Albrecht-Thaer-Archiv: Band 4, Heft 3 [Reprint 2022 ed.] 9783112656785

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DEUTSCHE AKADEMIE DER LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN

ZU B E R L I N

AL B R E C HT-TH AE R-AR C HIV Arbeiten aus den Gebieten Bodenkunde Pflanzenernährung Acker- und Pflanzenbau

Band 4 • Heft 3 i960

A K A D E M I E - V E R L A G

.

B E R L I N

Herausgegeben von der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin Schriftleitung: Prof. Dr. habil. E. PLACHY Redaktion: Dipl.-Landw. R. STUBBE Begründet von der Landwirtschaftlich-Gärtrferischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin

Das Albrecht-Thaer-Archiv erscheint in Heften mit einem Umfang von je 5 Druckbogen (80 Seiten). Die innerhalb eines Jahres herausgegebenen 8 Hefte bilden einen Band. Das letzte Heft jedes Bandes enthält Inhalts- und Sachverzeichnis. Der Bezugspreis beträgt 5,— DM je Heft. Die Schriftleitung nimmt nur Manuskripte an, deren Gesamtumfang 25 Schreibmaschinenseiten nicht überschreitet und die bisher noch nicht, auch nicht in anderer Form, im In- oder Ausland veröffentlicht wurden. Jeder Arbeit ist ferner eine Zusammenfassung mit den wichtigsten Ergebnissen, wenn möglich auch in russischer und englischer bzw. französischer Sprache beizufügen. Gegebenenfalls erfolgt die Übersetzung in der Akademie. Manuskripte sind zu senden an die Schriftleitung, Deutsche Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin, Berlin W 8, Krausenstr. 38—39. Die Autoren erhalten Fahnen und Umbruchabzüge mit befristeter Terminstellung. Bei Nichteinhaltung der Termine erteilt die Redaktion Imprimatur. Das Verfügungsrecht über die im Archiv abgedruckten Arbeiten geht ausschließlich an die Deutsche Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin über. Ein Nachdruck in anderen Zeitschriften oder eine Übersetzung in andere Sprachen darf nur mit Genehmigung der Akademie erfolgen. Kein Teil dieser Zeitschrift darf in irgendeiner Form — durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren — ohne schriftliche Genehmigung der Akademie reproduziert werden. Jeder Autor erhält unentgeltlich 100 Sonderdrucke und ein Honorar von 40 DM für den Druckbogen. Das Honorar schließt auch die Urheberrechte für das Bildmaterial ein. Dissertationen, auch gekürzte bzw. geänderte, werden nicht honoriert. Verlag: Akademie-Verlag GmbH, Berlin W 1, Leipziger Str. 3—4, Fernruf 220441, Postscheckkonto: Berlin 350 21. Bestellnummer dieses Heftes: 1051/4/3 • Veröffentlicht unter der Lizenz-Nummer ZLN 5014 des Ministeriums für Kultur, Hauptverwaltung Verlagswesen. Herstellung: Druckhaus „Maxim Gorki", Altenburg. All rights reserved (including those of translations into foreign languages). No part of this issue may be reproduced in any form, by photoprint, microfilm or any other .means, without written permission from the publishers. Printed in Germany.

DEUTSCHE AKADEMIE DER LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN

ZU B E R L I N

ALBRECHT-THAER-ARCHIV Arbeiten aus den Gebieten

Bodenkunde Pflanzenernährung Acker- und Pflanzenbau

Schriftleitung: Prof. Dr. habil. E. P L A C H Y

BAND 4 • HEFT j i960

AKADEMIE-VERLAG • BERLIN

INHALT TRfLNEL, M., und H. LINDNER: Über die Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

175

KORIATH, H.: Über den Einfluß der mineralischen Düngung auf den Pflanzenbestand, Ertrag und Mineralstoffgehalt des Heues einiger Wiesenstandorte

195

BÖHL, K.: Der Chlorosetest bei Lupinus luteus

223

HANKE, P.: Über die Bedeutung von Klima und Witterung, insbesondere Temperatur und Niederschlag, für den Maisanbau

226

175 Aus dem Institut für Pflanzenernährung, Bodenchemie und Bodenbiologie der Humboldt-Universität zu Berlin (Direktor: Prof. D r . Dr. h. c. M. T R f i N E L )

M. T R f i N E L und H. L I N D N E R

Über die Herkunft des im Boden kondensierten Wassers Eingegangen: 12. 9. 1959

1. F r a g e s t e l l u n g Aus langjährigen Untersuchungen über den Einfluß der Grundwasserabsenkung auf den Ernteertrag der mitteldeutschen Schwarzerde hat T R f i N E L (11) den Schluß gezogen, daß die Wasserbewegung im Boden nicht allein hydraulichen Gesetzen folgt, sondern daß auch die dampfförmige Phase des Wassers im Boden eine für die Pflanzen wichtige Rolle zu spielen scheint. Um diese Frage aufzuklären, untersuchten T R f i N E L und W E B E R (12, 13, 14, 15) die Kondensationsvorgänge im gewachsenen Boden. Sie fanden, daß am Tage im Boden eine nach unten gerichtete Bewegung des Wasserdampfes stattfand, der in tieferen Bodenschichten kondensierte. Das Maximum der Kondensation trat zur gleichen Zeit wie die Maxima der Temperaturen der Luft und der Bodenoberfläche ein. Wenn die Temperatur der Luft und die der Bodenoberfläche nachts absank, bewegten sich die Wassermoleküle aus der unteren wärmeren Bodenschicht nach oben. Dieses „Auf- und Abwogen" des Wasserdampfes etwa innerhalb der oberen 60 cm des Bodens ist auch für die Wärmeleitung im Boden von Bedeutung, wie T R f i N E L (13) zeigte. Bezüglich der Herkunft des Kondensationswassers sind T R f i N E L und W E B E R der Meinung, daß das Kondensationswasser als „dreidimensionaler Tau" a) - zumindest im Winter - aus dem Grundwasser, b) aus dem natürlichen Wasservorrat des Bodens oder schließlich c) auch aus der freien Atmosphäre stammen könne. Wir stellten uns deshalb die Aufgabe, die Herkunft des Kondensationswassers im gewachsenen Boden zu klären und insbesondere die Bedingungen zu untersuchen, unter denen der Boden Wasserdampf aus der Atmosphäre aufnehmen kann. Der Boden gleicht einem aus feinen und gröberen Bestandteilen bestehenden „Schwamm", in dem kleine und größere Hohlräume durch feine und feinste Kapillaren und Kanäle miteinander in Verbindung stehen. Die kolloidalen Bodenteilchen können Basen sorbieren, die wie die Bodenteilchen selbst das Bestreben haben, sich mit Hydrathüllen zu umgeben. Die Sorptionskomplexe des Bodens sind befähigt, Wassermoleküle auch aus Wasserdampf aufzunehmen und an ihrer Oberfläche zu verdichten. Dabei wirken starke Kräfte auf die Dipole der Wassermoleküle ein. Die inneren Hydrathüllen können mit Drucken bis zu 100000 at gebunden werden. Selbst die äußerste Hydrathülle des hygroskopischen Wassers, die sich im Boden im Gleichgewicht mit einer Luft von 20° C und einer relativen Feuchtigkeit von 9 6 % einstellt, wird noch mit 50 at festgehalten. Die inneren Hydrathüllen haben eine größere Dichte, erniedrigten Gefrierpunkt und sind nicht mehr fähig, Salze zu lösen. Die Erklärung für das auffallende Verhalten des Wassers ist in der Dipolnatur des Wassermoleküls 15*

176

T R f i N E L u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

zu suchen. Infolge dieses Dipolcharakters muß sich das Wassermolekül in einem elektrischen Kraftfeld so ausrichten, daß der negative Pol einem positiv geladenen Kation und umgekehrt der positive Pol einem negativ geladenen Humusteilchen zugewandt ist. Neben diesen starken Sorptionskräften wirken auch schwächere osmotische und kapillare Kräfte auf das Wasser im Boden ein, die immerhin noch so stark sind, daß sie die Schwerkraft aufheben können. Ferner können sich zwischen den Hydrathüllen der einzelnen Bodenteilchen sowie in den benetzten Kapillaren des Bodens konkave Menisken ausbilden. Da über einer konkaven Wasseroberfläche der Dampfdruck geringer ist als über einer ebenen, liegen auch Bedingungen für Kapillarkondensation vor. Es ist unmöglich, die Wirkung der Kräfte, die das Wasser im Boden binden, getrennt voneinander zu untersuchen. Die Gesamtwirkung der verschiedenen Faktoren kann in einem Wert, der sogenannten Saugkraft des Bodens, zusammengefaßt werden; sie ist in einem mit Wasser gesättigten Boden gleich Null und erreicht in stark ausgetrockneten Böden nach R O D E (6) Werte bis zu 10000 at und darüber. Auf Grund dieser großen Saugkräfte ist ein trockener Boden in der Lage, Wasserdampf aus der Atmosphäre aufzunehmen. D a sich die Wasserdampfmoleküle unabhängig von der Luftbewegung von Orten höheren Dampfdruckes zu Orten mit geringerem Dampfdruck bewegen, muß unter entsprechenden Bedingungen Wasserdampf aus der Atmosphäre - wie bei den Laborversuchen von T R E N E L und WEBER - in den Boden eindiffundieren und darin kondensieren. Im Freien ist es jedoch sehr schwierig, das Dampfdruckgefälle zwischen der bodennahen Luftschicht und der Bodenoberfläche genau zu bestimmen, da es uns bisher nicht möglich ist, die relative Luftfeuchtigkeit in der obersten, mehr oder weniger stark ausgetrockneten Bodenschicht mit ausreichender Genauigkeit zu messen. Auch im Innern des Bodens tritt auf Grund des Dampfdruckgefälles eine Diffusion von Wasserdampf ein. In einem Boden, der mehr Wasser enthält als seiner Hygroskopizität entspricht, ist die Bodenluft nahezu mit Wasserdampf gesättigt (3), so daß sich bei unterschiedlicher Erwärmung der einzelnen Bodenschichten ein Dampfdruckgefälle innerhalb des Bodenprofils ausbildet. Die Messung der Destillationsverluste oder Kondensationsgewinne ist, besonders in tieferen Bodenschichten des gewachsenen Bodens, experimentell sehr schwierig, weil die laufende Ermittlung des Wassergehaltes gezogener Proben auf Grund der ungleichmäßigen nesterförmigen Verteilung des Wassers im Boden stark voneinander abweichende Werte liefert. 2. B e s c h r e i b u n g d e s V e r s u c h s s t . a n d o r t e s und der Versuchsmethodik Zur Beantwortung der oben gestellten Frage wurde im Frühjahr, Sommer und Herbst bei heiterem und schlechtem Wetter im Jahre 1956 in einem naturfeuchten und im Jahre 1957 in einem naturfeuchten und in einem lufttrockenen Boden 1 auf dem Gelände des Institutes für Acker- und Pflanzenbau in Berlin-Malchow die Wasserbewegung in eingegrabenen Bodenscheiben und auch im gewachsenen Boden verfolgt. 1 Bei dem lufttrockenen Boden handelt es sich um eine Fläche, die seit Anfang März 1957 durch ein mit Perfol bespanntes Lattendach vor Regen geschützt war; während der Untersuchung wurde das Dach abgenommen.

177

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 4, Heft 3,1960

Untersuchungsergebnisse des Bodens der Malchower Versuchsfläche: Tabelle 1 Korngrößenbestimmung nach ATTERBERG

Grobsand

Feinsand

Ton und Schluff

48,5

36,5

14,9

%

%

%

Tabelle 2 Humusgehalt *

Hygroskopizität

2,95

Maximale Wasserkap.

Minimale Wasserkap.

36,6

18,0 Gew.-%

2,75

Im gewachsenen Boden bildete sich bei einem Wassergehalt von über 18% Sickerwasser. Tabelle 3 Die Sorption des Wasserdampfes der Versuchsfläche bei verschiedener relativer Feuchte der Luft, Saugkraft des Bodens bei unterschiedlichem Wassergehalt

Konzentration der Schwefelsäure

rei. Feuchte der Luft bei 20° C

Dampfdruck

Wassergehalt des Bodens

%

%

mmHg

%

54 44 33,1 10

28,5 48,5 70,3 96,3

5,0 8,5 12,3 16,5

0,76 1,06 1,38 2,75

Saug kraft 10 3

cm Wassersäule

pF

1,728 995 482 50

6,2 5,9 5,7 4,7

Die Sorption des Wasserdampfes wurde über Schwefelsäure verschiedener Konzentration bestimmt und die Saugkraft nach SCHOFIELD (8) berechnet: H= H R T M g h

-

RT

h • In — , wenn

M-G 100 = die Saugkraft in cm Wassersäule, = die Gaskonstante, = die absolute Temperatur, = das Molekulargewicht des Wassers, == die Erdbeschleunigung (981 cm - s e c - 2 ) und = die relative Luftfeuchtigkeit ist.

Um die Temperatur, die relative Feuchte und den Dampfdruck in der bodennahen Luftschicht zu ermitteln, wurden in 1 m und in 2 bis 3 cm Höhe über dem Erdboden Messungen mit dem Aspirationspsychrometer nach ASSMANN durchgeführt. Ferner wurden die Temperaturen an der Bodenoberfläche und in 5, 15, 30, 50 und 80 cm Tiefe gemessen. Die Bestimmung der Oberflächentemperatur erfolgte mittels waagerecht liegender, 0,5 bis 1 cm tief eingebetteter Thermometer. Zum Messen der

178

TRfiNEL u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

Bodentemperaturen in tieferen Bodenschichten wurden Thermometer innerhalb einer Glasröhre in den Boden versenkt und zum Ablesen für kurze Zeit herausgezogen. Die Messungen erfolgten während des Sonnenaufganges in Abständen von einer halben Stunde, kurz vor und nach Sonnenuntergang im Abstand von einer Stunde und in der Zwischenzeit um 6, 8 , 1 0 , 1 2 , 1 3 , 1 4 , 1 6 , 1 8 , 20, 22 und 24 Uhr. Aus den Meßwerten wurden die relative Feuchte und der Dampfdruck der bodennahen Luftschicht sowie der Dampfdruck in verschiedenen Tiefen im Boden mit Hilfe 'der Aspirationspsychrometertafeln bzw. der Dampfdrucktafeln des Deutschen Wetterdienstes ermittelt. Die relative Feuchte der Bodenluft wurde dabei mit 100% angesetzt, weil die Luft in den Poren eines Bodens, dessen Wassergehalt ein Mehrfaches seiner Hygroskopizität beträgt, erfahrungsgemäß mit Wasserdampf gesättigt ist. Die Wasserdampfaufnahme aus der Atmosphäre sowie die Mengen des abdestillierten und kondensierten Wassers wurden, wie Abbildung 1 zeigt, in drei verschiedenen Versuchsanordnungen durch Wägen der Bodenscheibe verfolgt. l . U m den Einfluß des Untergrundes auszuschalten, wurden 2 bis 3 Stunden vor Sonnenuntergang 12,5 cm weite und 5 cm hohe (im Frühjahr auch 2 cm hohe) Bodenscheiben aus .der Bodenoberfläche ausgestochen, in entsprechend große Glasschalen

Abb. 1. Schema der Versuchsanordnung

überführt und in der Bodenoberfläche aufgestellt. Diese Proben wurden abends vor und nach Sonnenuntergang sowie morgens vor und nach Sonnenaufgang gewogen 2. Zur Ausschaltung der Atmosphäre wurden mit Boden gefüllte Glasschalen mit engmaschigem Perlongewebe verschlossen und mit dem Schalenboden nach oben in der oberen Bodenschicht aufgestellt. 3. Um die Wasserdampfbewegung in der Krume zu verfolgen, wurden außerdem je 5 flache Glasschalen, deren Boden abgeschnitten war, mit Erde gefüllt, an beiden Seiten mit Perlongewebe überzogen und - wie Abbildung 1 zeigt - innerhalb eines etwas weiteren Glaszylinders in den Boden versenkt. Die Fugen zwischen den einzelnen Bodenscheiben wurden mit Isolierband abgedichtet, so daß an den Seiten kein Wasserdampf entweichen konnte. Um ein Verschütten von Boden zu vermeiden, konnte die oberste Schale nur 5 cm hoch mit Boden gefüllt werden, so daß die gesamte Bodensäule 29 cm hoch war. Das Gewicht des eingefüllten Bodens betrug etwa 1,1 kg je Bodenschale, in der obersten Glasschale jedoch nur 0,7 kg. D a die Glasschalen eine Oberfläche von 122,6 cm2 hatten, entspricht einer Wasseraufnahme von 12,3 g 1 mm Niederschlag. Die Wägungen in zwei Parallelen erfolgten m o r g e n s kurz nach Sonnenaufgang, bevor die Verdunstung aus der B o d e n o b e r f l ä c h e einsetzte, m i t t a g s sowie a b e n d s kurz vor bzw. nach Sonnenuntergang, zu einem Zeitpunkt, an dem aus der 1

Nach der letzten Morgen wägung wurden die Probin ausgeschüttet, damit ihr Wassergehalt nicht zu sehr von dem der Umgebung abwich.

179

Albrccht-Thaer-Archiv, Band 4, Heft 3,1960

Bodenoberfläche gar kein bzw. nur noch sehr wenig Wasser verdunstete. Diese Zeitpunkte wurden aus den Gewichtsveränderungen der Proben der Variante 1 täglich bestimmt. Nach der Morgenwägung wurden die Versuchsflächen regelmäßig geharkt. Tabelle 4 Höhe der Sorptionsgewinne im Frühjahr

Datum 1957

4. 4. 5. 4. 5. 4.

6. 4. 8. 4. 9.4.

10.4. 11.4. 23. 4. 24. 4.

25. 4.

TJVi ryeit

18.30 20.30 5.30 6.40 7.50 18.55 20.45 5.25 6.40 19.00 20.50 5.30 6.50 18.45 20.45 5.40 6.45 20.20 5.50 6.55 19.25 21.00 4.50 6.30 19.15 20.50 4.50 7.00

Durchschnittlicher täglicher Gewinn

Trockene Versuchsfläche Feuchte Versuchsfläche Wasser- Gew.-Veränderung^ Wasser- Gew.-VeränderungJ gehalt in gehalt in 0 bis 2 cm 0 bis 2 cm 2. Probe 1. Probe 1. Probe 2. Probe Tiefe Tiefe in g in g in g in %. in % in g 3,7

2,5

2,5

2,2

2,9

2,0

2,5

-0,35 + 0,32 -0,03 -0,40

-0,15 + 0,45 0,0

0,0 + 0,15 -0,10

0,0 + 0,25 -0,05

+ 0,10 + 0,15 -0,05

+ 0,12 + 0,15 -0,07

-0,35 0,0 -0,15

-0,17 + 0,40 -0,18

+ 0,28 -0,30

+ 0,25 -0,15

-0,10 + 0,65 -0,25

-0,20 + 0,50 -0,10

0,0 + 0,40 -0,10

-0,13 + 0,57 -0,10

0,29 g

0,41g

8,4

6,9

5,9

5,6

4,7

3,7

3,4

-0,35 + 0,40 0,0

-0,30 + 0,40 0,0

-0,15 + 0,08 -0,03

-0,10 + 0,05 -0,10

+ 0,15 + 0,30 -0,07

+ 0,05 + 0,30 -0,05

-0,30 + 0,10 -0,15

-0,10 + 0,30 -0,15

-0,15 -0,20

+ 0,20 -0,20

-0,25 + 0,45 -0,20

-0,15 + 0,40 -0,15

-0,15 + 0,10 -0,10

0,0 + 0,30 -0,10

0,22g

0,28 g

Beim Füllen der Zylinder wurden Bodenproben entnommen und ihr Wassergehalt durch Trocknung bei 105° C bestimmt; die weiteren Änderungen des durchschnittlichen Wassergehaltes wurden dann aus den Gewichtsveränderungen der Bodenscheiben berechnet und mit dem Wassergehalt des gewachsenen Bodens in unmittelbarer Nähe der versenkten Bodenscheiben an den Versuchstagen morgens und abends

180

T R f i N E L u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

an der Oberfläche (in 0 bis 2 cm Tiefe) und in Abständen von einigen Tagen in 5 und 15 cm Tiefe und außerdem in jedem Monat in 5,15, 30 und 50 cm Tiefe verglichen. 3. V e r s u c h s e r g e b n i s s e

unter Ausschluß (Versuchsanordnung 1)

des

Untergrundes

An warmen, sonnigen Tagen trocknet die oberste Bodenschicht, wie die Tabellen 4, 5, 6 und 7 zeigen, oftmals unter ihre Hygroskopizität aus. Es destilliert also von der Bodenoberfläche auch ein Teil des hygroskopischen Wassers sowohl in die Atmosphäre als auch in tiefere Bodenschichten ab (vgl. auch die Ergebnisse der Versuchsanordnung 3). Abends tritt nach Beendigung der Sonneneinstrahlung sowohl Abkühlung der Bodenoberfläche als auch der Luft ein, wodurch die relative Luftfeuchtigkeit ansteigt. Dadurch sind die trockenen Bodenteilchen imstande, Wasserdampf aus der Atmosphäre anzuziehen und auf ihrer Oberfläche zu verdichten (Tab. 3). So sind im Frühjahr und im Sommer schon gegen 21 Uhr (s. Tab. 4 und 5) und im Herbst bereits gegen 18.30 Uhr (s. Tab. 6) Sorptionsgewinne aus der Atmosphäre zu verzeichnen. Die Sorption des Wasserdampfes setzt sich während der Nachtstunden fort. Dabei ist bemerkenswert, daß trockener Boden auch dann Wasserdampf sorbiert, wenn die Bodenoberfläche wärmer als die bodennahe Luftschicht ist. Die Sorption ist um so höher, je stärker der Boden am Tage austrocknet und je höher die relative Feuchte nachts ansteigt. Das zeigen besonders deutlich die hohen Sorptionsgewinne in den Nächten zum 24. 4. 1957 und zum 29. 6. 1957 sowie zum 30. 6. 1957 bis zu 1,0 g je Gefäß. Während vom 14. 6. bis 19. 6. 1957 die Luft morgens vor Sonnenaufgang eine relative Feuchte von 60 bis 8 0 % hatte, war sie am 29. und 30. 6. 1957 in den frühen Morgenstunden nahezu mit Wasserdampf gesättigt. Die täglichen Sorptionsgewinne der Proben der überdachten Flächen betrugen während der ersten Hitzeperiode 0,5 g und stiegen am 29. 6. und 30. 6.. 1957 auf 0,91 g an. Auf der freien Versuchsfläche, die während der ersten Versuchsperiode an der Oberfläche stark ausgetrocknet war, betrug der tägliche Gewinn vom 12. 6. bis 19. 6. 1957 0,41 g. Am 29. 6. und 30. 6. 1957 lag er trotz höherer Luftfeuchtigkeit nur bei 0,16 g, weil die Bodenoberfläche durch den Regen der Vortage noch durchfeuchtet war. Im Herbst liegen die Sorptions- und Kondensationsgewinne höher, weil der Boden in den langen Herbstnächten längere Zeit mit feuchter Luft in Berührung kommt als im Spätfrühling und im Sommer. Darüber hinaus kann in klaren Herbstnächten beobachtet werden, daß sich die Bodenoberfläche infolge der Ausstrahlung stärker abkühlt als die bodennahe Luftschicht, so daß sich ein Dampfdruckgefälle aus der Luft in den Boden ausbildet und somit Wasserdampfmoleküle aus der Atmosphäre in den Boden einströmen und darin kondensieren. So war in der Nacht vom 8. zum 9. 10. 1957 sowie in den Morgenstunden des 10. 10. 1957 die Luft bis zu 0,6° C wärmer als die oberste Bodenschicht beider Versuchsflächen. Da die Luft nahezu mit Wasserdampf gesättigt war, lag ihr Dampfdruck etwas höher als in der Bodenoberfläche. Aus diesem Grunde waren am 9. 10. und 10. 10. 1957 auch auf der feuchten Versuchsfläche Gewinne aus der Atmosphäre bis zu 1,70 g je Gefäß festzustellen, obwohl die oberste Bodenschicht nicht unter den Wassergehalt der Hygroskopizität ausgetrocknet war. Dieses Ergebnis bestätigt die Feuchtigkeitsbestimmungen -in unmittelbarer Nachbarschaft der Versuchsanordnungen im g e w a c h s e n e n überdachten Boden. Auch hier

Tabelle 5 Höhe der Sorptionsgewinne im Sommer in 0 bis 5 cm Tiefe (Hy des Bodens 2,75)

Datum 1957

12. 6. 13. 6.

14. 6.

15. 6.

16. 6.

17. 6.

18. 6. 19. 6.

Uhrzeit

19.45 21.30 0.25 3.40 5.00 19.45 21.20 3.45 4.50 20.15 21.30 3.50 4.50 20.10 21.20 4.05 5.05 5.40 21.25 3.50 4.50 20.10 21.10 4.50 20.10 21.10 3.55 5.05 5.45 7.55

Überdac ite Versuc hsfläche Freie Versuchsfl äche WasserWassergehalt in gehalt in 1. Probe 2. Probe 1. Probe 2. Probe 0 - 2 cm 0 - 2 cm Tiefe Tiefe in g in % in g in g in g in% 1,22

1,08

0,92

0,82

0,85 0,85 0,84

Durchsch nittlicher täglichei Gewinn 28. 6. 29. 6.

30. 6.

20.15 21.25 4.10 5.25 5.30 20.15 21.15 4.00 5.15 6.00

Durchschnittlicher täglicher Gewinn

-0,20 -1,10 + 0,05 0,0

-0,10 + 0,03 + 0,10 0,0

+ 0,05 + 0,43 0,0

+ 0,10 + 0,45 + 0,02

+ 0,15 + 0,45 -0,02

+ 0,15 + 0,55 + 0,03

+ + + +

0,08 . 0,0 0,40 + 0,67 0,10 -0,02 0,03 -0,03

+ 0,30 0,0

+ 0,45 0,0

+ 0,05 + 0,60

0,0 + 0,55

+ 0,08 + 0,57 0,0 -0,05 -0,55

+ 0,08 + 0,52 + 0,05 -0,05 -0,45

1,21

0,99

1,00

0,88

1,02

+ 0,11 + 0,04 + 0,18 0,0

+ 0,07 + 0,45 0,0

+ 0,10 + 0,47 + 0,03

+ 0,13 + 0,27 0,0

+ 0,20 + 0,50 0,0

0,0 + 0,50

+ 0,07 + 0,53

+ 0,33 0,0

+ 0,25 -0,03

0,0 + 0,48

+ 0,03 + 0,72

+ 0,05 + 0,30 0,0

+ 0,08 + 0,72 0,0

-0,80

-0,75

1,05 1,00 0,99

0,5() g 1,16

-0,10 -0,05 + 0,05 0,0

0,4 l g

+ 0,15 + 0,80 + 0,05 -0,10

+ 0,15 + 0,70 + 0,05 -0,05

+ 0,10 + 0,70 + 0,05 -0,05

+ 0,10 + 0,70 + 0,10 -0,07

0,91g

4,70

1,95

-0,20 + 0,10 -0,10 -0,40

-0,05 + 0,17 0,0 -0,22

0,0 + 0,33 -0,08

-0,05 +0,05 -0,05

0,16 g

182

TRfiNEL u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

Tabelle 6 Höhe der Sorptions- und Kondensationsgewinne im Herbst in g

Datum 1957

1. 10. 2. 10.

3.10. 8.10. 9.10.

10.10.

11.10..

Uhrzeit

17.05 18.20 19.55 6.20 7.50 17.05 18.25 6.35 8.30 17.05 18.15 20.00 6.40 7.40 8.40 17.05 18.15 7.40 8.50 16.25 17.05 17.55 19.55 6.45 8.00

Durchschnittlicher täglicher Gewinn

Überdachte Versuchsfläche Freie Versuchsfläche WasserWassergehalt in 1. Probe 2. Probe gehalt in 1. Probe 2. Probe 0 - 2 cm 0 - 2 cm Tiefe Tiefe in g in g in g in g in% in % 16,52

2,05

2,02

2,08

2,06

2,09

0,0 + 0,05 + 0,45 0,0

0,0 0,0 + 0,15 + 0,05

0,0 + 0,30 0,0

0,0 + 0,27 + 0,05

+ 0,05 + 0,25 + 1,70 + 0,05 -0,25

+ 0,05 + 0,30 + 1,85 0,0 -0,25

+ 0,05 + 1,45 -0,10

+ 0,05 + 1,50 0,0

-0,03 -0,04 + 0,12 + 0,20 + 0,15

+ 0,05 0,0 + 0,20 + 0,10 -0,05

13,63

-0,50 -0,05 + 0,10 -0,15

-0,45 -0,05 0,0 -0,10

-0,10 -0,85 -0,40

-0,10 -0,95 -0,55

0,0 + 0,15 + 1,55 0,0 -0,55

0,0 + 0,07 + 1,48 -0,05 -0,55

11,56

8,28

8,51

0,94 g

0,0 -0,05 + 1,00 . + 0 , 9 5 -0,10 -0,10 -0,02 -0,02 + 0,09 -0,12 -0,07

-0,05 -0,05 + 0,15 -0,10 -0,10

0,54 g

wurde der Boden in der NacHt mit Wasser angereichert. Der Wassergehalt der obersten Schicht der trockenen Versuchsfläche schwankte zwischen 0,8% am Tage und 2,23% in der Nacht (s. Tab. 7). 4. V e r s u c h s e r g e b n i s s e u n t e r A u s s c h l u ß d e r (Versuchsanordnung 2)

Atmosphäre

In der folgenden Tabelle 8 sind die nächtlichen Gewichtszunahmen der Bodenproben der Versuchsanordnung 2 angegeben. Aus Tabelle 8 geht hervor, daß die oberen Bodenschichten im Juni auf der trockenen Versuchsfläche im Mittel 2,23 g und auf der naturfeuchten Versuchsfläche 2,68 g Wasser je Nacht aus dem Untergrund aufgenommen haben. Es bewegte sich also in den Sommernächten aus tieferen Bodenschichten Wasser zur Bodenoberfläche empor. Der

Tabelle 7 Durchschnittlicher Wassergehalt der obersten Bodenschicht im g e w a c h s e n e n Boden (Hy = 2,75%)

Datum 1957 12. 6. 13. 6. 14. 6. 15. 6. 16. 6. 17. 6. 18. 6. 19. 6. 28. 6. 29. 6. 30. 6.

Uhrzeit

Trockene Fläche

Feuchte Fläche

19.30 4.50 19.00 4.50 19.30 4.45 19.00 4.45 19.30 4.45 19.20 4.55 19.15 4.55 19.30 4.55 19.15 4.55

1,22% 2,23% 1,08% 1,65% 0,92% 1,69% 0,82% 1,50% 0,85% 1,35% 0,85% 1,42% 0,84% 1,42% 1,16% 1,80% 1,02% 1,77%

1,21% 2,10% 0,99% 1,92% 1,00% 1,68% 0,88% 1,50% 1,05% 1,83% 1,00% 1,67% 0,99% 1,56% 4,70% 5,80% 1,95% 3,33%

Tabelle 8 Gewichtszunahmen der Bodenproben der Versuchsanordnung 2

Datum 1957

Uhrzeit

12. 6. 13. 6.

20.20 5.50 20.20 5.50 2.20 5.50 20.25 5.50 20.30 5.50 20.30 5.50 20.30 5.50 20.25 6.20 20.30 6.30

14. 6. 15. 6. 16. 6. 17. 6. 18. 6. 19. 6. 28. 6. 29. 6. 30. 6. im Mittel

Trockene Fläche

Feuchte Fläche

1. Probe

2. Probe

1. Probe

2. Probe

2,70 g

2,70 g

3,50 g

3,80 g

2,25 g

2,40 g

3,33 g

3,50 g

2,58 g

2,55 g

2,30 g

2,50 g

2,67 g

2,47 g

2,75

1,95 g

2,20 g

2,25 g

2,60 g

2,45 g

2,10 g

2,00 g

2,60 g

2,45 g

2,13 g

2,25 g

2,30 g

2,75 g

1,15 g

1,50 g

2,75 g

1,50 g

2,45 g

1,80 g

2,20 g

3,00 g

2,23 g

2,68 g

184

TRfiNEL u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

Verlauf der Dampfdruckkurven steht damit im Einklang. Abends und nachts kühlt sich die Bodenoberfläche stark ab, so daß sich ein Dampfdruckgefälle aus dem Untergrund zur oberen Bodenschicht ausbildet (s. Abb. 2, 3, 4 und 5). Das Dampfdruckgefälle vergrößert sich im Laufe der Nacht und ist morgens kurz vor Sonnenaufgang am höchsten. So konnte z. B. im Sommer (s. Abb. 3) von 30 cm zu 5 cm Tiefe ein Dampfdruckgefälle von über 4 mm Hg festgestellt werden. Nach Beginn der Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Bodenoberfläche sehr schnell, so daß etwa zwei Stunden nach Sonnenaufgang der Dampfdruck in 5 cm Tiefe höher wird als in 15 cm Tiefe. Nach weiteren zwei Stunden ist auch in dieser Schicht der Dampfdruck so weit angestiegen, daß sich ein durchgehendes Dampfdruckgefälle von der Bodenoberfläche in den Untergrund ausbildet. Der Dampfdruck steigt infolge der Erwärmung des Bodens weiter an und erreicht in 5 cm Tiefe gegen 14 Uhr seinen Höhepunkt; im Sommer konnten Werte von nahezu 40 mm Hg gemessen werden. In tieferen Bodenschichten bleiben die Dampfdrucke natürlich wesentlich niedriger und die Maxima treten infolge der Phasenverschiebung in 15 cm Tiefe in den späten Nachmittagsstunden und in 30 cm Tiefe erst in den späten Abendstunden ein. Das Dampfdruckgefälle vergrößert sich im Laufe des Tages und erreicht in den frühen Nachmittagsstunden sein größtes Ausmaß. An warmen Sommertagen konnte von 5 bis 15 cm Tiefe oftmals ein Dampfdruckgefälle von 8 bis 10 mm Hg gemessen werden. In den späten Nachmittagsstunden vermindert sich das Dampfdruckgefälle wieder, da einmal die Temperatur der Bodenoberfläche und damit der Dampfdruck in der oberen Bodenschicht absinken und zum anderen der Dampfdruck in tieferen Bodenschichten noch weiter ansteigt. Etwa ein bis zwei Stunden nach Sonnenuntergang ist der Dampfdruck in 5 cm Tiefe schon geringer als in 15 cm Tiefe, und nach weiteren zwei bis drei Stunden wird er auch in dieser Tiefe niedriger als im Untergrund in 30 cm Tiefe, so daß nach Mitternacht ein durchgehendes Dampfdruckgefälle von 30 cm Tiefe zur Bodenoberfläche besteht. Im Frühling und im Herbst kann etwa drei Stunden nach Mitternacht bis zum Morgen ein durchgehendes Dampfdruckgefälle von 50 cm Tiefe zur Bodenoberfläche beobachtet werden, während im Sommer der Dampfdruck in 50 cm Tiefe selten höher wird als in 30 cm Tiefe. In der bodennahen Luftschicht war der Dampfdruck während der Untersuchungsperioden im Frühling und im Sommer immer niedriger als im Boden. Lediglich im Herbst konnte am 10. 10. 1957 morgens in der bodennahen Luftschicht ein höherer Dampfdruck festgestellt werden als in der obersten Bodenschicht in 5 cm Tiefe. Am Tage vergrößert sich mit Erwärmung der Bodenoberfläche sowohl das in den Untergrund als auch das in die Atmosphäre gerichtete Dampfdruckgefälle. Letzteres ist jedoch höher, da der Dampfdruck in der bodennahen Luftschicht infolge des Absinkens der relativen Luftfeuchtigkeit (s. Abb. 2, 3, 4 und 5) wesentlich niedriger bleibt als im Boden. 5. E r g e b n i s s e d e r V e r s u c h s a n o r d n u n g

3

In den Abbildungen 2, 3, 4 und 5 sind neben dem Verlauf der Dampfdruckkurven und der relativen Feuchte die Gewichtsveränderungen der Bodenscheiben der Versuchsanordnung 3 eingetragen. Die Gewichtsverluste sind als hängende und die Gewichtszunahmen als stehende dunkel ausgefüllte Säulen dargestellt. Daneben ist die Veränderung des Wasser-

185

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 4, Heft 3,1960

gehaltes in Prozent angegeben. Es ist deutlich zu erkennen, daß die unteren 4 Bodenscheiben nachts Wasser verlieren, während die obere Bodenscheibe Wasser aufnimmt. In den tieferen, wärmeren Bodenschichten destilliert also nachts Wasser entsprechend •dem nach oben gerichteten Dampfdruckgefälle zur Bodenoberfläche ab und kondensiert sich in der kühleren obersten Bodenschicht. Am Mittag hat die oberste Bodenschicht Wasser verloren, während die unteren Bodenscheiben schwerer geworden sind. Es ist also i n d e r o b e r e n B o d e n s c h i c h t W a s s e r e n t s p r e c h e n d d e m nach beiden Seiten gerichteten D a m p f d r u c k g e f ä l l e z. T. in die A t m o s p h ä r e und z. T. i n t i e f e r e Bodenschichten diffundiert. Daraus geht hervor, daß der am Tage in tieferen Bodenschichten festgestellte Wassergewinn ausschließlich aus der oberen Bodenschicht stammt. Aus Tabelle 9 ist ersichtlich, daß der Anteil des in die tieferen Bodenschichten diffundierenden Wasserdampfes bei den Sommermessungen auf der naturfeuchten Tabelle 9 Wasseraufnahme der unteren Bodenscheiben und Wasserverlust der oberen Bodenscheiben auf der naturfeuchten, nicht überdachten Versuchsfläche

Datum 1957

Uhrzeit

13. 6.

5.30 13.00 20.45 5.20 12.45 20.45 5.20 12.45 20.45 5.25 12.45 20.45 5.25 12.45 20.50 5.25 12.45 20.55 5.25 12.40 20.55 5.55 12.55 20.50 5.55 12.55

14. 6. 15. 6. 16,6

17. 6.

18. 6.

19. 6. 29. 6.

30. 6. im Mittel

Verlust der oberen Bodenscheiben in g

Gewinn der unteren Bodensei ieiben in g in % des Verlustes

12,05 6,20

5,35 1,32

44,5 21,3

10,95 6,75

6,05 2,60

55,3 38,5

9,20 5,60

4,47 1,65

48,7 29,4

8,60 5,80

4,15 2,25

48,3 38,8

6,75 5,35

3,10 2,00

46,0 37,4

6,25 5,65

1,90 2,90

32,0 51,4

5,30 5,25

1,45 2,25

27,4 42,8

17,60 9,25

6,65 1,15

37,8 12,4

14,10

6,55

46,5 |

38,8%

186

T R ß N E L U. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

Versuchsfläche im Mittel 3 9 % des Verlustes der oberen Bodenschicht betrug. Auf der trockenen Versuchsfläche lag das Mittel im Sommer bei 45,2%, im Frühjahr bei 39,4% und im Herbst bei 34,3%. In der unteren Bodenscheibe in 23 bis 29 cm Tiefe ist mittags oftmals ein geringer Wasserverlust festzustellen (s. Abb. 2 und 3). Es ist offenbar in dieser Tiefe im Laufe des Vormittags mehr Wasserdampf abdestilliert als nach der Umkehr des Dampfdruckgefälles darin kondensiert ist. Nachmittags setzt sich die beschriebene, nach 2 Seiten gerichtete Wasserbewegung fort. Die Zone, in der Wasser verdunstet, gewinnt jedoch an Tiefe, so daß abends auch in der zweiten Bodenschicht in 5 - 1 1 cm Tiefe regelmäßig Wasserverluste nachzuweisen sind, während die tieferen Bodenschichten weiter mit Kondenswasser angereichert werden. Das Ausmaß der Kondensation ist vom Wassergehalt der oberen Bodenschicht und von der Höhe des Dampfdruckgefälles abhängig. So zeigt ein Vergleich der Ergebnisse im Frühjahr und Herbst (Abb. 2 und 4) mit den Sommermessungen (Abb. 3), daß bei annähernd gleichem Wassergehalt der oberen Bodenschicht die Kondensationsmengen im Untergrund bei Erhöhung des Dampfdruckgefälles wesentlich ansteigen. Die Sommermessungen lassen erkennen, daß die Menge des am Tage im Boden kondensierenden Wassers mit abnehmendem Wassergehalt der oberen Bodenschicht wesentlich kleiner wird. In der folgenden Tabelle 10 ist das Ausmaß der Kondensation während der Sommermessungen angegeben. Die Tabelle 10 zeigt, daß sich an heißen, sonnigen Tagen täglich bis zu 0,70 mm Wasser aus den oberen in die tieferen Bodenschichten bewegen. D a nachmittags auch aus Bodenzonen Wasser abdestilliert, in denen am Vormittage Wasserdampf kondensiert, ist die Summe der am Mittag und Abend ermittelten Gewichtszunahmen oftmals höher als die am Abend im Vergleich zur Morgenwägung festgestellte Wasseraufnahme. Im Frühjahr lagen die Tageswerte zwischen 0,18 und 0,35 mm und im Herbst zwischen 0,07 und 0,13 mm. Für die naturfeuchte Versuchsfläche lassen sich die KondensTabelle 10 Tägliche Wasseraufnahme der tieferen Bodenschichten am Tage a) Ü b e r d a c h t e

Datum 1957 13. 6. 14. 6. 15. 6. 16. 6. 17. 6. 18. 6. 19. 6. 29. 6. tägliches Mittel j

Versuchsfläche

Wasseraufnahme der unteren Bodenscheiben von der Morgenbis zur Abendwägung 5,17 g 6,40 g 3,63 g 5,08 g 5,10 g 5,55 g 5,10 g 6,15 g

= = = = = = = =

0,42 0,52 0,29 0,41 0,41 0,45 0,41 0,50

Summe der mittags und abends festgestellten Gewichtszunahmen

mm 1 mm 1 mm mm mm mm mm mm 1

0,43 mm

0,63 mm 0,67 mm 0,29 mm 0,41 mm 0,41 mm 0,45 mm 0,41 mm 0,56 mm |

0,48 mm

187

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 4, Heft 3, 1960

b) N a t u r f e u c h t e V e r s u c h s f l ä c h e (nicht überdacht) 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 29.

5,62 6,65 3,92 3,55 3,50 4,80 3,70 4,95

6. 6. 6. 6. 6. 6. 6. 6.

tägliches Mittel 1

g g g g g g g g

= = = = = = = =

0,46 0,54 0,32 0,29 0,28 0,39 0,30 0,40

mm1 mm1 mm1 mm1 mm mm mm mm

0,54 0,70 0,50 0,52 0,41 0,39 0,30 0,63

0,37 mm

mm mm mm mm mm mm mm mm

0,50 mm

1

Anmerkung: Bei den mit gekennzeichneten Werten war auch in der 2. Bodenschicht (5 bis 11 cm Tiefe) abends gegenüber morgens ein Gewinn zu verzeichnen, während es sich bei den nicht näher, gekennzeichneten Werten um Wassergewinne der 5., 4. und 5. Bodenscheibe (11 bis 29 cm Tiefe) handelt.

Tabellell Wassergehalt des gewachsenen Bodens a) ü b e r d a c h t e

Fläche

Datum

5 cm Tiefe

15 cm Tiefe

30 cm Tiefe

12. 6. 1957 18. 6.1957

11,10 ± 0,26 7,9 ± 0 , 5 9

13,5 ± 0,26 13,7 ± 0,42

13,40 ± 0,8 13,50 ± 0,35

14,43 ± 0,6 12,1 ± 0 , 2 1

15,47 ± 0,37 15,7 ± 1 , 2

12,93 ± 0,4 13,60 ± 0,25

b) f r e i e

Fläche

12. 6. 1957 18. 6.1957

wassermengen im Frühjahr und im Herbst nicht angeben, da der Boden so feucht war, daß Sickerwasser auftrat. Bemerkenswert ist, daß in Hitzeperioden im Sommer in den tieferen Bodenscheiben die Kondensationsgewinne am Tage höher sind als die Abdestillationsverluste in der Nacht und somit eine Wasseranreicherung der unteren Bodenschichten auf Kosten der oberen eintritt. So ist z. B. in der Zeit vom 12.6. bis 17. 6.1957 (s. Abb. 3) der Wassergehalt in der 4. Bodenscheibe (17 bis 23 cm Tiefe) von 14,55 auf 14,86% und in der 5. Bodenscheibe von 14,34% auf 14,65% angestiegen. Auch im gewachsenen Boden lassen die Wassergehaltsbestimmungen gezogener Proben die Austrocknung der oberen Bodenschicht deutlich erkennen (s. Tab. 11). Die Wasseranreicherung der tieferen Bodenschichten ist hier jedoch nicht statistisch gesichert, da die mittleren Fehler der Werte infolge der ungleichmäßigen Verteilung des Wassers im Boden recht groß sind. Untersuchungen bei trübem, regnerischem Wetter ergaben, daß die Bodenoberfläche nur bei längeren Zwischenaufheiterungen und gleichzeitiger starker Sonneneinstrahlung unter ihre Hy austrocknet. Eine Sorption von Wasserdampf ist daher - abgesehen von der vor Regen geschützten Fläche - nur selten zu beobachten (s. Tab. 12). Häufiger treten dagegen auch nachts geringe Verdunstungsverluste auf, da die Luft durchaus nicht immer mit Wasserdampf gesättigt ist und der feuchte Boden nur eine geringe Saugkraft hat.

188

TRfiNEL u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

Tabelle 12 Gewichtsveränderungen der Proben der Versuchsanordnung 3 Hy des Bodens 2,75

Datum

Uhrzeit

24.7.1956 25.7.1956

20.00 4.00 5.00 20.00 22.00 4.00 5.20 20.00 21.40 4.00 5.00 19.30 21.30 3.55 5.40 19.30 4.45

25.7.1956

27.7.1956 3.6.1957 3.6.1957

Uberdachte Fläche Freie Fläche WasserWasserA A A A gehalt in gehalt in 0—2 cm 1. Probe 2. Probe 0 - 2 cm 1. Probe 2. Probe Tiefe Tiefe in g ing ing ing in% in% 1,91 2,92

6.6.1957

19.30 21.45 4.30

+ 0,15 -0,25

-0,30 -0,30 -0,20

-0,20 -0,26 -0,16

-0,15 + 0,10 -0,25

-0,10 + 0,05 -0,20

-0,70 -0,25 -0,25

-0,85 -0,35 -0,25

+ 3,45

+ 4,00

-0,40

-0,35

2,63

1,6

1,9

6.00 5.6.1957

+ 0,25 -0,20

-0,10 + 0,25 -0,07

-0,0 + 0,30 -0,05

+ 0,10

+ 0,12

-0,10 1,75

0,0 + 0,17

-0,05 -0,03 + 0,13

4,6 2,3 nachts

0,2 mm Regen

7,8 nachts

0,70

1,7 mm +18,95 Regen

-0,0 +18,95

Da nachts ähnlich wie in Schönwetterperioden ein Dampfdruckgefälle vom Untergrund zur Bodenoberfläche besteht, wird die obere Bodenschicht mit Wasser aus tieferen Bodenzonen angereichert. Die nächtliche Wasseraufnahme aus dem Untergrund lag bei den Messungen im Juli 1956 bei 1,46 g = 0,12 mm und im Juni 1957 bei 1,80 g = 0,14 mm. Bei Regenwetter wird also der Wassergehalt der obersten Bodenschicht nachts nicht nur durch den Regen, sondern auch durch Kondenswasser aus dem Untergrund erhöht. Die Dampfdruckkurven (s. Abb. 5 a und 5 b) verlaufen ähnlich wie bei heiterem Wetter. Jedoch sind die täglichen Amplituden wesentlich kleiner. Am Tage bilden sich sowohl ein in die Atmosphäre als auch ein in den Untergrund gerichtetes Dampfdruckgefälle aus. Die kurzen Regenschauer vermögen die Bodenoberfläche nicht so stark abzukühlen, daß sich das Dampfdruckgefälle im Boden am Tage umkehrt. Entsprechend den Dampfdruckkurven verlaufen auch die Abdestillations- und Kondensationsvorgänge im Boden ähnlich wie bei heiterem Wetter. Ein Vergleich der Abb. 5 a

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 4, Heft 3,1960

189

und 5 b zeigt deutlich die Abhängigkeit des Ausmaßes der Kondensation vom Wassergehalt der oberen Bodenschicht. 6. E n e r g e t i s c h e B e t r a c h t u n g d e r A b d e s t i l l a t i o n s und K o n d e n s a t i o n s v o r g ä n g e im Boden Morgens und am Tage erwärmt sich die Bodenoberfläche auf Grund der Sonneneinstrahlung in recht starkem Maße. Dadurch steigt der Dampfdruck in der oberen Bodenschicht an, so daß Wasser abdestilliert und sowohl in die Atmosphäre als auch in tiefere Bodenschichten diffundiert. Die bei der Abdestillation des Wassers entstehende Verdunstungskälte bremst zweifellos die Erwärmung der oberen Bodenschicht. So war auch auf der trockenen Versuchsfläche, besonders im Herbst, als die Wassergehalte der Versuchsparzellen in der Oberfläche recht stark voneinander abwichen, eine entschieden schnellere Erwärmung der Bodenoberfläche zu erkennen. Es muß dabei allerdings noch berücksichtigt werden, daß sich ein feuchter Boden auf Grund seiner höheren Wärmekapazität schwerer erwärmt und die Wärme auch schneller ableitet. Die E r w ä r m u n g setzt sich in tiefere Bodenschichten fort. Die Übertragung der Wärme erfolgt nun außer der Wärmeleitung, die im trockenen Boden mit großem Porenvolumen recht gering ist, auch - wieTRfiNEL (12) bereits zeigen konnte - über die bei der K o n d e n s a t i o n d e s W a s s e r d a m p f e s f r e i w e r d e n d e K o n d e n s a t i o n s w ä r m e . Andererseits trägt aber auch die Verdunstungskälte des abdestillierenden Wassers zur A b k ü h l u n g d e s B o d e n s in entsprechenden Schichten bei. In der folgenden Tabelle 14 sind die aus den Kondensationsgewinnen bzw. Abdestillationsverlusten der Bodenscheibe der überdachten Versuchsfläche in 11 bis 17 cm Tiefe berechneten Temperaturänderungen den gemessenen Temperaturen gegenübergestellt. In der Tabelle 14 sind die Temperaturen im gewachsenen Boden und in der Bodenscheibe in 15 cm Tiefe, der Wasserverlust bzw. -gewinn der Bodenscheibe sowie die daraus berechneten Temperaturdifferenzen und die gemessenen Temperaturdifferenzen eingetragen. Die Messungen der Gewichtsveränderungen und der Temperatur der Bodenscheibe erfolgten zu dem in der Tabelle verzeichneten Zeitpunkt. Für den gewachsenen Boden wurden die Temperaturen von 5.30, 13.00 (bzw. 12.30) und 20.00 Uhr eingetragen. Die angegebenen Temperaturen des gewachsenen Bodens müssen daher abends, da die Messung früher erfolgte als in der Bodenscheibe, etwas höher liegen. Die Berechnung der Temperatur erfolgte nach folgender Formel: AW-s ZK in der

'

AW = der Wassergewinn bzw. -Verlust der Bodenscheibe, s = die Verdampfungswärme und S K = die Summe der Wasserwerte des trockenen Bodens des Glases (Glasschale und Thermometer) sowie des im Boden enthaltenen Wassers ist.

16 Albrecht-Thaer-Archiv, 4. Band, 1960, Heft 3

190

TRÜNEL u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

Tabelle 1 4 Die Auswirkung der Abdestillations- und Kondensationsvorgänge auf die Temperatur des Bodens

Datum 1957

12. 6. 13. 6. 14. 6. 15. 6. 16. 6. 17. 6. 18. 6. 19. 6. 28. 6. 29. 6. 30. 6.

' Uhrzeit

20.30 5.15 12.5520.30 5.10 12.55 20.45 5.10 12.55 20.40 5.15 12 40 20.45 5.15 12.50 20.40 5.15 12.50 20.40 5.15 12.50 20.40 21.00 5.50 12.50 20:40 5.40 12.45

Gemessene Temperatur in 15 cin Tiefe im gein der wachsenen BodenBoden scheibe °C °C 22,5 16,9 22,1 24,0 18,0 24,0 25,5 19,6 23,9 26,0 19,7 23,9 26,4 20,4 25,6 27,4 21,5 26,5 28,9 22,4 26,4 29,0 23,5 19,5 23,4 26,6 21,7 26,0

22,8 17,2 20,9 23,9 18,0 23,0 25,1 19,8 23,0 25,5 20,0 23,7 26,2 20,5 24,7. 26,9 21,6 25,6 28,0 22,8 26,0 28,2 23,6 19,5 23,9 26,8 21,7 25,5

KondensationsAus der gewinne bzw. Differenz der Abdestillations- Feuchtigkeit gemessen Verlust berechnet in g

°C

°C

-2,28 + 1,68 + 1,35 -2,30 + 2,15 + 1,10 -1,05 + 0,60 + 0,73 -2,16 + 1,33 + 1,25 -1,95 + 1,40 + 1,00 -1,90 + 1,55 + 1,30 -2,10 + 1,45 + 0,90

-3,6 + 2,7 + 2,1 -3,6 + 3,4 + 1,7 -1,7 + 0,9 +1,1 -3,4 + 2,1 + 1,9 -3,1 + 2,2 + 1,6 -3,0 + 2,4 + 2,0 -3,3 + 2,3 + 1,4

-5,6 + 3,7 + 3,0 -5,9 + 5,0 + 2,1 -5,3 + 3,2 + 2,5 -5,5 + 3,7 + 2,5 -5,7 + 4,2 + 2,2 -5,3 + 4,0 + 2,4 -5,2 + 3,2 + 2,2

-1,50 + 1,70 + 1,00 -1,60 + 1,40

-2,4 + 2,7 + 1,6 -2,5 + 2,3

-4,1 + 4,4 + 2,9 -5,1 + 3,8

Anmerkung: Als Verdampfungswärme wurden im Bereich von 20° C = 585,6 cal/'g, im Bereich von 25° C = 582,9 cal/g und als spezifische Wärme des trockenen Bodens und des Glases 0,2 cal/g angesetzt. In der Bodenscheibe waren am 12. 6. 1957 abends 1.164,15 g Boden mit einem Wassergehalt von 12,98 % enthalten. Das entspricht 1.030,40 g trockenem Boden und 133,75 g Wasser. Das Gewicht des Glaszylinders betrug 158,50 g. Die gesamte Bodenscheibe hatte somit am 12. 6.1957 abends einen Wasserwert von' 371,8 cal. Der Wasserwert ist je nach dem Wassergehalt des Bodens gewissen Schwankungen unterworfen.

Albrecht-Thaer-Atchiv, Band 4, Heft 3, 1960

191

Wie aus der Tabelle hervorgeht, beruht unter unseren Versuchsbedingungen die Wärmeleitung im Boden in 15 cm Tiefe zu etwa 60% auf Kondensations- bzw. Verdampfungswärme. Da bei einem durchschnittlichen Wassergehalt der tieferen Bodenschichten von etwa 13% kein Sickerwasser auftreten konnte und das Perlongewebe die Bewegung von Filmwasser von einer zur anderen Bodenscheibe verhindert, können die Änderungen im Wassergehalt der Bodenscheiben nur auf Bewegung des dampfförmigen Wassers zurückgeführt werden. Die in der dritten Bodenscheibe und die im gewachsenen Boden gemessenen Temperaturen stimmen gut überein. Die Bodenschichten, in denen Wasserdampf kondensiert wird, werden also durch die Kondensation in beträchtlichem Maße erwärmt. Da nachts aus tieferen Bodenschichten erhebliche Wasserdampfmengen zur Bodenoberfläche diffundieren und dort kondensieren, wird der Bodenoberfläche nachts sowohl durch Wärmeleitung als auch über die Kondensation Wärme zugeführt. Diese Erscheinung trägt zweifellos mit dazu- bei, daß die Bodenoberfläche im Sommer trotz der nächtlichen Ausstrahlung nur selten kälter als die bodennahe Luftschicht ist. Zusammenfassung a) An warmen sonnigen Tagen trocknen die obersten Bodenschichten häufig unter ihre Hygroskopizität aus, so daß sie abends und nachts, wenn die relative Feuchte der Luft infolge der Abkühlung ansteigt, auf Grund ihrer Saugkraft Wasserdampf aus der Atmosphäre sorbieren. Die Sorption von Wasserdampf aus der Atmosphäre tritt auch dann ein, wenn die Bodenoberfläche wärmer ist als die bodennahe Luftschicht. b) Die Höhe der Wasserdampfsorption ist der relativen Feuchte der Luft direkt und dem Wassergehalt des Bodens umgekehrt proportional. Während der kurzen Nächte wird sie in der Hauptsache von der Zeitdauer bestimmt, in der trockener Boden mit feuchter Luft im Gleichgewicht steht. c) Auf der naturfeuchten Versuchsfläche konnten bei heiterem, sonnigem Wetter im Frühjahr durchschnittliche Sorptions- und Kondensationsgewinne von täglich 0,023 mm, im Sommer von 0,033 mm (bei trockener Bodenoberfläche und geringer Luftfeuchtigkeit) bzw. 0,013 mm (bei feuchter Bodenoberfläche aber höherer Luftfeuchtigkeit) und im Herbst von 0,055 mm je Nacht festgestellt werden. Auf der überdachten Versuchsfläche betrugen sie im Frühjahr im Durchschnitt 0,03 mm, im Sommer bei geringer Luftfeuchtigkeit 0,04 mm, bei hoher Luftfeuchtigkeit 0,07 mm und im Herbst 0,08 mm. d) Im Boden bewegt sich nachts aus tieferen Schichten Wasser entsprechend dem Temperatur- und Dampfdruckgefälle zur Bodenoberfläche empor. Das Ausmaß dieser Wasserbewegung im gewachsenen Boden lag bei den Messungen im Frühjahr bei 0,13 mm, im Sommer bei 0,2 mm und im Herbst bei 0,15 mm je Nacht. e) Nach Beginn der Sonneneinstrahlung steigt der Dampfdruck in der Bodenoberfläche recht schnell an, so daß sich das nächtliche Dampfdruckgefälle umkehrt und sich von der oberen Bodenschicht sowohl ein Dampfdruckgefälle in die Atmosphäre als in den Untergrund ausbildet. Entsprechend diesem Dampfdruckgefälle diffundierten unter den Bedingungen des Standortes etwa 55 bis 80% des in der oberen, 16»

192

TRÜNEL u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

stark erwärmten Bodenschicht abdestillierenden Wassers in die Atmosphäre und etwa 20 bis 4 5 % in tiefere Bodenschichten. f) Der in den Untergrund strömende Wasserdampf kondensiert sich zunächst in den kühleren Schichten, destilliert bei fortschreitender Erwärmung des Bodens aber wieder ab und diffundiert weiter nach unten. Auf diese Weise bewegten sich täglich an Schönwettertagen im Frühjahr je nach der Höhe des Dampfdruckgefälles 0,18 bis 0,35 mm, im Sommer 0,28 bis 0,70 mm und im Herbst 0,07 bis 0,13 mm Wasser aus den oberen 5 bzw. 10 cm des Bodens in tiefere Bodenschichten. g) Das am T a g e im Boden kondensierende Wasser stammt ausschließlich aus der oberen Bodenschicht. Dabei handelt es sich sowohl um Wasser, das in der oberen Bodenschicht vorhanden war, als auch um Wasser, das die Bodenoberfläche nachts aus der Atmosphäre und aus tieferen Bodenschichten aufgenommen hat. h) Die Abdestillations- und Kondensationsvorgänge im Boden sind für die Temperatur des Bodens von Bedeutung. So konnten unter unseren Versuchsbedingungen die täglichen Temperaturschwankungen in 15 cm Tiefe zu etwa 6 0 % durch die Verdampfungswärme erklärt werden. Pe3K)Me a)

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to

0 , 0 8 mm. d) T h e water movement at night from deeper soil layers to the soil surface corresponds with the temperature and steam pressure gradient. T h e extent of this water movement in undisturbed soil amounted with measurements in spring to 0,13 mm, in summer to 0,2 mm and in autumn to 0,15 mm per night. e) After the first rays of sunshine the steam pressure of the soil surface increases rather quickly so that the nightly steam pressure gradient reverses and the upper soil layer forms a steam pressure gradient both to the atmosphere and subsoil. Corresponding to this steam pressure gradient about 5 5 to 8 0 % of the water distilling off to the upper, greatly warmed soil layer diffuse under the conditions of the location to the atmosphere and about 2 0 to 4 5 % to deeper soil layers. f) T h e water steam flowing to the subsoil condenses in the nearest cooler layers but is distilled off as the soil becomes warmer and diffuses to deeper layers.

194

TRÉNEL u. LINDNER, Herkunft des im Boden kondensierten Wassers

On fine days in spring 0 , 1 8 - 0 , 3 5 mm water per day, in summer 0 , 2 8 - 0 , 7 0 mm and in autumn 0 , 0 7 - 0 , 1 3 mm, moved in this way from the upper 5 respectively 10 cm of the soil to deeper soil layers, depending on the extent of the steam pressure gradient. g) The water condensing by day in the soil comes exclusively from the upper soil layer. It partly existed already in the upper soil layer or had been absorbed at night by the soil surface from the atmosphere and deeper soil layers. h) The distillation and condensation processes in the soil are important for the temperature of the soil. Thus the heat of vaporization accounted under our experimental conditions for about 6 0 % of the daily variations of temperature in soils 15 cm deep. Literaturverzeichnis 1. ALTEN, F., und B. KURMIES: Das Verhalten des Wassers im Boden. Handbuch der Bodcnlehre, 1. Ergänzungsband 1936, Berlin, Springer-Verl. 2. FUKUDA, H.: Die Diffusion des Wasserdampfes und seine Kondensation und Verdunstung im Boden. Soil Sci. 1956, Vol. 81, No. 2 3. LEBEDEV, A. F.: Die Bewegung des Wassers im Boden. Z. Pflanzenernähr., Düng. u. Bodenkdc. 1927, AIO, 1-36 4. LEBEDEV, A. F. : Relation of water to soil. Proc. and papers of the sec. internat. congr. of Soil Science 1930, 65-68, Leningrad-Moscov UdSSR 5. LINDNER, H.: Über die Herkunft des Kondensationswassers im Boden. 1958, Diss. Univ. Berlin 6. RODE, A. A.: Das Wasser im Boden. Herausgeber: M. TRENEL, 1959, Berlin, Akad.-Verl. 7. RODE, A. A.: Pocvovedenie. 1955, S. 221, Moskau u. Leningrad 8. SCHOFIELD, R. K. : The pF of the water in soil. Transact, of the third internat. congr. of Soil Science, Oxford 1935, Vol. II, Plenary session papers 37-48 9. SIKORSKI, J.:'Untersuchungen über die durch die Hygroskopizität der Bodenarten bewirkte Wasserzufuhr. Forsch. Geb. Agr.-Phys. 1886, 9, 421 10. SPERANSKI, A. W., und Th. H. KRASCHENINNIKOW : Das hygroskopische Wasser und der unterirdische Tau. J. opitnoi agronomii 1907, 8, 331 11. TRÉNEL, M. : Zur gutachtlichen Beurteilung der Grundwasserabsenkung auf den Ernteertrag im Löß. Z. Pflanzenernähr., Düng. u. Bodenkde. I. Mitt. 1949, 45 (90), 133-147; II. Mitt. 1950, 49 (94), 25-59; III. Mitt. 1950, 49 (94), 224-237 12. TRÉNEL, M.: Über Kondensationsvorgänge im Boden. Sitz.-Ber. Dt. Akad. Landwirtsch.Wiss. Berlin 1954, 3," H. 6 13. TRÉNEL, M.: Uber Kondensationsvorgänge im Boden. 2. Mitt. Sitz.-Ber. Dt. Akad. Landwirtsch.-Wiss. Berlin 1955, 4, H. 14 14. TRÉNEL, M„ WEBER, H„ und H. LINDNER: Über die Kondensation des Wasserdampfes im Boden. Extrait des Comptes Rendus et Rapports Assemblee Generale de Toronto 1957 (Gentbrugge 1958) Tome II,'p. 517, ä 522 15. WEBER, H.: Über Kondensationsvorgänge im gewachsenen Boden. Wiss. Z. Humboldt-Univ. Berlin, Math.-Naturwiss. R. 1954/55, IV, II. 8, 541-580 16. ZUNKER, F.: Das Verhalten des Wassers zum Boden. Handbuch der Bodenlehre. 1930, Bd. VI, 66-220, Berlin, Springer-Verl. 17. ZURAVLEV, M. Z.: O Kondenzacii wodjanich parov atmosfery poverchnostym sloem cernozema pocvovedenie 1955, Nr. 9, 37-44

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B. Gefäßversuche mit verschiedener Kalkdüngung (Mitscherlichgefäße)

p H -Wert (H 2 0) des Bodens 5,8 6,8 7,6

Kalkdüngung bzw. Kalkgehalt des Bodens

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1,28 g 4,23 g 11,78 g 0,04% 2,0 % 5,0 % 10,0 %

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7,8 8,0 8,1 8,1

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CaC0 3 CaCOa CaC0 3 CaCOä

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p H -Wert mit 20 ccm n/5 KH 2 P 0 4

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0,55 0,55 0,55 1,04 1,04 1,04 1,04 1,2 1,2 1,2 1,2

4,5 4,8 6,2 4,7 6,7 7,3 7,9

+ + +

5,9 7,3 8,3 8,6

+ + + +

—

+

—

Die in der Tabelle aufgeführten Werte zeigen, daß eine Chlorose ( + ) nur festgestellt wurde, wenn die pH-Werte nach Zugabe von n/5 KH2 PO4 über 5,0 blieben. Auf Grund dieses Testes ist es möglich, sich bereits vor Anbau der Lupinen besonders auf kalkreichen Böden zu vergewissern, ob eine Schädigung der Pflanzen durch Chlorose zu erwarten ist oder nicht. D a auch bei anderen Gewächsen immer wieder Pflanzenschäden durch Kalk-Chlorose beobachtet werden, wäre es möglich, eine derartige Testmethode auch für andere Pflanzen auszuarbeiten. Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß das Auftreten der Chlorose, insbesondere auf Chlorose-Grenzböden, stark von dem Wassergehalt des Bodens und von der Temperatur zur Zeit des chlorosegefährdeten Stadiums beeinflußt wird. Zusammenfassung Auf schwach gepufferten Böden kann die gelbe Lupine (Lupinus luteus) mit Hilfe saurer Wurzelabscheidungen einen neutralen p H -Wert des Bodens in der wurzelnahen

225

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 4, Heft 3, I960

Z o n e d e m chlorosefreien O p t i m u m von p H 4 , 6 - 5 , 0 ( H 2 O ) angleichen und d a d u r c h d i e C h l o r o s e verhindern. D i e Möglichkeit der Angleichung des p H -Wertes läßt sich nach SCHANDER

mit 20 cm-1 n/5 K H 2 P O / , bereits vor A n b a u der L u p i n e n testen. In

mehreren Versuchsreihen w u r d e diese T e s t m e t h o d e auf unterschiedlichen B ö d e n bei verschiedener K a l k a n r e i c h e r u n g nachgeprüft und bestätigt. PeaioMe H a noHBax co c j i a ö o Bi>ipa>KeHHOH 6yepHOCTbio HteoiTHö jhoiihh {Lupinus

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luteus)

to a s s i m i l a t e a neutral p H - v a l u e of the root-near 2one to the chlorosis-free o p t i m u m of p H 4 , 6 - 5 , 0 ( H 2 O ) a n d to prevent thus chlorosis. A c c o r d i n g to S C H Ä N D E R the possibility of assimilating the p H - v a l u e can be tested a l r e a d y b e f o r e the cultivation of lupines by 20 cm 3 n/5 K H 2 P O 4 . In several experimental series this testing method w a s re-examined a n d confirmed on different soils at different accumulation of lime. Literaturverzeichnis 1. SCHANDER, H.: Untersuchungen über die Abhängigkeit der Jugendchlorose von Lupinus luteus von Außenfaktoren während ausschließlicher Ernährung durch die Keimblätter in Wasserkultur. 1. Die Wirkung einzelner Salze und der Reaktion. Z. Bodenkde. u. Pflanzenernähr. 1938, 11 (56), 32-49 2. SCHANDER, H.: Untersuchungen über die Abhängigkeit der Jugendchlorose von Lupinus luteus von Außenfaktoren während ausschließlicher Ernährung durch die Keimblätter in Wasserkultur. 2. Die Wirkung der Reaktion und der Konzentration der Nährlösung. Z. Bodenkde. u. Pflanzenernähr. 1 9 3 8 , 1 1 (56), 278-282 3. SCHANDER, H.: Untersuchungen über die Abhängigkeit der Jugendchlorose von Lupinus luteus von Außenfaktoren in Sandkultur. Z. Bodenkde. u. Pflanzenernähr. 1939,12 (57), 71-82 4. SCHANDER, H.: Untersuchungen über die Entstehung der wurzelnahen Zone bei Jungpflanzen von Lupinus luteus. Z. Bodenkde. u. Pflanzenernähr. 1939, 14 (59), 346-379 5. SCHANDER, H.: Über die Züchtung einer kalkunempfindlichen gelben Süßlupine. Züchter 1949, 19,196-199 6. MEVIUS, W.: Beiträge zur Physiologie „kalkfeindlicher Gewächse". Jb. wiss. Bot. 1921, 6 0 , 156-173 7. MEVIUS, W.: Kalzium-Ion und Wurzelwachstum. Jb. wiss. Bot. 1927,66, 235-247 8. BÖHL, K . : Der Einfluß des Kalkes und der Bodenreaktion auf das Wachstum und den Ertrag der gelben Süßlupine. Diss. Humboldt-Univ. Berlin 1956. In: Wiss. Z. Humboldt-Univ. Berlin, Math.-Naturwiss. R. 1958/59, 8, 53-72

19'

226 P. H A N K E

Über die Bedeutung von Klima und Witterung, insbesondere Temperatur und Niederschlag, für den Maisanbau Eingegingen: 5. 11. 1959

Die zunehmende Ausweitung der Maisanbaufläche in der Deutschen Demokratischen Republik erfordert u. a. möglichst weitgehende Kenntnisse über die Witterungsansprüche dieser Kulturpflanze. Ein Überblick über einige Probleme der Wirkungen von Klima und Witterung auf Verbreitung, Wachstum und Ertrag von Mais soll daher gleichzeitig den Versuch darstellen, aus agrarmeteorologischer Sicht für den Anbau Hinweise zu geben, die für die Erzielung hoher Erträge besonderer Aufmerksamkeit bedürfen. Untersuchungsergebnisse über die Bedeutung von Klima und Witterung bei Körnermais liegen in großer Zahl vor; wird doch in den Haupt-Maisanbauländern der Welt nahezu ausschließlich Körnernutzung betrieben. Diese bei Körnermais erzielten Resultate bilden eine wichtige Grundlage für das Verständnis der Reaktion von Silomais auf die Einwirkung der meteorologischen Faktoren und ermöglichen ferner auch Hinweise für den Gärmaisanbau, der in der Deutschen Demokratischen Republik bei weitem im Vordergrund steht (32); denn im Hinblick auf eine gute Silagequalität kommt u. a. einem hohen Kolbenanteil, mithin auch der Phase der Kolben- und Körnerbildung, eine wesentliche Bedeutung zu. Speziellen Untersuchungen muß es jedoch vorbehalten bleiben, über die bisher vorliegenden Ergebnisse und Beobachtungen hinaus z. B. die wichtigen Fragen der Ertragsbildung bei Silomais in Abhängigkeit von der Witterung oder die Reaktion der verschiedenen Sorten bzw. Sortengruppen eines großen Sortimentes unter den Bedingungen der Deutschen Demokratischen Republik im einzelnen zu klären. Bèi den bisher vorwiegend verwandten deutschen Sorten ließ sich mehrfach eine gleiche Tendenz bei der Reaktion auf eine Variation der Wachstumsfaktoren beobachten (9, 31). Wie bei anderen Kulturpflanzen kommt auch bei Mais der Einfluß des Klimas u. a. in der Verbreitung der Anbaugebiete zum Ausdruck, während die Witterung starke Wirkungen auf das Wachstum und den Ertrag in den jeweiligen Jahren ausübt und damit weitestgehend die Ertragsschwankungen von Jahr zu Jahr verursacht. Von den zahlreichen meteorologischen Faktoren wurden Temperatur und Niederschlag am meisten in ihrem Einfluß auf Wachstum und Ertragsbildung bei Mais untersucht. Sie stehen daher auch in der folgenden Übersicht im Vordergrund, obgleich sich die Wirkungen von Klima und Witterung nicht in ihnen erschöpfen. I Nach dem Umfang der Maisfläche und der Höhe der jährlichen Gesamterzeugung lassen sich auf Grund der Zahlen, die von der Food and Agriculture Organization of The United Nations veröffentlicht wurden (23), 16 wichtigste Maisbauländer herausstellen. Dazu zählen: Bulgarien, Italien, Jugoslawien, Rumänien, die Sowjetunion, Ungarn, Mexiko, die USA, Argentinien, Brasilien, China, Indien, Indonesien, die Philippinen, Ägypten und die Südafrikanische Union. In ihnen liegen über 90% der

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227

Maisfläche der Erde, und sie erzeugen etwa 9/io der jährlichen Weltmaisernte. Die in diesen Ländern liegenden Haupt-Maisanbaugebiete der Welt befinden sich zwischen dem 48. Grad nördlicher und dem 37. Grad südlicher Breite, wobei das südosteuropäische Maisbauzentrum am nördlichsten gelegen ist. Die Grenzen des Maisbaues verlaufen jedoch noch weiter nördlich bzw. südlich. So wird in Neuseeland bei 43° S, in Asien und Amerika weit jenseits 48° N Mais angebaut. In Europa ist diese Pflanze bereits bis 58° N gelangt (39, 64), und wie'TORSSELL, A B E R G und Ä K E R B E R G (111) berichten, zeigten Versuche in Uppsala/Schweden, daß dort bei 5 9 ° 4 9 ' N die Nordgrenze des Silomaisanbaues in Europa erreicht ist. Nach S P R A G U E (105) erlangt die Maisproduktion auf der nördlichen Hemisphäre ihre größte Intensität in dem Gebiet, das von den Juli-Isothermen für 21° C und 27° C begrenzt wird und ferner ausreichende sowie günstig verteilte Niederschläge aufweist. Bei R O E M E R und S C H E F F E R (81) ist das eigentliche Körnermaisklima in Europa durch eine mittlere Jahrestemperatur von 10° C, etwa 290 frostfreie Tage und die 19° CJuli-Isotherme charakterisiert. Nach SHAW (97) wird die Nordgrenze eines nennenswerten Körnermaisanbaues durch eine mittlere Sommertemperatur von etwa 19° C bzw. durchschnittliche Nachttemperaturen über 13° C gekennzeichnet. Dagegen geben E N G E L B R E C H T (21) und B E C K E R - D I L L I N G E N (6) die 19° C-Juni-Isotherme an, doch sei diese Linie gerade in Deutschland beträchtlich überschritten worden (21). Neuerdings schreibt daher auch HUMLUM (40), daß die Anbaugrenze für die Körner-: nutzung im großen und ganzen durch das Vorkommen warmer Sommer bzw. durch die 18° C-Juli-Isotherme bestimmt ist. Das Gebiet der Deutschen Demokratischen Republik, deren südlichster Punkt bei 50° 10' N liegt und deren nördlichste Spitze bis zu 54° 41' N reicht (106), befindet sich außerhalb der geographischen Bereiche der Haupt-Maisbauländer und damit auch der für sie charakteristischen Klimabedingungen, jedoch geographisch wie klimatisch innerhalb der Grenzen, bis zu denen der Mais als Silo- und Grünfutterpflanze vorgedrungen ist. Für die Station Potsdam lauten die 50 jährigen Mittel (45, 120) für die mittlere Jahrestemperatur mittlere Julitemperatur Dauer der frostfreien Zeit Zahl der Frosttage im Jahr

8,5° C 18,1° C 187 Tage 92,5

Wie die im „Klimaatlas für das Gebiet der Deutschen Demokratischen Republik" (45) enthaltenen Karten zeigen, beträgt die mittlere Sommertemperatur (Durchschnitt Juni-August) für den größten Teil des Landes 16-17° C und nur in der südlichen Hälfte für einige Gebiete etwas über 17° C. Der Verlauf der Juli-Isothermen legt dar, daß in diesem Monat überwiegend durchschnittliche Temperaturen von 17-18° C herrschen und lediglich in den tieferen Lagen Mitteldeutschlands mehr als 18° C vorkommen; überall bleibt jedoch das langjährige Mittel unter 19° C. Ein Vergleich mehrjähriger Mittel für Potsdam und Bernburg mit denen von Stationen in den Maisbaugebieten der 16 wichtigsten Maisbauländer (31) ergab, daß in diesen Regionen (a) merklich höhere mittlere Jahrestemperaturen herrschen, (b) die 3 wärmsten Monate des Jahres beträchtlich höhere Temperaturen aufweisen als Potsdam und Bernburg und (c) die Zahl der Monate mit über 16° C mittlerer Tagestemperatur in den wichtigsten Maisbauregionen meist 5 oder mehr, gegenüber 3 in der Deut-

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HANKE, Bedeutung von Temperatut und Niederschlag für den Maisanbau

sehen Demokratischen Republik, beträgt, daß (d) Höhe und Verteilung der Niederschläge in der Deutschen Demokratischen Republik, gemessen an den Werten für die Stationen der 16 Länder, nicht ungünstig für Mais sind. Werden die von H U M L U M (39) auf Grund seiner umfangreichen Studien an Ertragsmaterial aus Rumänien ermittelten Mindestanforderungen für den (Körner-) Maisanbau an Temperatur und Niederschlag zum Vergleich herangezogen, dann zeigt sich, daß die Monatsmitteltemperaturen der beiden deutschen Stationen etwa diesen Werten entsprechen (Tabelle 1). Die Niederschläge reichen in den Monaten Mai bis Juli aus, sind aber in der 2. Hälfte der Vegetationszeit, gemessen an den Zahlen von HUMLUM, wesentlich höher. Tabelle 1

Monat

Mai Juni Juli August September

Mindestanforderungen f. d. Maisanbau (nach HUMLUM 39) mm °C 14 16 18 17 13

40 60 60 5 0

Mittel 1901-1950 (nach 120) Potsdam

Bernburg

°C

mm

13,4 16,3 18,1 17,1 13,8

49 58 75 66 45

C

C

mm

14,1 17,0 18,7 17,6 14,3

42 46 66 55 42

Als Ergänzung hierfür seien noch die Durchschnittswerte der Monatsmittel für Temperatur und Niederschlag aus 4 Jahren mit guter Maisernte im Gebiet der Deutschen Demokratischen Republik aufgeführt, wobei Werte der Station Potsdam zugrunde liegen (Tabelle 2). Tabelle 2

Monat

Mai Juni Juli August September

Mittel aus 4 Jahren mit guter Maisernte mm °C 13,7 17,7 18,4 18,7 14,4

61 52 69 63 52

Abweichungen vom 50jährigen Mittel mm °C + + + + +

0,3 1,4 0,3 1,6 0,6

+ +

12 6 6 3 7

Diese unterschiedlichen klimatischen Voraussetzungen im Vergleich zu den HauptMaisbauländern machen u. a. deutlich, d a ß ein erfolgreicher Maisanbau in der Deutschen Demokratischen Republik größte Sorgfalt und geschickte Ausnutzung aller gegebenen Möglichkeiten erfordert; denn, wie auch TORSSELL, A B E R G und A K E R B E R G (111) hervorheben, haben die örtlichen klimatischen und mikroklimatischen Faktoren beim Maisanbau unter suboptimalen Temperaturen eine relativ größere Bedeutung für die Pflanzenentwicklung als unter optimalen Bedingungen.

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II Uber die Beziehungen zwischen Wetterablauf sowie Wachstum und Ertrag von Mais liegen u. a. neuere eingehende zusammenfassende Darstellungen von JENKINS (41), SHAW (97) sowie OBREJANU, VALUTÄund NECULA (73) vor, und TORSSELL, A B E R G und A K E R B E R G (111) beschreiben speziell die Möglichkeiten des Maisanbaues in Gebieten mit niedrigen Temperaturen. Keimung und Auflaufen hängen weitgehend von Bodentemperatur (9, 69,112,117) und -feuchtigkeit ab. Die Keimschnelligkeit von Mais erhöht sich bei ausreichender Wärme mit einer Steigerung der Bodenfeuchtigkeit bis zu 80% der Wasserkapazität (WOLFE, zitiert nach 97). MÜLLER und W I N K E L (67) ermittelten bei ihren Versuchen einen Keimwasserbedarf von rund 60% des Samengewichtes und heben hervor, daß unter den Bedingungen der Deutschen Demokratischen Republik die Wasserversorgung besonders bei später Saat in den Vordergrund tritt, während die Keimung bei zeitiger Saat vorwiegend eine Temperaturabhängigkeit zeigt. In Gefäßversuchen wies die Dauer zwischen Aussaat und Aufgang eine gute Korrelation zur mittleren Bodentemperatur in den ersten 7 Tagen nach der Aussaat auf (69). Kälteeinwirkung während des Keimens verursacht eine Verminderung der Keimfähigkeit (30), und nach RUSH und N E A L (87) ist die physiologische Aktivität keimender Maissamen bei Temperaturen von 7,8-12,2° C vermindert; als entscheidend für Keimung, Auflaufen und erstes Wachstum unter niedrigen Temperaturen haben ferner der Reifezustand der Samen bei der Ernte und evtl. Frostschäden im Herbst zu gelten (22, 87). Auch die Bedingungen bei Trocknung und Lagerung des Saatgutes spielen hierbei eine Rolle (1, 2). Bei Durchschnittstemperaturen von 15,6-18,3° C sind nach WALLACE und BRESSM A N (zitiert nach 97) 8-10 Tage bis zum Auflaufen erforderlich, bei 10,0-12,8° C dagegen 18-20 Tage und bei 21,1° C nur 5-6 Tage. Als Mindestkeimtemperaturen unter natürlichen Bedingungen werden allgemein 8° C angegeben (10, 28, 65, 70, 71), wobei O B E R D O R F besonders betont (70, 71), daß der Boden nicht ständig 8° C aufzuweisen braucht, sondern daß die Lebensvorgänge im Maiskorn bereits beginnen, wenn diese Temperatur für einige Stunden am Tage andauert. LIEBER (51), KLAPP (44) und MUDRA (64) nennen dagegen 9-10° C als Keimungsminimum. R O D E R (80 a) empfiehlt auf Grund seiner Versuche über den Keimverlauf mehrerer Maissorten bei unterschiedlichen Temperaturen eine Aussaat möglichst erst bei Bodentemperaturen von 8-10° C. Bei zu zeitiger Saat bleiben die Samen zu lange im Boden liegen, da es an der nötigen Wärme für Keimung und Auflaufen mangelt; schlechter Aufgang und lückige Bestände sind dann die Folge (53, 64). In den 11-17 Tagen zwischen Aussaat und Sichtbarwerden des ersten Blattes ist nach BECKER-DILL I N G E N (6) eine Wärmesumme von 150-250° C notwendig. N E W H A L L (zitiert nach 97) konnte zeigen, daß warme Tage im April den Boden nicht für ein schnelles Auflaufen im Mai aufwärmen, da an der Erdoberfläche nur eine geringe Wärmespeicherung stattfindet und die Bodentemperatur in Saattiefe dicht der Lufttemperatur folgt. Für eine kurze Auflaufzeit ist daher eine tägliche Erwärmung des Bodens während des Keimens erforderlich. Kalte Witterung nach der Saat hemmt Keimung und Wachstum von Mais, begünstigt aber die Entwicklung von Krankheitserregern (41, 97). Wird durch Temperaturen

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HANKE, Bedeutung von Temperatut und Niederschlag für den Maisanbau

etwas über 0° C das Keimen verhindert, so bleibt der Same relativ lange lebensfähig. Treten jedoch niedrige Temperaturen nach bereits begonnener Keimung ein, so werden, bei mehrtägiger Dauer der Kälteeinwirkung, nahezu alle jungen Pflanzen abgetötet, und zwar wahrscheinlich infolge physiologischer Vorgänge; Schädigungen durch Pathogene entstehen dagegen vorwiegend bei Temperaturen, die das Maiswachstum gerade noch verhindern bzw. nur eine sehr geringe Wachstumsrate ermöglichen (etwa 7,2° C) (TATUM, zitiert nach 97). Bei ungünstigen Bedingungen hatte daher eine Beizung des Saatgutes einen besseren Aufgang zur Folge (34, 69). Das Wachstum der Maiskeimlingswurzeln wird durch hohen Feuchtigkeitsgehalt und geringe Sauerstoffkonzentration in der Wurzelzone ungünstig beeinflußt (27). Herrscht während des Wachstums nach dem Auflaufen trockene Witterung, so dringen die Wurzeln etwas tiefer in den Boden ein, und die Pflanzen scheinen spätere Trockenperioden besser zu überstehen (16, 97). Überhaupt zeigt auch der Wurzeltiefgang eine Abhängigkeit von der Jahreswitterung (74 a); und die Wurzelaktivität ist bei niedrigen Temperaturen vermindert (43). Die jungen Maispflanzen sind gegenüber niedrigen Temperaturen recht widerstandsfähig. Spätfröste unter - 3° C (10, 65) bzw. - 3,5° C (82) bewirken jedoch meist schwere Schädigungen, deren Umfang nicht nur von den Sorteneigenschaften und der Dauer des Kälteeinflusses abhängt, sondern auch von der Bodenfeuchtigkeit; auf einem mit Wasser gesättigten Boden waren größere Schäden als auf einem mittelfeuchten zu beobachten, während sich auf relativ trockenem Boden die geringsten Auswirkungen zeigten (97). Bei leichten Frösten frieren die Blätter ab, die Sproßspitze bleibt erhalten (35, 64), und die Pflanzen erholen sich nach Eintritt günstigerer Bedingungen rasch wieder (29, 35, 36, 51, 59). Doch hemmen länger anhaltende niedrige Temperaturen in dieser Zeit die Entwicklung und verzögern damit die Reife (29, 44, 76). Aus Ungarn wurde berichtet (14), daß sich auf frostgeschädigten Schlägen die Geschlechtsreife des Pollens und die Empfangsbereitschaft der Narben zeitlich verschoben, so daß die Befruchtung weniger gut war. In Laborversuchen mit definierten klimatischen Bedingungen stellten G U N A R und K R ASTIN (30) einen um 10 Tage verzögerten Eintritt der Blüte nach einer einwöchigen Kälteeinwirkung ( + 5° C) während des 2-Blatt-Stadiums fest. Andererseits konnte D E W E Z (zitiert nach 114) im Gewächshaus durch 10-15tägige Anzucht von Maisjungpflanzen bei 35-45° C eine erheblich frühere Blüte erreichen, und auch V E T T E L und WALTHER (114) erzielten eine Verkürzung der Zeit zwischen Aussaat und Blüte um maximal 28 Tage durch 9 bis 10 Tage Wärmebehandlung (30-36° C) von Keim- bzw. Jungpflanzen, wobei die Entwicklungsbeschleunigung mit einer Verminderung von Wuchshöhe, Kolben- und Körnerertrag sowie Kolbenlänge einherging. Das vegetative Wachstum des Maises nach dem Aufgang weist zur Temperatur engere Korrelationen auf als zu den anderen Klimafaktoren (97). Nach Berechnungen von McCALLA, WEIR und N E A T B Y (zitiert nach 97) lassen sich 40-70% der Variabilität der Wachstumsrate auf Temperaturänderungen zurückführen. Fällt die Temperatur bis auf 10° C, dann nimmt die Wachstumsrate rasch ab, wahrscheinlich infolge Verlangsamung der chemischen Prozesse bei der Zellteilung und verminderten Nährstofftransportes in der Pflanze. Auch EHARA, MATSUMOTO und SAWADA (19), WILLIS (116) sowie RUBIN und A N D R E J E N K O (84) konnten eine starke Abhängigkeit der Wachstumsrate von der Temperatur feststellen. Eine enge Korrelation

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(r = + 0,821) besteht auf Grund der Untersuchungen von JERMILOW (42) auch zwischen der Produktivität der Maisblätter und der Temperatur. Der Zuwachs an Trockenmasse je m 2 Blattfläche betrug: bei bei bei bei

11-12° C = 12-14° C = 15-17° C = 18-20° C =

1,2-1,9 g/Tag 2,0-2,5 g/Tag 5,0-6,0 g/Tag 6,5-8,5 g/Tag

TSCHIRKOW (112a, b) zeigte durch seine im zentralen Nichtschwarzerdegebiet der Sowjetunion angestellten Untersuchungen über das Maiswachstum bis zum Fahnenschieben, daß Abweichungen vom langjährigen Temperaturmittel gleichsinnige Schwankungen des relativen (auf die Ausgangsmasse bezogenen) Zuwachses an Pflanzenmasse bewirkten. Dieser tägliche relative Zuwachs, der'durchschnittlich 7-12% betrug, verminderte sich auf 2 - 3 % bei Absinken der mittleren Tagestemperatur bis auf 11-12° C und erhöhte sich auf 15-18% bei 20-23° C. Schnelles Wachstum erfordert ferner einen genügenden Wasservorrat im Vegetationspunkt. Daher ist die Witterung am günstigsten, die ein Wasserdefizit verhindert (LOOMIS, zitiert nach 97). Feuchtigkeitsmangel hemmt Blattwachstum und Wurzeltätigkeit (RUBIN und ANDREJENKO, 84). Der Wasserbedarf ist nach KIESSELBACH (zitiert nach 41 und 97) bei jungen Maispflanzen verhältnismäßig gering und erhöht sich bis zum Erreichen der maximalen Blattfläche ständig. In den danach folgenden 4-5 Wochen wird die Hälfte des insgesamt erforderlichen Wassers verbraucht. Die durchschnittlich in der Deutschen Demokratischen Republik fallenden Niederschlagsmengen und ihre Verteilung stimmen in günstiger Weise mit den Feuchtigkeitsansprüchen von Mais in den einzelnen Entwicklungsphasen überein (35, 36, 71); denn nach anfänglich geringem Wasserbedarf zur Keimung (76) und während der Jugendentwicklung im Vorsommer (35, 93) benötigen die Pflanzen das meiste Wasser zur Zeit des Schossens, der Blüte und der Kolbenbildung im Juli und August, also in den regenreichsten Monaten des Jahres (6, 36, 44, 64, 65, 71, 76, 109, 110). Entscheidender Faktor für das Wachstum von Mais ist jedoch in den Gebieten nördlich des eigentlichen (Körner-) Maisklimas die Temperatur (11, 29, 50, 111). Höhere Temperaturen haben eine schnellere Entwicklung zur Folge und umgekehrt (11, 37, 92, 94). So ist die Zeitdauer bis zum Fahnenschieben, die großen Schwankungen von Jahr zu Jahr unterliegt, weitgehend von den Temperaturverhältnissen abhängig (41, 97, 99, 115). Die Temperatur übt hier einen ähnlichen Einfluß aus wie die Tageslänge; denn längere Tage als an dem Herkunftsort einer Sorte haben eine spätere, kürzere Tage eine frühere Blüte und Reife zur Folge (41). Eine Anzucht unter Kurztagsbedingungen führte daher u. a. zu einer Verkürzung der vegetativen Phase und einer Verminderung der Wuchshöhe (60a, 61, 75, 89, 101, 119). Nach WALLACE und BRESSMAN (zitiert nach 97) verändert eine Differenz von 4,4° C in der Durchschnittstemperatur für die 60 Tage nach der Saat den Zeitpunkt des Fahnenschiebens meist um einen Monat. Wenn sich auch diese an amerikanischen Sorten und unter amerikanischen Klimabedingungen ermittelte Beziehung nicht direkt auf europäische Verhältnisse übertragen läßt, so sind doch einige Rückschlüsse mög-

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HANKE, Bedeutung von Temperatur und Niederschlag für den Maisanbau

lieh, und das vor allem, weil auch KOZUCHOV (zitiert nach 29) in der Sowjetunion und - wie bereits erwähnt - andere Autoren in Europa feststellen konnten, daß eine Senkung der durchschnittlichen Tageslufttemperaturen in der Zeit zwischen Aussaat und Rispenschieben zu erheblichen Entwicklungsverzögerungen führt. HUTCHESON und WOLFE (zitiert nach 97) beobachteten ferner, daß Mais auf einem 70% mit Wasser gesättigten Boden größtenteils 2 Wochen weniger bis zum Erscheinen der Fahnen benötigte als bei 40%. Die Periode des Fahnenschiebens und Blühens gilt als besonders kritisch sowohl für den Niederschlag als auch hinsichtlich der Temperatur (15, 16, 39, 41, 86, 97). Der Blühbeginn steht in funktioneller Abhängigkeit von der Temperatur (9, 11), und auch die Blühdauer ist stark witterungsbeeinflußt (7). Temperaturen über 32,2° C verlangsamen die Weiterentwicklung der Kolbenanlagen, besonders bei gleichzeitigem Feuchtigkeitsmangel (98); eine daraufhin entstehende Blühverzögerung hat dann mangelhafte Bestäubung zur Folge. Dürre und Hitze in dieser Zeit können ferner zum Vertrocknen der Fahnen führen, die Lebensfähigkeit der Pollen sehr verkürzen und damit die Befruchtung empfindlich beeinträchtigen. Ein Feuchtigkeitsmangel, der 6 bis 8 Tage Welken während des Fahnenschiebens hervorruft, kann den Ertrag um etwa 50% vermindern (80). Nach Bernburger Versuchen aus den Jahren 1956 bis 1958 bleibt jedoch die Funktionstüchtigkeit des weiblichen Fruchtstandes unter den klimatischen Bedingungen des mitteldeutschen Raumes länger erhalten als in den wichtigsten Maisanbaugebieten (66). Im Gegensatz zu den großen jährlichen Schwankungen der Zeitdauer bis zum Fahnenschieben ist im amerikanischen Maisgürtel die Periode von der Blüte bis zum Erreichen des größten' Trockengewichtes der Körner nahezu konstant und scheint nicht wesentlich von der Witterung beeinflußt zu sein; auch frühe und späte Sorten unterschieden sich nicht signifikant voneinander, zeigten aber im Feuchtigkeitsgehalt bei Erreichen des maximalen Trockengewichts der Körner große Differenzen (28-30% bzw. 40%) (97, 98, 100). Das Abreifen, welches im wesentlichen die Verminderung des Feuchtigkeitsgehaltes in Körnern und Spindeln umfaßt, erfolgt dagegen stark wetterbedingt (38, 97). Unter mitteleuropäischen Bedingungen ist während des Reifens und Trocknens von Körnermais eine möglichst warme, sonnenreiche, trockene Witterung wünschenswert (6, 35). Lange anhaltende Regenperioden oder naßkaltes Wetter in dieser Zeit verzögern das Ausreifen stark und erhöhen damit die Gefahr, daß der Mais noch auf dem Felde steht, wenn Frühfröste eintreten, welche die Pflanzen abtöten (29, 36, 76, 82) und bei Saatmais zumindest die Keimfähigkeit schädigen. Frosteinwirkung vor der sogenannten physiologischen Reife (Erreichen des maximalen Trockengewichts) kann einen merklichen Ertragsrückgang verursachen (41, 97). Für die dem Mais zur Verfügung stehende Wärme ist das Kleinklima wichtig, das sich in einem Pflanzenbestand bildet (25, 74, 108). TAMM und FUNKE (107) stellten fest, daß die Temperaturen hier in 40-60 cm Höhe über dem Boden tags (bei Einstrahlung) um 0,5-2,5° C geringer, in der Luftschicht darüber um 0,5-1,5° C höher sind als auf pflanzenfreiem Felde. Während der nächtlichen Ausstrahlung war es im Maisbestand um 0,5-1,0° C wärmer, darüber kühler (um 0,5° C). Ferner fand KRETSCHMER (48), daß sich die Wachstumsgeschwindigkeit, von Mais unter den für Mitteleuropa normalen Bedingungen nach der Temperatur des wachsenden Gewebes richtet, die wiederum von der der umgebenden Luft nicht un-

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wesentlich abweichen kann. Für den Wirkungsgrad einer bestimmten Temperatur spielen die vorhergehenden Wärmeverhältnisse eine Rolle. B L A T T M A N N (9) kommt auf Grund seiner Untersuchungen zu dem Schluß, daß der Wirkungsgrad der Wärme für das Maiswachstum in den einzelnen Entwicklungsphasen auch von der Höhe der Temperatur abhängt, daher, die jeweils benötigte Wärmesumme um so niedriger bleibt, Je höher die durchschnittliche Temperatur ist. Insgesamt beansprucht der Mais etwa 140-160 Tage, in denen die Temperaturen über 10° C liegen und damit eine Assimilation ermöglichen (70). Entsprechend den Wirkungen von Temperatur und Niederschlägen in den Entwicklungsphasen bestehen auch m. o. w. Beziehungen zwischen der Witterung einzelner Monate bzw. Kalenderabschnitte und dem Ertrag. Die Ergebnisse der hierüber in vielen Ländern angestellten zahlreichen Untersuchungen gelten jedoch nur für das betreffende. Anbaugebiet, und die Korrelationen zwischen Witterung und Ertrag unterscheiden sich je nach den herrschenden Klimabedingungen voneinander. Immer ist jedoch das Zusammenwirken der untersuchten meteorologischen Faktoren entscheidend für deren Einfluß, wenn auch oft einer von ihnen in den Vordergrund rückt. Eine Analyse des Witterungsverlaufes in Jahren mit guter und solchen mit schlechter Körnermaisernte auf dem Gebiet der Deutschen Demokratischen Republik (31) zeigte, daß für die Erzielung hoher Erträge zunächst - im Hinblick auf möglichst frühe Bestellung, schnelles Keimen und kräftige Jungpflanzen - rasche Erwärmung auf etwa 8° C Ende April/Anfang Mai und nachfolgender Temperaturanstieg ohne große Kälterückschläge wünschenswert sind-. Hierbei brauchen die Temperaturen im Laufe des Mai dann nicht unbedingt über dem langjährigen Mittel zu liegen; die Pentadenmittel dürfen jedoch etwa 8° C zu Anfang des Monats und 12° C in seiner zweiten Hälfte nicht unterschreiten. Während der Perioden des raschen vegetativen Wachstums, der Bestäubung und Befruchtung sowie der Kolbenbildung (im allgemeinen Monate Juni bis August) erfordert der Mais unter hiesigen Bedingungen überdurchschnittliche Temperaturen und eine ausreichende Wasserversorgung ohne längere Regenperioden, so daß auch reichlich Sonnenschein zur Verfügung steht. Trockene Witterung mit überdurchschnittlichen Temperaturen ist dann für ein schnelles und gleichmäßiges Abreifen im September notwendig. Als ausgesprochen ungünstig für Mais erwiesen sich insbesondere zu tiefe Temperaturen an der April-Mai-Wende, längere Perioden mit unterdurchschnittlichen Temperaturen während der vegetativen und generativen Entwicklung, reichliche, über mehrere Pentaden andauernde Niederschläge in Perioden mit unterdurchschnittlicher Temperatur sowie extrem trockene Jahre. Ähnliche Beobachtungen konnte KOSS (47) an Resultaten von Silomaisversuchen in Bad Lauchstädt machen, und als klimatisch bedeutsam für den Silo- und Grünmaisanbau nach Winterzwischenfrüchten bezeichnet LÜDDECKE (54) Beginn und Ende der Durchschnittstemperatur von 10° C, Anzahl der Sommertage und die mittlere Temperatur in den Monaten Mai bis August. \ W i e bereits aus den bisherigen Ausführungen hervorgeht, hängt der Endertrag u. a. maßgeblich von dem Witterungsverlauf in den einzelnen Entwicklungsphasen ab. Werden die nach den Ergebnissen physiologischer und agrarmeteorologischer Arbeiten für die Ertragsbildung wichtigen fünf Entwicklungsabschnitte (97, 98) zugrunde gelegt, :so ergibt sich für die klimatischen Bedingungen der Deutschen Demokratischen Repu-

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HANKE, Bedeutung von Temperatur und Niederschlag für den Maisanbau

blik, daß die Witterung in der „Periode des ersten vegetativen Wachstums" die Bestandesdichte beeinflussen kann, und zwar durch Spätfrostschäden oder durch längere Kälteperioden, welche die Entwicklung hemmen und verzögern und sich negativ auf das Auflaufergebnis auswirken. Die „Phase des raschen vegetativen Wachstums" bis zum Erscheinen der Griffelfäden erweist sich als sehr wichtig für den Ertrag, da in dieser Zeit der gesamte Assimilationsapparat entsteht. Negative Einwirkungen der Witterung, also vor allem längere Perioden mit unterdurchschnittlichen Temperaturen, verzögern daher nicht nur den Blühbeginn, sondern haben ertragmindernde Wirkung. Das Wetter während der „Bestäubung und Befruchtung" beeinflußt das Befruchtungsergebnis und damit auch die Körnerzahl. Die „Phase der Kornbildung", in der die Photosynthese ihre maximale Intensität erreicht (112), erfordert Bedingungen, die eine große physiologische Aktivität der in der vorhergehenden Entwicklung entstandenen pflanzlichen Organe ermöglichen. Der Witterungsablauf in diesen vier Entwicklungsabschnitten hat nicht nur für den Körnermais, sondern auch für den Silomais große Bedeutung, da hierbei ein recht hoher Kolbenanteil anzustreben ist. In der bei Körnernutzung wichtigen „Phase des Abreifens" entscheidet die Witterung über die Schnelligkeit der Feuchtigkeitsabnahme in den Kolben und übt damit einen wesentlichen Einfluß auf den Erntezeitpunkt und den Reifezustand aus. Die Auswirkungen der Witterung in den aufeinanderfolgenden Entwicklungsabschnitten geben auch eine Erklärung für die bei der Betrachtung des Wetterverlaufes in guten und schlechten Mais jähren getroffene Feststellung, daß Rückschläge infolge tieferer Temperatur in einem der Monate Juni bis September oft auch durch spätere überdurchschnittliche Wärme nicht mehr ausgeglichen werden können: Da jede Entwicklungsphase auf der vorhergehenden aufbaut, wird ein späterer Ausgleich früherer negativer Einflüsse nur bis zu einem gewissen Grade möglich. III Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, besitzt der Temperaturverlauf unter den klimatischen Verhältnissen der Deutschen Demokratischen Republik besondere Bedeutung für Wachstum und Ertragsbildung bei Mais. Er beeinflußt u. a. die Entwicklungsdauer, die bei nicht genügender Wärme eine unerwünschte Verzögerung erfährt. Daher sollten die Maßnahmen beim Maisanbau unter den hier gegebenen Bedingungen möglichst auch vom Blickpunkt einer Entwicklungsbeschleunigung aus getroffen werden. Hierzu zählen nicht nur die Schaffung geeigneter Sorten, sondern auch Standortwahl und Anbautechnik. Im Hinblick auf eine große Ertragssicherheit sollten bei der Züchtung heimischer Maissorten und -hybriden, vom agrarmeteorologischen Standpunkt aus betrachtet, folgende Eigenschaften Beachtung finden: a) Frühsaateignung, d. h. Erhaltung der Vitalität der Samen auch bei längerem Liegen in kaltem, nassem Boden (12, 13, 60, 85), niedrige Keimtemperatur (5),

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gute Jugendentwicklung auch bei niedrigen Temperaturen bzw. Kältetoleranz in diesem Wachstumsabschnitt (3, 5, 85, 95, 105), Regenerationsfähigkeit, d. h. Wiederaustreiben nach Frostschaden (46), b) neutrales Verhalten gegen lange Sommertage (85), c) geringerer Wärmebedarf in der Hauptentwicklungszeit, d ) Frühreife (5, 85) bzw. sicheres Erreichen des gewünschten Reifegrades unter den gegebenen klimatischen Voraussetzungen, e) bei Körner- bzw. Saatmais noch rasches Abreifen, d. h. geringer Wassergehalt des Kolbens bei Erreichen des höchsten Trockengewichtes und danach rasche Feuchtigkeitsabnahme. Da für den Anbauerfolg die Reifegruppe mit entscheidet (90, 91), besitzt die Aufteilung eines Landes in Anbauzonen für einzelne Sorten- bzw. Reifegruppen, wie sie u. a. in Holland (4, 5, 62) und Rumänien (63, 73, 78) bereits vorgenommen wurde, eine große Bedeutung. Für die Deutsche Demokratische Republik hat SPECHT (104) auf Grund der klimatischen Bedingungen und der im landwirtschaftlichen Versuchswesen gewonnenen Ergebnisse eine Einteilung in folgende Anbaugebiete für Mais vorgeschlagen: 1 I. Küste einschließlich Hinterland (Mecklenburg und Teile von Nordbrandenburg) II. Flachland (Brandenburg einschließlich Altmark) III. Ackerebene (Börde, Leipziger und Erfurter Bucht) IV. Übergangslage und Vorgebirge (in Sachsen und Thüringen, im Harzgebiet und im Eichsfeld) Das große Wärmebedürfnis von Mais verdient auch bei der Standortwahl Beachtung, bei der leicht erwärmbare Böden zu bevorzugen sind. Da dies für die Oberfläche des Sandbodens zutrifft (25), werden schon seit den Anfängen des Maisbaues in Deutschland die leichten Böden zum Anbau empfohlen (55). Kalte und nasse Böden sowie solche mit einem p H -Wert unter 5,2 sind dagegen zu vermeiden, weil sich der Mais sonst langsam und schlecht entwickelt (62). Ferner sind kleinklimatisch günstige Standorte auszuwählen. So zeigten z. B. in England durchgeführte Versuche (33, 56), daß der Mais an Südhängen eher keimte und auflief als auf ebenen oder nach Norden geneigten Flächen, und zwar besonders bei Frühsaat. Eine ähnliche positive Wirkung ließ sich bei dunkler Bodenfarbe im Vergleich zu heller erzielen (58). In der Sowjetunion konnte im Schutze von Waldstreifen, welche die Windgeschwindigkeit um 40% verminderten und daher ein rascheres Erwärmen des Bodens ermöglichten, ein früherer Aufgang beobachtet werden (88). Vorteilhaft sind des weiteren Tiefgründigkeit und guter Kulturzustand des Bodens, da die Maispflanzen eine große Empfindlichkeit für Verdichtungen und andere Strukturschäden zeigen (24, 62). Ebenso ist anzustreben, durch pflanzenbauliche Maßnahmen den Ansprüchen von Mais weitgehend gerecht zu werden und seine Entwicklung zu beschleunigen. Hierzu gehören u. a. gute Vorfrucht, wobei ein Leguminosenanteil günstig ist (18, 20), sorgfältige Bodenbearbeitung vor der Saat (27), 1

Eine Karte dieser Anbaugebiete ist veröffentlicht in: Die Deutsche Landwirtschaft 1959, Bd. 10, S, 111.

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HAN K R , Bedeutung von Temperatur und Niederschlag für den Maisanbau

frühzeitige Aussaat entsprechend den jeweiligen Temperaturen und Sorten (13, 55), möglichst flache Saat unter Berücksichtigung der Bodenfeuchtigkeitsverhältnisse (51a, 57, 62, 67, 68), hohe Saatgutqualität, Sorten- und standortgerechter Standraum (8, 52, 90, 91, 102), Unkrautbekämpfung (16, 55, 113), sachgemäße Düngung, hackfruchtmäßige Pflege, wobei die Wurzeln nicht beschädigt werden dürfen. Vor allem die Pflegemaßnahmen sind dabei der jeweiligen Witterung anzupassen. So empfiehlt es sich z. B. nicht, den Boden bei Nachtfrostgefahr durch Hacken aufzulockern, da dadurch seine Wärmeleitung vermindert und der Wärmeumsatz in die oberste Schicht verlegt wird, was eine Verstärkung der Abkühlung in dieser Zone zur Folge hat (25). Große Bedeutung besitzen Fragen der Saatgutqualität. Körner, die nicht ausgereift sind oder bei Kälte- bzw. Frosteinwirkung im Herbst noch einen zu hohen Wassergehalt aufwiesen, verfügen nur über eine verminderte Saatgutqualität (1, 2, 17). Ursachen für schlechten Aufgang unter natürlichen Bedingungen sind u. a. eine nekrotische bzw. tote Aleuronschicht (26, 44) und Beschädigungen der Samenschale (33), z. B. beim Drusch zu feuchter Körner. Für die Saatmaisproduktion sind daher, wie schon vielfach gefordert, Anlagen zur künstlichen Trocknung des Saatgutes erforderlich, um den langwierigen natürlichen Trocknungsprozeß zu vermeiden und die Körner vor den Gefahren schlechter Herbstwitterung zu bewahren. Zu beachten'bleibt aber, daß nur physiologisch reife Körner vollwertiges Saatgut ergeben und unreifer Mais auch in der Trockenanlage nicht reift. Als weitere Maßnahme sei die Vitalitätsprüfung des Saatgutes durch den Kältetest genannt. Seine Durchführung sichert eine Verwendung einwandfreien Saatgutes und beugt damit der Entstehung lückiger Bestände schwacher Pflanzen vor, die naturgemäß empfindlicher gegenüber Witterungseinflüssen sind. Von besonderer Wichtigkeit ist die Düngung des Maises, der einen großen Nährstoffbedarf hat und - bei sonst günstigen Bedingungen - die gebotenen Dünger auch gut zu verwerten vermag. D i e Gaben sollten jedoch immer so bemessen sein, daß Entwicklungsverzögerungen, die sich vor allem bei zu hohen Stickstoffmengen beobachten lassen, nicht eintreten (62, 96, 103). Im Gegenteil, auch durch das Nährstoffangebot sollte versucht werden, eine Wachstumsbeschleunigung zu erreichen. Hierbei hat sich die Phosphorsäure als bedeutungsvoll erwiesen ( 1 0 , 1 0 3 ) . Ihre reife- und entwicklungsfördernde Wirkung kam noch mehr zur Geltung, wenn sie im Rahmen einer sog. Startdüngung in die Nähe der Samen gebracht wurde, und zeigte sich besonders in kalten, nassen Jahren (18, 43, 62, 79, 82, 83). Eine besondere Methode zur Entwicklungsbeschleunigung, vor allem für Zwecke der Pflanzenzüchtung, stellt schließlich die Vorkultur von Mais jungpflanzen dar ( W I N K E L , 118). Insgesamt gesehen, kommt es jedoch nicht allein auf einzelne, sondern auf eine gute Kombination aller jeweils möglichen, sorgfältig aufeinander abgestimmten Maßnahmen an.

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Zusammenfassung D a dem Mais in der Deutschen Demokratischen Republik im Vergleich zu den wichtigsten Maisbauländern, in denen fast ausschließlich Körnernutzung betrieben wird, beträchtlich weniger Wärme für das Wachstum zur Verfügung steht, haben die örtlichen klimatischen Faktoren und sorgfältige Anbaumaßnahmen große Bedeutung. Höhe und Verteilung der Niederschläge sind dagegen nicht ungünstig für den Maisanbau. Auf die Entwicklung der Pflanzen in den einzelnen Wachstumsabschnitten übt der Temperaturverlauf einen erheblichen Einfluß aus, wobei Wärmeperioden ( = höhere Temperaturen als im langjährigen Durchschnitt) fördernd, Kälte - insbesondere in Verbindung mit reichlichen und langanhaltenden Niederschlägen - hemmend wirken. Alle Maßnahmen beim Maisbau (Züchtung, Standortwahl und Anbautechnik) sollten u. a. auf eine Entwicklungsbeschleunigung bei den Pflanzen hinzielen. Pe3K)Me Bbh^y Toro, HTO Kynypy3a B TepMaHCKOH 3 e M O K P a T H ' i e C K O f i PecnyöjiHKe npOH3pacTaeT B MeHee Tenjmx ycjiOBHHx, qeM KyKypy3a B CTpaHax, B03flejiHBai0m n x ee HCiuiioiHTejiBHO Ha sepHO h HMeioiiiHx B BHpamHBaHHH ee Han6ojibinee 3HaieHHe, MecTHtie KJiiiMaTHnecKHe (JiaKTopn, a Taione TmaTejibHbie Mepw bo3äcjihBaHiiH HrpaiOT cymecTBeHHyio pojn>. C flpyroii CTopoHH KOJIHTOCTBO h pacnpenejieHHe BHnanaiomHx ocaflKOB B TepMaHCKOtt ^eMOKpaTHqecKoft PeciryßjiMKe HBJIHIOTCJI ÖJiarOnpHHTHBIMH ßJIH KyKypy3H. CnjibHoe BJIHHHHE HA pa3BHTHe paCT6HHö Ha OTjjeJibHHx 8Tanax HX pocTa onasHBaiOT TeMnepaTypHHe ycnoBHH, npHieM TenjiHe nepaoRH (npeBiimaiomHe cpejiHioio TeMnepaTypy MHornx jieT) «EÄCTBYIOT nojiojKHTejitHO, a xojiOflHHe, B oeoöeHHoeTH B CBH3H C OÖHJIbHHMH H npOAOJIHtHTejIbHHMH OCaflKaMH, ReHCTByiOT OTpHI^aTejIbHO. YKa3HBaeTCH Ha HeoöxoAHMocTb HanpaBHTb Bee M e p n B03AejibmaHHH (KaK cejieKi(HH, Bbiöop noflxoflHiqero MecTonpoH3pacTaHHH H TexHHKa B03^6JitiBaHHfl) Ha ycKopeHHoe pa3BHTiie pacvreHHft. Summary Since in the German Democratic Republic maize has to grow at much lower temperatures compared with the most important maize growing countries, in which maize is grown almost exclusively for grain utilization, the local climatic factors and reasonable cultivation measures are of great importance. The amount and distribution of precipitation are, however, not unfavourable for maize growing. The course of temperature affects considerably the development of the plants in the different growth stages. Warm periods ( = higher temperatures than the average of several years) are profitable and cold - especially in conjunction with abundant and continuous precipitations - exercises an inhibiting influence. All measures in maize growing (breeding, choice of the site and cultivation technique) should be aimed, among others, at an accelerated development of the plants.

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HANKE, Bedeutung von Temperatur und Niederschlag für den Maisanbau

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I-IANKli, Bedeutung von Temperatur und Niederschlag für den Maisanbau

104. SPECHT, G.: Zentrale Auswertung der Silomaisversuche 1958. Vortrag vor den Sektionen Pflanzenbau, Pflanzenzüchtung und Pflanzenschutz sowie Landwirtschaftliches Versuchs- und Untersuchungswesen der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin, 29. 10. 1958 105. SPRAGUE, G. F.: The world production of corn. In: SPRAGUE, G. F.: Corn and corn improvement. Agronomy, a series of monographs prepared under the auspices of the American Society of Agronomy, 1955, Vol. V, 683-688, New York, Acad. Press Inc., Publishers 106. Statistisches Jahrbuch der Deutschen Demokratischen Republik. 1955. Herausgegeben von der Staatlichen Zentralverwaltung für Statistik 107. TAMM, E., und H. F U N K E : Pflanzenklimatische Temperaturmessungen in einem Maisbestand. Ein Beitrag zur Beurteilung des Wachstumsfaktors Lufttemperatur. Z. Acker- u. Pflanzenbau 1955, 100, 199-210 108. TAMM, E „ H. G R A E T Z und H. F U N K E : Uber die Ausbildung pflanzenklimatischer Temperaturen in Beständen landwirtschaftlicher Nutzpflanzen. Z. Acker- u. Pflanzenbau 195.6, 101, 193-232 109. TAVÓAR, A., und R. L I E B E R : Mais, lea Mays. In: R O E M E R , Th., u. W. R U D O R F : Handbuch der Pflanzenzüchtung. 2. Bd. Die Züchtung der Hauptgetreidearten. 1950, 75-129, Berlin u. Hamburg, Verl. Parey 1,10. T I E M A N N , A.: Feldfutter- und Zwischenfruchtbau. In: Handbuch der Landwirtschaft. Herausgegeben von Th. R O E M E R , A. SCHEIBE, J. SCHMIDT u. E. W O E R M A N N ; II. Bd. Pflanzenbaulehre. Herausgegeben von A. SCHEIBE, 2. Aufl. 1953, 388-476, Berlin u. Hamburg, Verl. Parey 111. T O R S S E L L , B., E. A B E R G and E. A K E R B E R G : The possibility of cultivating maize in regions with low temperatures. Field Crop Abstr. 1959, 12, 169-175 112. T R E T J A K O W , N. N . : Einige Probleme der Biologie und Agrotechnik von Mais im Gebiet 1 Moskau. 1957, Diss. K.-A.-Timirjasew-Akad. Moskau (russisch) 112a. TSCHIRKOW, J. I.: Wege zur Steigerung der Objektivität bei der Beurteilung des Standes von Maisschlägen. Meteorol. u. Hydrol. (Meteorol. i. Gidrol.) 1958, Nr. 1, 3 - 9 (russisch) 112b. TSCHIRKOW, J. I.: Die agrarmeteorologischen Kennziffern des Maiszuwachses. Meteorol. u. Hydrol. (Meteorol. i. Gidrol.) 1958, Nr. 12, 10-14 (russisch) 113. V E N GRIS, J., W. G. COLBY and M c D R A K E : Plant nutrient competition between weeds and corn. Agron. J . 1955, 47, 213-216 114. V E T T E L , F. K „ und F. W A L T H E R : Der Einfluß von höheren Temperaturen im Keim- bzw. Jungpflanzenstadium auf die Entwicklung des Maises (Zea mays L.). Z. Pflanzenzucht. 1959, 41, 326-342 115. WIIDAKAS, W.: Early maturing corn. North Dakota Farm Res. 1 9 5 8 , 2 0 , Nr. 5, 4 - 1 0 116. WILLIS, W. O.: Soil temperature, mulches, and corn growth. Iowa State Coll. J. Sei. 1957, 31, Nr. 3 1 117. WILLIS, W. O., W. E. L A R S O N and D. K I R K H A M : Corn growth as affected by soil temperature and mulch. Agron. J. 1957, 49, 323-328 118. W I N K E L , A.: Über die Bedeutung der Maisvorkultur für Züchtung und Anbau.' Dt. Landwirtsch. 1959, 10, 128-132 119. WOLODARSKI, N. I., und S. M. SAUTITSCH: Einfluß der Tageslänge auf Wachstum und Entwicklung von Mais. Mais (Kukurusa) 1958, 3, Nr. 10, 19-21 (russisch)1 120. Angaben aus den Akten des Meteorologischen und Hydrologischen Dienstes der Deutschen Demokratischen Republik, Hauptamt für Klimatologie Potsdam

ANTON ARLAND

„ T Y R A N N E I DER E R D E " Bin Problem des modernen Landbaues Abhandlungen der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig Mathematisch-naturwissenschaftliche Klasse

1959. 76 Seiten — 10 Abbildungen auf 10 Kunstdrucktafeln — 4° — DM 5,40

Aus der Einleitung:

„ . . . der wirkliche Ernährer des Bauern ist nicht die

Erde, sondern die Pflanze, und die ganze Kunst des Ackerbaues besteht darin, die Pflanze und folglich auch den Landwirt von der ,Tyrannei der Erde' zu befreien." (Übersetzung des russischen Textes) K. A. TIMIRJASEW, 20. VII. 1905

An ihren Standort gebannt, ist die Kulturpflanze oft wehrlos den Widerwärtigkeiten der Umwelt ausgesetzt. Leider sind auch die Anbaumaßnahmen in vielen Fällen nicht so, wie sie sein sollten. Sie fußen oft lediglich auf Erfahrungen. Allzuhäufig werden die Kulturpflanzen Bedingungen ausgesetzt, die — um sich des von K. A. TIMIRJASEW geprägten Ausspruches zu bedienen — als „Tyrannei der Erde" bezeichnet werden können. Sie äußert sich auf mancherlei Weise. Wären die Pflanzen im „Experiment" nach den ihnen zusagenden Maßnahmen befragt worden, so würde, den Antworten gemäß, eine inbestimmter Hinsicht geartete Lenkung des Stoffwechsels erfolgen. Dadurch könnte in vielen Fällen ein wesentlich größerer Erfolg in bezug auf Ertragshöhe, Ertragssicherheit und Qualität der Ernteprodukte erzielt werden. Die „Tyrannei der Erde" wäre gebrochen.

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Archiv für Gartenbau Herausgegeben von. der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin

Chefredakteur: Prof. Dr. J . REINHOLD, Direktor des Instituts für Gartenbau der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaftcn zu Berlin, Großbeeren bei Berlin

6 Hefte im Jahr — 16,7 £ 23 cm — je Heft etwa 180 Seiten — illustriert — DM 5 , - je Heft

Das „Archiv für Gartenbau" berichtet über wissenschaftliche Ergebnisse, für die die Ertrags- und Qualitätssteigerung sowie für die Steigerung der Arbeitsproduktivität wichtig sind. Auch die Grundlagenforschung referiert über ihre Arbeit, soweit sie ein integrierender Bestandteil der gartenbaulichen Forschung ist.

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