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URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-67501
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2009/6750/


Substitution of potassium by sodium in sugar beet (Beta vulgaris L.) : Nutrition with special reference to K-fixing soils

Wakeel, Abdul


Originalveröffentlichung: (2008) Giessen : VVB Laufersweiler 2008
pdf-Format: Dokument 1.pdf (2.533 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institute of Plant Nutrition
Fachgebiet: Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement fachübergreifend
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5384-0
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.11.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 27.01.2009
Kurzfassung auf Englisch: Plant growth does not response to the application of generally recommended levels of
potassium (K) fertilizer in the soils with expandable three layer clay minerals. In the soils
rich in illite and vermiculite clay minerals with high cation exchange capacity, a major part
of applied K is fixed and becomes unavailable to plants immediately.
It is known that several members of the family Chenopodiaceae such as sugar beet,
spinach, red beet etc. are capable to use sodium (Na) as an osmoticum for which 95% of
total acquired K is required. We hypothesized that Na is able to substitute K to a large
extent in sugar beet nutrition without affecting the plant growth and beet quality. We
assumed that in K-fixing soils it would be possible to replace a huge amount of K fertilizer
with adequate amount of Na fertilizer, which may lead to the development of an interesting
fertilizer strategy for sugar beet in K-fixing soils. In this study, an attempt was made to
identify the limiting processes when K was substituted by Na in K-fixing soils.
Three soil and two nutrient solution experiments were conducted to test the abovementioned
hypothesis. In the first soil experiment, soils from three locations (i.e.
Kleinlinden, Giessen and Trebur) with different K-fixing capacity were tested and sugar
beet plants were grown in Ahr pots under natural climatic conditions (April 2005 to
September 2005, Giessen, Germany) and harvested at maturity. Three treatments were
used i.e. control (no K and Na fertilizer), potassium treatment (K2SO4 fertilizer was
applied according to K-fixing capacity of soil) and in third treatment NaCl was applied
equivalent to regular K fertilization. Soil Kleinlinden was tested again in another
experiment where sugar beet plants were grown in containers (169 kg soil container-1) with
the same treatments as in the previous Ahr pot experiment, except potassium treatment.
Potassium was not applied according to K-fixing capacity of soil, rather according to
regular K fertilization. A field experiment was conducted on the Trebur soil (similar to the
soil used in the Ahr pot experiment). The treatments were the same as in the container
experiment; nevertheless an extra treatment was used where a huge amount (i.e. equivalent
to half K-fixing capacity of the soil) of K was applied. The results of all the experiments
revealed that application of Na fertilizer significantly improved the plant growth relative tothe control. However, white sugar yield in Na treatment was similar to that in K treatment.
Moreover, Na eliminated the K deficiency symptoms in the plant leaves, but application of
Na fertilizer decreased the calcium (Ca) concentration in the expanding leaves due to
reduced Ca uptake and Ca translocation from root to shoot, which was investigated in
nutrient solution experiments with Na and K treatments.
Despite many fruitful findings from the earlier studies on Na nutrition of plants, in
practical agriculture Na is not used as a nutrient. We conclude that Na may substitute K to
a large extent in sugar beet nutrition without affecting the plant growth and beet quality,
and soils with higher K-fixing capacity and illite and/or vermiculite clay minerals are more
favorable for this substitution.
Kurzfassung auf Deutsch: Es wurde beobachtet, dass die allgemein empfohlene Applikation von K-Düngemittel
das Pflanzenwachstum in Böden mit aufgeweiteten Dreischicht-Tonmineralen nicht
beeinflusst. Die Böden, reich an den Tonmineralen Illit und Vermiculit haben eine
hohe CEC und der größte Teil des gedüngten K wurde fixiert, sodass es für die
Pflanzen nicht verfügbar war.
Es ist bekannt, dass viele Arten der Familie der Chenopodiaceae, wie Zuckerrübe,
Spinat, Rote Beete, etc. in der Lage sind, Na als Osmoticum zu verwenden hierfür
werden ansonsten 95% des aufgenommenen K benötigt. Ziel unserer Untersuchungen
war es herauszufinden, ob Na in der Lage ist, K in der Ernährung von Zuckerrüben zu
ersetzen, ohne das Pflanzenwachstum oder die Rübenqualität zu beeinflussen. Des
Weiteren wurde überlegt, ob in K-fixierenden Böden ein großer Anteil des K-Düngers
durch Na-Dünger ersetzt werden kann, was zu einer interessanten Düngerstrategie für
Zuckerrüben führen könnte. Zunächst wurden die limitierenden Einflüsse erforscht,
die auftreten, wenn K durch Na ersetzt wird.
Drei Boden- und zwei Nährlösungsversuche wurden zur Überprüfung der Hypothese
durchgeführt. Für den ersten Bodenversuch wurden drei verschiedene Böden (Klein
Linden, Gießen und Trebur) mit unterschiedlicher K-Fixierungskapazität verwendet.
Die Zuckerrüben wuchsen in Ahrgefäßen bei natürlicher Witterung (April 2005 bis
September 2005, Gießen, Deutschland) und wurden zur Reife geerntet. Drei Varianten
wurden getestet, eine Kontrollvariante (kein K- und Na-Dünger), eine Kaliumvariante
(K2SO4-Applikation in Übereinstimmung mit der K-Fixierungskapazität) und eine
Natriumvariante (NaCl entsprechend einer normalen K-Düngung). Ein weiteres
Experiment wurde mit Kleinlindener Boden angelegt. Hier wurden die Zuckerrüben in
Containern (169 kg Boden Container-1) unter den gleichen Bedingungen und Varianten
mit Ausnahme der Kaliumvariante angezogen. Hierzu wurde K in praxisüblicher
Menge dazugegeben. Ebenso wurde ein Feldversuch in Trebur auf dem gleichen
Boden wie in den Ahrgefäßen durchgeführt. Die Varianten waren die gleichen wie im
Containerversuch, allerdings mit einer zusätzlichen Variante, die eine enorme Mengean K gedüngt bekam (entsprechend der halben K-Fixierungskapazität). Die Ergebnisse
von aller Versuchen zeigen, dass eine Na-Düngung das Pflanzenwachstum relativ zu-
Kontrolle signifikant erhöht, jedoch der Zuckerertrag der gleiche ist, wie in der
Kaliumvariante. Darüber hinaus konnte Na die K-Mangelsymptome an Blättern
verhindern; dennoch wurde die Ca-Konzentration vor allem in wachsenden Blättern
beeinflusst. Daher wurde, ein Nährlösungsversuch in einer Klimakammer mit
kontrollierten Bedingungen angelegt. Es zeigte sich, dass durch das Ersetzen von K
durch Na die Ca-Konzentration im Spross signifikant verringert wurde ohne das
Wachstum der Pflanzen zu stören. Die Ca-Aufnahme und Ca-Translokation im
Xylemsaft waren als Folge der Substitution ebenfalls reduziert.
Bisher wird in der praktischen Landwirtschaft Na nicht als Pflanzennährstoff
verwendet. Abschließend stellen wir fest, dass Na fähig ist, K in der Ernährung von
Zuckerrüben zu ersetzen, ohne dass das Wachstum der Pflanze oder die Qualität
beeinflusst wird. Böden mit einer hohen K-Fixierungskapazität und einem hohen
Anteil an Illit bzw. Vermiculit eignen sich besser für diese Substitution.