Sustainable plant nutrition Kvælstofudnyttelse ved bladgødskning Plant and i Soil vinterhvede Science Section meeting #1 Jan K. Schjørring, Inge Skrumsager Møller & Thomas Kichey Monday 26th February Plante- og Jordvidenskab, 9.30 in R-322 Institut for Jordbrug og Økologi, Det Biovidenskabelige Fakultet, Københavns Universitet
Bladgødskning med kvælstof fordele og ulemper I teorien: Mere målrettet N gødskning Optimeret N udnyttelse, da N tilførslen bedre kan matches med planternes behov i den aktuelle vækstsæson Mindre immobilisering i jorden Øget kerneudbytte og -kvalitet I praksis: Virkningen af bladgødskning med N er ofte variabel Risiko for bladsvidning Kan reducere udbyttet
Kvælstofudnyttelse ved bladgødskning i vinterhvede Kvælstofudnyttelse ved bladgødskning i vinterhvede Projekt, som startede i 2010 med støtte fra Forskningsrådet for Teknologi og Produktion (FTP) Projektet startede i 2009 med støtte fra Forskningsrådet for Teknologi og Produktion (FTP) Projektet undersøger i klimakamre og markforsøg: Molekylær-fysiologiske processer, som kontrollerer udnyttelsen af bladgødsket kvælstof og som forårsager eventuelle svidningsskader Formålet med projektet er at: Sortsforskelle mellem hvedesorter med hensyn til tolerance mod Skabe ny viden, som kan anvendes til at udvikle bladsvidning og i evnen til at udnytte kvælstof tilført ved bladgødskning nye formuleringer af bladgødninger og nye strategier for deres anvendelse Formålet med projektet er at: Skabe ny viden, der er relevant med henblik på at udvikle nye formuleringer af bladgødninger og nye strategier for deres anvendelse. Skabe grundlag for gennem forædling og bioteknologi at udvikle nye sorter med effektiv respons på bladgødskning med kvælstof Skabe grundlag for gennem forædling og bioteknologi at udvikle nye sorter, der har en effektiv respons på bladgødskning med kvælstof
Kvælstofudnyttelse ved bladgødskning i vinterhvede Kvælstofudnyttelse ved bladgødskning i vinterhvede Projekt, som startede i 2010 med støtte fra Forskningsrådet for Teknologi og Produktion (FTP) I klimakamre og markforsøg undersøges: Projektet undersøger i klimakamre og markforsøg: Molekylær-fysiologiske processer, som kontrollerer udnyttelsen af bladgødsket Molekylær-fysiologiske kvælstof og som forårsager processer, eventuelle som svidningsskader Kontrollerer udnyttelsen af bladgødsket kvælstof Sortsforskelle mellem hvedesorter med hensyn til tolerance mod bladsvidning og i evnen til at udnytte kvælstof tilført ved bladgødskning Er involveret i svidningsskader Formålet med projektet er at: Sortsforskelle mellem hvedesorter i Skabe ny viden, der er relevant med henblik på at udvikle nye formuleringer af bladgødninger og nye strategier for deres anvendelse. Evnen til at udnytte kvælstof tilført ved bladgødskning Skabe grundlag for gennem forædling og bioteknologi at udvikle nye Tolerance mod bladsvidning sorter, der har en effektiv respons på bladgødskning med kvælstof
Hereford Smaragd Frument Oakley Pierrot Tuareg Plan over markforsøg, Højbakkegård 2010 144 m Lav jord N (60kg N/ha) 0FF 60S + 60S + 30F + 30F + 60F 60S + (2x30FF) + 60FF 60S + 30FF 60S + 60FF 60FF 60S + 60S + 0F 60S + 0FF 60S + 30F + 30F + 60F 60S + (2x30FF) + 60FF 60S + 30FF Høj jord N (>120 kg N/ha) 120S + 60FF 180S + 0FF 180S + 0FF 150S + 30FF 150S + 30FF 180S + 60FF 60S 60S + + 60F 60S 120S + 60FF 12 m 60S+0F 36 m 180S+60F Stigende mængde total N tilført til jord og blade S = N tilført til jord F = N tilført til blade I hver plot 6 vinterhvedesorter udvalgt for kontrasterende respons til højt og lavt N niveau i jorden (forforsøg på Sejet)
Forskelle på behandlinger og relevante sammenligner Behandling +N 15/4 60S+0F 60S +N 20/5 +N 12/6 60S+30F 60S 30F 60S+60F 60S 60F 60S+60S 60S 60S 180S+0F 60S 120S 150S+30F 60S 90S 30F 120S+60F 60S 60S 60F 60S+120F 60S 30F 30F 60F 180S+60F 60S 120S 60F +N 18/6 Skridning S = Kvælstof tilført jord F = Kvælstof tilført blade i form af 18-36% (v/v) urea-ammonium-nitrat (UAN32) opløsninger, 400 l/ha Konstant lav N i jord, stigende bladgødskning N kilde ved skridning forskellig Konstant total N, stigende andel til blade Konstant høj N i jord, stigende bladgødskning N kilde under vegetativ vækst forskellig Konstant N til blade, stigende andel til jord 5 høstidspunkter mellem skridning og modenhed Biomasse, total N og 15 N i kerner og halm Fysiologi og biokemi i flagblad
15 Juni 2010
18 Juni 2010
23 Juni 2010 60 kg N/ha ved bladgødskning
7 Juli 2010 60 kg N/ha ved bladgødskning
Udbytte, t kerne/ha Kerneudbytte i hvede efter bladgødskning med N 11 10 180S+60F 9 8 60S+60S 150S+30F 120S+60F 180S+0F 60S+120F 7 6 5 60S +30F 60S+0F 60S +60F y = 0.0185x + 5.2 r 2 = 0.86 4 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Middelværdi af 4 gentagelser og 6 sorter S = N tilført jord, F = N tilført blade Kvælstoftilførsel, kg N/ha
N udbytte i kerne + halm, kg N/ha N indhold i kerne + halm i hvede efter bladgødskning 250 180S+60F 200 150S+30F 120S+60F 180S+0F 150 100 60S+60S 60S+60F 60S+30F 60S+0F 60S+120F y = 0.79x + 34.1 r 2 = 0.94 50 0 60 120 180 240 300 Kvælstoftilførsel, kg N/ha Middelværdi af 4 gentagelser og 6 sorter S = N tilført jord, F = N tilført blade
%N i kerner ved modenhed N koncentration i kerne efter bladgødskning 2.25 2.00 180S+60F 1.75 60S+60F 150S+30F 180S+0F 60S+120F 120S+60F 1.50 1.25 60S+0F 60S+30F 60S+60S y = 0.004x + 0.97 r 2 = 0.96 1.00 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 Middelværdi af 4 gentagelser og 6 sorter S = N tilført jord, F = N tilført blade Kvælstoftilførsel, kg N/ha
%N i halm ved modenhed Middelværdi af 4 gentagelser og 6 sorter S = N tilført jord, F = N tilført blade 0.6 N koncentration i halm 0.5 0.4 180S+60F 150S+30F 180S+0F 120S+60F 0.6 0.4 %N i halm ved modenhed 0.3 60S+120F 60S+60S y = 0.002x + 0.12 0.2 0.2 0.1 60S+0F 60S+60F 60S+30F R 2 = 0.92 0.0 0 30 60 90 120 N tilført til blade, kg N/ha 0.0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 N tilført til jord, kg N/ha
Kg N i kerner i % af total kg N i kerner + halm Kvælstofhøstindex 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 180S+0F 150S+30F 120S+60F 60S+120F Middelværdi af 4 gentagelser og 6 sorter S = N tilført jord, F = N tilført blade N tilført ved bladgødskning i % af total N tilførsel
Udbytte, t kerne/ha Middelværdi af 4 gentagelser S = N tilført jord, F = N tilført blade Sortsvariation i kerneudbytte ved stigende N bladgødskning 12 10 8 6 180S+0F 150S+30F 120S+60F 4 2 0 Hereford Smaragd Frument Oakley Pierrot Tuareg
N udbytte i kerne + halm, kg N/ha Middelværdi af 4 gentagelser S = N tilført jord, F = N tilført blade Sortsvariation i N udbytte ved stigende bladgødskning med N 250 200 150 100 180S+0F 150S+30F 120S+60F 50 0 Hereford Smaragd Frument Oakley Pierrot Tuareg
Middelværdi af 4 gentagelser S = N tilført jord, F = N tilført blade Sortsvariation i kerne %N ved stigende bladgødskning med N 2.5 2.0 1.5 1.0 180S+0F 150S+30F 120S+60F 0.5 0 Hereford Smaragd Frument Oakley Pierrot Tuareg
Respons på N bladgødskning under forhold med reduceret N input 8 Kerneudbytte, t/ha 2 % N i kerner 7 1.8 6 1.6 1.4 5 1.2 4 1 3 0.8 2 0.6 0.4 1 0.2 0 Hereford Smaragd Frument Oakley Pierrot Tuareg 0 Hereford Smaragd Frument Oakley Pierrot Tuareg Middelværdi af 4 gentagelser S = N tilført jord, F = N tilført blade 60S+0F 60S+30F 60S+60F
Hvorfor opstår bladsvidninger? Osmotisk skade (udtørring af bladcellerne)? Fysiologiske forstyrrelser (udtømning af kulstofskeletter)? Akkumulering af toksiske forbindelser (ammoniak, urea)?
Hvordan kan bladsvidninger minimeres og N udnyttelsen maksimeres? Kan timing og formulering optimeres så fysiologiske skader reduceres? Kan der selekteres nye genotyper, som er mindre følsomme? Kan bioteknologi anvendes til at ændre kritiske nøgleenzymer (fx glutamin synthetase, GS1)? Vi undersøger de molekylær-fysiologiske processer som bevirker bladsvidning
%N i bladtørstof Total N (mg g DW -1 ) N tilført ved bladgødskning optages meget hurtigt 90 9 Total nitrogen N indhold i de to yngste blade efter sprøjtning med UAN32 i 0-40% opløsninger 80 8 70 7 60 6 50 5 40 4 N0 N5 N10 N20 N40 30 3 BF 0 1 3 6 12 24 Antal timer efter sprøjtning Time after treatment (h) Blade blev vasket 3 gange i ionbyttet vand
NH 4 +, µmol pr. gram tørstof NH4 + (µmol g DW -1 ) Ammonium ophobes når der sprøjtes med høj N koncentration 1000 Ammonium content NH 4+ i de to yngste blade 100 10 N0 N5 N10 N20 N40 1 Before Treatment BF 0 1 3 6 12 24 Antal timer efter sprøjtning Time after treatment (h) Leaves were washed in water 3 times Blade blev vasket 3 gange i ionbyttet vand
GS activity µmol pr. gram pr. minut (µmol GMH min -1 g FW -1 ) Aktiviteten af nøgleenzymet glutamin synthetase (GS) falder dramatisk i de første timer efter bladgødskningen! 1.5 Total GS activity Glutamin synthetase (GS) aktivitet i to yngste blade 1.0 0.5 N 0 N 5 N 10 N 20 N 40 0.0 BF Before 0 1 3 6 12 24 Treatment Antal timer efter sprøjtning Time after treatment (h) Leaves were washed in water 3 times
µmol pr. gram friskvægt Amino acid (µmol g FW -1 ) Indholdet af aminosyren glutamin (Gln) stiger, mens glutamat (Glu) falder ved bladgødskning med stigende N Free amino acid content Indholdet af frie aminosyrer i de to yngste blade 24 timer efter bladgødskning 25 20 15 10 N 0 N 10 N 20 N 40 5 0 Asn Ser Gln Arg Asp Glu Thr Ala Pro Andre Others Glutamat + NH 4 + GS Glutamin
Bladsvidning 3 døgn efter bladgødskningen N0 N10 N20 N40 N10 N20
Konklusioner Bladsvidning efter bladgødskning med kvælstof i hvede behøver ikke resultere i udbyttetab og dårligere N udnyttelse Hvedesorter responderer meget ens på bladgødskning N tilført ved bladgødskning translokeres effektivt til kernerne Bladsvidning er forbundet med ophobning af ammonium og faldende aktivitet af kritiske enzymer, som er involveret i N indlejring
TAK TIL: Forskningsrådet for Teknologi og Produktion (FTP) for økonomisk støtte 2009-2014 Høstholdet: Hanne C. Thomsen, Thomas Jahn, Emiko Murozuka, Jane Guan, Liang Wang, Milan Popovic, Ole Søjborg og Carsten Jørgensen Planteanalyser: Anja Hecht Ivø og Mette Sylvan Grøn Forvaltning, KU-LIFE Højbakkegård for anlæggelse og pasning af forsøgsareal DanGødning A/S for levering af flydende gødning Sejet Planteforædling for levering af såsæd