Projekt 05933/01

Untersuchungen zur genotypischen Variabilität der Stickstoff-Effizienz landwirtschaftlicher Kulturpflanzen mit dem Ziel eines verminderten Nitrat-Stickstoff-Austrages

Projektträger

Gemeinschaft zur Förderung der privaten deutschenPflanzenzüchtung (GFP) e. V.
Kaufmannstr. 71 - 73
53115 Bonn
Telefon: 0228/98581-44

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das gemeinsame Ziel der drei Teilprojekte Wintergerste, Winterraps und Körnerleguminosen war die Identifizierung von Sorten, die durch eine überlegene Stickstoff-Effizienz besonders für den Anbau an Nitratauswaschungsgefährdeten Standorten und in Wasserschutzgebieten geeignet sind. Durch den Anbau solcher Sorten kann ein Beitrag zur Verminderung der Nitratbelastung von Böden und Grundwasser geleistet werden. Darüber hinaus sollten die Ergebnisse durch Entwicklung von indirekten Selektionsmerkmalen und Selektionsmethoden der Züchtung von Low input-Sorten neue Impulse geben.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn mehrortig zwei- (Winterraps und Wintergerste) bzw. dreijährig (Körnerleguminosen) durchgeführten Feldversuchen wurde aktuelles, divergentes Sortenmaterial bei unterschiedlicher N-Düngung geprüft. Während der Vegetationsperiode wurden zu verschiedenen Entwicklungsstadien Gesamtpflanzen-Ernten durchgeführt und die Frisch- und Trockenmasse sowie der Gesamt-Stickstoffertrag bestimmt. Bei Wintergerste wurde zusätzlich die Ausdehnung des Wurzelsystems mittels der Bruchkernmethode untersucht und bei Körnerleguminosen wurde die N-Symbioseleistung über die Differenzmethode quantifiziert. Die Ertragsleistung der geprüften Sorten wurde bei unterschiedlicher Stickstoffdüngung ermittelt. Die Korn-N-Gehalte wurden analysiert und die mit dem Erntegut vom Feld exportierten Stickstoffmengen ermittelt. Bestimmt wurden auch die Stickstoffkonzentration und die Stickstoffmengen der Ernterückstände, ebenso die N-Harvest-Indices. Zur Abschätzung der Nitrat-Auswaschungsgefährdung wurden nach der Ernte Bodenproben gezogen und auf Nmin untersucht.


Ergebnisse und Diskussion

1. Die geprüften Rapssorten zeigten erhebliche und hoch signifikante Unterschiede für den Kornertrag bei reduzierter N-Düngung. Unter den geprüften Sorten wiesen die drei Hybriden Synergy, Life und Panther, aber auch die Liniensorte Rasmus weit überdurchschnittliche Kornerträge bei reduzierter N-Düngung auf. Sie sind daher für den Anbau auf auswaschungsgefährdeten Standorten besonders interessant. Signifikante Genotyp x Stickstoff-Interaktionen belegen, dass bei hoher N-Düngung ertragreiche Sorten nicht notwendigerweise auch bei reduzierter N-Düngung überdurchschnittliche Erträge liefern. Die bei dem begrenzten Materialumfang nachgewiesene Variabilität läßt vermuten, dass allein durch Prüfung einer größeren Sortenauswahl weitere Sorten mit einer noch stärker überlegenen N-Effizienz identifiziert werden können; die N-Effizienz wurde dabei definiert als die Fähigkeit eines Genotyps bei reduzierter N-Düngung überdurchschnittliche Erträge zu erzielen. Die Sorte Bristol erreichte bei der mittleren N-Düngung (N1) bereits 98% ihres bei der hohen N-Düngung (N2) erzielten Kornertrages. Bei dieser und auch bei anderen Sorten erwies sich die hohe N-Düngung damit als wirtschaftlich nicht sinnvoll. Diese Ergebnisse zeigen, dass entsprechende Sortenversuche mit einer reduzierten N-Düngung lohnend sind und unbedingt durchgeführt werden sollten. Bei der hohen Düngungsstufe (N2) zeigten die geprüften Genotypen signifikante Unterschiede für die direkt nach Ernte festgestellten Nmin-Werte. Es konnte eine hoch signifikant negative Korrelation zwischen dem Ertragsniveau der Sorten und den Rest-Nmin-Werten zur Ernte nachgewiesen werden. Damit trägt der Anbau von an den jeweiligen Standort angepassten, hochertragreichen Sorten zu einer Verringerung der Nmin-Werte nach Ernte bei. Eine Züchtung von auf reduzierte N-Düngung angepassten Rapssorten ist möglich und sinnvoll.
2. Ackerbohnen und Körnererbsen wiesen in den vorliegenden Untersuchungen jeweils heritable Unterschiede für das Merkmal Nmin nach Ernte auf, was als Voraussetzung für eine erfolgreiche Verringerung einer Nitratauswaschungsgefahr über Winter durch Sortenwahl und Züchtung zu sehen ist. Im Vergleich mit dem Niveau der absolut gefundenen Mengen waren die Unterschiede zwischen den Sorten jedoch relativ gering. Trotz eines sehr hohen Versuchsaufwands, der sich in der hohen Erblichkeit für den Kornertrag widerspiegelt, lagen die gefundenen Heritabilitäten für die Nmin-Werte nur im mittleren Bereich. Dieses sowie die sehr aufwendige Erfassung des Merkmals Nmin nach Ernte spricht gegen eine direkte züchterische Bearbeitung. Es konnte gezeigt werden, dass für beide Körnerleguminosenarten Kornertrag und Nmin nach Ernte negativ korreliert sind. Die praktizierte Züchtung auf hohen Ertrag realisiert indirekt einen gewissen Selektionserfolg in Richtung niedriger Nmin-Werte nach der Ernte. Korrelationen zwischen Nmin und weiteren Merkmalen ergaben darüber hinaus nur wenig Erkenntnisgewinn. Deutlicher ausgeprägt als zwischen den Genotypen waren die Unterschiede zwischen den Umwelten. Für das Merkmal Nmin nach Ernte waren die Interaktionen zwischen Genotypen und Umwelten auffällig hoch. Allgemeingültige Sortenempfehlungen für den praktischen Anbau zur Verringerung der Nitratauswaschungsgefahr sind schwierig, es kann jedoch eine Empfehlung von Sortentypen gegeben werden: Normaltyp-Ackerbohnensorten hinterließen niedrigere Nmin-Werte als die geprüften, in Wuchstyp und Inhaltsstoffen abweichenden Genotypen; nach der Ernte von halbblattlosen Erbsen wurden geringere Nmin-Werte gefunden als nach der von normalblättrigen Erbsen. Neben der Berücksichtigung der konkreten Sorte sollten möglichst agronomische Maßnahmen wie eine dem Leguminosenanbau folgende Winterung eingeplant werden, um standortspezifisch möglichst umweltschonenden Leguminosenanbau zu betreiben.
3. Bei der Gerste war der Kornertrag der mehrzeiligen Sorten in jedem N-Angebotsniveau, also jeder Kombination aus Ort und N-Düngung, höher als der der zweizeiligen Sorten, im Durchschnitt um 5.6 dt ha-1. Dieser höhere Kornertrag der mehrzeiligen Wintergersten beruht auf einer deutlich höheren N-Verwertungseffizienz. Hinsichtlich der N-Aufnahmeeffizienz waren keine Unterschiede zwischen den beiden Sortengruppen zu beobachten. Die höhere N-Verwertungseffizenz der mehrzeiligen Sorten ist auf einen geringeren Strohertrag und einer höheren Kornzahl pro Ähre zurückzuführen. Auch innerhalb der Sortimente zwei- bzw. mehrzeilig konnten Sortenunterschiede in der N-Effizienz beobachtet werden. Diese Sortenunterschiede innerhalb der beiden Gruppen waren in erster Linie auf Abweichungen in der N-Aufnahmeeffizienz zurückzuführen. Im Mittel betrug der Varianzanteil der N-Aufnahmeeffizienz 75 % und die der N-Verwertungseffizienz 25 % der Gesamtvarianz der N-Effizienz der Sorten. Die höhere N-Aufnahmeeffizienz von Sorten war nicht gekoppelt mit erhöhter Wurzelbiomasse. Sortenunterschiede hinsichtlich der N-Effizienz konnten unter Standortbedingungen mit geringer N-Nachlieferung besonders gut beobachtet werden. Aus diesem Grunde sollten solche Standorte auch bei der Selektion von Zuchtmaterial einbezogen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Veröffentlichungen, Fachvorträge, Messeaustellungen
Veranstaltung eines Workshops über Stickstoffeffizienz landwirtschaftlicher Kulturpflanzen am 15. September 1999 in Göttingen. Herausgabe eines Buches mit den Tagungsbeiträgen (siehe unten).
Teilnahme an den DLG Feldtagen 1998 in Nikolauskloster bei Neuss und Präsentation der Teilprojekte Körnerleguminosen und Winterraps (Poster).
Hochschultagung der TU-München-Weihenstephan 1999: Posterpräsentation der Ergebnisse des Teilprojekts Wintergerste.
Möllers, C. (Hrsg.) 2000: Stickstoffeffizienz landwirtschaftlicher Kulturpflanzen. Erich Schmidt-Verlag. 160 Seiten, im Druck.
Möllers, C., M. Kahlmeyer, B. Kessel und H.C. Becker 1999: Genotypische Unterschiede in der N-Effizienz beim Raps. In: Stickstoffeffizienz landwirtschaftlicher Kulturpflanzen. Christian Möllers (Hrsg.). Erich Schmidt-Verlag. Im Druck.
Möllers, C., M. Kahlmeyer, B. Kessel, A. Ossenkop, and H.C. Becker, 1999: Genotypic variation for nitrogen efficiency in winter rapeseed cultivars. Proc. 10th Intern. Rapeseed Congress, 26-29 Sept., Canberra, Australia.
Maidl, F. X., M. Klemisch und G. Wenzel, 1999: Untersuchungen zur genotypischen Variation der N-Effizienz von Wintergerste. In: Stickstoffeffizienz landwirtschaftlicher Kulturpflanzen. Christian Möllers (Hrsg.). Erich Schmidt-Verlag. Im Druck.
Klemisch, M. und F. X. Maidl, 1998: Untersuchungen zur genotypischen Variabilität der N-Effizienz bei Wintergerste. Mitt. Ges. f. Pflanzenbauwiss., Bd. 10, S. 273-274.
Klemisch, M., F. X. Maidl and G. Wenzel, 2000: Genotypic variability of nitrogen efficiency in winter barley. J. Agronomy and Crop Science (eingereicht).Riemer, H., B. Kessel, M. Klemisch, W. Link, F.X. Maidl, C. Möllers and H.C. Becker. Genotypic variability for N-efficiency in winter barley, winter rapeseed and grain legumes. Sustainable Agriculture for Food, Energy, and Industry. Vol 1, pp. 412-417. 1998 James & James Ltd.. ISBN1-873936-76-1.Riemer, H., D. Stelling und W. Link, 1998: Sortenspezifische Ausprägung von Nmin nach Ernte bei Ackerbohnen und Körnererbsen. VDLUFA, Kongreßband 1998, Seite 315 - 318. VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Riemer, H., D. Stelling, and W. Link, 1998: Genotypic variability for N-efficiency in faba bean (Vicia faba L.) and pea (Pisum sativum L.). Third European Conference on Grain Legumes. Editor AEP, Valladolid, Spain., p. 32 - 3.Riemer, H., und W. Link, 1998: Genotyp-Umwelt-Interaktionen für Nmin bei Ackerbohnen und Körnererbsen. Vortr. Pflanzenzüchtg. 42, 176 - 178.
Riemer, H.M., 1999: Nmin nach Ernte: Genotypische Variation in aktuellem Material von Ackerbohnen (Vicia faba.) und Körnererbsen (Pisum sativum L.). Cuvillier Verlag Göttingen, ISBN 3-89712-646-X.
Riemer, H.M., and W. Link 2000: Genotypic variation for the risk of nitrate leaching after faba bean and pea. Accepted as poster abstract and as oral presentation at the Third Crop Science Congress, August 17 - 22, Hamburg.
Riemer, H.M., und W. Link, 1999: Genotypische Variabilität für Nmin nach Ernte und Proteingehalt des Korns bei Körnererbsen und Ackerbohnen. Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 12, 247 - 248.
Velasco, L., and C. Möllers 2000: Use of near-infrared reflectance spectroscopy to assess nitrogen concentration in different plant tissues of rapeseed. Communications in Soil Sciences and Plant Analysis, im Druck.


Fazit

Insgesamt zeigten die Ergebnisse bei allen Fruchtarten, dass durch die Auswahl angepasster hoch-ertragreicher Sorten ein Beitrag zur Reduzierung der nach Ernte auftretenden hohen Nmin-Mengen geleistet werden kann. Darüber hinaus stehen mit diesen Ergebnissen neue Ansatzpunkte für eine Züchtung von Sorten für Standorte mit reduzierter N-Versorgung zur Verfügung.