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Tutorium 3 – Pflanzenbau Station 1: Management: Stickstoffverteilung im Weizenbestand und dessen zeitliche Veränderung

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Programm: Stickstoffverteilung im Pflanzenbestand Strategien zur Maximierung der NÖkonomie in Getreide Konzept des Nitrogen Nutrition Index (NNI) (nach Lemaire)

1. 2. 3. 4. 5.

Nachbereitung: Erläutern Sie die räumliche Verteilung von Stickstoff in einem voll entwickelten Weizenbestand Wie ist die räumliche Verteilung des Stickstoffs im Bestand zu begründen? Auf welche Weise kann die NÖkonomie von Weizenpflanzen gesteigert werden? Was bedeutet „Nitrogen Nutrition Index“ (NNI)? Welchen praktischen Nutzen hat der NNI? Auf welche morphologischen und physiologischen Veränderungen der Pflanzen während des Wachstums ist die Verlaufskurve des NNI zurückzuführen?

Aufgabe 1: Die Stickstoffkonzentration nimmt von oben nach unten ab. Am Ende ist nur noch das Fahnenblatt grün. Aufgabe 2: Der Stickstoffgradient folgt dem Lichtgradient. Da wo mehr Licht (Strahlung) ist, ist die Photosyntheserate höher und die N-Konzentration nimmt daher zu. Stickstoff wird dort benötigt. Unten wäre N ineffizient, da die Blätter nur noch respirieren (CO2-Verlust) und nicht mehr assimilieren. Oft sterben die unteren Blätter ab, da die energiesparender ist. Aufgabe 3: o Photosynthetische Kapazität maximieren pro Einheit N - N Akkumulation in Blättern und Stängeln - Vertikale Verteilung von N im Bestand - RuBisCO katalytische Eigenschaften - C4Metabolismus o N Aufnahme maximieren - Wurzeltiefgang  Sortenwahl, Bodenbearbeitung - Geringes spezifische Gewicht der Wurzeln - Spross-Wurzel-Verhältnis o Kornproteingehalt und N Remobilisierung  N sofort dahin wo es gebraucht wird - Effizienz der N Remobilisierung - „staygreen“  Bestand lange grün halten -

Korn N Gehalt maximieren 1

o Nitratassimilation - Glutamin-Synthetase-Aktivität - Alanin-Aminotransferase-Aktivität - Stoffwechsel organischer Säuren Aufgabe 4: NNI = Nist-Wert / Nsoll-Wert NNI = Nitrogen Nutrition Index - Der NNI ist ein Wert der angibt, wie viel Stickstoff optimaler Weise vorhanden sein sollte. Ist die Mindestmenge N für den höchsten Ertrag. Ab darüber keine weitere TM-Zunahme - Wenn NNI = 1, ist die optimale N-Menge erreicht. Unter 1 muss man nachdüngen - Aus den Werten ergibt sich die kritische N-Kurve:

Aufgabe 5: Immer mehr N verteilt sich um je höher der Spross wächst. Der rel. N-Gehalt nimmt ab Der abs. N-Gehalt nimmt zu er wird „verdünnt“, N wird immer wieder verwendet und nicht immer neu aufgenommen

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Station 2: Entwicklungsverlauf und Ertragsbildung bei Kulturpflanzenarten Programm - Bestimmung von Entwicklungsunterschieden zwischen Getreidearten - Bestimmung von Unterschieden in den Ertragskomponenten zwischen Getreidearten und Anbausystemen (konventionell und ökologisch)

Nachbereitung 1. Vergleich der bonitierten Entwicklungsstadien mit langjährigen Messungen 2. Vergleich der geschätzten Erträge mit langjährigen Ertragsreihen 3. Welche Ertragskomponenten unterscheiden sich zwischen den Anbausystemen und welche Faktoren haben diese Unterschiede verursacht?

Aufgabe 1: Die Temperatur im Frühjahr und die Feuchtigkeit sind sehr wichtige Faktoren, die das Wachstum beeinflussen. Wenn es am Anfang des Jahres warm ist und viele Sonnenstunden zusammenkommen, keimt die Pflanze besser und wird reift eher. Bei Mais (C4) kann man dies besonders gut erkennen, da er viele Sonnenstunden braucht um gut zu wachsen. Bei einem kalten, feuchten Frühjahr (2013) bleiben die Pflanzen kleiner.

Aufgabe 2: Die Erträge hängen ebenfalls von Temperatur und Feuchtigkeit ab. Wenn die Pflanzen gut von Anfang an wachsen sind die Erträge auch besser. Siehe Aufgabe 1… Aufgabe 3: Die Ertragskomponenten in den verschiedenen Anbausystemen (konventioneller und biologischer Anbau) unterscheiden sich vor allem in den Ähren/m² und den KZ/Ähre. Dies kommt vor allem durch die unterschiedliche Düngung. Im konventionellen Anbau wird synthetischer Dünger eingesetzt, wodurch die Pflanzen besser mit Stickstoff versorgt werden. Das Schossen passiert schneller und früher, die Pflanzen haben eine höhere Bestockung (dadurch mehr Ähren pro m²) und bilden mehr Körner pro Ähre aus als im biologischen Landbau. Auch werden im konventionellen Landbau Pflanzenschutzmittel verwendet, 3

wodurch die Pflanzen länger gesund bleiben. Auf die Ertragsbildung hat dies allerdings kaum einen Einfluss.

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Inklusive Einheiten können! Auch Zahlen die herausstechen! Erkennen können, welche Zahlen zu welchem Getreide gehören. Z.B. Sommergerste: besonders viele Ähren/m²! Roggen: Hohe Kornzahl pro Ähre Gerste: ist nur zweizeilig, wenige Körner pro Ähre

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Station 3: Pflanzenbestand: Blattflächenindex Programm: - Methoden zur Bestimmung des Blattflächenindex - Strahlungsverteilung im Pflanzenbestand - Anwendung destruktiver und nicht-destruktiver LAI-Messungen

Nachbereitung: 1. Definieren Sie den Blattflächenindex (BFI) 2. Wie kann man den BFI ermitteln? 3. Welche Probleme ergeben sich bei den unterschiedlichen Messmethoden? 4. Beschreiben und erläutern Sie den BFI eines Weizenbestandes im Laufe der Entwicklung 5. Beschreiben Sie den relativen Strahlungsabfall in Abhängigkeit des Blattflächenindex in einem Weizenbestand 6. Berechnen Sie den BFI mit den folgenden Angaben: - 4 cm2/Blatt - 5 Blätter/Pflanze - 300 Pflanzen/m2 - BFI = ?

Aufgabe 1: Fläche aller Blätter von Pflanzen, die auf einem m² Boden stehen Aufgabe 2: Blattfläche/Bodenoberfläche, ist eine dimensionslose Größe, da m²/m² Aufgabe 3: Es gibt zwei Messmethoden des Blattflächenindexes: 1. Destruktiv: Blätter werden ausgezählt und gemessen. Nachteil: man kann dies nur einmal machen, es schädigt den Pflanzenbestand, da man die Blätter aus dem Bestand entfernt 2. Nicht-Destruktiv (indirekt): Mit einem Messgerät wird die Strahlungsintensität oben und unten im Pflanzenbestand gemessen. Nachteil: Der Lichteinfall muss gerade und hoch sein. Man sollte um 12 Uhr mittags messen. Es werden hier nicht nur die Blätter erfasst, sondern auch alle anderen Organe! Aufgabe 4: Bis zum Ährenschieben wächst die Kurve, die Pflanze bekommt immer mehr Blätter. Ab da sinkt sie wieder ab, da die Blätter absterben.

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Aufgabe 5: Beer-Lambert Law:

Je größer der BFI, desto weniger Strahlung kommt im Bestand nach unten. Aufgenommene Strahlung / Strahlung auf der Bestandesoberfläche Z.B.: 300/600 = 0,5 Aufgabe 6: 4 cm² * 5 * 300m² = 0,0004m² * 5 * 300m² = 0,6 Der BFI ist 0,6

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Station 4: Boden: Bodenverdichtungen im Ober- und Unterboden Programm: Nachbereitung: - Bodenprofilwand (Betreuer + 1. Bewerten Sie die Bodenmerkmale Studierende) Gründigkeit und Durchwurzelbarkeit - Bestimmung der Bodenmerkmale im Hinblick auf die Wasserversorgung der Pflanzen im Ober- und Unterboden 2. Wodurch können die (Betreuer + Studierende, Seitenzahlen Standorteigenschaften beziehen sich auf den Umdruck in der Durchwurzelbarkeit und Gründigkeit Datei begrenzt werden? „Nachbereitung_Spatenprobe.pdf“) 3. Gibt es ackerbauliche Maßnahmen, o Bodenart (S.8) um die Durchwurzelbarkeit und die o Lagerungsdichte (S.15) Gründigkeit insbesondere bei Böden o Grobporen (S.14 und 9) o Durchwurzelungsintensität (S.16) mit stark heterogenem Schichtaufbau (z.B. Bodenverdichtungen im Obero Gründigkeit (S.23) oder Unterboden) zu verbessern? Aufgabe 1: Gründigkeit: je tiefgründiger der Boden, umso mehr Bodenkörper steht den Pflanzen zur Verfügung um daraus Wasser zu ziehen. Tiefe des Lockermaterials über dem Gestein. Die Pflanzen können dies durchwurzeln und daraus Wasser ziehen. Besonders tiefgründig: hohes Speichervolumen an Wasser und Nährstoffen Durchwurzelbarkeit: Je besser durchwurzelbar, umso höher die Wasseraufnahme; Zusammenhang Bodenart Aufgabe 2: Die Standorteigenschaften „Durchwurzelbarkeit und Gründigkeit“ können begrenzt werden durch: Den Tongehalt – der Lagerungsdichte, je höher desto schlechter, einem Stauhorizont, - dem Humusgehalt, der Bodengenese und daraus folgenden Wechsel der Bodenschicht. Bsp.: I Ap Löß auf II C/sd Rheinkiesen - Können begrenzt werden durch Verdichtung (z.B. Pflugsohle) - pH: zu sauer – Aktivitäten gering Aufgabe 3: Humusgehalt beachten, Kalkung, Anbau von Zwischenfrüchten, Boden-/Reifendruck beachten, arbeiten bei optimaler Bodenfeucht, Regenwurmaktivität fördern, VorfruchtWirkung ausnutzen (Luzerne)

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Station 5: Standortfaktor: Das Klima Programm: - Besprechung der Übungsaufgabe - Berechnung der Evapotranspiration eines Pflanzenbestandes mittels empirischer Formeln unter Verwendung der gemessenen Werte - Klimatische Wasserbilanz

Nachbereitung: 1. Vergleich der Evapotranspiration von Gras unter Nutzung der Schätzgleichungen nach Haude, Hargreaves und Penman-Monteith 2. Interpretation der durch die drei Verfahren entstandenen Unterschiede in der ermittelten Evapotranspiration 3. Berechnung einer klimatischen Wasserbilanz für den Zeitraum 02.03.2011-06.06.2011

Aufgabe 1: - Penman-Monteith nicht in Klausur! - Werte in Excel-Tabelle im E-Campus! Nach Haude:

= 6,99*0,29 = 2,02 Nach Hargreaves:

= 3,97 Aufgabe 3: Niederschlag (mm/d) – ET (mm/d) = Wasserbilanz (mm) = -134 mm

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Station 6: Boden und Düngung Programm: - Bodenuntersuchung (Grundnährstoffe, Nmin) - Bodenart - Kalkung (Versorgungsstufen, Erhaltungskalkung) - Grunddüngung (Gehaltsklassen und Versorgungsstufen) - Stickstoff: (NminProbenahme mit Pürckhauer-Bohrstock und Düngebedarfsberechnung)

Nachbereitung: 1. Erläutern Sie die folgenden Begriffe: - Nährstoffbedarf - Düngebedarf - Erhaltungsdüngung - Erhaltungskalkung - N-Sollwert - Fruchtfolgedüngung 2. Kalkung Auf einem Ackerschlag soll eine Kalkung erfolgen. Hierzu sind bekannt: Bodenart: ssL; pH: 5,5 In welcher Versorgungsstufe befinden Sie sich? Wie viel Kalk (kg/ha CaO) muss auf dem Acker ausgebracht werden? Muss die Kalkung in mehrere Kalkgaben (Jahre) aufgeteilt werden? 3. Berechnung der N-Gabe einschließlich Spätgabe: Gegeben: Winterweizen, Flachgründiger humusarmer Sandboden 1 GV / ha Vorfrucht: Gerste Nmin: 20 kg

Aufgabe 1: Ist der Bedarf an Nährstoffen zum Erhalt der optimalen generativen und vegetativen Entwicklung Düngebedarf: Der Bedarf an Dünger um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten und um optimale Erträge zu sichern. (Nährstoffbedarf – bereits verfügbare Nährstoffmenge im Boden) Erhaltungsdüngung: Es wird nur das nachgedüngt, was durch Ernte, Auswaschung etc. verloren geht.  Nährstoffklasse C, der Entzug wird zurückgeführt Erhaltungskalkung: Man kalkt um den pH-Wert im Boden zu erhalten N-Sollwert: An dem Wert wird sich orientiert, um die optimale N-Rate zu erreichen. Für jede Art gibt es einen anderen Wert! (Ist-Wert mit SollWert vergleichen und die Differenz düngen) Der Soll-Wert ist die N-Menge (Bedarf), die für jede Kulturart je nach Standort und Bewirtschaftung festgelegt wird, um ein Ertragsziel zu erreichen. ökonomisches Optimum Fruchtfolgedüngung: Die Grundnährstoffe (P,K und Mg) werden über die Fruchtfolge hinweg gedüngt (nicht alles auf einmal), schwerpunktmäßig vor den Blattfrüchten Nährstoffbedarf:

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Aufgabe 2: Versorgungsstufe: Bei stark sandigem Lehm und einem pH-Wert von 5,5 befindet man sich auf der Versorgungsstufe B (siehe Tabelle) Kalkempfehlung: Es muss 4.497 Kg/ha CaO ausgebracht werden (siehe Tabelle)

Quelle: Material Übung II 6 Boden und Düngun gC

Kalkung: Die Kalkung muss über 3 Jahre hinweg aufgeteilt werden, da man nur 2.000 Kg/ha CaO düngen darf. (Siehe Tabelle)

Quelle: Material Übung II 6 Boden und Düngung C

Aufgabe 3: Benötigte Materialien (Quelle: Material Übung II 6 Boden und Düngung C):

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Berechnung: Sollwert Winterweizen: Flachgründig, humusarmer Sandboden: Bewirtschaftungsverhältnisse (GV) Zuschlag für Vorfrucht (Gerste): Nmin (schon im Boden vorhanden):

200 Kg/ha N + 20 -10 + 20 -20

Gesamt:

210 Kg/ha N

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