Comparative Effects of Partial Rootzone Drying and Deficit Irrigation on Water Use Efficiency, Economic Water Productivity, and Productive Traits of Mature Apricot Trees in a Semi-Arid Region

Technisches Resümee: Vergleichende Auswirkungen von partieller Wurzelzonentrocknung und Defizitbewässerung bei ausgewachsenen Aprikosenbäumen

Problemstellung
In semiariden Regionen wie dem Gebiet um Urmia in Iran stellt Wasserknappheit eine kritische Einschränkung für die landwirtschaftliche Produktion dar, was zur ökologischen Degradation des Urmia-Sees beiträgt. Da die Aprikose (Prunus armaniaca L.) eine bedeutende Kulturpflage in dieser Region ist, hängt ihre Produktion stark von der Bewässerung ab. Traditionelle Strategien der Defizitbewässerung (DI) zielen darauf ab, Wasser einzusparen, führen jedoch oft zu erheblichen Ertragseinbußen. Die partielle Wurzelzonentrocknung (PRD), eine modifizierte Technik der Defizitbewässerung, hat bei anderen Obstkulturen (z. B. Weinreben, Birnen, Granatäpfel) vielversprechende Ergebnisse gezeigt, um die Wassereffizienz zu steigern, ohne den Ertrag schwerwiegend zu beeinträchtigen. Es gibt jedoch nur begrenzte Forschung zur Anwendung von PRD in ausgewachsenen Aprikosenhainen, insbesondere im Hinblick auf deren physiologische Auswirkungen, wirtschaftliche Rentabilität und Leistungsfähigkeit unter variierenden Ebenen des Wasserstresses im Vergleich zur konventionellen DI.

Methodik
Die Studie wurde über zwei Anbauperioden (2015–2016) an der Kahriz Agricultural Research Station in Urmia, Iran, durchgeführt. Das Experiment nutzte ein randomisiertes Blockdesign mit 30 einheitlichen, 12 Jahre alten Aprikosenbäumen (Sorte 'Asgar-Abad'). Es wurden fünf Bewässerungsbehandlungen angewendet:

1. 100%WW: Vollständige Wurzelzonenbewässerung bei 100 % der Evapotranspiration (ET).
2. 75%DI: Vollständige Wurzelzonenbewässerung bei 75 % ET.
3. 75%PRD: Alternierende Bewässerung von zwei halbkreisförmigen Wurzelzonen bei 75 % ET.
4. 50%DI: Vollständige Wurzelzonenbewässerung bei 50 % ET.
5. 50%PRD: Alternierende Bewässerung von zwei halbkreisförmigen Wurzelzonen bei 50 % ET.

Bei den PRD-Behandlungen wurden die Becken in zwei gleich große Abschnitte unterteilt, und die Bewässerung wurde zwischen diesen abwechselnd durchgeführt. Zu den gemessenen Schlüsselparametern gehörten vegetative Merkmale (Blattlänge, -breite, -fläche, relativer Wassergehalt), produktive Merkmale (Ertrag, Fruchtgewicht, -größe), Fruchtqualität (titrierbare Säure, Gesamtzuckergehalt, pH-Wert) und ökonomische Indikatoren.

Die Studie führte ein Rankingsystem namens Economic Deficit Irrigation (EDI) ein, das auf vier Indizes basiert: angewendetes Wasser (W), Wassernutzungseffizienz (WUE), Bruttomarge (GM) und ökonomische Wasserproduktivität (EWP). Die Berechnungen von GM und EWP berücksichtigten variable Kosten für Wasser, Elektrizität und Arbeit (speziell für das Versetzen der Bewässerungskolben bei PRD-Behandlungen) sowie drei Szenarien für den Erzeugnispreis.

Hauptergebnisse

• Vegetative und physiologische Merkmale: Wasserstress reduzierte den relativen Wassergehalt (RWC) der Blätter, die Blattfläche und die Blattdimensionen signifikant. Die 100%WW-Behandlung wies konsistent den höchsten RWC (ca. 60–63 %) auf, während 50%PRD den niedrigsten (ca. 43–46 %) zeigte. Während der RWC positiv mit Ertrag und Blattfläche korrelierte, stellte die Studie fest, dass es keine signifikanten Unterschiede in den Blattmerkmalen zwischen PRD- und DI-Behandlungen bei gleichem Wasserdefizit gab, was darauf hindeutet, dass PRD das vegetative Wachstum im Vergleich zur konventionellen DI nicht wesentlich veränderte.
• Ertrag und Fruchtqualität: Vollbewässerung (100%WW) lieferte die höchsten Erträge (16,17 und 16,80 Mg ha⁻¹ in 2015 bzw. 2016) und die höchste Bruttomarge (11.890 $ ha⁻¹). Sowohl DI- als auch PRD-Strategien reduzierten den Ertrag im Vergleich zur Vollbewässerung. Bemerkenswerterweise führte die PRD-Methode unter starkem Stress (50 % ET) im zweiten Jahr zu signifikant niedrigeren Erträgen als die DI-Methode (50%DI), was zur niedrigsten Bruttomarge (6.529 $ ha⁻¹) unter allen Behandlungen führte. Bezüglich der Qualität erhöhte Wasserstress den Gesamtzuckergehalt (TSS) und das TSS/TA-Verhältnis, verringerte jedoch die Fruchtgröße. Entgegen den Befunden bei anderen Kulturen führten PRD-Behandlungen zu niedrigeren TSS-Werten als DI-Behandlungen, was bedeutet, dass PRD in diesem spezifischen Kontext keine Verbesserung der Fruchtqualität bewirkte.
• Wassernutzungseffizienz (WUE): Die WUE stieg mit abnehmender Wasseranwendung. Die 50%PRD-Behandlung erreichte die höchste WUE (4,03 kg m⁻³ in 2016). Unter moderatem Stress (75 % ET) zeigte PRD (75%PRD) eine höhere WUE als DI (75%DI) ohne signifikante Ertragseinbußen im ersten Jahr. Unter starkem Stress (50 % ET) verbesserte PRD die WUE jedoch nicht gegenüber DI und wirkte sich negativ auf den Ertrag aus.
• Ökonomische Analyse: Das EDI-Rankingsystem ergab, dass 50%PRD die höchste Gesamtplatzierung (1. Platz) erreichte, gefolgt von 50%DI und 75%PRD, während 75%DI die niedrigste Platzierung erhielt. Obwohl 50%PRD die höchste ökonomische Wasserproduktivität (EWP) und den obersten EDI-Rang erzielte, generierte es die niedrigste Bruttomarge (6.529 $ ha⁻¹) im Vergleich zur Vollbewässerung (11.890 $ ha⁻¹). Die Analyse zeigte, dass 50%PRD zwar die beste ökonomische Wasserproduktivität bot, seine Rentabilität hinsichtlich des Gesamtgewinns jedoch von den Wasser- und Stromkosten abhängt; bei aktuellen Marktpreisen lieferte die Vollbewässerung (100%WW) die höchste Bruttomarge.

Bedeutung und Behauptungen
Die Arbeit behauptet, durch die Demonstration, dass PRD die Wassernutzungseffizienz und die ökonomische Wasserproduktivität verbessern kann – insbesondere unter mildem bis moderatem Wasserstress (75 % ET) – praxisnahe Orientierungshilfen für Bewässerungsmanager in semiariden Regionen zu bieten. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Anwendung von PRD unter starkem Stress (50 % ET) kontraproduktiv sein kann, da sie zu Ertragsrückgängen führt, ohne vergleichbare Effizienzgewinne gegenüber DI zu erzielen.

Die Autoren führen den Economic Deficit Irrigation (EDI)-Index als neues Instrument zur Auswahl optimaler Bewässerungsstrategien ein, indem sie agronomische Leistung mit ökonomischen Erträgen abwägen. Die Studie schließt bescheiden damit, dass DI und PRD zwar empfohlen werden, um die WUE in wasserarmen Gebieten zu verbessern, Landwirte unter diesen Defizitregimen jedoch keine qualitativ hochwertigen Früchte (im Hinblick auf Größe und Zuckergehalt) erwarten sollten. Die Forschung hebt hervor, dass die Wirksamkeit von PRD von der Schwere des Wasserstresses und der spezifischen physiologischen Reaktion ausgewachsener Aprikosenbäume abhängt, die sich aufgrund von Variationen in der Abscisinsäure (ABA)-Signalisierung und der Stomata-Regulierung von anderen Obstarten unterscheiden können.