Uni Logo

FORSCHUNGSBERICHT 1999-2001

INDEX
Prev.:DFG-Forschergruppe: Keratinocyten - Proliferation und differenzierte Leistung in der Epidermis
Up:Forschungsbericht
Up:Forschergruppen

DFG-Forschergruppe: Optimierungsstrategien im Organischen Landbau

Allgemeine Angaben:
Institut für Organischen Landbau Katzenburgweg 3, 53115 Bonn
Telefon: (0228)/73 5616
Fax: (0228)/73 5617
eMail: iol@uni-bonn.de
WWW: http://www.uni-bonn.de/iol

Sprecher:
Prof. Dr. Ulrich Köpke

Projektleiter / Beteiligte Hochschullehrer:
Prof. Dr. H. Büning-Pfaue
Prof. Dr. H.-W. Dehne
Prof. Dr. U. Köpke
Prof. Dr. J. Krämer
Prof. Dr. K.-H. Kromer
Prof. Dr. G. Noga

Projektbereiche und Teilprojekte:

A:  Nutzung morphologischer Sortenmerkmale von Winterweizen als Strategieelement erhöhter Konkurrenzkraft gegenüber Unkräutern (Köpke, Eisele, Neuhoff, alle: Institut für Organischen Landbau)

B:  Optimierung des Retentionsverhaltens der cuticularen Penetration und biologischen Wirksamkeit von Pflanzenbehandlungsmitteln bei ausgewählten Getreidearten (Noga, Optenhöftel, Jakubowski, alle: Institut für Obstbau und Gemüsebau)

C:  Pflanzenkrankheiten bei Winterweizen unter besonderer Berücksichtigung der Fusariosen und der Mykotoxinbildung (Dehne, Oerke, Steiner, Meier, Schütze, alle: Institut für Pflanzenkrankheiten)

D:  Einfluss produktionstechnischer Faktoren (Sorte, Düngung, Standort) sowie Verarbeitungsparameter (Lagerung, Aufreinigung, Vermahlung, Backprozess) auf die mikrobiologische/hygienische Qualität von Winterweizen (Krämer, Backes, Birzele, alle: Institut für Pflanzenkrankheiten, Abt. Landwirtschaftliche- und Lebensmittel-Mikrobiologie)

E:  Charakterisierung der Backqualität von Weizen (Büning-Pfaue, Kühlsen, Wirries, alle: Institut für Lebensmittelwissenschaft und Lebensmittelchemie)

F:  Ertragsbildung und Knolleninhaltsstoffe in Abhängigkeit von Sorte und Rottemistdüngung und ihre Zusammenführung in einem Qualitätsindex von Kartoffeln (Köpke, Schulz, Brunsch, Neuhoff, alle: Institut für Organischen Landbau)

G:  Physikalisch-technische Methoden zur Messung zeitabhängiger Qualitätsmerkmale bei Kartoffeln (Kromer, Damerow, Koch, Nemeth, Harsawadana, alle: Institut für Landtechnik)

H:  Kontinuierliche NIR-Spektrometrische Qualitässicherung bei Kartoffeln (Büning-Pfaue, Hartmann, Diller, alle: Institut für Lebensmittelwissenschaft und Lebensmittelchemie)

Forschungsprogramm:

Ziel der Forschergruppe war es, auf der Basis produktionsökologischer, physikalisch-technischer, physiologischer und biochemischer Untersuchungen fächerübergreifend die wissenschaftlichen Grundlagen zur optimierten Erzeugung und Qualitätssicherung von Backweizen und Speisekartoffeln unter den Bedingungen des Organischen Landbaus zu erarbeiten, die Ergebnisse interdisziplinär auszuwerten, darzustellen und Handlungsanweisungen für die landwirtschaftliche Praxis abzuleiten.
Fragestellungen Backweizen: Verbesserung der Unkrautkontrolle durch Erhöhung der Beschattungskraft des Winterweizens mittels Sortenwahl (Wuchstypen), Standraumzumessung und differenzierte Bodenbearbeitung (Tag/Nacht). Identifikation von Sortenmerkmalen, die eine hohe Beschattungskraft gewährleisten. Optimierung des Retentionsverhaltens von im Ökologischen Landbau zugelassenen Pflanzenbehandlungsmitteln durch Zugabe verschiedener Netzmittel. Status-quo Analyse des Auftretens von Pflanzenkrankheiten an ökologisch angebauten Winterweizen unter besonderer Berücksichtigung von Fusariosen.Untersuchung der mikrobiellen Belastung von Winterweizen unter besonderer Berücksichtigung von Deoxynivalenol (DON) und Ochratoxin A (OTA).Analyse und Bewertung der Backqualität von Winterweizen unter besonderer Berücksichtigung der Gluteninuntereinheiten
Fragestellungen Speisekartoffeln: Quantifizerung der Ertragsbildung und des Knollenertrages in Abhängigkeit von Sortenwahl, organischer Düngung und Anwendung der biologisch-dynamischen Präparate, sowie Analyse der qualitätsbestimmenden Eigenschaften des Erntegutes mit konservativer (nasschemischer )Analytik; Nutzung dieser Referenzmethoden für die Entwicklung NIR-spektrometrischer Inhaltsstoffbestimmungen. Entwicklung der NIR-Spektrometrie zur schnellen und sicheren Inhaltsstoffanalyse der Speisekartoffeln. Zusammenführung diverser qualitätsbestimmender Parameter in einem Qualitätsindex. Prüfung physikalisch-technischer Methoden zur Messung der Produkt(Stoff-)Eigenschaften der Kartoffelknolle sowie zeitabhängiger Qualitätsmerkmale; kontinuierliche NIR-spektrometrische Qualitätssicherung.

Projektbereich A: Wichtigste Determinanten für eine hohe Konkurrenzkraft des Weizens sind schnelle Jugendentwicklung mit hohem Weizendeckungsgrad, hohe Bestandesdichten und Blattflächenindices sowie die Nutzung planophiler Sorten, die bei gleichem BFI eine höhere Beschattung aufweisen. Die als stickstoffeffizient beschriebenen und damit für die Bedingungen des Organischen Landbaus als potentiell besonders geeignet angesehenen Sorten waren standortübergreifend generell am ertragsstärksten und zeigten eine vglw. hohe Konkurrenzkraft durch Lichtentzug, die mit dem gleichzeitig ermittelten Unkrautdeckungsgrad z. T. negativ korrelierte. Die sortenspezifische Beschattung zeigte keine Wechselwirkungen zu Standort und Jahr, ein Sachverhalt, der auf den hohen genetischen Einfluß auf diese Eigenschaft und somit die mögliche züchterische Bearbeitung hinweist.

Projektbereich B: Durch Zusatz von Biotensiden (Alkylpolyglykoside und Alkylpolyethylenglycolether) wurden die Pflanzenbehandlungsmittel Natron- bzw. Kaliumwasserglas in ihrem Retentionsverhalten deutlich verbessert. Die erwünschte cuticuläre Penetration von Silizium konnte gefördert werden. Pilzbefall wurde unter Gewächshausbedingungen mit allen Natronwasserglasvarianten signifikant reduziert. Die Verbesserung der biologischen Wirkung von Natronwasserglas durch Zusatz ausgewählter oberflächenaktiver Substanzen wurde am Beispiel Puccinia tritici bestätigt. Zusatzstoffe zur Verbesserung der Regenbeständigkeit der Spritzbeläge wurden selektiert.

Projektbereich C: Die Halmlänge ist sortenabhängig mit dem Kornbefall mit Fusarium spp. ebenso eindeutig negativ korreliert, wie der Abstand des Fahnenblattes zur Ähre mit dem Fusarium- und Microdochiumbefall der Körner (R²=0,62). Es ließ sich kein Zusammenhang zwischen dem Befall mit Fusarium spp. und dem Deoxynivalenol (DON)-Gehalt der Körner feststellen. Die Höhe der DON-Belastung der Karyopsen stand in engem Zusammenhang zu den Witterungsverhältnissen während der Blüte. Hohe Niederschläge zum Zeitpunkt der Blüte und unmittelbar danach stehen in ursächlichem Zusammenhang zur DON-Belastung des Ernteproduktes. Die Auswirkung der Düngung auf den DON-Gehalt war nicht eindeutig. Hingegen wiesen die Proben eines integrierten, weder mit einem Halmverkürzer noch mit einem Fungizid behandelten Weizen um 4,3 fache höhere DON-Gehalte im Vergleich zum organisch angebauten Weizen auf. Einzelne Sorten hatten deutlich erhöhte DON-Gehalte. Die pflanzenbaulichen Faktoren sind in Bezug auf den Fusariumbfall der Ähren im Organischen Landbau derzeit als weitgehend optimiert anzusehen. Sortenwahl, Saatgutqualität und Kontrolle der Begleitflora als mögliche weitere potentielle Inokulumquelle bieten im Organischen Landbau noch Optimierungspotential.

Projektbereich D: Untersuchungen zur Mykotoxinbildung bei suboptimaler Lagerung in der Nacherntephase ergeben als unabdingbare Handlungsanweisung zur Einschränkung der Mykotoxinbelastungen die sofortige Trocknung von potentiell mit Fusarium befallenen Partien unmittelbar nach dem Drusch. Bei einem Großteil der ungereinigten Weizenproben (etwa 80%) aus organischem Anbau lag der Gehalt von Ochratoxin A (OTA) unterhalb der Nachweisgrenze von 0,4 µg/kg Trockenmasse. Nur in wenigen Proben wurden geringe, mit maximal 0,7 µg/kg weit unterhalb des in der EU geltenden Grenzwertes von 5 µg/kg Trockenmasse liegende Gehalte nachgewiesen.
Die DON-Belastung von gereinigtem Weizenkorn war in den meisten Proben vglw. niedrig. Mit Ausnahme weniger Proben des witterungskritischen Jahres 1998 lagen die DON-Gehalte aus fünf Untersuchungsjahren mit durchschnittlich 150 µg/kg deutlich unter dem in Österreich geltenden Richtwert von 500 µg/kg . Bei Weizen aus integriertem Anbau wurden demgegenüber unter gleichen Standortbedingungen im einjährigen Vergleich deutlich höhere (4,3 – 9,3fach) Gehalte an DON festgestellt, während sich die OTA-Gehalte nicht unterschieden.

Projektbereich E: Trotz des allgemein vglw. geringen Proteingehaltes ist auch im Organischen Landbau der enge Zusammenhang zwischen Rohproteingehalt und Parametern der Backqualität deutlich. Die korrelativen Beziehungen zwischen chromatographischen Kleberfraktionsdaten und Ergebnissen der Mehl-, Teig- und Backprüfung verdeutlichen, daß einzelne Fraktionen zum Teil deutlich positive Effekte auf die Qualität haben. Besonders auffällig ist der signifikante (positive) Zusammenhang der LMW-Glutenine mit den teigrheologischen Parametern, vor allem der Extensogramm-Energie (r=0,803) und der Dehnbarkeit (r=0,65). Damit können die Verarbeitungseigenschaften der Proben auch anhand von Kleberfraktionen bewertet und chromatographisch ermittelte Mindestgehalte festgelegt werden, die noch eine hinreichende Backqualität für Weizen aus Organischem Landbau mit potentiell niedrigem Kornproteingehalt ermöglichen. Nicht bestätigt wurde der generelle Qualitätsvorteil von Sorten mit den HMW-Untereinheiten 5+10 im Vergleich zu Sorten mit den Kombinationen HMW 2+12. Es sind vor allem die E-Sorten, die im Organischen Landbau hohe Backqualitäten aufweisen. Die E-Sorte Carolus (HMW 2+12) verfügt zudem über eine hohe Beschattungskraft durch planophile Blatthaltung (vgl. Projektbereich A).

Projektbereich F: Die Wahl von Sorten mit frühem Knollenansatz innerhalb einer Reifegruppe erwies sich neben der Realisierung einer großen Blattflächendauer als wichtigste ertragssichernde Maßnahme. Sortenbedingte Unterschiede fanden sich im Inhaltsstoffprofil (Stärke-, Ascorbinsäure- und Nitratgehalt) und im Nachernteverhalten, während der Mineralstoffgehalt der Knollen (P, K, Mg) in hohem Maße umwelt-, d.h. düngungsabhängig war. Im Gegensatz zu den bekannten Effekten erhöhter mineralischer N-Düngung sind relevante Qualitätseinbußen von hohen Rottemistgaben in der Regel nicht zu erwarten. Unter bestimmten Bedingungen (trockener Frühsommer) kann durch Rottemistdüngung ein möglicher ertragsrelevanter Kaliummangel vermieden werden. Durch Zusammenfassung zahlreicher Untersuchungsparameter in einem Qualitätsindex gelang eine unerwartet deutliche Differenzierung unterschiedlicher Varianten, vor allem mit den Knollen des Standortes Darmstadt (Varianten: mineralisch, organisch, biologisch-dynamisch, je 3 Düngungsstufen). In ähnlicher Weise konnte eine Qualitätsrangfolge der Varianten organischer und biologisch-dynamischer Düngung (3 Stufen) am Standort Wiesengut auf Basis der Inhaltsstoffparameter Trockenmasse, Kalium, Magnesium, Nitrat, und reduzierende Zucker berechnet werden.

Projektbereich G: Die durch eine gesteigerte Rottemistdüngung weitgehend unveränderten Rohproteingehalte der Knollen weisen darauf hin, daß die N-Wirkung des Rottemistes unabhängig von der Vorfrucht gering war. Entsprechend wurde auch bei den physikalischen Parametern (bspw. der Stoffeigenschaft Bruchkraft, einer quasi-statischen Beanspruchung der Knolle) keine signifikante Differenzierung der verwendeten Kartoffelsorten und der Düngungsintensität nachgewiesen.
Der vglw. geringe Einfluß der Rottemistdüngung auf Ertrag und Inhaltsstoffe wurde auch im Nachernteverhalten, gemessen an Atmungsverlusten und Keimneigung, festgestellt. Demgegenüber erwies sich der Sorteneinfluß auf das Lagerverhalten als signifikant.

Projektbereich H: Die Differenzierung von frisch geernteten Kartoffeln mittels NIRS war anhand des Trockenmassegehaltes möglich. Die aus erhöhter Stallmist-Applikation resultierenden erhöhten Wassergehalte, die zu einer Abnahme der Lagerungsqualität führen, können mittels der entwickelten NIRS-Methode identifiziert werden. Selbst anhand von Minor-Komponenten wie den reduzierenden Zuckern war die Abgrenzung der geprüften Sorte Agria, die als qualitativ hochwertig identifiziert wurde, anhand von NIRS-Vorhersagewerten möglich. Generell konnten die NIRS-Leistungsparamter eine hohe Vorhersagegenauigkeit für die Hauptinhaltsstoffe, Trockenmasse, Stärke und Rohprotein belegen. Der analytische Fehler der NIRS-Methode bei der Schätzung dieser Parameter war verglichen mit denen der Referenzmethoden etwa gleich hoch. Definieren lassen sich als wesentliche Zielgröße der Qualitätssicherung hohe Trockenmassegehalte der Knollen im Verbund mit hohen Trockenmasseerträgen.


eMail: Transfer und Öffentlichkeitsarbeit