Beginnend bei der richtigen Standort- und Sortenwahl spielen im Bio-Kartoffelanbau die Bodenvorbereitung, Düngung, Pflegemaßnahmen, Pflanzenschutzbehandlungen und die Bewässerung eine wichtige Rolle.
Mit diesem Blogbeitrag setzen wir eine Beitragsreihe zum Thema Pflanzenernährung fort. Eine ausgewogene Pflanzenernährung …
Nacheinander werden wir die essenziellen Pflanzennährstoffe Stickstoff, Kalium, Phosphor, Calcium, Magnesium und Schwefel vorstellen und erklären, welche Funktionen sie in welcher Entwicklungsphase haben und wie sich eine Überschuss- beziehungsweise Mangelsituation auf die Pflanze auswirkt. Welche Interaktionen es zwischen den Nährstoffen und anderen biotischen und abiotischen Faktoren gibt, wird dann in einem zusammenfassenden Beitrag erörtert.
Sie sind gerade auf dem Kartoffelacker unterwegs und haben keine Zeit, sich den Beitrag über die Bedeutung von Stickstoff im Nährstoffmanagement bei Kartoffeln durchzulesen? Diesen Beitrag des Öko-Blogs Kartoffel können Sie sich auch auch unkompliziert anhören! Klicken Sie dafür einfach auf den Play-Button:
Der Nährstoff Kalium spielt in zahlreichen physiologischen Prozessen von Pflanzen eine unverzichtbare Rolle. Es ist unter anderem
Kalium fördert außerdem
Die Funktionen des Kaliums, das in der Pflanze ausschließlich als K+ auftritt, sind im Wesentlichen auf die osmotischen Eigenschaften des Kations und die Aktvierung von Enzymen zurückzuführen.
Ein anschauliches Beispiel für die osmotischen Eigenschaften von Kalium ist die Beteiligung an der Regulation der Spaltöffnungen (Stomata) des Blattes. Die Stomata, die aus je zwei länglichen Schließzellen (siehe Abbildung 1) bestehen, verbinden das Mesophyllgewebe des Blattes, genauer die Interzellularräume, mit der Atmosphäre. Über diese Öffnungen findet der Gasaustausch zwischen Pflanze und Atmosphäre statt, was die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid (CO2) für die Fotosynthese, die Abgabe von Sauerstoff (O2) und die Transpiration von Wasserdampf umfasst.
Dieser Vorgang wird von der Pflanze stark reguliert. Insbesondere an warmen und heißen Tagen, öffnet sie ihre Stomata nur kurzzeitig für den notwendigen Gasaustausch und schließt diese danach wieder, um keine unproduktiven Wasserverluste zu verursachen.
Das Öffnen und Schließen der Stomata wird dabei maßgeblich von Kalium reguliert. Der Schließmechanismus der Stomata ist ein komplexer Prozess, der durch die osmotischen Eigenschaften von Kaliumionen (K⁺) gesteuert wird. Wenn die Pflanze die Stomata öffnen möchte, werden Kaliumionen aktiv in die Schließzellen transportiert. Dieser Transport erfolgt über Kaliumkanäle in der Zellmembran, wodurch die Konzentration von K⁺ in den Schließzellen ansteigt.
Durch die erhöhte Konzentration von Kaliumionen in den Schließzellen steigt der osmotische Druck in diesen Zellen an. Der osmotische Druck beschreibt die Tendenz von Wasser, in eine Lösung zu fließen, um Konzentrationsunterschiede auszugleichen. In diesem Fall strömt Wasser aus den benachbarten Zellen in die Schließzellen, um den hohen osmotischen Druck auszugleichen. Die Schließzellen nehmen Wasser auf, was zu einem Anstieg des Zellinnendrucks, auch Turgor genannt, führt. Dieser erhöhte Turgor lässt die Schließzellen anschwellen und sich biegen, wodurch die Stomata geöffnet werden.
Umgekehrt wird das Schließen der Stomata durch das Abfließen von Kaliumionen aus den Schließzellen initiiert. Wenn Kaliumionen aus den Schließzellen heraus transportiert werden, sinkt der osmotische Druck in diesen Zellen. Infolgedessen strömt Wasser aus den Schließzellen heraus, wodurch der Turgor abnimmt. Die Schließzellen erschlaffen und die Stomata schließen sich (Cochrane und Cochrane 2009).
Im Boden ist Kalium natürlicherweise enthalten, dabei hängt es vor allem von der Bodenart ab, wieviel Kalium ein Boden speichern und nachliefern kann. Im Praxisforschungsnetzwerk Nutrinet wurde ein Merkblatt zur Kaliumversorgung im Ökologischen Landbau veröffentlicht.
Kartoffeln haben im Vergleich zu anderen ackerbaulichen Kulturen einen sehr hohen Kalium-Bedarf, ein Mangel hat daher zahlreiche Auswirkungen auf den Ertrag und die Qualität von Kartoffeln.
Im Spross der Kartoffelpflanze sind die ersten sichtbaren Symptome eines Kaliummangels Chlorosen an den Spitzen der ältesten Blätter, die sich von dort aus, entlang der Blattränder, zügig in Randnekrosen ausbreiten (Bang et al. 2021). Als Grund hierfür kann die Verlagerung von mobilen K+-Ionen in die jüngeren Blätter zur Gewährleistung der dortigen Stomataregulation angenommen werden. Die Pflanze nimmt damit den Zusammenbruch der Stomata und ein anschließendes Absterben der älteren Blätter in Kauf, um jedoch das Überleben der Pflanze durch Förderung der jungen Blätter zu sichern (Cochrane und Cochrane 2009).
Koch et al. konnten in einer Studie aus dem Jahr 2019 zeigen, dass Kartoffelpflanzen, die während ihrer Entwicklung nur unzureichend mit Kalium versorgt sind, eine signifikante Reduktion ihrer Knollen- und Stärkeerträge zu verzeichnen haben. Dies ist auf mehrere Reaktionen der Pflanze auf den Kaliummangel zurückzuführen:
Eine wesentliche Rolle für den Ertragsrückgang spielt die Verringerung der Fotosyntheserate durch eine Abnahme der fotosynthetisch aktiven Blattfläche (weniger und kleinere Blätter).
In zweierlei Hinsicht ist Kalium essenziell für das Wachstum von Pflanzen. Damit Pflanzen wachsen, müssen Zellen sich vergrößern und teilen. Durch seine osmotischen Eigenschaften trägt Kalium zum Ausdehnen von Zellen bei. Außerdem aktiviert es enzymatische Zellteilungsreaktionen und ist an der Synthese der Zellwandbestandteilen beteiligt.
Außerdem stirbt das Kraut unter Nährstoffmangelsituationen früher ab. Die Folge ist eine geringere Gesamtassimilation von Zucker als Energielieferant für das Wachstum der Kartoffeln und von Stärke zur Einlagerung in die Knollen.
Kalium spielt eine wesentliche Rolle bei der Verteilung von Fotoassimilaten in der Pflanze, da es für die Beladung des Phloems erforderlich ist. Das Phloem ist der Teil des pflanzlichen Transportsystems, in dem die assimilierten Zucker entsprechend der sogenannten Source-Sink-Dynamik von den Blättern (Quellorgane, Ort der Zuckerassimilation) zu den Senkorganen, wie den Wurzeln oder Knollen (Ort des Zuckerverbrauchs), transportiert werden.
Diese Zucker werden oft gemeinsam mit Protonen (H⁺) durch Saccharose-H+-Symporter in die Phloemzellen transportiert. Sowohl der Symporter als auch die Protonenpumpe, die den für den Zuckertransport notwendigen Protonengradienten aufrechterhält, benötigen Kalium für ihre Aktivität.
Leidet die Pflanze unter Kaliummangel, kann die Effizienz beider Transportproteine negativ beeinflusst und die Phloembeladung beeinträchtigt werden (Bang et al. 2021). In der Folge häufen sich die Assimilate in den Blättern an, während andere Pflanzenorgane, wie die Kartoffelknollen unterversorgt bleiben. Das Wachstum und die Stärkeeinlagerung in die Knollen wird reduziert (Koch et al. 2019).
Ein dritter Faktor, der die Ertrags- und Stärkebildung der Kartoffel unter Kaliummangel beeinflusst, ist die breite Beteiligung des Nährstoffes an der Steuerung von Enzymaktivitäten. So wird Kalium auch für die optimale Aktivität der Stärkesynthase, einem Schlüsselenzym im Prozess der Stärkesynthese, benötigt. Durch einen Kaliummangel wird die Wirkungseffizienz des Enzyms herabgesetzt und die Stärkeeinlagerung in die Knollen begrenzt (Nitsos und Evans 1969).
Kalium ist bekannt für die Erhöhung der Stresstoleranz. Umgekehrt führt eine K-Mangelsituation dazu, dass die Pflanze anfälliger für Stress ist.
Die Rolle von K+ beim Öffnen und Schließen der Stomata wurde oben ausführlich beschrieben. Unter Kaliummangel ist der Schließmechanismus gestört, wodurch Transpirationsverluste auftreten können. Insgesamt steht weniger K+ für die Regulation des Wasserhaushaltes zur Verfügung und die Pflanzen reagieren empfindlicher auf Trockenstress.
Ausreichend mit K versorgte Pflanzen können ihren Wasserhaushalt gut regulieren. Durch ein Herabsetzen des osmotischen Potenzials innerhalb der Zellen können diese zum Beispiel vor Kälte geschützt werden. In K-Mangelsituationen funktioniert diese Regulation nicht oder nur eingeschränkt und der frierende Zellsaft schädigt durch Ausdehung das Blattgewebe. Außerdem ist die mit Kalium unterversorgte Pflanze nicht in der Lage den Gefrierpunkt des Zellsaftes herabzusetzen und erleidet früher Frostschäden (Kafkafi 1990; Kant et al. 2002).
Es wird berichtet, dass schlecht (mit K) ernährte Pflanzen anfälliger sind für biotische Stresse. So führt das Fehlen von K zur Ansammlung von Fotoassimilaten in den Blättern und unvollständiger Umwandlung in den Wurzeln und Knollen. Pathogene und Insekten ernähren sich bevorzugt von diesen niedrigeren Stoffwechselprodukten (Marschner 1995, Amtmann et al. 2008).
Eine unzureichende Kaliumversorgung verringert die Lagerfähigkeit von Kartoffeln aus mehreren Gründen:
Kalium spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation des osmotischen Drucks und der Zellwandfestigkeit. Eine ausreichende Kaliumversorgung trägt dazu bei, die Zellwandintegrität aufrechtzuerhalten. Ohne diese Zellwandintegrität sind die Zellwände der Kartoffelknollen anfälliger für mechanische Schäden während des Einlagerns und beim anschließenden Umladen und Sortieren.
Kalium ist essenziell für die Regulation des Wasserhaushalts in den Zellen. Eine angemessene Kaliumversorgung hilft dabei, den osmotischen Druck in den Zellen zu regulieren. Dadurch bleibt das Wasser gleichmäßig in den Zellen verteilt. Ist dies nicht möglich, können Wasserverlusten auftreten und die Knollen schrumpeln.
Kalium spielt in Pflanzenzellen eine wesentliche Rolle, indem es den osmotischen Druck reguliert. Der osmotische Druck sorgt dafür, dass Wasser durch eine semipermeable Membran in die Zelle fließen kann und bedingt damit zum Beispiel den Erhalt des Tugordrucks, der Zellform und -stabilität.
Auch reduzierende Zucker, wie Fructose oder Glucose können durch ihren Gehalt im Zellsaft einen solchen osmotischen Druck aufbauen. Der Gehalt an reduzierenden Zuckern soll in Kartoffelknollen jedoch möglichst gering sein, da diese bei einer starken Erhitzung zu Acrylamid reagieren können (siehe Beitrag "Nährstoffmanagement im Bio-Kartoffelanbau: Stickstoff").
Eine ausreichende Versorgung der Kartoffelpflanze mit Kaliumerhöht die Konzentration von Kaliumionen im Zellsaft auf ein Niveau, das den osmotischen Druck effektiv stabilisiert. Dadurch besteht ein geringerer Bedarf an anderen osmotisch aktiven Substanzen, wie reduzierenden Zuckern (Gerendás et al. 2007). Aus diesen wird von der Pflanze stattdessen Stärke synthetisiert.
Schwarzflecken entstehen bei Kartoffeln (häufig zum Ende der Lagerung) durch mechanische Belastungen bei einem niedrigen Wassergehalt der Knollen. Durch einen mechanischen Druck wird in den Zellen das Enzym Tyrosinase freigesetzt, welches dafür sorgt, dass das ebenfalls in den Knollen befindliche Tyrosin mit Sauerstoff zu Melanin reagiert (Martin-Prével 1989) Dieses Melanin wird dann in Form der grauen und schwarzen Flecken sichtbar und setzt die Vermarktungsqualität der Knollen wesentlich herab.
Eine ausreichende Versorgung der Kartoffelpflanze und -knollen mit osmotisch wirkendem Kalium erhöht zum einen den Zelltugorin den Zellen der Knolle, wodurch diese weniger anfällig für mechanische Stoßbelastungen werden (Naumann et al. 2020). Zum anderen wird die Aktivität von Tyrosinase und der Tyrosingehalt in den Zellen herabgesetzt (Martin-Prével 1989), während die Einlagerung organischer Säuren, wie Vitamin C, die als Antioxidantien gegen Schwarzfleckigkeit wirken, gleichzeitig gesteigert wird (Koch et al. 2020).
Wie die (K-) Düngung in der Praxis unter Einsatz verschiedener Düngemittel gelingen kann, wird nach der Vorstellung der anderen Nährstoffe in einem weiteren Blogbeitrag behandelt. Wer sich bis dahin selbst tiefergehend mit der Pflanzenernährung im Bio-Kartoffelanbau auseinandersetzen möchte, findet in den untenstehenden Veröffentlichungen wertvolle Anknüpfpunkte:
Bilder verschiedener Nährstoffmängel bei Kartoffeln gibt es auf der Webseite der Firma Yara zu sehen.
Amanda Birkmann (MSc)
Saskia Casper (MSc)
Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde
Fachgebiet Agrarökologie und nachhaltige Anbausysteme
Prof. Dr. Ralf Bloch
Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde
Fachgebiet Agrarökologie und nachhaltige Anbausysteme
Schicklerstr. 5, 16225 Eberswalde
E-Mail: ralf.blochhneede
Prof. Dr. habil. Stefan Kühne
Julius Kühn-Institut (JKI)
Institut für Strategien und Folgenabschätzung
Stahnsdorfer Damm 81, 14532 Kleinmachnow
E-Mail: stefan.kuehnejulius-kuehnde
Torabian, S., Farhangi-Abriz, S., Qin, R., Noulas, C., Sathuvalli, V., Charlton, B., & Loka, D. A. (2021). Potassium: A vital macronutrient in potato production—A review. Agronomy, 11(3), 543.
Zörb, C., Senbayram, M., & Peiter, E. (2014). Potassium in agriculture–status and perspectives. Journal of plant physiology, 171(9), 656-669.
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Letzte Aktualisierung 28.06.2024
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