Modellierung von Wachstum und Entwicklung von Winterraps ...als ein Bestandteil der teilflächenspezifischen Düngung Karla Müller, Ulf Böttcher, Henning Kage Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Institut für Pflanzenbau und -züchtung

Gliederung • • • •

N-Problematik Projektziel Erfassung der Standortvariabilität Pflanzenwachstumsmodell ! Trockenmassezuwachs ! N-Aufnahme ! Stoffverteilung

• Zusammenfassung und Ausblick

N-Problematik im Winterraps

Nährstoffüberschuss

Nährstoffsalden des Sektors Landwirtschaft Bundesrepublik

Saldo [kg/ha]

200 160

N

120 80 40 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Bach et al. 2002

N-Problematik im Winterraps

N-Bilanz einer Rapsfruchtfolge Fruchtfolge N-Bilanz ∅ ´90 -´99 kg/ha

Winterraps Winterweizen Wintergerste 61

-11

26

potenziell auswaschungsgefährdet SFB 192

Projektziel

Maßnahmen zur Verbesserung • Geänderte Fruchtfolge • Bodenbearbeitung • Genotypen •

Bedarfsgerechte N-Düngung -Abschätzung des teilflächenspezifisch variierenden Düngebedarfs

Projektziel

Düngebedarf • Nmin • Mineralisationsleistung des Bodens • N in Pflanzen • Ertragspotenzial & potenzielle N-Aufnahme

Projektziel

Düngebedarf • Nmin • Mineralisationsleistung des Bodens • N in Pflanzen • Ertragspotenzial & potenzielle N-Aufnahme ↳ Wasserverfügbarkeit

↳

Strahlungsaufnahme

↳ teilflächenspezifisch

Projektziel

Erstes Teilziel I.

Erfassung teilflächenspezifischer Variabilität

↳ Ertrag/Nettomineralisation/ Wasserverfügbarkeit

Versuchsaufbau 2004-2006

Blockaufteilung N3 N0 N2 N1 N0 N1 N2 N3

– 0/0 kg N/ha – 40/40 kg N/ha – 80/80 kg N/ha – 120/120 kg N/ha

Teilflächenspezifische Standortvariabilität

Standortvariabilität

Hohenschulen 2004

Teilflächenspezifische Standortvariabilität

Standortvariabilität

Geländeposition Ertrag N2 [dt/ha] Nettomineralisation [kg N/ha] Transpirationsmenge bis EC 75 [mm]

Kuppe Kuppe Kuppe Senke Senke Senke Hang Hang

Ø

47,6

45,6

43,6

49,3

50,1

49,0

51,0 43,5 47,5

45

41

58

75

23

42

51

37

46

195

200

200

257

262

232

229

248

228

Teilflächenspezifische Standortvariabilität

Standortvariabilität

Geländeposition Ertrag N2 [dt/ha] Nettomineralisation [kg N/ha] Transpirationsmenge bis EC 75 [mm]

Kuppe Kuppe Kuppe Senke Senke Senke Hang Hang

Ø

47,6

45,6

43,6

49,3

50,1

49,0

51,0 43,5 47,5

45

41

58

75

23

42

51

37

46

195

200

200

257

262

232

229

248

228

Teilflächenspezifische Standortvariabilität

Wasserverfügbarkeit 450

400

Abbildung der simulierten Gesamtwasserverläufe

350

Reihe1 Reihe2 Reihe5 Reihe6

300

Reihe3 Reihe4 250

200

16 .A ug .

27 .J ul .

7. Ju l.

17 .J un .

28 .M ai .

8. M ai .

18 .A pr .

29 .M rz .

9. M rz .

17 .F eb .

150

Teilflächenspezifische Standortvariabilität

Trockenstress

Projektziel

Düngebedarf • Nmin • Mineralisationsleistung des Bodens • N in Pflanzen • Ertragspotenzial & potenzielle N-Aufnahme ↳ Wasserverfügbarkeit

↳

Strahlungsaufnahme

↳ teilflächenspezifisch

Projektziel

Zweites Teilziel I.

Erfassung teilflächenspezifischer Variabilität

↳ Ertrag/N/Wasserverfügbarkeit II. Schätzung der potentiellen N-Aufnahme

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

Potentielle N-Aufnahme N-Menge = Trockenmasse x N-Konzentration

Pflanzenwachstumsmodell

System Pflanze k

LUE

Strahlungsaufnahmerate

Trockenmassezuwachsrate

Trockenmasse Spross

GAI Blattfläche Stängelfläche Schotenfläche

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

GAI (GreenAreaIndex) Vegetationsbeginn – EC 75 8

2004

7

2005

2006

GAI

6 5

r²=0,90

4

RMSE= 0,88

3 2 1

N3 Variante

0 0

200

400

600

Temperatursumme (>=3°C) ab Veg.-Beginn

800

Senke

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

GAI (GreenAreaIndex) Vegetationsbeginn – EC 75 8 7

GAI

6 5

r²=0,91

4

Senke

3

Lambert-Beer´sches Extinktionsgesetz

2

A= 1-e(-k*GAI)

1

r²= 0,80

0 0

200

400

600

Temperatursumme (>=3°C) ab Veg.-Beginn

800

Hang/Kuppe

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

Relative Strahlungsaufnahme Vegetationsbeginn – EC 75 7 6

0.75

GAI

5 4

0.50

3 2

0.25

1 0 0

200

400

600

Temperatursumme (>=3°C) ab Veg.-Beginn

0.00 800

rel. Strahlungsaufnahme

1.00

8

Senke Hang/Kuppe

System Pflanze k

LUE

Strahlungsaufnahmerate

Trockenmassezuwachsrate

Trockenmasse Spross

GAI Blattfläche Stängelfläche Schotenfläche

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

LUE Trockenmasse Spross [g/m²]

Vegetationsbeginn - EC 75 1800

2004 2005 2006

1600 1400 1200

y=2.7x

1000

r²= 0,96

800 600

Senke

400 200 0 0

200

400

600

Strahlungsaufnahme [MJ/m²/d]

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

LUE

Trockenmasse Spross [g/m²]

Vegetationsbeginn - EC 75 1800

2004 2005 2006

1600 1400 1200

y=2.5x

1000

r²= 0,94

800 600

Hang/Kuppe

400 200 0 0

200

400

600

Strahlungsaufnahme [MJ/m²/d]

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

Vergleich Senke - Hang/Kuppe Strahlungsaufnahme [MJ/m²/d]

LUE [g/MJ]

Trockenmasse [g/m²]

N3 Senke

534

2,7

1459

N3 Kuppe/Hang

485

2,5

1232

91%

93%

84%

System Pflanze k

LUE

Strahlungsaufnahmerate

Trockenmassezuwachsrate

GAI

[N] Blattfläche

Stängelfläche Schotenfläche

Trockenmasse Spross N-Menge Spross

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

N-Verdünnungsfunktion Spross N-Konzentration Spross [%]

Vegetationsbeginn - EC 75

8 7

2004 2005

6 5

y=5,749e-0,0006x

4

r²= 0,90

3 2 1 0 1

10

100

1000

Trockenmassse Spross [g/m²]

10000

Colnenne, 1998

System Pflanze k

LUE

Strahlungsaufnahmerate

Trockenmassezuwachsrate

GAI

[N] Blattfläche

Stängelfläche Schotenfläche

Trockenmasse Spross N-Menge Spross

System Pflanze k

LUE

Strahlungsaufnahmerate

Trockenmassezuwachsrate

Trockenmasse Spross

GAI

Blatt [N] Stängel [N]

N-Menge Spross

System Pflanze k

LUE

Strahlungsaufnahmerate

Trockenmassezuwachsrate

Trockenmasse Spross

GAI

Trockenmasse Blatt

[N]

Trockenmasse Stängel

[N]

N-Menge Spross

N-Menge Blatt N-Menge Stängel

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

N-Verdünnungsfunktion Stängel Vegetationsbeginn - EC 75

N-Konzentration [%]

8 7

2004 2005

6 5

y=4,7644e-0,002x

Spross

4

r²= 0,89

Stängel

3 2 1 0 1

10

100

1000

Trockenmassse [g/m²]

10000

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

N-Verdünnungsfunktion Blatt (?) Vegetationsbeginn - EC 69

N-Konzentration [%]

8 7

2004 2005

Blatt

6 5

Spross

4

Stängel

3 2 1 0 1

10

100

1000

Trockenmassse [g/m²]

10000

System Pflanze k

LUE

Strahlungsaufnahmerate

Trockenmassezuwachsrate

Trockenmasse Spross

Al lom et rie

GAI

Trockenmasse Blatt

Trockenmasse Stängel

[N]

N-Menge Spross

[N] N-Menge Blatt N-Menge Stängel

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

Allometrie

ln Trockenmasse Stängel [g/m²]

Vegetationsbeginn - EC 69 7

2005 2006

6 5

y=1,60x - 2,90

4

r²= 0,89

3 2 1 2

3

4 ln Trockenmasse Blatt [g/m²]

5

6

System Pflanze k

LUE

Strahlungsaufnahmerate

Trockenmassezuwachsrate

Trockenmasse Spross

Al lom et rie

GAI

Trockenmasse Blatt

Trockenmasse Stängel

[N]

N-Menge Spross

[N] N-Menge Blatt N-Menge Stängel

Entwicklung eines Pflanzenwachstumsmodells

Pflanzenwachstumsmodell

140

70

120

60

100

50

80

40

60

30

40

20

20

10

0

0 M rz

Fe

ez .0 D

O kt .

p. 0

N-Menge [kg/ha]

80

.0 5

160

b. 05

90

4

180

04

100

4

200

Se

Trockenmasse [g/m²]

Auflauf - EC 60

TM-Stängel TM-Blatt N-Menge Spross

Zusammenfassung • Standortvariabilität von Erträgen/Nettomineralisation/ Bodenwasser • Schätzung von TM & N-Mengen ↳LUE/[N]/Allometrie

• Abbildung im Pflanzenwachstumsmodell • Voraussetzung für teilflächenspezifische Düngung

Ausblick • Genauere Analyse der Bodenvariabilität • TM & N nach der Blüte • Umsetzung der Beziehungen im Pflanzenwachstumsmodell • Rückkopplung von [N] auf LUE • Kopplung mit Bodenwassermodell • Verbesserung in der Abbildung der HerbstEntwicklung • Konzept für teilflächenspezifische Düngungsempfehlung

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit