Einfluß von stroh- und gründüngung und bodenentseuchung auf die phytoinhibitorischen wirkungen im boden bei anbau von wintergetreide

Zbl. Mikrobiol. 140 (1985),23-33 [Aus dem Forschungszentrum fur Bodenfruchtbarkeit Miincheberg der Akademie der Landwirtschaftswissenschaften der DDR]

EinfluB von Stroh- und Griindiingung und Bodenentseuchung auf die phytoinhibitorischen Wirkungen im Boden bei Anbau von Wintergetreide Influence of Straw and Green Manure and Soil Fumigation on the Phyto-inhibitory Effects in the Soil under Winter Cereals H.-J. WOLF und GISELA HOFLICH Mit 5 Abbildungen

Summary Cereal straw and young rape plants contain water-soluble phyto-inhibitors. At the straw decomposition more phyto-inhibitory metabolites may be formed and concentrated. In pot experiments, after a decomposition time from 4 to 6 weeks for straw and rape, the phyto-inhibitory effect was clearly reduced in comparison with the control (without organic matter), especially in the rhizosphere. A decreased phyto-inhibitory effect and an increased supply of nutrients after the decomposition led to a stimulation of the root development. At an early stage of the plant growth the stimulated root development did not correlate with a stimulated leaf development. In field experiments no influence of straw and green manure on phyto-inhibitory effects was detected; soil fumigation with nematin (vapam) and basamid (dazomet) decreased significantly the phyto-inhibitory effect in the soil.

Zusammenfassung Getreidestroh und junge Rapspflanzen enthalten wasserlosliche Phytoinhibitoren. Bei der Strohzersetzung konon au!3erdem phytoinhibitorische Metabolite angereichert werden. In Gefa!3versuchen war nach 4- bis Gwochiger Zersetzungszeit die phytoinhibitorische Wirkung im Vergleich zur ungediingten Kontrolle besonders im Rhizospharenbereich deutlich reduziert. Verminderte phytoinhibitorische Wirkung und orhohto Nahrstoffbereitstellung nach der Zersetzung fuhrten zur Stimulierung des Wurzelwachstums. Eine stimulierte Wurzelentwicklung korrelierte im Jugendstadium der Pflanzen nicht mit einer stimulierten Blattentwicklung. In Feldversuchen konnte kein eindeutiger Einflu!3 der Stroh- und Griindiingung auf phytoinhibitorische Wirkungen nachgewiesen werden. Bodenentseuchung mit Nematin (Vapam) und Basamid (Dazomet) verminderte in Feldversuchen die phytoinhibitorische Wirkung im Boden signifikant.

Hohe Getreideanteile in der Fruchtfolge, insbesondere der Anbau in Monokultur, konnen zu einer verstarkten phytoinhibitorischen Wirkung im Boden fiihren (KALMYKOWA 1972, BERESTEZKIJ und KALMYKOWA 1974, TRUNOWA 1979, WOLF 1981, WOLF und HOFLICH 1983, u. a.). Phytoinhibitoren iiben einen negativen EinfluB auf die Pflanzenentwicklung und damit auf den Ertrag aus. Besonders stark wird die Wurzelentwicklung gehemmt. Mehrere Ergebnisse weisen darauf hin, daB Mikroorganismen fiir das Auftreten phytoinhibitorischer Wirkungen verantwortlich sind (KALMYKOWA 1972, KALMYKOWA und

24

H .-J. W OLF und G. H OFLICH

1974, ALTIMIRSKA 1976, J URINSKAJA 1976, STEINBRENNER 1976, 1981, u. a.). Ziel dieser Untersuchungen ist es zu priifen, ob es moglich ist, durch Stroh- bzw. Gr iindiingung phytoinhibitorische Effekte beschleuni gt a bzubauen bzw. durch Bodenent seuchung Phytoinhibitoren bildend e Mikroorgani smen zu reduzieren und dadurch eine Anrei cherung von Phytoinhibitoren zu verhindern.

STEPANENKO WOLl'

lVIaterial und Methoden Del' N a chw ei s ph yto inhibitor i s ch er Wi r k u n g e n in wa £!rigen Bodenauszii gen er folgt e a ls Biotest mit keimenden R ettich samen (Sorte: Remo) modifiziert na ch GRODSINSKIJ (1965). Di e Ergebnisse a us di esern Test werden in % Keimhemmung zur Kontrolle ( = 0 %) a usgedrii ckt. Stimulierungseffek t e er halt cn demzufolge ein negatives Vorz cichen. Zur U berp rufung del' mi t dem R ettichtest erhaltenen Ergebnisse so wie zur Untersuchung des H emmstoffgehaltes wal3rig er Stroh- und Rapsausziige wurden sterile Filtrate hergestellt. Di e Testung di esel' Filtrate auf phytoinhibitorische Wirkung erfolgte mit den Testpflanzen Rettich und Wintorwoizcn (Sorte: Alced o). Bei Winterweizen als Testpflanze wurde neben del' Keimung a u ch di e Jugendentwicklung nach l Otagig om Wachstum untersucht. Eine detaillierte Beschreibung del' Methodik erfolgte bei WOLF (1981, 1985). Zur vorliegenden Thematik wurden drei Gefal3versu ch e mit Boden vom Miincheb erger Standort (Vorfrucht Winterweizen) durch gefiihrt. Die Gefiil3e erhielten eine ein heit liche mineraIische Diingung einschli el3lich Spurenelemente. Bei Zugabe von Strohha ck ael zum Boden erfolgt e ein e N -Aus gle ichs diin g un g von 1,43 g NH4NOil00 g Stroh . Di e gesamte N- und Spurenelementem en ge wu rd e in zwei gleichen Do sen ve rabre icht (0 und 5 Wo ch en n ach An sa tz). Di e \Va sserzugabe war so bemessen, daLl del' Boden eine F eu ch tigkeit von ca . 45 % del' \VK m ax h atte. Di e Aussa atmenge je Gefa£! wa r 20 K orner del' en tsp rec he n de n Testpflanze. Di e Gera£!versuc he wurden in den H erbst- und Wintermonaten im Gewach sh aus mit Zu satzbeleuchtung bei 15 -20 °0 durchg efiihrt. Na ch 2, 4, 6, 8 und 10 Wo ch en erfolgt e eine E nt n a h me von drei Gem l3cn je Variante zur Au swertung . Im ein zeln en wurden di e GefiiOver su ch e mit folg enden Zielste l1un gen und Priiffaktoren du rch gefiihrt:

G efii J3 v e rs uc h 1 Ziclstellung:

Testung des Einflusses unterschi edlich er Strohrottezeiten , -arten und -kon zen t rat ione n a uf die Entwicklung vo n Getreidepflanzen

Vorrottezeit.:

0, 2, 4, 8 und 12 'Vochen (Ans atz gestaffelt)

Stroh arten:

Wint erw eizen st.roh und -wurzeln Sommer gcr stcn stroh und -wurzeln

Strohkonzentration:

50 dt/ hn Stroh + 20 dt/ha Wurzeln 0,77 % des Gefiil3inhalts) 200 dt/ha St ro h + 80 dt/ha Wurzeln ( ~3,1 % des Gefiil3inhalts) (~

Te stpflanze:

Sommerg er ste

GefiiJ3ver such 2 Ziclstellung :

Testung des Einflusses von Strohdiingung a uf die Pflanzenentwicklung und die phytoinhibitorische Wirkung in Abhiingigk eit von del' Stroh ar t und Test pfla nze

Folgende F aktoren wurden ge p riift : St rohkon zen t r a t ion :

Bod en ohn e Stroh Boden 1 % Str oh mit ca .

+

1/ 3

Wurzeln

Einflul3 von Stroh - und Griindiingung Stroh art :

Winterg erste \Vin t er weizen \Vinterroggen

T estpflanzen:

Wintergerste (Vogelsanger Gold) \Vinter weizen (Alccd o) \Vin t erroggen (D ankowskie Zlote)

25

GeHiBv er su eh 3 Zielst ellung:

Testung des Einflusses von Rapsgrimdungung bei Getreideanba u a uf die Pflanzenentwicklung und die phytoinhibitorisch e Wirku ng

Testpflanze:

Winterweiz en (Alcedo)

Gefiil3e mit Boden n a ch Getreideanba u wurden zur Rapsanzucht mineralisch gediingt und bei 15 - 20 °C im Gew achshaus 4 Wo chen wa chs en gelassen. Na ch diesel' Zeit wurde die gesam t e Griinm a sse geerntet und zerkleiner t . Del' gesamte Boden del' R a psan zu cht gefiiIJe mit den in ihm v erbl ieb en en Wurzeln wurde gut d ur ch gemischt und mit sov iel zerkleinerter R apsgriinma sse v er setzt, daIJ ca . 1 % Trocken m a sse (bezogen auf Boden) enthalten war. Die bereits im Boden b efind liche Wurzelmasse bli eb unberiick sichtigt. Mit di esem Boden-Raps -Gernisch wur de ein Gefiil3ver su ch nach de m ber eit s bes chrieb enen Sch ema durchgefiihrt . Di e U ntersuc h un g del' phyto inhibitorischen Wirkung im Boden unter Fe ldversuchsbedingungen erfolgt e in ausgewahlten Varianten von zwei F el d v e r s u e h e n a uf D 2-D 3-Standort.en. U nters uc ht wurden in l 4t iigigem Abstand entnommene Bodenproben un tel' Winterroggen - Monokult ur Winterroggen - Monokultur + jahrlich e Strohdiingung (Versu ch 555/01) \ Vin t er weizen - Mono kult ur W interweiz en - :\Ionokultur 150 "ml/m2 Nematin Winterweiz en - Monokultur + 50 g/ m 2 Basamid (Ver su ch e jiihrli ch n eu a uf eine r F liiche mit \Vinterwei zen - Monokultur an geleg t : 555/06 , 100/ 08).

+

Bodenbearbeitung, Au ssaat und Pflege del' Versu ehe erfolgten ortsiiblieh . Pflanzensehutzmal3nahmen wurden in Abhiingigkeit von del' Fruehtart und na eh Bed arf im gesam t en Versu eh durch gefiihrt. Die Priifung del' varianz an a l yti s ch ve r ree h nete n Erg ebni s se a u f Signifik a nz erfolgte na ch dem DUNNETT-Test und dern N EWMAN-KEULs-Test b ei eine r l rr t um swa hrscheinl ich keit von 5 % . Bei dem DUNNETT-Test wurden aile Varianten gegeniib er eine r K ontrollvariante (K) getestet. Sig nifikante Unters chiede gegeniibcr K sind im Test m it * gek ennzeichnet . Bei dem NEWMANKEULS-Test wurden ail e Varianten , ein schliel3li ch del' K ont roll var ian t e, untereinan der verglichen . Di e sign ifik an t en Unterschi ede , di e sich a us dem NEWMAN-K EULS·'1'c st er ga ben , ersch ein en im Text del' v orliegen den Arbeit a ls ungleich e kleine Buehsta ben (glei ch e Bu chs taben = nieht signifi k ante U nte rschiede).

Versuchsergebnisse 1. Stro hdiing ung Stroh als organiseher Diinger ist vom Standpunkt del' H erausbildung p hytoin hibitoriseher Effek t e im Bod en differenziert zu hetraehten. Frisehes, unzerset zt es Stroh ent hiilt ka ltwasserl6sliehc Hemmstoffe (Tabelle 1), die durch Auswa schung in den Bod en gelangen und bei Anr eicher ung (z. B. in Strohnestern) eine verzogerte K eimung und cine redu zier te Pflanzenzahl her vorr ufen k onnen (B ORN E R 1956, S CIIONBE CK 1956, G UE Nzr, M CCALLA und NO RST ADT 1967, \'Y l\I: ETAL und R rMOV SKY 1970, Mr SUSTIN 1971, KIMB ER 1973, RWKY 1976, 1980, 1I. a.),

26

H.-J. WOLF

und G. H6FLICH

Bei der Stro hzersetzung k6nnen sich auBerdem mikrobielle phytoinhibitorische :Meta bolite anreichem. T ab elle 1. EinfluJ3 steril er K altwasser ausziige a us \Vint er weizenst roh auf di e K eimung von R ettich und Winterweizen sowi e auf die Gesamttrockenmasse pro GefiiJ3 10 Tage alter W interweizenkeimlinge in Prozent zur Kontrolle mit ste rilem Wasser Anz ahl K eim e (relativ)

Variante

steril es Wasser

R ettich

Winterweizen

lOOK

lOOK

100 K

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88*

96

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Abb. 1. EinfluJ3 un te rschiedlicher Strohkonzentrationen und Vorrottezeiten auf den Aufgang von Sommergerste im Vergleich zur Kontrolle ohne Stroh (Mittelwerte von zw ei Stroharten) . (GefaJ3ver such 1).

27

Einflul.l von Stroh- und Griindiingung

Die Hemmstoffe werden im Boden inaktiviert, und ihre negative Wirkung ist nach 4 Wochen Strohzersetzungszeit unter Gewachshausbedingungen bzw. 2-4 Monaten unter Freilandbedingungen nicht mehr nachzuweisen. Bei ungiinstigen Umwelteinfliissen (hoher Feuchtigkeit und niedriger Temperatur) kann sie bis zum Friihjahr andauern (SCHONBECK 1956, VYMETAL und RIMOVSKY 1970, RIDKY 1980). Die Ergebnisse des GefaBversuches 1 mit 2 Stroharten, 2 Strohkonzentrationen und unterschiedlichen Vorrottezeiten, zeigen, daB nach Strohdiingung der Pflanzenaufgang verzi.igert sein kann, Diese Aufgangsverzi.igerung trat auch noch nach 12 Wochen Vorrottezeit auf. Sie war jedoch nach ca. 1 Woche Wachstumszeit der Sommergerste ausgeglichen. Nur bei Aussaat unmittelbar nach der Einarbeitung des Strohs lag bei einer Strohkonzentration von 200 dt/ha Stroh + 80 dt/ha Wurzeln eine um ca. 30 % verminderte Pflanzenzahl vor. Zwischen den Stroharten bestanden keine Unterschiede (Abb. 1). Auf die Blatttrockenmasseproduktion von Sommergerste wirkte sich lediglich eine hohe Sommergerstenstrohkonzentration nach 2wi.ichiger Vorrotte negativ aus. Nach 4wi.ichiger Vorrotte lag, selbst bei extrem hoher Strohkonzentration, kein negativer EinfluB mehr vor. Die phytoinhibitorische Wirkung war in der Rhizosphare der strohgediingten Varianten im Vergleich zur ungediingten Variante nach 4-6 Wochen deutlich reduziert (Tabelle 2, Abb. 2). Das wirkte sich stimulierend auf die Wurzelentwicklung aus. Die Ausbildung der Blattmasse sowie der Pflanzenzahl wurde in diesem Entwicklungsstadium hingegen kaum beeinfluBt (Abb. 2, 3; Tabelle 2). Auch sterile waBrige Bodenausziige von Winterweizen und Winterroggen nach Strohdiingung zeigten eine gegeniiber der ungediingten Kontrolle stimulierende Wirkung auf die Wurzelentwicklung pro Pflanze. Bodenausziige von Wintergerste wirkten auch auf die Blattmasseausbildung der Testpflanze Winterweizen signifikant stimulierend (Tabelle 3). Im Feldversuch konnte in zwei Untersuchungsjahren kein signifikanter EinfluB der Strohdiingung auf die phytoinhibitorischen Wirkungen nachgewiesen werden (Abb. 4). Hier traten jedoch auch beim Ertrag keine signifikanten Unterschiede auf. Weitere Untersuchungen sind notwendig.

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umgebender Boden - - - Rhizosphiire

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Abb. 2. Einflul.l der Strohdiingung zu Wintergerste, Winterweizen. und Winterroggen auf die phytoinhibitorisohe Wirkung in der Rhizosphare und im umgebenden Boden (in % zur Kontrollvariante ohne Strohdiingung; Mittelwerte aus 3 Stroharten) (Gefal.lversuch 2).

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H. J. WOLF und G. HOFLICH

Wintergerste

Winter roggen

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Abb.3. Einfluf von Strohdiingung zu Wintergerste, Winterweizen und Winterroggen auf die Wurzel- und Blattmasseausbildung pro Pflanze (in % zur Kontrollvariante ohne Strohdiingung; Mittelwerte aus 3 Stroharten) (Gefafsversuch 2). Tabelle 2. EinfIuLl von Strohdiingung auf die phytoinhibitorische Wirkung des Bodens und der Rhizosphare bei Wintergerste, Winterweizen und Winterroggen (in % zur Kontrolle ohne Stroh =:' 0 %) auf die Pflanzenzahl, Blatttrocken- und Wurzelfrischmasse pro Pflanze (in % zur Kontrolle = 100 %). (Mittelwerte von 6 bzw. 5 Untersuchungsterminen und von 3 Stroharten) (GefaJ3versuch 2) Fruchtart

Phytoinhib. Wirkung

Auswertung der Versuohsgefafse

Boden

Pfl.-Zahl

Rhizosphare

Wurzelmasse

-44*

99

98

156*

Winterweizen

0

-17

99

98

134*

Winterroggen

1

-13

111

87

119

Kontrolle ohne Stroh

0

0

100

100

100

Wintergerste

-1

Blatt-TM

Tabelle 3. EinfluLl von Strohdungung auf die Wirkung steriler waJ3riger Bodenausziige von Winter. gerste, Winterweizen und Winterroggen getestet mit Winterweizen nach l Otagigem Wachstum (in % zur Kontrolle ohne Stroh). (Mittelwerte von 3 Stroharten nach 8 und 10 Wochen Wachstum der drei Getreidearten im GefaJ3versuch 2) Fruchtart

Trockenmasse GesamtjGefaJ3

BlattjPflanze

W urzeljPflanze

Wintergerste

122

113*

Winterweizen

113

100

109 129*

Winterroggen

92

104

115*

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ohne Sfrohdungung mit Strohdungung Unterschied zwischen den Varianfen zu dies em Ierrnin signifikanf, L . 0,05

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Aussaat

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Abb. 4 . W ir kun g witJ3l'ig el' Bod e nuuezu g o nn. c h Stro h dllngu ng zu Wint e r rog g e n -M o n o ku lbur a.uf di e K e imung v o n H etti ch (in % K oi m hc m m u n g Z UI' W n.sscrko n t.r o lle = 0 % ). (Vers uc h 555/ 0 1 ; NStE D 2. )

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und G. H

OFLICH

2. Grtind tin gung Aus pflanzlichem Material , da s zur Griind iingu ng in den Bod en gelangt, werd en ebenfalls kalt wasserl6sliche Phytoinhibitoren fr eigesetzt (MARTIN und RADEMAOHER 1960, ALLISON 1973, OBENAUF 1980). Einige Autoren weisen jedoch darauf hin , daB unter Freilandbedingungen die Hemmstoffe zum gr6Bten Teil ab sorbiert bzw, durch biologi schen Abbau und Auswaschung schnell inaktiviert werd en (MARTIN und RADEMAOHER 1960, RADEMAOHER 1967, K ONNEOKE 1967 ). Eigene La borversuche zeigten, da B sterile K al t wasserausziige a us t rockenen zerkleinerten Rapspflanzen eine starke H emm wirkung auf die Ret ti ch- und W eizenkeimung sowie auf die Anfangsentwicklung von Wint erweizen au siiben (Tabelle 4). Eine H emm wirkung wa Briger Auszuge au s Boden mit 1 % Ha ps konnte ni cht na chgewiesen werden. Die Ergebnisse des Gefa Bvers uches 3 zeigten, da B die Bla t t- und Wurzelentwicklung von Winterweizen in Gefa Ben, die mit Raps gediingt waren, gegeniiber Win t erweizen aus ungediingt en Kontrollgefa flen gef6rd ert wurden. Die signifikante Fo rde-

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phytoinhibilorischeWirkung im umgebenden Boden phytoinhibitorische Wirkung in der Rhizosphii~ ~rzeltroekenmasse I Pflanze

-0-

Btatttrockenmasse I Pflanze

Diffennz zur KOIItrolle signifikant. J. . 0,05

Abb. 5. EinfluB vo n Griindiingung be i Wi nterweizen a u f di e p h ytoinhi bit or ische W irkung vo n waBrigen Bo de n - und R hizosp haronauszugen sowie Wurzel- und Blatttrock enm asse pro P fla nze in % zur Ko n t rol1e ohne Gr iin diingung ( = 0%) (Gefa Bv ersuch 3). K orrelationskoeffizient zwi sch en Wurzelm a sse/Pflanze und phytoinh ibit orischer W ir kung in del' Rhizosph are r = 0,908 * (n = 5).

Einfluf von Stroh- und Griindiingung

31

Tabelle 4. EinfluJ3 steriler Kaltwasserausziige von Rapspflanzen auf die Keimung von Rettieh und Winterweizen sowie auf die Gesamttroekenmasse pro Gefiil3 10 Tage alter Winterweizenkeimlinge in % zur Kontrolle mit sterilem Wasser Variante

Steriles Wasser Steriler Rapsauszug

Anzahl Keime

Winterweizen Gesamttroekenmasse in %

Rettieh

Winterweizen

lOOK

100 K

lOOK

23*

9*

4*

Tabelle 5. EinfluJ3 von Griindiingung mit Futtersommerraps auf die phytoinhibitorisehe Wirkung im Boden und in der Rhizosphare bei Winterweizen (in % zur Kontrolle ohne Griindiingung = 0 %) auf Pflanzenzahl, Blatt- und Wurzeltroekenmasse pro Pflanze (in % zur Kontrolle = 100 %) (Mittelwerte von 6 bzw, 5 Untersuehungsterminen) (Gefiil3versueh 3) Variante

Ohne Griindiingung Mit 1 % (Trs.) Futtersommerraps

Phytoinhibitor. Wirkung

Auswertung der Gefal3e

Boden

Pflanzenzahl

Blatt TM

Wurzel TM

Rhizosphare

Oa

Oa

100 a

100 a

100 a

-1 a

-9a

95 a

117 a

118 a

rung der Wurzelentwicklung korrelierte mit einer Verringerung der phytoinhibitorischen Wirkung in der Rhizosphiire der Winterweizenpflanzen (Abb. 5, Tabelle 5). In Feldversuchen hatte die Grundiingung keinen eindeutigen EinfluB auf die phytoinhibitorischen Wirkungen im Boden (WOLF 1981). 3. Bodenentseuchung Eine chemische Bodenentseuchung ist fur die Praxis aus okonomischen Grunden nicht relevant. Da jedoch von der Theorie ausgegangen wurde, daB die phytoinhibitorische Wirkung biologischen Ursprungs ist, sollte geprUft werden, ob sie durch Bodenentseuchung verringert werden kann, In Feldversuchen mit Winterweizen-Monokultur wurde iiber mehrere Jahre die Wirkung einer Bodenentseuchung mit 150 mljm 2 Nematin (Vapam) untersucht. In einern Jahr (1978) wurde auBerdem die Bodenentseuchung mit 50 gjm 2 Basamid (Dazomet) durchgefUhrt. In den Jahren 1978 und 1979 lag in den Monokulturvarianten eine relativ hohe phytoinhibitorische Wirkung vor (Tabelle 6). Sie wurde durch die chemische Entseuchung meist signifikant reduziert. Das unterstreicht die Bedeutung der hiologischen Komponente bei den phytoinhibitorischen Effekten. Basamid und Nematin wirkten annahernd gleich. Den verminderten phytoinhibitorischen Wirkungen stehen signifikante Ertragssteigerungen gegeniiber. Da durch die Bodenentseuchung gleichzeitig bodenhiirtige Wurzelschaderreger (Gaeumannomyces graminis u. a.) reduziert wurden (HOFLICH 1976), kann die verminderte phytoinhibitorische Wirkung jedoch nur als eine Teilursache Iur die Ertragssteigerung angesehen werden. Irn Jahre 1980 wurden in der Weizenmonokultur keine phytoinhibitorischen Wirkungen lind Wurzelschaderreger nachgewiesen. Die Bodenentseuchung wirkte sich deshalb in diesem J ahr auch nicht ertragssteigernd aus.

32

H .. J. WOLF und G. HOFLICH

Tabelle 6. Einfluf der chemischen Bodenentseuchung auf die durchschnittliche phytoinhibitorische Wirkung im Boden und den Ertrag bei Winterwoizon-Monokultur (Versuche 555/06, 100/08, NStE D 2/3) Jahr

Variance

Phytoinhibit. Wirkung

Ertrag dt/ha

1978

unbehandelt 150 ml/m'' Nematin 50 g/m 2 Basamid

10 b 2a 4ab

48,7 b 67,1 a 64,5 a

1979

unbehandelt 150 mljm" Nematin

lIb 4a

38,9 b 55,6 a

1980

unbehandelt 150 ml/m 2 Nematin

1a 2a

49,6 a 53,0 a

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