Wachstumsgradeinheiten-Rechner | Verfolgen Sie die Entwicklung von Pflanzen mit WGE

Was ist eine Wärmesummeneinheit?

Eine Wärmesummeneinheit (GDU), auch als Wärmesummetag (GDD) bezeichnet, misst, wie viel Wärme eine Kulturpflanze an einem bestimmten Tag erhalten hat. Landwirte und Agronomen addieren die GDUs vom Aussaattermin über die gesamte Saison, um vorherzusagen, wann eine Kulturpflanze ein Stadium wie Auflaufen, Blüte oder Reife erreicht. Dieser Rechner ermittelt den täglichen GDU-Wert aus der Tageshöchsttemperatur, der Tagestiefsttemperatur und der Basistemperatur der Kulturpflanze.

Das bloße Zählen von Kalendertagen funktioniert nicht besonders gut, weil ein kühler und ein warmer Tag eine Pflanze unterschiedlich stark voranbringen. GDU lösen dieses Problem, indem sie Temperatur in eine fortlaufende Summe der angesammelten Wärme umwandeln.

So werden Wachstumsgradeinheiten berechnet

Jede Kulturpflanze hat eine Basistemperatur: den Wert, unterhalb dessen sie sich nicht mehr entwickelt. Unterhalb dieser Temperatur verlangsamen sich die Wachstumsprozesse der Pflanze auf nahezu null, sodass diese Stunden keine GDU hinzufügen. Die Basistemperatur für Mais beträgt 50°F (10 °C), und Sojabohnenmodelle verwenden üblicherweise denselben Wert.

Viele Kulturpflanzen haben außerdem eine Obergrenze. Bei Mais liegt sie bei etwa 86°F (30 °C); darüber beschleunigt zusätzliche Wärme die Entwicklung nicht weiter, und die Bedingungen werden für die Pflanze belastend. Dieser Rechner verwendet die modifizierte GDU-Methode (manchmal „Mais-Methode“ oder Barger-Methode genannt), bei der Tageshöchstwerte über 86°F (30 °C) auf 86°F (30 °C) und Tagestiefstwerte unter 50°F (10 °C) auf 50°F (10 °C) gesetzt werden, bevor der Mittelwert gebildet wird. Der Rechner wendet dieselbe Anpassung mit jeder eingegebenen Basistemperatur an. Die Formel lautet:

$\text{GDU} = \frac{\text{begrenzt } T_{\text{max}} + \text{begrenzt } T_{\text{min}}}{2} - T_{\text{Basis}}$

Dabei wird jede Temperatur zunächst wie folgt angepasst:

• Liegt eine Temperatur unter der Basistemperatur, wird sie auf die Basistemperatur angehoben.
• Liegt eine Temperatur über 86°F (30 °C), wird sie auf 86°F (30 °C) abgesenkt.
• Andernfalls bleibt sie unverändert.

Ist das Ergebnis der Formel negativ, gibt der Rechner 0 aus, da eine Kulturpflanze keine angesammelte Wärme verlieren kann.

Warum die Temperaturen zuerst angepasst werden

Der Anpassungsschritt ist wichtiger, als es zunächst scheint. Ohne ihn könnte eine sehr kalte Nacht den Tagesmittelwert unter die Basistemperatur ziehen und einen irreführenden negativen oder nahezu null betragenden Wert erzeugen, obwohl die Pflanze während der warmen Tagesstunden normal gewachsen ist. Die Begrenzung der Höchsttemperatur verhindert, dass ungewöhnlich heiße Tage mit mehr Wachstum angerechnet werden, als eine Pflanze tatsächlich nutzen kann. Da beide Anpassungen vor der Mittelwertbildung erfolgen, kann sich das Ergebnis dieses Rechners von einem einfachen, unbegrenzten Mittelwert aus Tageshöchst- und Tagestiefsttemperatur unterscheiden.

Rechenbeispiele

Beispiel 1: Ein heißer Tag mit begrenzter Höchsttemperatur

• Höchsttemperatur: 92°F (33,3 °C)
• Tiefsttemperatur: 68°F (20 °C)
• Basistemperatur: 50°F (10 °C)

Die Höchsttemperatur liegt über 86°F (30 °C) und wird daher begrenzt: 92°F (33,3 °C) wird zu 86°F (30 °C). Die Tiefsttemperatur von 68°F (20 °C) liegt bereits über der Basistemperatur und bleibt daher unverändert.

$\text{Mittelwert} = \frac{86 + 68}{2} = 77°F$

$\text{GDU} = 77 - 50 = 27.00$

Beispiel 2: Eine kühle Nacht mit angehobener Tiefsttemperatur

• Höchsttemperatur: 65°F (18,3 °C)
• Tiefsttemperatur: 40°F (4,4 °C)
• Basistemperatur: 50°F (10 °C)

Die Höchsttemperatur von 65°F (18,3 °C) liegt zwischen der Basistemperatur und 86°F (30 °C) und bleibt daher unverändert. Die Tiefsttemperatur von 40°F (4,4 °C) liegt unter der Basistemperatur und wird daher auf 50°F (10 °C) angehoben.

$\text{Mittelwert} = \frac{65 + 50}{2} = 57.5°F$

$\text{GDU} = 57.5 - 50 = 7.50$

Beispiel 3: Eine laufende Summe verfolgen

Die GDU-Werte werden über eine Saison hinweg addiert. Die folgende Tabelle verfolgt fünf Tage bei einer Basistemperatur von 50°F (10 °C).

An Tag 3 liegt die Tiefsttemperatur von 45°F (7,22 °C) unter der Basistemperatur und wird vor der Mittelwertbildung auf 50°F (10 °C) angehoben. Daraus ergibt sich (70 + 50) / 2 − 50 = 10,00 GDU. Tag 4 funktioniert genauso: Die Tiefsttemperatur von 40°F (4,4 °C) wird auf 50°F (10 °C) angehoben. Daraus ergibt sich (65 + 50) / 2 − 50 = 7,50 GDU. Nach fünf Tagen hat die Kulturpflanze 77,50 GDU angesammelt.

Basistemperaturen nach Kulturpflanze

Die Basistemperatur hängt von der Herkunft und der Biologie der Kulturpflanze ab. Eine für ein kühles Klima gezüchtete Kulturpflanze verträgt niedrigere Temperaturen als eine für die Tropen gezüchtete.

Diese Werte stammen aus Empfehlungen der landwirtschaftlichen Beratungsdienste. Die Kansas State University nennt untere Temperaturgrenzen von 50°F (10 °C) für Mais, 32°F (0 °C) für Winterweizen, 46°F (7,78 °C) für Sorghum und 60°F (16 °C) für Upland-Baumwolle. Die North Dakota State University verwendet 32°F (0 °C) als Basis für Weizen und für Sojabohnen die Maisgrenzen von 50°F (10 °C) und 86°F. Wärmeeinheiten für Baumwolle werden oft „DD-60s“ genannt, weil sie eine Basistemperatur von 60°F (16 °C) verwenden. Saatgutanbieter veröffentlichen manchmal eine abweichende Basistemperatur für eine bestimmte Sorte; dieser Wert sollte dann stattdessen verwendet werden, sofern verfügbar.

Wofür Wachstumsgradeinheiten verwendet werden

Landwirte verwenden angesammelte GDU-Summen für mehrere praktische Entscheidungen:

• Wachstumsstadien vorhersagen. Saatgutunternehmen veröffentlichen ungefähre GDU-Summen für Meilensteine wie Auflaufen, Rispenschieben oder Reife. So kann ein Anbauer abschätzen, wann ein Stadium erreicht wird, statt dies anhand des Kalenders zu erraten.
• Aussaattermine wählen. Ein Vergleich des gesamten GDU-Bedarfs einer Sorte mit der typischerweise bis zum ersten Herbstfrost angesammelten GDU-Summe zeigt, ob genügend Sicherheitsmarge für eine spätere oder frühere Aussaat vorhanden ist.
• Schädlingskontrollen zeitlich planen. Viele Insektenschädlinge entwickeln sich nach einem eigenen, temperaturgesteuerten Zeitplan. Beratungsdienste veröffentlichen GDU-Schwellenwerte dafür, wann mit der Kontrolle bestimmter Schädlinge begonnen werden sollte.
• Bewässerung und Ernte planen. Da wasserempfindliche Wachstumsstadien wie die Blüte in bekannten GDU-Bereichen auftreten, können Anbauer sie vorhersehen, statt erst danach zu reagieren.

Historie

Die Idee, Tagestemperaturen aufzusummieren, um die Pflanzenentwicklung vorherzusagen, ist viel älter als die moderne Maisforschung. Die Mais-Methode, die heute von vielen Rechnern verwendet wird, wurde erstmals 1958 von E. C. Gilmore und J. S. Rogers erprobt, die sie „Effective Degrees“ nannten. 1969 schlug G. L. Barger dieselbe Methode unter dem Namen „Modified Growing Degree Days“ als Standardformel für Wärmeeinheiten für die US-amerikanische National Oceanic and Atmospheric Administration vor.

Häufig gestellte Fragen

Ist eine Wachstumsgradeinheit dasselbe wie ein Wachstumsgradtag? Ja. GDU und GDD bezeichnen dieselbe Messgröße. Verschiedene Regionen und Organisationen bevorzugen den einen oder den anderen Begriff, die Berechnung ist jedoch identisch.

Warum begrenzt dieser Rechner die Höchsttemperatur auf 86°F? Bei Mais beschleunigt zusätzliche Wärme über etwa 86°F (30 °C) die Entwicklung nicht, und die Pflanze kann stattdessen unter Hitzestress geraten. Durch die Begrenzung der Höchsttemperatur wird verhindert, dass ein einzelner sehr heißer Tag den Beitrag dieses Tages zum Pflanzenwachstum überbewertet.

Warum weicht mein Ergebnis von einem einfachen Mittelwert aus Höchst- und Tiefstwert ab? Dieser Rechner passt jede Temperatur vor der Mittelwertbildung an die Basistemperatur und die Obergrenze von 86°F (30 °C) an. Eine kalte Nacht unterhalb der Basistemperatur wird auf die Basistemperatur angehoben, und ein heißer Tag über 86°F (30 °C) wird auf 86°F (30 °C) gesenkt. Ein einfacher Mittelwert aus den unveränderten Höchst- und Tiefstwerten stimmt nicht mit diesem Rechner überein, sobald eine Temperatur außerhalb dieses Bereichs liegt.

Welche Basistemperatur sollte ich verwenden? Übliche Werte sind 50°F für Mais und Sojabohnen, 46°F (7,78 °C) für Sorghum, 32°F (0 °C) für Weizen und 60°F (16 °C) für Baumwolle. Verwenden Sie stattdessen den Wert eines Saatgutanbieters, wenn er für eine bestimmte Sorte angegeben ist.

Wie verfolge ich die GDU über eine ganze Saison? Berechnen Sie die tägliche GDU für jeden Tag ab der Aussaat oder dem Auflaufen und addieren Sie den Wert jedes Tages zu einer laufenden Summe. Vergleichen Sie die Summe mit den veröffentlichten GDU-Anforderungen für das betreffende Wachstumsstadium.

Kann die GDU die Ernte genau vorhersagen? Nein. Sie grenzt den wahrscheinlichen Zeitraum im Vergleich zum Zählen von Kalendertagen erheblich ein, doch Dürre, Überschwemmung, Nährstoffstress und Sortenunterschiede können den tatsächlichen Termin alle verschieben.

Referenzen

1. North Dakota Agricultural Weather Network (NDAWN), North Dakota State University. Corn Growing Degree Days. NDAWN: Hilfe zu Wachstumsgradtagen für Mais — Basistemperatur für Mais von 50°F (10 °C); Obergrenze von 86°F (30 °C), oberhalb derer die Bedingungen belastend sind.
2. Purdue University Agronomy. Heat Unit Concepts Related to Corn Development. Purdue: Wärmeeinheiten für Mais — die modifizierte GDD-Methode: Höchstwerte über 86°F (30 °C) werden auf 86 gesetzt, Tiefstwerte unter 50°F (10 °C) auf 50; Gilmore und Rogers (1958) sowie Barger (1969).
3. Kansas State University Extension. Understanding Growing Degree Days (MF3740). K-State MF3740 — untere Temperaturgrenzen: Mais 50°F (10 °C), Winterweizen 32°F (0 °C), Sorghum 46°F (7,78 °C), Upland-Baumwolle 60°F (16 °C).
4. North Dakota Agricultural Weather Network (NDAWN). Wheat Growth Stage Prediction Using Growing Degree Days. NDAWN: Hilfe zu Wachstumsgradtagen für Weizen — untere Schwelle von 32°F (0 °C) für Weizen-GDD.
5. North Dakota Agricultural Weather Network (NDAWN). Growing Degree Day Model for North Dakota Soybean. NDAWN: Hilfe zu Wachstumsgradtagen für Sojabohnen — die Standard-Maisschwellen von 50°F (10 °C) und 86°F (30 °C), die für das Sojabohnenmodell verwendet werden.
6. University of Georgia Cooperative Extension. Cotton Growth Monitoring and PGR Management (C 1244). UGA: Wärmeeinheiten für Baumwolle — Wärmeeinheitenmodell für Baumwolle mit einer Basistemperatur von 60°F (16 °C) (DD-60s).