Tröpfchenbewässerung Im Hopfenbau - Feldversuche, Physiologie Und Rhizosphäre
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Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt Lehrstuhl für Pflanzenernährung Tröpfchenbewässerung im Hopfenbau - Feldversuche, Physiologie und Rhizosphäre Tobias M. Graf Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. Rainer Matyssek Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. Urs Schmidhalter 2. apl. Prof. Dr. Eckart Priesack Die Dissertation wurde am 09.06.2016 bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt am 14.09.2016 angenommen. Für Ok Teile dieser Arbeit wurden in folgenden Beiträgen publiziert: Graf, T., Beck, M., Mauermeier, M., Ismann, D., Portner, J., Doleschel, P., Schmidhalter, U. (2014). Humulus lupulus – The Hidden Half. Brewing Science 67, 161– 166. Graf, T., Beck, M., Portner, J., Baumgartner, A., Mauermeier, M., Ismann, D., Maier, M., Schmidhalter, U. (2016): A new approach for predicting the water balance of hops, Acta. Hort., Proceedings of the 4th International Humulus Symposium. (eingereicht am 15.09.15) Sobotik, M., Graf, T., Himmelbauer, M., Bodner, G., Loiskandl W. (2016): Wurzelfreilegungen von Hopfen und Mais in Wolnzach, Hallertau, Mitteilungen Agrarwissenschaften 31 (2016). (eingereicht am 13.01.16) Graf, T., Beck, M. (2016): Abschlussbericht des DBU-Projektes Az 27866 „Optimierung des Bewässerungsmanagements im Hopfenbau“ Im Rahmen dieser Arbeit wurden folgende Bachelorarbeiten betreut: Stampfl, J. (2013): Auswirkungen eines Wasserdefizits am Ende der generativen Phase auf den Ertrag und die Inhaltsstoffe von Hopfen (Humulus lupulus), Bachelorarbeit an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Fakultät Land- und Ernährungswirtschaft, Studiengang Landwirtschaft Fuß, E. (2014): Evaluierung von verschiedenen Methoden zur Erfassung von Trockenstress bei Hopfen in der Hallertau, Bachelorarbeit an der Technischen Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Pflanzenernährung Thies, N. (2015) Evaluierung verschiedener Messmethoden von Trockenstress bei Hopfen (Humulus lupulus) in einem Gefäßversuch, Bachelorarbeit an der Technischen Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Pflanzenernährung Diese Arbeit wurde gefördert von der Deutschen Bundestiftung Umwelt. DANKE AN… …meinen Doktorvater Prof. Dr. Urs Schmidhalter für die Betreuung dieser Doktorarbeit, verbunden mit unzähligen angenehmen und konstruktiven Gesprächen sowie für die kompetente Hilfe in fachlichen Fragen, Prof. Dr. Eckart Priesack für die freundliche Übernahme der Zweitkorrektur, Prof. Dr. Rainer Matyssek für die Hilfe bei den Gaswechselauswertungen und den Prüfungsvorsitz, Dr. Michael Beck, mein „Doktoronkel“ und Projektleiter, für die vielen netten und hilfreichen Philosophie- stunden, für die tatkräftige Unterstützung in der Planung und Durchsetzung des Projektes, IPZ 5 von der LfL, insbesondere Michael Mauermeier, Margret Meier, Daniel Ismann, Anna, Sonja und Theresa Baumgartner, Marina Jereb, Jakob Münsterer, Johann Schätzl, Elke Fischer, Birgit Krenauer, Alexandra Hertwig, Maria Lutz, Erich Niedermeier, Stefan Fuß, Dr. Florian Weihrauch, Anton Lutz, Dr. Stefan Seefelder, Dr. Elisabeth Seigner, Jutta Kneidl, Johann Portner, Wolfgang Sichelstiel, Sebastian Grünberger, Monika Pichlmeyer, Felix König und Dr. Peter Doleschel, für eure tatkräftige Hilfe und die Tatsache, dass ich mit euch eine tolle Zeit in der schönen Holledau hatte, die Abteilung Pflanzenernährung der TUM, insbesondere Dr. Sebastian Kipp, Friederike Gnädinger, Gero Barmeier, Elisabeth Becker, Dr. Manuela Gaßner, Dr. Sabine v. Tucher, Jürgen Plass, Claudia Buchhart, Wolfgang Heer, Erika Schmid, Erna Look, und den Dürnastern, für eure Hilfe, die Aufzucht und Pflege meiner Hopfenpflanzen und für die nette Aufnahme in euer Team, Dr. Erich Lehmair für dein freundschaftliches Mentoring dieser Arbeit, für deine gute, kritische Auseinandersetzung mit meinen Gedanken und Ideen und deine Offenheit bei allen Fragen, die Deutsche Bundesstiftung Umwelt für die finanzielle Unterstützung, die Hopfenverwertungsgenossenschaft HVG um Dr. Johann Pichlmaier, nicht nur für die finanzielle Unterstützung des Projektes, sondern auch für unzählige aufheiternde Events rund um das Thema Hopfen, inklusive Hopfenpflanzerverband um Ottmar Weingarten und Werner Brunner und dem Hopfenring um Ludwig Hörmannsperger mit seinem gesamten Team, euch auch für eine tolle Zeit während den GV, Silke Krehbiel von LfL-AZV für Sorgenlösungen in Finanz- und Verwaltungsfragen, Johann Hainzinger von der HSWT für Elektrizität im Hopfengarten, Angela Werner von der TLL für die zuvorkommende Unterstützung im Gebiet Elbe-Saale, Robert Brandhuber, Jürgen Kler und Melanie Treisch (LfL-IAB) für die Hilfe in Sachen Bodenkunde, die Abteilung für Obstbau TUM, Prof. Dr. Dieter Treutter, insbesondere Ina Tittel, für die freundliche Unterstützung bei der Erforschung der Anatomie von Hopfen, meine Bachelorstudenten Elisabeth Fuß, Johannes Stampfl und Nicolas Thies, die Familien Stefan Wöhrmann, Eduard Huber, Korbinian Stampfl und Florian Bogensberger, die Wasserzweckverbände Au in der Hallertau, Paunzhausen und Biburg, meine Freunde (und Leidensgenossen) Diana Perkins, Maike Cremer, Nils Kern, Dr. Carolin Bimüller, Martin Schaaf, Dr. Johannes Stelzer, Dr. Jörg Stephan, Dr. Niklas Fricke, Kelvin Autenrieth meine Familie, insbesondere an meinen Bruder Swen Wittich, für dein unbändiges „an mich glauben“ und meine Schwester Sabine Graf für die Begeisterung an der Natur sowie meine Eltern Ursula Graf und Georg Wittich für eure bedingungslose Unterstützung in allen Lebenslagen, meine Freundin Dr. Jennifer Junker für deine Liebe, dein Verständnis und deine Geduld, und Danke an meinen Hoschi und besten Freund Matthias Baß (PhD. in spe) - we ride together, we die together! TTFL! INHALT INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS .......................................................................................... iii TABELLENVERZEICHNIS ............................................................................................... vi ABKÜRZUNGS- UND SYNONYMVERZEICHNIS ....................................................... vii ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................................................... 1 ABSTRACT .......................................................................................................................... 3 1. EINLEITUNG ................................................................................................................ 5 1.1. Hopfen (Humulus lupulus) ...................................................................................... 6 1.1.1. Biologie ........................................................................................................... 6 1.1.2. Hopfenproduktion ............................................................................................ 9 1.2. Bewässerung ......................................................................................................... 14 1.2.1. Wasser in der Pflanze .................................................................................... 14 1.2.2. Bewässerung in der Landwirtschaft .............................................................. 15 1.2.3. Bewässerungsformen und objektive Steuerung ............................................. 16 1.2.4. Einfluss unterschiedlicher Bodenarten .......................................................... 19 1.2.5. Bewässerung von Hopfen .............................................................................. 21 1.3. Fragestellung und Zielsetzung .............................................................................. 24 1.3.1. Feldversuche zur Tröpfchenbewässerung ..................................................... 24 1.3.2. Physiologische Untersuchungen an Hopfen .................................................. 25 1.3.3. Rhizosphäre von Hopfen ............................................................................... 26 1.3.4. Retrospektiv erstellte Wasserbilanzen der Hallertau ..................................... 26 2. MATERIAL UND METHODEN ................................................................................ 27 2.1. Feldversuche zur Tröpfchenbewässerung ............................................................. 27 2.1.1. Bewässerung mit Steuerung nach Saugspannungen ...................................... 27 2.1.2. Bewässerung unter Berücksichtigung einer klimatischen Wasserbilanz ...... 38 2.1.3. Bewässerungsversuche mit induzierter Trockenheit ..................................... 41 2.1.4. Bewässerung mit unterschiedlicher Applikation gleicher Wassermengen .... 45 2.2. Physiologische Untersuchungen an Hopfen ......................................................... 48 2.2.1. Lichtkurven .................................................................................................... 49 2.2.2. Potentielle Nettophotosynthese und Transpiration bei Lichtsättigung .......... 50 2.2.3. Tagesgang ...................................................................................................... 52 2.2.4. Nettophotosynthese und Transpiration bei gegebenen Lichtverhältnissen ... 53 2.3. Rhizosphäre