K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

Öko-Kartoffeltag 2014

Qualitätsorientierte Anwendung von Kalium und Magnesium

Reinhard Elfrich

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

11()

K-Versorgung beeinflusst:

• Stärkegehalt (via K-Form [Cl-vs SO42-] und K-Menge)

• Schwarzfleckigkeit (Stoß, UWG, Oxidation phenolischer AS)

• Erntebeschädigung (Mechanik, Turgordruck, Gewebestab.)

• Kochdunkelung (FeII-Chlorogensäure-Komplexe)

• Reduzierende Zucker (Asparagin, niedermolekulare KH)

• Rohbreiverfärbung (Polyphenoloxidaseaktivität)

• Lagerverluste (reduzierte Atmung)

Bedeutung von Kalium für die Kartoffelqualität

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

22

kg K2O/ha(als SOP)

Stärke(%)

0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300

16

17

18

19

D CC C B

200

KCl300

KCl200

KCl200

KCl

Wirkung von Kalium auf den Stärkegehalt von Kartoffeln

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

3

Wirkung der Kalidüngung auf Erntebeschädigungen(Anzahl Erntebeschädigungen je 100 Knollen)

kg/ha K2O als Patentkali

Mittel aus je drei Versuchen der Landwirtschaftskammer NiedersachsenSorten: Verdi 2009, Kuras und Saturna 2008Künstliche Belastung auf Beschädigungsprüfstand der Versuchsstation Dethlingenund Bonitur Gewebe gemäß Bundessortenamt-Index

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 300 600 900 kg K2O/ha

1

1,5

2

2,5

3

Schwarzfleckigkeit K-Gehalt der Knollen4

Feldversuch Kalium und Schwarzfleckigkeit

Elfrich 09.01.2014

K-Gehalt (% K)Schwarzfleckigkeitspotential

7897

5586

4167

3058

KTBL-IndexHerbstFrühjahr

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

55

K conc. (%)Citric acid (g/kg DM)

0

10

20

30

40

50

60

0 300 600 900

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

K Supply (kg K2O/ha)

Citric Acid

K concentration of the tubers

Einfluss von Kalium auf den Gehalt an Zitronensäure in Kartoffel-Knollen

Univ. Göttingen

Prof. Bergmann:

„Liegt der K-Gehalt von Kartoffelknollen über 2,5%, „Blaufleckigkeit“ man nicht mehr kennt.“

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

66

Ein nicht-enzymatischer Prozess:

• Umsetzung von Chlorogensäure mit Eisen (Fe)

• Während des Kochvorgangs bilden sich FeII-Chlorogensäure-Komplexe

• Bei O2-Zutritt nach dem Kochen Oxidation zu blau-grauer FeIII-di-Chlorogensäure.

Maßnahme:

• Hohes K-Angebot senkt die Chlorogensäuregehalte und erhöht den Anteil Citronensäure, diese bildet stabile Komplexe mit Fe

Zusammenhang Kochdunkelung und K-Versorgung

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

7

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8

N supply [g N per pot]

Reducin

g s

ugars

[%

of D

M]

K1 (1 g K per pot)K2 (3 g K per pot)K3 (5 g K per pot)

Limit 1%

(Mittel±SD, n=4)

Gehalte der reduzierenden Zucker (Glukose & Fruktose)der Knollen in Abhängigkeit von der N- und K-Gabe

Heuser, Gerendás, Sattelmacher, 2004

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

88

1.0 g K pot-1

2.4 g N pot-13.0 g K pot-1

1.6 g N pot-15.0 g K pot-1

0.8 g N pot-1

Pommes frites unterscheiden sich aufgrund diff. Düngung in der Farbe (Maillard-Reaktion)

(Gerendás et al., 2007. J. Plant Nutr 30, 1499-1516)Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbHDiagnose Nährstoffstatus –Möglichkeiten und Grenzen

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

10

Diagnose K-Mangel

Elfrich 09.01.2014

Zielwerte:

Boden: GK C/D

Knolle: 2,2 – 2,5 % K in TM

* Gerade voll entwickelt zu Blühbeginn

Blatt*: 5,0 – 6,6 % K in TM

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

11

Knollenanalyse beste Qualität: K-Gehalt oberhalb von 2,2% und mind. 1% höher als N-Wert

Elfrich 09.01.2014 Quelle: Northoff, Lünekartoffel 2013Sorte: Alexandra

Parameter Analysenwert Einheit

Stickstoff 1,33 % TS

Phosphor 0,27 % TS

Kalium 2,41 % TS

Magnesium 0,15 % TS

Calcium 0,02 % TS

Schwefel 0,13 % TS

Kupfer 3,6 mg/kg TS

Mangan 7,4 mg/kg TS

Zink 12 mg/kg TS

Bor 18 mg/kg TS

TS 17,3 mg/kg TS

Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

12

Zusammenhang von Kalium-Bodenversorgung und –Düngung auf den K-Gehalt von Kartoffelknollen

Gehaltsklasse

Quelle: Kerschberger, M.

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

13

Entwicklung der anorganischen Inhaltsstoffe im Blatt von Kartoffeln im Verlauf der Vegetation

Elfrich 09.01.2014Quelle: Dr. Kolbe, Landesamt Sachsen

Aufn. p.d.: 14 kg K2O/ha

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

14

Diagnose Mg-Mangel

Elfrich 09.01.2014

Zielwerte:

Boden: GK D

Knolle: 0,09 - 0,1 % Mg in TM

Blatt*: 0,24 – 0,6 % Mg in TM

* Gerade voll entwickelt zu Blühbeginn

nach Breuer, Frey et al

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

15

Diagnose Nährstoffmangel

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbHStressindikatoren im Kartoffelbau

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

17

Einfluss Niederschlag/K-Düngung auf KartoffelertragK+S KALI GmbH

Elfrich 09.01.2014

Zahl regenfreier

Tage Mai - Juni

Kartoffelertrag t ha-1 bei

0 kg K ha-1 330 kg K ha-1

45 25 40

50 24 41

60 20 41

15 Versuchsjahre van der Paauw/Dr. Albert 2010

Transpirations-Koeffizient Kartoffel

250 - 500 l H2O Kg TS-1

Prof. Fohrer 2007

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

18

K+S KALI GmbH

Elfrich 09.01.2014

Fe

ldve

rsu

ch

La

nd

wirts

ch

afts

ka

mm

er N

ied

ers

ach

se

n

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

1919

Interaktion N und K auf Knollenertrag und Frostschäden

N-Niveau (kg N/ha)

0 100 200

Source: R.C. SHARMA AND K.C. SUD (Central Potato Research Institute)

K-Niveau (kg K2O/ha) Frost-Index

0 3,5 4,1 3,7

100 0,7 0,8 1,4

200 0,5 0,5 1

Foto: Josef Hofer 04.05.2011

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

Eistod: Zucker und Kalium als „Frostschutzmittel“

Einlagerung osmotisch wirksamer Substanzen wie Zucker und Kalium � Zellinnendruck steigt� Frostschutz, Eisbildung allenfalls

zwischen den Zellen

Einlagerung osmotisch wirksamer Substanzen fehlt� Zellinnendruck sinkt� Zellmembran wird durch

Eiskristalle zerstört – „Eistod“

Membran-schädigung

20

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

Magnesium-Mangel induziert Alternaria

K+S Gruppe

K+S KALI GmbHMg-Mangel mit Alternaria-Symptomatik 03.09.2010K+S KALI GmbH

Elfrich 09.01.2014 Feldversuch Klein Berßen

Vortrag AGRAVIS-Münster Oktober 2011, Leidel K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

23

Starke Strahlung Geringe Strahlung

Pflanzen mit Magnesiummangel sind bei

extremer Sonneneinstrahlung sehr empfindlich

Cakmak and Kirkby, 2008, Physiol Plant

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

24

0

30

60

90

120

150

6 9 12 6 9 12 6 9 12

Magnesium

Mangel

SaccharoseReduzierende

ZuckerStärke

ausreichend

Magnesium

(mg

glu

cose

equ

iv.

g-1

DW

)

Tage

Zuckerakkumulation in den Blättern als frühe Reaktion der Pflanze auf Magnesiummangel – gestörter Phloem-Export

Cakmak et al., 1994b J. Exp Bot.

Elfrich 09.01.2014

Vortrag AGRAVIS-Münster Oktober 2011, Leidel K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

25

PSII PSI

2H2O O2

LICHT

THYLAKOID

CO2

O2

e-

STOMA

Saccharose

Phloem Export

O2.-, H2O2, OH.

Toxische O2

Verbindungen

Stomataler CO2 Fluss

ATP

ADP

Cakmak, 2005; Soil Sci. Plant Nutr.

Vortrag AGRAVIS-Münster Oktober 2011, Leidel K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

26

PSII PSI

2H2O O2

LICHT

THYLAKOID

CO2

O2

e-

STROMA

Saccharose

Phloem Export

MgMangel

Zellzerstörung –

photooxidativ

Stomatal

CO2 Flux

ATP

ADP

Cakmak and Kirkby, 2008 Physiol. Plant

O2.-, H2O2, OH.

Toxische O2

Verbindungen

K+S Gruppe

K+S KALI GmbHWechselwirkungen unter Nährstoffen

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

© SKWP/FA, Fuchs, Ibbenbüren, 25.11.2010

K-Versorgungszustand des Bodens beachten

sorbierte Kationen

KAK

fixierte NH4-

Kationen

K+

NH4+

Ca2+

Mg2+

Op

tim

ale

K-V

erso

rgu

ng

d

es B

od

ens

Geh

alts

klas

se C

,D,E

K-U

nte

rver

sorg

un

g

des

Bo

den

sG

ehal

tskl

asse

A

Die Zwischenschichten der Tonminerale werdenbei optimaler K-Versorgungdurch K-Kationen zusammengehalten

bei K-Unter-versorgung nutzen

Pflanzen das Zwischen-schichtkalium zur Ernährung

���� die entstanden Lücken können alternativ mit NH4-Kationen gefüllt werden

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

© SKWP/FA, Fuchs 2010

Cultan-Düngung: K-Versorgung besonders beachten

sorbierte Kationen

KAK

fixierte NH4-

Kationen

K+

NH4+

Ca2+

Mg2+

Op

tim

ale

K-V

erso

rgu

ng

d

es B

od

ens

Geh

alts

klas

se C

,D,E

K-U

nte

rver

sorg

un

g

des

Bo

den

sG

ehal

tskl

asse

A,B

Die Zwischenschichten der Tonminerale werdenbei optimaler K-Versorgungdurch K-Kationen zusammengehalten

bei K-Unter-versorgung nutzen Pflanzen das Zwischen-schichtkalium zur Ernährung���� die entstanden Lücken werden mit NH4-Kationen gefüllt

Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe

K+S KALI GmbHAntagonismus: Prinzipielle Transportsysteme in Pflanzen

Graph von Marschner 2012 verändert nach White 2003

hohe K-Konz. niedrige K-Konz.

Wurzel-oberfläche

Zytoplasma

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

Ionen- und Hydrat-Radius von Magnesium, Calcium and Kalium

31

Mg2+

Ca2+

K+

Ionen-Radius

Hydrat-Radius

H2O

H2O

H2O

H2 O

H2O

H2O

H2 O

H2 O

H2O

H2O

H2O

H2O

Magnesium hat eine große Hydrathülle

� Geringe Bindungskraft, insbesondere in Böden mit niedriger Kationen-Austausch-Kapazität(KAK) bei gleichzeitig niedrigem pH-Wert

� Hohe Mobilität

� Auswaschungsgefahr

K+S KALI GmbH

K+S Gruppe

K+S KALI GmbHAntagonismus: K hemmt Mg-Aufnahme – Mg hemmt nicht K-AufnahmeUrsache: Spezifität der Aufnahmesysteme für K

Mg2+-Aufnahme über

unspezifische Transporter

� diese werden vermehrt

durch ein hohes K+-Angebot

blockiert

K+

K+

K+

K+

K+

Mg2+

Mg2+

Mg2+

K+

Mg2+

Mg2+

K-Aufnahme

über spezifische

K-Transporter Quelle: Rühlicke und Führs 2012 nach Britto und Kronzucker

K-Antransport über DiffusionMg-Antransport über Massenfluss

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

K/Mg-AntagonismusK+S KALI GmbH

Pflanzen mussten Mechanismen entwickeln, um den Bedarf und die Verfügbarkeit von Nährstoffen in Einklang zu bringen:

� Nährstoffverfügbarkeit in Wurzelnähe/Rhizosphäre im Vergleich zu wurzelfernen Bereichen

• Verarmungszonen• Konzentrationsgradienten• Wurzelausscheidungen

� Chemismus von K und Mg• Ionenradius vs. Radius der hydratisierten Ionen• Mobilität im Boden• Antransport zur Wurzel ���� Diffusion vs. Massenfluss• Elektrische Ladung ����Ladungsausgleich

� Koordination der Nährstoffaufnahme nur über regulierte Aufnahme- und Transportsysteme möglich

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

34

Einfluss der K- / Mg- Düngung auf Ertrag und Qualität von Kartoffeln

Elfrich 09.01.2014

Standort Bakum

Anbaujahr 2009

Sorte Premiere

BU: Ø 13,6 mg K2O/100 g BodenCAL

Ø 3,2 mg Mg /100 g Boden CaCl2

Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

35

Entwicklung der Mineralgehalte in der Blatt-TS bei Kartoffeln im Feldversuch Bakum

K+S KALI GmbH

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

36

30

40

50

60

70

Kn

olle

n-

(t h

a-1),

Stä

rkee

rtra

g (

dt

ha-1

)

1993 1994 1995 Mittel 1993 1994 1995 Mittel

Kontrolle EPSO Top 4x10 kg ha-1

Knollenertrag t ha-1 Stärkeertrag dt ha-1

Waldniel, Löß-Parabraunerde, uL, 8 mg Mg/100 g, 45 kg MgO/haElfrich 09.01.2014

Einfluss von EPSO Top zu Kartoffeln in 3 Feldversuchen der LK NRW

Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe

K+S KALI GmbHInteraktion zwischen Mg und ZnZwei Nährstoffe, die in Balance stehen sollten

37

MgZn Zn+

Blattdüngung mit Zink

Zn

Zn

ZnZn

ZnZn

ZnZn

Zn

Zn

Zn

Forschungsergebnisse: Ozturk, Sabanci University

Zn

Blattdüngung mit Zink und Magnesium

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

38

Löslichkeit verschiedener Magnesium - Formen in BodenwasserK+S KALI GmbH

Elfrich 09.01.2014

Verbindung Chemische Formel g l H2O-1

Kieserit MgSO4 x H20 417

Dolomit CaMg(CO3)2 0,100

Magnesit MgCO3 0,034

Magnesiumhydroxid Mg(OH)2 0,009

Magnesiumoxid MgO 0,0062

Magnesiumsilikat 2 MgO SiO2 nicht löslich

Quelle: Lufa Rostock + Chemische Handbücher

K+S Gruppe

K+S KALI GmbHPraktische Düngung

Elfrich 09.01.2014

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

40

Aufnahme Kalium nach Früchten (Richtwerte zur Ernte)

Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

41

Tatsächliche Kaliumaufnahme während der Vegetation (K2O) bei Kartoffeln (2 Sorten)

K+S KALI GmbH

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

23. 25. 26. 28. 29. 31. 32. 33. 35. 36. 38. 40.

kg h

a-1

KW

Cilena-Knolle (43 t/ha) Cilena-Kraut Russet Burbank-Knolle (90 t/ha) Russet Burbank-Kraut

342

639

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

42

100,0

110,0

120,0

130,0

140,0

150,0

160,0

170,0

180,0

0 20 40 60 80

mg K2O/100 g Boden

Rel

ativ

er M

ehre

rtra

g (%

) zu

r m

it

Kal

i unged

üngte

n K

ontr

olle

Mehrertrag durch Kalidüngung in Abhängigkeit vom Bodenwert

n = 26 Versuche(2002-2008)

Ø Mehrertrag Kartoffeln: 7,620 t/haØ Kalidüngung: 0,281 t/ha

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

43

Diagnose-Modelle Nährstoffmangel

Elfrich 09.01.2014

Quelle:

Landwirtschaftskammer

Schleswig-Holstein 2012

Datum (JJMMTT), Titel, Autor/Zeichen K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

44

Mehrertrag durch 800 kg ha-1 Patentkali in Abhängigkeit vom Ausbringungszeitpunkt

K+S KALI GmbH

Elfrich 09.01.2014

0

10

20

30

40

50

240 kg K2O ha-1 als Patentkali

vor dem Pflügen

vor derPflanzung

nach derPflanzung

%

n = 5

BU Stufe B/C

Bodenart Sand

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

45

Kali-Düngung Kartoffel – Platzierung

Elfrich 09.01.2014

K-Düngungsvariante Kalium in % der TM Stärke in % der FM

Kontrolle 1,99 19,0

K2SO4, unter Fuß 2,06 18,6

K2SO4, breitwürfig 2,05 18,4

KCl, unter Fuß 2,13 17,8

KCl, breitwürfig 2,13 17,6

K2SO4, Splitting1) 2,03 18,3

Standort Dornburg, Boden uL, Mittel aus 2003-2005, TLL Wölfel, verändert

1) 1. Gabe vor dem Pflanzen, 2. Gabe zu Blühbeginn

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

Kali + Magnesium – Dünger mit wasserlöslichen Nährstoffgehalten

Festdünger:

� Patentkali 30% K2O sulfat.

10% MgO

17% S

� Kaliumsulfat 50% K2O sulfat.

18% S

� ESTA Kieserit gran. 25% MgO

20% S

� ESTA Kieserit fein 27% MgO

22% S

Spritzfähig:

� EPSO Top 16% MgO

13% S

� EPSO Microtop 15% MgO

12% S

0,9% B

1% Mn

� EPSO Combitop 13% MgO

13% S

1% Zn

4% Mn

� Solusop 52 (sulfat.) 52% K2O

18% S

K+S Gruppe

K+S KALI GmbH

47

Wurzelbild der Kartoffel nach L. Kutschera K+S KALI GmbH

Elfrich 09.01.2014

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Bedankt voor de aandacht!