Nährstoffmanagement im Bio-Kartoffelanbau: Stickstoff

Ist die Kartoffelpflanze in den ersten sechs Wochen nach dem Auflaufen nur unzureichend mit Stickstoff versorgt, schlägt sich dies auf das vegetative Wachstum, in Form einer verringerten Blattmasse- und damit auch Fotosyntheseleistung, nieder. Dies ist auf die Beteiligung von Stickstoff an den eingangs aufgeführten Stoffwechsel- und Wachstumsprozessen zurückzuführen. Versuche von Kolbe (2021) haben gezeigt, dass die Merkmale des Blattapparates (Wuchshöhe, Krautdeckungsgrad) sowie die Fotosyntheserate wiederum eng mit der Knollenbildung und dem Knollengewicht korrelieren. Wodurch eine unzureichende N-Versorgung der Pflanze im frühen Entwicklungsstadium zu einer Reduktion des Knollenansatzes und in einer späteren Phase zur Verringerung des Knollengewichts führt.

Proteine (Eiweiße) werden aus Aminosäuren synthetisiert. Diese Säuren wiederum enthalten mindestens eine namensgebende, stickstoffhaltige funktionelle Aminogruppe (-NH₂). Die Synthese von Proteinen ist folglich direkt von der N-Verfügbarkeit abhängig. Bei einer unzureichenden Versorgung der Pflanze mit Stickstoff werden weniger Proteine gebildet und in die Knolle eingelagert.

Im Gegensatz dazu ist der Knollengehalt an reduzierenden Zuckern, wie Glucose und Fructose, bei einer unzureichenden N-Versorgung der Pflanze deutlich erhöht. Diese Zuckermoleküle reagieren bei einer starken Erhitzung, beispielsweise beim Frittieren, mit der ebenfalls in den Knollen enthaltenen Aminosäure Asparagin zu Acrylamid. Metaboliten des Acrylamids wiederum, die nach dem Verzehr im Körper entstehen, gelten als krebserregend. Ein erhöhter Gehalt an reduzierenden Zuckern in der Kartoffelknolle ist deshalb durch eine bedarfsgerechte N-Versorgung zu vermeiden. Die höhere Aufnahme von N führt zu einer Verringerung der verfügbaren Mono- und Disaccharide im Pflanzenstoffwechsel, da diese dann für die Synthese von Aminosäuren und Amide, wie Glutamin und Asparagin, verwendet werden (Wilde et al. 2006).

Der Stärkegehalt der Knollen, der sich je nach Kochtyp und Verwertung der Kartoffel unterscheidet und dabei zwischen etwa 10 und 25 Prozent liegt, sinkt bei einer Steigerung der N-Düngung. Möglicherweise handelt es sich dabei um einen indirekten Wachstumseffekt, der auf die ungleichmäßige Verteilung der Stärke in der Knolle zurückzuführen ist. Diese ist insbesondere im Mark, also im Inneren der Knolle konzentriert. Eine erhöhte N-Versorgung regt jedoch vor allem den stärkearmen Cortex, die Rindenschicht der Knolle, zum Wachstum an (Keller et al. 1999).

Weiterhin kann der verminderte Stärkegehalt der Knolle bei einer überhöhten N-Düngung auf die damit einhergehende verzögerte Alterung der Pflanze zurückzuführen sein. Eine hohe N-Verfügbarkeit regt die Pflanze zur Bildung neuer Blätter an und verlängert so ihre Vegetationsdauer. Die Einlagerung von Stärke in die Kartoffelknolle ist jedoch mit dem Abreifeprozess assoziiert.

Die Proteinqualität der Kartoffel ist nach Storey (2007) in etwa mit der eines Hühnereis zu vergleichen und zeichnet sich insbesondere durch den hohen Gehalt an essentiellem Lysin aus. Die biologische Wertigkeit von Protein ergibt sich aus seiner Zusammensetzung – für eine optimale Verwertung im menschlichen Stoffwechsel müssen Komponenten, wie das Reinprotein, freie Aminosäuren und Amide in einem bestimmten Verhältnis zueinander enthalten sein. Die biologische Wertigkeit des Kartoffeleiweißes wird durch den Gehalt an Methionin, eine essenzielle Aminosäure, die nur in geringem Umfang von der Pflanze synthetisiert wird, limitiert.

Bei einem Überangebot von N wird die Synthese von Amiden, wie Glutamin und Asparagin, stärker begünstigt (Keller et al. 1999). Das ist vermutlich auf ihre höhere N-Bindung durch zwei funktionelle Aminogruppen (Methionin und andere AS besitzen lediglich eine Amino-Gruppe) zurückzuführen, wodurch N in einer günstigeren Form, mit niedrigerem C/N-Verhältnis effizienter in der Pflanze gespeichert und transportiert werden kann (Muttucumaru et al. 2013). Das Verhältnis der Proteinkomponenten zueinander wird jedoch zugunsten der Amide verändert, womit die biologische Wertigkeit des Proteins gesenkt wird. Auch die verminderte Schmackhaftigkeit überdüngter Kartoffeln kann mit dem erhöhten Gehalt dieser Verbindungen erklärt werden (Keller et al. 1999).

Wenn der Alterungsprozess der Kartoffel aufgrund einer stetig hohen N-Verfügbarkeit verzögert wurde, kann es passieren, dass Umweltfaktoren (z.B. Krankheiten, wie die Kraut- und Knollenfäule oder Hagelschlag) den (natürlichen) Abreifeprozess abrupt beenden. Die Knollen haben dann ihren sortentypischen Stärke- und Trockensubstanzgehalt noch nicht erreicht und sind somit schlechter lagerfähig. Außerdem haben solche Partien erfahrungsgemäß eine schlechtere Schalenfestigkeit, was die Lagerfähigkeit weiter vermindern kann, da Schalenverletzungen Eintrittspforten für Krankheitserreger sind.

Ein weiteres Qualitätsmerkmal der Kartoffelknolle und ein geeigneter Indikator für eine überhöhte oder verspätete N-Düngung ist der Nitratgehalt der Knolle, da dieser mit einer erhöhten Verfügbarkeit von N ansteigt. Viele Vermarktungspartnerinnen und -partner verlangen jedoch niedrige Werte (Dreyer et al. 2011). Ab 200 mg N/kg Frischmasse können die Gehalte als erhöht eingestuft werden, wobei sie in ökologischen Knollen zumeist nur bei etwa 100 mg/kg liegen.

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