Förderung des Wachstums von Pistazien in Böden mit hohem Salz- und Borgehalt durch präzise Wasseraufbereitung

Die Pistazienindustrie steht vor großen Herausforderungen aufgrund der begrenzten Wasserverfügbarkeit und des hohen Salzgehalts der Böden, was sich nachteilig auf das Baumwachstum, die Ernteerträge und die Nachhaltigkeit auswirken kann. Die AQUA4D®-Technologie hat sich als mögliche Lösung zur Verbesserung des Baumwachstums, der Bodenbedingungen und zur Optimierung der Wassernutzungseffizienz herausgestellt. Diese in Fresno, Kalifornien, durchgeführte Studie untersuchte die Auswirkungen dieser Technologie auf morphologische und physiologische Parameter der Pflanzen, die Nährstoffaufnahme und die Bodeneigenschaften unter salzhaltigen Bodenbedingungen.  

Einführung

Der Salzgehalt beeinträchtigt die Landwirtschaft in trockenen Klimazonen weltweit, gefährdet die ökologische Nachhaltigkeit und die Produktivität landwirtschaftlicher Kulturen und führt zu einer Verschlechterung der Bodenressourcen. Salzhaltige Bedingungen wirken sich negativ auf die morphologischen und biochemischen Funktionen von Pflanzen aus und beeinträchtigen das Pflanzenwachstum, die Entwicklung und den Ertrag (Zhang und Dai, 2019). Wenn toxische Konzentrationen von (Chlorid) Cl- oder Bor (B) in Pflanzenblättern auftreten, kommt es zu einer Gelbfärbung, die sich zu Verbrennungen entlang der Blattränder ausweitet. Dies verringert die Photosynthese, Transpiration und den Gasaustausch und reduziert das Wasserpotenzial der Blätter. (Leinfelder-Miles, 2018; Zhao et al., 2020).

Im kalifornischen Central Valley treten Bodenversalzungsprozesse auch in Trockengebieten auf, wo die Böden häufig einen hohen Salz- und Borgehalt im Boden und im Blattgewebe aufweisen. Im Gegensatz zu anderen Obstbäumen ist die Pistazie mäßig tolerant gegenüber Natrium, Chlorid und Bor. Allerdings können Salze und Bor bei übermäßiger Konzentration zu erheblichen Blattschäden, Blattverlust und Ertragsausfällen führen (Ferguson und Kallsen, 2016).

Nachdem sich diese Technologie in der Region bereits bewährt hat, untersuchte diese Studie die Auswirkungen der AQUA4D®-Technologie auf verschiedene Pflanzen- und Bodenparameter unter salzigen Bodenbedingungen und lieferte wertvolle Erkenntnisse für Pistazienbauern, die nach nachhaltigen Lösungen suchen. Die Durchführung dieser Studie in einer Gewächshausumgebung ermöglichte eine kontrollierte Umgebung und eine genaue Überwachung der Auswirkungen der Technologie.

Landwirte können diese Ergebnisse nutzen, um fundierte Entscheidungen hinsichtlich der Einführung der AQUA4D-Technologie unter Feldbedingungen zu treffen, die Bodenbedingungen zu verbessern, die Wassernutzungseffizienz zu optimieren und letztendlich die Ernteerträge zu steigern.

Methoden

Die Ziele dieser Studie waren die Bewertung der Wirksamkeit des AQUA4D-Systems unter salzhaltigen Bodenbedingungen, die durch erhöhte Werte für elektrische Leitfähigkeit (EC), Natrium (Na), Chlorid (Cl) und Bor gekennzeichnet sind. Die spezifischen Ziele bestanden darin, die Auswaschungseffizienz von Na, Cl und Bor zu bewerten, die EC zu verringern und die schädlichen Auswirkungen von Salzen auf die Wachstumsfaktoren der branchenüblichen Pistazienbäume der Sorte „Golden Hills“ zu mildern. Darüber hinaus sollte der Einfluss von AQUA4D auf die Xylemflussrate der Bäume, den Chlorophyllgehalt der Blätter und die Konzentrationen von Kohlenhydraten, Makro- und Mikronährstoffen in den wichtigsten Pflanzenorganen wie Blättern, Rinde und Wurzeln untersucht werden.

Diese Untersuchung wurde in einem automatisierten, kontrollierten Gewächshaus in Fresno, Kalifornien (36.720039, – 119.926770) durchgeführt. Für diese Forschungsstudie wurde ein salzhaltiger Boden mit hohem EC-Wert (50,3 dS/m), Na (460 meq/L) und Cl (109 meq/L), Bor (16,6 ppm), SAR (112,7) und pH-Wert (8,2) vorbereitet. Der salzhaltige Boden für dieses Experiment stammte aus einem Feld in Bakersfield. Vor dem Experiment wurden sowohl das Bewässerungswasser als auch der Boden einer vollständigen landwirtschaftlichen Analyse unterzogen. Während der Gewächshausforschung wurden weder dem Boden noch dem Bewässerungswasser Düngemittel zugesetzt.

Ergebnisse und Diskussion

Bodenfeuchte- und Saftflussanalyse:

Unter salzigen Bodenbedingungen wiesen sowohl der Kontrollboden als auch der mit AQUA4D behandelte Boden hohe Konzentrationen an Na, Cl und B auf, zusammen mit einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit (EC) und Natriumadsorptionsrate (SAR). Unsere Beobachtungen während der Bodenprobenahme aus jedem einzelnen Topf ergaben einen höheren Feuchtigkeitsgehalt in den mit AQUA4D behandelten Töpfen im Vergleich zu den unbehandelten Kontrolltöpfen. Die während der letzten zwei Wochen des Forschungsprojekts durchgeführten Messungen des Saftflusses ergaben, dass Bäume in mit AQUA4D behandelten salzigen Böden 4,1 Gallonen sammelten, während Kontrollbäume nur 0,2 Gallonen sammelten (siehe unten). Dieser erhebliche Unterschied im Saftfluss bestätigt, dass mit AQUA4D behandelte Bäume in salzigen Böden im Vergleich zu Kontrollbäumen eine deutlich höhere Wasseraufnahme aufwiesen.

Pflanzenanalyse :

Mit AQUA4D behandelte Bäume wiesen eine deutlich höhere Sprosslänge, ein höheres Trockengewicht der Wurzeln sowie ein höheres Frisch- und Trockengewicht der Triebe und Blätter auf, was die Wirksamkeit des Systems bei der Förderung des Wachstums unter Bedingungen mit hohem Salzstress belegt. Darüber hinaus bestätigte die Chlorophyllmessung einen signifikant höheren Chlorophyllgehalt in den Blättern der mit AQUA4D behandelten Bäume, was auf eine verbesserte Fähigkeit zur Lichtabsorption und -verwertung hinweist, was zu erhöhten Photosyntheseraten führt. Dadurch können mit AQUA4D behandelte Bäume in salzhaltigen Bodenbedingungen gedeihen, indem sie mehr Ressourcen für lebenswichtige physiologische Prozesse generieren.

Ionenleckage: In Bezug auf die direkten Auswirkungen auf den Salzgehalt wiesen die mit AQUA4D® behandelten Bäume einen deutlich höheren Prozentsatz an Ionenleckage auf, was auf einen geringeren Salzgehalt im Vergleich zu den Kontrollbäumen hindeutet. Darüber hinaus war die Sterblichkeitsrate bei den Kontrollbäumen (85 %) deutlich höher als bei den mit AQUA4D® behandelten Bäumen (55 %), was die Wirksamkeit des Systems bei der Minderung der negativen Auswirkungen des Salzgehalts im Boden unterstreicht.

Nährstoffe: Die Analyse der Makro- und Mikronährstoffe in Blattproben ergab überzeugende Ergebnisse. Insbesondere der erhöhte Borgehalt in den Blättern spielte eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Blattverbrennungen und dem damit verbundenen Rückgang des Chlorophyllgehalts. Diese Ergebnisse unterstreichen die Wirksamkeit von AQUA4D® bei der Verringerung der Anreicherung schädlicher Elemente, insbesondere von Bor, was zu einer Verbesserung der Blattgesundheit und des Chlorophyllgehalts führt. Darüber hinaus bestätigt der signifikante Rückgang der Borkonzentration in den Blättern, der Rinde und den Wurzeln der mit AQUA4D behandelten Bäume die Wirksamkeit des AQUA4D®-Systems bei der Verhinderung einer übermäßigen Boranreicherung in der gesamten Pflanze. Dies zeigt, dass AQUA4D® eine vielversprechende Lösung zur Minderung der potenziellen toxischen Wirkung von Bor darstellt und somit eine gesündere Gesamtentwicklung der Pflanzen in schwierigen salzhaltigen Bodenbedingungen fördert.

Saftfluss: Die bemerkenswerte Verbesserung des Baumsaftflusses aufgrund der AQUA4D®-Behandlung wird durch Beobachtungen höherer Bodenfeuchtigkeitswerte bei Bodenproben bestätigt. Der erhöhte Saftfluss bei mit AQUA4D behandelten Bäumen lässt uns zu dem Schluss kommen, dass AQUA4D® nicht nur die Bodenfeuchtigkeit verbessert, sondern auch die Feuchtigkeitsaufnahme der Pflanzen erhöht.

Bodenanalyse

In diesem Experiment wies der mit AQUA4D behandelte Boden im Vergleich zum Kontrollboden deutlich niedrigere EC-, Natrium-, Chlorid- und Borkonzentrationen auf. Dieses Ergebnis belegt die Wirksamkeit des AQUA4D®-Systems bei der Verringerung der schädlichen Auswirkungen von Bodensalzen. Die Behandlung mit AQUA4D® milderte erfolgreich die schädlichen Auswirkungen eines hohen Salzgehalts und schuf so ein günstigeres Umfeld für das Pflanzenwachstum.

Schlussfolgerung

Die Ergebnisse dieser Studie belegen die Wirksamkeit der AQUA4D®-Behandlung bei der Verringerung salzbedingter Probleme. Mit AQUA4D behandelte Böden wiesen im Vergleich zur Kontrollgruppe eine deutlich geringere elektrische Leitfähigkeit (EC), Natriumabsorptionsrate (SAR) sowie Natrium- (Na), Chlorid- (Cl) und Bor- (B) Konzentrationen auf. Diese Verringerung des Salzgehalts belegt die Wirksamkeit von Aqua4D bei der Auswaschung schädlicher Salze. Darüber hinaus wiesen Bäume, die mit AQUA4D®-Bewässerungswasser in salzhaltigen Böden behandelt wurden, eine deutlich höhere Überlebensrate auf als die Kontrollgruppe, was die Fähigkeit von AQUA4D® belegt, die Überlebensrate von Bäumen unter Bedingungen mit hohem Salzgehalt zu verbessern.

Darüber hinaus zeigte die Behandlung mit AQUA4D® positive Auswirkungen auf die Baumwachstumsparameter unter salzhaltigen Bodenbedingungen. Die durch AQUA4D® ermöglichte Verringerung des Salzgehalts schuf wahrscheinlich ein günstigeres Umfeld für das Pflanzenwachstum, was zu verbesserten Baumwachstumsparametern führte. Dies unterstreicht das Potenzial von AQUA4D® als wirksame Lösung zur Verbesserung des Baumwachstums und der Produktivität in Böden, die von hohem Salzgehalt betroffen sind.

Vielen Dank an Masood Khezri und sein Team vom Malakan Agricultural Research Institute in Fresno, Kalifornien.

Masood Khezri von Malakan mit Yvain Mirabal von AQUA4D USA

Visueller Vergleich zwischen Kontrollgruppe und AQUA4D-Unterlage