Evaluation of Integrated (Irrigation-Fertigation) Measures Taken Against Drought in Potatoes in Terms of Mathematical Modeling of Crop Water Production Functions (CWPF)

Während der Planet sich erwärmt, verschieben sich die Regen- und Hitzemuster, auf die Landwirte seit Generationen vertraut haben, was längere Trockenperioden und intensivere Dürren mit sich bringt. Für Pflanzen wie Kartoffeln, die für die globale Ernährungssicherheit von entscheidender Bedeutung sind, stellen diese Veränderungen eine ernsthafte Bedrohung dar. Die Herausforderung besteht nicht nur darin, die Pflanzen am Leben zu erhalten, sondern genau zu wissen, wann sie Wasser und Nährstoffe benötigen, um zu überleben, ohne kostbare Ressourcen zu verschwenden. Wissenschaftler wissen seit langem, dass Pflanzen durch deutliche Lebensstadien gehen, vom Keimen über das Blühen bis hin zur endgültigen Produktion der Knollen, die wir essen. Die Kernidee, die die jüngste Forschung antreibt, ist, dass der Wasserbedarf einer Pflanze nicht konstant ist; er verändert sich je nachdem, in welcher Lebensphase sie sich befindet. Wenn ein Landwirt eine Pflanze zum falschen Zeitpunkt zu viel oder zu wenig bewässert, kann die Kulturpflanze zwar überleben, aber weniger Nahrung oder Kartoffeln von geringerer Qualität produzieren. Um dies zu lösen, nutzen Forscher mathematische Modelle, um genau abzubilden, wie viel Wasser eine Pflanze in jedem Stadium benötigt, um die beste Ernte zu erzielen. Diese Modelle fungieren wie ein Leitfaden, der Landwirten hilft zu entscheiden, wann sie bewässern und wann sie zurückhalten sollten, insbesondere wenn Wasser knapp ist.

In einer kürzlich durchgeführten Studie in der Marmara-Region der Türkei setzte ein Forscher sich zum Ziel, diese Ideen an Kartoffelkulturen unter realen Dürrebedingungen zu testen. Er arbeitete auf einem Forschungsfeld in der Nähe von Bursa und pflanzte eine beliebte industrielle Kartoffelsorte namens Hermes, die häufig für die Herstellung von Chips verwendet wird. Über zwei Anbauperioden, von 2019 bis 2020, experimentierte der Forscher mit verschiedenen Strategien. Er teilte seine Kartoffelparzellen in Gruppen auf und wendete das Wasser in sechs-Tage-Intervallen an. Spezifische Pflanzennährstoffe – Phosphor, Kalium, Calcium und Schwefel – wurden passend zu den vier Hauptlebensstadien der Kartoffel über die Tröpfchenbewässerung zugeführt: das anfängliche vegetative Wachstum, das Blühen, die Knollenbildung und die abschließende Reifephase. Das Ziel war es zu sehen, welche Kombination aus Wasser und Nährstoffen die meisten Kartoffeln und die höchste Qualität produzierte, gemessen am Gehalt an fester, trockener Materie im Inneren der Knolle. Ein hoher Trockenmassegehalt ist für Kartoffeln entscheidend, da dies eine bessere Textur und einen besseren Geschmack bedeutet, insbesondere für die Verarbeitung zu Chips. Der Forscher verfolgte auch, wie viel Wasser die Pflanzen tatsächlich verbrauchten, indem er den Wasserverlust an die Luft durch die Blätter und den Boden maß, einen Prozess, der als Evapotranspiration bekannt ist.

Der Forscher fand heraus, dass Kartoffeln in jedem Stadium ihres Lebens nicht gleichermaßen empfindlich auf Wassermangel reagierten. Die kritischste Zeit für Wasser war, als die Knollen entstanden. Wenn die Pflanzen während dieses spezifischen Zeitfensters nicht genügend Wasser erhielten, sank der Ertrag signifikant. Die Blütephase und das frühe vegetative Wachstum waren ebenfalls wichtig, aber etwas weniger entscheidend als die Phase der Knollenbildung. Überraschenderweise war die abschließende Reifephase der Zeitpunkt, an dem die Kartoffeln am wenigsten Wasser vertragen konnten, ohne einen großen Verlust an Gesamtgewicht zu erleiden. Dies bedeutet, dass ein Landwirt potenziell eine beträchtliche Menge Wasser sparen könnte, indem er die Bewässerung gegen Ende der Saison reduziert, ohne die gesamte Erntemenge zu beeinträchtigen. Die Studie zeigte jedoch auch einen komplexen Zielkonflikt hinsichtlich der Qualität auf. Während die Gabe von reichlich Wasser über die gesamte Saison hinweg die höchste Gesamtmenge an Kartoffeln produzierte, senkte dies tatsächlich die Qualität. Je mehr Wasser die Pflanzen erhielten, desto niedriger wurde der Trockenmassegehalt, was zu Kartoffeln führte, die weniger dicht und potenziell weniger geeignet für die Verarbeitung waren.

Um diese Ergebnisse zu interpretieren, testete der Forscher fünf verschiedene mathematische Modelle, um zu sehen, welches am besten die Beziehung zwischen Wassernutzung und Kartoffelproduktion vorhersagen kann. Diese Modelle sind im Wesentlichen verschiedene Wege, wie die Reaktion des Pflanzenwachstums auf Wasserstress berechnet wird. Der Forscher verglich die Vorhersagen jedes Modells mit den tatsächlich von ihm gesammelten Felddaten. Er stellte fest, dass zwei spezifische Modelle, bekannt als die Rao- und Minhas-Modelle, weitaus genauer waren als die anderen. Diese beiden Modelle sagten korrekt voraus, wie die Kartoffeln auf Wassermangel in jedem Stadium reagieren würden, wobei sie die Beobachtungen aus der realen Welt mit bemerkenswerter Präzision abglichen. Die anderen Modelle waren weniger zuverlässig und neigten dazu, die Auswirkungen von Wasserstress entweder zu über- oder zu unterschätzen. Dieser Befund ist bedeutend, da er den Agrarplanern ein besseres Werkzeug zur Entscheidungsfindung gibt. Durch die Verwendung der genaueren Modelle können Landwirte Bewässerungspläne erstellen, die die Menge der produzierten Nahrung maximieren und gleichzeitig die Menge des verwendeten Wassers minimieren.

Die Studie hob auch die Bedeutung des Timings bei der Nährstoffgabe hervor. Der Forscher brachte spezifische Nährstoffe passend zu den vier verschiedenen phänologischen Stadien zusammen mit dem regulären Wasserplan über die Tröpfchenbewässerung aus, um den Pflanzen zu helfen, der Dürre zu widerstehen. Er fand heraus, dass diese Nährstoffe zwar halfen, die Zeit der Wasseranwendung jedoch der dominierende Faktor blieb, der das Endergebnis bestimmte. Die Daten zeigten, dass die Pflanzen in Jahren mit starken Regenfällen weniger empfindlich gegenüber Wasserstress waren, aber in trockeneren Jahren wurden die Unterschiede zwischen den Bewässerungsstrategien viel deutlicher. Der Forscher kam zu dem Schluss, dass für die Marmara-Region, und wahrscheinlich auch für ähnliche Klimata, der beste Ansatz darin besteht, die Wasserressourcen auf die Phase der Knollenbildung zu konzentrieren. Er merkte auch an, dass Modelle zwar mächtige Werkzeuge sind, sie jedoch für verschiedene lokale Bedingungen getestet und angepasst werden müssen, um sicherzustellen, dass sie weiterhin genau bleiben. Die Arbeit bietet einen klaren Weg nach vorn für das Management von Kartoffelkulturen in einer sich erwärmenden Welt und zeigt, dass ein sorgfältiges, wissenschaftsbasiertes Wassermanagement Landwirten helfen kann, sowohl hohe Erträge als auch hohe Qualität zu halten, selbst wenn die Regenfälle unzuverlässig sind.