K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
Öko-Kartoffeltag 2014
Qualitätsorientierte Anwendung von Kalium und Magnesium
Reinhard Elfrich
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
11()
K-Versorgung beeinflusst:
• Stärkegehalt (via K-Form [Cl-vs SO42-] und K-Menge)
• Schwarzfleckigkeit (Stoß, UWG, Oxidation phenolischer AS)
• Erntebeschädigung (Mechanik, Turgordruck, Gewebestab.)
• Kochdunkelung (FeII-Chlorogensäure-Komplexe)
• Reduzierende Zucker (Asparagin, niedermolekulare KH)
• Rohbreiverfärbung (Polyphenoloxidaseaktivität)
• Lagerverluste (reduzierte Atmung)
Bedeutung von Kalium für die Kartoffelqualität
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
22
kg K2O/ha(als SOP)
Stärke(%)
0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300 0 100 200 300
16
17
18
19
D CC C B
200
KCl300
KCl200
KCl200
KCl
Wirkung von Kalium auf den Stärkegehalt von Kartoffeln
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
3
Wirkung der Kalidüngung auf Erntebeschädigungen(Anzahl Erntebeschädigungen je 100 Knollen)
kg/ha K2O als Patentkali
Mittel aus je drei Versuchen der Landwirtschaftskammer NiedersachsenSorten: Verdi 2009, Kuras und Saturna 2008Künstliche Belastung auf Beschädigungsprüfstand der Versuchsstation Dethlingenund Bonitur Gewebe gemäß Bundessortenamt-Index
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 300 600 900 kg K2O/ha
1
1,5
2
2,5
3
Schwarzfleckigkeit K-Gehalt der Knollen4
Feldversuch Kalium und Schwarzfleckigkeit
Elfrich 09.01.2014
K-Gehalt (% K)Schwarzfleckigkeitspotential
7897
5586
4167
3058
KTBL-IndexHerbstFrühjahr
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
55
K conc. (%)Citric acid (g/kg DM)
0
10
20
30
40
50
60
0 300 600 900
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
K Supply (kg K2O/ha)
Citric Acid
K concentration of the tubers
Einfluss von Kalium auf den Gehalt an Zitronensäure in Kartoffel-Knollen
Univ. Göttingen
Prof. Bergmann:
„Liegt der K-Gehalt von Kartoffelknollen über 2,5%, „Blaufleckigkeit“ man nicht mehr kennt.“
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
66
Ein nicht-enzymatischer Prozess:
• Umsetzung von Chlorogensäure mit Eisen (Fe)
• Während des Kochvorgangs bilden sich FeII-Chlorogensäure-Komplexe
• Bei O2-Zutritt nach dem Kochen Oxidation zu blau-grauer FeIII-di-Chlorogensäure.
Maßnahme:
• Hohes K-Angebot senkt die Chlorogensäuregehalte und erhöht den Anteil Citronensäure, diese bildet stabile Komplexe mit Fe
Zusammenhang Kochdunkelung und K-Versorgung
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
7
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8
N supply [g N per pot]
Reducin
g s
ugars
[%
of D
M]
K1 (1 g K per pot)K2 (3 g K per pot)K3 (5 g K per pot)
Limit 1%
(Mittel±SD, n=4)
Gehalte der reduzierenden Zucker (Glukose & Fruktose)der Knollen in Abhängigkeit von der N- und K-Gabe
Heuser, Gerendás, Sattelmacher, 2004
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
88
1.0 g K pot-1
2.4 g N pot-13.0 g K pot-1
1.6 g N pot-15.0 g K pot-1
0.8 g N pot-1
Pommes frites unterscheiden sich aufgrund diff. Düngung in der Farbe (Maillard-Reaktion)
(Gerendás et al., 2007. J. Plant Nutr 30, 1499-1516)Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbHDiagnose Nährstoffstatus –Möglichkeiten und Grenzen
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
10
Diagnose K-Mangel
Elfrich 09.01.2014
Zielwerte:
Boden: GK C/D
Knolle: 2,2 – 2,5 % K in TM
* Gerade voll entwickelt zu Blühbeginn
Blatt*: 5,0 – 6,6 % K in TM
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
11
Knollenanalyse beste Qualität: K-Gehalt oberhalb von 2,2% und mind. 1% höher als N-Wert
Elfrich 09.01.2014 Quelle: Northoff, Lünekartoffel 2013Sorte: Alexandra
Parameter Analysenwert Einheit
Stickstoff 1,33 % TS
Phosphor 0,27 % TS
Kalium 2,41 % TS
Magnesium 0,15 % TS
Calcium 0,02 % TS
Schwefel 0,13 % TS
Kupfer 3,6 mg/kg TS
Mangan 7,4 mg/kg TS
Zink 12 mg/kg TS
Bor 18 mg/kg TS
TS 17,3 mg/kg TS
Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
12
Zusammenhang von Kalium-Bodenversorgung und –Düngung auf den K-Gehalt von Kartoffelknollen
Gehaltsklasse
Quelle: Kerschberger, M.
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
13
Entwicklung der anorganischen Inhaltsstoffe im Blatt von Kartoffeln im Verlauf der Vegetation
Elfrich 09.01.2014Quelle: Dr. Kolbe, Landesamt Sachsen
Aufn. p.d.: 14 kg K2O/ha
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
14
Diagnose Mg-Mangel
Elfrich 09.01.2014
Zielwerte:
Boden: GK D
Knolle: 0,09 - 0,1 % Mg in TM
Blatt*: 0,24 – 0,6 % Mg in TM
* Gerade voll entwickelt zu Blühbeginn
nach Breuer, Frey et al
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
15
Diagnose Nährstoffmangel
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbHStressindikatoren im Kartoffelbau
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
17
Einfluss Niederschlag/K-Düngung auf KartoffelertragK+S KALI GmbH
Elfrich 09.01.2014
Zahl regenfreier
Tage Mai - Juni
Kartoffelertrag t ha-1 bei
0 kg K ha-1 330 kg K ha-1
45 25 40
50 24 41
60 20 41
15 Versuchsjahre van der Paauw/Dr. Albert 2010
Transpirations-Koeffizient Kartoffel
250 - 500 l H2O Kg TS-1
Prof. Fohrer 2007
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
18
K+S KALI GmbH
Elfrich 09.01.2014
Fe
ldve
rsu
ch
La
nd
wirts
ch
afts
ka
mm
er N
ied
ers
ach
se
n
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
1919
Interaktion N und K auf Knollenertrag und Frostschäden
N-Niveau (kg N/ha)
0 100 200
Source: R.C. SHARMA AND K.C. SUD (Central Potato Research Institute)
K-Niveau (kg K2O/ha) Frost-Index
0 3,5 4,1 3,7
100 0,7 0,8 1,4
200 0,5 0,5 1
Foto: Josef Hofer 04.05.2011
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
Eistod: Zucker und Kalium als „Frostschutzmittel“
Einlagerung osmotisch wirksamer Substanzen wie Zucker und Kalium � Zellinnendruck steigt� Frostschutz, Eisbildung allenfalls
zwischen den Zellen
Einlagerung osmotisch wirksamer Substanzen fehlt� Zellinnendruck sinkt� Zellmembran wird durch
Eiskristalle zerstört – „Eistod“
Membran-schädigung
20
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
Magnesium-Mangel induziert Alternaria
K+S Gruppe
K+S KALI GmbHMg-Mangel mit Alternaria-Symptomatik 03.09.2010K+S KALI GmbH
Elfrich 09.01.2014 Feldversuch Klein Berßen
Vortrag AGRAVIS-Münster Oktober 2011, Leidel K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
23
Starke Strahlung Geringe Strahlung
Pflanzen mit Magnesiummangel sind bei
extremer Sonneneinstrahlung sehr empfindlich
Cakmak and Kirkby, 2008, Physiol Plant
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
24
0
30
60
90
120
150
6 9 12 6 9 12 6 9 12
Magnesium
Mangel
SaccharoseReduzierende
ZuckerStärke
ausreichend
Magnesium
(mg
glu
cose
equ
iv.
g-1
DW
)
Tage
Zuckerakkumulation in den Blättern als frühe Reaktion der Pflanze auf Magnesiummangel – gestörter Phloem-Export
Cakmak et al., 1994b J. Exp Bot.
Elfrich 09.01.2014
Vortrag AGRAVIS-Münster Oktober 2011, Leidel K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
25
PSII PSI
2H2O O2
LICHT
THYLAKOID
CO2
O2
e-
STOMA
Saccharose
Phloem Export
O2.-, H2O2, OH.
Toxische O2
Verbindungen
Stomataler CO2 Fluss
ATP
ADP
Cakmak, 2005; Soil Sci. Plant Nutr.
Vortrag AGRAVIS-Münster Oktober 2011, Leidel K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
26
PSII PSI
2H2O O2
LICHT
THYLAKOID
CO2
O2
e-
STROMA
Saccharose
Phloem Export
MgMangel
Zellzerstörung –
photooxidativ
Stomatal
CO2 Flux
ATP
ADP
Cakmak and Kirkby, 2008 Physiol. Plant
O2.-, H2O2, OH.
Toxische O2
Verbindungen
K+S Gruppe
K+S KALI GmbHWechselwirkungen unter Nährstoffen
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
© SKWP/FA, Fuchs, Ibbenbüren, 25.11.2010
K-Versorgungszustand des Bodens beachten
sorbierte Kationen
KAK
fixierte NH4-
Kationen
K+
NH4+
Ca2+
Mg2+
Op
tim
ale
K-V
erso
rgu
ng
d
es B
od
ens
Geh
alts
klas
se C
,D,E
K-U
nte
rver
sorg
un
g
des
Bo
den
sG
ehal
tskl
asse
A
Die Zwischenschichten der Tonminerale werdenbei optimaler K-Versorgungdurch K-Kationen zusammengehalten
bei K-Unter-versorgung nutzen
Pflanzen das Zwischen-schichtkalium zur Ernährung
���� die entstanden Lücken können alternativ mit NH4-Kationen gefüllt werden
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
© SKWP/FA, Fuchs 2010
Cultan-Düngung: K-Versorgung besonders beachten
sorbierte Kationen
KAK
fixierte NH4-
Kationen
K+
NH4+
Ca2+
Mg2+
Op
tim
ale
K-V
erso
rgu
ng
d
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od
ens
Geh
alts
klas
se C
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K-U
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sorg
un
g
des
Bo
den
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ehal
tskl
asse
A,B
Die Zwischenschichten der Tonminerale werdenbei optimaler K-Versorgungdurch K-Kationen zusammengehalten
bei K-Unter-versorgung nutzen Pflanzen das Zwischen-schichtkalium zur Ernährung���� die entstanden Lücken werden mit NH4-Kationen gefüllt
Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe
K+S KALI GmbHAntagonismus: Prinzipielle Transportsysteme in Pflanzen
Graph von Marschner 2012 verändert nach White 2003
hohe K-Konz. niedrige K-Konz.
Wurzel-oberfläche
Zytoplasma
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
Ionen- und Hydrat-Radius von Magnesium, Calcium and Kalium
31
Mg2+
Ca2+
K+
Ionen-Radius
Hydrat-Radius
H2O
H2O
H2O
H2 O
H2O
H2O
H2 O
H2 O
H2O
H2O
H2O
H2O
Magnesium hat eine große Hydrathülle
� Geringe Bindungskraft, insbesondere in Böden mit niedriger Kationen-Austausch-Kapazität(KAK) bei gleichzeitig niedrigem pH-Wert
� Hohe Mobilität
� Auswaschungsgefahr
K+S KALI GmbH
K+S Gruppe
K+S KALI GmbHAntagonismus: K hemmt Mg-Aufnahme – Mg hemmt nicht K-AufnahmeUrsache: Spezifität der Aufnahmesysteme für K
Mg2+-Aufnahme über
unspezifische Transporter
� diese werden vermehrt
durch ein hohes K+-Angebot
blockiert
K+
K+
K+
K+
K+
Mg2+
Mg2+
Mg2+
K+
Mg2+
Mg2+
K-Aufnahme
über spezifische
K-Transporter Quelle: Rühlicke und Führs 2012 nach Britto und Kronzucker
K-Antransport über DiffusionMg-Antransport über Massenfluss
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
K/Mg-AntagonismusK+S KALI GmbH
Pflanzen mussten Mechanismen entwickeln, um den Bedarf und die Verfügbarkeit von Nährstoffen in Einklang zu bringen:
� Nährstoffverfügbarkeit in Wurzelnähe/Rhizosphäre im Vergleich zu wurzelfernen Bereichen
• Verarmungszonen• Konzentrationsgradienten• Wurzelausscheidungen
� Chemismus von K und Mg• Ionenradius vs. Radius der hydratisierten Ionen• Mobilität im Boden• Antransport zur Wurzel ���� Diffusion vs. Massenfluss• Elektrische Ladung ����Ladungsausgleich
� Koordination der Nährstoffaufnahme nur über regulierte Aufnahme- und Transportsysteme möglich
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
34
Einfluss der K- / Mg- Düngung auf Ertrag und Qualität von Kartoffeln
Elfrich 09.01.2014
Standort Bakum
Anbaujahr 2009
Sorte Premiere
BU: Ø 13,6 mg K2O/100 g BodenCAL
Ø 3,2 mg Mg /100 g Boden CaCl2
Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
35
Entwicklung der Mineralgehalte in der Blatt-TS bei Kartoffeln im Feldversuch Bakum
K+S KALI GmbH
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
36
30
40
50
60
70
Kn
olle
n-
(t h
a-1),
Stä
rkee
rtra
g (
dt
ha-1
)
1993 1994 1995 Mittel 1993 1994 1995 Mittel
Kontrolle EPSO Top 4x10 kg ha-1
Knollenertrag t ha-1 Stärkeertrag dt ha-1
Waldniel, Löß-Parabraunerde, uL, 8 mg Mg/100 g, 45 kg MgO/haElfrich 09.01.2014
Einfluss von EPSO Top zu Kartoffeln in 3 Feldversuchen der LK NRW
Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe
K+S KALI GmbHInteraktion zwischen Mg und ZnZwei Nährstoffe, die in Balance stehen sollten
37
MgZn Zn+
Blattdüngung mit Zink
Zn
Zn
ZnZn
ZnZn
ZnZn
Zn
Zn
Zn
Forschungsergebnisse: Ozturk, Sabanci University
Zn
Blattdüngung mit Zink und Magnesium
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
38
Löslichkeit verschiedener Magnesium - Formen in BodenwasserK+S KALI GmbH
Elfrich 09.01.2014
Verbindung Chemische Formel g l H2O-1
Kieserit MgSO4 x H20 417
Dolomit CaMg(CO3)2 0,100
Magnesit MgCO3 0,034
Magnesiumhydroxid Mg(OH)2 0,009
Magnesiumoxid MgO 0,0062
Magnesiumsilikat 2 MgO SiO2 nicht löslich
Quelle: Lufa Rostock + Chemische Handbücher
K+S Gruppe
K+S KALI GmbHPraktische Düngung
Elfrich 09.01.2014
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
40
Aufnahme Kalium nach Früchten (Richtwerte zur Ernte)
Kartoffeldüngung Frey. 14-01-09 K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
41
Tatsächliche Kaliumaufnahme während der Vegetation (K2O) bei Kartoffeln (2 Sorten)
K+S KALI GmbH
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
23. 25. 26. 28. 29. 31. 32. 33. 35. 36. 38. 40.
kg h
a-1
KW
Cilena-Knolle (43 t/ha) Cilena-Kraut Russet Burbank-Knolle (90 t/ha) Russet Burbank-Kraut
342
639
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
42
100,0
110,0
120,0
130,0
140,0
150,0
160,0
170,0
180,0
0 20 40 60 80
mg K2O/100 g Boden
Rel
ativ
er M
ehre
rtra
g (%
) zu
r m
it
Kal
i unged
üngte
n K
ontr
olle
Mehrertrag durch Kalidüngung in Abhängigkeit vom Bodenwert
n = 26 Versuche(2002-2008)
Ø Mehrertrag Kartoffeln: 7,620 t/haØ Kalidüngung: 0,281 t/ha
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
43
Diagnose-Modelle Nährstoffmangel
Elfrich 09.01.2014
Quelle:
Landwirtschaftskammer
Schleswig-Holstein 2012
Datum (JJMMTT), Titel, Autor/Zeichen K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
44
Mehrertrag durch 800 kg ha-1 Patentkali in Abhängigkeit vom Ausbringungszeitpunkt
K+S KALI GmbH
Elfrich 09.01.2014
0
10
20
30
40
50
240 kg K2O ha-1 als Patentkali
vor dem Pflügen
vor derPflanzung
nach derPflanzung
%
n = 5
BU Stufe B/C
Bodenart Sand
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
45
Kali-Düngung Kartoffel – Platzierung
Elfrich 09.01.2014
K-Düngungsvariante Kalium in % der TM Stärke in % der FM
Kontrolle 1,99 19,0
K2SO4, unter Fuß 2,06 18,6
K2SO4, breitwürfig 2,05 18,4
KCl, unter Fuß 2,13 17,8
KCl, breitwürfig 2,13 17,6
K2SO4, Splitting1) 2,03 18,3
Standort Dornburg, Boden uL, Mittel aus 2003-2005, TLL Wölfel, verändert
1) 1. Gabe vor dem Pflanzen, 2. Gabe zu Blühbeginn
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
Kali + Magnesium – Dünger mit wasserlöslichen Nährstoffgehalten
Festdünger:
� Patentkali 30% K2O sulfat.
10% MgO
17% S
� Kaliumsulfat 50% K2O sulfat.
18% S
� ESTA Kieserit gran. 25% MgO
20% S
� ESTA Kieserit fein 27% MgO
22% S
Spritzfähig:
� EPSO Top 16% MgO
13% S
� EPSO Microtop 15% MgO
12% S
0,9% B
1% Mn
� EPSO Combitop 13% MgO
13% S
1% Zn
4% Mn
� Solusop 52 (sulfat.) 52% K2O
18% S
K+S Gruppe
K+S KALI GmbH
47
Wurzelbild der Kartoffel nach L. Kutschera K+S KALI GmbH
Elfrich 09.01.2014
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Bedankt voor de aandacht!