4 Untersuchung des Wurzelwachstums von Winterweizen an zwei unterschiedlichen Standorten unter Berücksichtigung von Bodeneigenschaften und Bodenwasser

4.1 Einleitung

↓30

Die Menge des pflanzenverfügbaren Bodenwassers variiert in Abhängigkeit von Boden- und Pflanzencharakteristika wie z. B. der Textur bzw. der Wurzelverteilung und -tiefe (Tolk 2003 ). Da die Wasserverfügbarkeit zahlreiche physiologische Prozesse beeinflusst, ist sie der entscheidende Faktor für das Wachstum und die Ertragsbildung von Weizen (Atwell, Kriedemann, Turnbull 1999 ; Hay 1999 ) bzw. von Nutzpflanzen im Allgemeinen. Kurzzeitiges Wasserdefizit kann zu einer Stagnation des Wurzelwachstums mit direkten Konsequenzen für Sprosswachstum und Ertrag führen (Klimanek 1987 ), anhaltend niedrige Wasserversorgung hingegen kann das Wurzelwachstum in tiefere Bodenschichten fördern (Schroetter, Rogasik, Schnug 2006 ). Die Reaktion der Pflanzen auf Wasserstress ist unterschiedlich und abhängig vom Zeitpunkt dessen Auftretens, seiner Dauer und seines Ausmaßes (Hsiao, Bradford 1983 ). In diversen Studien wurde der Effekt von Wassermangel bzw. des Bodenwasserstatus’ auf das Wurzelwachstum von Winterweizen und dessen Wasseraufnahme untersucht (z. B. Chaudhary, Bhatnagar 1980 ; Meyer u. a. 1990 ; Weir, Barraclough 1986 ; Sharma, Ghildyal 1977 ). (Weir, Barraclough 1986 ) berichten von einer Abnahme des Wurzelwachstums von Weizen während einer Trockenperiode in den oberen 40 cm des Bodens ohne verstärktes Wurzelwachstum im Unterboden. Hingegen wurde in einer Studie von (Asseng u. a. 1998 ) im Vergleich zu gleichmäßig bewässerten Weizenpflanzen bei den Varianten, die Trockenperioden ausgesetzt waren, ein Anstieg der Wurzellängendichte in einer Tiefe zwischen 30 und 60 cm ermittelt. Im Laufe von Bestockung und Schossen, wenn die Pflanzen das intensivste Sprosswachstum zeigen, nimmt die aktive Wurzelmasse bis zur Blüte zu, wobei die Menge an lebenden Wurzeln im Oberboden in den folgenden Entwicklungsstadien permanent abnimmt (Schroetter, Rogasik, Schnug 2006 ). Die maximale Größe des Wurzelsystems wird also um den Zeitpunkt der Blüte erreicht (vgl. Barraclough, Leigh 1984 ; Böhm 1978 ). In Abhängigkeit von der Bodendichte und den Bodenwasserverhältnissen kann die Wurzeltiefe von Getreide im Bereich von 60 - 200 cm Tiefe liegen (Böhm 1978 ; Roth u. a. 1987 ). Die Fähigkeit der Pflanzen, Wasser und Nährstoffe im Boden zu erschließen, wird sowohl von deren Verfügbarkeit als auch vom Aufnahmevermögen der Pflanze bestimmt (Buljovcic, Engels 2001 ), das unter anderem von der Austauschfläche zwischen Wurzeln und Boden abhängig ist. Diese wiederum wird von der Wurzellängendichte, also der Wurzellänge pro Volumeneinheit Boden, beeinflusst (Reuter 2006 ). Wurzelwachstum ist somit ein biologischer Prozess, der in starkem Maße die Rate bestimmt, mit der Pflanzen Bodenressourcen für Wachstum bzw. Ertragsbildung nutzen (Lambers, Chapin, Pons 2008 ), und kann daher weit reichende ökonomische Konsequenzen für die landwirtschaftliche Praxis haben. Ziel dieser Untersuchung war, das Wurzelwachstum von Winterweizen an zwei unterschiedlichen Standorten in Deutschland unter Berücksichtigung von Bodeneigenschaften und Bodenwasser zu untersuchen, um zu überprüfen inwieweit sich die unterschiedlichen Bedingungen auf die Durchwurzelung an den beiden Versuchsstandorten auswirken.

4.2 Material und Methoden

4.2.1 Statistische Auswertung

Zu vergleichende Stichproben wurden mit dem Shapiro-Wilk-Test auf Normalverteilung und mit dem Levene-Test auf Varianzhomogenität geprüft. Da Normalverteilung und Varianzhomogenität nicht vorlagen, wurde zum Vergleich der abhängigen Stichproben der beiden Untersuchungszeitpunkte bzw. der beiden Untersuchungsjahre der Wilcoxon-Rangsummentest durchgeführt. Zum Vergleich der unabhängigen Stichproben der unterschiedlichen Monitoringpunkte wurde der Kruskal-Wallis-Test durchgeführt.

4.2.2 Wurzeluntersuchungen

Probennahme und -aufbereitung

Die Entnahmemethode sowie die Aufbereitung der Wurzelproben werden ausführlich in Kapitel 3.2.1 beschrieben, weshalb an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird.

Bestimmung der Wurzellängendichte

↓31

Die Bestimmung der Wurzellängendichte erfolgte mit einer selbst entwickelten halbauto-matischen Bildanalysemethode, die in Kapitel 3 dieser Arbeit beschrieben ist.

4.2.3 Bodenwassermessung

Bestimmung des volumetrischen Wassergehaltes mittels TDR

Zur Messung des volumetrischen Wassergehaltes wurden die ECH2O-Sonden EC-10 der Firma Decagon Devices verwendet, die nach dem Verfahren der Time Domain Reflectometry (TDR) messen. Die Bestimmung des volumetrischen Wassergehaltes im Boden erfolgt indirekt, indem ein elektromagnetischer Spannungsimpuls erzeugt und dessen Ausbreitungs-geschwindigkeit im Boden zwischen den beiden Elektrodenstäben der Sonden ermittelt wird. Das Verfahren beruht darauf, dass die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen im Bodenkörper von der Dielektrizität des umgebenden Mediums abhängt. Wasser hat eine deutlich höhere Dielektrizitätszahl (εw ≈ 81) als mineralische Bodenpartikel (εs ≈ 3…5) oder Luft (εa ≈ 1). Je höher die Dielektrizitätszahl des umgebenden Mediums ist, umso stärker wird die Reflexion des elektrischen Pulses verzögert. Unterschiede und Veränderungen des Wassergehaltes werden also durch die Auswertung der Reflexionsgeschwindigkeit des elektrischen Pulses zwischen den Elektrodenstäben erfasst.

Die Messungen wurden während der Vegetationsperioden 2005 und 2006 sowohl am Standort Rabenberg als auch am Standort Finkenherd an den Messpunkten 1 und 2 durchgeführt (Abb. 2.1). Bei diesen Punkten handelte es sich jeweils um einen trockeneren und einen feuchten Standort (Beschreibung der Profile siehe Kap. 4.3). Die Sonden wurden horizontweise mit vier Wiederholungen pro Horizont in den Wänden ausgehobener Profilgruben installiert. Nach Installation der Sonden wurden die Gruben wieder zugeschüttet und die gemessenen Wassergehalte über den 5-Kanal-Daten-logger Em5 (Decagon Devices) erfasst. Aus den alle zwei Stunden gemessenen Werten wurden Tagesmittelwerte gebildet.

↓32

Laut Handbuch messen die Sonden mit der Werkskalibrierung in den meisten mineralischen Böden mit einer Genauigkeit von +/- 10 %, wobei eine sehr aufwändige bodenspezifische Kalibrierung die Genauigkeit auf +/- 2 % erhöhen würde. Nach Rücksprache mit dem Vertreiber der ECH2O-Sonden (UMS GmbH München) wurden die Sondenwerte mit Felddaten verglichen und horizontspezifische Korrekturfaktoren berechnet, mit denen die ECH2O-Werte dann korrigiert wurden. Als Vergleichsdaten wurden die volumetrischen Wassergehalte genutzt, die sich durch Berücksichtigung von Bodendichteinformationen aus den horizont-weise bestimmten gravimetrischen Wassergehalten ergaben.

Bestimmung des gravimetrischen Wassergehaltes

Die Bestimmung des gravimetrischen Wassergehaltes erfolgte für alle Monitoringpunkte der beiden Versuchsschläge horizontweise und zu mindestens drei Zeitpunkten während der Vegetationsperiode. Hierzu wurde aus drei Einstichen mit dem Bohrstock eine Mischprobe je Horizont genommen. Um Wasserverlust durch Verdunstung zu vermeiden, wurden die Proben direkt nach der Entnahme bis zur Weiterverarbeitung im Labor in einer Kühlbox gelagert. Die Proben wurden feucht gewogen (B f ), dann bei 105°C getrocknet und nach dem Trocknen nochmals gewogen (B t ).

Die Bestimmung des gravimetrischen Wassergehaltes (W g ) in Gewichtsprozent erfolgte mit nachstehender Formel:

↓33

(4.1)

 (Hartge, Horn 1992 )

4.2.4 Bodendaten

Die in dieser Arbeit verwendeten Daten zur Textur, Dichte und Humusgehalt wurden von Projektpartnern des preagro II-Verbundes erhoben (Wehrhan u. a. 2008 ) und für die vorliegende Arbeit zur Verfügung gestellt. Die Texturbestimmung erfolgte mit einer Kombination von Schlämmanalyse (Sandfraktionen) und Pipettmethode nach Köhn (Schlufffraktionen und Ton), die Bodendichte wurde mit Stechzylindern (100 cm3) bestimmt. Die Benennung der Horizonte und Texturen erfolgte nach KA5 (Bodenkundliche Kartieranleitung, 5. Auflage).

4.3 Ergebnisse und Diskussion

↓34

Die beiden Versuchsschläge Rabenberg in Groß Twülpstedt und Finkenherd in Wulfen unterscheiden sich deutlich hinsichtlich ihrer Geogenese und Pedogenese. Die auf dem Schlag Rabenberg auftretenden Böden sind geprägt durch Juraton, der von glazialen Deckschichten unterschiedlicher Mächtigkeit (60 - 120 cm) überdeckt ist und teilweise bis an die Oberfläche ansteht (Herbst 2002 ). Die Böden des Schlages Finkenherd sind durch unterschiedlich mächtige Sandlöss- und Lössauflagen über saaleeiszeitlichem Geschiebemergel und tertiären Sanden und Kiesen geprägt (Altermann 1995 ). Informationen über Horizontmächtigkeiten, Anteile der Feinbodenarten und Dichte an den Monitoringpunkten auf den Versuchsschlägen können Tab. 4.1 und Tab. 4.2 entnommen werden. Aus den Tabellen ist ersichtlich, dass zwischen den beiden Schlägen erkennbare Unterschiede bezüglich der Lagerungsdichte bestehen, die deutlichen Einfluss auf die Durchwurzelung des Bodens hat (vgl. Laboski u. a. 1998 ; Montagu, Conroy, Atwell 2001 ; Taylor, Brar 1991 ). An den Untersuchungspunkten auf dem Schlag Rabenberg bewegen sich die Trockenroh- und Lagerungsdichten eher in den nach KA5 ausgewiesenen hohen (1.6 bis < 1.8 bzw. 1.8 bis < 2.0 g cm-3) bis sehr hohen (1.8 – 2.0 bzw. > 2.0 g cm-3), an denen auf dem Schlag Finkenherd dagegen in mittleren (1.4 bis < 1.6 bzw. 1.6 bis < 1.8 g cm-3) bis hohen Bereichen (1.6 bis < 1.8 bzw. 1.8 bis < 2.0 g cm-3).

Tab. 4.1: Anteile der Feinbodenarten Ton (T), Schluff (U) und Sand (S) und Anteile an Fein-, Mittel- und Grobsand (fS, mS, gS) sowie Trockenrohdichte (?t) und Lagerungsdichte (LD) in den unterschiedlichen Horizonten der Monitoringpunkte auf dem Versuchsschlag Rabenberg

MP

Horizont

Tiefe

Mächtigk.

T

U

S

fS

mS

gS

ρt

LD

(cm)

(dm)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(g cm-3)

(g cm-3)

1

1

30

3.0

19.9

41.4

38.7

11.2

24.0

3.5

1.6

1.8

2

75

4.5

19.3

42.7

38.0

11.0

23.7

3.3

1.6

1.8

3

130

5.5

9.7

32.0

58.3

20.3

31.3

6.7

1.8

1.9

2

1

20

2.0

29.1

55.8

15.1

6.2

7.1

1.8

1.7

1.9

2

40

2.0

35.5

55.3

9.2

3.7

3.2

2.3

1.8

2.1

3

75

3.5

16.6

62.2

21.2

8.8

10.6

1.8

1.9

2.1

4

120

4.5

3.2

16.1

80.7

27.1

47.3

6.3

1.2

1.5

3

1

25

2.5

9.8

18.7

71.5

29.4

33.9

8.2

1.6

1.7

2

80

5.5

11.9

21.9

66.2

24.8

36.6

4.8

1.8

1.9

4

1

25

2.5

5.9

22.1

72.0

31.4

35.0

5.6

1.7

1.7

2

50

2.5

4.5

20.7

74.8

29.1

37.2

8.5

1.8

1.8

3

100

5.0

2.3

20.2

77.5

30.4

37.5

9.6

1.8

1.9

4

150

5.0

9.3

18.2

72.5

8.8

36.7

27.0

1.9

2.0

5

1

20

2.0

46.1

40.1

13.8

5.1

3.2

5.5

1.8

2.2

2

50

3.0

25.8

21.2

53.0

17.8

26.6

8.6

1.6

1.8

3

120

7.0

51.5

36.2

12.3

4.9

2.5

4.9

1.6

2.1

6

1

25

2.5

2.8

23.2

74.0

33.5

34.1

6.4

1.6

1.6

2

50

2.5

3.4

17.0

79.6

32.6

39.9

7.1

1.8

1.9

3

90

4.0

8.0

23.2

68.8

25.0

33.6

10.2

1.7

1.8

4

150

6.0

4.9

23.1

72.0

38.8

29.9

3.3

1.8

1.9

Beispielhaft für die unterschiedlichen Bodenbedingungen sind die Ergebnisse der jeweiligen Profilaufnahmen an den Intensivmesspunkten der beiden Versuchsschläge aufgeführt. Der Bodentyp an Intensivmesspunkt 1 des Schlages Rabenberg ist ein Pseudogley - ein durch Stauwasser geprägter Boden, der aufgrund des jahreszeitlichen Wechsels des Stauwasser-standes die so genannte Marmorierung aufweist (Abb. 4.1-1). Unter dem 30 cm mächtigen Bearbeitungshorizont (Ap) aus schwach sandigem Lehm (Ls2) mit einem Humusgehalt von 1.5 % und einer Bodendichte von 1.6 g cm- 3 liegt ein erster Stauwasser führender Horizont (Sw) von 45 cm Mächtigkeit, ebenfalls aus schwach sandigem Lehm (Humus: 0.6 %, Dichte1.7 g cm-3), gefolgt von einem zweiten Sw-Horizont aus mittel lehmigem Sand (Sl3) von ca. 70 cm Mächtigkeit (Humus: 0.2 %, Dichte: 1.8 g cm-3). Die Grenze zwischen diesem Sw-Horizont und dem darauf folgenden dichteren und stauenden Horizont (Sd; keine Angaben zu Humus und Dichte, Bodenart nach Fingeransprache: reiner Ton (Tt)) liegt bei ca. 2 m Tiefe. An diesem durch glaziale Lehmsande über Sanden und einer pflanzenverfügbaren Bodenwassermenge im oberen Meter von ca. 130 mm charakterisierten Messpunkt sind die Pflanzen im späteren Verlauf der Vegetationsperiode mäßigem Wasserstress ausgesetzt.

↓35

Tab. 4.2: Anteile der Feinbodenarten Ton (T), Schluff (U) und Sand (S) und Anteile an Fein-, Mittel- und Grobsand (fS, mS, gS) sowie Trockenrohdichte (?t) und Lagerungsdichte (LD) in den unterschiedlichen Horizonten der Monitoringpunkte auf dem Versuchsschlag Finkenherd

MP

Horizont

Tiefe

Mächtigk.

T

U

S

fS

mS

gS

ρt

LD

(cm)

(dm)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(g cm-3)

(g cm-3)

1

1

35

3.5

11.6

45.5

42.9

19.4

19.5

4.0

1.5

1.6

2

45

1.0

6.3

32.2

61.5

24.5

30.9

6.1

1.5

1.5

3

60

1.5

10.2

46.1

43.7

11.6

25.5

6.6

1.7

1.8

4

80

2.0

3.1

21.4

75.5

10.9

25.7

38.9

2

1

40

4.0

0.1

11.3

88.7

32.4

2.6

53.7

1.7

1.7

2

55

1.5

6.4

5.6

88.0

2.1

15.0

70.9

1.7

1.8

3

100

4.5

0.1

6.4

93.6

2.4

17.9

73.3

1.6

1.6

4

115

1.5

11.3

1.2

87.5

2.0

18.1

67.4

1.6

1.7

5

125

1.0

5.0

2.2

92.8

1.3

22.0

69.5

1.8

1.8

3

1

35

3.5

17.5

52.4

30.1

10.4

18.5

1.2

1.5

1.6

2

55

2.0

19.1

56.8

24.1

8.6

14.6

0.9

1.5

1.7

3

80

2.5

3.4

34.3

62.3

20.3

40.6

1.4

1.8

1.8

4

125

4.5

14.0

10.0

76.0

27.3

40.5

8.2

1.9

2.0

5

170

4.5

13.8

19.2

67.0

24.8

34.8

7.4

2.0

2.1

4

1

35

3.5

20.5

51.2

28.3

9.2

16.9

2.2

1.5

1.7

2

70

3.5

16.3

54.9

28.8

9.5

17.2

2.1

1.4

1.6

3

85

1.5

19.8

43.5

36.7

9.9

22.1

4.7

1.8

1.9

4

120

3.5

6.7

3.4

89.9

5.0

41.1

43.8

1.9

1.9

5

1

40

4.0

27.4

57.5

15.1

5.6

8.0

1.5

1.6

1.8

2

75

3.5

16.6

48.8

34.6

10.6

21.9

2.1

1.6

1.7

3

110

3.5

22.4

51.4

26.2

10.0

13.3

2.9

1.8

2.0

6

1

30

3.0

26.5

18.7

54.8

19.2

26.9

8.7

1.6

1.8

2

60

3.0

12.7

40.7

46.6

12.9

32.7

1.0

1.7

1.8

3

100

4.0

14.2

70.3

15.5

8.6

6.1

0.8

1.7

1.9

4

105

0.5

8.8

11.4

79.8

7.6

23.3

48.9

1.7

1.8

7

1

30

3.0

10.0

19.9

70.1

26.7

36.7

6.7

1.6

1.7

2

50

2.0

10.4

19.4

70.2

26.9

34.9

8.4

1.7

1.8

3

85

3.5

14.8

17.9

67.3

28.8

31.7

6.8

1.8

2.0

4

120

3.5

14.8

17.9

67.3

28.8

31.7

6.8

2.0

2.1

8

1

30

3.0

7.4

12.5

80.1

21.0

57.4

1.7

1.5

1.5

2

60

3.0

17.6

43.9

38.5

10.9

25.8

1.8

1.5

1.6

3

85

2.5

18.9

41.1

40.0

10.7

28.0

1.3

1.7

1.9

9

1

30

3.0

14.7

48.0

37.3

11.4

24.3

1.6

1.4

1.5

2

65

3.5

19.8

47.5

32.7

11.1

19.7

1.9

1.5

1.6

3

105

4.0

7.3

29.0

63.7

17.2

42.3

4.2

1.8

1.8

10

1

35

3.5

21.6

27.7

50.7

22.9

22.8

5.0

1.5

1.7

2

70

3.5

22.9

60.1

17.0

1.1

14.7

1.2

1.5

1.7

3

100

3.0

19.5

49.9

30.6

10.0

18.7

1.9

1.8

2.0

Abb. 4.1: Bodenprofile der Intensivmesspunkte 1 und 2 auf dem Versuchsschlag Rabenberg;

(1) Bodentyp: Pseudogley; 0 – 30 cm: Bearbeitungshorizont aus Ls2; 30 – 75 cm: Stauwasser leitender Horizont aus Ls2; 75 – 130 cm: Stauwasser leitender Horizont aus Sl3 (2) Bodentyp: Gley-Pseudogley; 0 20 cm: Bearbeitungshorizont aus Lu; 20 – 40 cm: humoser Oberbodenhorizont aus Lu; 40 – 75 cm: konkretionshaltiger, Stauwasser leitender Horizont aus Sl2; 75 – 120 cm: leicht stauender, grundwasser-beeinflusster Übergangshorizont aus Uls

Dies wird durch die von Partnern des preagro II-Projektes an den Monitoringpunkten des Versuchsschlages durchgeführten Stressbonituren bestätigt (Daten nicht gezeigt). An Intensivmesspunkt 2 des Schlages Rabenberg liegt ein Gley-Pseudogley vor (Abb. 4.1-2). Dieser Boden ist neben dem Stauwassereinfluss auch durch Grundwassereinfluss geprägt, wobei der Stauwassereinfluss überwiegt. Auf den 20 cm mächtigen Ap-Horizont aus schluffigem Lehm (Lu) mit einem Humusgehalt von 1.8 % und einer Bodendichte von 1.7 g cm-3 folgt ein 20 cm mächtiger humoser Oberbodenhorizont aus schluffigem Lehm (Ah; Humus: 1.8 %, Dichte: 1.7 g cm-3). Auf den Ah-Horizont folgt ein 35 cm mächtiger konkretionshaltiger, Stauwasser führender Horizont aus schwach lehmigem Sand (Skw; Humus: 0.1 %, Dichte: 1.8 g cm-3), unter dem ein Übergangshorizont aus sandig lehmigem Schluff (Uls) von 45 cm Mächtigkeit liegt, der sowohl leicht stauend wirkt als auch vom Grundwasser beeinflusst ist und Oxidationsmerkmale enthält (Go-Sd; Humus: 0.5 %, Dichte: 1.9 g cm-3). Unter diesem Übergangshorizont ab einer Tiefe von 120 cm liegt der stauende Sd-Horizont aus mittel schluffigem Ton (Tu3; Humus: 0.3 %; Dichte: 1.8 g cm-3).

↓36

Abb. 4.2: Bodenprofile der Intensivmesspunkte 1 und 2 auf dem Versuchsschlag Finkenherd;

(1) Bodentyp: Gley; 0 – 20 cm: Bearbeitungshorizont aus Slu; 20 – 35 cm: humoser Oberbodenhorizont aus Slu; 35 – 45 cm: humoser, grundwasserbeeinflusster Übergangshorizont aus Su3; 45 – 60 cm: Oxidationshorizont aus Slu; 60 – 90 cm: Oxidationshorizont aus Su2 (2) Bodentyp: reliktischer Brauneisengley; 0 – 20 cm: Bearbeitungshorizont aus Su2; 20 – 40 cm: humoser Oberbodenhorizont aus Su2; 40 – 55 cm: reliktischer, Oxidationshorizont aus St2; 55 – 100 cm: reliktischer, Oxidationshorizont aus Ss; 100 – 115 cm: reliktischer, brauneisenhaltiger Oxidationshorizont aus St2; ab 115 cm: reliktischer Reduktionshorizont aus Ss

Dieser Messpunkt ist durch glaziale Lehmsande über Schluffton, einem Grundwasserstand von ca. 1.2 m und einer pflanzenverfügbaren Bodenwassermenge im oberen Meter von ca. 190 mm charakterisiert. Die Pflanzen sind unter diesen Bedingungen im Vergleich zum Intensivmesspunkt 1 zwar besser mit Wasser versorgt, aber dennoch im späteren Verlauf der Vegetationsperiode Wasserstress ausgesetzt (entspricht Ergebnissen der Stressbonituren).

Bei dem Bodentypen am Intensivmesspunkt 1 des Schlages Finkenherd handelt es sich um einen Gley, also einen Grundwasser beeinflussten Boden (Abb. 4.2-1). Unter dem 20 cm mächtigen Ap-Horizont aus schluffig lehmigem Sand (Slu) (Humus: 2.6 %, Dichte: 1.5 g cm3) liegt ein 15 cm mächtiger Ah-Horizont, ebenfalls aus schluffig lehmigem Sand (Humus: 2.6 %, Dichte: 1.5 g cm-3), auf den ein 10 cm mächtiger Übergangshorizont aus mittel schluffigem Sand (Su3) (Ah-Go) folgt (Humus: 1.0 %, Dichte: 1.5 g cm-3). Auf diesen Übergangshorizont folgen zwei Go-Horizonte von 15 cm Mächtigkeit aus schluffig lehmigem Sand bzw. von 30 cm Mächtigkeit aus schwach schluffigem Sand (Humus: 0.2 %, Dichte: 1.7 g cm-3), unter denen der Gr-Horizont liegt (keine Angaben zu Textur, Humusgehalt und Bodendichte). An diesem Messpunkt, der durch Sandlöss über Geschiebemergel und einen Grundwasserabstand von ca. 1.0 m charakterisiert ist (pflanzenverfügbare Bodenwassermenge im oberen Meter: ca. 300 mm), sind die Pflanzen während der gesamten Vegetationsperiode ausreichend mit Wasser versorgt (entspricht Ergebnissen der Stressbonituren). An Intensiv-messpunkt 2 des Schlages Finkenherd liegt ein reliktischer Brauneisengley vor (Abb. 4.2-2). Die Gleymerkmale sind durch Absenkung des Grundwassers reliktischer Natur, und es tritt ein Horizont auf, in dem sich Brauneisen abgesetzt hat (Gso). Auf den 20 cm mächtigen Ap-Horizont aus schwach schluffigem Sand (Humus: 1.8 %, Dichte: 1.7 g cm-3) folgt ein 20 cm mächtiger Ah-Horizont aus ebenfalls schwach schluffigem Sand (Humus: 1.8 %, Dichte: 1.7 g cm-3), unter dem zwei reliktische Go-Horizonte von 15 cm Mächtigkeit aus schwach tonigem Sand bzw. von 45 cm Mächtigkeit aus reinem Sand liegen (Humus: 0.3 bzw. 0.1 %, Dichte: 1.7 bzw. 1.6 g cm-3). Auf diese beiden Horizonte folgt ein 15 cm mächtiger, brauneisenhaltiger Oxidationshorizont aus schwach tonigem Sand (Humus: 0.3 %, Dichte: 1.6 g cm-3), unter dem der reliktische Gr-Horizont aus reinem Sand mit einer Bodendichte von 1.8 g cm-3 und einem Humusgehalt von 0.2 % liegt. An diesem durch Sandlöss über Sand und Kies und eine pflanzenverfügbare Bodenwassermenge im oberen Meter von ca. 60 mm charakterisierten Messpunkt sind die Pflanzen aufgrund der niedrigen Wasserhaltekapazität des Bodens im Verlauf der Vegetationsperiode starkem Wasserstress ausgesetzt (entspricht Ergebnissen der Stressbonituren).

↓37

Die unterschiedlichen hydrologischen Bedingungen der jeweiligen Standorte werden anhand von Abb. 4.3 bis Abb. 4.6 deutlich. In Abb. 4.3 und Abb. 4.4 sind die volumetrischen Bodenwassergehalte in unterschiedlichen Bodentiefen an den Intensivmesspunkten der Versuchsschläge während der Vegetationsperiode in den Untersuchungsjahren 2005 und 2006 dargestellt. Am staunässebeeinflussten Intensivmesspunkt 1 des Schlages Rabenberg schwankte der volumetrische Wassergehalt im Oberboden - in Abhängigkeit von der Bodenaustrocknung und der Wiederbefeuchtung durch Niederschlag - im Jahr 2005 bis Anfang Juni in Bereichen zwischen 15 und 20 % und fiel dann kontinuierlich bis auf ca. 5 % ab. Im Jahr 2006 zeigte sich ein ähnliches Bild, wobei die Gehalte in diesem Jahr etwas höher lagen und bis Mitte Juni in Bereichen zwischen 15 und 30 % schwankten. Die volumetrischen Wassergehalte im Unterboden waren über die Vegetationsperioden 2005 und 2006 annähernd konstant und lagen in 50 cm Tiefe bei Werten von 15 bis 17 % und in 90 cm Tiefe bei 20 bis 23 %.

Abb. 4.3: Volumetrischer Bodenwassergehalt in unterschiedlichen Bodentiefen am Intensivmesspunkt 1 auf dem Schlag Rabenberg während der Vegetationsperiode in den Jahren 2005 (A) und 2006 (B)

Abb. 4.4: Volumetrischer Bodenwassergehalt in unterschiedlichen Bodentiefen am Intensivmesspunkt 2 auf dem Schlag Rabenberg während der Vegetationsperiode in den Jahren 2005 (A) und 2006 (B)

↓38

Am Intensivmesspunkt 2 fielen die volumetrischen Wassergehalte im Oberboden in der Vegetationsperiode 2005 bis Anfang Mai von 20 auf 10 % ab, stiegen dann wieder an und schwankten bis Mitte Juni in Bereichen zwischen 15 und 25 %, um dann wieder auf ca. 10 % abzufallen. Im Jahr 2006 lagen die Gehalte etwas höher und bewegten sich bis Mitte Juni zwischen 20 und 30 %, fielen dann aber wie im Jahr 2005 auf ca. 10 % ab. Die Gehalte im Unterboden lagen sowohl im Jahr 2005 als auch im Jahr 2006 in 50 cm Tiefe zwischen 20 und 25 % und in 80 cm Tiefe um 25 %. An Intensivmesspunkt 1 des Schlages Finkenherd, bei dem der Grundwasserspiegel bei ca. 1 m steht, schwankten die volumetrischen Wassergehalte in der Vegetationsperiode 2005 im Oberboden nur schwach um einen Bereich um 25 %. Im Jahr 2006 lagen die Gehalte bis Anfang Juni zwischen 25 und 30 % und fielen dann kontinuierlich auf ca. 20 % ab. Im Unterboden lagen die Gehalte im Jahr 2005 etwas höher als im Jahr 2006. In einer Tiefe von 50 cm traten volumetrische Wassergehalte um ca. 29 %, in 90 cm Tiefe um 27 % auf. Im Jahr 2006 lagen die Gehalte in 50 cm Tiefe bei ca. 25 % und in 90 cm Tiefe zwischen 17 und 23 %. Am Intensivmesspunkt 2 lagen die volumetrischen Wassergehalte in der Vegetationsperiode 2005 im Oberboden bis Anfang Juni bei 11 - 13 %, fielen dann auf ca. 7 % ab und stiegen Mitte Juli nochmals auf ca. 11 % an. Im Jahr 2006 lagen die Gehalte etwas höher und schwankten zunächst zwischen 15 und 20 %, fielen dann ab Mitte Juni aber kontinuierlich auf 10 % ab. Die Gehalte im Unterboden beliefen sich im Jahr 2005 in 80 und 135 cm Tiefe auf 5 %, im Jahr 2006 in 80 cm Tiefe auf 5 - 10 % und in 135 cm Tiefe, wie auch 2005, auf 5 %.

Da die zeitlich hoch aufgelösten Messungen des volumetrischen Bodenwassergehaltes nur an den Intensivmesspunkten der Versuchsschläge durchgeführt wurden, wurde zum Vergleich aller Monitoringpunkte zusätzlich der gravimetrische Bodenwassergehalt an den Punkten gemessen. Um die verschiedenen Monitoringpunkte auf den Versuchsschlägen besser miteinander vergleichen zu können, wurde für jeden Untersuchungszeitpunkt aus den horizontweise gemessenen gravimetrischen Wassergehalten ein gewichtetes Mittel bis 1.0 m Tiefe gebildet. Die Ergebnisse sind in Abb. 4.7 und Abb. 4.8 dargestellt. Abb. 4.7 zeigt, dass sich auf dem Rabenberg der Untersuchungspunkt 5 von den übrigen Monitoringpunkten abhebt. An diesem Punkt liegen die gemittelten gravimetrischen Wassergehalte in beiden Jahren deutlich höher als an den anderen Punkten. Der hohe gravimetrische Wassergehalt ist auf den hohen Tongehalt an diesem Messpunkt zurückzuführen (Tab. 4.1), der aufgrund dessen eine hohe Wasserspeicherfähigkeit besitzt. Die übrigen Monitoringpunkte unterscheiden sich bezüglich des mittleren Wassergehaltes nicht wesentlich. Die Gehalte bis 1.0 m Tiefe liegen mit Ausnahme des letzten Beprobungstermins im Juni 2005 bzw. Juli 2006 meist in Bereichen um 10 und 15 %. Auf dem Versuchsschlag Finkenherd konnten im Jahr 2005 an den Monitoringpunkten 4 und 6 keine Proben genommen werden, so dass für diese Punkte keine Daten abgebildet sind. Bei Betrachtung von Abb. 4.8 fällt insbesondere der Punkt 2 auf, an dem die mittleren Wassergehalte bis 1.0 m meist nur bei maximal 10 % liegen. Verglichen mit den übrigen Monitoringpunkten auf dem Schlag, deren Gehalte sich meist in Bereichen um 13 bis 16 % bewegen, ist dies gering. Der niedrige Wassergehalt ist auf den hohen Sandgehalt an diesem Punkt (Tab. 4.2) und die damit verbundene geringe Wasserspeicherfähigkeit zurückzuführen.

Abb. 4.5: Volumetrischer Bodenwassergehalt in unterschiedlichen Bodentiefen am Intensivmesspunkt 1 auf dem Schlag Finkenherd während der Vegetationsperiode in den Jahren 2005 (A) und 2006 (B)

↓39

Abb. 4.6: Volumetrischer Bodenwassergehalt in unterschiedlichen Bodentiefen am Intensivmesspunkt 2 auf dem Schlag Finkenherd während der Vegetationsperiode in den Jahren 2005 (A) und 2006 (B)

Anhand von Abb. 4.3 bis Abb. 4.8 sind auch die unterschiedlichen Austrocknungsdynamiken an den verschiedenen Monitoringpunkten der Versuchsschläge zu erkennen, die sich bezüglich der Monitoringpunkte des Schlages Finkenherd deutlicher unterscheiden als die des Schlages Rabenberg. Die geringere Dynamik am Standort Rabenberg ist vermutlich durch die im Untergrund vorkommenden Tone und deren Wasserspeicherfähigkeit bedingt.

Abb. 4.7: Gravimetrischer Bodenwassergehalt auf dem Schlag Rabenberg an den unterschiedlichen Monitoringpunkten in den Jahren 2005 (A) und 2006 (B); dargestellt sind gewichtete Summen aus den Wassergehalten bis 100 cm Bodentiefe

↓40

Abb. 4.8: Gravimetrischer Bodenwassergehalt auf dem Schlag Finkenherd an den unterschiedlichen Monitoringpunkten in den Jahren 2005 (A) und 2006 (B); dargestellt sind gewichtete Summen aus den Wassergehalten bis 100 cm Bodentiefe

Die unterschiedlichen Bodenbedingungen an den beiden Versuchsstandorten, aber auch an den Monitoringpunkten der jeweiligen Versuchsschläge, wirken sich unterschiedlich auf die Durchwurzelung aus. Um die Ergebnisse der Wurzelbeprobungen zu den beiden Untersuchungsterminen Schossen und Blüte vergleichen zu können, sind die Daten zur Blüte für dieses Kapitel zum Teil nur bis 90 cm Tiefe ausgewertet und dargestellt worden.

Die ermittelten Wurzellängendichten zum Schossen und zur Blüte (Abb. 4.9 - Abb. 4.12) stimmen mit Werten zwischen 0.3 und 10.8 cm cm-3 im Oberboden (0 - 30 cm) sowie Null und 3.0 cm cm- 3 im Unterboden (30 – 120 cm) gut mit Werten überein, die in anderen Studien für Winterweizen ermittelt wurden. (Schroetter, Rogasik, Schnug 2006 ) z. B. berichten für

↓41

Abb. 4.9: Wurzellängendichten (WLD) in unterschiedlichen Bodentiefen an den Untersuchungspunkten auf dem Schlag Rabenberg; Schossen 2005 (A), Blüte 2005(B), Schossen 2006 (C), Blüte 2006 (D); abgebildet sind Mittelwerte aus den drei Wiederholungen

Winterweizen zum Zeitpunkt der Blüte von Wurzellängendichten im Oberboden zwischen 6 und 9 cm cm-3, (Manske, Vlek 2003 ) von Wurzellängendichten zwischen 2 und 10 cm cm-3, abhängig von der Bodentiefe. (Chaudhary, Bhatnagar 1980 ) ermittelten in einem Versuch mit Winterweizen in 0 - 30 cm Tiefe Wurzellängendichten zwischen 0.5 und 2 cm cm-3 sowie in 60 - 90 und 120 - 150 cm Tiefe Werte zwischen 0.1 und 1.2 cm cm-3 bzw. 0 - 0.7 cm cm-3. Die in einer Studie von (Asseng u. a. 1998 ) ermittelten Wurzel-längendichten von Winterweizen lagen im Oberboden zwischen 2 und 13 cm cm-3 und in Tiefen von 30 - 60 cm zwischen 0 und 4 cm cm-3. Abb. 4.9 bis Abb. 4.12 zeigen, dass auf dem Versuchsschlag Rabenberg die Durchwurzelung zu den beiden Beprobungsterminen im Oberboden höher und im Unterboden niedriger ist als auf dem Schlag Finkenherd. Gründe dafür sind die bereits erwähnten Unterschiede in Bodendichte und Wasserstatus, die nachfolgend ausführlich diskutiert werden.

Zum Vergleich der Wurzellängendichten an den unterschiedlichen Monitoringpunkten zwischen den Beprobungsterminen bzw. den Untersuchungsjahren wurden Stichprobenvergleiche mit dem Wilcoxon-Rangsummentest durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tab. 4.3, Abb. 4.13 und Abb. 4.14 dargestellt.

↓42

Abb. 4.10: Wurzellängendichten (WLD) in unterschiedlichen Bodentiefen an den Untersuchungspunkten auf dem Schlag Finkenherd; Schossen 2005 (A), Blüte 2005(B), Schossen 2006 (C), Blüte 2006 (D); abgebildet sind Mittelwerte aus den drei Wiederholungen

An den Messpunkten 2, 3 und 4 des Schlages Rabenberg traten über alle Bodentiefen gemittelt zwischen den Untersuchungsjahren 2005 und 2006 keine signifikanten Unterschiede in der Wurzellängendichte auf (Abb. 4.13 A). Signifikante Unterschiede wurden an den Punkten 1 und 6 festgestellt, wobei die Wurzellängendichte an Punkt 1 im Untersuchungsjahr 2005 signifikant höher war als im Jahr 2006. An Punkt 6 hingegen trat der umgekehrte Fall auf. Signifikante Unterschiede zwischen den Wurzellängendichten zum Schossen und denen zur Blüte wurden im Untersuchungsjahr 2005 für die Punkte 1 und 4 ermittelt (Abb. 4.13 B). Im Jahr 2006 waren an allen Monitoringpunkten signifikante Unterschiede zwischen den Untersuchungszeitpunkten festzustellen (Abb. 4.13 C). Bezüglich des Schlages Finkenherd traten an den Monitoringpunkten 1, 5, 9 und 10 signifikante Unterschiede in der Wurzellängendichte zwischen den Untersuchungsjahren 2005 und 2006 auf (Abb. 4.14 A): An diesen Punkten war die WLD im Untersuchungsjahr 2005 signifikant höher als im Jahr 2006. An den Punkten 3, 7 und 8 konnte kein Einfluss des Untersuchungsjahres ermittelt werden. Für die Punkte 2, 4 und 6 konnte dieser Vergleich nicht stattfinden, da im Jahr 2005 dort keine Daten erhoben werden konnten.

Abb. 4.11: Wurzellängendichten in unterschiedlichen Bodentiefen an den Monitoringpunkten auf dem Versuchsschlag Rabenberg (Symbole) und deren Mittelwerte (Linie); Schossen 2005 (A); Blüte 2005 (B); Schossen 2006 (C) und Blüte 2006 (D)

↓43

Abb. 4.12: Wurzellängendichten in unterschiedlichen Bodentiefen an den Monitoringpunkten auf dem Versuchsschlag Finkenherd (Symbole) und deren Mittelwerte (Linie); Schossen 2005 (A); Blüte 2005 (B); Schossen 2006 (C) und Blüte 2006 (D)

Über alle Bodentiefen gemittelt waren die Wurzellängendichten ebenfalls sowohl im Jahr 2005 als auch im Jahr 2006 an allen Monitoringpunkten zum Zeitpunkt der Blüte höher als zum Zeitpunkt des Schossens. Bis auf Monitoringpunkt 9 traten im Jahr 2005 an allen übrigen Punkten signifikante Unterschiede zwischen den Untersuchungszeitpunkten auf (Abb. 4.14 B). Signifikante Unterschiede zwischen den Untersuchungszeitpunkten konnten im Jahr 2006 an den Monitoringpunkten 1, 3, 7, 8, 9 und 10 festgestellt werden (Abb. 4.14 C). Zwischen den einzelnen Monitoringpunkten konnten bezüglich der über alle Bodentiefen gemittelten Wurzellängendichten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden (Tab. 4.4).

Tab. 4.3: Ergebnisse des Wilcoxon-Rangsummentests (a = 0.05) für die Vergleiche der Stichproben aus den Untersuchungsjahren 2005 und 2006 bzw. der Stichproben von den Untersuchungszeitpunkten Schossen und Blüte 2005 und 2006 an den Monitoringpunkten der Versuchsschläge

Rabenberg

1

2

3

4

5

6

Vergleich

Signifikanz (p)

2005 - 2006

0.003

0.150

0.020

0.084

---

<0.001

S05 – B05

0.006

0.162

0.456

0.045

---

0.286

S06 – B06

0.010

<0.001

0.001

0.002

0.003

0.010

Finkenherd

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Vergleich

Signifikanz (p)

2005 - 2006

<0.001

---

0.092

---

<0.001

---

0.122

0.873

0.004

<0.001

S05 – B05

0.004

---

0.006

---

0.015

---

0.034

0.003

0.140

0.048

S06 – B06

0.009

0.007

0.001

0.142

0.075

0.169

0.001

0.001

<0.001

0.001

↓44

Abb. 4.15 und Abb. 4.16 zeigen die Beziehung zwischen der Abnahme der Wurzellängendichte mit zunehmender Bodentiefe und Untersuchungszeitpunkten Schossen und Blüte bzw. den Untersuchungsjahren 2005 und 2006 für die beiden Versuchsschläge Rabenberg und Finkenherd. Auf dem Schlag Rabenberg nahm die Wurzellängendichte über alle Untersuchungspunkte gemittelt mit zunehmender Bodentiefe signifikant ab (Abb. 4.15). Die Abnahme war im Untersuchungsjahr 2005 auf diesem Schlag etwas stärker ausgeprägt als im Jahr 2006 (Abb. 4.15 A). Die Abnahme der Wurzellängendichte zum Zeitpunkt des Schossens war über alle Untersuchungspunkte gemittelt in beiden Untersuchungsjahren stärker ausgeprägt als zum Zeitpunkt der Blüte (Abb. 4.15 B und C). Abb. 4.9 zeigt, dass auch an den einzelnen Untersuchungspunkten in beiden Jahren die Wurzellängendichte mit der Bodentiefe exponentiell abnimmt und an allen Punkten der größte Teil der Wurzeln im Oberboden, also in den oberen 30 cm, vorkommt. Auf dem Schlag Finkenherd nahm die Wurzellängendichte mit zunehmender Bodentiefe mit Ausnahme zum Zeitpunkt des Schossens im Jahr 2005 ebenfalls signifikant ab (Abb. 4.16). Über alle Untersuchungspunkte gemittelt war die Abnahme der Wurzellängendichte mit zunehmender Bodentiefe auf diesem Schlag im Gegensatz zum Schlag Rabenberg im Untersuchungsjahr 2005 schwächer ausgeprägt als im Jahr 2006 (Abb. 4.16 A). Die Abnahme der Wurzellängendichte war in beiden Untersuchungsjahren zum Zeitpunkt des Schossens im Gegensatz zum Versuchsschlag Rabenberg schwächer ausgeprägt als zur Blüte (Abb. 4.16 B und C). Abb. 4.10 zeigt deutlich, dass an einigen Untersuchungspunkten in beiden Jahren die Abnahme der Wurzellängendichte mit der Tiefe nicht so kontinuierlich verläuft, wie auf dem Versuchsschlag Rabenberg und dass auch in tieferen Bodenschichten noch relativ große Mengen an Wurzeln auftreten. Die signifikante Abnahme der Wurzellängendichte mit der Bodentiefe stimmt mit Ergebnissen von Untersuchungen an verschiedenen Gemüsepflanzen (Greenwood u. a. 1982 ) und Gräsern (Reuter 2006 ) überein und auch in diversen

Abb. 4.13: Mittlere Wurzellängendichten (WLD) bis 0.9 m Tiefe an den unterschiedlichen Untersuchungs-punkten auf dem Schlag Rabenberg; 2005 und 2006 (A), Schossen und Blüte 2005 (B), Schossen und Blüte 2006 (C); abgebildet sind Mittelwerte (n = 325 bei A, 146 bei B, 179 bei C); die Kreuze kennzeichnen signifikante Unterschiede

Abb. 4.14: Mittlere Wurzellängendichten (WLD) bis 0.9 m Tiefe an den unterschiedlichen Untersuchungs-punkten auf dem Schlag Finkenherd; 2005 und 2006 (A), Schossen und Blüte 2005 (B), Schossen und Blüte 2006 (C); abgebildet sind Mittelwerte (n = 514 bei A, 206 bei B, 308 bei C); die Kreuze kennzeichnen signifikante Unterschiede

↓45

Tab. 4.4: Ergebnisse des Kruskal-Wallis-Tests (a = 0.05) für die Vergleiche der Stichproben von den verschiedenen Monitoringpunkten der Versuchsschläge in den Jahren 2005 und 2006

Rabenberg

Finkenherd

Jahr

2005

2006

2005

2006

Signifikanz (p)

0.385

0.985

0.863

0.221

Abb. 4.15: Beziehung zwischen Abnahme der Wurzellängendichte (WLD) mit zunehmender Bodentiefe und den Untersuchungszeitpunkten Schossen und Blüte bzw. den Untersuchungsjahren 2005 und 2006 für den Schlag Rabenberg; abgebildet sind Mittelwerte

Abb. 4.16: Beziehung zwischen Abnahme der Wurzellängendichte (WLD) mit zunehmender Bodentiefe und den Untersuchungszeitpunkten Schossen und Blüte bzw. den Untersuchungsjahren 2005 und 2006 für den Schlag Finkenherd; abgebildet sind Mittelwerte

↓46

anderen Studien wurde eine Abnahme der Wurzellängendichte mit der Bodentiefe festgestellt (z. B. Asseng u. a. 1998 ; Ephrath, Silberbush, Berliner 1999 ; Phene u. a. 1991 ). Als Ursachen für diese Abnahme mit der Tiefe werden zum einen geringere Gehalte an Nährstoffen und eine schlechtere Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen in tieferen Bodenschichten angesehen (Fitter 2003 ), zum anderen können die höheren Bodendichten in größerer Tiefe ein weiterer Grund sein (Laboski u. a. 1998 ; Montagu, Conroy, Atwell 2001 ; Taylor, Brar 1991 ). Der für den Schlag Rabenberg in beiden Untersuchungsjahren schwächere Tiefengradient zum Zeitpunkt der Blüte kann damit erklärt werden, dass bei geringerer bzw. sinkender Feuchte im Oberboden (wie z. B. im Sommer) die Durchwurzelung in tieferen Bodenschichten verstärkt wird (vgl. Engels, Molenkopf, Marschner 1994 Schroetter, Rogasik, Schnug 2006 ).

Tab. 4.5: Prozentuale Anteile der Wurzeln im Ober- und Unterboden an den unterschiedlichen Monitoringpunkten der Versuchsschläge Rabenberg und Finkenherd

Rabenberg

Jahr

Punkt →

1

2

3

4

5

6

Min.

Max.

Mittel

2005

Oberboden

76.6

84.4

83.6

87.2

n.b.

95.9

76.6

95.9

85.5

Unterboden

23.4

15.6

16.4

12.8

n.b.

4.1

4.1

23.4

14.5

2006

Oberboden

85.3

92.4

82.0

87.4

65.4

93.0

65.4

93.0

84.3

Unterboden

14.7

7.6

18.0

12.6

34.6

7.0

7.0

34.6

15.8

Finkenherd

Jahr

Punkt →

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Min.

Max.

Mittel

2005

Oberboden

60.2

54.0

52.3

n.b.

49.1

n.b.

59.0

59.1

51.2

53.0

49.1

60.2

54.7

Unterboden

39.8

46.0

47.7

n.b.

50.9

n.b.

41.0

40.9

48.8

47.0

39.8

50.9

45.3

2006

Oberboden

64.8

48.0

62.5

59.0

69.7

71.4

47.1

57.1

60.0

64.7

47.1

71.4

60.2

Unterboden

35.2

52.0

37.5

41.0

30.3

28.6

52.9

42.9

40.0

35.3

28.6

56.9

39.8

Auf dem Versuchsschlag Finkenherd wurde hingegen in beiden Untersuchungsjahren ein etwas stärkerer Tiefengradient für den Beprobungszeitpunkt im Sommer als im Frühling ermittelt, wobei die Unterschiede zwischen den Gradienten jedoch äußerst gering bzw. im Untersuchungsjahr 2005 kaum vorhanden sind (Abb. 4.16 B und C). Die ermittelten Tiefengradienten für den Schlag Rabenberg sind deutlich höher als die für den Schlag Finkenherd (Abb. 4.15 und Abb. 4.16). Ein Vergleich der Wurzelanteile in Ober- und Unterboden und der Wurzellängendichten in unterschiedlichen Bodentiefen für die beiden Versuchsschläge zeigt, dass in beiden Untersuchungsjahren auf dem Versuchsschlag Rabenberg die Durchwurzelung im Unterboden wesentlich geringer ist als auf dem Schlag Finkenherd in Wulfen (Tab. 4.5 sowie Abb. 4.11 und Abb. 4.12). Auf dem Rabenberg liegen im Mittel ca. 85 % der gemessenen Wurzellängendichten im Oberboden (0 - 30 cm) und ca. 15 % im Unterboden (30 - 105 cm) vor. Am Standort Wulfen dagegen liegt dieses Verhältnis bei ca. 60:40. In der Literatur finden sich Angaben, dass bis zu 90 % der Gesamtwurzelbiomasse in den oberen 30 cm des Bodens vorliegen, wobei die oberen 10 cm die intensivste Durchwurzelung aufweisen, und dass die Wurzeldichte unterhalb 30 cm proportional mit der Bodentiefe abnimmt (Schroetter, Rogasik, Schnug 2006 ). Diese Angaben passen eindeutig zu den Befunden für den Versuchsschlag Rabenberg (vgl. Abb. 4.9, Abb. 4.11 und Abb. 4.15 sowie Tab. 4.5). Für den Schlag Finkenherd treffen diese Aussagen nicht zu. Es liegt zwar auch hier der größere Anteil der Wurzeln im Oberboden vor, die Wurzellängendichte nimmt über alle Bodentiefen gemittelt jedoch nicht immer signifikant und auch nicht immer proportional mit zunehmender Tiefe ab (Abb. 4.10, Abb. 4.12 und Abb. 4.16 sowie Tab. 4.5). Eine Erklärung für die deutlichen Unterschiede zwischen den beiden Standorten und die daraus resultierenden Unterschiede zwischen den Tiefengradienten könnte der Unterschied in den Niederschlagsmengen sein: In der Region Groß Twülpstedt (Versuchsschlag Rabenberg) sind die Niederschlagsmengen im langjährigen Mittel ca. 100 mm höher als in der Region Wulfen (Versuchsschlag Finkenherd), so dass zwischen den beiden Standorten generell ein deutlicher Unterschied bezüglich der Wasserversorgung im Oberboden besteht. Die Abnahme der Oberbodenfeuchte im Sommer führt in der Regel zu einer Erhöhung der Durchwurzelung im Unterboden (Engels, Molenkopf, Marschner 1994 Schroetter, Rogasik, Schnug 2006 ). Die Jahressummen der Niederschläge und Summen der Niederschläge in der Zeit von Beginn der Vegetationsperiode bis zur Blüte bestätigen diese Theorie für den Standort Finkenherd bei Wulfen jedoch nicht (Abb. 4.17). Im Jahr 2005 waren in Wulfen die Jahresniederschläge um 70 mm höher als die in Groß Twülpstedt, und die Niederschlagssummen in der Periode von Beginn der Vegetationszeit bis zur Blüte waren nahezu gleich hoch. Im Jahr 2006 unterschieden sich die Summen der Jahresniederschläge an den beiden Standorten so gut wie nicht und die Summe der Niederschläge von Beginn der Vegetationszeit bis zur Blüte war in Groß Twülpstedt um ca. 30 mm niedriger als in Wulfen. Auch die klimatischen Wasserbilanzen für diesen Zeitraum sowie für die Perioden bis zum Schossen und zwischen Schossen und Blüte können die Theorie nicht bestätigen (Abb. 4.18). Die Hauptgründe für die Unterschiede zwischen den beiden Versuchsschlägen bezüglich der Durchwurzelung des Unterbodens sind die Unterschiede im Wasserstatus und der Bodendichte. Wie in Kap. 2.3.2 beschrieben, ist der Schlag Rabenberg durch Juraton geprägt, die von glazialen Deckschichten unterschiedlicher Mächtigkeit überdeckt sind und die teilweise sogar bis an die Oberfläche anstehen (Herbst 2002 ), wobei der Wechsel zwischen Deckschichten und Ton meist zwischen 60 und 200 cm liegt. Das heißt, die Böden auf diesem Schlag sind durch Staunässe beeinflusst, so dass vorwiegend Pseudogleye und deren Subtypen auftreten. Da Staunässe sowohl das Wurzelwachstum als auch die Wurzelpenetration mindert (Watson, Lapins, Barron 1976 ), ist die Durchwurzelung auf dem Rabenberg im Untergrund deutlich geringer als auf dem Finkenherd. (Cannell u. a. 1985 ) stellten in einer Lysimeterstudie mit Winterhafer fest, dass die totale Wurzellänge von Pflanzen unter Staunässeeinfluss ca. 77 % derer von Pflanzen ohne Staunässeeeinfluss betrug und dass die Wurzellänge zur Blüte der staunässe-beeinflussten Varianten ca. 10 % geringer war als die der drainierten Varianten. Ähnliche Ergebnisse konnten sie für Versuche mit Winterweizen feststellen (Cannell u. a. 1980 ). (Malik u. a. 2002 ) ermittelten in Gefäßversuchen mit Weizen eine Abnahme der relativen Wurzelwachstumsrate in Abhängigkeit von der Tiefe des Stauwassers von 15 - 74 %.

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Abb. 4.17: Jahressummen der Niederschläge (A) sowie Summen der Niederschläge von Beginn der Vege-tationszeit bis zur Blüte (B) in den Jahren 2005 und 2006 für die beiden Versuchsstandorte Groß Twülpstedt (GTw) und Wulfen (Wu)

Abb. 4.18: Klimatische Wasserbilanz für die beiden Versuchsstandorte Groß Twülpstedt (GTw) und Wulfen (Wu) von Beginn der Vegetationszeit bis zum Schossen (Sch05; Sch06), vom Schossen bis zur Blüte (Bl05; Bl06) und von Beginn der Vegetationszeit bis zur Blüte (ges05; ges06) in den Jahren 2005 und 2006

Als weiterer Grund für die Unterschiede in der Unterbodendurchwurzelung auf den beiden Versuchsschlägen kann die Bodendichte herangezogen werden (vgl. Laboski u. a. 1998 ; Montagu, Conroy, Atwell 2001 ; Taylor, Brar 1991 ). An den Untersuchungspunkten auf dem Versuchsschlag Rabenberg sind sowohl die Trockenroh- als auch die Lagerungsdichten in der

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Abb. 4.19: Gesamtmittelwerte der Wurzellängendichten (WLD) in unterschiedlichen Bodentiefen für die Beprobungszeitpunkte Schossen und Blüte auf den Versuchsschlägen Rabenberg und Finkenherd

Tiefe von 30 - 60 cm um durchschnittlich 0.2 g cm-3 höher als auf dem Schlag Finkenherd, was zu der vergleichsweise geringeren Durchwurzelung des Unterbodens auf dem Rabenberg beigetragen haben dürfte. Generell bewegen sich die Trockenroh- und Lagerungsdichten für den Schlag Rabenberg eher in hohen bis sehr hohen, auf dem Schlag Finkenherd dagegen in mittleren bis hohen Bereichen (Tab. 4.1 und Tab. 4.2).

Beim Vergleich der Gesamtmittelwerte der WLD für die beiden Versuchsschläge ist zu sehen, dass die WLD in den oberen 15 cm des Bodens auf dem Rabenberg sowohl zum Zeitpunkt Schossen als auch zur Blüte deutlich höher ist als auf dem Finkenherd (Abb. 4.19). Diese Tatsache lässt sich ebenfalls durch die Effekte der Staunässe erklären. (Cannell u. a. 1985 ) stellten fest, dass das Wurzelwachstum bei den staunässebeeinflussten Varianten in den oberen 10 cm des Bodens größer war als das der drainierten Varianten. Sie erklärten dies damit, dass unter Staunässebedingungen vermutlich mehr Nodalwurzeln (sprossbürtige Wurzeln) gebildet werden. Unter schlechter belüfteten Bedingungen können diese Wurzeln Aerenchymgewebe ausbilden und so eine ausreichende pflanzeninterne Sauerstoffdiffusion von oberirdischen Pflanzenteilen gewährleisten, so dass die Wurzeln in der Lage sind, einige Zentimeter in anaerobe Bereiche hinein zu wachsen (Trought, Drew 1980 ). (Malik u. a. 2002 ) berichten ebenfalls von einem Anstieg der sprossbürtigen Wurzeln, der je nach Tiefe des Stauwassers bis zu 1.5-mal höher war als bei den Kontrollvarianten.

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Bei Betrachtung von Abb. 4.19 ist ebenfalls ersichtlich, dass auf dem Schlag Rabenberg die Wurzellängendichte kontinuierlich mit der Bodentiefe abnimmt und dass auf dem Finkenherd hingegen im Bereich von ca. 45 - 60 cm Bodentiefe noch einmal ein Anstieg der Wurzel-längendichte zu erkennen ist. Messungen des Durchdringungswiderstandes zeigen an den meisten Monitoringpunkten auf dem Finkenherd im Gegensatz zum Rabenberg einen Anstieg desselben in ca. 30 - 40 cm Bodentiefe, was auf eine alte Pflugsohle schließen lässt (M. Sommer, pers. Kommun.). Die Pflanzen verstärken also offenbar noch einmal das Wurzelwachstum, wenn sie diese Zone erhöhten Durchdringungswiderstandes durchwachsen haben, was eine weitere Erklärung für die im Vergleich zum Schlag Rabenberg höhere Durchwurzelung des Unterbodens wäre. Außerdem können damit auch die für diesen Schlag festgestellten, stärkeren Tiefengradienten zum Beprobungszeitpunkt Schossen im Vergleich zur Blüte erklärt werden (Abb. 4.16 B und C).

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die in der Literatur zu findenden Angaben bezüglich der Einflüsse verschiedener Standortbedingungen auf das Wurzelsystem von Nutzpflanzen für die Versuchsstandorte Groß Twülpstedt und Wulfen generalisieren lassen. Die unterschiedlichen Standortbedingungen und damit auch unterschiedlichen Wachstumsbedingungen wirken sich deutlich auf die Durchwurzelung an den beiden Versuchsstandorten aus, wobei die Unterschiede in der Durchwurzelung in erster Linie auf unterschiedliche Wasserstati sowie Bodendichten bzw. Durchdringungswiderstände zurückzuführen sind.


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17.08.2010