Fallstudie zur Bedeutung erhöhter Salzkonzentrationen im Beregnungswasser unter den humiden Bedingungen Mitteleuropas
Neumann, K.-H. und B. Pauler
Institut für Pflanzenernährung der Justus-Liebig-Universität Gießen
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13.) |
Feldversuche zu Salinitätsfragen (Salinitätsversuche alt und neu), Na- und Cl-Grenzkonzentration im Beregnungswasser |
Ausgehend von der ursprünglich Ende der siebziger Jahre im Vergleich zum Zeitpunkt der Niederschrift dieser Abhandlung höheren Na- und Cl-Konzentration im Rheinwasser wurde im Jahre 1981 auf dem leichten Boden der Parzelle V und 1982 auf dem schweren Tonboden der Parzelle III je ein Versuch angelegt, in denen jeweils viermal im Mai in wöchentlichen Abständen NaCl-Konzentrationen von 127, 414, 828 bei der Parzelle III und bei der Parzelle V zusätzlich noch 1656 mg NaCl pro Liter mit der Beregnung appliziert wurden (Salinitätsversuche alt). Bei einer Beregnungsgabe wurden jeweils 25 mm Beregnungswasser ausgebracht. Aus technischen Gründen erfolgte die Salzapplikation durch gleichmäßiges Ausstreuen der jeweiligen Salzmenge unmittelbar vor der Ausbringung des Beregnungswassers (s. Kap. 4). Das Beregnungswasser wurde in der Regel mit einem selbst konstruierten, an einem im Kriechgang fahrenden Schlepper angebrachten "Beregnungsarm" ausgebracht. Diese Konstruktion bestand aus einem 4,50 m langen Rohr von 2.5 cm innerem Durchmesser, an dem in 50cm Abständen Pralldüsen (PERROT, Typ D-38f) angebracht waren, und dem über die Pflanzenspritze Grundwasser zugeführt wurde. Durch diese Konstruktion konnte eine sehr gleichmäßige Regenwasserverteilung erzielt werden, wie sie für solche Versuche erforderlich ist.
Die Ergebnisse dieser Versuche sollen im folgenden kurz zusammengefaßt werden:
Wie der Tabelle 41, S. II, zu entnehmen ist, war auf dem Parzellen-Standort V (Salinitätsversuch Alt) bis zum Ende der Achtziger Jahre eine deutliche pflanzenartspezifische Salzwirkung auf den Ertrag zu verzeichnen. In den Jahren 1990 und 1991 war dagegen die Wirkung überhöhter Salzapplikationen auf den Ertrag der Versuchspflanzen ganz ausgeblieben. Im Jahr 1992, wo die Salzapplikation aus versuchstechnischen Gründen unterbleiben mußte, war der Ertrag der auf der Salinitätsparzellen angebauten Erbsen, beginnend bei der NaCl-Stufe 414 mg, auch im Sal.-Versuch V Alt deutlich vermindert (bei der höchsten Salinitätsstufe betrug der Ertrag nur noch etwa 10% der unberegneten Kontrolle (Tabelle 41, S. II)). Selbst auf diesem eher sorptionsschwachen leichten Boden sind demnach zumindest für ein Jahr Nachwirkungen früherer Salzapplikationen nachzuweisen. Bereits visuell waren im Mai deutliche Unterschiede in der Entwicklung der Versuchspflanzen innerhalb der einzelnen Salzstufen. Zwischen den beiden höchsten Salzstufen konnte auch eine deutliche Ertragsabnahme zu diesem Zeitpunkt auf den Zwischenräumen festgestellt werden, so daß hier mit einer wie auch immer erfolgten horizontalen Verlagerung der erhöhten Salzzufuhr aus früheren Jahren zu rechnen und damit die Anlage der Sicherheitsstreifen gerechtfertigt ist (s. a. Kap. 18).
Die später angelegten, mit NaCl-Gaben zwischen 127 und 420 mg pro Liter behandelten Versuche (Salinitätsversuche Neu) zeigen auf den Parzellen-Standorten V und IX nur geringe Nachwirkungen (s. Tabelle 41, S. III, IV), zumal auch früher bei im gleichen Jahr erfolgter Salzgabe nur geringe Wirkungen in diesem NaCl-Konzentrationsbereich feststellbar waren. Lediglich auf Parzelle IV konnte nach den in den Vorjahren erfolgten NaCl-Gaben von 220 und 420 mg.Liter-1 deutliche Ertragsdepressionen festgestellt werden. Bei der NaCl-Gabe von 320 mg mit ca. 40 dt.ha-1 war dagegen ein bedeutend höherer Ertrag als bei den beiden vorgenannten NaCl-Stufen ermittelt worden, der zwar über der Kontrolle lag, jedoch bedeutend niedriger als bei dem mit Grundwasser beregneten Versuchsglied war. Für diese Abweichung von den Beziehungen zwischen der Höhe der NaCl-Applikation und dem Ertrag kann keine Erklärung gegeben werden. Jedenfalls zeigen diese Ergebnisse, wenn man diese Abweichung ignoriert, daß auf einem gegebenen Standort auch bei geringer Salzbelastung, die auch in Rheinwasser auftreten kann, zumindest für ein Jahr negative Nachwirkungen für die Ertragsbildung ausgelöst werden können.
Die Beeinflussung bodenphysikalischer und bodenchemischer Kennwerte durch die Salzapplikation soll im folgenden anhand von Korrelationen der in jedem Jahr im Frühjahr untersuchten Bodenfaktoren auf die NaCl-Stufung der auf den Parzellen-Standorten III und V seit 1983 angelegten Salinitätsversuche (Salinitätsversuche Alt) zusammengefaßt werden (Tabelle 42, S. I, II): Ohne auf alle Einzelheiten einzugehen, wird dabei unach Korrelationskoeffizienten unterschieden, die immer positiv, immer negativ und über die Jahre hin sich gleichförmig verändernd in Erscheinung treten, um allgemein gültige Trends herauszuarbeiten.
Bei den Korrelationen der NaCl-Stufung auf die Erträge (s. Tabelle 42, S. Ia) ist zunächst festzustellen, daß auf dem schweren Boden des Parzellen-Standorts III die Zuckerrüben eine positive Ertragsentwicklung (r=0.55) erkennen lassen, während auf dem leichten Standort V (s. Tabelle 42, S. IIa) bereits deutliche Salzeffekte sichtbar sind (r=-0.49). Dieser Effekt sollte demnach auf eine Additionswirkung von Salz- und Trockenstress zurückzuführen sein. Bei den anderen geprüften Pflanzenarten bestehen dagegen auf beiden Böden und in allen Jahren negative Korrelationen zur NaCl-Stufung, so daß demnach bei Sommerweizen, Erbsen und Ackerbohnen eine reduzierte Ertragsentwicklung bei höheren Salzgaben stattgefunden hat.
Bodenfaktoren mit in jedem Jahr positiven Korrelationskoeffizienten zur NaCl-Steigerung stehen für eine größere Merkmalsausprägung unter Salzeinfluß. Während auf dem leichten Boden (Standort V, (Tabelle 42, S. IIb) besonders in den Jahren 1985-1987 eine Vergrößerung des Prozentanteils der Siebfraktion <0.2mm eintrat, stieg unter Salzeinfluß bei Standort III (Tabelle 42, S. Ib) vor allem der Anteil der Siebfraktion 0.2-1.0mm und der Anteil der Gesamtporen, insbesondere in den ersten Jahren. Besonders bei dem leichten Boden bedeutet diese Entwicklung eine Verschlechterung der Bodenstruktur, die auf eine Förderung der Einzelkornstruktur auf Kosten der Siebfraktion 1.0-2.0mm (Tabelle 42, S. IIc) unter Salzeinwirkung hindeutet und zu einer größeren Neigung dieses Bodens zur Verschlämmung führte (SCHACHTSCHABEL et al., 1992; SHAINBERG a. SHALHEVET, 1984). Auch das Abtrocknungsverhalten dieses Bodens verschlechterte sich dadurch (s. Kap. 11, 14). Auf beiden Böden ist weiterhin in jedem Jahr eine Konzentrationszunahme der EUF-Na-Fraktionen, bei Boden V auch die des EUF-a-Cl-Gehalts (Tabelle 42, S. Ic, IIc) zu verzeichnen.
Der Salzeinfluß auf die EUF-Ges.-Ca-Fraktion läßt einen deutlichen Bodeneinfluß erkennen. Auf dem schweren Boden ist durchwegs eine positive Korrelation zur Salzstufung zu erkennen (Tabelle 42, S. Ib), was eine Erhöhung der EUF-erfaßbaren Ca-Gehalte, vermutlich durch Na-bedingten Ca-Austausch vom Sorptionskomplex, bedeutet. Dagegen weist der EUF-Ges.-Ca-Gehalt von Boden V in jedem Jahr eine negative Korrelation zur Salzsteigerung auf (s. Tabelle 42, S. IIc), ähnlich wie der durch EUF zu extrahierende Mg-Gehalt. Diese unterschiedliche Reaktion der beiden Böden weist vermutlich darauf hin, daß bei dem schweren Boden III durch die Na-bedingte Ca-Verdrängung vom Sorptionskomplex Lösungsgleichgewichte in Richtung einer Verfügbarkeit schwer löslicher Ca-Vorräte verschoben wurden, wodurch in der Bodenlösung vermehrt Ca-Ionen nachzuweisen waren. Dieser Befund trat auch bei der Perkolation salzhaltiger Wässer durch Bodensäulen im Labor in Erscheinung (HAGHIGHI, 1998, bisher unveröffentlichte Institutsergebnisse). Demgegenüber konnte dieser Ca-Pufferungsvorgang auf dem leichten, sorptionsschwachen Boden V ohne größere Ca-Reserven nicht in gleichem Umfang wie auf Standort III erfolgen, wodurch unter dem Einfluß höherer Salzapplikation eine Reduzierung der Ca-Gehalte und auch der Mg-Gehalte (EUF-a- und EUF-Ges.-Mg) in der Bodenlösung eintrat.
Während auf dem leichten Boden V keine Veränderung der Lagerungsdichte eintrat (s. Tabelle 42, S. IIc), erfolgte bei dem schweren Boden unter dem Einfluß steigender Salzgaben eine Verminderung der Lagerungsdichte (s. Tabelle 42, S. Ic), die vermutlich mit der NaCl-bedingten Erhöhung der Ca-Gehalte in der Bodenlösung und eine damit einhergehende Stabilisierung der Bodenstruktur zu begründen wäre. Damit im Zusammenhang steht vermutlich auch die auf dem Boden von Standort III zu beobachtende Veränderung in der Korrelation der Salzstufung zum Boden-Wasser- und –Luftgehalt. Während nämlich zunächst in den Jahren bis 1985 negative Korrelationen zum Wassergehalt und positive zum Luftgehalt bestehen, erfolgt in den darauf folgenden Jahren bis 1989 eine Umkehr im Korrelationsverhalten zu diesen Bodenfaktoren (s. Tabelle 42, S. Id).
Bemerkenswert ist weiterhin das Verhältnis von austauschbarem Magnesium zu der in den einzelnen Jahren erfolgten Salzstufung (s. Tabelle 42, S. Id, IId). Während die mit der EUF-Methode zu extrahierenden Mg-Fraktionen in jedem Jahr eine Na-bedingte Konzentrationsabnahme aufwiesen (s. Tabelle 42, S. Ic, IIc), ist der austauschbare Mg-Anteil bis 1985 zunächst unter dem Salzeinfluß erhöht und wird danach in zunehmendem Maße durch die Salzstufung gesenkt. Dies deutet vermutlich auf eine Na-bedingte Mg-Mobilisierung aus zunächst unlöslichen Bodenvorräten hin (s.a. HAGHIGHI, 1998; bisher unveröffentlichte Institutsergebnisse), während die durch EUF zu extrahierenden, leichter löslichen Mg-Anteile durch steigende Na-Zufuhr stärker ausgetauscht und permanent vermindert wurden. Es ist bemerkenswert, daß der sorptionsstarke Boden von Standort III nur im Jahr 1983 eine positive Korrelation des austauschbaren Mg-Gehaltes zur NaCl-Stufung und danach durchwegs negative Korrelationen aufweist. Dies spricht vermutlich für im Vergleich zum leichten Standort V verminderte Mg-Vorräte.
Zu den anderen bodenchemischen Kennwerten steht die NaCl-Stufung in jedem Jahr in einer anderen korrelativen Beziehung. Der Salinitätseinfluß auf einige wichtige Faktoren der Standorte III und V soll daher anhand absoluter Faktorenwerte im folgenden dargestellt werden: Wie aus der Literatur bekannt, sollte neben Calcium und Magnesium gerade auch Kalium durch steigende Na-Mengen vom Sorptionskomplex der Böden ausgetauscht und, je nach den Witterungsverhältnissen nach der NaCl-Applikation (s.o.), mehr oder weniger in tiefere Bodenschichten verlagert und damit der Aufnahme durch die Pflanze entzogen werden (s. Kap. 11). Wie Abbildung 27 und Abbildung 28 zu entnehmen ist, tritt dieser Effekt auch auf beiden Böden, besonders deutlich aber auf dem leichten Standort V, im 2. Jahr der Salzapplikation (1984) in Erscheinung (EUF-Ges.-K). Offenbar bedingt durch unterschiedliche Winterniederschläge in den Folgejahren oder infolge salzbedingter Veränderung in der Wasserführung der beiden Böden treten in den Folgejahren unterschiedliche Salzeffekte auf. Während im Mittel über die Jahre auf dem leichten Boden (V) eine geringe salzbedingte Abnahme der EUF-Ges.-K-Gehalte zu verzeichnen ist (Abbildung 27), wird diese EUF-K-Fraktion von Boden III im Mittel der Jahre eher leicht erhöht (Abbildung 28), wobei beide Effekte in Anbetracht starker jahresbedingter Schwankungen statistisch nicht signifikant sind. Bei Standort III verhindert demnach eine K-Pufferung eine durch vermehrte Na-Applikation ausgelöste K-Auswaschung, da dieser schwere Auenboden mit hohem Tongehalt und Smectitanteil (s. Tabelle 39) Kalium selektiv bindet (s.a. HAGHIGHI, 1998; bisher unveröffentlichte Institutsergebnisse). Im Jahr 1989 führt vermutlich diese K-Pufferung zu einer starken Erhöhung des durch die EUF-Analyse insgesamt zu extrahierenden K-Gehalts in der Salzstufe 414 und 828 mg.Liter-1 (Abbildung 28). Auch HAGHIGHI (1998; bisher unveröffentlichte Institutsergebnisse) konnte diesen Salzeffekt bei der Perkolation salzhaltiger Wässer durch Bodensäulen im Labor bestätigen. Während HAGHIGHI eine Na-bedingte K-Mobilisierung selektiv gebundener K-Vorräte von Boden III in Betracht zieht, weisen methodische EUF-Untersuchungen von PAULER u. NEUMANN (1996) sowie PAULER u. NEUMANN (1999) einen negativen Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit der Bodensuspension in der EUF und der zu extrahierenden K-Menge nach. Da infolge NaCl-Anreicherung im Boden einerseits die elektrische Leitfähigkeit ansteigen sollte (RICHARDS, 1954/69), andererseits aber höhere K-Gehalte durch die EUF-Methode von Boden III extrahiert wurden, scheint im vorliegenden Fall (s.Abbildung 28) die Interpretaion von HAGHIGHI (1998; bisher unveröffentlichte Laborergebnisse) wahrscheinlicher im Hinblick auf eine Na-bedingte K-Mobilisierung aus selektiv bindenden -Zwischenschichten von aufweitbaren Tonmineralen, die, ähnlich wie nach einer K-Düngung (GRIMME, 1978), durch die erhöhte K-Konzentration in der Bodenlösung infolge vermehrtem Na-Austausch zu begründen wäre.
Auch der durch das EUF-Verfahren insgesamt zu extrahierende Phosphat-Gehalt zeigt unter dem Einfluß steigender Salinität auf den beiden Böden eine heterogene Beeinflussung. Während bei Boden V (Abbildung 29) bei jährlich stark schwankender Reaktion im Mittel der Jahre eine leichte NaCl-bedingte Abnahme im Phosphat-Gehalt vorliegt, tritt auf dem schweren Boden III eine leichte NaCl-bedingte Erhöhung auf (Abbildung 30). Dieser Effekt ist, trotz starker Abnahme der Phosphat-Konzentration im Jahr 1985 und unbeeinflußten Gehalten in den Jahren 1987 und 1988, auf eine NaCl-bedingte deutliche Zunahme der Phosphat-Gehalte in den Jahren 1984, 1986 und vor allem 1989 zurückzuführen. Dabei besteht offenbar ein direkter Zusammenhang zwischen dem Salzeinfluß auf die EUF-Ges.-Phosphat- und EUF-Ges.-Ca-Gehalte (s. Tabelle 42, S. Ib), die nur bei dem schweren Boden III eine Na-bedingte Ca-Mobilisierung erkennen ließen.
Auch die EUF-Ges.-Nitratgehalte zeigen bei den Salinitätsversuchen auf den beiden Böden einen unterschiedlichen Salzeffekt. Auf dem schweren Boden von Standort III liegen im Mittel der Jahre annähernd gleiche Nitratgehalte vor (Abbildung 31), die in den einzelnen Jahren einen klaren Salzeinfluß vermissen lassen. Dagegen ist auf dem leichten Boden V im Mittel der Jahre gegenüber der Kontrolle durch 127 mg NaCl pro Liter zunächst eine leichte Erhöhung und darüber hinaus eine kontinuierliche Absenkung im Nitratgehalt zu registrieren (Abbildung 32). Dieser Effekt ist vornehmlich auf deutliche NaCl-Effekte in den Jahren 1985 und 1986 zurückzuführen. Da Nitrat in unseren Böden bekanntlich nur schwach in der Wasserhülle von am Sorptionskomplex adsorbierten Kationen gebunden wird, scheint dieser Effekt vermutlich auf eine Nitrat-Verdrängung durch Chlorid bei höherer Salz-Applikation und eine nachfolgende Auswaschung aus der Boden-Oberschicht begründet zu sein. Andererseits ist nicht auszuschließen, daß bei höherer Salinität die Aktivität sowie die Populationsdichte auch von nitrifizierenden Mikroorganismen negativ beeinflußt sein kann (z.B. BAYOUMI et al., 1995; ABD EL MALEK et al., 1976), besonders dann, wenn sich wie bei dem leichten Standort V, die Bodenstruktur unter dem Einfluß der Salinität verschlechtert (Einzelkornstruktur) und demzufolge die Durchlüftung abnimmt (s. Tabelle 42, S. IIc) und reduzierende Bedingungen einsetzen. Die routinemäßig in jedem Jahr durchgeführte Untersuchung der Azotobacter-Aktivität in diesen Böden ließ allerdings keine NaCl-bedingten Unterschiede erkennen.
Wie die Betrachtung des Salzeinflusses auf wichtige Bodenfaktoren gezeigt hat, ist unter dem Einfluß steigender NaCl-Applikation im Beregnungswasser in jedem Jahr eine Na-Anreicherung in der Bodenlösung (EUF-a und EUF-Gesamt) eingetreten (s. Tabelle 42, S. I, II). Es ist demnach davon auszugehen, daß auch höhere Na-Mengen von den Pflanzenwurzeln aufgenommen werden könnten. Im Jahr 1986 wurden daher erstmals auf der Basis der bis dahin erzielten Ergebnisse anhand einer Modellrechnung Grenzwerte für Natrium und Chlorid im Beregnungswasser zu ermitteln versucht. Negative Einflüsse zu hoher Konzentrationen der beiden Ionen können im pflanzenphysiologischen Bereich und die des Natriums vor allem mit langfristigen Wirkungen im Bereich der Bodenstruktur auftreten. Beides muß sich schließlich im Ertrag auswirken.
Unter den Gesichtspunkten der Ertragsbildung konnten 1985 auf dem Sandboden der Parzelle V bei der Applikation von 250 mg Chlorid und 164 mg Natrium (beides zusammen entspricht einer NaCl-Gabe von 414 mg pro Liter), wie schon 1981 bei Buschbohnen, bei dem in diesem Jahre angebauten Sommerweizen deutliche Ertragsdepressionen gegenüber der Kontrolle mit Verregnung von Grundwasser festgestellt werden (s. Tabelle 41, S. II). Bei dieser Konzentration traten Ertragsdepressionen auch 1988 bei Sommerweizen, 1989 bei Ackerbohnen, 1991 wieder bei Sommerweizen und 1992 bei Erbsen auf. In den anderen Jahren traten Ertragsdepressionen erst bei höheren Salzkonzentrationen in Erscheinung. Auf eventuelle Ursachen der in den einzelnen Jahren auftretenden Abweichungen in der Wirkung der verschiedenen Na- und Cl-Konzentrationen wird weiter unten noch näher eingegangen (s.a. Tabelle 20, S. II). Der Chloridgehalt von 250 mg/l wurde im Herbst 1985 auch durch die im Rheinwasser gemessene Konzentration von 297 mg/l deutlich überschritten, während so hohe Werte 1986 beispielsweise nicht erreicht wurden. Durch die Modellrechnungen wurden 1986 die Grenzwerte von 90 mg/l für Natrium und 160 mg/l für Chlorid im Beregnungswasser vorgeschlagen. Von diesem Konzentrationsbereich an sollte nach den bis dahin durch die Untersuchungen gewonnenen Erkenntnissen bei der Beregnung mit Rheinwasser diesem Grundwasser beigemischt werden.
Im Jahr 1985 war beispielsweise als Folge ausbleibender Niederschläge bei Wintergetreide Auflaufberegnung im Herbst im Ried notwendig und auch verschiedene Gemüsearten wurden noch beregnet, so daß zu diesem Zeitpunkt unter Praxisbedingungen der Chloridgrenzwert überschritten war. Hätte zu diesem Zeitpunkt bereits aufbereitetes Rheinwasser in der Ringleitung zur Verfügung gestanden, wäre Grundwasser-Beimischung erforderlich gewesen.
Um die Langzeitwirkung der Beregnung mit aufbereitetem Rheinwasser, insbesondere im Hinblick auf den Einfluß des Natriums, auf die Bodenfruchtbarkeit abzuschätzen, wurde über Korrelationsrechnungen zwischen dem Ertrag und den Bodendaten der Parzelle V für 1985 eine Grenzwertkonzentration für das EUF- erfaßte Natrium von 6 mg/100g Boden errechnet. Bei dieser Na-Konzentration wurde auf diesem Standort eine Ertragsdepression von 10 % bei Sommerweizen ermittelt. Für den schweren Boden der Parzelle III mit einem Tonteil von etwa 50% ist bei dieser Na-Konzentration nach unseren Ermittlungen mit Ertragsdepressionen noch nicht zu rechnen.
Da die beiden bisher besprochenen Salinitätsversuche (alt) über einen weiten NaCl-Konzentrationsbereich mit notwendigerweise weiten Abstufungen angelegt waren, sollten die auf der Basis dieser Versuche vorgenommene Abschätzung der Grenzkonzentration noch mit Unsicherheiten behaftet sein. Die daraufhin angelegten Versuche mit engerer NaCl-Abstufung in Anlehnung an die im Rheinwasser zu erwartenden Salzkonzentrationen sollten zu genaueren Grenzwertvorgaben führen. Die Ergebnisse dieser Versuche werden weiter unten besprochen (Salinitätsversuche Neu).
Eine Faktorenanalyse der bodenchemischen und bodenphysikalischen Kenndaten aus sechs Versuchsjahren des Parzellenprogramms ermöglichte es, die Bedeutung der einzelnen Bodenfaktoren für die Ertragsbildung, zunächst für Sommerweizen, einzustufen (PAULER u. NEUMANN, 1989). Auf dieser Basis konnte über multiple lineare Regressionsanalysen mit den entsprechenden Daten der Salinitätsversuche (Alt) eine Ertragsschätzung für die Parzellen III und V vorgenommen werden. In Abbildung 33 sind die auf der Grundlage der im Frühjahr 1985 ermittelten Bodenkennwerte basierenden, mit dem multiplen Regressionsmodell zu berechnenden Erträge den tatsächlich im Sommer geernteten gegenübergestellt. Bemerkenswert ist, daß auf dem schweren Boden der Parzelle III die geschätzten Erträge bei niedrigen NaCl-Stufen sehr gut mit den tatsächlichen übereinstimmen. Auf dem leichten Boden der Parzelle V trifft dies dagegen für die hohen Salzkonzentrationen zu.
Bei der Beurteilung dieses Ergebnisses ist davon auszugehen, daß die zur Ertragsschätzung herangezogenen Bodenkennwerte nur für die Krume (0-30cm) vorlagen. Zur Prüfung der Bedeutung der Bedingungen des Unterbodens für den Einfluß erhöhter Salzgaben auf die Ertragsbildung in den Salinitätsversuchen (Alt) wurden daraufhin im Dezember 1986 Bodenproben von 0-30, 30-60 und 60-90cm Tiefe entnommen und auf die üblichen bodenchemischen und auf einige bodenphysikalische Kennwerte untersucht (Abb. 34-37). Während die bodenphysikalischen Daten in allen Bodenschichten annähernd übereinstimmten und die für die einzelnen Salzstufen charakteristischen Tendenzen aufweisen (s. Kap. 11), treten deutliche Unterschiede in der Na- und Cl-Verteilung auf beiden Standorten in Erscheinung. Auf dem leichten Boden der Parzelle V (ca.12% Ton in der Krume) sind deutliche Anreicherungen dieser beiden Ionen mit zunehmender NaCl-Konzentration im Beregnungswasser in den tieferen Bodenschichten festzustellen (s. Abbildung 36, Abbildung 37). Auf Parzelle III mit ca. 50% Tonanteil dagegen wurden Natrium und Chlorid bevorzugt in der Krume (0-30 cm) gebunden (s. Abbildung 34, Abbildung 35). Es treten also auf verschiedenen Standorten unterschiedliche "Versalzungshorizonte" auf.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß, wie bereits erwähnt, auf Parzelle V der Tongehalt nach tieferen Bodenschichten hin zunimmt, während auf Parzelle III mit zunehmender Tiefe eine Abnahme des Tongehaltes nachzuweisen ist (s. Bodenprofile der Parzellen-Standorte in Tabelle 11, S. I-VIII). Wie in Modellversuchen mit selbst gefertigten sogenannten "Wurzelkästen" ("Rhizotron", s. Abbildung 38) gezeigt werden konnte, erschließen die Wurzeln von Sommerweizen den Boden wenigstens bis 90 cm Tiefe. Vermutlich können die Wurzeln nach dem Passieren des Versalzungshorizonts in der Krume von Parzelle III, in der auch eine Hemmung der Wurzelentwicklung nachweisbar ist (Tabelle 43), eine verstärkte Entwicklung im Unterboden entfalten, wodurch die negative Wirkung des Salzes im Oberboden kompensiert werden kann. Für die Verhältnisse von Parzelle V mit einem Salzhorizont in der Tiefe von 60 - 90 cm konnte gezeigt werden, daß die Wurzeln in diesen Salzhorizont nicht eindringen, und, da in dieser Tiefe nur ca. 5% des Gesamtwurzelsystems von Sommerweizen nachgewiesen wurde (s. Tabelle 43), war die Wirkung überhöhter Salzgaben, die zur Ausbildung dieses Versalzungshorizontes führten, bei den niedrigeren NaCl-Applikationen die Ertragsdepression geringer ausgeprägt, als durch das Rechenmodell geschätzt wurde.
Ausgehend von visuellen Beobachtungen der Vorjahre, die bei den höheren Salzstufen auf eine Verzögerung der Abtrocknung der Böden im Frühjahr hinwiesen, wurde im Frühjahr 1989 eine Ermittlung des Bodenwassergehaltes auf den beiden Salinitätsversuchen (Alt) durchgeführt. Dabei zeigte sich die Abtrocknung auf Parzelle V bei der Applikation von 414 und 828 mg/l NaCl auch meßbar verzögert (s. Tabelle 44). Auf Parzelle III mit ihrer höheren Ionenbindungsfähigkeit war dies dagegen nicht der Fall. Die stärkere Wasserhaltefähigkeit des leichten Bodens V bei höherer Salzbelastung sollte daher mit der bereits erwähnten salzbedingten Erhöhung der Einzelkornstruktur infolge der gleichzeitig erfolgten Abnahme im Luftgehalt und in der Mg- und Ca-Konzentration auf diesem Boden (s. Tabelle 42, S. II) in Verbindung stehen. Hinzu kommt, daß bei Vorliegen von Einzelkornstruktur vermehrt "totes" Bodenwasser (pF > 4.2) vorliegt.
Die Ergebnisse der Salinitätsversuche (Neu) mit engerer Abstufung der NaCl-Applikation wurden wiederum mit der multiplen linearen Regressionsanalyse ausgewertet. Wie diese Modellrechnungen ergaben, sollten unter genereller Berücksichtigung auch jener durch die Niederschläge (Tabelle 45, Tabelle 46) und durch die Düngung (Tabelle 47) in einzelnen Jahren in unterschiedlichem Umfang den Böden zugeführten Na- und Cl-Mengen die noch zu tolerierenden Grenzwerte von 80 mg Natrium/l und 150 mg Chlorid pro Liter Beregnungswasser unter den Bedingungen des Hessischen Rieds verwendbar sein.
Bei der Verwendung solcher Grenzwerte ist zu berücksichtigen, daß die Wirkung überhöhter Salzgaben neben der Wasserqualität auch von den bodenkundlichen Eigenschaften des durchwurzelten Bodenhorizontes, der Niederschlagsverteilung nach der Beregnungsgabe, der beregneten Pflanzenart und deren Entwicklungsabschnitt zum Zeitpunkt der Wassergabe abhängt (s.w.u.). Bei obigen Konzentrationsangaben handelt es sich demnach um allgemeine Orientierungswerte, wobei in einzelnen Jahren auch bei geringeren Konzentrationen bereits Ertragsabsenkungen von über 10 % auftreten können (s. Tabelle 41, NaCl-Stufe 127 mg.l-1 bei Erbsen und Sommerweizen in den Jahren 1986 bzw. 1988 im Salinitätsversuch III Alt). Wie der Vergleich der Salzwirkungen in den Salinitätsversuchen zeigt, war bei z.T. sehr stark schwankendem Ertragsniveau in den einzelnen Jahren eine voneinander quantitativ abweichende negative Wirkung der Salzapplikation auf den Ertrag festzustellen. Beispielsweise bei Sommerweizen war die Salzwirkung 1988 im Vergleich zu 1990 besonders deutlich ausgeprägt, so daß in der Folge die für beide Jahre erfaßten Daten zum Witterungsverlauf und zur Bodenchemie verglichen werden sollen. Im Jahre 1990 (Abbildung 39) lag die erste Trockenperiode im Mai (22. Kalenderwoche), so daß bei Sommerweizen Beregnungsbedarf bestand, der mit dem Stadium "Ende Bestockung/Schoßbeginn" der Pflanzen zusammenfiel. Wie an anderer Stelle beschrieben (s. Tabelle 20, Tabelle 53; s. Kap. 9), liegt die größte Empfindlichkeit von Sommerweizen gegenüber Salzstress im Stadium "Öffnen der letzten Blattscheide/Ende Ährenschieben" (10.1-10.5, Feekes). Im Jahre 1990 war dieses Stadium am 12.6. (24. Kalenderwoche) erreicht und die letzte Salzgabe erfolgte in der Zeit vom 28.5. bis 3.6. (23. Kalenderwoche), also vor dem Erreichen dieses Stadiums. Im Jahre 1988 (Abbildung 40) wurde die vorletzte Salzgabe dagegen einige Wochen später (24. Kalenderwoche) und somit genau in diesem hochempfindlichen Entwicklungsstadium ausgebracht.
Die nach der Salz-Applikation im Boden vorhandenen und damit für die Pflanzen verfügbaren Na- und Cl-Konzentrationen sind stark vom Umfang der natürlichen Niederschläge nach der Salzapplikation abhängig. Wie der Niederschlagsverteilung in den beiden Jahren zu entnehmen ist (s. Abbildung 39, Abbildung 40), folgte auf die Salzberegnungsperiode zwar in beiden Jahren eine Niederschlagsperiode, jedoch mit unterschiedlicher Verteilung. Es ist somit wahrscheinlich, daß im Jahr 1990 ein großer Teil des vorher ausgebrachten Salzes auf dem sorptionsschwachen Boden vor dem Erreichen der Entwicklungsstadien 10.1-10.5 in tiefere Bodenschichten verlagert wurde und somit dem flach streichenden Wurzelsystem von Sommerweizen entzogen war. Ein Vergleich der Na-Gehalte in den verschiedenen EUF-Fraktionen der Parzellen III und V zeigt auch am 26.6. 1990 für die Parzelle III mit schwererem Boden (0-30 cm) den zwei- bis dreifachen Wert des Niveaus von Parzelle V mit leichterem Boden (Tabelle 48, S. I-IV). Offenbar ist eine zu den jeweiligen Entwicklungsstadien direkt applizierte Salzgabe (1988) effektiver als eine vorherliegende. Auf die hier angesprochenen Fragen wird weiter unten nochmals zurückgekommen.
Vergleicht man nun die oben angeführten Grenzwerte mit den von uns durchgeführten Analysen des Rheinwassers, die in der Regel mit den Beregnungsperioden zusammenfielen, für die Jahre 1988 (Tabelle 49), 1989 (s. Tabelle 10), 1990-1992 (aufbereitetes Rheinwasser in der Ringleitung, Tabelle 50), so ist in den Jahren 1991 und 1992 nur an wenigen Terminen eine Grenzwert-Überschreitung in diesem Beregnungswasser festzustellen (Tabelle 51). Im Jahre 1988 war dies innerhalb der Vegetationsperiode für Natrium am 3.8. und am 4.10. der Fall. Die Periode vom 8.-11. November mit überhöhten Na-Konzentrationen lag außerhalb der im Ried üblichen Beregnungsperiode. Bei Chlorid war eine Grenzwert-Überschreitung nur am 4.10. und in der Zeit vom 8. bis zum 10. 11. 1988, also außerhalb der Vegetationsperiode, nachzuweisen. Für 1989 liegen nur wenige Analysen des Rheinwassers vor, und diese ergeben für Natrium am 22. und 23.5., und für Chlorid nur außerhalb der Vegetationszeit überhöhte Konzentrationen.
Wie bereits angeführt, stand erst seit 1990 aufbereitetes Rheinwasser an allen Standorten während der ganzen Vegetationszeit zur Verfügung und damit war es möglich, dessen Zusammensetzung an den einzelnen Beregnungsterminen auf allen Parzellen zu ermitteln (vgl. Tabelle 50). Dabei treten Abweichungen auf den einzelnen Standorten zu einem gegebenen Zeitpunkt auf, die sicherlich mit einem unterschiedlichen Entnahmeumfang an den einzelnen Standorten zu erklären sind. In diesem Jahr wurden die Grenzkonzentrationen für Natrium und Chlorid nur am 22. und 23. 5. auf den Parzellen IV und V überschritten, während der übrigen Entnahmezeitpunkte und auf den anderen Parzellen lag die Konzentration dieser beiden Ionen unter den Grenzwerten.
Im Jahre 1991 waren die Unterschiede in der Rheinwasser-Zusammensetzung bei den einzelnen Standorten stärker ausgeprägt als im Vorjahr. Hier war bei den einzelnen Parzellen zu sehr unterschiedlichen Zeitpunkten eine Ü berschreitung der Na- und Cl-Grenzwerte festzustellen (s. Tabelle 51). So kam es im Jahr 1991 in der zweiten Hälfte April, Anfang Juni und Ende August/Anfang September zu (zum Teil nur sehr geringfügigen) Überschreitungen der Grenzwerte.
Für die Jahre 1990 und 1991 stehen auch die Analysendaten des Wasserwerkes in Biebesheim zur Verfügung (Tabelle 52). Diesen Daten zufolge, die im Monatsmittel in beiden Jahren fast identisch waren, wurden in allen Monaten mit Ausnahme des Juli, die Grenzwerte zum Teil erheblich überschritten (s. z.B. September und Oktober). Für die im Vergleich zu unseren Analysenergebnissen höheren Werte der Analysen des Labors im Wasserwerk kann gegenwärtig keine Erklärung gegeben werden, zumal nach Auskunft des dortigen Personals die gleichen Methoden (Anionen: Ionenchromatographie; Kationen: AAS, s. Kap. 7.) wie von uns verwendet wurden. Zur Klärung dieser Diskrepanzen wären Paralleluntersuchungen an denselben Wasserproben erforderlich.
Geht man von den Grenzwerten und den Analysenergebnissen des Rheinwassers aus (vgl. Tabelle 52), so wäre an einzelnen Terminen im Laufe des Jahres bei Verwendung des aufbereitetem Rheinwassers als Beregnungswasser die Zumischung von Grundwasser notwendig gewesen. Wie schon mehrfach angeführt, verändert sich im Laufe der Entwicklung der Pflanzen deren Reaktion auf erhöhte Zufuhr von Natrium und Chlorid. Dabei weichen diese Stadien von den für Trockenstress empfindlichen ab (Tabelle 53). Bei diesen Versuchen, die in zwei Jahren mit nahezu gleichen Ergebnissen durchgeführt wurden, handelt es sich um in der Gefäßversuchsstation in Gießen durchgeführte Gefäßversuche, bei denen in den angeführten Entwicklungsstadien die Pflanzen für jeweils eine Woche entweder nicht gegossen wurden (=Trockenstress) oder mit NaCl (1656 mg NaCl/l) angereichertes Wasser als Gießwasser appliziert wurde. Während bei Sommerweizen die stärkste Ertragsdepression durch Trockenstress zwischen den Stadien "Bestockung" und "Schossen" liegt, ist dies bei Salzstress im Stadium "Ährenschieben" der Fall ("Öffnen der letzten Blattscheide"). Bei Karotten liegt der für Trockenstress empfindlichste Entwicklungsbereich zwischen der 10. und 12. Woche nach Aufgang, also beim Übergang zu einem verstärkten sekundären Dickenwachstum der Vorratswurzel (PALUSSEK, 1982). Eine Empfindlichkeit auf Salzstress zeigt die Karotte dagegen in zwei Entwicklungsstadien, und zwar einmal im Jugendstadium bei Erscheinen des zweiten Laubblattpaares und 16 Wochen nach Aussaat während der Periode des intensiven sekundären Dickenwachstums der Karottenwurzel als dem Ernteorgan dieser Pflanzenart. Aus diesen Befunden geht hervor, daß bei der Beregnung mit Wasser überhöhter NaCl-Konzentration in den verschiedenen Entwicklungsstadien der damit beregneten Pflanzen unterschiedliche Einflüsse auf den Ertrag zu erwarten sind (s.a. Kap. 10). Es stellt sich nun die Frage, wie weit in einzelnen Entwicklungsstadien die Pflanzen nicht eher einem Trockenstress auszusetzen sind als sie mit Wasser mit überhöhten NaCl-Konzentrationen zu beregnen.
Dieses Problem wird noch dadurch kompliziert, daß nicht nur verschiedene Pflanzenarten, sondern auch einzelne Sorten der gleichen Pflanzenart eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Salz- und Trockenstress aufweisen können. Da in Mitteleuropa Salz- und Trockenstress-Toleranz der Kulturpflanzen nur von untergeordneter Bedeutung sind, ist in der Pflanzenzüchtung auch die Selektion auf diese Eigenschaften von geringer Bedeutung, so daß für die meisten Sorten die Salztoleranz nicht bekannt ist. In Tabelle 54 sind die Erträge verschiedener Pflanzenarten aus Gefäßversuchen in Gießen nach Verwendung von mit NaCl angereichertem Wasser als Gießwasser aufgeführt. Dabei konnte im Versuchsjahr 1988 folgende Reihung nach abnehmender Salzempfindlichkeit gefunden werden:
Buschbohnen, Öllein, Tabak, Gurken, Wirsing, Kopfsalat
Diese Versuchsfrage wurde 1991 nochmals mit z.T. anderen Pflanzenarten aufgegriffen (Tabelle 55), wobei folgende Reihung zunehmender Salztoleranz ermittelt wurde:
Buschbohnen, Mais, Zwiebeln, Lauch, Tabak, Karotten, Sommerraps,
Schnittsalat, Sommergerste/Sommerweizen
Die Ergebnisse dieser beiden Versuchsjahre sind auch bei sonst gleich durchgeführten Gefäßversuchen nicht direkt vergleichbar. Wenn man sich jedoch an den drei in beiden Versuchsjahren geprüften Pflanzenarten Buschbohnen, Tabak und Salat orientiert, wäre folgende Gesamtreihe zunehmender Salztoleranz denkbar:
Buschbohnen, eine Gruppe aus Öllein, Mais, Zwiebeln, Lauch, Tabak,
eine zweite Gruppe aus Gurken, Wirsing, Karotten, Sommerraps und
schließlich die Getreidearten Sommergerste und Sommerweizen.
Bei einigen dieser Pflanzenarten wurden durch niedrigere Salzkonzentrationen im Gießwasser z.T. auch Ertragserhöhungen erreicht, während bei allen durch die höchste von uns verwendete NaCl-Konzentration von 1656 mg/l Mindererträge eintraten. Zur Einschätzung der Salztoleranz wurde die Höhe der Ertragsabsenkung durch diese Salzstufe gegenüber dem für die jeweilige Pflanzenart erzielten Höchstertrag verwendet. Ertragsminderungen durch die niedrigste von uns verwendete Salzkonzentration von 414 mg NaCl/l (wurde auch in den Salinitätsfeldversuchen verwendet) von 10 % und mehr konnte für Tabak (-10%), Karotten (-14 %), Lauch (-15 %) und Buschbohnen (-30 %) ermittelt werden. Um zu sicheren Aussagen zu kommen, müßten, wie weiter oben bereits erwähnt, solche Versuche zur Ermittlung der Salztoleranz einzelner Pflanzenarten mit jeweils mehreren Sorten durchgeführt werden. Bei der Einschätzung der unterschiedlichen Reaktionen der jeweiligen Pflanzenart ist noch zu berücksichtigen, daß jeweils andere Pflanzenteile als "Ernteorgane" dienen. Mit unterschiedlichen "Empfindlichkeiten" gegenüber Salzbelastung ist zu rechnen (s. z.B. Öllein-Samen/Fasern 1988 (s. Tabelle 54, Buschbohnen 1991, s. Tabelle 55)).
Wie aus Tabelle 41 zu entnehmen ist, blieben im Jahr 1990 die sonst beim Anbau von Sommerweizen (und anderen Feldfrüchten) bei erhöhter NaCl-Konzentration feststellbaren Ertragsminderungen aus oder lagen innerhalb der standortbedingten Schwankungen (s.o.). Auch im Jahre 1991 wurde ein ähnliches Ergebnis erhalten (s. Tabelle 41). Zwar lagen auf zwei Standorten (III, V) die Erträge der mit Salzzugabe beregneten Versuchsglieder z.T. niedriger als die mit Grundwasser beregnete Kontrolle, jedoch läßt sich keine Beziehung zwischen der zu beobachtenden Ertragsdepression und der applizierten Salzkonzentration herstellen, so daß die überhöhten NaCl-Gaben nicht direkt für diese bis zu 19 dt/ha betragenden Mindererträge (Parzelle V, 1656 mg NaCl/l) gegenüber der Grundwasser-Kontrolle verantwortlich sein dürften. Auf den später angelegten Salinitätsversuchen (Salinitätsversuche Neu, s. Tabelle 41, S. III u. IV) sind auch Ertragssteigerungen durch erhöhte Salzkonzentrationen festzustellen (s.a. Gefäßversuche, s. Tabelle 53, Tabelle 55).
Für diese im Vergleich zu den Vorjahren ungewöhnlichen Resultate könnten zwei mögliche Ursachen diskutiert werden, nämlich der erstmalige in diesem Untersuchungsprogramm erfolgte Anbau von Ackerbohnen im Jahre 1989 und die Ausbringung der Stickstoffgrunddüngung im Frühjahr dieses Jahres in Form von Kalkstickstoff. Während als wesentliche Merkmale der Ackerbohnen-Vorfrucht die tiefere Durchwurzelung und damit eine entsprechend gute Lockerung des Bodens und eine über die N2-Fixierung erhöhte Zufuhr von Stickstoff dieser Leguminose anzuführen sind, könnten andererseits die Calciumzufuhr und die relativ langsame Pflanzenverfügbarkeit des Cyanamid-Stickstoffs als Charakteristika der Kalkstickstoff-Applikation angeführt werden. Ein Grund für die Ausbringung von Kalkstickstoff als N-Dünger war dessen allgemein bekannte herbizide Wirkung. Das Gemeinsame beider Maßnahmen ist eine Veränderung der N-Versorgung der Böden und, es war auch eine Erhöhung des pflanzenverfügbaren Stickstoffs, allerdings auch des Calciums, gegenüber den Vorjahren in den Böden festzustellen.
Gleichzeitig ergab die Gegenüberstellung der Ionengehalte im Boden und im Pflanzenaufwuchs (Tabelle 56, Tabelle 57), daß bei erhöhter Na- und Cl-Konzentration im Boden die Aufnahme dieser beiden Ionen durch die Pflanzen in diesen Versuchen, auch bei der Applikation überhöhter NaCl-Konzentrationen im Beregnungswasser, unterhalb der in Gefäßversuchen ermittelten Grenzkonzentrationen (s. Tabelle 55, S. I) lag. Demnach sollte das Ausbleiben von Ertragsminderungen bei erhöhten Salzkonzentrationen auf einer Hemmung vor allem der Cl-Aufnahme beruhen. Unter pflanzenphysiologischen Gesichtspunkten ist der negativen Wirkung einer erhöhten Zufuhr von Chlorid eine größere Bedeutung beizumessen als der von Natrium. Während das Natrium bei einem Überangebot in den Zellen in der Vakuole gespeichert werden kann und damit dem physiologischen Ablauf in den Zellen wenigstens z.T. entzogen ist, kann das Chlorid offenbar den Tonoplasten nicht oder nur eingeschränkt passieren und verbleibt somit überwiegend im Cytoplasma mit sich daraus ergebenden Einflüssen auf die dort ablaufenden biochemischen Vorgänge, u.a. auch die Entwicklung und die Funktionsfähigkeit der Chloroplasten (z.B. HECHT-BUCHHOLZ et al., 1974).
Im Versuchsjahr 1991 wurde diesen Fragen unter verschiedenen Gesichtspunkten weiter nachgegangen, deren Ergebnisse in Tabelle 58 und Tabelle 59 zusammengefaßt sind. Nach DEANE-DRUMMOND (1986) und WEHRMANN u. HANDEL (1984) besteht zwischen Nitrat und Chlorid eine Aufnahmekonkurrenz in die Wurzel, deren Nutzung unter Gesichtspunkten der Pflanzenqualität bereits zur Verhinderung überhöhter Nitrat-Akkumulationen vorgeschlagen wurde. Zur Prüfung des Umfanges dieser Ionenaufnahmekonkurrenz wurden zwei Wasserkulturversuche mit Sommerweizen (Sorte "Star", wie im Feldanbau) durchgeführt. Dabei kamen zwei Versuchsansätze zur Anwendung, und zwar wurden einmal junge Pflanzen nach vierzehntägiger Vorkultur in Kontroll-Nährlösung mit optimaler Nährstoff-Zusammensetzung für 24 Stunden in Nährlösungen mit unterschiedlichen Chlorid- und Nitrat-Konzentrationen überführt (s. Tabelle 58). In einem zweiten Versuch im gleichen Entwicklungsstadium von Sommerweizen erfolgte die Kultur für zwei Wochen in Nährlösungen mit unterschiedlichen Chlorid- und Nitrat-Konzentrationen während der vierzehntägigen Versuchsdauer (s. Tabelle 59). Während in den ersten Versuchen die Wirkung kurzfristiger Reaktionen ermittelt werden sollte, wie dies unmittelbar nach einer Beregnung mit überhöhten Salzkonzentrationen der Fall ist, bestand das Ziel des zweiten Versuchsansatzes in der Erfassung längerfristiger Einflüsse, wie sie sich aus einer Akkumulation erhöhter Chlorid-Konzentrationen in der Bodenlösung ergeben können.
Wie diesen Ergebnissen entnommen werden kann, wird bei vierzehntägiger Kultur in Nährlösung mit erhöhtem NaCl-Angebot die Wurzel- und Sproßentwicklung gehemmt (s. Tabelle 59). Das Gleiche gilt aber auch bei der zusätzlichen Nitrat-Gabe von 25mM, so daß hier das verabreichte Nitrat das erhöhte Cl-Angebot nicht kompensieren konnte. Die Cl-Konzentration vor allem in der Wurzel, aber auch im Sproß, wird dagegen nach Nitrat-Zusatzgabe gegenüber den Versuchsgliedern mit alleiniger Erhöhung der NaCl-Konzentration deutlich und statistisch signifikant reduziert. Die Na-Konzentration ist dagegen leicht erhöht. Die geringere Wachstumsleistung der Chlorid-Versuchsglieder sollte demnach nicht direkt durch erhöhte Cl-Konzentrationen in den Weizenpflanzen verursacht sein. Zu bemerken ist, daß trotz der Nitrat-Wirkung auf die Cl-Aufnahme die Nitrat-Konzentration im Pflanzenmaterial dieser Varianten nicht erhöht ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß das Nitrat in jungen, schnell wachsenden Pflanzen sehr schnell in den Stoffwechsel einbezogen und dessen Stickstoff zur Synthese von Aminosäuren, Proteinen und anderen N-haltigen Substanzen herangezogen wird. Diese Fragen wurden jedoch in diesen Versuchen nicht erfaßt. Auch die Ermittlung der Gesamt-N-Aufnahme wurde nicht durchgeführt.
Ein ähnliches Bild ergibt sich auch bei der nur einen Tag lang andauernden Kultur von Sommerweizen in mit NaCl angereicherten Nährlösungen (s. Tabelle 58), ohne daß naturgemäß Veränderungen der Wachstumsleistung der Pflanzen hier nachweisbar waren. Diese beiden Wasserkulturversuche zeigen somit recht deutlich, daß zweifellos die Cl-Aufnahme durch Nitrat beeinträchtigt werden kann, ohne daß jedoch zumindest bei diesen auch bei vierzehntägiger Kulturdauer noch kurzen Versuchen eine Aufhebung der Wachstumshemmung erreicht werden konnte. Zur näheren Charakterisierung der damit verbundenen physiologischen Abläufe wären weitere Untersuchungen notwendig. Nach diesen als vorläufig einzustufenden Versuchen dürfte das Ausbleiben der Ertragsminderung bei überhöhten Salzkonzentrationen in den Jahren 1990 und 1991 sicherlich nicht allein auf ein überhöhtes Nitrat-Angebot im Boden zurückzuführen sein.
Der Frage der Ionenaufnahme durch die Pflanzen nach erhöhter NaCl-Applikation wurde auch in den Salinitäts-Feldversuchen nachgegangen, indem 24 Stunden nach der Beregnung mit NaCl-haltigem Wasser eine chemische Analyse des beregneten Pflanzenmaterials durchgeführt wurde (s. Tabelle 56, Tabelle 57). Die Beregnung und damit die Probenahme der oberirdischen Pflanzenteile erfolgte auf den Parzellen III und V (Salinitätsversuche Alt) zu drei verschiedenen Terminen von Mitte Mai bis Mitte Juni. Während an allen Terminen in den Pflanzen der Parzelle V keine deutlichen Beziehungen zwischen der applizierten NaCl-Konzentration und der in den Pflanzen nachgewiesenen Konzentration dieser beiden Ionen nachzuweisen waren, trat in den Pflanzen von Parzelle III bei allen drei Beregnungsterminen mit zunehmender NaCl-Konzentration eine wenn auch geringe Zunahme der Na-Konzentration auf. Auf diesem Standort konnte auch nach der letzten Beregnung am 13.6. eine gegenüber der Kontrolle mit Verregnung von Grundwasser erhöhte Cl-Konzentration festgestellt werden, die in der Größenordnung den Konzentrationen entsprachen, die im oben beschriebenen Wasserkulturversuch (s. Tabelle 58, Tabelle 59) Wachstumshemmungen nach sich zogen, ohne die dort festgestellten Konzentrationsbereiche zu erreichen. Auch lag das Niveau der Na- und Cl-Konzentrationen in den Kontrollen der allerdings auch älteren Pflanzen in den Feldversuchen höher als in den Wasserkulturversuchen. Von den anderen ermittelten Ionen konnte auf dieser Parzelle lediglich zu diesem Termin bei den beiden höheren NaCl-Stufen eine deutliche Zunahme der K-Konzentration im Pflanzenmaterial festgestellt werden. Die anderen Nährstoffe waren in ihrer Konzentration nicht wesentlich gegenüber der Kontrolle mit Grundwasser-Beregnung verändert, bis auf Calcium, das unter dem Einfluß höherer Na-Gehalte im Boden auf dem schweren Boden von Standort III offenbar mobilisiert werden konnte (s.a. HAGHIGHI, 1998). Auf beiden Standorten konnte dagegen eine klare positive Korrelation zwischen der applizierten NaCl-Konzentration und dem Gehalt dieser beiden Ionen im Boden gefunden werden (vgl. Tabelle 42). Dabei lag das Na- und Cl-Konzentrationsniveau auf dem schweren Boden (Standort III) deutlich höher als auf dem leichten Sandboden des Standorts V (s. Tabelle 56, Tabelle 57).
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß zwar in den Wasserkulturversuchen nach 14tägiger Kultur in Nährlösungen mit erhöhten NaCl-Konzentrationen eine Beziehung zwischen dem NaCl-Angebot und den Konzentrationen beider Ionen im Pflanzenmaterial festgestellt werden konnte, jedoch war ein solcher Zusammenhang bei den Feldversuchen nicht generell zu erkennen.
Zieht man die Ergebnisse der EUF-Analysen zur Beurteilung des Na- und Cl-Angebotes im Boden heran (Abbildung 41, Abbildung 42, Abbildung 43, Abbildung 44), so ist davon auszugehen, daß auf der Parzelle III zwar, wie auch schon in früheren Jahren, die Na-Konzentration in den drei von uns analysierten Bodenschichten 0-30, 30-60 und 60-90 cm Tiefe mit zunehmender Höhe der NaCl-Applikation im Frühjahr vor der Düngung zunimmt. Die Cl-Konzentration zeigt dagegen in der obersten Bodenschicht keine Beziehung zur NaCl-Zufuhr zum Boden, erst in den tieferen Bodenschichten steigt die Cl-Konzentration mit zunehmender Höhe der NaCl-Gabe an. Dies dürfte seine Erklärung in der leichten Beweglichkeit des Chlorid-Ions im Boden und damit seine leichte Auswaschbarkeit in tiefere Bodenschichten finden. Bei der Bodenprobenahme im Oktober sind die Ergebnisse ähnlich, jedoch als Folge der Beregnung mit Wasser erhöhter Salzkonzentrationen während der Vegetationszeit auf höherem Niveau. Dies gilt grundsätzlich für alle drei Bodenschichten, wobei als Ausnahme in der Krume bei der höchsten Salzstufe nun auch eine deutlich höhere Cl-Konzentration ermittelt werden konnte. Generell weichen die Ergebnisse der EUF-Untersuchungen des Jahres 1991 in der Tendenz nicht von denen anderer Jahre ab, in denen mit zunehmender Höhe der NaCl-Applikation eine dazu parallel verlaufende Ertragsminderung ermittelt wurde. Eine Erklärung für das Ausbleiben dieser Salzwirkung ergeben diese Bodenanalysen demnach nicht. Den Pflanzen stehen zwar erhöhte Na- und Cl-Konzentrationen im Boden zur Verfügung, die jedoch aus zunächst nicht bekannten Ursachen von den Wurzeln nicht aufgenommen wurden. Dabei ist noch zu berücksichtigen, daß der bei weitem größte Teil des durch das EUF-Verfahren nachgewiesenem Chlorids in der leicht pflanzenverfügbaren Fraktion a, die m.o.w. der freien Bodenlösung entsprechen sollte, nachzuweisen war. Auch 1990 blieb schon die ertragsmindernde Wirkung erhöhter Salzgaben aus und es wurden ähnliche Analysenergebnisse für den Boden ermittelt. Wie w.o. bereits erwähnt, wurde als mögliche Ursache für diese Beobachtungen der nach der Kalkstickstoffgabe und dem Ackerbohnenanbau erhöhte Nitratgehalt im Boden herangezogen. Die Nitrat-Konzentrationen im Frühjahr 1991 lagen jedoch wieder auf dem Niveau früherer Jahre oder, für einzelne Jahre auch darunter, so daß es recht fraglich ist, ob die im Wasserkulturversuch nachgewiesene und auch für die Feldversuche vermutete Ionenkonkurrenz von Nitrat und Chlorid bei der Cl-Aufnahme durch die Wurzeln als Erklärung für die beschriebenen Befunde dienen kann. Auch konnten auf beiden Standorten keine wesentlichen Veränderungen der bodenphysikalischen Kennwerte in diesen Jahren festgestellt werden.
Genauere Erkenntnis zu dieser Frage würde weitere Untersuchungen erfordern, in denen die Konzentrationen von Natrium, Chlorid und Nitrat (und Ges.-N) und anderer Nährstoffe in kurzen zeitlichen Abständen vor, während und nach der Beregnungsperiode im Boden und in den angebauten Pflanzen zu verfolgen wären. Weiterhin sollte der Versuch über die Bedeutung von Kalkstickstoff und der Anbau von Ackerbohnen (mit den dazugehörigen, im Jahr 1989 nicht vorhandenen Kontrollen) und anschließendem Sommerweizen-Anbau für die Wirkung überhöhter Salzapplikationen wiederholt werden.
Ein alternativer Ansatz zum Verständnis dieser Befunde wäre die Frage, wie weit die in früheren Jahren bei erhöhter Salzapplikation feststellbaren Mindererträge tatsächlich durch das überhöhte Angebot an Natrium und/oder Chlorid ausgelöst wurden und nicht durch Beistoffe des von uns verwendeten Salzpräparates (und ähnliches). In früheren Jahren und auch 1990 durchgeführte Routineanalysen ergaben jedoch, daß das von uns verwendete Kochsalz zu >99% aus Natrium und Chlorid bestand. Da auf allen Salzstufen die gleiche Beregnungswassermenge ausgebracht wurde, sollten auch ev. toxische Inhaltsstoffe im Grundwasser als Verursacher der mit zunehmender Salzgabe sich erhöhenden Ertragsminderung ausscheiden.
Bei der Beurteilung des Salzeintrages durch die Beregnung sind die auch durch natürliche Niederschläge (s. Tabelle 46) und durch Düngung (s. Tabelle 47) dem Boden zugeführten Ionen zu berücksichtigen, was jedoch bei der Diskussion der Grenzwerte im Boden für Natrium und Chlorid mit einbezogen wurde (s. Kap. 11). In diesem Zusammenhang wäre beispielhaft auf die Regenwasser-Analysen der Jahre 1988 (Tabelle 60) und 1991 (s. Tabelle 45) hinzuweisen. Bei den Regenwasser-Analysen waren oft starke Schwankungen in den Meßwerten erkennbar. Beispielhaft sei der pH-Wert der Analysen des Jahres 1991 hervorgehoben (s. Tabelle 45). Bei einem durchschnittlichen pH-Wert von 6.04, also im leicht sauren Bereich, liegen die Meßwerte zwischen 4,56 im Januar (Heizperiode!) und 7,23 im September. Bei den meisten Meßterminen wurden Werte zwischen 5 und 6 ermittelt. Nur im Juni und September konnten Werte über 7, also im alkalischen Bereich, gemessen werden.
Der natürliche Niederschlag im Jahre 1991 lag im Durchschnitt der einzelnen Meßstationen bei den verschiedenen Parzellen bei rund 360 mm und damit beträchtlich unter dem langjährigen Mittel von 480 mm. In Tabelle 46 sind die durch Niederschläge und durch die Beregnung mit Grund- oder Rheinwasser dem Boden zugeführten Einträge an Chlorid und Natrium für die Parzelle VII, einem mittleren Boden mit ca. 15 % Ton, gegenübergestellt. Die mit der Beregnung mit aufbereitetem Rheinwasser applizierten Na-Mengen lagen um ca. 20 % über den mit dem natürlichen Niederschlag zugeführten und die für Chlorid etwa 10 % unter den Meßwerten im Regenwasser. Die durch Beregnung mit Grundwasser dem Boden zugeführten Na- und Cl-Einträge lagen dagegen bedeutend niedriger als die für Rheinwasser oder die natürlichen Niederschläge. Diese Daten zeigen, daß bei einer Bilanzierung zur Beurteilung der Rheinwasser-Verregnung auch die mit natürlichen Niederschlägen oder durch die Düngung den Böden zugeführten Na- und Cl-Mengen zu berücksichtigen sind.