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Einfluss der Kaliumdüngung auf das Wachstum und die Wassernutzungseffizienz von Ackerbohne (Vicia faba), Sommerweizen (Triticum aestivum) und Tomate (Solanum lycopersicum) unter Kontroll-, Trockenstress- bzw. Salinitätsbedingungen

Reeb, verh. Gerwers, Dominik


Originalveröffentlichung: (2011) Giessen : VVB Laufersweiler 2011
Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (3.467 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-80427
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2011/8042/

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Pflanzenernährung
Fachgebiet: Haushalts- und Ernährungswissenschaften - Ökotrophologie
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5708-4
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 18.01.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 08.03.2011
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel dieser Arbeit war es, den speziellen Einfluss einer Kalium-(K)-Düngung
auf das Pflanzenwachstum herauszustellen. Es wurde untersucht, ob der
Wasserhaushalt der Pflanzen durch Kalium verbessert und inwiefern die
Wassernutzungseffizienz (WUE) verändert wird. Dabei wurde auch nach
speziellen Wirkungen von K auf die Verbesserung der WUE unter Trockenstress-
und Salinitätsbedingungen geforscht. Die Verbesserung der WUE
könnte auf eine Verringerung des Wasserverbrauches und / oder auf die gesteigerte
Trockenmassebildung (TM) zurückzuführen sein.
Für die Untersuchung der Hypothesen wurden Ackerbohnen (Vicia faba L.),
Sommerweizen (Triticum aestivum L.) und Tomaten (Solanum lycopersicum
L.) unter verschiedenen Kalium- und Wasserversorgungsstufen angebaut.
Kalium wurde vorrangig als K2SO4 in optimaler und in unzureichender Menge
angeboten. Der Wasserstress wurde bei allen Pflanzen durch Dürre, bei den
Ackerbohnen zusätzlich auch über saline Bodenverhältnisse induziert. Als
Kontrolle wurden die Varianten bei optimaler Bodenfeuchte angezogen. Durch
die salinen Bodenbedingungen wurde in den Pflanzen ein Stress ausgelöst,
der zu einem geringeren Wachstum führte. Eine Ionentoxizität war an den
Blättern der Ackerbohne nicht zu erkennen. Für die Versuche mit Ackerbohnen
und Sommerweizen wurden Container (0,9 · 0,4 · 0,4 m, 120 L) verwendet.
Damit war es möglich in einer Vegetationshalle unter kontrollierten
Umwelteinflüssen (kein Niederschlag) Bedingungen wie in einem Feldversuch
(Bestandesdichte, Düngung) zu simulieren. In den Containern stand den
Pflanzen ein großes Bodenvolumen zur Verfügung, das gezielt gedüngt und
bewässert wurde. Die Tomaten wuchsen in Mitscherlichgefäßen in einer
Klimakammer.
Da die Anlieferung von K durch Diffusion an die Wurzeln bei Dürrestress erschwert
ist, bot sich als weitere Möglichkeit die flüssige Applikation von K2SO4
auf die Blätter an. Dies wurde einmalig mit einer 5%-Lösung bei den Ackerbohnen
und den Tomaten durchgeführt.
Alle Pflanzen erzielten durch eine bessere K-Versorgung einen höheren KEntzug
und damit eine höhere intrazelluläre K-Konzentration. Das Wachstum
wurde auch bei Wasserstress (Dürre und Salinität) maßgeblich durch das
bessere K-Angebot gesteigert. In den Pflanzen, die im salinen Substrat mit
einer optimalen K-Versorgung aufwuchsen, konnte aufgrund des
Ionenantagonismus zwischen K+ und Na+ die Konzentration von Na signifikant
verringert werden. Dabei wurde das K+ : Na+-Verhältnis erhöht.
Die WUE konnte ebenfalls sowohl unter optimal feuchten Bodenverhältnissen
als auch bei Dürrestress und Salinität durch eine höhere K-Versorgung verbessert
werden. Stand den Pflanzen mehr Kalium zur Verfügung, stieg deren
absoluter Wasserverbrauch an. Eine bessere K-Versorgung der Pflanzen
resultierte nicht in einem verminderten Wasserverbrauch, die Transpiration
bezogen auf die Blattfläche blieb unverändert. Allerdings bildeten die Pflanzen
durchweg zwischen 5 und 25% in Spitzen bis zu 75% mehr TM.
Die flüssige Applikation von K2SO4 auf die Blätter hatte einen positiven Effekt
auf die WUE. Bei den Tomaten war der Effekt bei Dürrestress sogar signifikant
stärker ausgeprägt als bei optimaler Bodenfeuchte. Diese Beziehung
konnte auch bei der TM-Bildung belegt werden. Die Ackerbohnen profitierten
bis zum Zeitpunkt der Blüte davon. Die einmalige Applikation hatte jedoch nur
einen kurzen Effekt. So verlor sich der besondere Einfluss bei den Tomaten
bereits zum zweiten Erntetermin. Die Applikation zeigte im Ertrag der Ackerbohne
keinen besonderen Einfluss mehr.
Der durch die bessere K-Versorgung hervorgerufene Anstieg der TMProduktion
könnte mit einer gesteigerten Effizienz der H+-ATPase begründet
werden. Damit könnte der Apoplast stärker angesäuert werden, was nach der
Säure-Wachstums-Theorie zu einem besseren Wachstum führen sollte.
Außerdem würde somit das optimale Milieu für die zellwandaufweichenden
Expansine hergestellt. Die Zellwandextensibilität könnte bei unverändertem
Turgor erhöht werden und somit zum Streckungswachstum beitragen.
Kurzfassung auf Englisch: The aim of this work was to investigate the special effect of potassium (K) fertilization
on plant growth. It was determined whether the plant water economy
was improved due to a higher K application and how the water-use efficiency
(WUE) was changed. It was hypothesized that plants reduce their water demand
and are able to produce more dry matter (DM), due to higher K fertilization.
To test these hypotheses, field beans (Vicia faba L.), summer wheat (Triticum
aestivum L.) and tomatoes (Solanum lycoprersicum L.) were grown under
various potassium and water supply. K was applied mainly as K2SO4 in optimal
and deficient amounts. All plants were tested under drought stress, while
the field beans additionally suffered from saline soil conditions. Under salt
stress, the plants only faced osmotic problems since no ion toxicity became
obvious. For the experiments with field bean and summer wheat, large containers
(0,9 · 0,4 · 0,4 m; 120 L) were used to simulate field conditions. The
space for each plant and fertilizer applied were according to field recommendations.
Tomato plants were grown in Mitscherlich pots in a climatic chamber.
Under drought stress, the diffusion of K to the roots is reduced, therefore the
foliar application of a 5%-K2SO4-solution was tested for field bean and tomato.
All plants showed higher intracellular K concentration and higher K content
due to an improved K supply. Plant growth also increased under water stress
conditions (drought and salinity) under optimal K conditions. With additional K
application field beans cultivated under saline conditions were able to decrease
the concentration of sodium (Na) due to the antagonism between K+
and Na+. Thus, the K+ : Na+ ratio increased by which development were not
affected by salt stress.
In all plants, the WUE increased after increased K fertilization under both optimal
water conditions and drought as well as under salinity treatment. The
total water use was increased with higher K supply in all plants and did not
result in sparing water because transpiration was not decreased. However, the
dry matter (DM) production of the plants increased between 5 and 25% as a
result of the higher K supply.
The foliar application of K2SO4 showed a positive influence on the WUE. For
tomatoes this effect was significantly higher under drought stress than under
optimal soil water conditions. According to the increased WUE, the DM increased
significantly under drought stress because of the foliar application.
The field beans tended to benefit from the foliar treatment until florescence.
The one-time application of K2SO4 showed only a short-term effect. For tomatoes
this effect was disappeared at the second harvest, while yield of field
beans did not benefit from the foliar application at all.
The increase of DM production as a consequence of the higher K application
could base on an increase in the efficiency of the plasma membrane
H+-ATPase. Because of this, the acidification of the apoplast could increase,
which leads to an increase of cell-wall-extensibility and cell growth according
to the acid-growht-theroy. Furthermore, due to the apoplastic acidification the
optimum pH for cell-wall-loosening proteins such as expansions could achieve
and cells were able to expand without changing the turgor.
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