Einleitung CO² und NOX(NO+NO²) gelten als schädliche Umweltgase, die sich in der Erdatmosphäre anreichern. Sie entstehen vorwiegend durch die Nutzung fossiler Energie und fördern den Klimawandel. Unter anderen wird der Landwirtschaft und dem Gartenbau vorgeworfen zu viel davon zu produzieren. Dazu soll angemerkt werden, dass Nutzpflanzen je nach Art unterschiedlich stark CO² und NOX über die Blätter aufnehmen und mit Hilfe von Lichtenergie in die verschiedenen Pflanzenteile einbauen. Sie sind Hauptnährstoffe für die Pflanzen. In Apfelanlagen werden sie in Stämmen, Ästen und Wurzeln jahrelang in Form von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) gespeichert und tragen damit wesentlich zur Verringerung der genannten Umweltgase bei, wenn sie nicht nach der Rodung durch Verbrennung wieder freigesetzt werden.
Über die Aufnahme und den Einbau von NOX in den Pflanzenstoffwechsel wissen wir bisher noch wenig. Anders ist das bei CO² bzw. bei Kohlenstoff. Um eine Vorstellung zu bekommen wieviel Kohlenstoff in Apfelbäumen unter verschiedenen Bedingungen gespeichert wird, versuche ich im Folgenden an Hand von Untersuchungen zu errechnen wieviel davon in Apfelbäumen unter verschiedenen Bedingungen eingelagert wurde. Gleichzeitig ergeben sich daraus mehrere Fragen auf die eine Antwort gefunden werden soll.
Frage 1. Wieviel Kohlenstoff befindet sich in den verschiedenen Pflanzenteilen von unterschiedlich alten Apfelbäumen auf schwachwachsender Unterlage zur Erntezeit?
Die Untersuchungen dazu erfolgten an Bäumen der Sorte ‘Golden Delicious’ auf schwach wachsender Unterlage. Sie wurden entweder im Freiland oder in Lysimetern kultiviert. Alle Anbau- und Pflegemaßnahmen erfolgten nach herkömmlichen Verfahren. Die Äpfel wurden jeweils im Oktober geerntet und die Bäume in Wurzel, Stamm, Sprosse und Blätter zerlegt. Alle Teile wurden bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. In zahlreichen Trockensubstanzproben aus den Pflanzenorganen konnte der Kohlenstoffgehalt bestimmt werden. Deshalb ist es möglich aus der ermittelten Trockensubstanz der Bäume den Kohlenstoffgehalt zu errechnen.
Tab.1: Kohlenstoffgehalt in verschiedenen Pflanzenteilen von vierjährigen Apfelbäumen der Sorte ‘Golden Delicious’ auf M9
Pflanzenorgan Kohlenstoffgehalt (g) Anteil i. % Wurzel 187.6 11.06 Stamm, Sprosse 317.5 18.72 Blätter 190.0 11.22 Früchte 1000.5 59.00 -------------------------------------------------------------------------------------------- Gesamtgewicht 1695.6 100.00
Der hohe Kohlenstoffgehalt in den Pflanzenorganen, besonders in den Früchten, zeigt die Bedeutung von C als Nährstoff für die Apfelbäume. Mehr als die Hälfte des C-Gehaltes der Bäume befand sich in den Früchten. Aber auch die C-speichernden Wurzeln, Stamm und Sprosse enthalten beachtliche Mengen (505.1 g/Baum).Werden diese Durchschnittswerte von jeweils 16 untersuchten Bäumen auf eine entsprechend intensive Pflanzung von 2800 Bäumen pro ha umgerechnet, dann hat eine derartige Anlage innerhalb von nur vier Jahren 1414.3 kg C/ha in Wurzeln, Stämmen und Sprossen gespeichert. In den Ernteprodukten befanden sich im vierten Standjahr 2801.4 kg C /ha.
In einer zweiten Tabelle werden die C- Werte von fünfjährigen Bäumen der Sorte Golden Delicious auf M9 dargestellt.
Tab.2: Kohlenstoffgehalt in verschiedenen Pflanzenteilen von fünfjährigen Apfelbäumen der Sorte Golden Delicious auf M9
Pflanzenorgan Kohlenstoffgehalt (g) Anteil i.% _____________________________________________________ Wurzel 205.9 8.18 Stamm, Sprosse 667.5 26.53 Blätter 318.5 12.66 Früchte 1323.8 52.63 _______________________________________________________ Gesamt 2515.7 100.00
Die fünfjährigen Bäume zeigen eine wesentliche Steigerung der Kohlenstoffeinlagerung im Vergleich zu den vierjährigen, auch wird nochmals deutlich, dass die Früchte die C-Einlagerung dominieren. Mehr als 50 % des aufgenommenen Kohlenstoffs steckte in den Äpfeln. Umgerechnet auf eine entsprechende Pflanzung mit 2800 Bäumen speicherten die Wurzeln, Stämme und Sprosse insgesamt 2445.52 kg Kohlenstoff pro ha. In den Früchten befanden sich 3706.64 kg C/ha.
Die Ergebnisse zeigen, dass Kohlenstoff ein Hauptnährstoff für die Pflanzen und ein wichtiger Bestandteil für den Fruchtertrag ist. Er wird in Form von Kohlendioxid bei Apfelbäumen vorwiegend auf der Unterseite der Blätter aufgenommen. Anbautechnisch ist deshalb auf gesundes, ausreichend belichtetes Blattwerk zu achten. Die Anreicherung von CO² in der Atmosphäre fördert die Kohlenstoffaufnahme der Bäume und damit auch die Erträge.
Anmerkung Die Trockensubstanzverteilung in Apfelbäumen aus verschiedenen Versuchspflanzungen wurde in mehreren Veröffentlichungen mitgeteilt und statistisch bearbeitet. Alle Literaturhinweise dazu werden am Ende nach Beantwortung der folgenden Fragen mitgeteilt:
Frage 2: Wie hoch ist die Kohlenstoffeinlagerung in Apfelbäumen in Abhängigkeit vom Fruchtbehang?
Frage 3: Welchen Einfluss hat die Nährstoffversorgung auf die Kohlenstoffeinlagerung in Apfelbäumen?
Frage 4: Wie wirken Trockenheit und Fruchtbehang auf die Kohlenstoffeinlagerung und Verteilung in Apfelbäumen?
Frage 5: Welchen Einfluss hat stauende Nässe auf die Kohlenstoffeinlagerung und Verteilung in Apfelbäumen?
Frage 6: Wie hoch ist die Kohlenstoffeinlagerung im Hauptertragsalter von Apfeldichtpflanzungen pro ha?
Kohlenstoff in Apfelbäumen
2. Kohlenstoffeinlagerung in Abhängigkeit vom Fruchtbehang
An Beispielen in Kapitel 1 konnte an vier- bzw. fünfjährigen Apfelbäumen auf schwach wachsender Unterlage gezeigt werden, dass zur Erntezeit etwa die Hälfte des insgesamt eingelagerten Kohlenstoffes sich in den Früchten befand. Wie aber verhält sich die Kohlenstoffaufnahme und - Verteilung in Apfelbäumen, die als Folge von Alternanz oder Blütenfrostschäden keine Früchte tragen? Dies konnte an vier- und fünfjährigen Bäumen der Sorte ‘Golden Delicious’ auf M9 ermittelt werden.
Dafür wurden bei 8 Bäumen die Blüten in frühem Stadium der Entwicklung entfernt während die fruchtragenden Vergleichsbäume jeweils etwa 100 Früchte trugen. Es könnte eingewendet werden, dass Bäume, die entblütet wurden sich anders verhalten als solche, die keine Blüten bildeten. Auch das konnte untersucht werden. Dabei zeigte sich, dass die entblüteten Bäume schnell im vegetativen Wachstum aufholten und im Oktober alle Bäume sowohl gleiches Gewicht als auch gleiche Trockensubstanzverteilung aufwiesen.
Tab. 1: Kohlenstoffgehalt C/g in verschiedenen Pflanzenteilen von vierjährigen Apfelbäumen der Sorte ‘GoldenDelicious’ auf M9 in Abhängigkeit vom Fruchtbehang
Fruchtbehang Pflanzenorgan ohne Früchte mit Früchten g g
Wurzel 287.4 187.6 Stamm/Sprosse 411.7 317.5 Blätter 262.4 190.0 Früchte 1000.5 ___________________________________________________ Gesamt 961.5 1695.6 Tab.2: Prozentuale Anteile des insgesamt eingelagerten Kohlenstoffs pro Pflanze in den verschiedenen Pflanzenteilen von vierjährigen Apfelbäumen auf M9
Fruchtbehang Pflanzenteil ohne Früchte % mit Früchten% ___________________________________________________ Wurzel 29.9 11.1 Stamm/Sprosse 42.8 18.7 Blätter 27.3 11.2 Früchte 59.0 ____________________________________________________ 100.0 100.0 Die Tabelle 1 zeigt die aufgenommene Kohlenstoffmenge und- Verteilung von vierjährigen Bäumen zur Erntezeit im Oktober. Es wird deutlich, dass die Bäume ohne Fruchtbehang wesentlich mehr Kohlenstoff in den Wurzeln, Sprossen und Blättern eingelagert hatten als tragende. Bei Letzteren befand sich jedoch ein sehr hoher Anteil des eingelagerten Kohlenstoffs in den reifen Früchten. Deshalb hatten die fruchtragenden Bäume insgesamt deutlich mehr Kohlenstoff eingelagert als die Nichtfruchtenden. Es zeigte sich, dass die Früchte das Wachstum von Wurzeln, Stamm, Sprossen und Blättern deutlich verringerten wie es in mehreren Arbeiten betätigt wurde und auch der Praxis bekannt ist. Das würde bedeuten, das geringere Blattmasse der fruchttragenden Bäume mehr Kohlenstoff aufgenommen hat als die größere Blattmasse der Bäume ohne Früchte.
Tatsächlich ist auch dieses Phänomen mehrmals bestätigt worden. Die Blätter fruchttragender Bäume nehmen intensiver CO² auf als solche ohne Früchte und dies vor allem während des schnellen Wachstums der Äpfel im August. Dafür gibt es mehrere Erklärungen, die vielleicht Wichtigste davon ist die, dass bei Fruchtbehang die entstehenden Assimilate relativ schnell aus den Blättern in die Früchte verlagert werden während es bei nichttragenden Bäumen nach Triebabschluss zu einem gewissen Rückstau von Assimilaten in den Blättern kommt, der die CO²-Aufnahme und -verarbeitung beeinträchtigt.
Die Kohlenstoffeinlagerung betrug umgerechnet bei den vierjährigen nichtfruchtenden Bäumen in Wurzeln, Stamm und Sprossen 1957.5 kg C/ha und in den fruchttragenden 1414.3 kg C/ha .Bei letzteren befanden sich 2801.4.kg C/ha in den reifen Früchten. Das dokumentiert nochmals, dass fruchttragende Bäume insgesamt wesentlich mehr Kohlenstoff eingelagert hatten als nichtfruchtende.
Wie aber sieht die Kohlenstoffeinlagerung bei fünfjährigen Bäumen aus, die in drei Jahren hintereinander vollen Ertrag brachten im Vergleich zu solchen die fünf Jahre lang keine Früchte trugen?
Tab. 3: Gesamtkohlenstoffeinlagerung (kumulativ) C /g in fünfjährigen Bäumen der Sorte ‘Golden Delicious’ auf M9 in Abhängigkeit vom Fruchtbehang
Fruchtbehang Pflanzenorgan ohne Früchte mit Früchten __________________________________________ Wurzel 856.4 205.9 Stamm/Sprosse 2438.1 667.5 Blätter 1826.6 775.8 Früchte 3169.6 ____________________________________________ Gesamt 5121.1 4818.8
Wenn die fünfjährigen Bäume ohne Ertrag blieben, lagerten sie wesentlich mehr Kohlenstoff in Wurzeln, Stamm, Sprossen und Blättern ein im Vergleich zu solchen, die im 3.4.und 5.Standjahr einen starken Fruchtbehang hatten. Früchte lagern vorrangig Kohlenstoff ein und hemmen gleichzeitig die Kohlenstoffanreicherung in den vegetativen Organen. Das verdeutlicht auch die Tabelle 4. Von dem insgesamt über fünf Jahre eingelagerten Kohlenstoff befand sich 65.8% in den Früchten und nur 34.2 % in den vegetativen Organen. Besonders die Wurzeln, aber auch Stamm, Sprosse und Blätter waren durch den Fruchtbehang bei der Kohlenstoffeinlagerung benachteiligt während bei nichtfruchtenden Apfelbäumen ein hoher Anteil des Kohlenstoffs in den Stämmen, Sprossen, Blättern, aber auch in den Wurzeln zu finden war (Tab.4). Tab.4: Prozentuale Anteile des insgesamt eingelagerten Kohlenstoffs in den verschiedenen Pflanzenteilen der fünfjährigen Apfelbäume
Fruchtbehang Pflanzenorgan ohne Früchte mit Früchten _________________________________________________________________ Wurzel 16.7 4.3 Stamm/Sprosse 47.6 13.8 Blätter 35.7 16.1 Früchte 65.8 _______________________________________________ Gesamt 100.0 100.0
Die fünfjährigen Bäume hatten insgesamt 14 339.1 kg Kohlenstoff pro ha eingelagert, wenn sie keine Früchte trugen und 13 492.6 kg C/ha bei Fruchtertrag in den letzten drei Standjahren. Obwohl durch den dreijährigen Fruchtbehang das vegetative Wachstum stark eingeschränkt war im Vergleich zu nicht tragenden Bäumen, blieb die Kohlenstoffeinlagerung hoch und unterschied sich erst relativ gering im fünften Standjahr.
Schlussfolgerung Die mitgeteilten Daten geben Anhaltspunkte über die Kohlenstoffeinlagerung und -verteilung in verschiedenen Pflanzenteilen von Apfelbäumen auf schwachwachsender Unterlage in Apfeldichtpflanzungen. Apfelbäume entnehmen der Atmosphäre beachtliche Mengen an Kohlenstoff, der ein Hauptnährstoff für diese Pflanzen ist. Die Wurzeln, Stämme und Sprosse speichern den Kohlenstoff und können Ihn über lange Zeiten binden.
Die schnell sich entwickelnden Äpfel nehmen in starkem Maße und vorrangig den Kohlenstoff auf. Sie fördern die Kohlenstoffaufnahme in Form von CO² und verringern den Kohlenstoffgehalt in den Wurzeln, Stämmen, Sprossen und Blättern im Vergleich zu Bäumen ohne Behang.
Starker Fruchtbehang in mehreren aufeinander folgenden Jahren erschöpft die Kohlenstoffreserven in den vegetativen Organen, wenn nach der Ernte nicht mehr genügend Zeit bleibt für die Kohlenstoffeinlagerung in Wurzeln, Stämmen und Sprossen.
3. Einfluss der Nährstoffversorgung auf die Kohlenstoffeinlagerung in Apfelbäumen.
In Kapitel 1 und 2 wurde auf die Menge an Kohlenstoff hingewiesen, welche junge, bedarfsgerecht versorgte Apfelbäume aufgenommen und eingelagert hatten. Bekanntlich werden die CO²-Aufnahme und das Wachstum der Apfelbäume durch Steigerung der CO²-Konzentration in der Atmosphäre gefördert. Was aber passiert, wenn die Bäume Mangel an einem oder mehreren Makronährstoffen (N, K, P, Ca, Mg, S) und Mikronährstoffen (Fe, Mn, Cu, Zn, B, Molybdän, Cl) haben,die vorwiegend über die Wurzeln aufgenommen werden?
Dazu gab es Untersuchungen an 16 vierjährigen Apfelbäumen der Sorte Golden Delicious auf M 9 ,die in einer Lysimeteranlage kultiviert wurden. Acht Bäume wurden laufend bedarfsgerecht mit allen Nährstoffen versorgt. Bei den anderen acht erfolgte eine Verringerung der Nährstoffgabe im letzten Standjahr bis auf nur 10 % der bedarfsgerecht versorgten Pflanzen. Zur Erntezeit Ende Oktober(100 Früchte pro Baum) wurden die Bäume gerodet und in Wurzel, Stamm, Sprosse, Blätter und Früchte zerlegt. Alle Pflanzenteile wurden bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Aus den Trockengewichten der Pflanzenteile konnten die Kohlenstoffgehalte errechnet werden. Tab.1: Einfluss der Nährstoffversorgung ( 100 % bzw.10 %) auf den Kohlenstoffgehalt (g) in den Pflanzenorganen von vierjährigen Bäumen der Sorte Golden Delicious auf M9.
Pflanzenorgan Nährstoffversorgung (g) 100% 10% _______________________________________ Wurzel 367.9 499.9 Stamm, Sprosse 1380.8 888.2 Blätter 558.1 250.5 Früchte 2213.3 889.9 ________________________________________ Gesamt 4520.1 2528.5
Die verringerte Nährstoffversorgung (10%) im vierten Standjahr resultierte in einer starken Abnahme der Kohlenstoffeinlagerung in die Bäume im Vergleich zu bedarfsgerecht Versorgten (100%). Alle Pflanzenteile hatten weniger Kohlenstoff eingelagert mit Ausnahme der Wurzeln. Diese enthielten mehr Kohlenstoff bei Nährstoffmangel als bei bedarfsgerechter Versorgung. Das ist ein Phänomen das auch bei ähnlichen Versuchen mit ‘Gloster’ und 'Cox Orange’ gefunden wurde. Bei Nährstoffmangel versuchten die Bäume ihr Wurzelwachstum durch verstärkte Assimilat-bzw. Kohlenstoffzufuhr zu fördern um damit ihre Nährstoffaufnahme zu verbessern.
Deutlich wird auch bei diesem Versuch das starke C –Aneignungsvermögen der Früchte. Die verringerte Kohlenstoffaufnahme bei Nährstoffmangel ist zum großen Teil auf die stark verringerte Blattfläche zurückzuführen. Bedarfsgerecht versorgte Bäume hatten im Oktober des vierten Standjahres eine durchschnittliche Blattfläche pro Baum von 1034.8 dm² während solche,die nur 10% der Makro-und Mikronährstoffe erhielten, eine Blattfläche von 411.8 dm² bildeten.
Schlußfolgerung Nachweislich fördert die CO² Anreicherung in der Atmosphäre (zur Zeit 415 ppm) das Pflanzenwachtum und auch die Erträge. Das wird aber nur funktionieren,wenn die Pflanzen keinen Mangel an den anderen benötigten Nährstoffen haben,da ansonsten das Blattwachstum und damit die CO² aufnehmende Fläche reduziert wird. Außerdem kann die CO²-Aufnahme der Blätter bei Mineralstoffmangel durch gestörte Assimilationsprozesse und Behinderung des Abtransportes von Photosyntheseprodukten aus den Blättern gestört sein. |