TY - THES A1 - Stollberg, Maren T1 - Vertical planting design: The suitability and microclimatic effect of perennials in a textile living wall system. N2 - Urban green infrastructure has gained significant attention in the context of adaptation to climate change because of its positive effects. One approach to enhancing urban green infrastructure is through the use of Living walls (LW), also known as vertical greenery systems. While considerable knowledge and studies on traditional green facades already exist, there is limited information available on LW. Both green facades and LW are associated with numerous well-documented benefits (e.g., biodiversity and clean air), but these benefits depend on the functionality and vitality of the plants. Our knowledge of plants suitable for LW is limited to only a few climate zones and empirical values that lack confirmed validity. To address this gap, we conducted a three-year experiment using a novel, modular LW system on experimental walls exposed with different exposures. The aim of the research was to develop a textile-based, substrate-free Living Wall, which displays a perennial, attractive and diverse plant image and contributes to cooling. In this experiment, we documented the development of the plants, assessed their suitability, and measured the effect of the plants on the ambient temperature. The experiment took place over three years (2017–2019) in Geisenheim, Germany, which has a temperate oceanic climate and falls under the winter hardiness Zone 8a. For the LW system, we utilized a textile-based mat without soil (1 m²) and selected plants from wet/fresh habitats to enhance evaporative cooling. We maintained frequent irrigation with a nutrient solution, resulting in the mat being consistently overwatered. Based on common designs used in landscape architecture and on the conditions of wet habitats, we created three variants: one which was seeded: “Meadow” and two plant modules: “Cascade” and “Ground Cover”. Together these modules consisted of 34 perennials and geophytes. Additionally, we sowed seed mixtures of over 30 species on the textile mat (Meadow/Seeding). We also included a Control group without plants, in which moss and weeds developed and were partially removed. After a pre-growing period on horizontal greenhouse tables, we placed the green mats vertically on experimental walls facing north, south, east, and west. Four replicates of each variant were randomly installed. We assessed plant development using various methods, including visual evaluation of aesthetics and growth form, height measurements, photographs, analysis of species coverage and visibility, canopy analysis, winter survival rate, biomass measurement, root position, and leaf area. Additionally, we employed temperature sensors and an infrared (IR) camera to measure the temperature effects of the plants on and of the ambient temperature under different setups. Through the experiment, we gained valuable insights into the techniques, cultivation, and maintenance of LW. Overall, we observed differences in plant development depending on the exposure, season, plant variant, and spontaneous vegetation. The tested plants exhibited a special vertical growth form and height. We noticed delayed growth on the north exposure, with complete coverage achieved in the third year. The south exposure showed particularly high growth, while the east and west exhibited similar but slightly lower growth compared to the south. The perennials retained their visual appearance throughout the year, with almost all variants looking attractive from May to September. Until the onset of winter, all variants had an appealing appearance. Unexpectedly, we observed the establishment of moss. Most plants survived the mild winters (2018/2019), although a cold winter (2017/1018) with a late frost resulted in damage and mortality for many plants. We conducted a detailed analysis of the different plant variants, as follows: The Ground cover variant exhibited an attractive appearance and foliage decoration throughout the year. At the east, west, and north exposures, the plants showed an attractive appearance shortly after winter, while on the south wall, it took until May for the species to start regrowing. In particular, Waldsteinia ternata displayed a nice leaf texture and, together with Pachysandra terminalis, was the most visually appealing. Ajuga tenorii ‘Mauro’, Alchemilla caucasica, Glechoma hederacea, and Geum coccineum 'Carlskaer' demonstrated beautiful ornamental effects and flowered during the summer. The Cascade variant showcased its attractiveness during the summer season, as most of the plants became less prominent during the winter. We observed that Tellima grandiflora 'Rubra' and Heuchera Hybrid 'Purple Petticoats' were the most visually appealing in this variant. Hosta sieboldii 'Harry van Trier' exhibited a pleasing ornamental effect and flowered during the summer. The ferns exhibited delayed growth but gradually developed a nice leaf texture. Self-settled moss complemented the planting, covering the entire mat. In the Meadow / Seeding variant, we observed increasing growth in height and vegetation coverage that extended from April to October. Initially, we sowed 32 different plant species, but only 10 were able to establish and become visible. These included Galium (album and palustre), Lycopus europaeus s. str., Stachys palustris, Anthoxanthum odoratum s. str., Festuca spp., and Poa spp. It is important to follow maintenance steps for the Meadow-LW. We noticed that the vegetation recovered within a few weeks after cutting. We recommend one complete cut during the summer and the removal of dead plant material after the frost period ends in spring. To examine the temperature effects of the plants on the ambient temperature and the climatic conditions to which they were exposed, we measured the temperature in different setups. The vegetation temperature depends on factors such as air temperature, measurement position, planting variant, and plant species. We observed a cooling effect only at a short distance from the LW, indicating a microclimatic impact. In conclusion, it is possible to effectively green a textile-based, soilless LW system. However, an automated irrigation system and regular monitoring and maintenance are essential. We identified suitable perennial species for each exposure and compiled a list of plants suitable for LW, along with their specific requirements. Seeded meadow-LW can easily be established. Furthermore, we recommend continuing our methodological approaches to obtain temperature measurements in LW in future studies. N2 - Die städtische grüne Infrastruktur gewinnt im Kontext der Klimawandelanpassungsstrategien und ihrer positiven Wirkung auf das Wohlbefinden der Menschen immer mehr an Bedeutung. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der städtischen grünen Infrastruktur sind "Living Walls" (LW), also vertikale und wandgebundene Begrünungssysteme. LW sind neuartig und es fehlt zurzeit an praktischen Erfahrungen mit diesen Systemen sowie wissenschaftliche Untersuchungen dazu. Zur traditionelle Fassadenbegrünung mit Kletterpflanzen (= Bodengebundene Fassadenbegrünung) ist sowohl in der Praxis als auch in der Wissenschaft einiges bekannt. Bodengebundene Fassaden und auch LW sind mit zahlreichen positiven Effekten verbunden (z.B. Artenvielfalt, saubere Luft usw.), aber diese Vorteile hängen von der Vitalität der Pflanzen und damit der optimalen technischen Funktion der LW ab. Bisheriges Wissen zu Pflanzen in LW beschränkt sich auf wenige Studien aus anderen Klimazonen oder auf wenig Erfahrung aus der Praxis. Daran knüpfte das dreijährige Forschungsprojekt „Begrünte Fassadenkachlen“ mit einem neuartigen, modularen LW System, welches an Versuchswänden und exponiert in alle Himmelsrichtungen getestet wurde. Unser Ziel war es, die Pflanzenvielfalt für zukünftige LW-Projekte zu erhöhen, technisches Wissen zu dokumentieren und mögliche Temperatureffekte zu beschreiben. Dazu wurde von 2017 bis 2019 ein groß angelegter Versuch gestartet. Dieser fand auf dem Versuchsgelände der Hochschule Geisenheim in Geisenheim, Deutschland statt. Geisenheim zeichnet sich durch gemäßigtes ozeanisches Klima aus und wird in die Winterhärtezone 8a eingeteilt. Das LW System war eine 1 m² große, textilbasierte Matte gefertigt aus Kunststoff und enthielt keinen Boden/Substrat. Die ausgewählten Pflanzen haben ein frisch/feuchtes Habitat, um eine hohe Verdunstung zu erreichen und waren an die technischen Anforderungen des LW Systems angepasst. Ein automatisches und häufiges Bewässerungsintervall mit einer Nährstofflösung, sorgte für ständige Überbewässerung. Basierend auf gängigen Designs der Landschaftsarchitektur wurden zwei gepflanzte Varianten erstellt: Kaskade und Bodendecker. Die Varianten bestanden insgesamt aus 34 Staudenarten und verschiedenen Geophyten. Die dritte Variante war eine Aussaatmischung von über 30 Arten, die direkt auf der LW Matte ausgesät wurde (Wiese/Aussaat). Weiterhin wurde eine Kontrollvariante ohne Pflanzen einbezogen, in der sich Moos und Anflugvegetation entwickelten. Die Varianten wurden zufällig mit je vier Wiederholungen an den vier Versuchswänden installiert. Nach einer zweimonatigen Vorkultur horizontal auf Tischen im Gewächshaus wurden die begrünten LW-Matten vertikal an den Versuchswänden platziert. Diese waren nach Norden, Süden, Osten und Westen ausgerichtet. Das Ziel des Versuches war die Entwicklung der Pflanzen zu dokumentieren und so ihre Eignung für LW zu bewerten, sowie die Wirkung auf die Fassadenoder Umgebungs-Temperatur zu beschreiben. Dazu wurde die Pflanzenentwicklung mit verschiedenen Methoden untersucht, z.B. visuelle Bewertung von Ästhetik und Wuchsform (Bonitur), Höhenmessungen, Fotografien, Bestimmung des Bedeckungsgrades der Arten, Überlebensrate nach dem Winter, Bestimmung der Biomasse, Wurzelposition und Blattfläche. Darüber hinaus wurde mit Temperatursensoren und einer Infrarotkamera die Temperaturauswirkungen der Pflanzen unter verschiedenen Bedingungen gemessen. Während des Experiments wurden wichtige Erkenntnisse zur Technik, dem Aufbau und der Pflege von LW erworben. Insgesamt wurden Unterschiede in der Pflanzenentwicklung abhängig von der Exposition, der Jahreszeit, der Pflanzenvariante und der spontanen Vegetation beobachtet. Die getesteten Pflanzen zeigten eine andere Wuchsform und Höhe in den LW im Vergleich zur bekannten Entwicklung in z.B. Beeten. Auf der Nordseite sind die Pflanzen langsam gewachsen, sodass eine vollständige Begrünung erst im dritten Jahr erreicht wurde. Die Pflanzen im Süden zeigten besonders starkes Wachstum, im Osten und Westen war es geringer. Die mehrjährigen Pflanzen waren das ganze Jahr über sichtbar und sahen von Mai bis September besonders attraktiv aus. Bis zum Winter hatten alle Varianten ein ansprechendes Erscheinungsbild. Zusätzlich siedelten sich Moose und Wildkräuter an, die teilweise entfernt wurden oder einen schönen Begrünungseffekt hatten. Die meisten Pflanzen überlebten den milden Winter (2018/2019), der kalte Winter (2017/2018) mit Spätfrost führte zu Schäden und dem Ausfall von einem Großteil der Pflanzen. Wir analysierten die verschiedenen Pflanzvarianten detailliert wie folgt: Die Bodendecker-Variante zeigte das ganze Jahr über ein attraktives Erscheinungsbild und ansprechendem Blattschmuck. An den Ost-, West- und Nordexpositionen hatten die Pflanzen kurz nach dem Winter ein attraktives Erscheinungsbild, während es an der Südwand bis Mai dauerte, bis die Arten wieder austrieben. Insbesondere Waldsteinia ternata zeigte eine schöne Blattstruktur und wurde wie Pachysandra terminalis als sehr attraktiv bewertet. Ajuga tenorii 'Mauro', Alchemilla caucasica, Glechoma hederacea und Geum coccineum 'Carlskaer' hatten eine hohe Schmuckwirkung und blühten im Sommer. Die Kaskaden-Variante war während der Sommermonate attraktiv und erschien im Winter weniger schön, da die meisten Pflanzen im Winter eingezogen waren. Wir stellten fest, dass Tellima grandiflora 'Rubra' und Heuchera Hybrid 'Purple Petticoats' in dieser Variante am ansprechendsten waren. Hosta sieboldii 'Harry van Trier' zeigte eine hohe Schmuckwirkung und blühte im Sommer. Die Farne wuchsen verzögerte, aber wiesen allmählich eine schöne Blattstruktur auf. Selbst angesiedeltes Moos ergänzte die Bepflanzung und bedeckte die gesamte Matte der LW. Bei der Wiesen-Variante/Aussaat-Variante beobachteten wir eine zunehmende Wuchshöhe und Vegetationsabdeckung, die sich von April bis Oktober zeigte. Anfangs wurden 32 verschiedene Pflanzenarten ausgesät, aber nur 10 konnten sich innerhalb der drei Versuchsjahre etablieren. Dazu gehörten Galium (album und palustre), Lycopus europaeus s. str., Stachys palustris, Anthoxanthum odoratum s. str., Festuca spp. und Poa spp. Die regelmäßige Pflege der Wiesen Variante war wichtig. Die Vegetation dieser Variante erholte sich innerhalb weniger Wochen nach dem Schnitt. Für LW Projekte mit einer Wiese empfehlen wir einen vollständigen Schnitt im Sommer und die Entfernung abgestorbener Pflanzenmaterialien nach der Frostperiode. Um die Temperaturwirkung der Pflanzen und die klimatischen Bedingungen, denen sie ausgesetzt waren, zu untersuchen, haben wir die Temperatur in verschiedenen Messaufbauten ermittelt. Die Pflanzentemperatur hängt von den Faktoren Lufttemperatur, Messposition, Pflanzenvariante und Pflanzenart ab. Wir konnten die abkühlende Wirkung der Pflanzen in geringer Entfernung von der LW beobachten, was auf einen mikroklimatischen Einfluss hinweist. Es ist möglich mit einem textilbasierten, bodenlosen LW System effektiv zu begrünen. Eine automatisierte Bewässerungsanlage und regelmäßige Überwachung und Wartung sind unerlässlich. In dem Versuch wurden geeignete mehrjährige Arten für jede Exposition identifiziert. Damit wurde eine Pflanzenliste zusammengestellt, die über die spezifischen Anforderungen der Pflanzen und ihrer jeweiligen Eignung Auskunft gibt. Die methodischen Ansätze für Temperaturmessungen in LW sollte in zukünftigen Studien weiterentwickelt werden. T2 - Vertikale Pflanzenverwendung: Die gestalterische Eignung und mikroklimatische Wirkung von Stauden in einem wandgebundenen, textilen Fassadenbegrünungssystem KW - Living Wall KW - Fassadenbegrünung KW - Pflanzenverwendung KW - Planting design Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-924 N1 - This thesis was accepted on 21st May 2024 as a doctoral dissertation in fulfilment of the requirements for the degree “Doktorin der Agrarwissenschaften” by Hochschule Geisenheim University and Faculty 09 of Justus Liebig University Giessen VL - 2024 SP - I EP - 211 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Dörr, Oliver Sebastian T1 - Influence of artificial sunlight from a microwave plasma lamp on morphology and secondary metabolism of horticultural plants N2 - Light is one of the most important abiotic factors for plant physiological processes. In addition to light intensity, the spectral quality of light can also influence the plant morphology and the content of secondary metabolites. In the horticultural industry, artificial light is used in to enable year-round production of herbs, ornamental plants and vegetables in winter terms. Until today, discharge lamps like high-pressure sodium (HPS) lamps, emitting predominantly orange and red light and high amounts of infrared radiation, are the most common lamp systems in greenhouses. In the last decades, light-emitting diodes (LEDs) emerged as an efficient alternative light source. LEDs have the advantage of distinct adjustments to the light spectrum. For a usage in horticultural industry LEDs are often too expensive. Furthermore, reduced plant growth can occur due to incorrectly adjusted light spectra and lower leaf temperatures caused by the lack of infrared radiation. In a research project (LOEWE, funding no. 487/15-29) funded by the Hessen State Ministry of Higher Education, Research and Arts, Microwave plasma lamps (MPL) were tested as new light sources for horticultural industry and plant research. The electrodeless lamp systems emit light in similar properties like sun light. The aim of the study was to determine the influence of artificial sunlight of the MPL on the accumulation of secondary metabolites, plant architecture and plant physiology of three different species (coleus, basil and potted roses). The MPL was compared with other light systems such as commercial HPS lamps, LEDs or ceramic metal halide lamps (CDM). In addition to morphological parameters such as plant height, internode length or fresh and dry weight, the phenolic content of leaves grown under the respective light sources were examined. Overall an increased far-red light content in the emission spectra of the MPL showed high influence on the plant architecture which was observed in all three plant species. Artificial sunlight from MPL induced stem elongation in coleus and basil plants, compared to the other tested light sources. In potted roses a reduced branching degree was observed under MPL light compared to HPS grown plants. In addition to the impact of far-red light also the blue light content of the emission spectra was found to be a strong influencing factor for plant physiological processes. A positive correlation between blue light content and leaf thickness was determined in coleus cultivated under MPL, LED, HPS and CDM lamps. Low blue light content in HPS emission spectra resulted in shade-adapted leaves with low photosynthetic capacity and susceptibility to high irradiances. Blue light was assumed to increase phenolic metabolites in basil and rose leaves. Furthermore, the different light treatments resulted in an alteration of the composition of essential oils of basil. Experiments with coleus plants demonstrated that besides light color also the infrared radiation, had an influence on secondary metabolites by causing different leaf temperatures. Coleus plants grown with MPL showed the lowest content of phenolic compounds such as rosmarinic acid per dry weight. Infrared radiation resulted in a faster plant development indicated by increased biomass production and higher leaf formation rate as observed in coleus and basil plants. The results obtained in this study show that the influence of leaf temperature should always be considered when comparing different lamp systems. Especially when LEDs are compared to discharge lamps an overestimation of light color can be a consequence since also infrared radiation influences the content of phenolic compounds and plant growth. N2 - Licht ist einer der wichtigsten abiotischen Faktoren für pflanzenphysiologische Prozesse. Neben der Lichtintensität kann auch die spektrale Lichtqualität die Pflanzenmorphologie und den Gehalt an pflanzlichen sekundären Inhaltssoffen beeinflussen. Im Gartenbau wird künstliches Licht verwendet, um eine ganzjährige Produktion von Kräutern, Zierpflanzen und Gemüse im Winter zu ermöglichen. Bis heute sind Entladungslampen wie Natriumhochdrucklampen (HPS), die überwiegend orangefarbenes und rotes Licht sowie Infrarotstrahlung emittieren, die häufigsten Lampensysteme in Gewächshäusern. In den letzten Jahrzehnten haben sich Leuchtdioden (LEDs) als effiziente alternative Lichtquelle herausgestellt. LEDs haben den Vorteil, dass das Lichtspektrum gezielt angepasst werden kann. Für den Einsatz im Gartenbau sind LEDs jedoch oft zu teuer. Darüber hinaus kann ein verringertes Pflanzenwachstum aufgrund falsch eingestellter Lichtspektren sowie fehlender Infrarotstrahlung auftreten. In einem vom hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst finanzierten Forschungsprojekt (LOEWE, Förderungsnummer 487/15-29) wurden Mikrowellenplasmalampen (MPL) als neue Lichtquellen für die Gartenbauindustrie sowie für die Pflanzenforschung getestet. Die elektrodenlosen Lampensysteme emittieren ein sonnenähnliches Lichtspektrum. Ziel der Arbeit war es, den Einfluss des künstlichen Sonnenlichts der MPL auf den Gehalt von pflanzlichen sekundären Inhaltstoffen, sowie auf die Pflanzenmorphologie von drei verschiedenen gartenbaulichen Kulturen (Buntnessel, Basilikum und Topfrosen) zu bestimmen. Die MPL wurde mit anderen Lampensystemen wie handelsüblichen HPS-Lampen, LEDs oder Keramik-Metallhalogendampflampen (CDM) verglichen. Neben morphologischen Parametern wie Pflanzenhöhe, Internodienlänge oder Frisch- und Trockengewicht wurde der Gehalt phenolischer Inhaltsstoffe untersucht. Insgesamt zeigte ein erhöhter Dunkelrotlicht- Anteil in den Emissionsspektren der MPL einen hohen Einfluss auf die Pflanzenarchitektur, der bei allen drei Pflanzenspezies beobachtet wurde. Das künstliche Sonnenlicht der MPL induzierte ein gesteigertes Streckungswachstum bei Buntnesseln und Basilikum. Bei Topfrosen wurde unter dem Licht der MPL ein verringerter Verzweigungsgrad beobachtet, im Vergleich zu Pflanzen die mit HPS Lampen kultiviert wurden. Neben dem Einfluss von dunkelrotem Licht war auch der Blaulichtgehalt ein starker Einflussfaktor für pflanzenphysiologische Prozesse. Eine positive Korrelation zwischen dem Blaulichtgehalt und der Blattdicke wurde bei Buntnesseln bestimmt, die unter MPL-, LED-, HPS- und CDM-Lampen kultiviert wurden. Ein geringer Blaulichtgehalt in HPS-Emissionsspektren führte zu schattenadaptierten Blättern mit geringer Photosynthese-Kapazität und zu einer Anfälligkeit gegenüber hohen Bestrahlungsstärken. Blaues Licht führte zudem zu einem erhöhten Gehalt von phenolischen Inhaltsstoffen in Basilikum- und Rosenblättern. Darüber hinaus führten die verschiedenen Lichtbehandlungen zu einer Veränderung der Zusammensetzung der ätherischen Öle in Basilikumblättern. Mit Experimente mit Buntnesseln konnte nachgewiesen werden, dass neben der Lichtfarbe auch die Infrarotstrahlung einen Einfluss auf den Gehalt von Sekundärmetaboliten hat. Mit MPL produzierte Buntnesseln hatten den niedrigsten Gehalt an phenolischen Verbindungen wie Rosmarinsäure pro Trockengewicht. Die Wärmestrahlung führte zudem zu einer schnelleren Pflanzenentwicklung bei Buntnesseln und Basilikum. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Blatttemperatur beim Vergleich verschiedener Lampensysteme immer berücksichtigt werden sollte. Insbesondere beim Vergleich von LEDs mit Entladungslampen kann es zu Überschätzung der Lichtfarbe kommen, wenn die Blatttemperatur nicht beachtet wird, da auch die Infrarotstrahlung den Gehalt sekundärer Inhaltsstoffe sowie das Pflanzenwachstum beeinflusst. KW - Light KW - Horticulture KW - Photomorphogenesis Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-122 N1 - Version ohne Lebenslauf VL - 2020 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER -