Comparative yield forecast of winter wheat and winter barley varieties under drought stress by canopy temperature
3 Ergebnisse und Diskussion
Der unberegnete Winterweizen (Versuchsjahr 2010/2011) unterlag sowohl am Termin der Bestandstemperaturmessung als auch im Laufe der ertragsrelevanten Wachstumszeiten einem deutlichen Trockenstress. Während die Sorten im Versuch bei optimaler Beregnung einen mittleren Ertrag von 8,1 t/ha erbrachten, lag der mittlere Ertrag in den unberegneten Varianten mit nur 3,5 t/ha um 56% niedriger. Auch in der Bestandstemperatur am 6. Juni war der Unterschied zwischen der beregneten Variante mit einem mittleren ΔTCrop_Air von 1,0 K und der unberegneten Variante mit 11,4 K sehr ausgeprägt (Abbildung 1).
Bei der Wintergerste (Versuchsjahr 2011/2012) fiel der Minderertrag der unberegneten Variante nicht so stark aus wie beim Winterweizen in 2011. Die Gerste erbrachte im Ver-such bei optimaler Beregnung einen mittleren Ertrag von 11,0 t/ha. Der mittlere Ertrag in der unberegneten Variante lag mit 7,6 t/ha um 30% niedriger. Die durchschnittliche Be-standstemperatur am 23. Mai lag in der beregneten Variante am Vormittag bei einem mitt-leren ΔTCrop_Air von -0,1 K und in der zweiten Messfahrt bei +0,4 K, in der unberegneten Variante bei 4,4 K bzw. 4,5 K (Abbildung 2).
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Abbildung 1: Der deutliche Trockenstress der unberegneten Weizenparzellen zeigt sich sowohl in einer Ertragsreduktion von 56% als auch in einer hohen Bestandstemperatur von ΔTCrop_Air = 11,4 K im Mittel.
Abbildung 2: Im Wintergerstenversuch waren der Trockenstress und die Unterschiede zwischen der beregneten und der unberegneten Variante geringer ausgeprägt. Die trockenheitsbedingte Ertragsreduktion belief sich auf 30%; die Bestandstemperatur ΔTCrop_Air lag in der unberegneten Variante am Messtag ca. 4,5 K höher als in der beregneten Variante. Links die Temperaturwerte der ersten Messung, rechts der zweiten Messung.
Sowohl der Kornertrag der unberegneten Variante als auch der Stresstoleranzindex STI zeigten beim Weizen die erwartete negative Korrelation mit der gemessenen Temperatur-differenz ΔTCrop_Air (Abbildung 3 oben). Die Bestimmtheitsmaße von r2=0,42 bzw. r2=0,34 ließen dabei erkennen, dass eine Vorhersage des Kornertrags und des Stresstoleranzin-dexes STI aus den Temperaturwerten nur mit einer gewissen Unsicherheit möglich wäre.
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Zwischen den Ertragswerten und der Temperaturdifferenz ΔTDry_Wet bestand kein nen-nenswerter statistischer Zusammenhang (Abbildung 3 unten).
Abbildung 3: Unberegnete Variante des Winterweizens: Kornertrag (links), Stresstoleranzindex STI (rechts) und Temperaturdifferenz ΔTCrop_Air (oben) bzw. ΔTDry_Wet (unten) der 8 Winterweizen-sorten und 4 Wiederholungen unter Trockenstressbedingungen.
Auch bei der Gerste zeigten sowohl der Kornertrag als auch der Stresstoleranzindex STI in der unberegneten Variante eine deutliche negative Korrelation mit der gemessenen Temperaturdifferenz ΔTCrop_Air (Abbildung 4). Bei der ersten Messung lagen die Be-stimmtheitsmaße beider Korrelationen bei r2=0,42. Bei der zweiten Messung waren dage-gen die Temperaturunterschiede zwischen den Sorten geringer und die Bestimmtheits-maße gingen auf r2=0,14 für den Kornertrag bzw. r2=0,20 für den STI zurück. Zwischen den Ertragswerten und der Temperaturdifferenz ΔTDry_Wet bestand ein schwacher statisti-scher Zusammenhang.
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Abbildung 4: Unberegnete Variante der Wintergerste: Korrelation zwischen Kornertrag (links), Stresstoleranzindex STI (rechts) und Temperaturdifferenz ΔTCrop_Air der 8 Sorten und 4 Wiederho-lungen unter Trockenstressbedingungen. Oben: 1. Messung; unten: 2. Messung.
Tabelle 1: Statistische Prüfung durch einfaktorielle Varianzanalyse, ob sich die Ertrags- und Tem-peraturdaten der unberegneten Variante signifikant zwischen den Sorten unterscheiden. Bei einer Fehlerwahrscheinlichkeit < 5% gilt es nach üblicher statistischer Praxis als abgesichert, dass der gemessene Parameter sortenabhängige Unterschiede aufweist. Bei der Wintergerste sind die An-gaben getrennt für die erste und die zweite Messung ausgewiesen.
Parameter Statistische
Fehlerwahrscheinlichkeit Weizen 2011 Gerste 2012
Kornertrag 4,9% 1.3%
Stresstoleranzindex STI 0,3% 0
Temperaturdifferenz ΔTCrop_Air 5,9% 2,4% / 15,7%
Temperaturdifferenz ΔTDry_Wet 4,9% 9,8% / 23,0%
Mittels einfaktorieller Varianzanalyse konnte gezeigt werden, dass der Kornertrag und der Stresstoleranzindex STI in beiden Versuchen signifikant von der Sorte abhing (Tabelle 1).
Die Sortenabhängigkeit der Temperaturdifferenzen ΔTDry_Wet und ΔTCrop_Air konnte
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gen mit Fehlerwahrscheinlichkeiten teilweise oberhalb des üblichen Signifikanzkriteriums von 5% nicht in allen Fällen nachgewiesen werden.
Die sortenabhängigen Ertragsunterschiede bei Trockenstress und sortenbezogene Unter-schiede im Stresstoleranzindex STI ließen sich zu einem gewissen Teil aus der Bestands-temperatur ΔTCrop_Air der gestressten Bestände vorhersagen. Hierzu wurden für jede Sorte und Bewässerungsstufe die Mittelwerte der 4 Versuchswiederholungen herangezogen.
Bei statistischer Betrachtung der Sortenmittelwerte ergaben sich höhere Bestimmtheits-maße r2 (Tabelle 2) als bei der statistischen Betrachtung aller Einzelparzellen (Abbildun-gen 1 bis 4).
Tabelle 2: Vorhersagbarkeit der sortenabhängigen Ertragsunterschiede bei Trockenstress und des sortenspezifischen Stresstoleranzindexes STI aus der Bestandstemperatur ΔTCrop_Air bei Berech-nung aus den Sortenmittelwerten (Mittelwerte der 4 Versuchswiederholungen). Bei der Wintergers-te sind die Angaben getrennt für die ersWintergers-te und die zweiWintergers-te Messung ausgewiesen.
Parameter r2
Weizen 2011 Gerste 2012
Kornertrag 0,52 0,88 / 0,53
Stresstoleranzindex STI 0,40 0,82 / 0,59
4 Zusammenfassung
In beiden Versuchen wurde mit je einem einzigen Termin für die Messung der Bestands-temperaturen die erwartete negative Korrelation zwischen Ertrag und der Temperaturdiffe-renz ΔTCrop_Air unter Trockenstress mit einer gewissen statistischen Unsicherheit vorge-funden. Gleiches gilt für die Korrelation des Stresstoleranzindexes STI mit der Tempera-turdifferenz ΔTCrop_Air. Dagegen wies die Temperaturdifferenz ΔTDry_Wet nur im Wintergers-tenversuch (in der 1. Messung) einen signifikanten Bezug zum Kornertrag und zum STI auf.
Die Ergebnisse deuten auf eine Eignung der Bestandstemperatur für die Vorhersage von Ertragsunterschieden zwischen Sorten oder sortenspezifischen Unterschieden in der Stresstoleranz hin. Eine sichere Bewertung lässt sich aus diesen Ergebnissen jedoch noch nicht ableiten. Die Temperaturmessungen sollten zu mehreren Terminen erfolgen und davon der Mittelwert berechnet werden, woraus eine deutliche Verbesserung der Er-tragsvorhersage zu erwarten ist (BALOTA et al. 2007).
Sowohl bei den Ertragsdaten als auch bei den Temperaturdifferenzen gab es deutliche Streuungen zwischen den Wiederholungen. Hier ist zu prüfen, welche weiteren Faktoren möglicherweise beeinflussend waren. Bodenunterschiede innerhalb der Versuchsfläche kommen ebenso in Betracht wie Pflanzenausfälle beispielsweise durch Tierfraß
In der 2. Messung der Wintergerste wichen die Temperaturdifferenzen ΔTCrop_Air überra-schend stark von der ersten Messung am selben Tag ab. Ob die Uhrzeit oder die
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bedingungen der ersten Messung besser geeignet waren als bei der zweiten Messung, konnte nicht geklärt werden. Die Standardabweichung der Temperaturdifferenzen ΔTCrop_Air in den unberegneten Parzellen ging von 1,74 K in der ersten Messung auf 1,53 K in der zweiten Messung zurück. Die Korrelation der Temperaturdifferenzen aus der ersten und der zweiten Messung der unberegneten Variante betrug nur 0,55. Hierfür konnte kei-ne überzeugende Erklärung gefunden werden. Die Randbedingungen beider Messungen waren sehr ähnlich. Die Fehlerquellen lagen also mit einiger Wahrscheinlichkeit in der verwendeten Messtechnik. Die Kalibrierung der (für dieses Projekt neu gekauften) Senso-ren muss vor weiteSenso-ren Messungen überprüft werden. Die SensoSenso-ren sollen für zukünftige Messungen mit einem einfachen Strahlungsschutz versehen werden. Im ungünstigsten Fall muss damit gerechnet werden, dass die Infrarot-Temperatursensoren selbst eine schlechtere Wiederholbarkeit besitzen, als es für diese Messungen erforderlich wäre.
Während die Temperaturmessungen in diesem Versuch mit einem von Hand geschobe-nen Messträger erfolgt sind, ist es grundsätzlich auch denkbar, diese mittels einer Ther-mografiekamera z.B. von einem unbemannten Luftfahrzeug für eine größere Zahl von Parzellen durchzuführen.
Danksagung:
Die Versuche erfolgten im Rahmen des Projekts „AQUARIUS – Dem Wasser kluge Wege ebnen“, das von der Europäischen Union und dem Land Niedersachsen gefördert wurde.
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