Lück, Lorna: Intraspezifische Variabilität und Einflüsse von Anbaumaßnahmen auf den Inhaltsstoffgehalt und Ertrag von Solidago virgaurea L.

15

Kapitel 3. Material und Methoden

3.1 Versuchsstandorte

3.1.1 Lage und Bodeneigenschaften

Zur Durchführung der Feldversuche wurden Flächen der Versuchsstation Pflanzenbauwissenschaften in Berlin-Dahlem und ergänzend eine Versuchsanlage der Versuchsstation Gartenbauwissenschaften in Berlin-Köpenick genutzt.

Der Versuchsstandort Berlin-Dahlem befindet sich im südwestlichen Stadtgebiet Berlins 52° 28’’ nördlicher Breite, 13° 18’’ östlicher Länge und 51 m Höhe ü. NN. Die Fläche liegt auf einer Grundmoränenhochfläche aus Geschiebemergel weichseleiszeitlicher Ablagerungen, der mit Geschiebedeck- und Flugsanden überlagert wurde ( Köhn 1997 ). Die bestimmenden Bodentypen sind nährstoffarme Parabraunerden mit schwachen Merkmalen der Fahlerde ( Köhn 2000 ). Aufgrund des hohen Sandanteils in der Ackerkrume ist die Bodenart als schwach bis mittel schluffiger Sand anzusprechen ( Tabelle 3 ) und wird mit einer Ackerzahl von 25 - 35 bewertet.

Tabelle 3: Korngrößenfraktionen in der Ackerkrume (0-30 cm) der Versuchsstandorte

 

Berlin-Dahlem

Berlin-Köpenick

Sandanteil (%)

72.1

93.3

Schluffanteil (%)

25.0

5.1

Tonanteil in (%)

2.9

1.6

nach Köhn 2000 und Grittner 2000 (pers. Mitteilung)

Tabelle 4: Bodenchemische Parameter in der Ackerkrume (0-30 cm) der Versuchsstandorte

Standort

Berlin-Dahlem

Berlin-Köpenick

Fläche des Feldversuches

Herkunftsvergleich

Erntetermin/ Schnitthöhe

Düngungsvergleich

Bewässerung & Schattierung

pH-Wert

6.20

6.00

6.50

4.90

Ct-Gehalt (%)

0.61

0.70

0.66

0.86

Nt-Gehalt (%)

0.06

0.07

0.07

0.11

P-Gehalt (mg/100g Boden)

18.30

18.00

18.30

5.00

K-Gehalt (mg/100g Boden)

7.50

11.40

9.20

3.10

Der Versuchsstandort Berlin-Köpenick befindet sich im südöstlichen Stadtgebiet bei 52° 27’’ nördlicher Breite und 13° 34’’ östlicher Länge und 34 m ü. NN. Auf der in der Eiszeit entstandenen diluvialen Talsandfläche aus Mittel- und Feinsand am Dahmeufer findet sich eine durch langjährige gärtnerische Nutzung tiefgreifend anthropogen beeinflußte, humusarme und sorptionsschwache Rostbraunerde. Durch einen extrem hohen Sandanteil ist die Bodenart als reiner Sand einzustufen und erreicht Bodenwertzahlen zwischen 20 und 22<3>.

Der Boden in Berlin-Dahlem weist auf fast allen Versuchsflächen einen optimalen pH-Wert und K-Gehalt auf (Gehaltsklasse C nach Land Brandenburg 2000 ) und ist sehr hoch mit Phosphor versorgt. Der Versuchsstandort Berlin-Köpenick muß mit Gehaltsklasse B (


16

Land Brandenburg 2000 ) für Phosphor, Kalium und Kalk als unterversorgt gelten. Der verhältnismäßig hohe Ct-Gehalt in Berlin-Köpenick rührt von der Verwendung von Rindenmulch als Abdeckung her ( Tabelle 4 ).

3.1.2 Klima und Witterung

Der Berliner Raum liegt im Grenzbereich zwischen maritim und kontinental geprägtem Klima, weshalb alle Klimaelemente eine hohe zirkulationsbedingte Veränderlichkeit aufweisen. Im Sommer und Winter können extreme Verhältnisse des maritimen und kontinentalen Klimatyps auftreten ( Hupfer & Chmielewski 1990 ). Für die pflanzliche Produktion besonders ungünstige Aspekte dieses Übergangsklimas sind häufige Vorsommertrockenheit und winterliche Kahlfröste sowie geringe Niederschlagsmengen ( Dalchow 1995 ). Diese drei Extreme kennzeichnen auch die Witterung des Untersuchungszeitraumes.

Die beiden Versuchsstandorte unterschieden sich in ihrem langjährigen Mittel für Niederschlagssumme und Jahresmitteltemperatur nur wenig:

 

Niederschlagssumme (mm)

Jahresmitteltemperatur (°C)

Berlin-Dahlem

544.6

9.3

Berlin-Köpenick

545.0

8.8

zusammengestellt nach Chmielewski 1996 und Jesch 2000

Tabelle 5: Monatliche Mitteltemperaturen (°C) der Versuchsstandorte im Vergleich zum langjährigen Monatsmittel von Berlin-Dahlem

Monat

Berlin-Dahlem

Berlin-Köpenick

1996

1997

1998

langj. Mittel

1996

1997

1998

1999

Januar

-3.5

-1.8

3.4

-0.1

-3.2

-2.7

2.5

2.8

Februar

-2.1

4.9

6.3

0.9

-1.6

5.3

6.0

1.3

März

1.2

5.8

5.4

4.3

2.0

5.3

4.6

6.2

April

10.4

7.1

11.0

8.7

10.6

8.0

9.3

10.0

Mai

12.5

14.1

15.9

13.8

13.1

14.0

15.5

14.3

Juni

16.9

18.1

17.9

17.1

17.7

19.6

17.5

15.9

Juli

16.7

19.4

17.8

18.5

17.0

20.3

17.2

20.1

August

19.1

21.9

17.3

18.0

18.9

22.4

16.9

17.8

September

11.9

14.7

14.7

14.3

11.6

15.1

13.8

17.1

Oktober

10.4

8.4

9.0

9.9

10.6

8.8

8.5

9.7

November

5.6

4.2

1.9

4.9

4.3

3.8

1.1

4.0

Dezember

-2.0

2.5

1.4

1.4

-1.9

1.8

1.3

3.1

Jahresmittel

8.1

9.9

10.1

9.3

8.3

10.1

9.5

10.2

In den Versuchsjahren differierten die mittleren monatlichen Lufttemperaturen der Versuchsstandorte um maximal 1.5 K ( Tabelle 5 ). Die Niederschlagsverteilung der Versuchsstandorte wies besonders in den Monaten Mai bis Juli auffällige Differenzen auf ( Tabelle 6 ).


17

Tabelle 6: Monatliche Niederschlagssummen (mm) der Versuchsstandorte im Vergleich zum langjährigen Mittel von Berlin-Dahlem

Monat

Berlin-Dahlem

Berlin-Köpenick

1996

1997

1998

langj. Mittel

1996

1997

1998

1999

Januar

0.4

5.9

48.0

36.6

0.0

6.5

52.7

0.0

Februar

30.9

64.0

13.8

29.6

10.0

61.1

14.7

29.9

März

15.2

20.9

56.4

32.1

0.0

21.8

55.7

45.2

April

8.5

30.1

35.7

38.1

0.0

36.0

31.1

28.8

Mai

140.0

46.3

22.8

52.6

106.0

69.2

65.4

31.8

Juni

45.5

52.7

63.1

70.0

47.0

33.9

65.2

59.2

Juli

85.1

95.2

46.2

52.7

69.0

16.4

89.6

27.3

August

73.7

35.9

69.7

63.5

56.0

25.0

52.1

33.9

September

40.8

13.5

38.6

43.1

31.0

10.6

43.5

23.9

Oktober

48.6

35.2

107.8

32.7

52.0

47.6

88.2

16.2

November

33.2

15.3

37.3

45.5

22.5

22.6

22.9

22.9

Dezember

10.9

62.3

37.2

48.2

4.0

57.7

40.8

62.8

Jahressumme

532.7

477.3

576.6

544.6

397.5

408.4

621.9

381.9

Der Beginn der Vegetationsperiode schwankte für die Jahre des Versuchszeitraumes um bis zu 53 Tage:

Jahr

Vegetationsbeginn

berechnet als allgemeines Überschreiten des Tagesmittels der Lufttemperatur von 5 °C

1996

02. 04. 1996

1997

20. 02. 1997

1998

09. 02. 1998

1999

24. 03. 1999.

Das Pflanzjahr 1996 begann mit relativ kühler und trockener Witterung ( Chmielewski 1996 ). Erst im April setzt eine Phase höherer Temperaturen ein, weshalb der Vegetationsbeginn erst für den 2. April errechnet wurde. Im Mai beendeten reichliche Niederschläge von insgesamt 140 mm die mehrmonatige Trockenheit. Die ab Mitte Mai gepflanzten Dahlemer Versuchsbestände wurden daher in einen gut durchfeuchteten Boden gesetzt. Der Juni mit einer sehr warmen ersten Dekade und im Vergleich zum langjährigen Mittel unterdurchschnittlichem Niederschlag führte zu einer für das Anwachsen der Pflanzen ungünstigen Bodenaustrocknung gegen Ende des Monats. Die folgenden Monate waren durch eine sehr gute Niederschlagsversorgung und relativ kühle Witterung gekennzeichnet, wodurch die Pflanzen sich gut entwickeln konnten. Dem im September gepflanzten Bestand in Berlin-Köpenick stand erst im Oktober eine reichliche Niederschlagsversorgung zur Verfügung.

Der nachfolgende Winter wies insbesondere im Dezember und Januar besonders kalte Temperaturen und außerordentlich geringe Niederschläge auf. Durch einen sehr milden und niederschlagsreichen Februar 1997 begann die Vegetationsperiode sehr früh ( Chmielewski 1997 ). Zwischen März und Juni lagen die monatlichen Niederschlagssummen nur leicht unter dem langjährigen Mittel. Der Juli als der niederschlagsreichste Monat des Jahres glich das akkumulierte Wasserdefizit der Vormonate aus. Danach folgten Trockenperioden im sehr heißen August und im September und November. Damit hatten die Pflanzen in Berlin-


18

Dahlem im ersten Hauptnutzungsjahr bis etwa zum Blühbeginn, durch eine gleichmäßige Wasserversorgung sehr gute Wachstumsbedingungen. Die folgende Trockenheit dürfte die Kräftigung und Regeneration der Pflanzen nach dem Schnitt und vor dem Eintreten in die Winterruhe eingeschränkt haben. In Berlin-Köpenick begann diese ungünstige Trockenperiode bereits im Juni und hielt 4 Monate bis zum Oktober an.

Die Vegetationsperiode des zweiten Hauptprüfungsjahres 1998 begann nach einem milden Winter bereits sehr früh Anfang Februar ( Chmielewski 1998 ). In der gesamten ersten Jahreshälfte lag die Lufttemperatur häufig über dem langjährigen Mittel. Die Niederschläge waren in dieser Zeit in Berlin-Dahlem sehr unregelmäßig verteilt: Im Januar, März und Juni fielen überdurchschnittlich hohe und normale Niederschläge, während im Februar, April und Mai die Niederschläge sehr gering ausfielen. In der zweiten Jahreshälfte traten gehäuft unterdurchschnittliche Temperaturen auf, wobei auf die Monate gleichmäßig verteilt Niederschläge fielen. Der Monat Oktober ragte mit einer Monatssumme von 107.8 mm heraus. In Berlin-Köpenick fielen die Niederschläge fast das ganze Jahr über durchschnittlich bis reichlich, nur der November und Dezember waren relativ trocken.

Im Jahr 1999 fielen in Berlin-Köpenick nur im Februar und März für die Jahreszeit angemessene bzw. reichliche Niederschläge. Danach folgte eine Periode anhaltender Trockenheit, die in mehreren Monaten von überdurchschnittlichen Temperaturen begleitet war. Insgesamt war das Jahr 1999 um 1.3 K zu warm ( Chmielewski 1999 ). Die Entwicklung der bis 1999 verbliebenen Versuchsbestände wurde durch diese heiße und trockene Witterung erheblich beeinträchtigt.

3.2 Feldversuche

3.2.1 Etablierung und Pflege der Versuchsbestände

Anzucht und Pflanzung

Das Saatgut wurde zwischen dem 11.03. und 20.03.1996 in Aussaatschalen gesät und je nach Aussaatdatum nach ca. vier Wochen pikiert. Die Pflanzung erfolgte manuell in den in Tabelle 7 angegebenen Zeiträumen. Als Ausnahme wurden die Pflanzen für den Standort Köpenick getopft und im Herbst 1996 gepflanzt.

Tabelle 7: Gesamtüberblick der durchgeführten Feldversuche

Versuchsthema

Standort

Standdauer

Pflanzzeitraum

Erntezeiträume

Herkunftsprüfung

Berlin-Dahlem

1996-1999

28.05.-31.05.1996

25.10.-28.10. 1996

26.05.-28.08. 1997

18.05.-28.08. 1998

Erntetermin und Schnitthöhe

Berlin-Dahlem

1996-1998

21.05.1996

03.07.-20.08. 1997

26.06.-12.08. 1998

Bewässerung und Schattierung

Berlin-Köpenick

1996-1999

16.09. 1996

30.05.-22.08. 1997

26.05.-13.08. 1998

28.05.-24.08. 1999

Düngung

Berlin-Dahlem

1996-1999

30.05. 1996

03.06.+22.08. 1997

20.05.+05.08. 1998


19

Pflege

Im Pflanzjahr wurden die Bestände zweimal manuell gehackt und im Herbst einmal gefräst. In den beiden Hauptnutzungsjahren wurde im Frühjahr und Herbst je einmal zwischen den Reihen gefräst und pro Jahr drei manuelle Hackarbeitsgänge durchgeführt. Alle Dahlemer Bestände wurden im Herbst 1996 15 cm über dem Boden geerntet bzw. erhielten in dieser Höhe einen Pflegeschnitt. Auch in den Folgejahren wurden die Bestände zum Ende der Vegetationsperiode auf 15 cm Höhe gekürzt.

Düngung

In den Hauptnutzungsjahren erfolgte für alle Versuche (mit Ausnahme des Düngungsversuches) eine niedrige Düngung von 30 kg/ha N in Form von Kalkammonsalpeter (KAS).

Pflanzenschutz

In den beiden Hauptversuchsjahren traten in der Phase des Längenwachstums (BBCH 37) an den Terminalknospen der Triebe Blattläuse auf. Die Behandlung wurde mit dem systemischen Präparat Metasystox vorgenommen.

3.2.2 Herkunftsvergleich

Für die Evaluierung von Populationen der Echten Goldrute wurde Saatgut von 40 verschiedenen Herkunftsorten im europäischen Verbreitungsgebiet gesammelt. Das Saatgut wurde hauptsächlich über den internationalen Saatgutaustausch der Botanischen Gärten bezogen und stammte vorwiegend von Wildstandorten in Mitteleuropa, insbesondere Deutschland, Polen, Tschechien und Österreich, und aus Nordskandinavien ( Abbildung 2 ). Zusätzlich wurden fünf im Saatguthandel angebotene Saatgutpartien geprüft.

Im Folgenden soll unter dem Begriff Herkunft oder Akzession die Gesamtheit der von einem bestimmten Herkunftsort oder einer Saatgutpartie abstammenden Pflanzen verstanden werden. Als Ordnungsprinzip für die Numerierung der Herkünfte wurde die Reihenfolge der Blühtermine im Jahr 1997 gewählt. Das gesammelte Saatgut wurde im Gewächshaus angezogen und in einem Feldversuch mit folgenden versuchstechnischen Parametern angepflanzt:

Prüffaktor:

A = Herkunft

 

Zahl der Prüfglieder:

45

Größe der Teilstücke:

4.5 m2

Wiederholungsanzahl<4>:

bis zu 4

Pflanzenzahl pro Parzelle:

30

Zahl der Teilstücke:

108

Pflanzabstand:

0.30 x 0.50 m

Versuchsanlage: randomisierte Blockanlage, angepaßt an die mögliche Anzahl der Wiederholungen ( Abbildung A-1 ).

An dem Versuchsbestand wurden die in Tabelle 8 zusammengefaßten Untersuchungen vorgenommen. Einige Herkünfte, die nur durch wenige Individuen repräsentiert wurden, konnten nicht in alle genannten Untersuchungen einbezogen werden.


20

Abbildung 2: Herkunftsorte des untersuchten Saatgutmaterials

Tabelle 8: Im Herkunftsvergleich untersuchte Prüfmerkmalskomplexe

Prüfmerkmalskomplex

Untersuchungsmaterial

Zeitraum

Pflanzenentwicklung

Parzellenquerschnitte

1996-1999

(Austrieb bis Blühbeginn)

Ertragsparameter;

Parzellenquerschnitte

1996-1998

grundlegende morphologische Parameter

Inhaltsstoffspektrum und -gehalte

Parzellenquerschnitte

1997-1998

Inhaltsstoffspektrum und -gehalte;

451 Einzelpflanzen

1997-1998

grundlegende morphologische Merkmale

morphologische Merkmale der Rosettenblätter,

Parzellenquerschnitte

1997

der Sproßachse und des allgemeinen Habitus<5>

morphologische Merkmale der Blüten und Stengelblätter5

495 Einzelpflanzen

1997

morphologische Merkmale der Achänen5

495 Einzelpflanzen

1998


21

3.2.3 Versuch zum Einfluß von Erntetermin und Schnitthöhe

Die Untersuchung des Einflusses der Faktoren Erntetermin und Schnitthöhe erfolgte in einer zweifaktoriellen Spaltanlage mit folgender Struktur:

Prüffaktoren:

A = Erntetermin (Faktorstufen siehe Tabelle 9 )

B = Schnitthöhe

Zahl der Prüfglieder:

20

Größe der Teilstücke:

5.4 m²

Wiederholungsanzahl:

4

Pflanzanzahl pro Parzelle:

36

Zahl der Teilstücke:

80

Pflanzabstand:

0.30 x 0.50 m

Pflanzmaterial: aus Saatgut der Genbank Gatersleben, im Gewächshaus vorkultiviert

Versuchsanlage: zweifaktorielle Spaltanlage (A/B-Block).

Tabelle 9: Beschreibung der Erntestadien im Versuch zum Einfluß von Erntetermin und Schnitthöhe

Erntetermine

Entwicklungszustand

Erntedatum

Knospe 1

 

 

bei mehr als 50 % der Pflanzen sind erste, grüne, spitzkegelige Blütenknospen von bis zu 3 mm Höhe sichtbar (BBCH 51*)

03. 07. 1997 26. 06. 1998

Knospe 2

 

 

mehr als 50 % der Pflanzen haben grüne, spitzkegelige Blütenknospen von über 3 mm bis zu 6 mm Höhe (BBCH 51-55*)

15. 07. 1997 14. 07. 1998

Knospe 3

 

 

mehr als 50 % der Pflanzen haben Blütenknospen von über 6 mm, zum Teil bereits deutlich gelb und walzenförmig oder mit noch zusammengerollten, aufrechten Zungenblüten, die geschlossene Röhrenblüten überragen (BBCH 55-59*)

24. 07. 1997 22. 07. 1998

Blühbeginn

 

 

bei mehr als 50 % der Pflanzen sind zwischen vereinzelten ersten Blüten bis zu 10 % der Blüten mit voll entfalteten Zungenblüten geöffnet (BBCH 60-61*)

07. 08. 1997 04. 08. 1998

Vollblüte

 

 

bei mehr als 50 % der Pflanzen sind 30 % der Blüten offen bis zu jeweils 1/3 knospige, geöffnete und verblühte Blüten (BBCH 63-65*)

20. 08. 1997 12. 08. 1998

* Übertragung der BBCH-Skala auf die Entwicklung der Echten Goldrute siehe Tabelle A-1 und A 2


22

Die Schnitthöhe wurde in den Abstufungen 15, 30, 45, und 60 cm über dem Boden variiert. Der Versuchsaufbau und die Festlegung der Faktorstufen erfolgte in Absprache mit der Pharmaplant Arznei- und Gewürzpflanzen Forschungs- und Saatzucht GmbH in Artern, die einen analog aufgebauten Versuch 1995 und 1996 durchführte. Ergänzend wurde 1998 während der Stadien Knospenstadium 3, Blühbeginn und Vollblüte Pflanzenmaterial aus dem Versuch geerntet, in 15 cm lange Segmente und jedes dieser Segmente nochmals in Stengel, Blätter und Blüten zerlegt. Der Trockenmasseanteil sowie der Gehalt wertbestimmender Inhaltsstoffe dieser Segmente und Organe wurde ermittelt.

3.2.4 Versuch zum Einfluß von Zusatzbewässerung und Schattierung

Der Einfluß von Zusatzbewässerung und Schattierung wurde in einem dreifaktoriellen Feldversuch mit folgender Struktur geprüft:

Prüffaktoren:

A = Zusatzbewässerung

B = Schattierung

C = Herkunft

 

(Faktorstufen siehe Tabelle 10 )

Zahl der Prüfglieder:

12

Größe der Teilstücke:

4.2 m2

Wiederholungsanzahl:

4

Pflanzanzahl pro Parzelle:

28

Zahl der Teilstücke:

48

Pflanzabstand:

0.30 x 0.30 m

Versuchsanlage: Da die Prüffaktoren Zusatzbewässerung und Schattierung aufgrund technischer Voraussetzungen nicht randomisiert werden konnten, wurde eine systematische Anlage etabliert ( Abbildung A-2 ).

Tabelle 10: Faktorstufen des Versuches zum Einfluß von Zusatzbewässerung und Schattierung

Faktoren

Faktorstufen

A Zusatzbewässerung

a1 =

ohne Zusatzbewässerung

a2 =

mit Zusatzbewässerung

 

Beregnung nach Tensiometerstand mittels Rohrregner:

 

-100 bis - 200 hPa:

11 mm pro Gabe

 

-200 bis - 300 hPa:

14 mm pro Gabe

 

unter - 300 hPa:

22 mm pro Gabe

B Beschattung

b1 =

ohne Beschattung

b2 =

mit Beschattung

mittels Schattenmatte GT (Fa. Hermann Meyer)

mit Schattierwert von 45 %

C Herkunft

c1 =

Norwegen (Subspezies minuta)

 

Saatgut aus Nachbau im Botanischen Garten Berlin-Dahlem

c2 =

Deutschland (subsp. virgaurea, niedrig)

 

Saatgut der Fa. Bornträger und Schlemmer

c3 =

Deutschland (subsp. virgaurea, hochwüchsig)

 

Saatgut der Fa. Pharmaplant

In den drei Versuchsjahren erhielt der Pflanzenbestand Wassermengen zwischen 550 und 686 mm ( Tabelle 11 ). Im Jahr 1999 war aus technischen Gründen die Bewässerung in Abhängigkeit vom Tensiometerstand nicht in vollem Maße möglich. Daher ist die Bewässerungsmenge für dieses Jahr trotz trockener und strahlungsreicher Witterung relativ gering.


23

Tabelle 11: Bewässerungs- und Niederschlagsmengen (mm) im Versuch zu Zusatzbewässerung und Schattierung

Jahr

Bewässerungsmenge

Niederschlagsmenge

Summe

1997

278

408

686

1998

157

621

778

1999

169

381

550

3.2.5 Versuch zum Einfluß der Düngung

Der Einfluß von drei Düngervarianten wurde anhand von 2 Herkünften der in Entwicklungsrhythmus und Habitus unterschiedlichen Unterarten der Echten Goldrute untersucht:

Prüffaktoren:

A = Düngung

B = Herkunft

Zahl der Prüfglieder:

8

Größe Teilstücke:

11.7 m²

Pflanzanzahl/Parzelle:

72

Wiederholungsanzahl:

4

Ernteparzelle:

6 m²

Pflanzanzahl/Ernteparzelle:

40

Zahl der Teilstücke:

32

 

Pflanzabstand:

0.30 x 0.50 m

Versuchsanlage: 2-faktorielle randomisierte Blockanlage (A x B-Block).

Die mineralisch gedüngten Varianten wurden im Pflanzjahr 1996 nach dem Anwachsen der Pflanzen mit 50 kg/ha N in Form der genannten Düngemittel ( Tabelle 12 ) gedüngt. In den Folgejahren 1997 und 1998 wurden je 50 kg/ha N zum Austrieb und 30 kg/ha N nach dem Schnitt ausgebracht. Aus versuchstechnischen Gründen wurde die organische Düngungsvariante dem Versuch unrandomisiert angegliedert.

Tabelle 12: Faktorstufen des Versuches zum Einfluß der Düngung

Faktoren

Faktorstufen

A Düngung

a0 =

ohne Düngung

a1 =

mineralische Stickstoffdüngung

KAS (Kalkammonsalpeter)

27.0 % N:

13.5 % Nitratstickstoff

13.5 % Ammoniumstickstoff

a2 =

mineralische Mehrnährstoffdüngung

12.0 % N:

 

5.5 % Nitratstickstoff

2.00 % MgO

6.5 % Ammoniumstickstoff

6.00 % S

12.0 % P2O5

0.02 % B

17.0 % K2O

0.01 % Zn

a3 =

organische Düngung

Reifekompost, 2 Jahre alt:

0.45 % Nt

6.5 % Ct

0.24 % P2O5

C/N-Verhältnis: 7.3

0.28 % K2O

pH: 7.05

Horn-Knochenmehl:

6.0 % N

18.0 % P2O5

(Gehaltsangaben in % der Trockenmasse)

B Herkunft

b1 =

Deutschland (Subspezies virgaurea, Saatgut der Fa. Pharmaplant)

b2 =

Norwegen (Subspezies minuta, Saatgut aus Nachbau im Botanischen Garten Berlin-Dahlem)


24

Die organische Düngungsvariante wurde der Versorgungssituation in einem viehlosen, ökologisch wirtschaftenden Betrieb nachempfunden. Im Pflanzjahr wurden 8 kg /m² Kompost (= 4 kg Trockensubstanz) eingearbeitet. Erst nach dem Schnitt des Folgejahres wurde zum gleichen Zeitpunkt der mineralischen Düngung mit Horn-Knochenmehl gedüngt. Die ausgebrachte Menge wurde dabei auf die gleiche N-Menge der anderen Düngungsvarianten, also 50 kg/ha N nach dem Austrieb und 30 kg/ha N nach dem Schnitt berechnet.

Die über Kompost ausgebrachte N-Menge von ca. 190 kg/ha N kann nur anteilig als Zufuhr veranschlagt werden, weil verfügbarer Stickstoff nach zweijähriger Lagerung weitgehend durch Bodenlebewesen inkorporiert wurde. Da der verwendete Wirtschaftskompost sehr abgelagert war, wurde die verfügbare Stickstoffmenge mit dem geringen Ansatz nach Frei Ming et al. (1997 ) von 10 % des Gesamtgehaltes pro Jahr geschätzt. Die Verfügbarkeit des verwendeten organischen Düngemittels aus Horn- und Knochenmehl liegt nach Angaben von Dachler & Pelzmann (1989 ) im Anwendungsjahr zwischen 30 (für Knochenmehl) und 50 % (für Hornmehl) des Gesamtgehaltes. Aufgrund eines überwiegenden Anteiles von Knochenmehl kann auf etwas über 30 % Verfügbarkeit pro Jahr geschlossen werden. Im Versuchszeitraum wurden damit die in Tabelle 13 zusammengefaßten Nährstoffmengen verabreicht.

Tabelle 13: Übersicht der Nährstoffzufuhr in den Varianten des Versuches zum Einfluß der Düngung

Variante

Stickstoffzufuhr

Phosphorzufuhr

Kaliumzufuhr

in kg/ha N

in kg/ha P2O5

in kg/ha K2O

 

1996

1997

1998

ges.

1996

1997

1998

ges.

1996

1997

1998

ges.

ungedüngt

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

KAS

50

80

80

210

0

0

0

0

0

0

0

0

Mehrnährstoff

50

80

80

210

50

80

80

210

71

114

114

299

organisch a)

190

30

80

350

102

108

287

497

120

0

0

120

organisch b)

19

29

57

121

102

38

138

278

120

0

0

120

a) Nährstoffzufuhr

b) Schätzung des verfügbaren Anteils der Nährstoffe für Kompost nach den Angaben von Frei Ming et al. (1997 ) und für Ergänzungsdünger nach Dachler & Pelzmann (1989 )

Einen Hinweis auf die zusätzlich zur Düngung durch Mineralisierung zur Verfügung stehende Stickstoffmenge geben die jeweils im März der Haupterntejahre bestimmten Nmin-Gehalte (in kg/ha in Bodentiefe bis 60 cm):

Variante

1997

1998

ungedüngt

14.4

44.2

KAS

16.0

44.2

Mehrnährstoff

7.7

59.2

organisch

16.0

42.2


25

3.3 Prüfmerkmale

In den vorgestellten Versuchen wurden jeweils die Pflanzenentwicklung, der Ertrag und das Inhaltsstoffspektrum untersucht und zum Teil durch weitere Parameter ergänzt ( Tabelle 14 ).

Tabelle 14: Überblick über die untersuchten Prüfmerkmalskomplexe

 

Prüfmerkmalskomplexe

Versuche

Pflanzenentwicklung

Ertragsparameter

Inhaltsstoffgehalte

Morphologie

Nährstoffentzüge

Herkunftsvergleich

x

x

x

x

 

Erntetermin & Schnitthöhe

x

x

x

 

 

Bewässerung & Schattierung

x

x

x

 

 

Düngung

x

x

x

 

x

3.3.1 Pflanzenentwicklung

Die Entwicklungsstadien Austrieb (BBCH-Makrostadium 1), Längenwachstum (BBCH-Makrostadium 3) und der Blühbeginn als Erntestadium (BBCH-Stadium 60 bis 63) wurden festgehalten. Die Stadien der allgemeinen BBCH-Skala ( Hack et al. 1992 ) wurden dazu auf die der Echten Goldrute unter Berücksichtigung der Angaben von Gnekow 1938 und Schaser 1996 sowie eigener Beobachtungen übertragen ( Tabelle A-1 ). Zur genauen Bestimmung des Erntetermins wurde besonderer Wert auf die Differenzierung der Knospen- und Blühstadien gelegt. Die Codierung des Rosetten- und des Längenwachstums war nur bedingt möglich, weil beide Stadien in der BBCH-Skala als Makrostadium 3 bezeichnet werden. Da die Pflanze im ersten Lebensjahr keimt und im zweiten Jahr aus dem Wurzelkopf treibt, wurde die Codierung für beide Entwicklungsjahre unterschieden.

3.3.2 Ertragsparameter

Ertragsbestimmung Pflanzjahr

Gegen Ende der Vegetationsperiode wurde die gesamte Pflanzenmasse oberhalb 15 cm pro Parzelle geerntet. Es wurden sowohl Blütenstände als auch Pflanzenteile im vegetativen Stadium erfaßt.

Ertragsbestimmung Haupterntejahre

Erntestadium: Von dem Zeitpunkt, zu dem bei mindestens 50 % der vorhandenen Pflanzen der Parzelle die Terminalknospe erblüht (BBCH 60), bis spätestens Vollblüte (BBCH 65), im Versuch Erntetermin und Schnitthöhe nach Faktorstufen.

geerntetes Material: Gesamte Frischmasse pro Parzelle, davon abweichend im Herkunftsvergleich fünf durchschnittliche Einzelpflanzen.

Schnitthöhe: Konstant bei 30 cm über dem Boden für Unterart virgaurea, und 15 cm bei Pflanzen der Unterart minuta, im Versuch Erntetermin und Schnitthöhe nach Faktorstufen.

Angabe: Als Drogenertrag in dt/ha, als wasserfreie Droge (= Trockenmasse) berechnet.

Korrekturen: Pflanzenverluste und Trotzer (Pflanzen die zum Erntetermin noch im Rosetten- oder frühen Schoßstadium waren).


26

Morphologische Merkmale mit Bezug zu Ertragsstruktur und Qualität

Folgende Parameter wurden an je fünf Pflanzen pro Teilstück gemessen:

Wuchshöhe: Höhe der gesamten oberirdischen Pflanzenmasse (cm)

Untergrenze des Blühhorizontes: Gemessen vom Erdboden bis zu den am tiefsten sitzenden, sichtbaren Blütenknospen (cm)

Höhe des Blühhorizontes: Höhe von den am tiefsten sitzenden, sichtbaren Blütenknospen bis zur Terminalblüte (cm)

Stengelanzahl: Anzahl der Stengel pro Einzelpflanze.

3.3.3 Inhaltsstoffspektrum und -gehalt

Probennahme

Allgemein: Von jeder Pflanze auf der Parzelle wurde je ein durchschnittlicher Stengel bei den unter 3.3.2 angegebenen Schnitthöhen geerntet und zu einer Mischprobe vereinigt.

Herkunftsvergleich Parzellenquerschnitte: Von jeder nach der Ertragsbestimmung verbliebenen Einzelpflanze (bei verlustfreien Parzellen von 25 Pflanzen) wurde ein durchschnittlicher Stengel geerntet und zu einer Mischprobe vereinigt.

Herkunftsvergleich Einzelpflanzen: Nach der Querschnittsprobennahme wurden von der jeweiligen Pflanze mehrere Stengel bei der gleichen Schnitthöhe entnommen.

Probenaufbereitung

Das frische Probenmaterial wurde unmittelbar nach der Ernte gehäckselt (Laborhäcksler Fa. Hege) und bei 40 °C getrocknet. Das trockene Probenmaterial wurde mittels einer Zentrifugalmühle (Fa. Retsch) bei einer Siebgröße von 0.5 mm gemahlen.

Herstellung der Extrakte<6>

0.250 g gepulverte Droge wurden mit 25 ml Ethanol (70%ig, V/V) für 30 Minuten bei 90 °C unter Rückfluß gekocht und nach dem Abkühlen durch ein Membran-Einmalfilter (0.45 µm, Membrex 19 PET, Fa. Membrapore) filtriert.

HPLC-Analyse

Gerät:

HP 1090, Fa. Hewlett Packard

 

(mit Autosampler und UV-Dioden-Array-Detector)

Säule:

Eurospher 100 C18, 250 x 3 mm, 5µm, Fa. Knauer

Injektionsvolumen:

5 µl

Flußrate:

0.300 ml/min

Eluenten:

0.085 % Phosphorsäure/ Acetonitril;

 

linearer Gradient von 7 % auf 30 % Acetonitril in 40 min

UV-Detektion:

(vgl. Abbildung 3 )

 

205 nm: Phenolglucoside und Flavonolglycoside

 

280 nm: “Iridoidglycosid“

 

325 nm: Kaffeesäurederivate


27

Abbildung 3: Beispielchromatogramm für die DAD-Detektion bei Wellenlängen von 205, 280 und 325 nm

Peakzuordnung

Mit der gewählten Methode sollte ein Fingerprint für die jeweilige Probe erstellt werden. Die Substanzen wurden anhand der charakteristischen UV-Absorptionsmaxima von Kaffeesäurederivaten bei ca. 220 nm und 330 nm sowie von Flavonolglycosiden bei ca. 250 nm und 350 nm eingeordnet. Die als Phenolglucoside bezeichnete Verbindungsklasse zeichnet sich durch eine relativ unspezifische UV-Absorption bei ca. 200 bis 210 nm aus. Sofern verfügbar, wurden Referenzsubstanzen zum Vergleich herangezogen ( Tabelle 15) . Einige der detektierten Substanzen konnten zwar in die entsprechende Stoffgruppe eingeordnet, jedoch nicht vollständig aufgeklärt werden. Für die Identität dieser Substanzen gibt es in der Literatur folgende Hinweise: Bei dem Flavonolglycosid p4 könnte es sich um Astragalin ( Renner 1973 , Bornschein 1987 , Bader 1994 ) handeln. Das Kaffeesäurederivat p10 könnte 4,5-Dikaffeoylchinasäure sein, da dies die drittgrößte Kaffeesäurederivat-Fraktion von Solidago virgaurea ist ( Poetsch 1999 ). Die gefundenen Gehalte stimmen nicht mit denen von Poetsch 1999 überein, aber unter den gegebenen Nachernte- und Trocknungsbedingungen ist Umesterung von 3,5-Dikaffeoylchinasäure in 4,5-Dikaffeoylchinasäure möglich (pers. Mitt. Poetsch 2000). Die einzigen bisher bestimmten Phenolglucoside sind Leiocarposid und Virgaureosid A ( Hiller & Fötsch 1986 ). Folglich könnte p2 Virgaureosid A sein.

Zusätzlich wurde bei einer Retentionszeit von etwa 40.6 min ( Abbildung 3 ) eine weitere Verbindung detektiert. Aufgrund des Absorptionsspektrums bei 280 nm und der relativen Molmasse (Mr = 372)<7>, wurde vermutet, daß es sich hierbei um ein Iridoidglycosid handelt.


28

Der Gehalt der Verbindung wurde vorläufig als Aucubin berechnet, die Strukturaufklärung steht jedoch noch aus. Bisher sind in Solidago virgaurea keine Iridoidglycoside bekannt.

Tabelle 15: Zuordnung der mittels UV-Dioden-Array-Detector detektierten Peaks zu den Inhaltsstoffen

Stoffgruppe

Zuordnung anhand:

Einzelsubstanz

Retentionszeit (min)

Retentionszeit im Vergleich zur Reinsubstanz

UV-Absorptions-spektrum

Kaffeesäurederivate

 

 

 

Chlorogensäure

16.0 - 16.3

x a

ca. 220 und 330 nm

3,5-Di-O-Kaffeoylchinasäure

31.6 - 31.9

x c

ca. 220 und 330 nm

Phenolcarbonsäure p10

34.3 - 34.6

 

ca. 220 und 330 nm

Phenolglucoside

 

 

 

Leiocarposid

25.2 - 25.5

x b

ca. 205 nm

Phenolglucosid p2

23.2 - 23.5

 

ca. 205 nm

Flavonolglycoside

 

 

 

Rutosid

27.2 - 27.6

x a

ca. 250 und 350 nm

Nicotiflorin

31.1 - 31.4

x b

ca. 250 und 350 nm

Hyperosid

27.9 - 28.3

x a

ca. 250 und 350 nm

Isoquercitrin

28.6 - 28.9

x a

ca. 250 und 350 nm

Flavonolglycosid p4

26.8 - 27.1

 

ca. 250 und 350 nm

a Reinsubstanz der Fa. Roth

b Reinsubstanz freundlicherweise bereitgestellt durch PD Dr. G. Bader, Institut für Pharmazie, Humboldt-Universität Berlin

c Reinsubstanz freundlicherweise bereitgestellt durch Dr. F. Poetsch; Institut für Pharmazeutische Biologie und Phytochemie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Quantifizierung

Für die drei untersuchten Stoffgruppen wurden von den Reinsubstanzen Chlorogensäure, Leiocarposid und Rutosid Kalibriergeraden erstellt. Die Peakflächen der Einzelsubstanzen wurden entsprechend ihrer Stoffgruppe mit Hilfe einer der Standardgeraden errechnet.

Berechnung der Gehalte (%):

(Peakfläche - y-Versatz) x Verdünnung x Prozent

 

Einwaage in mg x Steigung

Alle Gehaltsangaben beziehen sich auf die wasserfreie Droge.

Validierung der Methode

Streuung: Die beschriebene Methodik (ab der Einwaage) wurde für 7 Einzelsubstanzen (Leiocarposid, Rutosid, p4, Hyperosid, Chlorogensäure, 3,5-Di-O-Kaffeoylchinasäure und das „Iridoidglycosid“) mit 2 unterschiedlichen Ausgangsdrogen je 6 mal wiederholt. Der Variationskoeffizient lag zwischen 0.56 und 2.42 % im Mittel bei 1.50 %.

Linearität der Peaks: Für die 7 überprüften Einzelsubstanzen wurde die Linearität der Peaks positiv überprüft. Der Korrelationskoeffizient lag jeweils bei ca. 0.99.

Reinheit der Peaks: Die Reinheit der fünf Hauptpeaks (Chlorogensäure, Leiocarposid, Rutosid, 3,5-Di-O-Kaffeoylchinasäure, „Iridoidglycosid“) wurde mittels UV-Dioden-Array-Detector geprüft und gesichert.

Stabilität der Standard- und Probelösungen: Die Stabilität der Standardlösungen wurde für 18 h und die der Probelösungen für 48 h gesichert.


29

3.3.4 Morphologische Merkmale

Bei der Erhebung der morphologischen Merkmale wurden in der Regel pro Parzelle fünf Pflanzen untersucht. Insgesamt wurden die in Tabelle 16 zusammengestellten Merkmale erhoben.

Tabelle 16: Untersuchte morphologische Prüfmerkmale

Stengel- und Blattmerkmale

Rosettenblätter (q)

Stengelblätter (e)

Stengel (q)

Seitenäste (e)

Länge+

Länge+

Furchung n.

Länge+

Breite+.

Breite+

Farbe n.

Blütenzahl pro Seitenast

Blattrand n.

Blattindex++

Behaarung o.

 

Farbe n.

Behaarung o.

 

 

Behaarung o.

Blattrand n.

 

 

 

Farbe n.

 

 

Blüten- und Samenmerkmale (e)

Blütenköpfchen

Involucralblätter

Zungenblüten

Röhrenblüten

Achäne

Durchmesser+, ++

Anzahl

Anzahl

Anzahl

Länge+, ++

 

Farbe n.

Zungenblütenlänge+, ++

Antherenfarbe n.

Pappuslänge+, ++

 

Behaarung o.

Zungenbreite+

 

 

 

Länge+, ++

Zungenlänge+, ++

 

 

 

 

Zungenindex++

 

 

 

 

Zungenform n.

 

 

 

 

Zipfelanzahl++

 

 

 

 

Narbenfarbe n.

 

 

(q) = Merkmalserhebung als Parzellenquerschnitt

(e) = Merkmalserhebung an Einzelpflanzen

o. = ordinal skaliert

n. = nominal skaliert

ohne Kennzeichnung = metrisch skaliert

+ = alle Höhen-, Längen- und Breitenangaben in cm

++ = Erklärung des Merkmals in Tabelle A-3

3.3.5 Nährstoffentzüge

N-Gehalt der oberirdischen Biomasse: Aufschluß im Aufschlußblock-System 201015 Digester von Tecator (Fa. Foss Deutschland). Meßprinzip nach Kjeldahl, ( VDLUFA Methodenbuch 1991 , Bd. I, A 2.2.1.)

P- und K-Gehalt der oberirdischen Biomasse<8>: HNO3/H2O2-Druckaufschluß nach VDLUFA Methodenbuch (1996 ), Bd. VII, 2.1.1, Vermessung mittels ICP-Atomemissionsspektroskopie (DIN EN ISO 11885)

3.3.6 Bodenuntersuchungen

pH-Wert: In CaCl2-Lösung mit pH-Meter, Fa. Hanna Instruments

Gesamtkohlenstoffgehalt Ct: Trockene Verbrennung im Sauerstoffstrom bei 600°C mit dem Ströhlein Cmat 5500.

Gesamtstickstoffgehalt Nt: Aufschluß im Aufschlußblock-System 201015 Digester von


30

Tecator (Fa. Foss Deutschland). Meßprinzip nach Kjeldahl, ( VDLUFA Methodenbuch 1991 , Bd. I, A 2.2.1.)

Gehalt an mineralisiertem Stickstoff Nmin im Ap-Horizont: Aufschluß mit CaCl2-Lösung, fotometrische Vermessung mittels SFAS (Segmented Flow Analysen System), Fa. Skalar analytic

Makronährstoff P: Bestimmung des pflanzenverfügbaren P-Gehaltes mit der Doppel-Lactat-Methode ( VDLUFA Methodenbuch 1991 , Bd. I, A 6.2.1.2.)

Makronährstoff K: Extraktion mit Calzium-Acetat-Lactat-Lösung, flammenfotometrische Vermessung ( VDLUFA Methodenbuch 1991 , Bd. I, A 6.2.1.1.)

3.4 Statistische Auswertung

Überprüfung der Voraussetzungen

Als Grundvoraussetzung für die Durchführung der meisten statistischen Tests wurde die Normalverteilung durch den Kolmogorov-Smirnow-Anpassungstest überprüft. Zur Prüfung der Varianzhomogenität wurde der Levené-Test durchgeführt.

Sofern diese Voraussetzungen nicht erfüllt wurden, kamen parameterfreie Rangverfahren zur Anwendung.

Auswertung des Herkunftsvergleiches

Bislang liegen kaum Untersuchungen von Pflanzenmaterial aus Wildpopulationen der als hoch variabel eingeschätzten Echten Goldrute vor. Da nur wenig über die Variabilität der einzelnen Merkmale bekannt ist, steht im Herkunftsvergleich die explorative Beschreibung im Vordergrund.

Sofern nicht anders erwähnt, wurden alle statistischen Analysen mit dem Programm Statgraphics® plus 4.0 durchgeführt.


Fußnoten:

<3>

Angaben zu Bodentyp und Körnungsarten des Standortes Köpenick wurden freundlicherweise zur Verfügung gestellt durch Dr. I. Grittner (Fachgebiet Vermehrungstechnologie und Baumschulwesen, Humboldt-Universität zu Berlin).

<4>

Aus unterschiedlicher Menge und Keimfähigkeit des zur Verfügung gestellten Saatgutes resultierten uneinheitliche Jungpflanzenanzahlen pro Herkunft. Da keine der Herkünfte mit geringer Pflanzenanzahl verworfen werden sollte, wurde von Herkünften, deren Pflanzmaterial für weniger als 4 Wiederholungen ausreichte, das gesamte verfügbare Material verwendet. Die ungleiche Wiederholungsanzahl je Herkunft wurde akzeptiert, um über möglichst viele Herkünfte eine Aussage treffen zu können.

<5>

Die morphologischen Merkmale wurden durch Frau Katharina Weber erfaßt und in ihrer Diplomarbeit dokumentiert (Weber 2000).

<6>

Die Entwicklung der Methode zur Gehaltsbestimmung, deren Validierung und die Inhaltsstoffanalysen wurden freundlicherweise durch die Firma BIONORICA Arzneimittel GmbH durchgeführt.

<7>

Die Molmasse des vermutlichen Iridoidglycosides wurde freundlicherweise durch das Forschungsinstitut für molekulare Pharmakologie Berlin mittels matrix assisted laser desorption/ionisation time of flight (MALDI-TOF) Massenspektrometrie und electrospray ionisation (ESI) Massenspektrometrie bestimmt.

<8>

Der P- und K-Gehalt im Erntegut wurde freundlicherweise durch die Hessische Landwirtschaftliche Versuchsanstalt Kassel bestimmt.


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