Modellierung von Wachstum und Entwicklung von Winterraps...als ein Bestandteil der teilflächenspezifischen Düngung Karla Müller, Ulf Böttcher, Henning Kage Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Institut für Pflanzenbau und -züchtung
Gliederung N-Problematik Projektziel Erfassung der Standortvariabilität Pflanzenwachstumsmodell! Trockenmassezuwachs! N-Aufnahme! Stoffverteilung Zusammenfassung und Ausblick
N-Problematik im Winterraps Nährstoffüberschuss Nährstoffsalden des Sektors Landwirtschaft Bundesrepublik Saldo [kg/ha] 200 160 120 80 40 N 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Bach et al. 2002
N-Problematik im Winterraps N-Bilanz einer Rapsfruchtfolge Fruchtfolge Winterraps Winterweizen Wintergerste N-Bilanz 90-99 kg/ha 61-11 26 potenziell auswaschungsgefährdet SFB 192
Projektziel Maßnahmen zur Verbesserung Geänderte Fruchtfolge Bodenbearbeitung Genotypen Bedarfsgerechte N-Düngung -Abschätzung des teilflächenspezifisch variierenden Düngebedarfs
Projektziel Düngebedarf Nmin Mineralisationsleistung des Bodens N in Pflanzen Ertragspotenzial & potenzielle N-Aufnahme
teilflächenspezifisch Projektziel Düngebedarf Nmin Mineralisationsleistung des Bodens N in Pflanzen Ertragspotenzial & potenzielle N-Aufnahme Wasserverfügbarkeit Strahlungsaufnahme
Projektziel Erstes Teilziel I. Erfassung teilflächenspezifischer Variabilität Ertrag/Nettomineralisation/ Wasserverfügbarkeit
Versuchsaufbau 2004-2006
Blockaufteilung N3 N0 N2 N1 N0 0/0 kg N/ha N1 40/40 kg N/ha N2 80/80 kg N/ha N3 120/120 kg N/ha
Teilflächenspezifische Standortvariabilität Standortvariabilität Hohenschulen 2004
Teilflächenspezifische Standortvariabilität Standortvariabilität Kuppe Kuppe Kuppe Senke Senke Senke Hang Hang Ø Ertrag N2 [dt/ha] Geländeposition Nettomineralisation [kg N/ha] Transpirationsmenge bis EC 75 [mm] 47,6 45,6 43,6 49,3 50,1 49,0 51,0 43,5 47,5 45 41 58 75 23 42 51 37 46 195 200 200 257 262 232 229 248 228
Teilflächenspezifische Standortvariabilität Standortvariabilität Kuppe Kuppe Kuppe Senke Senke Senke Hang Hang Ø Ertrag N2 [dt/ha] Geländeposition Nettomineralisation [kg N/ha] Transpirationsmenge bis EC 75 [mm] 47,6 45,6 43,6 49,3 50,1 49,0 51,0 43,5 47,5 45 41 58 75 23 42 51 37 46 195 200 200 257 262 232 229 248 228
Teilflächenspezifische Standortvariabilität Wasserverfügbarkeit 450 400 350 300 250 Abbildung der simulierten Gesamtwasserverläufe Reihe1 Reihe2 Reihe5 Reihe6 Reihe3 Reihe4 200 150 17. Feb. 9. Mrz. 29. Mrz. 18. Apr. 8. Mai. 28. Mai. 17. Jun. 7. Jul. 27. Jul. 16. Aug.
Teilflächenspezifische Standortvariabilität Trockenstress
Projektziel Düngebedarf Nmin Mineralisationsleistung des Bodens N in Pflanzen Ertragspotenzial & potenzielle N-Aufnahme Wasserverfügbarkeit Strahlungsaufnahme teilflächenspezifisch
Projektziel Zweites Teilziel I. Erfassung teilflächenspezifischer Variabilität Ertrag/N/Wasserverfügbarkeit II. Schätzung der potentiellen N-Aufnahme
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells Potentielle N-Aufnahme N-Menge = Trockenmasse x N-Konzentration Pflanzenwachstumsmodell
System Pflanze k LUE Strahlungsaufnahmerate Trockenmassezuwachsrate GAI Trockenmasse Spross Blattfläche Stängelfläche Schotenfläche
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells GAI (GreenAreaIndex) Vegetationsbeginn EC 75 GAI 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2004 2005 2006 0 200 400 600 800 Temperatursumme (>=3 C) ab Veg.-Beginn r²=0,90 RMSE= 0,88 N3 Variante Senke
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells GAI (GreenAreaIndex) Vegetationsbeginn EC 75 8 7 6 GAI 5 4 3 2 1 0 Lambert-Beer sches Extinktionsgesetz A= 1-e (-k*gai) 0 200 400 600 800 Temperatursumme (>=3 C) ab Veg.-Beginn r²=0,91 Senke r²= 0,80 Hang/Kuppe
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells Relative Strahlungsaufnahme Vegetationsbeginn EC 75 8 1.00 GAI 7 6 5 4 3 2 1 0.75 0.50 0.25 rel. Strahlungsaufnahme 0 0.00 0 200 400 600 800 Temperatursumme (>=3 C) ab Veg.-Beginn Senke Hang/Kuppe
System Pflanze k LUE Strahlungsaufnahmerate Trockenmassezuwachsrate GAI Trockenmasse Spross Blattfläche Stängelfläche Schotenfläche
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells LUE Vegetationsbeginn - EC 75 Trockenmasse Spross [g/m²] 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2004 2005 2006 0 200 400 600 y=2.7x r²= 0,96 Senke Strahlungsaufnahme [MJ/m²/d]
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells LUE Vegetationsbeginn - EC 75 Trockenmasse Spross [g/m²] 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2004 2005 2006 0 200 400 600 y=2.5x r²= 0,94 Hang/Kuppe Strahlungsaufnahme [MJ/m²/d]
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells Vergleich Senke - Hang/Kuppe Strahlungsaufnahme [MJ/m²/d] LUE [g/mj] Trockenmasse [g/m²] N3 Senke 534 2,7 1459 N3 Kuppe/Hang 485 2,5 1232 91% 93% 84%
System Pflanze k LUE Strahlungsaufnahmerate Trockenmassezuwachsrate GAI [N] Trockenmasse Spross Blattfläche N-Menge Spross Stängelfläche Schotenfläche
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells N-Verdünnungsfunktion Spross Vegetationsbeginn - EC 75 N-Konzentration Spross [%] 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2004 2005 1 10 100 1000 10000 Trockenmassse Spross [g/m²] y=5,749e -0,0006x r²= 0,90 Colnenne, 1998
System Pflanze k LUE Strahlungsaufnahmerate Trockenmassezuwachsrate GAI [N] Trockenmasse Spross Blattfläche N-Menge Spross Stängelfläche Schotenfläche
System Pflanze k LUE Strahlungsaufnahmerate Trockenmassezuwachsrate GAI Trockenmasse Spross Blatt [N] N-Menge Spross Stängel [N]
System Pflanze k LUE Strahlungsaufnahmerate Trockenmassezuwachsrate GAI Trockenmasse Spross Trockenmasse Blatt Trockenmasse Stängel [N] [N] N-Menge Spross N-Menge Blatt N-Menge Stängel
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells N-Verdünnungsfunktion Stängel Vegetationsbeginn - EC 75 N-Konzentration [%] 8 7 6 5 4 3 2 1 2004 2005 Stängel Spross y=4,7644e -0,002x r²= 0,89 0 1 10 100 1000 10000 Trockenmassse [g/m²]
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells N-Verdünnungsfunktion Blatt (?) Vegetationsbeginn - EC 69 N-Konzentration [%] 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2004 2005 Blatt Spross Stängel 1 10 100 1000 10000 Trockenmassse [g/m²]
System Pflanze k LUE Strahlungsaufnahmerate Trockenmassezuwachsrate GAI Trockenmasse Spross Allometrie Trockenmasse Blatt [N] N-Menge Spross Trockenmasse Stängel [N] N-Menge Blatt N-Menge Stängel
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells Allometrie Vegetationsbeginn - EC 69 ln Trockenmasse Stängel [g/m²] 7 6 5 4 3 2 1 2005 2006 2 3 4 5 6 y=1,60x - 2,90 r²= 0,89 ln Trockenmasse Blatt [g/m²]
System Pflanze k LUE Strahlungsaufnahmerate Trockenmassezuwachsrate GAI Trockenmasse Spross Allometrie Trockenmasse Blatt [N] N-Menge Spross Trockenmasse Stängel [N] N-Menge Blatt N-Menge Stängel
Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells Pflanzenwachstumsmodell Auflauf - EC 60 200 100 Trockenmasse [g/m²] 180 160 140 120 100 80 60 40 20 90 80 70 60 50 40 30 20 10 N-Menge [kg/ha] TM-Stängel TM-Blatt N-Menge Spross 0 0 Sep. 04 Okt. 04 Dez. 04 Feb. 05 Mrz. 05
Zusammenfassung Standortvariabilität von Erträgen/Nettomineralisation/ Bodenwasser Schätzung von TM & N-Mengen LUE/[N]/Allometrie Abbildung im Pflanzenwachstumsmodell Voraussetzung für teilflächenspezifische Düngung
Ausblick Genauere Analyse der Bodenvariabilität TM & N nach der Blüte Umsetzung der Beziehungen im Pflanzenwachstumsmodell Rückkopplung von [N] auf LUE Kopplung mit Bodenwassermodell Verbesserung in der Abbildung der Herbst- Entwicklung Konzept für teilflächenspezifische Düngungsempfehlung
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit