Zwischenfrüchte und ihre Wurzeln

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1 Zwischenfrüchte und ihre Wurzeln Zwischenfrucht Symposium VW Groß-Enzersdorf Gernot BODNER Universität für Bodenkultur Wien Department für Nutzpflanzenwissenschaften Abteilung Pflanzenbau Arbeitsgruppe Pflanzliche Produktionsökologie 1/20 1/30

2 Humushaushalt sichern Biologischer Pflanzenschutz Unkrautunterdrückung (Nitrat)-Düngerrecycling Nährstoffmobilisierung Bodenstrukturverbesserung Grundwasserschutz Klimaschutz Insekten (Bienenweide) Zwischenfrucht-Funktionen Wild (Deckung, Futter) Bodenleben fördern Bodenlockerung (Verdichtungen) Erosionsschutz 2/20 2/39

3 Zwischenfrucht allgemein Zwischenfrucht = Spross + Wurzel 60 % Biomasse 40 % Biomasse 3/20 3/17

4 Zwischenfrucht allgemein Wurzelsystemklassifizierung Zwischenfrüchte Sommerwicke Saatplatterbse Alexandr. Klee Gelber Steinklee Mischung 1* Roggen Buhweizen Mischung 2* Phacelia Ölrettich Gelbsenf Öllein Leguminosen Kreuzblütler Hoher mittlerer Wurzeldurchmesser Hoher Feinwurzeldichte Distanz zwischen Clustern *Mischung 1 Landsberger Gemenge; Mischung 2 Gelbsenf, Phacelia, Sommerwicke Bodner et al. (2013) Frontiers in Plant Science 4 4/20 4/39

5 Zwischenfrucht und Nährstoff(re)cycling 5/20

6 Zwischenfrucht und Nährstoff(re)cycling N-Aufnahme ausgewählter Zwischenfrüchte Zwischenfrucht-Art Oberirdische Biomasse (dt/ha) N-Gehalt in der Trockenmasse (%) N-Aufnahme (kg/ha) Senf Ölrettich Phacelia Buchweizen Winterwicke * Perserklee * *Neben N-Aufnahme aus dem Bodenvorrat, vor allem symbiontisch gebundener Luftstickstoff 6/20 6/39

7 Zwischenfrucht und Nährstoffrecycling Verlust-Minimierung - Unterbodenerschließung Quelle: Felgentreu und Engelke, /20

8 Zwischenfrucht und Nährstoffrecycling Mineralisierung und N-Freisetzung Kulturart CN Verhältnis Kresse 20:1 Gelbsenf 20:1 Phacelia 15:1 Ölrettich 12:1 Leguminosen 10:1 Abbau der Zwischenfrucht N-Freisetzung (Ertrag) Ausgasungspotential 8/20 8/39

9 Zwischenfrucht und Nährstoff(re)cycling Wurzelmechanismen der P-Mobilisierung Baktierien Aufnahme - Desorption Eisenoxid P i Islam et al., 2007 Ca-Phosphat Mykorrhiza ph H + H + H + -Abgabe H + H + H + H + H + H + H + H + ph CO 2 Wurzelatmung CO 2 Organische Säuren ZitronenS. ApfelS. OxalalS. CarboxylS. EssigS. GlutaminS. h Oberfläche Mobilisierung h HCO 3 - HCO Desorption, Verwitterung 9/20

10 Zwischenfrucht und Nährstoff(re)cycling Phosphor-Mobilisierung durch Zwischenfrüchte Buchweizen Phacelia Lupine Starke Ansäuerung der Rhizosphäre. Lösung von Kalziumphosphaten. Hoher Feinwurzelanteil und Mykorrhiza. Geringer Diffusionsweg des Phosphors. Wurzelcluster mit hoher Exudation. Desorption von (Fe-) Phosphaten Hohe Phosphormobilisierung dieser Kulturen bedeutet nicht immer eine höhere Verfügbarkeit für die Folgefrucht. Summe von Wirkungen der Gründüngung kann jedoch P-Versorgung verbessern. 10/20

11 Zwischenfrucht und Bodenphysik Wurzeln als Biopflug? Hydraulische Eigenschaften werden von Wurzeln im strukturbeeinflussten Bereich des Bodens verändert. Wurzeleffekte auf hydraulische Bodeneigenschaften Effekt Einwachsen in Poren Hydrophobizität Read et al. (2003) 11/70 Mikrorisse (feucht-tocken) Young (1998) Quelle Scanlan and Hienz (2008) Lokale Verdichtung Whalley et al. (2004) Bioporenbildung Wuest (2001) Kautz et al. (2014) Porenstabilisierung Bodner et al. (2008) Aggregierung (Vernetzung, POM, Exudate) Rasse et al. (2000), Feeney et al. (2004) Mikrobielle Aktivität Czarnes et al. (2000) 11/20 11/39

12 Porenhäufigkeit (mm -1 ) Zwischenfrucht für Bodenphysik (a) Coarse Dicke Wurzelachsen root type Mikroporen Microporosity Makroporen Macroporosity Wurzeln schaffen Bodenporen Dicke Wurzeln (Lathyrus sativus) vs. Schwarzbrache Makroporen (r > 37.5 mm) Volumen + 44 % Unplanted Brache L. Platterbse sativus Feine Wurzeln (Phacelia) vs. Schwarzbrache Volumetric frequency ( m -1 ) (b) Fine root type (b) Feine Wurzelachsen Mikroporen Microporosity Makroporen Macroporosity Mikroporen (r < 15 mm) Volumen + 45 % Unplanted Brache P. Phacelia tanacetifolia Porenradius radius (mm) ( m) Bio-Makroporen 12/20

13 Zwischenfrucht und Bodenphysik Wurzelmorphologie und Porenraum Unbepflanzt Grobe Wurzeln Saatplatterbse Porenvolumen in Vol. % Feine Wurzeln Phacelia Mikroporen 1 (r<2,5 mm) 2,3 1,9 5,5 Mikroporen 2 (2,5 r <15 mm) 7,4 6,1 8,6 Mesoporen (15 r <37,5 mm) 6,1 5,5 5,5 Makroporen 1 (37,5 r <500 mm) 14,9 17,8 13,1 Makroporen 2 (r>500 mm) 3,8 9,1 5,2 Saatplatterbse Phacelia Foto und Zeichnung: Kutschera et al. (2009) Wurzelatlas 13/20 13/39

14 Zwischenfrucht und Bodenphysik Krumenlockerung durch Wurzelverbauung 1.6 Lockerung durch Grubber (0-15 cm) 1.60 Keine Zwischenfrucht Intensiv-Wurzler Lagerungsdichte (g cm -3 ) Lagerungsdichte (g cm -3 ) Tag nach Bearbeitung Wurzelvolumendichte (cm 3 cm -3 ) 14/20 14/17

15 Zwischenfrucht und Bodenphysik Regenverdaulichkeit fördern durch Begrünung 60 Dicke Wurzeln Feine Wurzeln Feinwurzler Pflahlwurzler 10 Wasserleitfähigkeit Ks (cm h -1 ) Oberflächenabfluss (mm) Spezifische Wurzellänge (cm g -1 ) Durchwurzelung (Summenparameter - ) 15/20 15/17

16 Wirksamer Bestand braucht Biomasse Gute Wirkung braucht gute Platzierung Gefahr: Luftmangel awurzelbarriere Management Managementvoraussetzungen zur Nutzung der Zwischenfrucht(wurzel)funktionen VORAUSSETZUNG 1 VORAUSSETZUNG 2 > 30 % Deckungsgrad Maximaler Oberflächenschutz (Mulchsaat) % Deckungsgrad Maximale Umsetzung (SEICHT einarbeiten) 0 % Deckungsgrad Maximale Probleme (Einpflügen) (i) Ohne hauptfruchtmäßigen Zwischenfruchtbestand (ii) Ohne durchdachtes Mulch-Management können die Pflanze die Erwartungen nicht erfüllen. 16/20

17 Schlussfolgerungen Schlussfolgerung Zwischenfruchtleistungen sind in erster Linie Leistungen für/über die (biologische) Bodenfruchtbarkeit. Die Kenntnis der artspezifische Wurzelausprägung ist damit entscheidend für eine gezielte Nutzung der Zwischenfrucht mit hohem Zielerreichungsgrad. 17/20 17/39

18 Universität für Bodenkultur Wien Department für Nutzpflanzenwissenschaften Abteilung Pflanzenbau, AG Pflanzliche Produktionsökologie Priv.-Doz. DI Dr. Gernot Bodner Konrad-Lorenz-Straße 24, A-3430 Tulln Tel.: , Fax: gernot.bodner@boku.ac.at, /20 18/18

19 Kontext Bodenfruchtbarkeit Bodengesundheit = Bodenfruchtbarkeit = Ertragseffizienz Management zum Erhalt, Verbesserung und Ausnutzung des natürlichen Bodenpotentials Physikalische Bodenfruchtbarkeit Boden als poröser Speicherraum für Wasser- und Nährstoffe sowie Wachstumsraum der Pflanzenwurzel Bodenstruktur, Erosion, Verdichtung Chemische Bodenfruchtbarkeit Boden als Speicher von Nährstoffen (Sorpotion) und Filter für Schadstoffe Nährstoffmobilisierung, -recycling, Grundwasserschutz, Humusbilanz Biologische Bodenfruchtbarkeit Boden als Lebenraum für Bodentiere und Bodenmikroorganismen (Umsetzungsvorgänge) Bodenleben, Humus, Bodenstruktur, Pflamzenschutz 19/20 19/26

20 Biopflug vs. Streichblechpflug Zwischenfrucht und Bodenphysik Bodner et al. (2013) Geoderma /20 20/39