Nährstoffversorgung zur Optimierung der N₂-Fixierung und Produktivität von Körnerleguminosen

Abstract

Erstes Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine ausbalancierte optimale Nährstoffversorgung von Ackerbohnen (<em>Vicia faba</em>) mit einer einhergehenden maximalen Stickstoff-Fixierung auch auf biologisch bewirtschafteten Standorten zu ermöglichen. Dazu wurden 2009 ein Gefäßversuch und 2010 ein Feldversuch an vier Standorten durchgeführt. Die Düngewirkung folgender mineralischer Dünger und Sekundärrohstoffdünger wurde untersucht: Kaliumsulfat, Super-Phosphat, Roh-Phosphat (Unterfuß), Na-Molybdat, Borax, Fleischknochenmehl (FKM), Kompost, Obsttrester und Gärrückstand. Im Feldversuch wurden die Ackerbohnen direkt in ein Stoppelfeld mit Strohmulchauflage gesät. Zur Schätzung der Stickstoff-Fixierung wurde die Differenzmethode mit Sommerweizen als Referenzfrucht angewandt. Das zweite Ziel der Arbeit bestand darin, Daten für die Aufstellung einer DRIS-Norm (Diagnosis and Recommendation Integrated System) für Ackerbohnen zu sammeln, um die Nährstoffversorgungssituation be-urteilen zu können. Dazu wurden 416 Blattproben (jüngstes ausgewachsenes Blatt zum BBCH 61 - 65) aus Praxisbetrieben und Versuchsinstitutionen auf die Elemente C, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn, Cu, B und Mo analysiert.<br /> Eine FKM-Düngung (80 kg P/ha) erhöhte den P-Gehalt im Blatt von 1,3 g P/kg TM in der ungedüngten Kontrolle auf 3,7 g P/kg TM. Bei der Roh-Phosphat-Gabe (80 kg P/ha) wurde ein P-Mangel festgestellt (2,2 g P/kg TM). Die Düngung mit Kompost, Obsttrester oder Gärrückstand führte zu optimal mit K versorgten Ackerbohnen. Die Gabe von Na-Molybdat (1 kg Mo/ha) resultierte stets in einem signifikanten Anstieg des Mo-Gehaltes in der Blatttrockenmasse, der ohne Mo-Gabe zwischen nicht messbar und 8 mg/kg lag. Eine Auswirkung auf das Wachstum oder den Ertrag wurde aber nicht festgestellt. Blätter der mit 3 kg Mo/ha gedüngten Ackerbohnen hatten 102 mg Mo/kg TM und können bei Verwendung als Futter eine Mo-Vergiftung, die mit einem Cu-Mangel assoziiert ist, auslösen. In Kombination mit Kaliumsulfat wurde signifikant weniger Mo in den Blättern gemessen als in der Na-Molybdat-Variante, da die antagonistische Wechselwirkung zwischen Sulfat und Molybdat die Aufnahme unterdrückte. Häufig erwies sich S als der limitierende Nährstoff. Als Gründe für die niedrigen S-Gehalte in mehreren Proben werden die zurückgegangenen atmosphärischen S-Einträge und eine unzureichende S-Düngewirkung von Wirtschaftsdüngern angesehen. Am Standort Wiesengut wurden das Wachstum, die grüne Farbe der Blätter, die Knöllchenmasse und der Ertrag signifikant durch eine Kaliumsulfat-Gabe (35 kg S/ha) erhöht. Gleichzeitig stieg der S-Gehalt von 2,5 g/kg TM in der Kontrolle auf 3,6 g/kg TM zusammen mit dem N-Gehalt von 57 auf 62 g/kg TM. Wie auch der erhöhte Blatt-N-Gehalt deuten die Schätzergebnisse aus der Stickstoff-Fixierung darauf hin, dass die S-Gabe mittels Kaliumsulfat die Stickstoff-Fixierung deutlich steigerte. Die Ackerbohnen fixierten im Mittel an den verschiedenen Standorten 106 bis 316 kg N/ha. Die höchste Stickstoff-Fixierung mit 460 kg N/ha wurde bei der Kaliumsulfat-Gabe am Standort Wiesengut ermittelt. Der Ndfa über alle Varianten im Feldversuch wurde auf 31 bis 52 % geschätzt. Aufgrund starker Trockenheit während der Vegetationsperiode lieferten die N_min-Analysen keine aussagekräftigen Werte. <br /> Bei der Erstellung der DRIS-Norm zeigte es sich, dass mehr Proben aus Beständen mit hohen Erträgen (Hochertragspopulationen) erforderlich gewesen wären. Weiterhin wurde die Diagnose mittels DRIS als nicht zuverlässig genug angesehen, da sie auf der alleinigen Betrachtung der dualen Nährstoffverhältnisse beruht. Als Hilfe bei der Diagnose des Nährstoffversorgungszustandes mittels DRIS-Indizes wurde der CNL (Critical Nutrient Level) herangezogen. Aus der gemeinsamen Interpretation ließ sich ein angemessenes Düngemanagement ableiten.

<strong>Nutrient supply to optimize N₂ fixation and productivity of grain legumes</strong><br /> First objective of the present thesis was to accomplish a balanced optimal nutrient supply of faba bean (<em>Vicia faba</em>) accompanied with a maximum nitrogen fixation at organic farms as well as at conventional farms. Therefore a pot experiment and a field experiment at four sites were conducted in 2009 and 2010, respectively. The fertilizer effect of the following mineral fertilizers and recycling product fertilizers was investigated: potassium sulphate, super-phosphate, raw phosphate (beneath seed row), sodium molybdate, Borax, meat bone meal (mbm), compost, pomace and residues of fermentation. For the field experiment the faba beans were sown directly in a stubblefield covered with straw. The nitrogen fixation was estimated by the reference method using summer wheat as reference plant. Second objective entailed collecting data and establishing a DRIS norm (Diagnosis and Recommendation Integrated System) for faba bean that can be used to evaluate the current nutrient supply level. Thereto 416 leaf samples (youngest fully grown leaf at onset of bloom to mid bloom) were sampled from farms plus experimental stations and analysed for the elements C, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn, Cu, B, and Mo.<br /> A donation of 80 kg P/ha through mbm raised the leaf P concentration from 1.3 g P/kg dry mass in the unfertilized control up to 3.7 g P/kg dry mass. The beans receiving raw phosphate (80 kg P/ha dry mass) showed P deficiency and a low leaf P concentration of 2.2 g P/kg dry mass. The application of compost, pomace and residues of fermentation resulted in optimal K supplied bean plants. Whenever sodium molybdate was fertilized (1 kg Mo/ha) the Mo concentration increased significantly compared to concentrations of not detectable and 8 mg/kg leaf dry mass at highest in plants without any Mo fertilization. But an effect on growth or grain yield was not determined. As Mo concentrations of faba bean leaves fertilized with 3 kg Mo/ha were as high as 102 mg Mo/kg dry mass the use as feed would cause Mo poisoning or rather a secondary Cu deficiency. In combination with potassium sulphate the detected Mo concentration was significantly less than in the mere sodium molybdate treatment. Sulfate acted as an antagonist to molybdate and restricted the Mo uptake. Frequently S turned out to be the limiting nutrient. The decline of the atmospheric S depositions and an insufficient supply of plant available S by using manure based fertilizers are assumed to be the reasons for the low S supply. At the Wiesengut the potassium sulphate application (35 kg S/ha) increased the plant growth, the green leaf colour, the nodule mass, and the grain yield, significantly. At the same time the S content raised from 2.5 up to 3.6 g/kg leaf dry mass together with the N content that climbed from 57 g/kg in the control to 62 g/kg leaf dry mass in the potassium sulphate treatment. In line with that the estimations of the nitrogen fixation indicate that the S application through potassium sulphate increased the nitrogen fixation distinctly. On average of the various sites the faba beans fixed 106 to 316 kg N/ha. The highest nitrogen fixation - 460 kg N/ha - was estimated for the potassium sulphate treatment at the Wiesengut. The Ndfa above all treatments was estimated at 31 to 52 %. As a result of the drought during the vegetation period the N_min analysis did not gave sound values.<br /> The analysis of the results concerning the DRIS evaluation showed that more samples of stands with high yields (high-yielding populations) would be necessary to create a sound DRIS norm. Further on the DRIS indices given by the DRIS norm were not considered highly diagnostic because they rely solely on the inspection of the dual nutrient relationships. As consequence the CNL (Critical Nutrient Level) was used for diagnosis of the nutrient supply level in combination with DRIS. So an adequate fertilizer management could be derived from the interpretation of the leaf nutrient concentrations.