen durften. Immerhin konnten einige von ihnen online an Kursen teilnehmen. Rund zehn Studentinnen haben zeitweise vor Ort in Köln mitgearbeitet“, so Dettmar.

Über das Projekt

Das Forschungsprojekt „InnoBioDiv – Innovationsplattform für Bildung und Forschung zum Einfluss des Klimawandels auf die Wachstumsleistung von Pflanzen und die Biodiversität im Boden“ wurde unter der Leitung von Prof. Dr. Uwe Dettmar vom Institut für Nachrichtentechnik der TH Köln und von Prof. Dr. Marcel Bucher vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität zu Köln durchgeführt. Weiterer Projektpartner war das CEPLAS – Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften, auf dessen Forschungsergebnissen die Experimente aufbauten. Die erprobte Experimentierplattform ist Teil der Innovationsplattform, die ökologische Zusammenhänge aufzeigt sowie Konzepte und Ideen zur Anpassung von Pflanzen und Biotopen an den Klimawandel sammelt. Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz förderte das Vorhaben über zwei Jahre mit insgesamt 200.000 Euro.