Pflanzenverfügbares organisch gebundenes Phosphat in Abhängigkeit von Pflanzenart und Bodeneigenschaften

Abstract

Phosphor ist eine endliche Ressource. Deswegen wird in der Landwirtschaft nach Möglichkeiten gesucht, die Ressource zu schonen, um sie so lange wie möglich als Nährstofflieferanten zu erhalten. Verschiedene Recyclingmethoden, aber auch die Nutzung vorhandener P-Vorräte im Boden, wie z. B. organisch gebundenen Phosphaten (Porg), stehen im Fokus. In dieser Arbeit wurde die Mobilisierung von Phosphat aus Porg in verschiedenen Bodentypen, das Aneignungsvermögen von Phosphat aus Porg von verschiedenen Pflanzenarten bzw. -sorten, sowie das Zusammenspiel von Mobilisierung im Boden und Aneignung der Pflanze bzgl. Porg untersucht. Wie verschiedene Faktoren die Mobilisierung von Porg im Boden beeinflussen, wurde anhand von zwei Bodeninkubationsversuchen, die unter kontrollierten Bedingungen abliefen, untersucht. Es stellte sich heraus, dass der Bodentyp auf die Umsetzung von Porg zu Phosphat signifikanten Einfluss hat. Auch der pH-Wert beeinflusst die Mobilisierung signifikant. Bei unterschiedlichen Temperaturen (15°C und 25°C) konnten keine Unterschiede festgestellt werden. Der zweite Aspekt der Arbeit war die Fähigkeit zu untersuchen, wie gut sich Pflanzen Phosphat aus Porg aneignen können. In vorangegangenen Arbeiten wurden schon einige Kulturpflanzenarten, wie z. B. Mais oder Zuckerrübe dazu untersucht. In dieser Arbeit wurde die Kartoffel (Solanum tuberosum cvs. Belana und Marabel) dem Raps gegenübergestellt (Brassica napus cv. Carousel), von dem bekannt ist, dass er Porg nutzen kann. Es stellte sich im Versuch auf biologisch kaum aktivem Unterboden heraus, dass die Kartoffel (Solanum tuberosum cv. Belana) nur 11% des Phosphats aus Porg in Form von Na-Phytat nutzen konnte. Deswegen wurden weitere Untersuchungen bzgl. der Phosphataseaktivität (eine Möglichkeit der Pflanzen Phosphat zu mobilisieren) an den drei Versuchspflanzen vorgenommen, um mögliche Gründe der Unterschiede zwischen Pflanzenarten oder sogar -sorten zu finden. Beim Vergleich der Enzymkinetik konnte festgestellt werden, dass sich die Pflanzearten signifikant unterscheiden. Die Unterschiede zwischen den Kartoffelsorten waren nicht signifikant, jedoch eine gewisse Tendenz erkennbar, dass auch hier Unterschiede, evtl. auf molekulargenetischer Ebene, vorliegen. Sowohl im in vivo als auch im in vitro-Versuch wurde festgestellt, dass die Saure Phosphatase nicht einer Michaelis-Menten-Kinetik folgt, sondern einer negativen Kooperativität unterliegt. Zum Schluss wurden beide Faktoren (Pflanze und Boden) zusammen untersucht, ob die genetischen Unterschiede bzgl. der Phosphataneignung aus Borg sich nur bei eingeschränkt biologischer Aktivität des Bodens zeigen. Dazu wurde ein biologisch aktiver Oberboden verwendet und die drei Genotypen mit drei Düngungsvarianten darauf angezogen. Es konnten keine Unterschiede in der Porg-Aneignung festgestellt werden. Daraus lässt sich schließen, dass viele Einflussfaktoren in diesem komplexen System Pflanze/Boden noch nicht bekannt sind bzw. noch nicht untersucht wurden. Es scheint jedoch so, dass Pflanzen Systeme entwickelt haben, wie sie mit oder ohne Hilfe von Mikroorganismen, Phosphat aus Porg-Verbindungen mobilisieren können. Deshalb sollten Methoden entwickelt werden, um Porg standardmäßig in Böden zu untersuchen, um P-Düngemittel bei entsprechend fähigen Pflanzen einsparen und dadurch die P-Vorkommen besser schonen zu können. Phosphorus is an exhaustible raw material. For this reason agriculture is searching for possibilities to conserve the resource, keeping it as a nutrient supplier as long as possible. Various recycling methods, but also the use of available P in the soil, such as organically bound phosphates (Porg), stand at the focal point of view. In this work, the mobilization of phosphate from Porg in different types of soil, the uptake capacity of phosphate from Porg of different plant species or varieties, as well as the interaction of mobilization in soil and uptake efficiency Porg of the plant was investigated. How different factors affect mobilization of Porg in soil was investigated with two soil incubation trials that took place under controlled conditions. It turned out that the type of soil has significant impact on the mobilization of phosphate from Porg. Also the pH-value influenced the mobilization significantly. At different temperatures (15°C and 25°C), no differences were found. The second aspect of the work was to investigate the ability of how well plants can acquire phosphate from Porg. In previous works already some other crop species, such as corn or sugar beet have been studied. In this work potato (Solanum tuberosum cvs. Belana and Marabel) was opposed to oilseed rape (Brassica napus cv. Carousel) which is known to be able to use Porg. In a trial with hardly biological active soil it turned out that the potato (Solanum tuberosum cv. Belana) could only use 11% of the phosphate derived from Porg in form of Na-phytate. Therefore further investigations of the phosphatase activity (one possible kind of mobilizing phosphate by the plant) had to be done by testing the three plants to find possible causes of the differences between plant species or even varieties. When comparing the enzyme kinetics significant differences of the plant species were observed. The differences between the varieties of potatoes were not significant, however, a certain tendency can be seen that differences possible at the molecular genetic level might occur. Both in vivo- as well as in in vitro-trials showed that acid phosphatase does not follow Michaelis-Menten kinetics, but a negative cooperatively. Finally, both factors (plant and soil) were examined together, whether the genetic differences of phosphate acquisition from Porg only occur at limited biological activity of the soil. A biologically active topsoil was used and the three genotypes with three fertilization treatments were grown on it. There were no differences in the Porg acquisition. This suggests that many factors in this complex plant/soil system are not yet known or have not yet been studied. However, it appears that plants have developed systems for phosphate mobilization from Porg compounds with or without the aid of microorganisms. Therefore, methods should be designed to investigate Porg in soils by default to reduce P-fertilizer in accordance to plant types and to protect the P-deposits better.