OptiBeet: Pflanzenbauliche und züchterische Strategien zur Optimierung der Wassernutzungseffizienz von Zuckerrüben

Projektleitung

Gernot Bodner

Forschungseinrichtung

Universität für Bodenkultur

Projektnummer

101439

Projektlaufzeit

-

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus| Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Allgemeine Projektinformationen

Schlagwörter (deutsch)

Wassernutzungseffizienz, Zuckerrübe, Evaporation, Wasserisotope

Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)

Titel (englisch)

Agronomic and breeding strategies to optimize water use efficiency of sugar beet

Projektziele

Das Projektziel ist es, Strategien zur Erhöhung der Ertragssicherheit im Zuckerrübenanbau unter Trockenbedingungen zu entwickeln. Das Projekt strebt dabei eine Integration züchterischer und agronomischer Ansätze an. Für die gezielte Sortenwahl und -entwicklung werden Optimierungspotentiale über wassersparende Blattarchitektur sowie verbesserte Nutzung von Winter-niederschlägen aus tieferen Bodenschichten untersucht. Die unterschiedlichen Sortentypen werden unter zwei Anbausystemen (Pflug vs. Mulchsaat) und zwei Standortbedingungen (hohe vs. niedrige nutzbare Feldkapazität) geprüft, um damit angepasst Systemlösungen für die Zuckerrübenproduktion im semiariden Klimaraum (nordöstliches Flach- und Hügelland) Österreichs zu entwickeln.
Die konkreten Ziele des Projekts sind:
(1) In-situ Bewertung von Sorten-Unterschieden in der Bodenwassernutzung auf Grundlage der Analyse von Wasserisotopensignaturen.
(2) Definition trockenheitsresistenter Sortenideotypen hinsichtlich Blattapparat und Wurzelleistung als strategischer Rahmen für Sortenempfehlung und Züchtung.
(3) Quantifizierung des Reduktionspotentials von Evaporationsverlusten durch Mulchsaat bei unterschiedlichem standörtlichem Wasserspeichervermögen des Bodens.
(4) Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Sortentyp, Anbausystem und Standortbedingungen und modellbasierte Entwicklung von Strategien zur Anpassung an Trockenheit unter künftigen Klimabedingungen im österreichischen Zuckerrübenbau.
Dem Projekt liegen folgende Hypothesen zugrunde:
(1) Sorten mit tieferen Wurzelsystemen nutzen anteilig mehr Bodenwasser, das durch Winterniederschläge neugebildet wurde, und weisen in tieferen Bodenschichten daher eine stärkere Veränderung der Wasserisotopensignatur auf als Sorten, die auf oberflächennahe Bodenwasserressourcen angewiesen sind.
(2) Auf Standorten mit hoher Wasserspeicherfähigkeit haben Zuckerrübensorten mit hohem Potential der Winterfeuchtenutzung (tiefes Wurzelsystem) eine höhere Ertragsfähigkeit als Sorten mit sparsamer Wassernutzung. Auf Standorte mit geringerer Wasserspeicherfähigkeit dagegen sind Sorten mit sparsamer Wassernutzung (reduzierter Blattapparat) ertragsfähiger.
(4) Auf Standorte mit geringer Speicherfähigkeit hängt die Ertragsfähigkeit vor allem von der produktiven Nutzung der Niederschläge in der Vegetationszeit ab. Auf diesen Standorten ist die Reduktion von Evaporationsverlusten durch Mulchsaatsystemen von größerer Bedeutung für die Ertragsfähigkeit als auf gut speicherfähigen Standorten.
Es wird erwartet, dass die Ergebnisse des Forschungsprojekts eine verbesserte, standortangepasste Sortenempfehlung sowie optimierte Anbausysteme für die Rohstoffaufbringung in der österreichischen Zuckerrübenproduktion erlauben und damit die Zuckerrübe als wichtiges Fruchtfolgeglied in den Ackerbausystemen in Österreich auch zukünftig sichern. Im Speziellen erwarten wir folgende Ergebnisse aus der erfolgreichen Durchführung des Projekts:
1. Erhöhung der Wassernutzungseffizienz von Zuckerrübensorten: Es wird erwartet, dass die Trockenstressresistenz der Zuckerrübe sowohl durch die Verbesserung der Wassernutzung aus tiefen Bodenschichten also auch durch einen lichtnutzungseffizienten Blattapparat mit geringerer Transpirationsoberfläche verbessert werden kann. Das Projekt wird zu einer besseren Sortenanpassung an den Standort beitragen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Effektivität der jeweiligen Wassernutzungsstrategie (aufnahmeoptimierte Tiefwurzler vs. verbrauchsoptimierte Blattarchitektur) aufgrund des Bodenspeicherpotential des Standortes vorhergesagt werden kann.
2. In-situ Methodik für wassereffiziente Zuckerrübenproduktion: In außereuropäischen Trockenregionen konnte für Weizen klar nachgewiesen werden, dass die Fähigkeit von Sorten zur Nutzung von Bodenfeuchtevorräten aus tiefen Bodenschichten einen signifikanten Ertragseffekt hat (Kirkegaard et al., 2007). Bei Zuckerrübe ist die Wasserverfügbarkeit um die Zeit des Reihenschlusses für die Ertragsbildung entscheidend, wobei zu dieser Zeit eine heiße Witterung (hohes Sättigungsdefizit der Atmosphäre) sowie eine geringe Nachlieferung aus dem Niederschlag zu signifikanten Ertragseinbußen führen kann. Es wird erwartet, dass der Zuckerrübenertrag einen signifikanten Zusammenhang mit den Veränderungen der Isotopenverhältnisse des Bodenwassers zeigt, die einen Indikatoren für eine effiziente Pflanzenwassernutzung darstellen (Wasseraufnahme aus tiefen Bodenschichten, Reduktion der Bodenevaporation). Die Bestimmung der Wasserisotopenverhältnisse stellt daher eine Methodik zur Bewertung der Herkunft der Wasserquelle und damit der Wassereffizienz von Sorten und Produktionssystemen dar.
3. Standortangepasste Produktionssysteme: Bodenevaporation führt bei Zuckerrüben bis Reihenschluss zu einem hohen Wasserverlust, der durch den Trend zu höheren atmosphärischem Sättigungsdefizit weiter ansteigen wird. Das Projekt wird die Eignung von Mulchsaatsystemen zur Verringerung der Bodenevaporation und die damit zu erzielenden Ertragszuwächse bei unterschiedlichen Sortentypen (hoher vs. geringer Blattflächenindex) und Standorteigenschaften (hohe vs. geringe Speicherfähigkeit) aufzeigen. Optimierung der Bodenbedeckung im Anbausystem durch Zwischenfrucht-Mulchsaatsysteme in Verbindung mit rasch den Boden abdeckenden Sorten bedeutet auch eine effizientere Unterdrückung des Beikrautdruckes (biologischer Produktion) sowie eine Sicherung der Bodenfruchtbarkeit (Humus, Struktur) in Verbindung mit verbesserter Wassereffizienz. Es wird erwartet, dass über die Isotopenveränderung im Oberboden die Effektivität von Mulchsaatsystemen quantifiziert werden kann (Hsieh et al, 1998) und besonders bei Sorten mit geringem Blattapparat (wassersparende Typen) Mulchsaat einen hohen Beitrag zur Optimierung der Wassernutzungseffizienz im Produktionssystem beiträgt.
4. Abschätzung von Risiko- und Optimierungspotentialen: Die empirischen Erkenntnisse über standortspezifische Sorten- und Anbausystem-Einflüsse auf Pflanzenwassernutzung und Evaporation werden über ein hydrologisches Modell verallgemeinert und anhand von regionalen Klimaszenarien zur genauen Analyse und Prognose des künftigen Produktionsrisikos verwendet. Dabei werden auch die Wassersparpotentiale von verbesserten Sorten und Produktionssystemen im Hinblick auf deren Risiko-Minimierungspotential abgeschätzt.
Literatur
Hsieh JC, Chadwick OA, Kelly EF, Savin SM. 1998. Oxygen isotopic composition of soil water: quantifying evaporation and transpiration. Geoderma 82 269-293.
Kirkegaard JA, Lilley JM, Howe GN, Graham JM. 2007. Impact of subsoil water use on wheat yield. Australian Journal of Agricultural Research 58, 303-315.

Praxisrelevanz

Die Zuckerrübenproduktion ist durch Veränderungen in der europäischen Marktordnung und Herausforderungen im Bereich Pflanzenschutz (verfügbare Herbizide, Rübenderbrüssler) in Österreich unter Druck gekommen und hat deutlich an Fläche eingebüßt. Vom pflanzenbaulichen Standpunkt, insbesondere auch im Hinblick auf prognostizierte Entwicklungen der Trockenheitssituation, stellt die Zuckerrübe jedoch ein wichtiges Fruchtfolgeglied dar, da sie zu den Kulturen mit hoher Trockenresistenz gehört.
Die Sicherung der heimischen Rohstoffproduktion bei Zuckerrübe bei gegebenem Marktumfeld bedeutet daher im Wesentlichen eine hohe Ertragssicherheit zu gewährleisten, um so die Zuckerrübe für Landwirte weiterhin zu einer profitablen Kultur in der Fruchtfolge zu machen. Angesichts der Unsicherheit im Wachstumsfaktors Wasser als wichtigstem ertragsbegrenzenden Faktor im Osten Österreichs gilt es, die Zuckerrübenproduktion weiter hinsichtlich Trockenheitsresistenz zu optimieren. Dies ist durch eine effizientere Nutzung der verfügbaren Wasserressourcen möglich, insbesondere durch (i) die Verringerung der Verluste über Bodenverdunstung (Mulch), (ii) die Nutzung tiefliegender Wasserreserven, die durch flacher wurzelnde Kulturen in der Fruchtfolge nicht genutzt werden können („Wurzelraum-Kompartimentierung“), und (iii) eine Verbesserung des Wachstumspotentials bei gegebener pflanzenverfügbarer Wassermenge (Transpirationseffizienz).
Die Zuckerrübe stellt im Nordöstlichen Flach- und Hügelland nach wie vor flächenmäßig eine tragende Kulturart dar. Die Sicherung der landwirtschaftlichen Rohstoffproduktion in Österreich erfordert daher Produktionsstrategien und angepasste Sorten, die an die vorherrschenden und künftigen klimatischen Bedingungen optimal angepasst sind. Die Steigerung der Wassereffizienz im Rahmen von, den Boden schützenden, Anbausystemen (Zwischenfrucht, Mulchsaat) steht dabei im Mittelpunkt. Aus diesem Grund hat das vorliegende Projekt eine hohe Bedeutung für die nachhaltige Sicherung des österreichischen Ackerbaus, die über die Produktionssicherheit der Zuckerrübe hinaus-geht, da es Verbesserungspotentiale in der Wassernutzungseffizienz aufzeigt und Methoden entwickelt, mit denen bestehende Systeme evaluiert und optimiert werden können.