Transplanting date shifts the model-derived P optimum in lowland rice on P-deficient acid soil

In den feuchten, regenverhangenen Hügeln Nordostindiens bauen Bauern Reis auf Feldern an, die oft mit Wasser überflutet sind. Diese Umgebung stellt eine spezifische Herausforderung für den Boden dar: Er ist von Natur aus sauer, was bedeutet, dass er einen hohen Säuregehalt aufweist, der einen lebenswichtigen Nährstoff namens Phosphor festsetzt. Phosphor ist essenziell für Pflanzen; er hilft den Wurzeln zu wachsen, überträgt Energie innerhalb der Pflanze und unterstützt die Entwicklung der Samen. In diesen sauren Böden wird der Phosphor aus dem Dünger oft von Eisen und Aluminium eingefangen, wodurch er für die Reispflanzen unzugänglich wird. Aus diesem Grund haben sich die Bauern in der Region traditionell auf eine standardisierte „Einheitsmenge“ an Phosphordünger verlassen, in der Annahme, dass jede Reisernte die gleiche Dosis benötigt, unabhängig davon, wann sie gepflanzt wird.

Die Zeit des Pflanzens ist jedoch eine mächtige Kraft in der Landwirtschaft. Reis ist eine Kulturpflanze, die empfindlich auf Temperatur und Sonnenlicht reagiert. Wenn ein Bauer die Reissetlinge zu spät in der Saison pflanzt, kann die Kultur auf kühlere Temperaturen treffen, während sie versucht, ihre Körner zu bilden, was ihr Wachstum hemmen und die Ernte verringern kann. Die Frage, die Forscher beantworten wollten, war, ob diese Änderung der Pflanzzeit auch ändert, wie viel Phosphor der Reis tatsächlich benötigt. Wenn eine später gepflanzte Kultur weniger kräftig wächst, benötigt sie dann noch dieselbe schwere Dosis Dünger, oder wäre sie mit weniger besser dran?

Um die Antwort zu finden, führte ein Team von Wissenschaftlern ein zweijähriges Experiment auf einem Bauernhof in der Region Meghalaya in Indien durch. Sie arbeiteten mit einer spezifischen Art von Tieflandreis, der auf einem Boden angebaut wurde, der bekanntermaßen phosphorarm ist. Die Forscher richteten einen sorgfältig kontrollierten Test ein, um die Auswirkungen der Pflanzzeit von anderen Variablen zu trennen. Sie legten vier separate Aufzuchtbetten für die Reissamen an, die im Abstand von zehn Tagen gesät wurden. Dies ermöglichte es, die Setzlinge zu vier verschiedenen Terminen in das Hauptfeld zu transplantieren: am 3. Juli, 13. Juli, 23. Juli und 2. August. Entscheidend war, dass sie sicherstellten, dass jeder Setling genau dreiundzwanzig Tage alt war, als er in das Feld verlegt wurde, sodass der einzige Unterschied zwischen den Gruppen das Kalenderdatum der Transplantation war.

Zu jedem dieser Transplantationsdaten brachten die Forscher vier verschiedene Mengen an Phosphordünger aus: gar keinen, eine geringe Menge, eine mittlere Menge und eine hohe Menge. Sie beobachteten dann, wie der Reis wuchs, und maßen alles, von der Anzahl der körnenden Halme bis zum Gewicht des geernteten Korns. Die Ergebnisse waren klar und beständig. Als das Pflanzdatum von Anfang Juli auf Anfang August verzögert wurde, produzierte der Reis signifikant weniger. Der Kornertrag sank um fast fünfundzwanzig Prozent, und das gesamte Gewicht der Pflanzenbiomasse fiel um dreiundzwanzig Prozent. Die Pflanzen hatten weniger produktive Halme, kleinere Ähren und weniger Körner pro Ähre. Dieser Rückgang geschah, weil die später gepflanzten Kulturen ihre kritische Kornfüllungsphase in kühlerem Wetter verbrachten, was ihre Fähigkeit einschränkte, zu wachsen und auszuschwellen.

Die Studie zeigte auch, wie die Pflanzen auf den Dünger reagierten. Wenn Phosphor hinzugefügt wurde, wuchsen die Pflanzen besser, aber nur bis zu einem gewissen Punkt. Die Pflanzen erreichten ihre Spitzenleistung mit einer mittleren Düngerdosis. Das Hinzufügen von noch mehr Phosphor über diesen Punkt hinaus half nicht; tatsächlich führte es dazu, dass der Ertrag wieder sank. Dies deutet darauf darauf hin, dass es einen spezifischen „Sweet Spot“ für die Düngergabe gibt, und mehr als die Pflanze nutzen kann, auszuschütten, ist nicht nur verschwenderisch, sondern kann kontraproduktiv sein.

Die bedeutendste Entdeckung war jedoch, wie das Pflanzdatum diesen „Sweet Spot“ verschob. Die Forscher verwendeten statistische Modelle, um die exakte Menge an Phosphor zu berechnen, die für jedes Pflanzdatum den höchsten möglichen Ertrag liefern würde. Für das früheste Pflanzdatum Anfang Juli gab das Modell an, dass die ideale Menge an Phosphor etwa fünfundzwanzig ein halb Kilogramm pro Hektar betrug. Aber für das späteste Pflanzdatum Anfang August sank die ideale Menge auf knapp unter zweiundzwanzig Kilogramm pro Hektar. Dieser Unterschied von etwa drei ein halb Kilogramm pro Hektar mag klein erscheinen, aber er stellt eine reale Verschiebung im Bedarf der Kultur dar. Der später gepflanzte Reis, der ohnehin mit kühleren Temperaturen kämpfte und ein geringeres Ertragspotenzial hatte, konnte den zusätzlichen Dünger schlichtweg nicht nutzen, um mehr Korn zu produzieren. Da die Kapazität der Pflanze zum Wachsen durch das Wetter begrenzt war, konnten die zusätzlichen Nährstoffe nicht in erntereife Nahrung umgewandelt werden.

Die Forscher untersuchten auch, was mit dem Phosphor innerhalb der Pflanzen und im Boden nach der Ernte geschah. Sie fanden heraus, dass die später gepflanzten Kulturen signifikant weniger Phosphor aus dem Boden aufnahmen, obwohl der Boden noch über reichlich verfügbare Nährstoffe verfügte. Dies bestätigte, dass das Problem nicht ein Mangel an Dünger im Boden war, sondern vielmehr eine reduzierte Fähigkeit der später gepflanzten Kultur, diesen aufzunehmen und zu nutzen. Der Boden, der nach dem später gepflanzten Reis zurückblieb, enthielt mehr ungenutzten Phosphor als der Boden vom früher gepflanzten Reis, was die geringere Nachfrage der Kultur weiter bewies.

Diese Ergebnisse stellen die Vorstellung infrage, dass eine einzige Düngemitteilung für jede Pflanzzeit funktionieren kann. Während die Studie zeigt, dass das Verzögern des Pflanzdatums die optimale Menge an Phosphor senkt, mahnen die Forscher zur Vorsicht, dass dies ein spezifisches Ergebnis von einem Standort und einer Art von Reis ist. Der Unterschied in der idealen Düngermenge war im Vergleich zu den Schritten zwischen den getesteten Dosen relativ gering. Daher – obwohl die Daten beweisen, dass die Pflanzzeit verändert, wie Reis auf Dünger reagiert – sagen die Wissenschaftler, dass Landwirte ihre Praktiken nicht sofort aufgrund dieser einzelnen Studie ändern sollten. Stattdessen legen diese Ergebnisse nahe, dass zukünftige Düngemitteilungen verfeinert werden könnten, um Pflanzdaten zu berücksichtisieren, aber es sind weitere Tests mit feineren Anpassungen erforderlich, um Gewissheit zu erlangen. Für den Moment steht die Studie als ein klares Zeugnis dafür, dass der Zeitpunkt des Beginns einer Kultur die Beziehung zu den Nährstoffen im Boden grundlegend verändern kann.