Zur Wurzelverteilung von Leguminosen im Gemengeanbau

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1 Zur Wurzelverteilung von Leguminosen im Gemengeanbau Catharina Meinen Georg-August-Universität Göttingen Department für Nutzpflanzenwissenschaften Abteilung Pflanzenbau

2 Hintergrund Leguminosen-Getreide-Gemenge Was spricht für Gemenge? Höhere Erträge als Reinsaat Ertragsstabilität Ertragsqualität Effizientere Nutzung von Wachstumsfaktoren Unkrautunterdrückung Minderung der Lagergefahr Erbse-Hafer-Gemenge Körner als Kraftfutter Ganzpflanzensilage Ackerbohnen-Hafer-Gemenge 2

3 Hintergrund Leguminosen-Getreide-Gemenge 80 Kornertrag 2013 Hof & Rauber (2003) Korn TM [dt ha -1 ] RYT=1,2 RYT=1,05 Hafer Ackerbohne 0 RYT > 1 relativer Mehrertrag, Komplementäre Nutzung der Wachstumsfaktoren (Nährstoffe, Licht, Wasser) 3

4 Hintergrund Leguminosen-Getreide-Gemenge Wurzelverteilung? auf Artebene? Positive Interaktionen im Wurzelraum? z.b. Stickstoff-Transfer Nischenbildung? Ackerbohnen-Hafer- Gemenge 4

5 Experiment Feldversuch 2012 Ackerbohne-Hafer-Gemenge Reinsaaten: Sommer-Hafer (Contender), 300 Korn m - ² Ackerbohne (Fuego) 40 Korn m - ² Gemenge: Ackerbohne: 100%, Hafer: 50% alternierende Reihen 4 Wiederholungen Wurzelproben zur Ackerbohnenblüte 5

6 Experiment Wurzeluntersuchung Bohrkern-Methode auf und zwischen den Reihen (Blüte) 10 cm Abschnitte bis 60 cm Bodentiefe Wurzeln gewaschen getrocknet gemahlen Fotos: F. Kruse 6

7 Methode Fourier Transform Infrarot (FTIR) Spektrometer Industrie Mittel-Infrarot Wellenzahl cm 1 ( nm Wellenlänge) Frische, getrocknete und gemahlene Wurzeln Clusteranalyse Artanteile quantifizieren mit Hilfe einer Eichreihe FTIR-ATR-Spektrometer Alpha, Bruker Optics 7

8 Methode Modellkalibrierung für die Quantifizierung Hafer [%] Kalibrationsproben (0-100 %) Ackerbohne [%] 30 künstliche Wurzel-Mischungen aus Reinsaaten % Ackerbohne/Hafer 5 % Schritte Kalibration- und Validation externe Validierung Modell zur Quantifizierung von Artanteilen in Wurzelmischungen 8

9 Methode FTIR-ATR Spektrum Absorption Hafer Hafer Ackerbohne Ackerbohne Fette Proteine Cellulose, Hemicellulose Proteine + Fette Wellenzahl cm -1 9

10 AB_11c_1TWAH_1.0 AB_a10-20_1T_b.0 AB_11c_1TWAH_2.0 AB_11c_1TWAH_3.0 AB_a10-20_1T_a.0 AB_11d_2tWAH_1.0 AB_11d_2tWAH_2.0 AB_11d_2tWAH_3.0 H_6a0-10_1T_a.0 H_6a0-10_1T_b.0 H_10c_1TWAH_1.0 H_10c_1TWAH_3.0 H_10c_1TWAH_2.0 H_10d_2tWAH_1.0 H_10d_2tWAH_3.0 H_10d_2tWAH_2.0 Methode Clusteranalyse Ackerbohne Hafer Heterogenität 2 10

11 Ergebnisse Reinsaaten Gemenge 100:50 Auf der Reihe Auf AB-Reihe Auf Hafer-Reihe Hafer 200,3 g m -2 Bohne 145,1 g m -2 Hafer 145,0 g m -2 Bohne 179,8 g m -2 Hafer 22,4 g m -2 Bohne 13,9 g m -2 11

12 Feldversuch Erbse-Hafer-Gemenge DFG Projekt Dr. Nicole Legner Erbse: Respect Hafer: KWS Contender Gemenge: 100 Körner m Körner m Körner Erbse m -2 Wurzelidentifizierung im Feld Mobiles FTIR-Spektrometer 60 Körner Hafer m -2 12

13 Methode Wurzeluntersuchung im Feld (1) Ist die Unterscheidung von Erbsen- und Haferwurzeln in situ möglich? (2) Kann die räumliche Verteilung der Wurzeln beider Gemengepartner erfasst werden? Mobiles FTIR-ATR- Spektrometer Scanner Profilwand Ausschnitt 5 x 5 cm 13

14 Ergebnisse Ergebnisse und Fazit Max. Wurzeltiefe Hafer in Reinsaat 135 cm, im Gemenge 100 cm Max. Wurzeltiefe Erbse in Reinsaat und Gemenge ähnlich (85 cm) Aufnahme der räumlichen Verteilung schnell und unkompliziert Entnahme und Messung jeder Gemengewurzel dauert lange, max. 400 Proben pro Tag Auswertung der in situ erzeugten Daten ist schwierig (Wasser-Peak), daher zunächst Auswertung der getrockneten Proben Räumliche Verteilung der Wurzeln beider Gemengepartner kann erfasst und dargestellt werden 14

15 Zusammenfassung und Ausblick FTIR-ATR-Spektroskopie Artunterscheidung Quantifizierung der Artanteile geringe Probenvorbereitung/Probenmenge auch bei nahverwandten Arten möglich Quantifizierung auch bei Mehr-Art-Systeme möglich (Mais, Hühnerhirse, Flughafer) Vielversprechende Methode für unterirdische Prozesse Gemengen Nutzpflanze-Unkraut-Interaktion 15

16 Vielen Dank Prof. Rolf Rauber Dr. Nicole Legner Christiane Münter Thomas Seibold Gabi Kolle Kerstin Jespersen Anita Bartlitz und viele Mitarbeiter auf dem Feld 16

17 Hintergrund Gemenge Pflanzenanzahl pro Fläche Ackerbohne Hafer substitutives Gemenge 50:50 additives Gemenge 50:100 17

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