Elke Pawelzik, M. Ikhsan Sulaiman und Anna Keutgen, Göttingen. Qualität der Kartoffel: Was kann eine Calcium-Düngung leisten?

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1 Elke Pawelzik, M. Ikhsan Sulaiman und Anna Keutgen, Göttingen Qualität der Kartoffel: Was kann eine Calcium-Düngung leisten? Im Kartoffelbau werden Calcium-Dünger überwiegend in der Fruchtfolge eingesetzt, um z.b. den ph-wert des Bodens zu regulieren, da hiervon die Verfügbarkeit der anderen Nährstoffe mit beeinflusst wird. Als Nährstoff für die Kartoffelknolle wird Calcium dagegen weniger Beachtung geschenkt, obwohl dieser Mineralstoff an einer Reihe physiologischer Prozesse in der Knolle beteiligt ist. Kartoffelknollen werden aufgrund ihrer geringen Transpiration als Organe mit Calciumdefizit angesehen (Busse u. Palta, 23) und eine Mangel kann nichtparasitäre Krankheiten (Raymond u. Kelman, 1986; Tzeng et al., 1986; Sterrett u. Hanninger, 1991; Davies, 1998) bzw. erhöhte Anfälligkeit gegenüber Schwarzfeckigkeit zur Folge haben (Karlsson u. Palta, 24; McNabnay et al., 1999). Material und Methoden In einem dreijährigen Feldversuch wurde anhand der Sorte Saturna die Wirkung von Calciumsulfat und Calciumkarbonat auf die Mineralstoffzusammensetzung sowie weitere Qualitätsmerkmale der Kartoffelknolle untersucht. Die Kartoffeln wurden auf sandigen Böden in Langwedel und Groß Oesingen im Jahr 21, in Langwedel und Hankensbüttel im Jahr 22 sowie in Hankensbüttel und Groß Oesingen im Jahr 23 (ph 5,1 5,7) angebaut. Die N-Düngung erfolgte mit 16 kg N ha -1 als Kalkammonsalpeter. Als Ca-Dünger wurden Calciumsulfat (CaSO 4. 2H 2 O) und Calciumcarbonat (CaCO 3 ) (kohlensaurer Kalk) mit 4,5 und 9, dt Ca ha -1 in 21 sowie 5,6; 11,2; und 22,4 dt Ca ha -1 in 22 breitwürfig vor dem Pflanzen angewendet. Im Jahre 23 wurden die o.g. Mengen für Calciumsulfat beibehalten, während Calciumcarbonat als kohlensaurer Kalk sowie Hüttenkalk in Höhe von 11,2 sowie 22,4 dt Ca ha -1 ausgebracht wurden. Die Kontrollvariante wurde mit Kalkammonsalpeter gedüngt. Bodenproben wurden vor dem Pflanzen, zu Beginn der Blüte und nach der Ernte in einer Tiefe von 3 cm gezogen. In diesen Proben wurden die Kationen in der Bodenlösung und die austauschbaren Kationen im Boden ermittelt. Die Rodung der Kartoffeln erfolgte jeweils im September und ein Teil der Knollen wurde bei 8 C für sieben Monate gelagert bzw. ein weiterer Teil der geernteten Knollen getrennt nach Schale und Mark sofort in flüssigen Stickstoff eingefroren und anschließend gefriergetrocknet. Die gefriergetrockneten Proben wurden anschließend vermahlen und für alle weiteren Untersuchungen, mit Ausnahme der Ascorbinsäure- Bestimmung sowie der Chipsqualität verwendet. Ascorbinsäure und Chipsqualität wurden an frischen Knollen bestimmt. Ergebnisse Die Art der Calcium-Düngung beeinflusste den ph-wert des Bodens dahingehend, dass mit zunehmender Anwendung von Calciumcarbonat der ph-wert von 5,1 auf 5,6 anstieg, während er sich nach Applikation von Calciumsulfat nicht veränderte. Bei allen Calciumdüngungsvarianten nahm die Konzentration des austauschbaren Calciums im Boden zu Beginn der Blüte und nach der Ernte nur geringfügig zu, wobei auch kein signifikanter Unterschied zwischen den Behandlungen festgestellt wurde. Eine steigende Calcium-Applikation hatte ebenfalls keinen signifikanten Einfluss auf die Calciumkonzentration in der Bodenlösung zu Beginn der Blüte. Zum Zeitpunkt der Ernte war die Calciumkonzentration in der Bodenlösung bei CaCO 3 - Applikation sowie bei der Kontrollvariante deutlich zurückgegangen, wobei die Appli-

2 kation von Hüttenkalk jedoch eine deutlich geringere Abnahme bewirkte. Dagegen blieb nach CaSO 4 -Applikation die Calciumkonzentration in der Bodenlösung bis zur Ernte unverändert hoch (Abb. 1). Demzufolge war auch der Calciumgehalt in Kartoffelschale und mark nach CaSO 4 -Applikation deutlich höher als nach CaCO 3 - Düngung, wobei ein deutlicher Einfluss des Anbaujahres erkennbar wurde (Abb. 2). In 22 und 23 enthielten die Knollen wesentlich mehr Calcium als in 21, was auch zu unterschiedlich häufigem Auftreten von Knollen mit Braunverfärbung im Mark führte (Abb. 3). Der Einfluss von zunehmenden Calcium-Düngermengen auf weitere Mineralstoffe im Kartoffelmark hing von der Art des Düngers ab und zeigte sich bei Kalium und Schwefel, deren Gehalte in der Knolle nach CaSO 4 -Applikation im Vergleich zur Kontrollvariante und den CaCO 3 -Varianten signifikant zunahmen. Die reduzierenden Zucker als wichtiges Qualitätsmerkmal für Verarbeitungskartoffeln wurden ebenfalls von der Düngerart beeinflusst. Während infolge CaSO 4 -Applikation die Gehalte gegenüber der Kontrollvariante praktisch unverändert blieben, stiegen sie nach CaCO 3 -Düngung in Abhängigkeit von der zugeführten Menge standortabhängig um 5 1% an. Nach einer siebenmonatigen Lagerung bei 8 C waren in den CaSO 4 -Varianten geringere Anstiege zu verzeichnen als in den CaCO 3 - gedüngten Proben. Von Einfluss auf die Chipsfarbe waren neben den reduzierenden Zuckern auch die Gehalte an freien Aminosäuren. Es wurde ermittelt, dass infolge der Calcium-Düngung mittels CaCO 3 ein tendenziell stärkerer Anstieg als nach Ca- SO 4 erfolgte. Dieser basierte bei den CaCO 3 - Proben vor allem auf einer Zunahme an Threonin, Prolin, Histidin, Arginin, Methionin, der Amide sowie phenolischer Aminosäuren. Funktionelle Eigenschaften der Kartoffelstärke, wie Endviskosität und Verkleisterungstemperatur wurden durch die Art und Höhe der Calcium-Düngung nicht beeinflusst. Wie am Beispiel der Endviskosität (Erntejahr 22) in Abbildung 4 ersichtlich, dominierte eindeutig der Standorteinfluss. Die am Standort Langwedel angebauten Kartoffeln wiesen geringere P- und K-Gehalte auf. Diskussion Über die Aufnahme von Calcium durch die Kartoffelknolle gibt es bis heute widersprüchliche Auffassungen. Während Busse u. Palta (23) aufgrund ihrer Untersuchungen davon ausgehen, dass die Knollen das Calcium vor allem über Stolonwurzeln in unmittelbarer Knollennähe aufnehmen, beschreiben Kraus u. Marschner (1971) daneben auch die Aufnahme über die Schale direkt aus der Bodenlösung. Habib u. Donnelly (22) stellen eine Rangfolge der Calcium-Aufnahme dahingehend auf, dass Calcium bevorzugt über die Schale aus der Bodenlösung und des Weiteren über Basal- und Stolonwurzeln aufgenommen wird. In jedem Fall muss Calcium im Boden hauptsächlich während der Knollenbildung ausreichend verfügbar sein. In Übereinstimmung mit Fatemy u. Evans (1986) zeigen auch die vorliegenden Untersuchungen, dass die Calciumkonzentration im Kartoffelmark vor allem von der Calciumkonzentration in der Bodenlösung während der Knollenbildung bestimmt wird. Dabei spielt die Wasserversorgung eine entscheidende Rolle. Die Ergebnisse von Sulaiman et al. (22) zeigten, dass wachsende Kartoffeln bei überschüssiger Wasserversorgung mehr Calcium aufnehmen, als Knollen, die unter Wassermangel wachsen. CaSO 4, das besser löslich ist und langsamer als CaCO 3 mineralisiert wird (Clough, 1994), führt zu einer ausreichenden Calciumversorgung in der Bodenlösung während des Wachstums bis zur Ernte. Dagegen nimmt der Calcium-Gehalt in der Bodenlösung bei der Anwendung von CaCO 3 während der Knollenbildung immer

3 weiter ab, so dass Knollen, die mit CaSO 4 gedüngt wurden, höhere Calciumgehalte als nach CaCO 3 -Düngung aufweisen. Eine günstige Beeinflussung der Chipsqualität, ermittelt an Hand reduzierender Zucker sowie freier Aminosäuren durch CaSO 4 -Applikation, ist vor allem auf die Relation der Mineralstoffe in der Knolle zueinander, einschließlich einen höheren Schwefelgehalt zurückzuführen. Aufgrund der spezifischen Beteiligung einzelner Mineralstoffe an Transport- und Syntheseprozessen in der Knolle werden reduzierende Zucker bzw. Aminosäuren unterschiedlich akkumuliert. Die funktionellen Eigenschaften der Kartoffelstärke werden durch die Calcium-Düngung nicht beeinflusst. Hier dominiert eindeutig der Standorteinfluss. Zusammenfassung Am Beispiel einer Kartoffelsorte wurde gezeigt, dass das während der Knollenbildung in der Bodenlösung verfügbare Calcium den Calcium-Gehalt in der Knolle bestimmt. Im Vergleich zu der Kontrolle nahm nach CaSO 4 -Düngung der Calciumgehalt in der Knolle signifikant zu, wobei der Einfluss steigender Gaben, über den gesamten Versuchszeitraum betrachtet, signifikant gegeben war. CaSO 4 führte auch zu einer Erhöhung des Schwefelgehaltes in den Knollen. Sowohl CaSO 4, als auch CaCO 3 beeinflussten in Abhängigkeit von Standort und Jahr in der Knolle den Gehalt an weiteren Makro- sowie Mikroelementen in der Knolle. Anhand des Auftretens von Knollen mit Braunfärbungen im Mark wurde die Bedeutung von Calcium für die Zellintegrität deutlich. Des Weiteren konnte ein positiver Einfluss der CaSO 4 -Düngung auf die Chipsqualität nachgewiesen werden. Literatur: Busse, J. und J.P. Palta 23: Uptake and transport of calcium to potato tubers using 45Ca. Poster- Abstracts of the PAA Annual Meeting 23. Clough, G.H. 1994: Potato tuber yield, mineral concentration, and quality after calcium fertilisation. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 119, Davies, H.V. 1998: Physiological mechanisms associated with the development of internal necrotic disorders of potato. Amer. J. of Potato Res. 75, Habib, A. und D.J. Donnelly 22: Calcium translocation and accumulation into potato tubers. Potato Res. 45: Karlsson, B.H. und J.P. Palta 24: Enhancing tuber calcium concentration may reduce incidence of blackspot bruising injury. (3.6.24) Kraus, A. und H. Marschner 1971: Influence of direct supply of calcium to potato tubers on the yield and the calcium content. J. Plant Nutr. Soil Sci. 129: 1-9. McNabnay, M., Dean, B.B., Bajema, R.W. und G.M. Hyde 1999: The effect of potassium deficiency on chemical, biochemical and physical factors commonly associated with blackspot development in potato tubers. Amer. J. of Potato Res. 75: Raymond, G.M. und A. Kelman 1986: Calcium in potato tuber cell walls in relation to tissue maceration by Erwinia carotovora pv. atroseptica. Phytopathology 76: Sterrett, S.B. und M.R. Henninger 1991: Influence of calcium on internal heat necrosis of Atlantic potato. Amer. J. of Potato Res. 68: Sulaiman, M.I., Delgado, E. und E. Pawelzik 22: Influence of water stress on the internal quality of potato tubers. Abstract of papers and poster presentation in 15 th Triennial Conference of the EAPR, July 14 19, 22 in Hamburg, Germany. p 296. Tzeng, K.C., Kelman, A., Simmons, K.E. und K.A. Kelling 1986: Relationship of calcium nutrition to internal brown spot of potato tubers and sub-apical necrosis of sprouts. Amer. J. of Potato Res. 63:

4 7 M 6 Blüte Ernte 5 Calcium (mg L -1 ) ,4 11,2 5,6 11,2 22,4 11,2 22,4 CaSO4 CaCO3 ksk CaCO3 Hk Düngung (dt Ca ha -1 ) ksk: kohlensaurer Kalk; Hk: Hüttenkalk Abbildung 1: Calcium-Konzentration in der Bodenlösung; Ernte 23 (Mittelwerte ü- ber zwei Standorte) Ca-Konzentration in der Schale Ca-Konzentration im Mark ) Calcium (mg 1g -1 TM r=,624*** Ca-Gehalt Min 47,48 73,95 Max 123,5 128, Calcium in der Bodenlösung (mg L -1 ) Calcium (mg 1g -1 TM) r=,755*** Ca-Gehalt Min 9,54 1,6 Max 21,33 17, Calcium in der Bodenlösung (mg L -1 ) Abbildung 2: Zusammenhang zwischen pflanzenverfügbarem Calcium im Boden und Calcium-Gehalt in Kartoffelschale und mark (Mittelwerte über jeweils zwei Standorte)

5 Braunverfärbung (%) r² =,538 r = -,733*** Calcium-Konzentration (mg 1 g -1 TM) Abbildung 3: Zusammenhang zwischen der Calcium-Konzentration im Mark und dem Anteil an Knollen mit Braunverfärbung in Abhängigkeit vom Anbaujahr (n = 35 pro Messpunkt)

6 Langwedel Hankensbüttel 325 Viskosität (RVU) CaSO 4 CaCO 3 CaSO 4 CaCO ,6 11,2 22,4 5,6 11,2 22,4 5,6 11,2 22,4 5,6 11,2 22,4 Düngung (dt Ca ha -1 ) Abbildung 4: Endviskosität von Kartoffelstärke in Abhängigkeit von Düngung und Standort (Erntejahr 22)