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 Wärmesummeneinheiten berechnet

Jede Kulturpflanze hat eine Basistemperatur: den Wert, unterhalb dessen sie ihre Entwicklung einstellt. Unterhalb dieser Temperatur verlangsamen sich die Wachstumsprozesse der Pflanze fast vollständig, sodass diese Stunden keine GDU beitragen. Für Mais und Sojabohnen wird üblicherweise eine Basistemperatur von 50°F (10 °C) verwendet.

Die meisten Kulturpflanzen haben außerdem eine praktische Obergrenze. Oberhalb von etwa 86°F (30 °C) beschleunigt zusätzliche Wärme die Entwicklung nicht weiter und kann die Pflanze sogar stressen. Dieser Rechner verwendet die modifizierte GDU-Methode (manchmal auch Mais- oder Barger-Methode genannt), bei der die tägliche Höchsttemperatur auf 86°F (30 °C) begrenzt und die tägliche Tiefsttemperatur vor der Mittelwertbildung auf die Basistemperatur angehoben wird. 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 bereits angesammelte Wärme verlieren kann. Da die Tiefsttemperatur zuerst auf die Basistemperatur angehoben wird, kann der Mittelwert nie unter die Basistemperatur fallen. Diese Untergrenze kommt daher nur zum Tragen, wenn eine Basistemperatur über 86°F (30 °C) eingegeben wird.

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.

Durchgerechnetes Beispiel

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.

Dies sind übliche Standardwerte aus Empfehlungen der landwirtschaftlichen Beratungsdienste. Saatgutanbieter veröffentlichen für eine bestimmte Sorte manchmal eine andere Basistemperatur. Wenn ein solcher Wert verfügbar ist, sollte er stattdessen verwendet werden.

Wofür Wärmesummeneinheiten 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.

Geschichte

Die Idee, Temperaturen zu summieren, um Zeitpunkte der Pflanzenentwicklung vorherzusagen, geht auf die 1730er-Jahre zurück. Damals schlug der französische Wissenschaftler René Réaumur vor, dass die Summe der täglichen Temperaturen über einem Schwellenwert verwendet werden könnte, um vorherzusagen, wann eine Pflanze ein bestimmtes Stadium erreicht. In den folgenden zwei Jahrhunderten verfeinerten Forscher das Konzept durch die Einführung kulturpflanzenspezifischer Basistemperaturen. Die von vielen modernen Rechnern verwendete Mais-Wärmeeinheiten-Methode, einschließlich der modifizierten Methode mit einer oberen Temperaturbegrenzung, geht auf eine Arbeit von E. C. Gilmore und J. S. Rogers aus dem Jahr 1958 zurück, in der die Maisreife anhand angesammelter Wärmeeinheiten gemessen wurde.

Häufig gestellte Fragen

Ist eine Wärmesummeneinheit dasselbe wie ein Wärmesummetag? Ja. GDU und GDD bezeichnen dieselbe Messgröße. Je nach Region und Organisation wird der eine oder der andere Begriff bevorzugt, die Berechnung ist jedoch identisch.

Warum begrenzt dieser Rechner die Höchsttemperatur auf 86°F (30 °C)? Oberhalb von ungefähr 86°F (30 °C) ziehen die meisten Kulturpflanzen keinen zusätzlichen Entwicklungsvorteil aus weiterer Wärme und können stattdessen Hitzestress erfahren. Die Begrenzung der Höchsttemperatur verhindert, dass der Beitrag eines einzelnen sehr heißen Tages zum Pflanzenwachstum überbewertet wird.

Warum unterscheidet sich mein Ergebnis von einem einfachen Mittelwert aus Höchst- und Tiefsttemperatur? 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) abgesenkt. Ein einfacher Mittelwert der unveränderten Höchst- und Tiefsttemperatur stimmt mit diesem Rechner nicht überein, sobald eine Temperatur außerhalb dieses Bereichs liegt.

Welche Basistemperatur sollte ich verwenden? Verwenden Sie 50°F (10 °C) für Mais, Sojabohnen und Sorghum, 32°F (0 °C) für Weizen und 60°F (16 °C) für Baumwolle, sofern ein Saatgutanbieter für eine bestimmte Sorte keinen anderen Wert vorgibt.

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

Kann GDU den Erntezeitpunkt exakt vorhersagen? Nein. Im Vergleich zum Zählen von Kalendertagen grenzt die Methode den wahrscheinlichen Zeitraum deutlich ein, doch Dürre, Überschwemmungen, Nährstoffstress und Sortenunterschiede können den tatsächlichen Zeitpunkt verschieben.

Referenzen

1. Gilmore, E. C., und J. S. Rogers. „Heat Units as a Method of Measuring Maturity in Corn.“ Agronomy Journal, Bd. 50, Nr. 10, 1958, S. 611–615.
2. McMaster, G. S., und W. W. Wilhelm. „Growing Degree-Days: One Equation, Two Interpretations.“ Agricultural and Forest Meteorology, Bd. 87, Nr. 4, 1997, S. 291–300.
3. Baskerville, G. L., und P. Emin. „Rapid Estimation of Heat Accumulation from Maximum and Minimum Temperatures.“ Ecology, Bd. 50, Nr. 3, 1969, S. 514–517.