Vegetative und generative Leistung von Heidelbeerpflanzen als Genotyp geprägte, Standort- und Kulturverfahren abhängige Größen

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1 1 Vegetative und generative Leistung von Heidelbeerpflanzen als Genotyp geprägte, Standort- und Kulturverfahren abhängige Größen H. SCHWÄRZEL, LVLF Brandenburg, Ref. 42, Vst. Müncheberg Grundlagen des Erkenntnisgewinns und ungelöste Probleme Der praktische Anbau der Kulturheidelbeeren basiert auf unterschiedlichen theoretischen Kenntnissen: 1. Erfahrungswissen der Anbauer (Standortwahl, Anbausysteme, Kulturführung, praktische Züchtung, Sorten,...) 2. Erkenntnisse der angewandten obstbaulichen Forschung (Standortwahl, Anbausysteme, Kulturführung, praktische Züchtung, Sorten, Ernährungsphysiologie, Befruchtungsbiologie, Züchtungsforschung, ökonomische Betrachtungen...) 3. Ergebnisse der Grundlagenforschung (komplexe Betrachtung von biologischen Abbauprozessen im natürlichen Stoffkreislauf, molekulargenetische Untersuchungen zur Klärung der genetischen Diversität und von Anpassungsstrategien der Lebensgemeinschaften und den Wechselbeziehungen zu Leistungsparametern von Kulturpflanzen...) Das mehrere jahrzehnte alte Erfahrungswissen, welches seit Generationen von den Anbauern unter räumlich eng begrenzten Standortbedingungen (Klima, Boden- und Bodenwasserverhältnisse) erarbeitet wurde, konnte schrittweise ausgebaut werden. Aus der Beobachtung der Reaktionen der Pflanzen auf Kulturmaßnahmen wurden Anbausysteme entwickelt, die leistungsstärksten Pflanzen selektiert und vegetativ vermehrt. Eine Stabilisierung der Anbauverfahren gelang durch die Nutzung der Erkenntnisse der angewandten obstbaulichen Forschung. Sowohl pflanzenbaulich als auch betriebswirtschaftlich wurden die Grundlagen des rentablen Erwerbsanbaus geschaffen. Das Übertragen der positiven Erfahrungen des Heidelbeeranbaus auf Regionen außerhalb des bewährten Anbaugebietes oder eine Modifikation des Kulturverfahrens führten in der Regel zu Misserfolgen. Was waren die Ursachen? Führt die nachgewiesene Klimaveränderung während der vergangenen 20 Jahre (SCHUBERT 2003) nicht auch in den angestammten Anbaugebieten zwangsweise zu einer ungewollten Veränderung der Kulturbedingungen? Was oder wer verändert sich und wie wirken diese Veränderungen auf die Leistungsparameter der Kulturheidelbeere? Diese Fragen konnten nicht ausschließlich mit den Mitteln der angewandten obstbaulichen Forschung geklärt werden (Tab.1). Durch neue Lösungsansätze und Analyseverfahren mussten komplexe Wechselbeziehungen zwischen den sich verändernden Umweltbedingungen, den Anbausystemen und den individuellen Reaktionen der Pflanzen untersucht werden. Diese Aufgabe wurde in einem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt finanzierten Projekt vom Leibnitz Institut, ZALF Müncheberg, und der Vst. Müncheberg des LVL Brandenburg unter Federführung von Dr. LENTZSCH gemeinsam gelöst (1).

2 2 Tab. 1: Versuchsbasis Pflanzung Herbst 1992 Frühjahr 1993 Herbst 1993 Frühjahr 1999 Sorten Earlyblue, Herbert, Stanley, Pioneer Berkeley, Bluecrop, Blueray, Bluetta, Coville, Duke, Earlyblue, Patriot, Spartan Berkeley, Bluecrop, Darrow, Duke, Patriot, Puru, Reka, Spartan Brigitta Blue, Chippewa, Croatan, Darrow, Denise Blue, Elliott, Nelson, Northblue, Northcountry, Northland, Nui, Patriot, Puru, Reka, Sierra, Spartan, Sunrise, Toro Die Sorten wurden in mehreren Teilversuchen mit unterschiedlichen Bestandsdichten, Kulturverfahren und Düngevarianten geprüft. Die Auswirkungen der extremen Witterungsverläufe, Winterkälte und Dürrejahre während des Untersuchungszeitraumes wurden berücksichtigt. Variabilität der Einzelpflanzen und mögliche Ursachen Einzelbeobachtung: Nach einer Standzeit von 6 bis 8 Jahren traten visuell erkennbare Unterschiede zwischen den Pflanzen innerhalb der Sortenblöcke auf. Einzelne Pflanzen waren durch sehr hohe Vitalität und Ertragsleistungen gekennzeichnet, während andere deutlich unter der mittleren Leistung zurückblieben (Abb. 1). Ausgehend von der allgemeinen Beobachtung, dass sich nach Neuanlagen trotz ausgeglichener Pflanzgutqualität und einheitlichen Kulturbedingungen für alle Pflanzen (homogene Substratgestaltung) ca. 20 bis 25 % der Einzelpflanzen bereits während einer Standzeit von 6 bis 8 Jahren in ihrer vegetativen und generativen Leistung abweichend entwickelten, wurde nach den Ursachen gesucht. Eine zufällige Beeinträchtigung von Einzelpflanzen durch Schädlinge (Insekten, Mäusefraß und ähnliches) oder ungleichmäßige Applikation von Beregnungswasser und Düngemitteln konnte ausgeschlossen werden.

3 3 Abb. 1: Unterschiedliche Typen der Sorte 'Nelson' zur Zeit des Laubfalles, 3. Vegetationsperiode Für die ersten Untersuchungen wurden aus den Heidelbeerbeständen Pflanzen mit hoher, mittlerer und geringer vegetativer und generativer Leistung ausgewählt und mit Hilfe der DNA-Analyse der Zellkerne die genetische Homogenität der ausgewählten Einzelpflanzen überprüft. Bei den Sorten 'Bluecrop', 'Duke' und 'Reka' konnten entgegen der Vermutung keine Veränderungen an den Kern-Genomen festgestellt werden. Alle geprüften Pflanzen gehörten zu den jeweiligen Sorten. In einem zweiten Schritt wurden verschiedene vegetative und generative Organe der Pflanze auf ihre mikrobielle Besiedlung hin untersucht. Die Analysen an lebendem Gewebe von Wurzeln, Blättern als auch Früchten brachte ein bis dahin unbekanntes Ergebnis. In allen untersuchten Pflanzenorganen wurden spezifische Pilz- und Bakteriengattungen nachgewiesen und molekulargenetisch unterschieden. Die Zusammensetzung der dominanten Pilz- und Bakteriengattungen unterlag jahreszeitlichen Einflüssen und wurde individuell von den einzelnen Heidelbeerpflanzen geprägt. Als Ursache wird die jahreszeitlich

4 4 bedingte Nährstoffdynamik in den Pflanzenorganen angesehen. Die unterschiedliche mikrobielle Besiedlung der Pflanzen gab weitere Rätsel auf. Wodurch wurden bei einem vergleichbaren Ausgangsmilieu im Substrat die Unterschiede möglich und handelt es sich um hemmende oder fördernde Besiedlungen in den Pflanzen? Da sich die Einzelpflanzen innerhalb der Sorten (identische Kern-Genome) bei einheitlichen Bedingungen sehr variabel zeigten, konnte nur eine genetische Variabilität innerhalb der Sorten vorliegen. Zur Klärung dieser Frage wurden weitere Träger der Erbinformationen in die Untersuchung einbezogen. Die DNA-Analysen der Chloroplasten brachte die Antwort auf diesen Fragenkomplex. In den Untersuchungen wurden bei den Sorten 'Bluecrop', 'Duke' und 'Reka' bei allen Pflanzen individuelle Chloroplasten-Genotypen nachgewiesen. Die Sortierung der Einzelpflanzen innerhalb der Sorten nach ihrer genetischen Ähnlichkeit und die Zuordnung von Leistungsparametern zeigte sortenabhängig unterschiedliche Verteilungsbilder. So wurden z. B. bei 'Duke' die höchsten vegetativen und generativen Leistungen bei den genetisch am weitesten entfernten Einzelpflanzen erzielt (Abb. 2). Bei der Sorte 'Reka' traten leistungsstarke und -schwache Einzelpflanzen unabhängig von ihrer genetischen Diversifikation auf. Abb. 2: Vitale und leistungsstarke Sträucher der Sorte 'Duke', 8. Vegetationsperiode

5 5 Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen konnte abgeleitet werden, dass die Einzelpflanzen in Abhängigkeit von ihrem Chloroplasten-Genotyp unter den jeweiligen Standort- und Kulturbedingungen spezifische Lebensgemeinschaften eingehen, die ihrerseits über das Leistungspotential entscheiden. Die Positivvarianten aus dem Komplex aus natürlichen Standortbedingungen, Kulturregime und Chloroplasten-Genotyp gebundenen Lebensgemeinschaften waren durch eine höhere Biomasseproduktion ca % gegenüber den Parzellenmitteln (vegetative und generative Leistung) gekennzeichnet. Konsequenzen Die Standort-, Kulturverfahren- und Chloroplasten-Genotyp gebundenen Lebensgemeinschaften stellen die Grundlage für eine Bestträgerselektion dar. Unter definierten Ausgangsbedingungen ist bei Neuanlagen ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit gegeben. Das Anbaurisiko für die Produzenten kann gesenkt werden. Die Auswahl und die Vermehrung der leistungsstärksten Einzelpflanzen sollte nur unter Berücksichtigung der genetischen Diversifikation erfolgen, um die Anpassungsfähigkeit der "Sorten" (identische Kern-Genome) an Umweltveränderungen nicht unnötig einzuschränken. Die Schaffung und ausschließliche Verwendung von leistungsstarken "Superklonen" erscheint nur für Anlagen mit künstlicher Steuerung und Stabilisierung der Kulturregime zweckmäßig. Die hohe individuelle Bindung der Lebensgemeinschaften aus Einzelpflanzen und Mikrofauna und -flora an den natürlichen Standort und das Kulturregime erfordern im Interesse einer zügigen Startentwicklung von Junganlagen und einer wirtschaftlich tragfähigen Produktion eine Anpassung der Anzuchtverfahren. Die positive Wirkung von Substratbeimpfungen mit Teilmengen aus etablierten vitalen Produktionsanlagen gleicher Sorten wurde überprüft und ist Bestandteil der Empfehlungen. Die Phase des Vollertrages (Erträge oberhalb 120 dt/ ha) kann entgegen den Kalkulationen der KTBL (5) bereits ab der fünften Vegetationsperiode nach der Pflanzung erzielt werden. Aus der Kenntnis der genetischen Variabilität innerhalb der Sorten und der Individualität der Lebensgemeinschaften, welche letztendlich aus der Gestaltung der Vermehrungsverfahren resultiert, kann geschlussfolgert werden, dass sehr viele Versuchsergebnisse unabhängig von den Anbauregionen nur eine bedingte Reproduzierbarkeit haben. Solange keine Aussagen zu der baumschulischen Herkunft, dem Anzuchtverfahren und den verwendeten Sorten, besser Suptypen gemacht werden, müssen die Obstanbauer mit einem Populationsgemisch arbeiten, welches bei gleichem Niveau der Fixkosten die Zielerträge um bis zu 20 % drücken kann. Ausblick Die Veränderung der klimatischen Bedingungen hat einen direkten Einfluss auf die Gestaltung der Anbauverfahren der Kulturheidelbeeren. Die nachgewiesene Erhöhung der Tagesmittelwerte während der Vegetationsperioden (4) und die sehr hohen Amplituden bei den Sommertemperaturen wirken in mehrfacher Sicht ungünstig auf den Anbau der Kulturheidelbeeren. Die negativen Wirkungen werden auf inhomogenen Bodenverhältnissen durch die unterschiedliche Sorptionskraft der Ausgangssubstrate verstärkt. Auf diluvial geprägten Böden können diese Schwankungen mehr als 20 % ausmachen.

6 6 Die Gesamtverluste an Ertragspotential spiegeln sich auch in den, von der KTBL (5) ausgewiesenen mittleren Zielerträgen wider, welche mit 75 dt/ ha weit unter den Möglichkeiten von Heidelbeerbeständen (120 dt/ ha) liegen. Die Temperaturen beeinflussen direkt den Wasserhaushalt im Boden und in den Pflanzen. Über die Höhe der Temperaturen wird die Netto-Photosyntheseleistung der Pflanzen bestimmt. Die Maßnahmen der zur Regulierung der Temperaturen und der Wasserversorgung (Bestandsklimatisierung und Bewässerung) beeinflussen die Mobilität und Verfügbarkeit der Nährstoffe im Boden und führen durch die temperatur- und wasserabhängigen mikrobiellen Abbauprozesse zu Verschiebungen in der Nährstoffversorgung der Kulturpflanzen. Da starke Schwankungen im Bereich der Bodentemperatur und -feuchtigkeit zu empfindlichen Störungen des Wurzelsystems der Heidelbeerpflanzen führen, stellt die Substratkultur eine Alternative für den Anbau dar. Mit ihr wird es möglich, die Temperaturund Wasserverhältnisse im Boden zu stabilisieren und eine kalkulierbare Entwicklung der Heidelbeerpflanzen zu ermöglichen (Abb. 3). In der relativ strukturstabilen Substratschicht stellt sich ein annähernd gleichbleibender ph-wert von 4,2 bis 4,4 ein, welcher nicht zuletzt regulierend auf die mikrobiellen Abbauprozesse wirkt. Abb. 3: Ausgeglichene Bestandsentwicklung in Anlagen mit Substratkultur, die Bestände folgen den Bodenwellen ohne Wuchsdepressionen, 'Bluecrop', 8. Vegetationsperiode

7 7 Empfehlungen zum Aufbau des "Müncheberger Dammes" unter Berücksichtigung der biologische Abbauprozesse Ausgangsbedingungen Der Anbau von Kulturheidelbeeren auf Ackerstandorten wurde während der vergangenen Jahrzehnte mehrfach geprüft. Unabhängig von den Versuchsanstellern führte bis zum dritten Standjahr eine ungenügende vegetative Entwicklung der Sträucher mit typischen Vergreisungsmerkmalen zu dem Schluss: "Kulturheidelbeeranbau auf Ackerstandorten geht nicht." Es fehlte nicht an Versuchen, durch Eintrag von Waldstreu und -boden, kulturfähige Substrate zu schaffen, die aber wegen der Kosten und heute bestehenden naturschutzrechtlichen Bedenken als nicht praktikabel abgetan werden mussten. Hinzu kam, dass diese veränderten Standortbedingungen nur einen befristeten Erfolg gewährleisteten und die Pflanzen nach wenigen Jahren vergreisten (6). Im Ergebnis dieser Versuche blieben zahlreiche, aus der Sicht der Direktvermarktung überaus wertvolle Standorte für einen Anbau unakzeptabel. Lösungsansätze Die Beobachtung, dass es in der Lüneburger Heide außerhalb der Produktionsanlagen aufgrund der natürlichen Verbreitung Sämlingspflanzen möglich war, ohne jedwede Pflege, Düngung oder Bewässerung sich anzusiedeln und dauerhaft zu etablieren, führte zu einer ganzen Reihe von Fragen, unter anderem: Warum gelang es einzelnen Pflanzen, in den zum Teil reinen Kieferbeständen zu überleben? Wie deckten diese Pflanzen über viele Jahre auf diesen armen Waldböden ihren Nährstoffbedarf ab? Einführung der Substratkultur Einen Hinweis auf die Antwort finden wir in den vorangestellten Ausführungen über den Aufbau von Genotyp gebundenen Lebensgemeinschaften bei den Kulturheidelbeeren und in der Fragestellung selbst. Die Monokultur der Kiefer erstickt in den Jungendjahren als Schonung nahezu alle Beikräuter. Mit zunehmender Standdauer verändert die, dem Kiefernwald typische Waldstreu, die bodenchemischen und -physikalischen Eigenschaften. Ihr folgen Verschiebungen der mikrobiellen Besiedlung des Ausgangsbodens. Die ursprünglichen Nahrungsketten und Lebensbedingungen von Pilz- und Bakteriengattungen einer artenreichen Krautzone des natürlichen Mischwaldes wurden durch ganz eng begrenzte Lebensbedingungen und sehr spezifische Nahrungsangebote eingeengt. Mit zunehmender Bestandsdauer (50-60 Jahre), bedingt durch den Konkurrenzdruck zwischen den einzelnen Kiefern, lichtet sich der Hochwald. Es entstehen Lichtzonen am Waldboden, die den Aufbau einer Kraut- und Strauchzone ermöglichen würden. Zu diesem Zeitpunkt fehlen dann keimfähige, standortangepasste Samen der Krautzone. Die vorhandenen Samen der Kräuter haben wegen der langen Lagerdauer bis auf wenige Ausnahmen die Keimkraft verloren oder befinden sich unter der Deckstreuschicht in einer nichtkeimfähigen Lage. Eingetragene

8 8 Samen aus den Randbereichen fallen nun jedoch nicht mehr auf einen universell kulturfähigen Mischwaldboden, sondern auf einen sehr sauren, nährstoffarmen, in der biologischen Aktivität sehr eingeschränkten Kiefernwaldboden. Ihre Überlebenschancen sind gering. Unter diesen speziellen bodenchemischen und -physikalischen Verhältnissen des Kiefernwaldes konnten nur noch Sämlingspflanzen mit einer leistungsstimulierenden mikrobiellen Besiedlung überleben. Die Mikroorganismen mussten einerseits die negativen Wirkungen des niedrigen ph-wertes auf die Wurzeln abpuffern und andererseits die Ernährung der Pflanze absichern. Da die typischen Kiefernstandorte durch nährstoffarme, sandige Oberböden charakterisiert sind, mussten die notwendigen Nährstoffe zum Aufbau des Sprosses und der Ertragsbildung der Heidelbeerpflanzen aus dem Abbau der Waldstreu stammen. Aus dieser Hypothese heraus wurde in Müncheberg ein Anbauverfahren abgeleitet, dass die Entwicklung von Sträuchern in Waldstreu ähnlichen Substraten ermöglichte, reproduzierbar war und wirtschaftliche Ergebnisse brachte (2 und 3). Da nach wie vor auch in diesen Anbauverfahren Reserven in der Beschleunigung der Jugendentwicklung der Bestände und deren Homogenisierung bestanden, wurde an der Weiterentwicklung der Substratkultur gearbeitet. Weiterentwicklung der Substratkultur Qualitativ neue Aspekte für eine effiziente Gestaltung der Substratkultur ergaben sich aus der Analyse der Mikrobengesellschaften in den Wurzeln, der Mykorrhizierungsrate der Wurzeln und der vegetativen und generativen Leistung der Heidelbeerpflanzen (1). Eine Erkenntnis, die in diesem Zusammenhang von großer Bedeutung ist, leitete sich aus der unterschiedlichen Anzahl von dominanten Pilz- und Bakteriengattungen in dem Wurzelgewebe ab. Das Leistungsvermögen der Einzelpflanzen war an die Anzahl der dominanten Pilzgattungen gebunden. Es bestanden grundsätzliche Unterschiede im Verhalten der Sorten, während die unterschiedlichen Suptypen (Chloroplasten-Genotypen) der Sorte 'Duke' Höchstleistungen mit bereits drei Pilzgattungen erzielen konnte, war dies erst mit fünf Pilzgattungen bei den leistungsstärksten Chloroplasten-Genotypen der Sorte 'Reka' möglich. Die weitere Untersuchung dieser beiden, bei 'Reka' leistungsstimulierenden Pilzgattungen ergab, dass es sich bei einer um eine Hochmoortorf spezifische Pilzgattung handelte. Das unterschiedliche Verhalten der Sorten geht mit großer Wahrscheinlichkeit auf den unterschiedlichen genetischen Ursprung der Sorten und die damit verbundenen Standortanpassungen der Elternlinien zurück. Für den Heidelbeeranbauer hat die Existenz zweier (mehrerer?) Sortengruppen mit unterschiedlicher Bindung an Hochmoortorf praktische Konsequenzen für die Standortwahl und Kulturführung. Vor diesem Hintergrund konnten auch Abbauerscheinungen, die bei der Sorte 'Reka' nach sechs bis acht Standjahren auftraten, erklärt werden. Der Vorrat an Torf, welcher mit den Pflanzballen in die Pflanzlöcher eingetragen wurde, war nach der genannten Standzeit aufgebraucht/ abgebaut. Die ballierte Ware stattet jede einzelne Pflanzen mit einem mehr oder weniger individuellen Torfvorrat aus. Mit dem Abbau dieser Mengen wurde den obligat torfgebundenen Mikrobengesellschaften die Lebensgrundlage entzogen. Sie wurden an das Existenzminimum zurückgedrängt und konnten ihre leistungsstimulierende Funktion auf die Mykorrhiza und Blaubeerpflanzen nicht mehr ausüben. Die ersten Folgen dieser Störung

9 waren eine Reduzierung der Mykorrhizierungsrate der Wurzeln von % auf weniger als 10 %. Wesentliche Schutzfunktionen der Mykorrhiza für die Heidelbeerwurzeln fielen aus. Es traten gravierende Wurzelschäden auf, welche durch die stark verminderte Ausbildung neuer Adventivwurzeln nicht kompensiert werden konnten (1). Dieser schleppende Prozess vollzieht sich über mehrere Jahre und äußert sich in einer steten Abnahme der Neutriebleistung und einer gewissen Notfruktation. Die Fruchtansätze überfordern die vegetative Leistung der Sträucher und die Einzelfruchtmassen gehen zurück. Alternanzerscheinungen treten auf. Werden diese Signale der Pflanzen von den n in der Richtung falsch gedeutet, dass sie wegen den hohen ertraglichen Belastung der Pflanzen das Wachstum durch eine Erhöhung der Düngung stimulieren wollen, so verschärfen sie das ohnehin vorhandene Wurzelsterben und beschleunigen das Ende. Dieses Horrorszenario kann auch bei Vorhandensein von Torf durch die Verwendung ungeeigneter Rohware für die Kultursubstrate (z. B. Laubholzshredder) eintreten. Die Mikrofauna und -flora passt sich dem veränderten Nahrungsangebot und den damit verbundenen Milieubedingungen an. Die Lebensgemeinschaften der Heidelbeerpflanzen werden ebenso wie in Ackerböden zurückgedrängt und verlieren ihre leistungsstimulierende Wirkung. Je nach Ausmaß der Schädigung können geschwächte Einzelpflanzen und Bestände durch den Aufbau einer kulturfähigen neuen Decksubstratschicht (80 l Kiefernholzspäne, 0,5 l Hochmoortorf je lfdm Pflanzstreifen und 1,5-3 cm Deckerdschicht) reaktiviert werden. Ist der Ausgangsboden für eine Deckerdschicht ungeeignet, so kann Kies in der Körnung 1-4 mm verwendet werden. Innerhalb einer Vegetationsperiode bilden die Heidelbeerpflanzen an allen, in der neuen Decksubstratschicht befindlichen Sprossteilen Adventivwurzeln. Die Mykorrhizierungsrate der Wurzeln nähert sich schrittweise dem Ausgangsniveau einer intakten Pflanzung. Die Bestände erreichen bei Fortführung der Substratkultur nach dem 3. Kulturjahr wieder ihre volle Ertragsfähigkeit. Die komplexen Wechselbeziehungen zwischen Standortfaktoren, Kulturregime, Substratgestaltung und den Lebensgemeinschaften der Heidelbeerpflanzen sind in Abb. 4 dargestellt. 9

10 Sonnenenergie Temperatur Rohholzspäne der Kiefer Körnung 0-40 mm 10 Vegetative Individuelle vegetative und generative und generative Leistung Leistung der der Heidelbeerpflanzen Heidelbeerpflanze b4 b1 Luftbewegung p2 b3 Düngung b2 Niederschläge Bewässerung Aufschluss der Eiweißverbindungen durch die Lebensgemeinschaften der Blaubeerpflanzen b2 p5 p7 Boden- und Bodenwasserverhältnisse Ausgangsmilieu am Pflanzenstandort b5 Nährstoffeintrag Stickstoff sammelnde Bakterien p7 Chitin abbauende Bakterien Ammonifizierung Nitrifikation Denitrifikation p4 b3 p3 Mykorrhizapilze Chloraplasten-Genotyp gebundene Lebensgemeinschaften in den Heidelbeerpflanzen Substrathilfsstoffe Standort gebundene Holz zerstörende Mikrobengesellschaften b4 p6 p1 Holz zerstörende Pilze Zelluloseabbau Milieuveränderung und -steuerung am Pflanzenstandort Bakterizide ausscheidende Abb. 4: Schematische Darstellung der komplexen Zusammenhänge der Stoffumwandlung und Leistungsbildung bei Kulturheidelbeeren in naturnahen Systemen Stickstoffdüngung Einen Schwerpunkt in diesem System der Substratkultur bildet die Stickstoffdüngung. Sie dient der Ernährung der holzabbauenden Mikrobengesellschaften und der Absicherung der Nährstoffversorgung der Heidelbeerpflanzen. Die Temperaturbereiche, in denen die beiden "Verbrauchergruppen" ihre Stoffwechselaktivitäten entfalten, unterscheiden sich. Die holzabbauenden Prozesse laufen bereits im Temperaturbereich um den Gefrierpunkt bis 5 C an (Herbstmonate und Nachwinter), während die Heidelbeerpflanzen erst oberhalb dieses Bereiches aktiv werden. Bei ausreichenden Blattnährstoffgehalten wird im Herbst auf eine Stickstoffdüngung verzichtet, um ungewollten Verlagerungen ins Grundwasser vorzubeugen. Die Düngung im Nachwinter, je nach Winterverlauf ab Ende Februar bis Anfang März, kommt in erster Linie den mikrobiellen Abbauprozessen zu Gute. In der Substratschicht erfolgt in den Tagen und Wochen nach der Düngung eine intensive, auch visuell wahrnehmbare Verpilzung des Ausgangssubstrates (Zelluloseabbau). Die Pilzhyphen und Fruchtkörper stellen eine Anhäufung energiereicher Eiweißverbindungen dar und bilden die Grundlage für eine ganze Nahrungskette (Abb. 5). Alle nachfolgenden mikrobiellen Abbauprozesse wie die Ammonifizierung, Nitrifikation und Denitrifikation werden durch unterschiedliche Bakteriengattungen geleistet und laufen mit einer entsprechenden Phasenverschiebung ab. Die Intensität und zeitliche Folge der Abbauschritte wurden mit Hilfe von Enzymanalysen nachgewiesen (1). Das tierische Eiweiß der Bakterien wird in dem nächsten Glied der Nahrungskette von der Heidelbeerpflanze erschlossen. Sie wächst dazu mit ihren Wurzeln in die Zonen der höchsten Stoffwechselaktivität im Substrat und transportiert die Mykorrhiza

11 11 unmittelbar zu diesen Zentren. Diese scheidet Bakterizide aus und schafft die Grundlage für den Aufschluss und die Aufnahme der Eiweißverbindungen durch die Heidelbeerpflanze. Abb. 5: Eine reiche mikrobielle Aktivität im Substratdamm als Grundlage der gesunden Entwicklung von Heidelbeerpflanzen, Fruchtkörperbildung von holzzerstörenden Pilzen am Ende der 3. Vegetationsperiode, unter 'Bluecrop' Das natürliche System des Holzabbaus läuft sehr träge. Den Engpass stellen die, mit den holzzerstörende Pilzgattungen vergesellschafteten freilebenden Stickstoff sammelnden Bakterien dar. Das begrenzte Leistungspotential dieser Bakterien führt zu stickstofflimitierten Abbauprozessen und Wachstumsraten bei den Pflanzen (1). Diese Zusammenhänge erklären die verminderte vegetative Leistung der Heidelbeerpflanzen (ca. 33 bis 50% gegenüber ausreichend mit Stickstoff versorgten Varianten) in den natürlichen Systemen oder der Kontrollparzelle ohne Düngung. Für den Erwerbsanbau leitet sich daraus die Forderung nach einer Düngung ab. Eine einseitige Stickstoffdüngung genügt mittelfristig den Anforderungen an eine gesunde Pflanzenernährung nicht. Die Kombination der Stickstoffdüngung mit Makro- und Mikronährstoffen in entsprechenden Moorbeetdüngern hat sich bewährt. Die Kunst der Düngung besteht in der terminlichen Splittung der Düngermengen und den geeigneten Applikationsformen. Während der Vegetationsperiode stehen den Heidelbeerpflanzen Nährstoffmengen aus der Mineralisation (temperatur- und wasserabhängig) und der zusätzlichen mineralischen Düngung zur Verfügung. Gute Erfahrungen wurden in der Versuchstation Müncheberg mit Gesamt-Stickstoffmengen von

12 g/ lfdm. Pflanzstreifen erzielt. Diese wurden auf vier Gaben von Ende Februar (bei Frostfreiheit) bis Anfang Juni verteilt und im Bandgießverfahren (1 % Düngerlösung eines Mehrnährstoff-Moorbeetdüngers mit 11 % RNST N) appliziert. Die Effizienz der Düngung wird maßgeblich von der Verfügbarkeit des Wassers in der Substratschicht bestimmt. Die Beregnung ist so zu gestalten, dass ein Austrocknen des Dammes verhindert und die Gefahr einer unerwünschte Nährstoffauswaschung minimiert werden. Aus den bisherigen Versuchsergebnissen und praktischen Beobachtungen wurde ein Zeitplan für die effiziente Gestaltung der Substratkultur bei den Heidelbeeren erarbeitet (Tab. 2-4). Er schließt eine relativ lange Vorlaufphase ein, welche mit der Erhaltungszucht und Pflanzenvermehrung beginnt und bei den indirekten Pflanzvorbereitungen endet. Tab. 2: Maßnahmen der Standorterschließung, Vorlaufzeiten fünf bis zehn Jahre vor Pflanzung Maßnahmen Verantwortungsbereich Standortgebundene Selektion von Bestträgern in Produktionsanlagen und in den Vermehrungsbeständen Überprüfung des Gesundheitsstatuses der potentiellen Mutterpflanzen (Viren) Gestaltung des Vermehrungsverfahrens unter Verwendung der Kultursubstrate der Produktionsbetriebe (Angleichung der Anbauverfahren innerhalb einer Region) Vorvermehrung und Massenanzucht Überprüfung der Homogenität der Mutterbestände Vorselektion des Pflanzgutes Verwendung ausgeglichener Pflanzgutqualitäten Anlage von Windschutzpflanzungen Erhaltungszüchter Vermehrungsbetrieb () Erhaltungszüchter Vermehrungsbetrieb Landespflanzenschutzä mter Vermehrungsbetrieb Erhaltungszüchter Vermehrungsbetrieb Landespflanzenschutzämter Vermehrungsbetrieb

13 13 Tab. 3: Maßnahmen der Standorterschließung, Vorlaufzeiten ein bis zwei Jahre vor Pflanzung Maßnahmen und terminliche Feinplanung Verantwortungsbereich Wassertechnische Erschließung ein bis zwei Jahre vor Pflanztermin Vertragliche Bindung der Pflanzgutbereitstellung Mengen, Qualität, Lieferzeiträume ein bis zwei Jahre vor Pflanztermin Chemische Bekämpfung von Wurzelunkräutern zur Vorkultur zwei Vegetationsperioden vor Pflanzung Bodenanalysen in 1-30 cm und cm Tiefe Herbst, ein Jahr vor der Pflanztermin Grundbodenbearbeitung, Durchmischung von Ober- und Unterboden entsprechend der Nährstoffgefälle* Winterfurche ein Jahr vor Pflanztermin Bekämpfung von auflaufenden Samenunkräutern und restlichen Wurzelunkräutern durch offene Bodenhaltung gesamte Vegetationsperiode vor der Pflanzung Substratbereitung, Gewinnung von Kiefernholzfräs-, Hobel- oder Shredderspänen in der Körnung 0-40 mm aus eigenem Wald oder der Rohholzverarbeitung (frei von Holzschutzmitteln) Winterhalbjahr vor der Pflanzung Aufbau von Substratbänken, z. B. 4-5 m Breite ca. 1,5-2 m Höhe, Beimpfung mit Pilzkulturen aus leistungsstarken Heidelbeeranlagen Abdeckung mit einer Deckerdschicht* ca cm Feuchthalten Vegetationsperiode vor Pflanzung Durchmischung und streifenweise Ausbringung der Substratbänke in den künftigen Pflanzstreifen (ca. 80/ lfdm.) Anfang September vor der Pflanzung Einarbeitung von ca. 5 cm Oderboden* Aufbau der Pflanzstreifen, Anfang September vor der Pflanzung Auftrag einer Deckerdschicht* ca.1,5-3,0 cm Stärke Anfang September vor der Pflanzung Feuchthalten Anfang September bis zur Pflanzung Vermehrungsbetrieb Zulieferbetrieb der holzverarbeitenden Industrie

14 14 Tab. 4: Pflanzung und Folgearbeiten Maßnahmen und terminliche Feinplanung Pflanzung (Schrägpflanzung im Winkel von 45 in die Substratbank), Mitte bis Ende November Pflanzschnitt, Entfernung von Schadstellen und Fruchtholz, Mitte bis Ende November Auftrag von Kiefernholzspänen l/ lfdm., teilweise Verschüttung der Sträucher (ca. 1/3 der Seitenachsen), Mitte bis Ende November Wenn erforderlich, Startberegnung, ca. 20 mm Düngung und Bewässerung nach Bedarf, Ende Februar bis Anfang Juni des jeweiligen Jahres, Überprüfung der Nährstoffgehalte der Blätter zum Vegetationsbeginn und im Juli/ August Entfernung von Blüten- und Fruchtansätzen, Mitte April bis Mitte Mai im ersten und zweiten Standjahr, anteilig im dritten Auftrag einer Deckerdschicht* Mitte bis Ende Mai Ergänzung der Substratschicht je nach Bedarf, jährlich bzw. in zweijährigem Abstand (ca. 0,5 l Hochmoortorf plus 80 l Kiefernholzspäne/ lfdm.), jeweils im Nachwinter bei noch vorhandenem Bodenfrost *Deckerdschicht: nur bei Eignung des Oberbodens für die Substratkultur, liegt keine Eignung vor: Auftrag von Kies (Körnung 1-4 mm) Fazit Die Grundlagen für eine reproduzierbare, wirtschaftlich vertretbare Substratkultur bei Heidelbeeren wurden geschaffen. Die neuen Erkenntnisse bei den molekulargenetischen Untersuchungen weisen auf einen weiteren Forschungsbedarf hin, um uns in die Lage zu versetzen, die komplexen Umwandlungs- und Stoffbildungsprozesse in der Natur besser zu verstehen und zu erschließen. Literatur: (1) LENTZSCH, P.; SCHWÄRZEL, H.; GOLLDACK, J.; SCHUBERT, P.; HÖFLICH, G.; SEYFARTH, W. (2002): Schlussbericht zum Vorhaben "Mykorrhizierung der Kulturheidelbeere zum umweltgerechten Anbau auf Ackerstandorten im nordostdeutschen Tiefland. Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Projekt (2) SCHWÄRZEL, H.; SCHUBERT, P. 2003; Kulturheidelbeeren auf Ackerstandorten in Substratkultur. Obstbau, 28, (3) SCHWÄRZEL, H.; SCHUBERT, P. 2003; Substratkultur bei Kulturheidelbeeren, Monatsschrift, 2/ 03, (4) SCHUBERT, P. 2003; Bewertung der Klimaverläufe von 14 Stationen im Land Brandenburg und Vergleiche zum langjährigen Mittel, Vortrag, Obstbautage 2003 Großbeeren (5) KTBL- Datensammlung Obstbau, 2002, FH Osnabrück (6) WEBERS, I. 1992; Bewertung der Anbauversuche von Kulturheidelbeeren in der Trogkultur mit Waldstreu um1950 in Müncheberg, persönliche Mitteilung