Virtuele groei bloeit

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.

In het vandaag gepresenteerde boek ‘Functional- structural plant modelling in crop production’ 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.

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 (‘remote sensing’) 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.