Auf einem Schwarzerde-Standort konnten in den drei Versuchsjahren 2014–2016 keine eindeutigen Effekte verschiedener Dünger-N-Formen auf die Wurzelentwicklung von Winterweizen erfasst werden. Tendenziell förderte eine NH4+ basierende N Düngung das Wurzelwachstum während des Schossens (BBCH 37), wohingegen sich eine NO3- betonte N-Düngung positiv auf die Wurzelentwicklung zwischen dem Schossen (BBCH 37) und der Blüte (BBCH 65) der Pflanzen auswirkte. Ein Verzicht auf N-Dünger erhöhte im Trend die Durchwurzelung zu Beginn des Schossens (BBCH 32), führte jedoch zu einem teilweise statistisch abgesicherten geringen Wurzelwachstum im Vegetationsverlauf

Christen, Olaf

Kirschke, T.

Koblenz, B.

Thiel, E.

German

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  Tagungsbeitrag zu: Jahrestagung DBG, K IV Rhizosphäre und Stoffdynamik Titel der Tagung: Horizonte des Bodens Veranstalter: DBG Termin und Ort der Tagung: 02. bis 07.09.2017, Göttingen Berichte der DBG (nicht begutachtete on-line Publikation) http://www.dbges.de  Effekte der Dünger-N-Form auf das Wur-zelwachstum von Winterweizen (Triti-cum aestivum L.) unter Freilandbedin-gungen auf einem Schwarzerrde-Stand-ort Kirschke T.1*, Koblenz B.2, Thiel E.1,3, Christen O.2  Zusammenfassung Auf einem Schwarzerde-Standort konnten in den drei Versuchsjahren 2014–2016 keine eindeutigen Effekte verschiedener Dünger-N-Formen auf die Wurzelentwick-lung von Winterweizen erfasst werden. Ten-denziell förderte eine NH4+ basierende N-Düngung das Wurzelwachstum während des Schossens (BBCH 37), wohingegen sich eine NO3- betonte N-Düngung positiv auf die Wurzelentwicklung zwischen dem Schossen (BBCH 37) und der Blüte (BBCH 65) der Pflanzen auswirkte. Ein Verzicht auf N-Dünger erhöhte im Trend die Durchwur-zelung zu Beginn des Schossens (BBCH 32), führte jedoch zu einem teilweise statis-tisch abgesicherten geringen Wurzelwachs-tum im Vegetationsverlauf.   Schlüsselworte: Mineraldünger, Stickstoff-form, Nitrifikationsinhibitor, verlängerte Am-moniumphase, Wurzelwachstum  Einleitung Harnstoff (HS) ist der am häufigsten ver-wendete Stickstoff (N)-Dünger weltweit (IFA, 2011) und unterliegt einer schnellen Hydrolyse im Boden, nach welcher Ammo-nium (NH4+) zu Nitrat (NO3-) oxidiert wird. Neben gasförmiger Verluste in Form von Ammoniak und Lachgas unterliegt insbe-sondere das NO3-, aufgrund seiner anioni-schen Eigenschaft, der Gefahr ausgewa-schen zu werden (Widdison & Burt, 2008). Dabei stehen hohe NO3--Konzentrationen im Grundwasser oft in Verbindung mit der lebensbedrohlichen „Blausucht“ sowie eini-gen Krebsarten (Smil, 1997). Indessen wird durch den Einsatz von Nitrifikationsinhibito-ren (NI) die Nitrifikation des NH4+ über Nitrit (NO2-) zu NO3- gehemmt und die NH4+-Phase des N im Boden verlängert (Ruser & Schulz, 2015). Höhere Konzentra-tionen des gut sorbierbaren Kations NH4+ 1 Agrochemisches Institut Piesteritz e.V., AN-Institut der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Möllensdorfer Straße 13, 06886 Lutherstadt Witten-berg * tobias.kirschke@landw.uni-halle.de 2 Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Professur Allgemeiner Pflanzenbau/ Ökologischer Landbau Betty-Heimann-Straße 5, 06120 Halle (Saale) 3 SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH, Landwirt-schaftliche Anwendungsforschung Am Wieseneck 7, 04451 Cunnersdorf    und geringere des mobilen Anions NO3- mi-nimieren N-Auswaschungsverluste (Barth et al., 2008). Verschiedene Studien zeigen, dass eine auf NH4+ basierende Pflanzenernährung, ver-glichen mit einer NO3- betonten N-Düngung, zu abweichenden Reaktionen (z.B. pH Ab-senkung) in der Rhizosphäre führt (Ruan et al., 2007) und unter Laborbedingen die Ver-zweigung von Pflanzenwurzeln fördert (Lima et al., 2010). Nach derzeitigem Stand konnte nicht eindeutig belegt werden, dass sich höhere NH4+-Konzentrationen auch un-ter Feldbedingungen positiv auf das Wur-zelwachstum auswirken. Ziel dieser Studie ist es, diese Erkenntnislücke zwischen La-bor und Feld zu schließen. Material und Methoden Der Feldversuch wurde in drei aufeinander-folgenden Versuchsjahren (2014–2016) als vollständig randomisierte einfaktorielle Blo-ckanlage in vierfacher Wiederholung mit Winterweizen (Triticum aestivum L.) und dif-ferenzierter N-Düngung an der landwirt-schaftlichen Versuchsstation der Martin-Lu-ther-Universität Halle-Wittenberg in Merbitz (154 m NN, Ø Jahresniederschlag 546 mm, Ø Jahrestemperatur 9,8°C, Bodentyp Chernozem aus Löss, Bodenart Slu, Corg 1,50 %) angelegt. Darin wurden eine ungedüngte Kontrolle als Referenzvariante und zwei verschiedene Dünger-N-Formen untersucht. Stellvertretend für eine NO3- be-tonte N-Düngung wurde granulierter Kalk-ammonsalpeter (KAS) appliziert. Ein granu- lierter HS, versetzt mit 0,075 % (N-bez.) des UI 2-NPT und 0,15 % (N-bez.) des NI MPA, repräsentierte eine NH4+ basierende N-Düngung (HS+UI+NI). Hierbei kennzeich-nen die Kürzel 2-NPT und MPA die im Ver-such verwendeten UI N-(2-Nitrophenyl) phosphorsäuretriamid bzw. NI N-[3(5)-Me-thyl-1H-pyrazol-1yl)methyl]acetamid. Die oberflächlich aufgebrachte N-Menge betrug dabei jeweils 180 kg N ha-1. Der KAS wurde in drei Gaben mit je 60 kg N ha-1 zu Vege-tationsbeginn, zum BBCH 31 und als Quali-tätsgabe (BBCH 51) appliziert. Der stabili-sierte HS (HS+UI+NI) wurde in zwei Gaben zu Vegetationsbeginn mit 100 kg N ha-1 (pa-rallel zu 60 kg N ha-1 KAS) und zum BBCH 37 mit 80 kg N ha-1 verabreicht. Die Weizenwurzeln wurden zu den BBCH-Stadien 32, 37 und 65 mittels der Bohrkern-methode nach Böhm (1979) bis in 80 cm Bodentiefe zwischen den Pflanzenreihen (2014 und 2015) sowie in den Pflanzenrei-hen (2016) beprobt. Die Untersuchungster-mine BBCH 32 und 37 richteten sich nach den Düngezeitpunkten, sodass die charak-teristische Wirkungen der einzelnen N-For-men in Erscheinung treten konnten. Indes-sen sollte die Beprobung zum BBCH 65 die maximale Wurzelausdehnung der Pflanzen offenbaren.  Die Bodenmonolithe wurden in 20 cm Ab-schnitte segmentiert (Abb. 1A) und die Wur-zeln anhand eines Siebes (630 µm Ma-schenbreite) von Bodenpartikeln sowie or-ganischem Material abgetrennt (Abb. 1B). Anschließend wurden die ausgewaschenen   Wurzeln mit Hilfe der Bildanalysesoftware WinRHIZO® (Regent Instruments Canada Inc., 2013) digitalisiert (Abb. 1C) und die Wurzellängendichten (WLD) quantifiziert. Der Prüfgliedervergleich erfolgte über einer Varianzanalyse (F-Test) der Mittelwerte (p<0,05).  Abbildung 1: Abfolge der Untersuchungsmethode zur Be-stimmung der Durchwurzelung von Winterweizen im Feld. A: Bodenmonolith; B: Wurzelwaschung; C: Wurzelscan-ner. Ergebnisse Der ertragsreiche Boden am Standort Mer-bitz wies selbst in der ungedüngten Kon-trolle in den einzelnen Jahren zu Vegetati-onsbeginn hohe Nmin-Mengen im Boden auf (z.B. 2016 in 0–90 cm Bodentiefe: > 100 kg N ha-1). Unterschiedliche NH4+-Konzentrati-onen konnten nachweislich, mittels mehr-maliger Bestimmung des Nmin-Gehalts via Bohrstock, durch die gewählten Dün-ger-N-Formen erreicht werden. Dennoch lag der Großteil der Nmin-Menge stets als NO3- vor.  Die Durchwurzelung des Bodens (0–80 cm) nahm variantenunspezifisch zu allem Be-probungsterminen mit zunehmender Bo-dentiefe ab (Abb. 2). Es waren stets mehr als 40 % der gesamten quantifizierten Wur-zeln in den obersten 20 cm vorzufinden. Un-ter Einbezug der Bodentiefe 20–40 cm wuchsen meist ca. 75 % der Wurzeln in der Ackerkrume (0–40 cm Bodentiefe). Zwi-schen den untersuchten Dünger-N-Formen offenbarten sich in den drei Versuchsjahren häufig nur Tendenzen und keine signifikan-ten Unterschiede. Tendenziell zeigte HS+UI+NI, verglichen mit KAS, während des Schossens (BBCH 37) höhere WLD, wohingegen die Werte beider Düngevarian-ten zur Blüte (BBCH 65) annähernd iden-tisch waren. Signifikant unterschieden sich die Düngevarianten, zugunsten von KAS, zum BBCH 37 (2014) sowie BBCH 65 (2016) in den Bodentiefen 40–60 cm bzw. 0–20 cm. Ein Verzicht auf N-Dünger in der Kontrollva-riante erhöhte im Trend die WLD zum BBCH 32, führte jedoch zu einer teilweise statistisch abgesicherten geringerer Durch-wurzelung im Vegetationsverlauf. Ferner variierten die Ergebnisse innerhalb einer Variante zu allen Probenahmeterminen stark voneinander. Diskussion und Schlussfolgerung Die bspw. von Lima et al. (2010) beschrie-benen positiven Effekte einer NH4+ basier-ten N-Düngung auf die Wurzelentwicklung   von Arabidopsis unter kontrollierten Labor-bedingungen konnten in dem 3-jährigen Feldversuch mit Winterweizen nur temporär und weniger deutlich belegt werden. Dies ist primär auf hohe NH4+-Konzentrationen un-ter Laborbedingungen (Nährlösung) zu-rückzuführen, welche i.d.R. im Feld nicht er-reicht werden. Während eine NH4+ betonte N-Düngung das Wurzelwachstum vorwie-gend während des Schossens (BBCH 37) förderte, verstärkte eine auf NO3- basierte N-Düngung die Durchwurzelung zur Blüte (BBCH 65). Eindeutige und sich wiederho-lende Effekte konnten jedoch nicht erfasst werden. Ähnliche Ergebnisse wiesen (Chen et al., 2016) bei Tomaten in einem Gefäßex-periment nach. Darin wuchsen die Wurzeln der mit NH4+ behandelten Pflanzen bis zur Blüte stärker, indessen implizierte NO3- ein vermehrtes Wurzelwachstum zur Reife. Dennoch konnten mit einer 2-geteilten Dün-gestrategie ähnliche Durchwurzelungen, wie mit einer 3-Gabenteilung erzielt werden. Abbildung 2: Entwicklung der Wurzellängendichte (WLD) in den Bodentiefen 0-20, 20-40, 40-60 und 60-80 cm der Prüfglieder Kontrolle, KAS und HS+UI+NI in den Versuchsjahren 2014, 2015 und 2016 zu den BBCH-Stadien 32, 37 sowie 65. Dargestellt sind die Mittelwerte aus 4 Wiederholungen und die Standardfehler. Verschiedene Buchstaben kennzeichnen signifikante Dif-ferenzen zwischen den Varianten innerhalb einer Bodentiefe und eines Jahres; (p<0,05).   Während sich ein N-Mangel in dem Feldver-such der vorliegenden Studie zunächst po-sitiv auf die Durchwurzelung auswirkte, bil-deten die Pflanzen der ungedüngten Kon-trolle im Verlauf der Pflanzenentwicklung deutlich weniger Wurzeln aus. Die zeitlich hoch aufgelösten Bonituren der oberirdi-schen Pflanzenentwicklung zeigten keine relevanten Unterschiede in der Pflanzen-entwicklung (BBCH, Pflanzen m-2, Triebe m-2, ährentragende Halme m-2) zwischen den Düngevarianten. Ferner erzielte die Kontrolle auf dem ertragsreichen Standort signifikant geringere, dennoch hohe Korner-träge von 80–90 dt ha-1. Zwischen den Dün-gevarianten konnten in den drei Versuchs-jahren keine signifikanten Ertragsunter-schiede festgestellt werden. Eine im dritten Versuchsjahr zusätzlich etablierte Praktik, die sogenannte Core break Methode (Böhm, 1979), sollte einen ersten schnellen Überblick zur Durchwurze-lung geben. Hierbei wurden die 20 cm Bo-denmonolithe halbiert und die Anzahl der sichtbaren Wurzeln an den Bruchstellen er-fasst. Ein Vergleich der somit bestimmten Werte mit den anschließend ausgewasche-nen und digitalisierten Wurzeln ergab eine mittlere bis hohe lineare Korrelation        (0,7–0,8) beider Ansätze. Zudem wurden in allen drei Versuchsjahren Minirhizotron-Röhren in einem Winkel von 45° in den Boden (0–75 cm) eingebaut und die Wurzeln zu den BBCH-Stadien 32, 37 und 65, mittels eines Scanners, fotografiert. Die Auswertung via line intersect Methode (Tennant, 1975) stellte sich als problema-tisch und nicht zielführend heraus. Die Röh-ren beeinflussten das Wurzelwachstum stark, sodass weder zwischen den Varian-ten noch zwischen den Beprobungstermi-nen Unterschiede ersichtlich wurden. Danksagung Das Vorhaben wurde von den SKW Stick-stoffwerken Piesteritz GmbH finanziert. Herrn Bernd Look und Kollegen von der Versuchsstation Merbitz sei für die tatkräf-tige Unterstützung bei der Versuchsanlage sowie –Durchführung gedankt. Literatur Barth, G., von Tucher, S., Schmidhalter, U., 2008. Effectiveness of 3,4-Dimethylpy-razole Phosphate as Nitrification Inhibi-tor in Soil as Influenced by Inhibitor Con-centration, Application Form, and Soil Matric Potential. Pedosphere 18 (3), 378–385.  Böhm, W., 1979. Methods of Studying Root Systems. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg. Chen, C., Xu, F., Zhu, J.-R., Wang, R.-F., Xu, Z.-H., Shu, L.-Z., Xu, W.-W., 2016. Nitrogen forms affect root growth, photo-synthesis, and yield of tomato under al-ternate partial root-zone irrigation. J. Plant Nutr. Soil Sci. 179 (1), 104–112. IFA, 2011. Main fertilizers. World nitrogen fertilizer consumption. Int. Fertilizer In-dustry Assoc. http://www.ferti-lizer.org/En/Knowledge_Re-sources/About_Fertilizers/About_Ferti-lizers_Home_Page.aspx?Web-siteKey=411e9724-4bda-422f-abfc-8152ed74f306&New_ContentCollec-tionOrganizerCommon=2#New_Con-tentCollectionOrganizerCommon (aufgerufen am 04. Oktober 2017).   Lima, J.E., Kojima, S., Takahashi, H., Wirén, N. von, 2010. Ammonium triggers lateral root branching in Arabidopsis in an AMMONIUM TRANSPORTER1;3-dependent manner. The Plant cell 22 (11), 3621–3633. Ruan, J., Gerendás, J., Härdter, R., Sattel-macher, B., 2007. Effect of nitrogen form and root-zone pH on growth and nitro-gen uptake of tea (Camellia sinensis) plants. Annals of botany 99 (2),          301–310. Ruser, R., Schulz, R., 2015. The effect of nitrification inhibitors on the nitrous oxide (N2O) release from agricultural soils-a review. J. Plant Nutr. Soil Sci. 178 (2), 171–188. Smil, V., 1997. Global Population and the Nitrogen Cycle. Sci Am 277 (1), 76–81. Tennant, D., 1975. A Test of a Modified Line Intersect Method of Estimating Root Length. The Journal of Ecology 63 (3), 995–1001. Widdison, P.E., Burt, T.P., 2008. Nitrogen cycle. Encyclopedia of Ecology. Jorgen-sen, S. E. & Fath, B. (eds). Oxford: Aca-demic Press, 2526–2533.  

Effekte der Dünger-N-Form auf das Wurzelwachstum von Winterweizen (Triticum aestivum L.) unter Freilandbedin-gungen auf einem Schwarzerrde-Standort

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