Agronomic and Physiological Responses of Sorghum and Sweet Potato to Shea Tree Shade in Burkina Faso

Technische Zusammenfassung: Agronomische und physiologische Reaktionen von Sorghum und Süßkartoffel auf den Schatten des Shea-Baums in Burkina Faso

Problemstellung
In Burkina Faso sind Agroforst-Parklandschaften, in denen Vitellaria paradoxa (Shea-Baum) mit Getreidekulturen integriert sind, entscheidend für die Ernährungssicherheit. Der jedoch durch die Shea-Bäume verursachte Schatten reduziert die photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) erheblich, was zu einem Lichtwettbewerb und einem dokumentierten Rückgang der Produktivität der damit verbundenen Getreidekulturen wie Sorghum (Sorghum bicolor) führt. Diese Ertragsminderung führt oft dazu, dass Landwirte die Keimlingsregeneration vernachlässigen oder Bäume absichtlich entfernen, was die langfristige Nachhaltigkeit dieser Parklandschaften gefährdet. Während Wurzel- und Knollenfrüchte als schattentolerant gelten, mangelt es an spezifischen Daten darüber, wie die dendrometrischen Merkmale der Shea-Bäume – insbesondere der Brusthöhendurchmesser (DBH) und die Kronenfläche – die agronomische und physiologische Leistungsfähigkeit von Sorghum gegenüber Süßkartoffeln (Ipomoea batatas) unterschiedlich beeinflussen. Die Studie adresst die Notwendigkeit, kritische Baumgrößenschwellenwerte zu identifizieren, ab denen der Sorghumertrag nicht mehr rentabel ist, und zu bestimmen, ob die Süßkartoffel als praktikable Alternative dienen kann, um die Produktivität der Agroforstwirtschaft ohne Baumentfernung aufrechtzuerhalten.

Methodik
Die Forschung wurde in der Region Nazinon in Burkina Faso, spezifisch in den Kommunen Nobéré und Saponé, durchgeführt. Die Studie nutzte ein randomisiertes Blockdesign (RCBD), um zwei Kulturen zu evaluieren: eine lokale Sorghum-Landrasse und zwei biofortifizierte Süßkartoffel-Sorten (Erè und Tiébélé 2).

• Baumklassifizierung: V. paradoxa-Bäume wurden in drei Durchmesserklassen (DC) basierend auf dem DBH kategorisiert:
  • DC1: 15–30 cm
  • DC2: 30–45 cm
  • DC3: ≥45 cm
• Experimentelle Behandlungen: Die Kulturen wurden unter dem Blätterdach der Bäume in jeder Durchmesserklasse (UCDC1, UCDC2, UCDC3) sowie in offenen Flächen (OA) als Kontrollen angebaut.
• Messungen:
  • Dendrometrie: Kronenfläche und PAR-Interzeption wurden gemessen.
  • Morphologie: Stängel-/Rankenlänge, Blattanzahl und Manschettendurchmesser wurden nach 30, 45, 60 und 81 Tagen nach Aussaat/Pflanzung aufgezeichnet.
  • Physiologie: Stomatäre Leitfähigkeit, Chlorophyllgehalt (SPAD) und linearer Elektronentransport (LEF) wurden mit tragbaren Geräten (AP4 Porometer und PhotosynQ MultispeQ) gemessen.
  • Ertrag: Korn-/Ährenertrag für Sorghum und Knollenertrag für Süßkartoffeln wurden aufgezeichnet.
• Analyse: Die Daten wurden mit dem Kruskal-Wallis-Test gefolgt von einem Dunn-Post-hoc-Test mit Bonferroni-Korrektur auf einem Signifikanzniveau von 5 % analysiert.

Wesentliche Ergebnisse

• Lichtinterzeption: Es gab eine signifikante negative Korrelation zwischen dem Baumdurchmesser und der PAR-Transmission. DC1-Bäume (kleinste Kronenfläche) übertrugen die höchste PAR (274 µmol Photonen m⁻² s⁻¹), während DC2 und DC3 signifikant weniger übertrugen (162,75 bzw. 142,84 µmol m⁻² s⁻¹).
• Sorghum-Leistung:
  • Das Sorghum-Wachstum und der Ertrag waren in der offenen Fläche (OA) am höchsten.
  • Unter dem Blätterdach war die Sorghum-Leistung unter DC1 signifikant besser als unter DC2 oder DC3.
  • Dennoch war die Sorghum-Leistung unter DC1 immer noch signifikant niedriger als in der offenen Fläche (OA). Die Studie stellt fest, dass das Sorghum-Wachstum und die Produktion selbst unter der kleinsten Durchmesserklasse im Vergleich zur offenen Fläche gering waren.
  • Physiologische Daten zeigten, dass die stomatäre Leitfähigkeit unter dem Blätterdach zwar höher war (aufgrund eines günstigen Mikroklimas), der lineare Elektronentransport (LEF) und das allgemeine Wachstum jedoch durch die geringe Lichtverfügbarkeit, insbesondere in DC2 und DC3, begrenzt wurden.
• Süßkartoffel-Leistung:
  • Im Gegensatz zu Sorghum wies die Süßkartoffel unter den größeren Durchmesserklassen (DC2 und DC3) ein überlegenes Wachstum und Ertrag im Vergleich zu DC1 und der offenen Fläche auf.
  • Morphologische Parameter (Rankenlänge, Blattanzahl) und Knollenerträge nahmen generell mit der Baumdurchmesserklasse zu.
  • Die höchsten Knollenerträge wurden unter DC3 verzeichnet. Bemerkenswerterweise produzierte die Süßkartoffel am Standort Nobéré weder in der offenen Fläche noch unter DC1 Knollen, während die Produktion unter DC2 und DC3 stattfand.
  • Obwohl die Erträge unter DC2 und DC3 generell höher waren als unter DC1, ergab die statistische Analyse (Tabelle 7), dass der Unterschied im Ertrag zwischen DC1 und DC2 nicht signifikant war (beide teilen denselben hochgestellten Buchstaben), während DC3 signifikant mehr lieferte als die anderen Klassen.
  • Die Süßkartoffel-Sorten zeigten einen höheren Chlorophyllgehalt unter dem dichteren Schatten von DC2 und DC3, eine Anpassung an die geringere Lichtintensität.
• Standortvariationen: Nobéré (höherer Niederschlag, intensiverer Baumschnitt) begünstigte tendenziell Sorghum, während Saponé (geringerer Niederschlag, weniger Schnitt) die Süßkartoffel begünstigte, was wahrscheinlich auf Unterschiede in der Wasserverfügbarkeit und der Kronendichte zurückzuführen ist.

Wesentliche Beiträge
Die Studie liefert empirische Belege dafür, dass die Auswirkungen des Schattens von V. paradoxa auf die assoziierten Kulturen nicht einheitlich sind, sondern streng von der Durchmesserklasse des Baumes abhängen.

1. Identifizierung von Schwellenwerten: Sie identifiziert DC1 (DBH < 30 cm) als den kritischen Schwellenwert, an dem Sorghum mit *weniger* Ertragsverlusten kultiviert werden kann als bei größeren Bäumen, obwohl die Erträge dennoch signifikant niedriger als in offenen Feldern bleiben. Umgekehrt führen DC2 und DC3 (DBH > 30 cm) zu signifikanten Ertragsminderungen beim Sorghum.
2. Kultursubstitutionsstrategie: Sie zeigt, dass die Süßkartoffel eine hocheffektive schattentolerante Alternative ist, die unter den dichten Kronen größerer Shea-Bäume (DC2 und DC3) gedeiht, wo Getreidekulturen versagen.
3. Physiologischer Einblick: Die Forschung verdeutlicht, dass, während der Schatten das Mikroklima verbessert (höhere stomatäre Leitfähigkeit), die Reduktion der PAR der primäre limitierende Faktor für C4-Pflanzen wie Sorghum ist. Im Gegensatz dazu ermöglicht die C3-Natur der Süßkartoffel und deren morphologische Plastizität die Nutzung des schatteninduzierten Mikroklimas und der niedrigeren Lichtkompensationspunkte.

Bedeutung und Ansprüche
Die Autoren behaupten, dass diese Forschung eine praktische, wissenschaftlich fundierte Managementstrategie für die Agroforst-Parklandschaften in Burkina Faso bietet. Durch die Abstimmung der Kulturwahl auf den Baumdurchmesser können Landwirte die Gesamtsystemproduktivität optimieren, ohne auf Baumentfernung oder intensiven Rückschnitt zurückgreifen zu müssen.

• Empfehlung: Das Papier schlägt explizit vor, Sorghum nur unter DC1-Bäumen (DBH < 30 cm) anzubauen und es unter DC2 und DC3 zu vermeiden.
• Alternative: Für Bäume mit einem DBH > 30 cm (DC2 und DC3) empfehlen die Autoren den Anbau von Süßkartoffeln, um Shea-Produktionsverluste (die durch Baumschnitt entstehen würden) zu verhindern und Ertragsverluste bei Getreide (die auftreten, wenn Sorghum unter großen Bäumen gepflanzt wird) zu vermeiden.
• Einfluss auf die Erhaltung: Dieser Ansatz zielt darauf ab, die Baumdichte in den Parklandschaften aufrechtzuerhalten oder zu erhöhen, indem ein wirtschaftlicher Anreiz (Süßkartoffelertrag) geschaffen wird, um größere Shea-Bäume zu bewahren, was die Abnahme der Gehölzdichte in der Region adressiert.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das Management von Agroforstsystemen basierend auf Baumdurchmesserklassen die gleichzeitige Optimierung der Baumerhaltung und der Pflanzenproduktion ermöglicht und somit einen nachhaltigen Weg für die Ernährungssicherung in der Sahelzone eröffnet.