Neue Studie zu Mischkulturen und Weizenpopulationen veröffentlicht: Vielfalt auf mehreren Ebenen in Pflanzenbausystemen

Abbildung 1: Auf der Y-Achse sind die Weizensorten und Weizenpopulationen aufgetragen. Die X-Achse zeigt den Ertragszuwachs in den Mischkulturen im Vergleich zu den Monokulturen in den zwei Versuchsjahren.


Endlich geschafft! Ein Großteil unserer Forschungsarbeiten zu den Mischkulturen aus Weizen und Erbsen ist veröffentlicht. Das ist das Ergebnis jahrelanger Arbeit, bei der ein großes Team mitgewirkt hat. Maßgeblich bei dieser Arbeit waren natürlich Maria Finckh und Odette Weedon (Ökologischer Pflanzenschutz, Universität Kassel), denen ich es verdanke an einem solch spannenden und durchaus wegweisenden Projekt mitgewirkt zu haben.

Die Arbeit ist ziemlich umfangreich, deswegen stelle ich hier nur ein paar Highlights vor.

Diversifizierte Pflanzenbausysteme zeigten ihre Vorteile gegenüber Monokulturen außerdem vor allem bei einer multifunktionalen Betrachtungsweise. Gewissermaßen addieren sich die vielen kleineren Vorteile in diversen Pflanzenbausystemen gegenüber Monokulturen auf. In den Experimenten zeigte sich, eine erhöhte Ressourcennutzungseffizienz bzw. ein Ertragszuwachs (Yield Gain, Abb. 1), eine verbesserte Getreidequalität (Abb. 2) und eine leicht verbesserte Blattgesundheit des Weizens (Abb. 3) in den Mischkulturen im Vergleich zu den Monokulturen. Außerdem war die Unkrautunterdrückung in den Mischungen stärker als in den Monokulturen der Erbsen und das Lagern der Erbsen (Umkippen der Pflanzen) verringert.

Der innovativste Aspekt dieser Arbeit ist sicherlich die Kombination von interspezifischer Diversität mit intraspezifischer Diversität in einem Pflanzenbausystem. Mit interspezifischer Diversität ist die gemeinsame Kultivierung mehrerer Kulturpflanzenarten in Mischkulturen gemeint, während sich intraspezifische Diversität auf die Nutzung von diversen Weizenpopulationen bezieht. Letztere werden auch als Composite Crosses oder heterogene Populationen bezeichnet. In den Experimenten zeigte sich, dass die Mischkulturen Erträge und die Kornqualität des Weizens unter variablen Umweltbedingungen stabilisieren können. Die Weizenpopulationen erhöhten die Ertrags- und Kornqualitätsstabilität weiter, im Vergleich zu genetisch homogenen Weizensorten (Abb. 4) und gleiches gilt für die Stablität der Kornqualitäten beim Weizen (Abb. 5). Hier zeigt sich also die Stärke der Strategie, biologische Vielfalt auf mehreren Ebenen von Pflanzenbausystemen zu kombinieren.

Auch bezüglich der Pflanzeneigenschafften zeigten sich interessante Ergebnisse. So spielt möglicherweise die Pflanzenphänologie beim Weizen (die zeitliche Entwicklung der Pflanzen) eine Rolle für die Vermeidung von Konkurrenz in Mischkultursystemen, was deren Leistungsfähigkeit erhöht. Abbbildung 6 zeigt, z.B. eine Zunahme des Ernteindexes der frühen ungarischen Sorte Kolompos im ersten Versuchsjahr, was mit dem höchsten Ertragszuwachs einher ging.

Die Leistung von Weizensorten oder Weizenpopulationen unterscheidet sich zudem in den Mischkulturen von den Monokulturen, wenn die Umweltbedingungen schlechter sind (weniger Nährstoffe und Wasser) aber weniger unter guten Umweltbedingungen. Dies hat wichtige Implikationen für die Züchtung.

Insgesamt zeigt sich also ein sehr interessantes Potential von diversifizierten Pflanzenbausystemen auf der inter- und intraspezifischen Ebene. Diese können die Leistung von Pflanzenbausystemen stabilisieren insbesondere unter einer zunehmend variablen Umwelt, die mit dem Klimawandel zu erwarten ist. Die Nutzung von Leguminosen in Mischkulturen, ermöglicht es außerdem einen Teil des Stickstoffdüngers im Pflanzenbausystem selbst durch Sonnenenergie zu erzeugen. Dies wird möglich durch die sonnenenergiebasierte Fixierung atmosphärischen Stickstoffes in den Wurzelknöllchen der Leguminosen (hier Erbsen).

Die Studie ist Teil eines Sonderbandes zu Mischkulturen in Frontiers of Plant Sciences, der noch viele andere spannende Studien enthält, z.B. zur Wertschöpfungskette für Mischkulturen.

Abbildung 2: Auf der Y-Achse ist der Protein-Gehalt der Weizenkörner aufgetragen. Grün ist der Weizen aus den Mischungen und gelb aus den Monokulturen.
Abbildung 3: Auf der Y-Achse ist die nicht-grüne Blattfläche (AUNGLA) des Weizens aufgetragen, welche ein Maß für die Pflanzengesundheit ist. Die Mischkulturensind grün und die Monokulturen gelb.
Abbildung 4: Eine Principal Component Analyse zur Ermittlung der Ertragsstabilität der Weizenpopulationen und Weizensorten in den Mischkulturen.
Abbildung 5: Eine Principal Component Analyse zur Ermittlung der Qualitätsstabilität der Weizenpopulationen und Weizensorten in den Mischkulturen.
Abbildung 6: Auf der Y-Achse ist der Ernte-Index (Harvest Index) aufgetragen und auf der X-Achse das Pflanzenbausystem (Mischkultur oder Monokultur).

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