Ursachen von Leguminosen-Rotationseffekten für Ertragssteigerungen bei Getreide auf westafrikanischen Böden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Projektes war es, unter kontrollierten Bedingungen die bodenchemischen und bodenbiologischen Faktoren näher zu untersuchen, die für die ertragssteigernde Effekte vpn Leguminosenrotationen auf Getreide (Perlhirse, Pennisetum glaucum L.; Sorghum, Sorghum bicolor Moench und Mais, Zea mays L.) verantwortlich sind, welche auf den überwiegend sandigen, nährstoffarmen Böden Westafrikas in Feldversuchen oft beobachtet werden. In einem Gefäßversuch zu Beginn des Projektes konnten die Rotationseffekte auf drei der westafrikanischen Böden trotz ihrer 5-jährigen Lagerung eindeutig reproduziert werden. Im Vergleich zu den Monokulturböden lieferten die Perlhirsepflanzen aufden Rotationsböden 50 - 300% mehr ober- und unterirdische Biomasse. Zudem wurden in Rotationsböden im Vergleich zu den Monokulturböden 51 - 60% weniger Nematoden gezählt. Danach wurden Untersuchungen durchgeführt, um die Veränderungen der Rotations- und Monokulturböden von zwei Standorten nach dem Wiederbefeuchten zu prüfen, das unter natürlichen Bedingungen.ein zentrales Stressereignis für die Bodenmikroorganismen zu Beginn der (dadurch simulierten) Regenzeit darstellt. Als Kenngrößen dienten pH Wert, Bodenatmung, Ergosterol als Biomarker für pilzliches Wachstum, Adeny lat-Konzentrat ionen, C und N in mikrobieller Biomasse (Cmik, Nmik) und Aminozucker. Hierbei konnten nicht nur höhere pH-Werte in den Rotati ons böden festgestellt werden, sondem auch eine signifikant höhere mikrobielle Biomasse und Aktivität der Mikroorganismen. Dieses sowie erhöhte Ergosterol- und Glucosamingehalten weisen auf eine spezifische, Pilz-dominierte Zersetzergemeinschaft hin. Der innerhalb von 6 h beobachtete Anstieg der ATP- Konzentrationen nach dem Wieder befeuchten deutet auf eine Rehydrierung der Mikroorganismen hin als auf einen Anstieg der Biomasse durch Zellteilung. In einem dritten und vierten Versuch wurden auf westafrikanischen Böden gewonnene Wurzelresiduen von Perlhirse, Sorghum und Mais sowie der Leguminosenarten Erdnuss (Arachis hypogaea L.) und Augenbohne (Vigna unguiculata Walp.) in einer Menge von 2 g Trockenmasse pro kg Boden in den wiederbefeuchteten Monokulturboden von zwei der Versuchsstandorte eingebracht und mit Sorghum bepflanzt. Als zusätzliche Varianten wurden eine den Wurzelresiduen mengenmäßig vergleichbare mineralische P- sowie eine P+N- Düngung gewählt. Die mineralischen und organischen Behandlungen steigerten das Pflanzenwachstum bis zu 176% und die Trockenmasse produktion bis zu 271% verglichen mit der Kontrolle in der Reihenfolge mineralische Nährstoffe > Leguminosenwurzeln > Kontrolle > Getreidewurzeln. Gleiche Behandlungen (ohne die Gabe von mineralischem P+N) wurden in einem Inkubations versuch eingesetzt und bei 25°C im Dunkein 189 Tage lang, inkubiert. Dabei ergab sich eine signifikante Steigerung der Bodenatmung, der Gehalte an Cmik und Nmik, an ATP und an der Gesamtmenge an Adenylaten unter Zugabe von organischem Material verglichen mit der Kontrolle und mineralischer P-Düngung. Die Ergebnisse dieser Versuche lassen darauf schließen, dass in den untersuchten Böden die Corg-Gehalte mikrobielle Vorgänge mehr beeinflussen als Nährstoffe. Für einen weiteren Gefäßversuch wurden zunächst.die Monokulturböden aus Fada und Koukombo mit einer P-, N- und P+N-Gabe aufgedüngt, die der 5-fachen Differenz zu den Nährstoffgehalten in den jeweiligen Monokulturböden entsprach. Die Rotationsböden wurden mit der 4-fachen Differenzgabe an P-, N- und P+N behandelt, um somit in beiden Böden ein ähnliches Niveau an pflanzenverfügbaren Nährstoffen zu erreichen. Die Bepflanzung der Böden mit Sorghum ergab, dass die Biomassenproduktion aufden Fadaböden bis zu 32% und aufden Koukomboböden bis zu 15% durch die Behandlungen gesteigert wurde wobei die Reihenfolge mineral. P+N > miner. P > Kontrolle > miner. N war und die Steigerung auf den Rotationsböden signifikant höher war als auf den Monokulturböden. Bedingt durch die geringere Biomassenentwicklung wiesen Pflanzen auf Monokulturböden eine 7% höhere Gesamtwurzellänge, 26% höhere P- und 4% höhere N-Konzentrationen auf als Monokulturbodenpflanzen. Auf den Rotationsböden wurden hingegen 46% höhere Kolonisationsraten durch Mykorrhiza und 10% höhere N-Konzentrationen bestimmt sowie nur etwa halb so viele Nematoden verglichen mit den Monokulturböden. Untersuchungsergebnisse zu den chemischen und bodenbiologischen Unterschieden im Rhizosphärenboden und wurzelfernen Raum von mit Sorghum bepflanzten Monokulturund Rotationsböden aus Fada sind derzeit noch in der Auswertung und werden deshalb nur teilweise in diesem Abschlußbericht dargestellt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2007) Reaction of microorganisms lo rewetting in dry continuous cereal and legume rotation soils of semi-arid Sub-Saharan Africa. Soil Biology and Biochemislry 39(7): 1512 - 1517
Formowitz B, Schulz M-C, Buerkert A, Joergensen RG
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Impact of legume versus cereal root residues on biological properties of West African soils. Plant and Soil
Formowitz B, Joergensen RG and Buerkert A
