Starke Winde können Nutzpflanzen umblasen, ein Prozess, der als Unterbringung bezeichnet wird. Dies erschwert die Ernte und kann den Maisertrag um 3–25 % verringern. Während Mais spezialisierte Stützwurzeln hat, die den Stamm verankern und das Lagern verhindern, ist es unklar, inwieweit die Stützwurzeln und das Wurzelsystem aufgrund der großen Anzahl von Faktoren, die beim Lagern eine Rolle spielen, zum Lagerwiderstand beitragen. Eine neu entwickelte Methode zur schnellen Quantifizierung der Wirkung der Stützwurzeln auf die Schaftbewegung bei dynamischer Belastung.

Shaymaa Obayes, Graduate Research Assistant in der Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwesen an der University of Delaware und Kollegen bewerteten eine neuartige Technik zur Messung der Wurzel- und Stängelverschiebung von Mais, der Wind ausgesetzt war, unter Verwendung videobasierter Messungen.

Drei Monate nach dem Pflanzen wurden 4 Pflanzen im mittleren Teil des 60 Fuß mal 30 Fuß großen Grundstücks zum Testen ausgewählt. Diese Pflanzen wurden dann mit einem Hochgeschwindigkeitsventilator Wind ausgesetzt.

Die Verschiebung des Stiels wurde auf mehrere Arten bestimmt:

1. Lösen theoretischer Gleichungen basierend auf der technischen Mechanik durch Darstellung des Biegeverhaltens von Mais als freitragender Balken basierend auf dem Euler-Bernoulli-Balken,
2. Verwenden Sie die obige Gleichung und fügen Sie einen Term für die Stammdrehung hinzu.
3. Einsatz eines auf Physik basierenden Finite-Elemente-Modells, das mit ABAQUS-Software generiert wurde, und
4. Erprobung eines neuartigen Ansatzes unter Verwendung digitaler Bildkorrelationsalgorithmen zur dynamischen Überwachung der Verschiebung.

Um den digitalen Bildkorrelationsansatz anzuwenden, wurden Kameras verwendet, um die zweidimensionale Verschiebung von Zielen zu erfassen, die entlang des Stammes und der Strebenwurzel angebracht sind. Obayes erklärt die Bedeutung dieser neuartigen Technik: „Die Verwendung eines Hochgeschwindigkeitslüfters in Kombination mit der digitalen Bildkorrelation zur berührungslosen Erfassung dynamischer Verformungen ist ein wichtiger Fortschritt, da Forscher damit relativ kleine Verformungen genau überwachen können, ohne die zu zerstören Struktur oder die Komponente. Darüber hinaus können Benutzer Daten mithilfe der videobasierten Bildgebung nachbearbeiten, um Pflanzeneigenschaften nahezu augenblicklich ohne großen Aufwand zu messen. Es war wichtig, die strukturelle Modellierung der Stützwurzeln und des Verhaltens des Wurzelsystems bei dynamischer Belastung wie Wind zu untersuchen, da der Mais auf dem Bauernhof einer dynamischen Belastung ausgesetzt ist.“ Die meisten Forschungen zur Stammmechanik verwenden eine Einzelpunktanwendung statischer Kraft.

Die Autoren fanden eine 90-prozentige Übereinstimmung zwischen dem Finite-Elemente-Modell und digitalen bildbasierten Verschiebungswerten. Die Übereinstimmung mit der theoretischen Gleichung mit Drehung im Stamm und den Werten auf Basis digitaler Bilder im Vergleich zur theoretischen Gleichung ohne Drehung unterstreicht die Bedeutung der Einbeziehung der Drehung in Berechnungen.

Dieser Ansatz kann verwendet werden, um gezielte Zuchtstrategien zu entwickeln, die Pflanzen stärken, um unvorhersehbaren Wettermustern zu widerstehen, und widerstandsfähiger gegen Unterbringung sind.

DER ARTIKEL::

Shaymaa K Obayes, Luke Timber, Monique Head, Erin E Sparks, Bewertung der Klammerwurzelparameter und ihre Auswirkung auf die Steifheit von Mais, in silico Plants, 2022;, diac008, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac008