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Agrarforschung

Auswirkungen von Stickstoffüberschuß auf den Kohlenstoffhaushaltbei Fichten im kontrollierten Versuch

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg/  Institut für Forstbotanik und Baumphysiologie - Lehrstuhl für Forstbotanik
Beate Mehne-Jakobs                                  
Mai 1994 - Dezember 1994

Problemstellung

In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Deposition von Stickstoffverbindungen in Mitteleuropa ständig erhöht. Diese Stickstoffeinträge sind wichtige Einflußfaktoren für das Wachstum und die Mineralstoffbilanz von Waldökosystemen. Besonders in Beständen, die durch suboptimale Mineralstoffverfügbarkeit gekennzeichnet sind, kann ein zusätzlicher Eintrag von Stickstoff zu Nährstoffmängeln, beispielsweise Magnesium- und Kaliummangel führen. Untersuchungen über die Zusammenhänge zwischen Stickstoffüberschuß, unausgewogener Magnesiumernährung und dem Kohlenstoffhaushalt liegen für Fichten bislang nicht vor.

Ziel

Mit der vorliegenden Untersuchung sollte geklärt werden, wie sich Stickstoffüberschuß sowie Stickstoffüberschuß kombiniert mit relativem Magnesiummangel auf den Kohlenhydrat- und Nährstoffhaushalt von Fichten auswirkt. Von besonderem Interesse dabei war die Untersuchung ernährungsbedingter Einflüsse auf die Photosynthese und den Kohlenhydratstoffwechsel.

Untersuchungsmethode

Für die Untersuchungen wurden einhundert 5-jährige Fichten eines Klones in einer speziellen Versuchsanlage im Freiland in Sandkultur gehalten und von Oktober 1993 bis April 1994 mit einer für Fichte optimal zusammengesetzten, ständig zirkulierenden Nährlösung versorgt. Ab Mai wurden die Versuchspflanzen in vier Varianten unterschiedlich ernährt. Ein Viertel der Fichten erhielt weiterhin die Kontrollnährlösung, während allen anderen Fichten eine fünffach konzentrierte Nährlösung verabreicht wurde um eine Stickstoffüberschußernährung zu erreichen. Dabei wurden alle Nährelemente in gleichem Verhältnis zum Stickstoff angeboten wie bei der Kontrolle. Bei zwei der drei Stickstoffüberschußvarianten wurde das Mg-Angebot auf 50% bzw. 20% der N-Überschußvariante reduziert.

Im Verlauf der Vegetationsperiode wurden Chlorophyllgehalte, maximale Photosynthesekapazität und Kohlenhydratgehalte der Nadeln bestimmt. Eine Analyse der Elementgehalte der Nadeln wurde am Ende der Untersuchung im Herbst durchgeführt.

Ergebnisse

Die Stickstoffüberschußbehandlung führte nach einer vorübergehenden leichten Erhöhung der Chlorophyllgehalte im Juni zu einem starken Pigmentabbau, der nach Abschluß der Differenzierungsprozesse der jüngsten Triebe einsetzte. Am Ende der Vegetationsperiode waren die Chlorophyllgehalte auf ca. 50% der Kontrolle reduziert. Eine Verminderung des Mg-Angebotes hatte keinen weiteren Einfluß auf die Chlorophyllgehalte der N-Überschußvarianten. Zum gleichen Zeitpunkt setzte auch eine behandlungsbedingte Reduktion der maximalen Photosynthesekapazität ein. Eine drastische Verminderung der Stärkegehalte der Nadeln der N-Überschußvarianten konnte dagegen bereits im Juli festgestellt werden. Die bei N-Überschuß vermehrt notwendige Assimilation von Stickstoff geht offensichtlich auf Kosten der Kohlenhydratproduktion. Neben der N-Konzentration spielt aber auch die angebotene N-Form für das Ausmaß der Beeinflussung des Kohlenhydrathaushaltes eine große Rolle.

Eine Erhöhung des NO 3 - /NH 4 + -Verhältnisses führte wegen des höheren Energieaufwandes für die Assimilation von Nitrat (zusätzlich notwendige Reduktion von Nitrat) zu einer stärkeren Verminderung der Stärkegehalte. Die Auswirkungen von N-Überschuß auf die Photosynthese und den Kohlenhydrathaushalt wurden durch die zusätzliche Verminderung des Mg-Angebotes nur wenig modifiziert. In Folge der N-Überschußbehandlung waren die N-Gehalte der jüngsten, nicht aber der 1-jährigen Nadeln erhöht.

Die Reduktion des Mg-Angebotes bewirkte eine Abstufung der Mg-Gehalte in beiden untersuchten Nadeljahrgängen. Werden die Mg-Gehalte in Relation zu den N-Gehalten der Nadeln ausgewertet, so zeigt sich eine Abnahme bereits bei der N-Überschußvariante, deren Mg-Angebot entsprechend dem N-Angebot angehoben worden war. Ein Vergleich der Ergebnisse mit denen des vorangegangenen Versuches zeigt erneut den modifizierenden Einfluß der angebotenen Stickstoffquelle. Die Verminderung des NO 3 - /NH 4 + -Verhältnisses in der N-Überschußvariante bewirkte eine stärkere Reduktion der Mg-Gehalte der Nadeln.

Konsequenzen für die Praxis

Erhöhte N-Einträge können zu überproportional erhöhtem Mg-Bedarf bei der Fichte führen, besonders dann, wenn Stickstoff vorwiegend als Ammonium vorliegt. Auf Standorten mit geringer Verfügbarkeit an Mg kann dieser erhöhte Bedarf in gewissem Umfang durch die Ausbringung Mg-haltiger Dünger kompensiert werden.

Literatur:
  • Mehne-Jakobs, B. (1994) Untersuchungen zum Kohlenhydrathaushalt unterschiedlich mit Stickstoff ernährter Fichten. Bericht an das Ministerium für Ländlichen Raum, Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Baden-Württemberg.
  • Mehne-Jakobs, B. (1995a) The influence of magnesium deficiency on carbohydrate concentrations in Norway spruce needles (Picea abies [L.] Karst.). Tree Physiology (in press).
  • Mehne-Jakobs, B. (1995b) Magnesium deficiency causes early reductions in photosynthesis of well-nourished Norway spruce. (submitted to Trees).
  • Mehne-Jakobs, B. (1995c) Auswirkungen von Stickstoffüberschuß auf den Kohlenstoffhaushalt bei Fichten im kontrollierten Versuch. Bericht an das Ministerium für Ländlichen Raum, Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Baden-Württemberg.

 

Fördernde Institution:    MLR

Förderkennzeichen:   55 - 94 . 29




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