Siebrecht-Schöll, Daniel Johannes

Im Rahmen des IMPAC³-Projektes wurden in der sogenannten Domäne „Ackerland“ acht Winterackerbohnengenotypen (experimentelle Inzuchtlinien) und drei in Deutschland zugelassenen Winterweizensorten in Reinsaat und in substitutiven Gemengen in drei Jahren an zwei kontrastierenden Standorten, unter Ausschluss von Stickstoffdüngung angebaut. Es sollte untersucht werden: (A) ob der Anbau von Winterackerbohnen und Winterweizen im Gemenge zu nennenswerten Mehrerträgen im Vergleich zu ihren Reinsaaten führt (absolut und mit Hilfe des RYT); und wenn ein solcher Mehrertrag besteht, sollte geprüft werden, ob die einzelnen Winterackerbohnengenotypen einen Einfluss auf diesen Mehrertrag haben, außerdem auch, welche Merkmale der Winterackerbohne gegebenenfalls einen Einfluss auf diesen Mehrertrag ausüben. Zudem (B) sollte untersucht werden, ob die Züchtung von Winterackerbohnengenotypen, wenn die Züchtung in Reinsaat durchgeführt wird und somit auf beste Reinsaatleistung zielt, zu Kandidaten führt, die auch im Gemenge mit Winterweizen höchste Leistungen erbringen. Des Weiteren (C) sollte ermittelt werden, ob nachweisbare und nennenswerte genetische Variation zwischen den Winterackerbohnengenotypen im Hinblick auf ihre symbiotische Stickstofffixierleistung existiert und ob sich diese Leistung in den Reinsaaten nennenswert und statistisch signifikant von der Leistung in den Gemengen unterscheidet.
Beim Anbau von Winterackerbohnen und Winterweizen im Gemenge kam es zu deutlichen Mehrerträgen im Kornertrag, Strohertrag und Gesamtmähdruschertrag. So lag der sogenannte Relative Yield Total (RYT) und der relative Gemengeertrag der Kornerträge im Mittel bei 1,220. Ebenso lag die absolute Kornertragsdifferenz zwischen dem Gesamtgemengeertrag und dem zugehörigem Reinsaatmittel bei +6,8 dt ha-1(Ertragsvorteil der Gemenge). Es zeigte sich, dass der Relativertrag im Mittel der acht Winterackerbohnengenotypen (RYVf = 0,660) in den Gemengen größer war als der mittlere Relativertrag der drei Winterweizen (RYTa= 0,559). Die Winterackerbohnengenotypen hatten einen statistisch signifikanten Effekt auf die Merkmale: Winterackerbohnen-, Winterweizen und Gesamtkornertrag der Gemenge, die absolute Kornertragsdifferenz zwischen den Gemengen und dem Mittel der zugehörigen Reinsaaten, den RYVf und den RYTa sowie auf den relativen Gemengeertrag, nicht jedoch auf den RYT. Ebenso hatten die Winterweizensorten einen statistisch signifikanten Einfluss auf dieselben Merkmale, mit Ausnahme der absoluten Kornertragsdifferenz. Ferner kam es lediglich in den Merkmalen Gesamtkornertrag der Gemenge und in der absoluten Kornertragsdifferenz zu spezifischen Winterackerbohnen-Winterweizen-Interaktionen, sodass die Variation der vorher genannten Ertragsmerkmale und Parameter zu einem großen Anteil schon durch die Wahl der beiden Gemengepartner bestimmt wurden. Somit ließe sich, je nach Ziel des Gemengeanbaus: (1) ein hoher Winterackerbohnenertrag im Gemenge, (2) ein hoher Winterweizenertrag im Gemenge oder (3) ein hoher Gesamtgemengeertrag, das jeweilige Ziel schon durch die Festlegung des Bohnen-Gemengepartners oder aber beider am besten zum Ziel passenden Gemengepartner realisieren. Somit würde auf der Grundlage dieser Versuchsergebnisse die Wahl der Winterackerbohne WAB-Fam157 zum Ziel (1) passen, jedoch die Wahl der Winterackerbohne wie die S_062 zum Erreichen des Ziels 2 und zusammen mit Winterweizen Hybery zum Ziel 3 zu wählen sein. Es konnte festgestellt werden, dass die Variation der Winterackerbohnenkornerträge der Gemenge schon zu einem großen Anteil durch die Variation der Winterackerbohnenkornerträge aus ihren Reinsaaten vorhergesagt werden konnte, ungeachtet davon, mit welchem Weizen die Winterackerbohnengenotypen im Gemenge angebaut wurden. Das könnte bedeuten, dass auf Grundlage der vorliegenden Daten, eine Züchtung von Winterackerbohnen in Reinsaaten auf einen hohen Winterackerbohnenkornertrag zu denselben Kandidaten führen würde, wie eine Züchtung von Winterackerbohnen, die unter Konkurrenzbedingungen mit Winterweizen getestet werden. Dennoch wäre durch die aufgetretenen Winterackerbohnen-Winterweizeninteraktionen für das Merkmal und Zuchtziel Gesamtkornertrag des Gemenges in Betracht zu ziehen, die Prüfung und züchterische Auslese von Winterackerbohnengenotypen im Gemenge mit diversen Winterweizensorten durchzuführen. In der detaillierten Korrelationsanalyse der Hilfsmerkmale untereinander konnte festgestellt werden, dass die Variation der Wuchshöhe der Winterackerbohnengenotypen und die Variation des Lagers von Winterweizen und Winterackerbohne im Gemenge schon zu sehr großen Anteilen aus der Variation dieser Merkmale in den Winterackerbohnenreinsaaten vorausgesagt werden konnte. Ebenso konnte festgestellt werden, dass die Variation des Blattflächenindexes (BFI) der Gemenge schon durch die Variation des BFI der Winterackerbohnenreinsaaten vorhersehbar war. Zum Erreichen höchster Leistungen im Gemenge sollten daher Winterackerbohnengenotypen gewählt werden, die (1) einen eher kurzen Wuchs aufweisen, damit der Gemengepartner Winterweizen wenig überwachsen und beschattet wird; (2) im Gemenge wie auch im Anbau in Reinsaaten sehr standfest sind, was tendenziell mit einem kürzeren Wuchs einhergeht. Sollte (3) das Ziel des Gemengeanbaus sein, einen eher hohen Weizenanteil im Gesamtgemengeertrag oder ein hoher RYTa bzw. RYT zu erreichen, dann sollte ein Wintersackerbohnengenotyp gewählt werden, der einen geringeren BFI aufweist. 
Die acht untersuchten Winterackerbohnengenotypen unterschieden sich in den Reinsaaten statistisch signifikant in ihrer prozentualen Stickstofffixierleistung. In den Gemengen, mit dem Winterweizen Genius, war der prozentuale Anteil der Stickstofffixierleistung deutlich höher als in den Bohnen Reinsaaten. Zudem konnte festgestellt werden, dass der Gesamtstickstoffertrag (kg N ha-1) der Gemenge statistisch signifikant unter dem Gesamtstickstoffertrag der Ackerbohnenreinsaaten lag. Die züchterische Optimierung des Stickstoffertrags der Winterackerbohnen in Reinsaat und im Gemenge sollte aufgrund der positiven und merklich hohen Korrelationen zwischen Sprossmasseertrag und dem aus der Luft akkumulierten Stickstoffertrag der Winterackerbohnen, also eher durch die Steigerung der Sprossmasseproduktion als durch die Steigerung der prozentualen Stickstofffixierleistungen erfolgen.Within the framework of the IMPAC³ project, eight winter faba bean genotypes (experimental inbred lines) and three winter wheat cultivars approved in Germany were cultivated in the domain referred to as "arable land". These were sown pure as well as in substitutive mixed stands over three years at two contrasting locations without any nitrogen fertilization. Questions up for investigation were: (A) whether the cultivation of winter faba beans and winter wheat in mixed stands leads to significant additional yield compared to their pure stands (absolute and with the aid of RYT); and if such an additional yield existed, whether it is influenced by the individual winter faba bean genotypes and which traits of the winter faba bean cause this influence. In addition, (B) it should be investigated whether breeding of winter faba bean genotypes for pure stands, thus aiming at the best pure sowing performance, leads to candidates, which also perform best in mixed stands with winter wheat. Furthermore (C) it should be determined whether there is a detectable and relevant genetic variation between the winter faba bean genotypes regarding their symbiotic nitrogen fixation performance and whether there is statistically significant performance difference to performance in the mixtures.
Cultivating winter faba beans and winter wheat in mixed stands resulted in significant increases in grain yield, straw yield and total combine yield. The so-called Relative Yield Total (RYT) and the relative yield of mixtures averaged at 1.220. Likewise, the absolute difference in grain yield between the total yield of mixed stands and the associated pure stand mean came to +6.8 dt ha-1 (yield advantage of the mixed stands). It was shown that the relative yield of the eight winter faba bean genotypes (RYVf = 0.660) in the mixtures was higher than the mean relative yield of the three winter wheat cultivars (RYTa = 0.559). The selection of a specific winter faba bean genotype had a statistically significant impact on the following traits: Winter faba bean grain yield, winter wheat grain yield and total grain yield of the mixed stands, the absolute grain yield difference between the mixtures and the mean of the associated pure stands, the RYVf and the RYTa as well as on the relative yield of mixtures, but not on the RYT. Similarly, winter wheat cultivars had a statistically significant influence on the same traits, excepting the absolute grain yield difference. Furthermore, specific winter faba bean/winter wheat interactions occurred only in the total grain yield of the mixed stands and in the absolute grain yield difference, so that the variation of the aforementioned yield traits and parameters was largely determined by the choice of the two mixed stand partners. Thus, depending on the objective of the mixed stand cultivation: (1) a high winter faba bean yield in the mixed stands, (2) a high winter wheat yield in the mixed stands or (3) a high total mixed stand yield, self-same objective could already be achieved through the choice of the bean mix partner or alternatively choice of both of the two mix partners best suited to the objective. Based on these experimental results, choosing winter faba bean WAB-Fam157 would fit target (1), but choosing a winter faba bean such as S_062 would achieve target 2 and, together with winter wheat Hybery, target 3. It was found that the variation of mixed stand winter faba bean grain yields could already be predicted to a large extent by the variation of the winter faba bean grain yields achieved in pure stands, regardless of the wheat with which the winter faba bean genotypes were grown in mixed stand. This could mean that, based on the available data, breeding winter faba bean in pure stands for high grain yield would lead to the same candidates as breeding winter faba bean tested under competitive conditions with winter wheat. However, due to the winter faba bean-winter wheat interactions that occurred for the trait and breeding objective total grain yield of the mixed stand, testing of winter faba bean genotypes in mixtures with various winter wheat varieties should be considered. Detailed correlation analysis among the auxiliary traits determined that the variation in growth height among winter faba bean genotypes and the variation in logging among winter wheat and winter faba bean genotypes in mixed stands could already be predicted to a very large extent from the variation in these traits in winter faba bean pure stands. It was also established that the variation of the leaf area index (LAI) of the mixed stands was highly correlated to the variation of the LAI in winter faba bean pure stands. In order to achieve the highest performance in mixed stands, winter faba bean genotypes should therefore be selected which (1) show a rather short growth so that the mix partner winter wheat is not overgrown and shaded to a great extent; (2) are very stable in the mixed stands as well as in pure stands, which also tends to be accompanied by shorter growth. If (3) the aim of mixed stand cultivation is to achieve a rather high proportion of wheat in the total mixed stand yield or a high RYTa or RYT, then a winter faba bean genotypes with a lower LAI should be chosen. 
The eight examined winter faba bean genotypes showed statistically significant differences in their percentage nitrogen fixation performance in pure stands. In mixed stands with the winter wheat Genius, the percentage nitrogen fixation performance was significantly higher than in the bean pure stands. In addition, it was found that the total nitrogen yield (kg N ha-1) of the mixed stands was statistically significantly below the total nitrogen yield of the faba bean pure stands. Due to the positive and noticeably high correlations between the shoot mass yield and the accumulated nitrogen yield from the air of the winter faba beans, the breeding optimization of the nitrogen yield of the winter faba beans in pure- in the mixed stand should be carried out more by increasing the shoot mass production than by increasing the percentage nitrogen fixation performance

Breeding analysis of eight winter faba bean genotypes for mixed cropping with winter wheat

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Georg-August-University Göttingen