Post on 18-Oct-2019
Verminderung von Stickstoff-Bilanzüberschüssenin der Landwirtschaft durch Einsatz
Stickstoff-effizienter Sorten“Beitrag der Pflanzenzüchtung”
Walter J. Horst und Gunda Schulte auf’m Erley
T. Behrens, M. Kamh, A. Ulas, F. Wiesler, M. Worku
Institut für Pflanzenernährung, Universität Hannover, Herrenhäuser Straße 2, D 30419 Hannover
N-effiziente Genotypen
Verringerung von Bilanzüberschüssen
Extensivierung PflanzenbaulicheMaßnahmen
Düngetechnik
Düngerform
genaue Ermittlung des N-Düngebedarfs
Definition genotypische Stickstoff-EffizienzStickstoffeffizienz ist die Fähigkeit eines Genotypen, bei begrenztem N-Angebot einen Ertrag (Korn, Frischmasse, Zucker, Protein) zu erzielen, der das Mittel der Population übersteigt.
Ertrag
Häu
figke
it
begrenztes N-Angebot unbegrenztes N-Angebot
optimales N-Angebotfür N-effiziente
Genotypen
Mittel der "Standard"populationen
Genotypen mit hoherErtragskapazität undhoher N-Effizienz
Genotypen mit hoher N-Effizienz
Genotypen mit hoherErtragskapazität
Kulturartspezifische N-Bilanz
„ausgeglichen“Getreide, Zuckerrübe
„unausgeglichen“Feldgemüse, Raps, Silomais
Ansätze zur Verminderung kulturartspezifischer N-Überschüsse bei gleichen Erträgen:• erhöhte Nutzung des N-Angebotes (N-Aufnahmeeffizienz)• erhöhter N-Ernteindex (N-Nutzungseffizienz)• verminderte N-Düngung (N-Nutzungs- und -Aufnahmeeffizienz)
N-DüngungN-Düngung N-AbfuhrN-Abfuhr
N-Ernterück-ständeN-Nach-
lieferung N-Ernterück-stände
N-Nach-lieferung Nmin-Rest
Nmin NminNmin-RestN-Auswaschung
Ansätze zur Verminderung kulturartspezifischer N-Überschüsse:
erhöhte Nutzung des N-Angebotes (N-Aufnahmeeffizienz)
erhöhteN-Aufnahme
N-Abfuhrbei erhöhtemErtrag
N-Düngung
NminNmin-Rest
N-Nach-lieferung N-Ernterück-
stände
ausgeglicheneBilanz
N-Auswaschung
Ansätze zur Verminderung kulturartspezifischer N-Überschüsse:
erhöhter N-Harvestindex (N-Nutzungseffizienz)
erhöhte N-Abfuhrbei gleichem Ertrag
N-Düngung
ausgeglicheneBilanzN-Nach-
lieferung N-Ernterück-stände
NminNmin-Rest
N-Auswaschung
Ansätze zur Verminderung kulturartspezifischer N-Überschüsse:
verminderte N-Düngung (N-Nutzungs- und -Aufnahmeeffizienz)
reduzierteN-Düngung
N-Abfuhr bei gleichem Ertrag
negativeBilanz
N-Nach-lieferung
N-Ernterück-stände
Nmin
Nmin-Rest
N-Auswaschung
Mais Zea mays
Genotypische Unterschiede in der Stickstoff-Effizienz von Europäischem Mais.Bedeutung der Aufnahmeeffizienz. Presterl et al., 2002
(Presterl et al., 2002)
CIMMYT
Blattseneszenz nach der Blüte ist mit dem Kornertrag von Mais-Genotypen bei ertragsbegrenzendem N-Angebot korreliert.
Feldversuch Zimbabwe. Worku et al., 2005
Mean grain yield (t/ha)
0 1 2 3 4 5 6
Lea
f sen
esce
nce
scor
e
3
4
5
6
7C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16
R2 = 0.48***
Chlorophyllverlust alter Blätter induziert durch Stickstoffmangel. Genotypische Unterschiede bei Mais in „stay green“
Nährlösungsversuch
24 26 28 30 32 34 36 38
SPA
D lo
ss
-10
0
10
20
30
40
50C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16
*
ns
ns
*
****
*
A
Leaf-5Leaf-5
Die Wurzellängendichte in tieferen Bodenschichten zur weiblichen Blütevon 10 Mais-Hybriden ist mit der Nitratverarmung dieser Bodenschichten
korreliert. Wiesler and Horst, 1994
Root-length density [cm cm-3
]
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 4,8
Soil nitrate-N depletion June - October [kg N ha-1
]
0
20
40
60
80
100
120
0 -30 cm r = 0.4030 - 60 cm
r = 0.84**
60 - 90 cm r = 0.84**
90 - 120 cm120 - 150 cm
Niedrige Nitrat-N Reste im Boden nach der Ernte von 10 Mais-Hybridenführen zu geringerer Nitrat-N Auswaschung in der vegetationsfreien Zeit.
Wiesler and Horst, 1993.
40 50 60 70 80 90 100
40
50
60
70
80
90
100N
itrat
-N A
usw
asch
ung
[kg
ha
Boden Rest-Nitratgehalt [kg ha-1
]
Schlußfolgerungen Mais:
Genotypische Unterschiede in der Stickstoff-Effizienz bestehen
Für Stickstoff-Effizienz ist eine verzögerte Seneszenz (“staygreen“ ) bedeutend.
Eine dadurch verlängerte Wurzelaktivität besonders im Unterboden ermöglicht eine bessere Nutzung des N-Angebotes des Bodens verminderter Nmin-Rest / verringerte N-Auswaschung.
Raps
Genotypische Unterschiede in der N-Effizienz bei Raps. Möllers et al., 2000
Kornertrag und N-Aufnahme von 2 unterschiedlich N-effizienten Rapssorten. nach Behrens et al. 2002
N fertilization [kg ha-1] 0 223
Apex Capitol Apex Capitol
• Seed yield [t ha-1] 3.4 a 2.6 b 5.0 a 4.9 a
• N uptake [kg ha-1] - Maturity 93 a 68 b 198 a 191 a - Flowering - maturity 33 a - 15 b - 7 a 19 a
0102030405060708090
100
Inte
rcep
ted
radi
atio
n in
gl
obal
rad
iatio
n [%
] Apex Capitol
Beginning of shooting
Beginning of flowering
End of flowering
Maturity
A
N0
0102030405060708090
100
Inte
rcep
ted
radi
atio
n in
gl
obal
rad
iatio
n [%
] Apex Capitol
Beginning of shooting
Beginning of flowering
End of flowering
Maturity
B
N2
Die N-effiziente Sorte Apex hat bei N0 höhere Lichtinterzeption nach der Blüte Ulas und
Wiesler, 2001
Die N-effiziente Sorte Apex hat zum Blühende bei N0 höhere Blatt-Chlorophyll-Gehalte und daher eine höhere Assimilationsleistung.Ulas und Wiesler, 2001
0 20 40 60 80
0
4
8
12
16
20
Leaf chlorophyll [SPAD meter reading]0 20 40 60 80
CO
2-as
sim
ilatio
n ra
te
[µm
ol m
-2 s
-1]
0
4
8
12
16
20
r = 0.73***r = 0.65***
r = 0.74***r = 0.94***
0 kg N/ha 222 kg N/ha
Apex (N-efficient)
Capitol (N-inefficient)
Illustration der Kompartiment-Methode zur Messung von Wurzelwachstums- und N-Aufnahmekapazität von
Pflanzenbeständen im Feld zum Blühzeitpunkt. Kamh et al., 2005
Anion exchange resin
Sand filter
Wurzelwachstum und Nitratverarmung von 2 Rapssorten in den Kompartimenten zum Zeitpunkt der Büte. Kamh et al., 2005
ApexCapitol
Schlußfolgerungen Raps:
Genotypische Unterschiede in der Stickstoff-Effizienz bestehen
Zur N-Effizienz tragen bei:
Hohe Aufnahmekapazität besonders in der reproduktiven Wachstumsphase
Aufrechterhaltung einer grünen Blattfläche in der reproduktiven Phase
Hohe photosynthetische Aktivität der Pflanze in dieser Phase
Höhere Wurzelaktivität besonders im Unterboden
Feldgemüse
Ertrag, Qualität und Nmin-Rest nach der Ernte bei 3 Blumenkohl-Hybriden bei begrenztem (N0) und hohem N-Angebot (N250)Rather et al., 2000
% Class A quality Nmin–Rest 0 – 60 cm
Marine Lindurian LinfordMa Ld Lf Ma Ld Lf
N0 N250
N0
Sortenunterschiede im Ertrag von Weißkohl bei begrenztem (N1) und unbegrenztem N-Angebot (N2)
Sorten
Parel ToughmaCastello Perfecta Lennox Bartolo Bloktor Novator
Kop
f-Fris
chge
wic
ht (k
g Pf
lanz
e-1)
0
1
2
3
4
5N1 N2
116% 71%70%
75%
79%
75%74%
81%
Verteilung von Stickstoff zwischen Kopf und Ernterückständen (N Harvestindex) bei Weißkohlsorten bei begrenztem (N1) und unbegrenztem N-Angebot (N2)
Sorten
Parel ToughmaCastello Perfecta Lennox Bartolo Bloktor Novator
N H
arve
stin
dex
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8N1 N2
Stickstoff-effizienter Ideotypmodifiziert nach Wiesler
„Traditioneller“ Typ N-effizienter Ideotyp
Reduzierter N-Düngerbedarf
Reduzierter N-Bilanzüberschuß
• Hohe N-Aufnahme bis zur Blüte
Hohe N-Aufnahme nach der Blüte•
• Hohe N-Aufnahme bis zur Blüte
Geringe Aufnahme nach der Blüte
Unvollständige N-Verlagerung in das Ernteprodukt
Hoher Düngerbedarf
•
•• Verzögerte N-Verlagerung in das
Ernteprodukt verlängerte Assimilation der Blätter („stay green“, hohe Wurzelaktivität im Unterboden
Anschließend effektive N-Verlagerungin das Ernteprodukt (hoher N-Harvestindex)
•Hohe Bilanzüberschüsse
I
Can less yield more? Is reducing nutrientinput into the environment compatible with
maintaining crop production?
Allen G. Good, Ashok K. Shrawat, Douglas G. Muench
Trends in Plant Sciences 9, 587 (2004)
„We believe that creating crops with enhancednutrient uptake will be one component that will
help us to achieve this goal“
Co-Lokalisation von QTLs für physiologische Merkmale mit agronomischen Merkmalen und bekannten Genen in einer Population von 99 rekombinanten Inzuchtlinien. Gallais und Hirel, 2004
Thanks to:
Franz Wiesler Torsten BehrensGunda Schulte auf‘m Erley
Mahmoud KamhMosisa Worku Abdullah Ulas