Backqualität von Winterweizen bei variierender Stickstoff-Düngung und unter Berücksichtigung modifizierter Bewertungskriterien

Abstract

Das Ziel der durchgeführten Untersuchungen bestand darin, den Einfluss einer reduzierten N-Düngung auf den Kornertrag und das Backverhalten von Weizen (Triticum aestivum L.) zu bewerten. Des Weiteren sollte die Vergleichbarkeit der Analyse-Methoden, Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) und nasschemische Standard- Methoden, geklärt werden. Dazu wurden in den Jahren 2016 bis 2018 in den Versuchsstationen Gießen und Rauischholzhausen der Justus-Liebig-Universität Gießen zweifaktorielle Parzellenversuche als randomisierte Blockanlage durchgeführt. Als Prüffaktoren wurden zum einen die N-Düngung, die zehn unterschiedliche Varianten beinhaltete, untersucht. Diese unterschieden sich in der N-Menge (Sigma 180- 240 kg N/ha), N-Form und im -Applikationstermin. Zum anderen wurde der Prüffaktor Sorte mit jeweils zwei E- und A-Sorten untersucht. Alle Faktorkombinationen wurden in vierfacher Wiederholung angelegt, sodass jährlich ein Parzellenversuch mit 160 Teilstücken je Standort ausgewertet werden konnte. Dafür wurde ein lineares Modell mit fixen Faktoren (N-Düngung, Sorte und Jahr) verwendet. Als Prüfmerkmale wurden jedes Jahr Nmin-Gehalte im Frühjahr und nach der Ernte im Boden, morphologische Pflanzenmerkmale, Vegetationsindices, Kornerträge sowie indirekte (Proteingehalt, Feuchtklebergehalt, Glutenindex, GMP, Sedimentationswert und Fallzahl) und direkte Weizen-Qualitätsparameter (RMT- und OBT-Backversuche) bestimmt. Die erhobenen Daten wurden mittels RStudio statistisch ausgewertet.Anhand der dreijährigen Versuche konnte gezeigt werden, dass an beiden Standorten ein erhebliches N-Einsparpotential bezüglich des Kornertrages vorhanden war. Die Rest-N-Gehalte bewegten sich auf einem niedrigen Niveau (ca. 20 - 30 kg N/ha). Zudem ging die Stickstoffnutzungseffizienz mit zunehmendem N-Einsatz zurück. Jedoch konnten mit einem reduzierten N-Management die Qualitätsanforderungen der herkömmlichen Standardmethoden, wie Proteingehalt oder Backvolumen des RMT, nur selten erfüllt werden. Positiv hervorzuheben war, das mit dem optimierten Backtest (OBT), trotz des geringeren Stickstoffeinsatzes, überwiegend gute bis sehr gute Backvolumina erzielt werden konnten. Aufgrund der Verwendung des Knetzeitoptimums wurde beim OBT das Potential jeder Sorte vollständig ausgeschöpft. Die Teige waren weder unter- noch überknetet. Zwischen den Ergebnissen der Backtests und dem Glutenin-Makropolymer (GMP) waren keine engen Korrelationen vorhanden. Zwar wiesen die E-Sorten tendenziell einen höheren Gehalt an GMP als die A-Sorten auf, dennoch erzielte RGT Reform ebenfalls hohe Werte. Weiterhin konnte beobachtet werden, dass die N-Düngung keinen signifikanten Einfluss auf den GMP-Gehalt hatte. Daher ist davon auszugehen, dass der GMP- Gehalt im hohen Maße genetisch bestimmt wird. Darüber hinaus wurde angenommen, dass der Gliadin-Anteil im Vergleich zum Glutenin-Anteil mit zunehmender N-Düngung stärker anstieg, sodass die Teige weicher wurden. Durch die nachlassende Festigkeit wurden geringere Volumenausbeuten erzielt. Dies konnte auch mithilfe des Glutenindexes validiert werden, der mit zunehmender N-Düngung abfiel. Anhand dieser Resultate konnte belegt werden, dass ein gutes Backergebnis nicht nur von der Proteinmenge, sondern entscheidend von der Proteinzusammensetzung bestimmt wird. Daher wird prognostiziert, dass die Sortenwahl im Qualitätsweizen-Anbau in Zukunft eine noch größere Rolle spielen wird.Neben dem Klebereiweiß sollten die Viskositätseigenschaften der Stärke nicht vernachlässigt werden. Durch feuchte Bedingungen vor und während der Ernte kann die Backfähigkeit stark verschlechtert werden. Damit nimmt das Merkmal Fallzahlstabilität eine hohe Priorität ein, besonders bei zunehmenden Witterungsextremen. Der Methodenvergleich zwischen den nasschemischen Analysen und der NIRS ergab eine sehr gute Vergleichbarkeit für den Protein- und den Feuchtklebergehalt. Besonders für den Feuchtklebergehalt sind die hohen Korrelationen hervorzuheben, da die Standardmethode fehleranfällig ist. Für den Sedimentationswert war die Vergleichbarkeit des Sedimentationstests nach Zeleny und der NIRS-Analytik nicht gegeben. The aim of the present work was to assess the influence of reduced N fertilization on grain yield and baking performance of winter wheat (Triticum aestivum L.). Furthermore, we conducted the comparability of near infrared spectroscopy (NIRS) and classical wet chemical methods for protein content, wet gluten content and Zeleny sedimentation. The field trials carried out in the years 2016, 2017 and 2018 at two research stations (Gießen, Rauischholzhausen) of the Justus-Liebig-University Gießen. The two-factor experiment laid out as randomized block design in four replications. The first factor was the N fertilization that included ten different treatments which varied in amount (Sigma 180-240 kg N/ha), form and timing of nitrogen application. The second factor was the variety. The experiment contained two varieties of the quality group E (Elite wheat) and two varieties of quality group A (Quality wheat). In every year was a field experiment that included 160 single plots for both locations, which are evaluable for statistical analysis with RStudio. A linear model with fix factors (N fertilization, variety and year) is used. The investigated parameters were nitrogen content in soil in early spring and after harvesting, morphological plant parameters, vegetation indices, grain yield as well as indirect (protein content, wet gluten content, gluten index, GMP, Zeleny sedimentation and falling number) and direct quality parameters (RMT- and OBT baking tests).The three years experiment showed a considerable potential for reducing the N fertilization to obtain no significant decrease in grain yield for both locations. There was a low nitrogen content after harvesting overall years and locations (20 - 30 kg N/ha). Moreover, the nitrogen use efficiency decreased with increasing the dose of N fertilizer. The results also showed that the standard quality requirements for wheat like protein content or loaf volume (RMT) cannot achieved under reduced N amount. It established that the samples achieved good to very good results under lower N management through the optimized baking test (OBT). Because of using the mixing time optimum the baking test exploit the whole potential of the wheat samples. Thereby the doughs neither too under- nor too over-kneaded. There was no close relationship between loaf volume of the baking tests and glutenin macropolymer (GMP). In comparison to E varieties which tended to higher GMP level, the A variety RGT Reform showed also a high GMP content. In addition, it could be observed that the GMP was not influenced by the N fertilization. It can be assumed that the glutenin subunit GMP is high genetically determined. Beyond that, there was a stronger increase in gliadin than in glutenin with increased N fertilizer amount resulting in softer doughs. Due to the decreasing strength of dough lower loaf volumes were achieved. The gluten index provided similar results which decreased with growing N fertilizer dose. Based on these results, it was possible to prove that a good baking result is not only determined by the amount of protein, but also crucially by the protein composition. It is therefore predicted that the choice of variety will play an even greater role in quality wheat cultivation in the future.In addition to the gluten, the viscosity properties of the starch should not be neglected in order to achieve a good baking result. Due to wet conditions before and during harvest can cause serious damage to baking properties of wheat. For this purpose, the stability of falling number becomes a key parameter especially in times with increase in extreme weather conditions. For the protein and wet gluten content the data confirmed a high comparability of NIRS and classical wet chemical methods. The high correlations should be emphasized especially for the wet gluten content, since the standard method is prone to errors. For the sedimentation value, the Zeleny sedimentation test and the NIRS analysis were not comparable.