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Dauerfeldversuche als Grundlage zur Untersuchung witterungsbedingter Einflüsse auf die Ertragsbildung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen

F.-M. Chmielewski

Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät, Institut für Pflanzenbauwissenschaften, FG Agrarmeteorologie

 

Dauerfeldversuche sind nicht nur ein unentbehrliches Erkenntnismittel zur Erforschung grundlegender Prozesse im System Boden-Pflanze, sondern auch das einzige Hilfsmittel für Untersuchungen zum Einfluß der Witterung auf Wachstum, Entwicklung und Ertragsbildung landwirtschaftlicher Kulturen unter Feldbedingungen.

Untersuchungen zum Einfluß der Witterung auf die Erträge landwirtschaftlicher Nutzpflanzen haben eine lange Tradition und wurden bereits mit Beginn des 20. Jahrhunderts vorgenommen (u.a. Fisher 1924, Holdefleiß 1925). Methodisch fanden häufig Verfahren wie die Korrelations- und Regressionsanalyse Anwendung. Ebenfalls wurden spezielle multivariate statistische Methoden wie die Pfadkoeffizientenmethode (u.a. Günther 1975) oder die Faktorenanalyse (u.a. Chmielewski 1992) verwendet.

Ein allgemeines Problem, das bei all diesen Untersuchungen auftritt besteht darin, daß einer einzigen Zielgröße - beim Getreide beispielsweise der Kornertrag - eine Vielzahl meteorologischer Einflußfaktoren gegenüberstehen. Die zur Verfügung stehenden Witterungsgrößen werden sowohl für kalendarische Zeitabschnitte (Monate, Dekaden usw.) als auch für Entwicklungsphasen der Pflanze berechnet, so daß eine Vielzahl von Einflußgrößen über den gesamten Vegetationszeitraum der Pflanze betrachtet werden müssen. Dies erfordert schon allein aus statistischer Sicht langjähriges Datenmaterial. Ein zusätzliches Problem besteht darin, daß in einem einzigen Zeitabschnitt jeweils nur ein kleiner Teil der Varianz der Zielgröße erklärt werden kann. Hohe Korrelationskoeffizienten zwischen einer einzelnen Witterungsgröße und dem Endertrag sind in den meisten Fällen eher die Ausnahme. Voraussetzung für interpretierbare Ergebnisse ist daher eine sorgfältige Auswahl der Eingangsgrößen (Vermeidung starker Interkorrelationen) als auch eine gut überlegte Zusammenfassung der zu verwendenden Zeitabschnitte.

Das Statische Agrarmeteorologische Intensivmeßfeld in Berlin-Dahlem (Breite 52° 28" N, Länge 13° 18" E, Höhe 51 m), das im Herbst 1952 von E.TAMM (Tamm et al., 1965) angelegt wurde, stellt einen solchen Dauerversuch dar. Der Versuch besteht aus acht Parzellen, auf denen in Rotation Kartoffeln, Winterroggen, Ackerbohnen, Hafer, Zuckerrüben, Körnermais, Sommergerste und Gelbe Lupine angebaut werden (Chmielewski und Köhn 1999a). In der Mitte des Versuchsfeldes befindet sich eine automatische meteorologische Station. Die Bewirtschaftungsmaßnahmen wurden, mit Ausnahme notwendiger Sortenwechsel, konstant gehalten, so daß sich die jährlichen Ertragsvariationen zu einem großen Teil auf den Witterungsverlauf zurückführen lassen.

Auf der Grundlage des langjährigen Versuchsmaterials sollen nach einem einheitlichen statistischen Ansatz, als Verfahren wurde hier die Faktorenanalyse ausgewählt, u.a. folgende Fragen beantwortet werden

1. Wie stark sind die Erträge bzw. auch einzelne Ertragskomponenten der verschiedenen Kulturarten von der Witterung abhängig?

2. In welchen Zeitabschnitten besteht die stärkste Witterungsabhängigkeit?

3. Welche meteorologischen Größen sind am Standort ertragslimitierend?

4. Sind klimatische Veränderungen bereits ertragswirksam und damit praxisrelevant?

In dem Vortrag wird am Beispiel der Sommergerste die Witterungsabhängigkeit der des Kornertrages als auch der Ertragskomponenten (Bestandesdichte Ähren m², Kornzahl je Ähre und Einzelkorngewicht) dargestellt (Chmielewski und Köhn, 1999b). Die Untersuchungen zeigten, daß alle drei Ertragsmerkmale entweder im Zeitraum der Ausbildung und Differenzierung von ertragsrelevanten Organen bzw. im Zeitabschnitt der Reduktion von Anlagen deutlich von der Witterung beeinflußt wurden. Insgesamt konnten annähernd 60 % der Variabilität der Kornertrages des Sommergerste durch die Witterung erklärt werden.

 

engl. Abstract

Long-term field experiments are not only an indispensable tool to examine fundamental processes in the soil-plant-system, they are also the only tool for investigations of atmospheric influences on the yield formation of crops under field conditions. Crop/weather studies already started in the beginning of the 20th century. Statistical methods like correlation and regression analysis were often used for these investigations. Also special multivatiate methods as the path-coefficient method or the factor analysis were tested.

A general problem, concerning all these investigations, is the fact that the dependent variable - in the case of cereal mostly the grain yield - is influenced by a lot of meteorological parameters during the whole growth period. For some statistical procedures it is very important to avoid strong intercorrelations between the variables. Another problem is that high correlation coefficients between one meteorological parameter (within one stage) and the dependent variable are mostly rare. Therefore it is very important to select the variables and the stages (months, decades, developmental periods) very carefully in order to get significant and interpretable results.

The agrometeorological field trial at Berlin-Dahlem (lat. 52° 28" N, long. 13° 18" E, alt. 51 m) which was established in 1953 by E. TAMM is such a long-term experiment. The agrometeorological field consists of eight single plots, arranged around the weather station. Potatoes, winter rye, field beans, oats, sugar beet, maize, spring barley and yellow lupins are grown on a permanent crop rotation. Management from year to year (e.g. crop rotation, mineral and organic fertilization, plant protection, soil tillage) has remained unchanged since the start of the experiment.

On the basis of this long-term experiment following questions have to be answered

1. How strong is the influence of weather on the yields and yield components of different crops?

2. In which developmental stages (or months) the atmospheric influence is the strongest?

3. Which of the meteorological parameters affect the crop yield significantly?

4. Do climatic changes already have had an impact on the crop yields?

As an example the influence of weather on the grain yield as well as on the yield components (crop density ears m-2, number of kernels per ear and kernel weight) of spring barley is shown in this paper. The investigations showed that all three yield components are affected by weather either in the period of initiation and differentiation of yield forming organs or in the period of reduction of plant organs. Altogether it was possible to explain nearly 60 % of the grain yield variability by meteorological variables.

 

Literatur

Chmielewski, F.-M. (1992) The impact of climate changes on the crop yields of winter rye in Halle during 1901-1980. Climate Research 2, 23-33.

Chmielewski, F.-M.; Köhn, W. 1999a The long-term agrometeorological field experiment at Berlin-Dahlem. Agricultural and Forest Meteorology 96, 39-48.

Chmielewski, F.-M.; Köhn, W. 1999b Impact of weather on yield components of spring cereals over 30 years. Agricultural and Forest Meteorology 96, 49-58.

Fisher, R.A. (1924) The influence of rainfall on the yield of wheat at Rothamsted, Philos. Trans. R. Soc., Ser. B, 213, 89-142.

Holdefleiß, P. (1925) Über den Einfluß der Witterungsfaktoren auf die Ernteerträge. Kühn-Archiv, 9, 53-78.

Tamm, E.; Krzysch, G.; Funke, H. (1965) Aufbau und Meßtechnik der Pflanzen-Wetterstation in Berlin-Dahlem. Z. Acker- und Pflanzenbau 122, 334-358.