8. Maniok 45-55

Universität Hohenheim
Fakultät für Agrarwissenschaften
Institut für Pflanzenproduktion und Agrarökologie in den Tropen und Subtropen
Fg. Ökophysiologie und Systematik rohstoffliefernder Pflanzen
Prof. Dr. Folkard Asch
Die wichtigsten stärkeliefernden Pflanzen für die Herstellung von
Bioethylen im globalen Vergleich
Bachelorarbeit im Rahmen des Studiums
der Nachwachsenden Rohstoffe und Bioenergie
vorgelegt von
Steve Davies
Hohenheim, September 2013
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis.............................................................................................. I
Abbildungsverzeichnis............................................................................................... III
Tabellenverzeichnis................................................................................................... V
1 Einleitung..............................................................................................................3
2 Mais........................................................................................................................ 8
2.1 Herkunft und Verbreitung................................................................................9
2.2 Botanik............................................................................................................ 10
2.3 Klima und Bodenansprüche............................................................................ 13
2.4 Anbaumethoden..............................................................................................14
2.5 Krankheitserreger und Schädlinge..............................................................
15
2.6 Düngung und Pflege..................................................................................
16
2.7 Ernte und Erträge............................................................................................18
2.8 Verwertung......................................................................................................19
2.9 Wirtschaftliche Bedeutung.............................................................................. 19
2.10 Ökologische Bedeutung................................................................................. 21
3 Weizen................................................................................................................... 22
3.1 Herkunft und Verbreitung................................................................................ 23
3.2 Botanik............................................................................................................ 24
3.3 Klima und Bodenansprüche............................................................................ 26
3.4 Anbaumethoden..............................................................................................27
3.5 Düngung und Pflege..................................................................................... 28
3.6 Ernte und Erträge............................................................................................30
3.7 Verwertung......................................................................................................31
3.8 Wirtschaftliche Bedeutung.............................................................................. 31
3.9 Ökologische Bedeutung................................................................................... 32
1
4 Kartoffel................................................................................................................. 33
4.1 Herkunft und Verbreitung................................................................................ 34
4.2 Botanik............................................................................................................ 35
4.3 Klima und Bodenansprüche............................................................................ 37
4.4 Anbaumethoden..............................................................................................38
4.5 Krankheitserreger und Schädlinge..............................................................
39
4.6 Düngung und Pflege....................................................................................
40
4.7 Ernte und Erträge............................................................................................41
4.8 Verwertung......................................................................................................42
4.9 Wirtschaftliche Bedeutung.............................................................................. 42
4.10 Ökologische Bedeutung................................................................................. 44
5 Maniok................................................................................................................... 45
5.1 Herkunft und Verbreitung................................................................................ 46
5.2 Botanik............................................................................................................ 47
5.3 Klima und Bodenansprüche............................................................................ 48
5.4 Anbaumethoden..............................................................................................49
5.5 Krankheitserreger und Schädlinge............................................................... 50
5.6 Düngung und Pflege...................................................................................
51
5.7 Ernte und Erträge........................................................................................... 52
5.8 Verwertung..................................................................................................... 53
5.9 Wirtschaftliche Bedeutung.............................................................................. 53
5.10 Ökologische Bedeutung.................................................................................55
6 Diskussion.............................................................................................................56
7 Zusammenfassung............................................................................................... 62
8 Literaturverzeichnis............................................................................................. 63
2
Abkürzungsverzeichnis
%
Prozent
°
Grad
°C
Grad Celsius
Ø
Durchschnitt
Abb.
Abbildung
bzw.
beziehungsweise
ca.
Zirka
cm
Zentimeter
Cl
Chlor
CO2
Kohlenstoffdioxid
dt
Dezitonnen
ec
Europäische Kommission
engl.
englisch
EU
Europäische Union
FAO
Food and Agriculture Organization of the United Nations
FAOSTAT
Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database
g
Gramm
ha
Hektar
Jh.
Jahrhundert
N
Stickstoff
K
Kalium
K2O
Kaliumoxid
I
TKG
Tausendkorngewicht
kg
Kilogramm
m
Meter
m²
Quadratmeter
Mio.
Millionen
mS
Millisievert
n
haploider Chromosomensatz
N
Stickstoff
P
Phosphor
S
Schwefel
t
Tonnen
Tab.
Tabelle
ugs.
umgangssprachlich
v. Chr.
vor Christus
II
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Wertschöpfungskette Stärke
4
Abbildung 2: Hauptanbauländer Maniok, Mais, Kartoffel, Weizen gemessen an
Produktionsleistung
5
Abbildung 3: Strukturformel Stärke
7
Abbildung 4: Maisfeld
8
Abbildung 5: Hauptanbaugebiete Mais
9
Abbildung 6: Unterschiede im Kornaufbau bei Mais
10
Abbildung 7: Querschnitt durch ein reifendes Maiskorn
10
Abbildung 8: Maiskeimling während der frühen Entwicklung
11
Abbildung 9: Männliche und weibliche Blütenstände von Mais
12
Abbildung 10: Weizenfeld
22
Abbildung 11: Hauptanbaugebiete Weizen
23
Abbildung 12: Kayopsen von Triticum-Arten im Vergleich
24
Abbildung 13: Öhrchen bei Triticum aestivum
25
Abbildung 14: Weizen (triticum aestivum)
26
Abbildung 15: Kartoffelpflanze
33
Abbildung 16: Hauptanbaugebiete Kartoffel
34
Abbildung 17:Blüte der Kartoffel
35
Abbildung 18: Blüte der Kartoffel
35
Abbildung 19: Entwicklungsstadien der Kartoffelpflanze
36
Abbildung 20: Maniokpflanze
45
Abbildung 21: Hauptanbaugebiete Maniok
46
III
Abbildung 22: Maniok
47
Abbildung 23: Anzahl unterernährte Menschen nach Region
56
Abbildung 24: Anteil Pflanzen an weltweiter Stärkeproduktion
60
IV
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Weltweite Anbaufläche und Produktion stärkeliefernder pflanzen im
Vergleich.
3
Tabelle 2: Potentieller Stärkeertrag ausgewählter Stärkepflanzen (Erntegut) im
weltweiten Durchschnitt.
6
Tabelle 3: Verlauf der Nährstoffaufnahme bei Mais.
17
Tabelle 4: Wichtigste Anbauländer von Mais gemessen an Ertrag, Anbaufläche und
Produktion im Jahr 2012.
20
Tabelle 5: Wichtigste Anbauländer von Weizen gemessen an Ertrag, Anbaufläche
und Produktion im Jahr 2012.
32
Tabelle 6: Wichtigste Anbauländer von Kartoffel gemessen an Ertrag, Anbaufläche
und Produktion im Jahr 2012.
43
Tabelle 7: Wichtigste Anbauländer von Maniok gemessen an Ertrag, Anbaufläche
und Produktion im Jahr 2012.
54
Tabelle 8: Weltweite Erträge stärkeliefernder pflanzen im Vergleich.
57
Tabelle 9: Produktion, Anbaufläche, Erträge.
58
Tabelle 10: Verfahren zur Stärkegewinnung und Nutzung.
59
V
1 Einleitung
Die Nutzung von stärkeliefernden Pflanzen zur Versorgung mit Nahrungsmitteln ist
seit Jahrtausenden der Fall. Nach (Parey, 1988) ist eine systematische Nutzung
von Wildpflanzen um 10.000 v. Chr. durch archäologische Funde belegt. Stärke ist
in allen Zonen der Welt der wichtigste und billigste Energielieferant für die
menschliche Ernährung (Rehm u. Espig, 1996).
Tabelle 1 zeigt die Entwicklung in der Weltproduktion und Anbaufläche der
wichtigsten stärkeliefernden Pflanzen für die menschliche Ernährung von 1992
und 2012. Die Ausweitung der Anbauflächen stagnieren und sind teilweise
rückläufig. Steigerungen der Anbauflächen sind bei Reis (etwa 10,9%), Mais (etwa
29,4%), Maniok (etwa 20,3%) und Kartoffel (etwa 4,5%) zu verzeichnen. Die
Produktion ist bei Reis (etwa 35,8%), Mais (etwa 64%), Maniok (etwa 58,2%) und
Kartoffel (etwa 31,7%) angestiegen.
Tabelle 1: Weltweite Anbaufläche und Produktion stärkeliefernder Pflanzen im
Vergleich.
Pflanze
Anbaufläche 1992
[ha]
Produktion
1992 [Mio. t]
Anbaufläche
2012 [ha]
Produktion
2012 [mio. t]
Weizen
222.483.953
565,3
216.638.762
674,9
Reis (roh)
147.374.854
528,6
163.463.010
718,3
Mais
136.771.096
533,6
176.991.927
875,1
Maniok
16.609.739
162,1
19.990.556
256,5
Kartoffel
18.473.904
279,7
19.321.198
368,4
Gerste
73.512.974
165,6
49.310.546
132,4
Hirse
37.567.566
29,7
31.230.341
25,6
Hafer
19.516.737
34,6
9.627.546
21,0
Quelle: FAOSTAT
Stärkeliefernde Pflanzen haben nicht nur für die menschliche Ernährung eine
große Bedeutung, sondern die aus der Pflanze gewonnene Stärke nimmt in der
3
Industrie eine immer wichtigere Rolle ein. Für die Stärkeproduktion zur
industriellen Stärkenutzung sind vor allem die Kartoffel, Mais, Maniok und Weizen
von großer Bedeutung.
Aufgrund wachsender Nachfrage ist die weltweite Stärkeproduktion in den letzten
20 Jahren um das Dreifache angestiegen (zuckerforschung.at). In der EU um das
2,5- Fache (zuckerforschung.at). Im Jahr 2012 lag die weltweite Stärkeproduktion
bei etwa 75 Mio. t, in der EU bei ca. 10 Mio. t (zuckerforschung.at). Die Stärke
findet in fast allen Bereichen der Industrie Verwendung. In der Textilindustrie wird
Stärke zum Schlichten von Garnen und Appretieren von Gewebe genutzt.
Anwendung findet die Stärke auch in der Kosmetik, zur Herstellung von
pharmazeutischen Präparaten, als Trocknungsmittel, als Klebemittel und als
Füllstoff in der Papierindustrie. Die Kunststoffindustrie setzt immer mehr auf
biologisch abbaubare Produkte und hat eine immer größer werdende Nachfrage
an Stärke. Ein erheblicher Teil wird durch Säurehydrolyse oder enzymatisch zu
Dextrin und Zucker verarbeitet, da er billiger als Saccharose ist. In der
Biokraftstoffindustrie wird Ethanol aus der Stärke gewonnen (aaf-eu.org,2013;
Rehm u. Espig, 1996; Zuckerforschung.at, 2013).
Abb. 1: Wertschöpfungskette Stärke
Quelle: Agrosynergie
4
Stärkeliefernde Pflanzen werden überall auf der Welt angebaut. Eine Einteilung
der verschiedenen Getreide in temperierte und tropische Zonen ist heute nicht
mehr so stark ausgeprägt. Neue Errungenschaften der Phytogenetiker und
Phytopathologen ermöglichen es, Getreide unter verschiedenen Bedingungen
anzubauen. Es ist heute möglich den ursprünglich tropischen Mais auch bis über
55° nördl. Breite anzubauen. Unterschiedliche Weizensorten können unter
extremen Kältebedingungen wachsen, oder lassen sich im tropischen Klima
Indien, Zentralafrika und Brasilien kultivieren. China ist heutzutage der
dominierende Produzent an Getreide und ist mit Indien der führende Produzent
von Kartoffeln. Mais wird vor allem in den USA angebaut. Maniok wird
überwiegend
in
Brasilien,
Nigeria,
Thailand
und
Indonesien
angebaut
(Aufhammer, 1996; Geisler, 1988; Rehm u. Espig, 1996).
Abb. 2: Hauptanbauländer Maniok, Mais, Kartoffel, Weizen gemessen an Produktionsleistung
Quelle: weltkarte.com, eigene Darstellung
Die pflanzlichen Speicherorgane für Kohlenhydrate sind morphologisch sehr
unterschiedlich. Einerseits dienen dazu die Nährgewebe von Samen und
Früchten,
andererseits
liegen
sie
in
den
unterirdischen
Knollen
und
Wurzelverdickungen vor. Die Ertragsstruktur von Wurzel- und Knollenfrüchten
unterscheidet sich grundlegend von Getreide. Wurzeln und Knollen sind selbst
nicht zur Assimilation befähigt, da sie sich im Boden außerhalb des Lichteinflusses
entwickeln. Wurzelfrüchte bilden nur ein Ernteorgan, Knollenfrüchte entwickeln
5
mehrere Einzelknollen je Pflanze. Körnerfrüchte entwickeln zahlreiche kleine
Samen. Ein wesentlicher Unterschied besteht im Stärkeanteil des Ernteguts.
Körner haben einen deutlich höheren Trockensubstanzgehalt
als vegetative
Speicherorgane (Aufhammer, 1996; Geisler, 1988; Rehm u. Espig, 1996).
Tabelle 2: Potentieller Stärkeertrag ausgewählter Stärkepflanzen (Erntegut) im
weltweiten Durchschnitt.
Pflanze
Ø-
Ertrag [t/ha]
Stäkegehalt [%]
Potentieller
Stärkeertrag
[t/ha]
Mais
4,9
65-85
3,19-4,17
Weizen
3,1
65-75
2,01-2,33
Kartoffel
19,0
15-20
2,85-3,8
Maniok
12,8
25-35
3,2-4,48
Quelle: FAO, Franke, 1994, eigene Umrechnung
Die in den Pflanzen gespeicherte Stärke ist ein Polymer aus Glucosemolekülen.
Dieses Polymer besteht aus Amylose und Amylopektion. Amylose ist ein α-1,4glykosidischen verknüpftes Glucosemolekül das Amyloseketten aus etwa 2001000 Glucosemolekülen bildet. Amylopektin ist ein verzweigtes aus α-1,6glykosidisch und α-1,4-glykosidisch verknüpftes Glucosemolekül, das aus etwa
1000-2000 Glucosemolekülen besteht.
6
Abb. 3: Strukturformel Stärke
Quelle: Lieberei u. Reisdorff, 2012
Auf den folgenden Seiten werden Kartoffel, Mais, Maniok und Weizen, die für die
industrielle Stärkegewinnung bedeutenden Pflanzen, beschrieben. Es wird unter
Anderem auf die Herkunft, die Botanik, Klimaansprüche, Anbaumethoden, ihre
Erträge und Verwertung eingegangen. Es werden ihre wirtschaftlichen und
möglichen ökologischen Aspekte herausgearbeitet. Am Ende stellt sich die Frage,
ob
die
aktuelle
Produktion
an
stärkeliefernden
Pflanzen
die
Nahrungsmittelversorgung einer stetig wachsendenden Bevölkerung sicherstellt
und ob bedingt durch den wachsenden Bedarf an Stärke für industrielle Zwecke zu
einer Nutzungskonkurrenz kommt. Es wird eine Abschätzung der Potentiale der
wichtigsten stärkeliefernden Pflanzen vorgenommen und am Beispiel der
Bioethylenherstellung diskutiert, wie groß der Anteil der aus Pflanzen gewonnene
Stärke zur Schonung natürlicher Ressourcen beitragen kann.
7
2 Mais
Zea mays L.
engl. maize, corn
Mais ist eine Nutzpflanze aus der Familie der Süßgräser (Poaceae) und stammt
aus der Ordnung Poales. Aufgrund seiner jahrtausendlangen Kultur verfügt Mais
über einen großen Sortenreichtum. Ihre Hauptvaritäten sind Hartmais oder
Hornmais (Z. mays convar. mays [=convar. vulgaris]), Zahnmais (Z. mays convar.
dentiformis), Weich oder Stärkemais (Z. mays convar. amylacea), Zuckermais (Z.
mays convar. saccharata), Puff-, Knall- oder Flockenmais (Z. mays convar.
microsperma) und Wachsmais (Z. mays convar. ceratina). Nach Weizen ist Mais
die kohlenhydratliefernde Pflanze mit der größten Anbaufläche und hat von allen
Getreidepflanzen das höchste Ertragspotential (FAO, Franke, 1994; Rehm u.
Espig, 1996; Lieberei u. Reisdorff, 2012).
Abb. 4: Maisfeld
Quelle: Wikipedia
8
2.1 Herkunft und Verbreitung
Die eindeutige Entwicklung der heutigen Kulturpflanze Mais aus einer Wildform ist
nicht nachvollziehbar. Es wird davon ausgegangen, dass sich Mais von der
Pflanze Tripsacum (T. dactyloides) abgespalten hat. Es ist aber nicht belegbar,
dass Mais eine domestizierte Form der Teosinte ist.
Das Herkunftsgebiet des Maises liegt auf dem amerikanischen Kontinent. Die
ältesten Funde in Mexiko reichen bis 7200 Jahre v. Chr. zurück. Die Nutzung als
Kulturpflanze belegen die ersten Funde kompletter Kolben aus Peru und Bolivien,
die auf 1000 bis 500 Jahre v. Chr. datiert werden.
Die ersten Maiskörner kamen 1493 durch Columbus nach Europa. Zu Beginn des
16. Jh. gelangte die Maispflanze durch die Portugiesen nach Asien und Afrika.
Heutzutage erstrecken sich die Anbaugebiete von etwa 60° nördl. Br. bis 42° südl.
Br.. In den USA ist der sogenannte Corn Belt im mittleren Westen zwischen 37
und 43° nördl. Br. das wichtiges Anbauzentrum. In E uropa sind die Ukraine und
Frankreich führende Produzenten im Maisanbau. Weitere wichtige Anbaugebiete
sind die Ebenen in Nordchina, Südostbrasilien und Nordost-Argentinien sowie
Indonesien, Indien und Mexiko (Brücher, 1977; FAO, Franke, 1994; Geisler, 1988;
Hanus et al., 2008).
Abb. 5: Hauptanbaugebiete Mais
9
2.2 Botanik
Mais ist ein einjähriges, meist nicht bestockendes Gras. Nur unter extremen
Bedingungen und bei bestimmten Sorten kann es zur Entwicklung eines zweiten
Halms kommen. Bedingt durch die hohe Anzahl verschiedener Varitäten, richtet
sich die Einteilung von Mais nach der Morphologie der Körner, der Beschaffenheit
des Maisendosperms und der Nutzung und hat keine systematische Bedeutung.
Abb. 6: Unterschiede im Kornaufbau bei Mais
Quelle: Franke, 1994
nicht schraffiert = mehliges Endosperm; punktiert = horniges Endosperm;
schräg schraffiert = wachsartiges Endorsperm;
waagereht schraffiert = zuckerhaltiges Endosperm
Abb. 7 Querschnitt durch ein reifes Maiskorn
Quelle: Hanus et al., 2008
10
Das Wurzelsystem ist an die besonderen Anforderung des Maises angepasst und
unterscheidet sich von anderen Wurzelsystemen monokotyler Pflanzen. Es muss
zum einen der großen Maispflanze ausreichend Halt geben und zum anderen der
hochproduktiven C4-Pflanze die nötige Nährstoffversorgung gewährleisten.
Abbildung 8 zeigt einen Maiskeimling mit seinen verschiedenen Wurzeltypen. Die
primäre Keimwurzel sowie die seminalen Wurzeln bilden sich am Mesokotyl und
sind bereits im Keimling angelegt. Die sprossbürtigen Kronenwurzeln die aus dem
bodennahen Knoten wachsen und oberirdische Luftwurzeln, die sich an höheren
Nodien bilden und nicht den Erdboden durchwuchern.
Der unverzweigte Stängel, der durch primäres Dickenwachstum an der Basis
verkehrt Kegelförmig ist, verläuft zur Rispe hin spitz. Er ist mit einem
parenchymatischen
Gewebe
gefüllt.
In
diesem
Mark
werden
Assimialte
zwischengespeichert, die für die Kornfüllphase benötigt werden. Die Anzahl der
Blätter der in den gemäßigten Klimaten angebauten Sorten beträgt zwischen 8 bis
16. Die sich an den Nodien abspreizenden Blätter umschließen mit ihrer
Blattscheide den Stängel und geben der Pflanze während der Wachstumsphase
die nötige Stabilität. Die Blätter sind oberseitig behaart und haben eine lanzettliche
Form.
Abb. 8: Maiskeimling während der frühen Entwicklung
Quelle: Hanus et al., 2008
11
Mais hat getrenntgeschlechtliche Blüten und ist eine monözische Pflanze. Da die
männlichen Blüten vor dem Erscheinen der Griffel reifen (Protandrie), ist Mais
fremdbefruchtend. Die Übertragung der Pollen erfolgt über den Wind.
Die männlichen Blütenorgane sind endständig als Rispe angelegt. An jeder der
paarweise
ausgebildet.
angeordneten
Pro
Blüte
Ährchen
werden
werden
drei
zwei
Antheren
Blüten
gebildet.
mit
Die
Hüllspelzen
weiblichen
Blütenorgane sitzen in Ährchen, die in einer kompakten Ähre, dem Kolben,
zusammengefasst sind, seitlich an den Blattachseln. Die weiblichen Blütenorgane
sind ebenfalls paarweise angeordnet, jedoch bestehend aus einer fertilen und
einer reduzierten Blüten, sodass sich nur ein Korn entwickelt. Meist wird nur ein
Kolben pro Pflanze gebildet, jedoch ist es möglich, dass sich mehrere Kolben an
einer Pflanze bilden. Die charakteristische Form (walzenförmig oder konisch)
bekommt der Kolben durch den Aufbau und dem Durchmesser der Spindel. Der
Kolben wird komplett von Lieschblättern umhüllt.
Abb. 9 : Männliche und weibliche Blütenstände von Mais
Quelle: Lieberei u. Reisdorff, 2012
a) Ausschnitt aus männlichem Blütenstand
b) Männlicher Teilblütenstand
c) Freigelegter weiblicher Blütenstand
12
Das Maiskorn ist eine Karyopse. Ein Maiskolben besteht aus 4 bis 9
Reihenpaaren Karyopsen. Jede Reihe enthält zwischen 30 und 50 Maiskörner.
Wie in Abb. 6 schon angedeutet wurde, ist bedingt durch den hohen
Sortenreichtum, nicht nur die Form sehr variabel, sondern auch das Gewicht und
die Pigmentierung. Die für die landwirtschaftliche Nutzung bedeutenden Hart- und
Zahnmaistypen sind in der Regel gelb gefärbt und haben ein Tausendkorngewicht
zwischen 200 und 600 g.
Für die menschliche Ernährung hat Hartmais oder Hornmais (Z. mays convar.
mays [=convar. vulgaris]) die größte Bedeutung. Sein Endosperm enthält 83%
Stärke und 8 bis 18% Eiweiß. Das Tausendkorngewicht liegt zwischen 100 bis
700g.
Zahnmais (Z. mays convar. dentiformis) ist bedingt durch seine
Massenwüchsigkeit der wichtigste Maistyp für Futter- und Verarbeitungszwecke.
Der Stärkegehalt liegt zwischen 68% bis 76%. Der Eiweißgehalt kann bei bis zu
20% betragen(FAO, Franke, 1994; Geisler, 1988; Hanus et al., 2008; Rehm u.
Espig, 1996; Lieberei u. Reisdorff, 2012).
2.3 Klima und Bodenansprüche
Der aus den Tropen und Subtropen stammende Mais ist eine wärmeliebende
Pflanze mit hohen Temperaturansprüchen. Mais hat ein hohes Lichtbedürfnis und
reagiert bei zu wenigen Sonnenscheinstunden ertragsmindernd. Abhängig von
den Entwicklungsstadien und dem Vegetationsverlauf, reagiert die Maispflanze
verschieden empfindlich auf niedrige Temperaturen. Das Temperaturminimum der
Keimung liegt zwischen 8 bis 10°C. Bei der Kornfüll phase, d.h. bei der
Translokation der im Mark gespeicherten Assimilate werden Temperaturen von
mehr als 12°C benötigt. Das Temperaturoptimum liegt bei 20-22°C. Die Pflanze
gedeiht auch bei 22 bis 24°C während der Wachstumsp eriode. Fallen die
Temperaturen unter 15°C bilden sich Kältechlorosen und das Pflanzenwachstum
stagniert. Bei Temperaturen unter 0°C stirbt die Pf lanze ab. Je nach Sorte und
Standortverhältnisse variiert der Wasserbedarf. Anspruchslose, weniger
ertragreiche Sorten kommen mit 250-300 mm Niederschlag aus. Ertragreiche
13
Sorten benötigen 400-900 mm im Verlauf der Vegetationsperiode. Mais ist nicht
trockenresistent, hat aber durch seine C4-Photosynthese eine hohe
Wassernutzungseffizienz. Den höchsten Wasserbedarf hat Mais während der
Blüte bis zum Beginn der Kornausbildung. Herrscht während dieser Zeit
Wassermangel (erkennbar durch Einrollen der Blätter), wird den männlichen
Blüten Wasser entzogen, was zur Sterilität führt. (Franke, 1994; Geisler, 1988;
Hanus et al., 2006; Rehm u. Espig, 1996; Lieberei u. Reisdorff, 2012).
Mais stellt als anspruchslose Kulturpflanze keine hohen Forderungen an die
spezifischen Eigenschaften des Bodens. Gut durchlüftete, tiefgründige, nicht
schwere Lehmböden bieten die Grundlage eines ertragreichen Anbaus. Auf zu
leichten Böden kann es bedingt durch den erst späten maximalen Wasserbedarf
des Maises zu Wasserstress kommen. Bei Staunässe kommt es zu Bildung von
Chlorosen. Neutrale bis leicht saurer Böden im Bereich pH 6 bis 7 sind optimal.
Mais wächst aber auch auf Böden mit eine pH- Wert < 5,5, vorausgesetzt es treten
keine freien Aluminiumionen auf (Franke, 1994; Hanus et al., 2012; Rehm u.
Espig, 1996).
2.4 Anbaumethoden
Der Anbau von Mais erfolgt in Reihen. Da ausgewachsene Maisbestände keine
ausreichende Bodendeckung erreichen, sind Reinbestände von Mais stark
erosionsgefährdet.
Um
diesem
Problem
entgegenzuwirken
sollten
Pflanzenrückstände von mindestens 2 t TM/ha den Boden bedecken. Die Basis
der Bodenbearbeitung und Saatbettvorbereitung ist die Herbstfurche. Sie ist 18 bis
24 cm tief und wird unter Einsatz von Eggen und Scheibeneggen erstellt. Sowohl
in den humiden Tropen, als auch in Trockengebieten werden Anbauverfahren
verwendet, die auf dem Prinzip der Mineralbodenbearbeitung basieren. Um in
Trockengebieten die Winderosionen einzuschränken, ist darauf zu achten, dass
die Bodenbearbeitung eine raue Oberfläche hinterlässt. Die Saattiefe richtet sich
nach den Standortbedingungen. Auf leichten Böden und unter trocknen
Standortbedingungen sollte die Saat in eine Tiefe von 5 bis 10 cm ausgebracht
werden. Auf schweren Böden und bei feuchtem Klima sind 4 bis 5 cm
ausreichend. Die Bestandesdichte ist Standort- und Sortenabhängig. Sie
14
beeinflusst den Kolbenwuchs. Bei geringer Wasserversorgung sind 2 bis 3
Pflanzen
pro
m²
optimal.
Bei
ausreichender
Wasserversorgung
und
entsprechender Sorte sind aber bis zu 10 Pflanzen pro m² möglich. Der
Reihenabstand beträgt zwischen 0,7 bis 1 m und in der Reihe von 0,2 bis 0,3 m.
Die Saatmenge beträgt 20-30 kg/ha.
Als Sommergetreide ist der Saattermin von Mais zwischen April und Mai, variiert
jedoch nach Anbauregion. In tropischen Regionen ist er vom Niederschlag
abhängig und liegt zu Beginn der Regenperiode, sodass während des
Fahnenschiebens und Blühen der Kolben die höchstmögliche Menge an Wasser
zur Verfügung steht.
Bedingt durch seinen hohen Nährstoffentzug und aufgrund der Ernterückstände
hat Mais einen geringen Vorfruchtwert für Hackfrüchte, ist aber für Getreide ideal
als Vorfrucht geeignet. Besonders als Vorfrucht für Wintergetreide eignet sich
Mais optimal. Mais lässt sich als selbstverträgliche Pflanze auch über Jahre als
Monokultur anpflanzen. Ohne Einsatz von Herbiziden führt dies aber zu erhöhter
Verunkrautung der Bestandes. Eine weitere Folge des Monokulturanbaues ist das
verstärke Auftreten von Krankheitserregern. Mais eignet sich auch für den Anbau
in Misch- und Zwischenkulturen. Für Mischkulturen eignen sich Leguminosen wie
Soja, Knollenfrüchte wie zum Beispiel Maniok und Yam, oder auch Melonen und
Hirse. In jungen Kakao-, Kaffee, Ölpalmen-, Hevea-, Kokospalmenpflanzungen
wird Mais als Zwischenkultur angepflanzt und hilft dadurch Erträge zu sichern
(Franke, 1994; Geisler, 1988; Hanus et al., 2008).
2.5 Krankheitserreger und Schädlinge
Mais hat eine langsame Jugendentwicklung und ist daher anfällig für
Auflaufkrankheiten. Fusarium, Phytium-Arten und Rhizoctonia-Arten verursachen
Nekrosen und Fäulnis.
Wurzel, Stängel- und Kolbenfäulen werden von Fusarium-Arten, Rhizoctonia,
Microdochium, Microspora, Helminthosporum und Acremonia hervorgerufen.
Schadbilder sind hellbraune bis schwarze Verfärbungen an der Wurzel und
unterschiedliche Verfärbungen der Lieschblätter in weiß, rot und braun. Ein
15
typischer Pilz der den Mais befällt ist der Maisbeulenbrand (Ustilago maydis).
Schadbilder sind hellgrüne bis weiße Sporenbehälter (Beulen) entlang der
Blattspreiten. Eine weitere schädigende Krankheit ist der Maiskopfbrand
(Sphacelotheca reiliana). Sie bildet aus der Rispe und dem Kolben des Maises
schwärzliche Sporenmasse.
Zahlreiche tierische Schädlinge können den Maisanbau gefährden und treten
abhängig vom Entwicklungsstadium und Anbaugebiet des Maises auf. Im Boden
sind Drahtwürmer und Engerlinge für Schäden an der Keimpflanze verantwortlich.
Sie fressen am Korn und am Keimling, sowie an der Wurzel der jungen
Maispflanze. In Amerika sind vor allem Triebfliegen der Gattung Delia
Hauptschädlinge
der
Keimpflanze.
Bedeutende
Schädlinge
sind
die
Maisstängelbohrer, bzw. die Larven der Zünsler. Die Gattung Chilo (C.partellus, C.
suppressalis, C. polychrysus) in Asien, Afrika und Australien. Der Maiszünsler der
Gattung Ostrinia (Ostrinia nubilalis, der Europäische Maizünsler, Ostrinia
furnacalis, der Asiatische Maiszünsler ) und in Amerika die Gattung Diatraea (D.
grandiosella, D. lineolata). Blatt- und Kolbenschäden entstehen in den meisten
Anbaugebieten hauptsächlich durch Raupen von Eulenschmetterlingen. Die
Gattungen sind Helicoverpa (H. armigera, in der alten Welt, H. zea, in der neuen
Welt), Spodoptera (S. frugiperda in Amerika, S. exempta und S. litura in Asien und
Australien, S. littorali in Afrika), und Mythimma (M. separata in Asien, M.
unipunctata in Amerika, M. loreyi in Afrika) (Franke, 1994; Geisler, 1988; Rehm u.
Espig, 1996; Hanus et al., 2008).
2.6 Düngung und Pflege
Wegen seiner hohen Biomasseproduktion hat Mais einen hohen Nährstoffbedarf
und bei Nährstoffmangel kommt es wie bei allen Fruchtarten zu verringerten
Erträgen und minderwertigen Ernteprodukten. Die Höhe der Mineraldüngergaben
ist abhängig von den Standortbedingungen, Anbauverfahren, Vorfrüchten und der
Sorte. Symptome die bei einer Mangelerscheinung auftreten sind vor allem an den
Blättern durch Farb- und Formveränderung zu erkennen.
16
Die Stickstoffdüngung ist abhängig vom Ertragspotential der Pflanzen und kann
bei sehr hohen Erträgen bei bis zu 300 kg N/ha liegen. Sie sollte in zwei Gaben
erfolgen. Am effektivsten ist 50% zur Aussaat und 50% bei einer Wuchshöhe von
20cm. Phosphor und Kalium werden als Grunddüngung verabreicht. Es sollten 80110 kg/ha P2O5 und 160-230 kg/ha K2O gedüngt werden.
Die
langsame
Jugendentwicklung
und
die
daraus
bedingte
schwache
Konkurrenzkraft des Maises erfordern schon vor dem Keimen eine optimale
Unkrautbekämpfung. Hierfür eignen sich Netzeggen, Federzinkenstriegel und
Hackstriegel. Ab dem Öffnen des ersten Blattes sollten diese Maßnahmen
eingestellt werden um keine Jungpflanzen zu vernichten. Chemisch kann mit
Herbiziden gegen Unkräuter vorgegangen werden.
An Standorten mit Wassermangel ist darauf zu achten, dass der Mais vor allem
bei der Keimung, der Bildung sprossbürtiger Wurzeln und vor und nach der Blüte
mir ausreichend Wasser versorgt wird. Allerdings ist darauf zu achten, dass keine
Staunässe auftritt, da sonst Wachstumsstockungen auftreten (Franke, 1994;
Hanus et al., 2008).
Tabelle 3: Verlauf der Nährstoffaufnahme bei Mais.
Quelle: Hanus et. al 2008
17
2.7 Ernte und Erträge
Der Erntetermin von Mais ist abhängig von der Nutzungsart. Anzeichen für eine
Reife Maispflanze sind langsam vergilbende Blätter und die sich an der Spitze
befindenden Lieschen gehen auseinander. In Tabelle 3 sind die verschiedenen
Entwicklungsstadien des Maises dargestellt. Die Ernte der Ganzpflanze wird in
den meisten Ländern von Feldhäckslern mit Maisschneidewerken durchgeführt. In
den USA werden spezielle Maispicker verwendet. Die Ernte der Kolben erfolgt in
vielen Entwicklungsländern, vor allem in den Tropen, per Hand. Für die
Körnerernte werden Mähdrescher mit Pflückvorsätzen verwendet .Bei der
Ganzpflanzenernte für die Frischverfütterung sollte mit Beginn der Blüte bis zur
Milchreife geerntet werden. Zu diesem Zeitpunkt hat Mais den höchsten
Futterwert. Eine spätere Ernte für die Futternutzung ist nicht zu empfehlen, da die
Halme ab diesem Zeitpunkt rasch verholzen. Der TM-Gehalt der Ganzpflanze liegt
hier bei etwa 21%. Nehmen die Maiskörner eine wachsähnliche Konsistenz an,
kann der Mais für die Silierung geerntet werden. Der TM-Gehalt der Ganzpflanze
liegt bei 27-28 %. Ab dem Zeitpunkt der Druschreife können die Körner geerntet
werden. Der TM-Gehalt der Körner liegt bei 60-70%. Höhere TM-Gehalte wirken
sich negativ auf den Anteil von Bruchkorn aus.
Im Jahr 2012 lag der weltweite durchschnittliche Kornertrag bei 4,9 t/ha und hat
sich in den letzten zehn Jahren um 0,5 t/ha erhöht. Im Hauptanbauland Amerika
wird trotz des schlechten Jahres 2012 ein Spitzenwert von 7,7 t/ha erreicht (9,2
t/ha im Jahr 2011), der nur von Frankreich mit 9,1 t/ha übertroffen wird. In allen
Hauptanbauländern ist eine Ertragssteigerung in den letzten zehn Jahren zu
verzeichnen. So wurden die Kornerträge in China von 4,9 t/ha im Jahr 2002 auf
5,9 t/ha im Jahr 2012 erhöht. Brasilien konnte im Vergleich zum Jahr 2002 die
Erträge um 2 t/ha im Jahr 2012 steigern und erzielt Erträge von 5 t/ha.
Entwicklungsland Indonesien steigerte die Erträge auf 6,0 t/ha im Jahr 2012 im
Vergleich zu 4,9 t/ha aus dem Jahr 2002. Erträge von Grün- und Silomais werden
noch nicht Flächendeckend erfasst. (FAOSTAT, 2012; Franke, 1994 Hanus et al.,
2008; Rehm u. Espig, 1996).
18
2.8 Verwertung
Mais bietet eine breites Spektrum an Verwendungsmöglichkeiten, zusätzlich zu
seiner Bedeutung als ein hochwertiges Futtermittel für Nutztiere und zur
Nahrungsmittelbereitstellung für den Menschen, wird Mais zunehmend auch als
wichtiger Naturrohstoff für die industrielle Weiterverarbeitung im technischindustriellen Bereich und zur Energiegewinnung genutzt. Einen großen Vorteil bei
der Stärkegewinnung durch Mais, bieten anfallenden Abfallprodukte, da diese
gewinnbringend vermarktet werden können. Die gewonnene Maisstärke kommt
bei der Papierherstellung, in der Textil-Industrie sowie bei der Herstellung von
Chemikalien und Pharmazeutika zum Einsatz. Maiskeimöl findet für technische
Zwecke, zur Herstellung von Kosmetika und in der Pharmazie Verwendung. Die
aus den Jahren 2005-2007 stammenden Zahlen ergeben, dass im weltweiten
Durchschnitt mit 63% der höchste Anteil des angebauten Maises an Tiere
verfüttert wird. 15% der globalen Ernte werden als Nahrungsmittel verwendet 11%
werden weiterverarbeitet und 10% werden auf eine andere Weise genutzt. 1%
findet Verwendung als Saatgut. Vor allem in Entwicklungsländern wie Indien und
Lateinamerika ist Mais ein wichtiges Nahrungsmittel (Franke, 1994; Rehm u.
Espig, 1996; Shiferaw et al., 2011).
2.9 Wirtschaftliche Bedeutung
Weltweit gehört Mais neben Weizen und Reis zu den wichtigsten Getreidearten
und ist nach Weizen die Kulturpflanze mit der größten Anbaufläche. Die
weltweiten durchschnittlichen Flächenerträge sind bei Mais mit 4,9 t/ha im
Vergleich zu anderen Getreidearten wie Weizen mit 3,1 t/ha oder Reis mit 4,4 t/ha
deutlich höher und konnten in den letzten zehn Jahren um 0,5 t/ha gesteigert
werden. Über 70% der weltweiten Körnermaisproduktion entfallen auf die USA,
China, Brasilien, Argentinien, Ukraine und Indien. Der Anteil der USA beträgt über
31%. In den
Hauptanbauländern wird Mais zum größten Teil verfüttert oder
exportiert, lediglich in Entwicklungsländern, vor allem in Lateinamerika und Afrika
ist Mais Grundnahrungsmittel. Die Nutzung von Mais als nachwachsender
Rohstoff hat für die Industrie in den letzten Jahren ständig an Bedeutung
gewonnen. Allerdings ist eine Massenanwendung nicht absehbar, sondern
19
orientiert sich an die spezifische Verbesserung der Qualität vorhandener Produkte.
Die Weiterverarbeitung erfolgt je nach Qualität als modifiziert oder unmodifizierte
Stärke. In der Papierherstellung wird Stärke bedingt durch den immer höheren
Anteil an Altpapier als Füllstoff benötigt.
Im Jahr 2010 waren die USA mit 50,9 Mio. t führender Exporteuer von
Körnermais. Weitere Exportländer sind Argentinien (17,5 Mio. t), Brasilien (10,8
Mio. t) und Frankreich (6,6 Mio. t). Hauptabnehmerländer waren im selben Jahr
Japan ( 16,2 Mio. t), Korea ( 8,5 Mio. t), Mexico (7,8 Mio. t) und China (6,2 Mio. t)
(FAOSTAT, 2010 ; Franke, 1994; Hanus et al. 2008; Shiferaw et al., 2011).
Tabelle 4: Wichtigste Anbauländer von Mais gemessen an Ertrag, Anbaufläche
und Produktion im Jahr 2012.
Land/Kontinent
Ertrag [t/ha]
Anbaufläche [ha]
Produktion
[tKörnermais]
USA
7,7
35.359.790
273.832.130
China
6,0
34.969.000
208.258.000
Brasilien
5,0,
14.225.998
71.295.478
Argentinien
7,3,
3.500.000
25.700.000
Indien
2,5
8.400.000
21.060.000
Europa
5,1,
18.313.472
94.090.160
Asien
5,0
57.498.287
287.919.236
Amerika
6,3,
67.545.122
422.963.492
Welt
4,9
176.991.927
875.098.631
Quelle: Daten FAOSTAT
20
2.10 Ökologische Bedeutung
Mais hat im Vergleich zu anderen Kulturpflanzen, vor allem Getreidepflanzen,
einen entscheidenden Vorteil. Sie betreibt C4-Photosynthese. Dies ermöglicht ihr
bei entsprechenden Standortbedingungen mehr CO2 aufzunehmen und hohe
Erträge zu erzielen. Ihr effektives Transpirationssystem ermöglicht es mit wenig
Wasser sehr viel Trockenmasse zu bilden. Im Vergleich zu anderen Pflanzen
benötigt Mais weniger Stickstoff pro t Ertrag und kann als selbstverträgliche
Pflanze über Jahre als Monokultur angebaut werden. Der intensive Anbau als
Monokultur hat aber negative Auswirkungen. Mais ist sehr erosionsgefährdet. Eine
starke Bodenerosion wirkt sich negativ auf die im Boden vorkommenden
Bodenorganismen und Botentiere aus. Da Mais ein starker Humuszehrer ist, steht
dies in Wechselwirkung mit erhöhter Bodenerosion und verändert die biologische
Aktivität im Boden. In nahegelegenen Gewässern führt die Bodenerosion zu
Verschlechterung der Wasserqualität und der Lebensbedingungen der im Wasser
lebenden Tiere. Ebenso hat eine erhöhte Bodenerosion Einfluss auf die Flora und
Fauna außerhalb der landwirtschaftlichen Nutzfläche. Folgen für die Kultur sind
Ertragseinbußen,
Verminderung
bedingt
des
durch
Wurzelraums,
Verlust
an
Wasserspeicherkapazität,
Nährstoffverlust,
Humusverlust
und
Verschlechterung der Bodenstruktur. Ein weiteres Problem des erhöhten
Maisanbaus sind Nitratauswaschungen und die Verschmutzung des Grund- und
Bodenwassers, sowie Fließgewässer mit Nitrat.
Mais ist mit Soja, Baumwolle und Raps eine der Kulturpflanzen bei der transgene
Sorten angebaut werden. Diese Nutzpflanzen sind genetisch modifiziert und
weißen Herbizidtoleranz und Insektizidexpression auf. Ökologische Risiken
bestehen hierbei in der Auskreuzung mit Wildpflanzen, Etablierung in der Umwelt,
Schädigung
der
Flora
und
Fauna,
Veränderung
der
Landnutzung,
Resistenzbildung von Schädlingen und Unkräutern und einem horizontalen
Gentransfer in z.B. Bakterien. Überwiegend erfolgt der Anbau solcher Sorten in
Nordamerika, Südamerika und Asien. In Europa ist der Einsatz von transgenen
Kulturpflanzen gesetzlich geregelt (Entrup u. Zerhusen, 1992; Martin u.
Sauerborn, 2006; Netwig et al., 2011).
21
3 Weizen
Triticum L.
engl. wheat
Weizen ist eine Nutzpflanze aus der Ordnung Süßgrasartige (Poales) und wird der
Familie der Süßgräser (Poaceae) zugeordnet. Er ist bezogen auf die Anbaufläche
mit weitem Abstand die wichtigste Getreideart. Bedingt durch seine niedrigen
Erträge ist Weizen im Produktionsvolumen nur auf dem dritten Platz hinter Mais
und Reis. Der Anbau von Weizen wird durch zwei Sorten bestimmt. Die
wichtigsten Weizen-Sorten sind triticum aestivum L. (Saat- oder Brotweizen), der
etwa 92% des angebauten Weizens ausmacht und triticum turgidum L. var. durum
Desf. (Dururmweizen), der auf etwa 8% der Fläche angebaut wird (FAOSTAT,
2012; Franke, 1994; Hanus et al., 2008).
Abb. 10: Weizenfeld
Quelle: Wikipedia
22
3.1 Herkunft und Verbreitung
Der erste Anbau von Weizen lässt sich auf etwa 8000 v.Chr. datieren. Zu dieser
Zeit wurden Weizenkulturen im Nahen und Mittleren Osten angebaut. Ausgehend
von seinem zwischen dem Euphrat-Tigris-Stromland, Ostanatolien und dem
östlichen Mittelmeergebiet gelegen Entstehungszentrum verbreitete sich der
Weizenanbau zunächst in Euroasien.
Im Verlauf des 16. bis 17. Jh. gelangte der Weizen nach Amerika. Mitte des 17.
Jh. begann der Anbau In Südafrika. In Australien und Neuseeland wird Weizen
seit Ende des 18. Jahrhunderts angebaut.
Weizen kann sich an verschiedene Boden und Klimaverhältnisse anpassen und
wird auf fast allen Erdteilen angebaut. Das Anbaugebiet erstreckt sich von den
kalten und humiden Regionen im Norden bis in das tropische Hochland. Auf der
südlichen Halbkugel wird Weizen überwiegend in Argentinien zwischen 27° südl.
und 40° südl. Br. angebaut. Die Hauptanbauzentren liegen aber auf der nördlichen
Halbkugel. Hauptanbauländer sind China, Indien, USA und Russland (FAOSTAT,
2012; Franke, 1994; Reiner et al.,1992).
Abb. 11: Hauptanbaugebiete Weizen
23
3.2 Botanik
Weizen ist ein einjähriges, aufrecht wachsendes meist unbegranntes Ährengras.
Weizen
hat
viele
verschiedene
Arten,
die
sich
entsprechend
seinem
Chromosomenbestand (Grundzahl x=7) einteilen lassen. Die Entwicklung führte
über die diploide, spindelbrüchige Form (Triticum monococcum) und die
tetraploide, ebenso spindelbrüchige Form (Triticum dicoccum) zum heutigen
hexaploiden Weichweizen (Triticim aestivum) mit dem Chromosomensatz 2n=42.
Der heute teilweise angebaute Durumweizen (triticum turgidum L. var. durum
Desf.) ist tetraploid mit dem Chromosomensatz 2n=28. Von allen Formen des
Weizens gibt es Winter- und Sommertypen, wobei jedoch bei bestimmten Arten
jeweils einer dieser Typen deutlich dominieren kann. Sie unterscheiden sich durch
ihre unterschiedlichen Aussaattermine und den Einfluss den die Temperatur auf
ihre Entwicklung hat. Winterweizen benötigt längere Kälteperioden von knapp über
0°C
um
zur
Halm-
und
Ährenbildung
übergehen
zu
können.
Diese
Entwicklungsphase bezeichnet man als Vernalisation. Eine weitere Einteilung
richtet sich nach den Inhaltsstoffen des Endosperms. Hartweizen haben ein
glasiges,
hartes
Endosperm
mit
hohem
Eiweißgehalt.
Die
Körner
von
Weichweizen sind im Inneren weiß und mehlig und haben einen geringeren
Eiweißgehalt. Halbharter Weizen ist eine Mischform von Hart- und Weichweizen.
Abb 12: Kayopsen von Triticum-Arten im Vergleich
Quelle: Lieberei u. Reisdorff, 2012
a) Saatweizen (T. aestivum subsp. aestivum)
b) Dinkel (T. aestivum subsp. spelta)
c) Durumweizen (T. turgidum subsp. durum)
24
Weizen bildet das für Graspflanzen charakteristische homorhize Wurzelsystem.
Die Keimwurzel besteht aus einer Primärwurzel und zusätzlichen drei bis sechs
Wurzeln. Während der Bestockung entwickelt sich zusätzlich das sekundäre
Wurzelsystem aus Adventivwurzeln, die aus den zahlreichen basalen Knoten des
Sprosstriebes entspringen. Die Wurzel reichen bis zu 30 cm in den Boden.
Oberirdisch entwickeln sich im basalen Bereich aus den Seitenknospen des
Haupthalms Nebentriebe, die ebenfalls zur Bestockung fähig sind. Wie stark die
Bestockung ausfällt ist von vielen Einflussfaktoren abhängig. Durchschnittlich
werden bei Winterweizen 2,8 bis 3 Halme pro Pflanze entwickelt. Bei
Sommerweizen sind es 1,5 bis 2 Halme pro Pflanze. Durch Streckung der
Internodien erreicht der sich nach oben verjüngende Halm seine Länge
(Halmschossen). Die Halme erreichen eine Länge von 0,5 bis 1,6 m. An der
oberen Blattscheide des Halms tritt die Ähre heraus. Die sich an den Nodien
entwickelten Blätter umschließen den Halm mit einer Blattscheide, während die
lazettförmige Blattspreite mehr oder weniger aufrecht steht oder überhängt. Im
Vergleich zu anderen Getreidearten sind die Blattöhrchen bei Weizen mittellang
und bewimpert, die Blatthäutchen sind stumpf und leicht gezähnt.
Abb. 13: Öhrchen bei Triticum aestivum
Quelle: Wikipedia
Jeder vollentwickelte Halm trägt eine Ähre, die über das Aufstellen des
Spitzenährchens in der Entwicklung ein klar definiertes Ende der Anlagenphase
aufweist. Die einzelnen Ährchen sind mehrblütig und können in der Entwicklung
sechs und mehr Blüten anlegen, von denen meistens nur drei Blüten Körner
25
liefern. Weizen ist ein Selbstbefruchter und es kommt vor dem Öffnen der Blüte
zur
Pollenausschüttung.
Fremdbefruchtung
kommt
in
trockenwarmen
Bedingungen vor. Die Kornzahl pro Ähre liegt bei etwa 40 bis maximal 70. Bei
einer Kornfeuchte von 13% beträgt der Kohlenhydratanteil etwa 70%, 12% Eiweiß,
2% Fett, 2% Rohfaser und 1,5% Asche (Franke, 1994; Hanus et al., 2008;
Khayatnezhad et al., 2011; Reiner et al.,1992).
Abb. 14: Weizen (triticum aestivum)
Quelle: Lieberei u. Reisdorff, 2012
a) Blütenstände (Ähre) nach der Befruchtung
b) Teilblütenstand: Ährchen aus drei Blüten bzw. jungen Früchten
c) Freigelegte Einzelblüte mit einem sich bereits zur Frucht entwickelden
Fruchtknoten
3.3 Klima und Bodenansprüche
Je nach spezifischen Merkmalen des Weizens ist der Anbau von Weizen unter
verschiedenen
Temperaturklima,
klimatischen
sondern
Bedingungen
auch
die
möglich.
Nicht
nur
das
Wasserversorgung
und
die
Transpirationsbedingungen beeinflussen das Ertragspotential. Im gemäßigten
Klima kann Sommerweizen mit einer Wachstumsdauer von 90 bis 120 Tagen bis
etwa 70° nördl. Br. und 60° südl. Br. unter Bedingungen kurzer Sommer angebaut
werden. Winterweizen wird in den anderen Gebieten des gemäßigten Klimas
26
angebaut. In den Subtropen kann Sommerweizen während der kühleren
Jahreszeit
in
subhumiden
bis
semiariden
Gebieten
angebaut
werden.
Winterweizen benötigt Mindestwärmesummen von 2.200°C und Sommerweizen
1.350°C. Die optimale Durchschnittstemperatur beträgt 18° bis 19°C. Bestimmte
Sorten benötigen bei kühler Witterung 250 bis 300 mm Regen. Ansonsten sind
400 bis 900 mm Niederschläge während der Vegetationszeit ein guter Richtwert.
Weizen ist die Getreideart mit den höchsten Bodenansprüchen. Bedingt durch
seine lange Vegetationszeit, sowohl Winter- als auch Sommerweizen, ist eine
optimale Nährstoff- und Wasserverfügung essentiell. Am besten eignen sich
lehmige Böden der Typen Parabraunerde, Braunerde, Pelosol, Pseudogley und
Auenboden. Weizen toleriert leicht saure Böden und eine Bodenversalzung bis 2
mS/cm. Der pH- Wert sollte zwischen 6,4 und 7,3 liegen (Franke, 1994; Hanus et
al., 2008; Reiner et al.,1992).
3.4 Anbaumethoden
Die Grundbodenbearbeitung richtet sich im Weizenanbau nach der jeweiligen
Vorfrucht. Mäßig grobe Bodenteile an der Oberfläche und Stoppelrückstände der
Vorfrucht sind als Schutz gegen Erosion vorteilhaft. Nach Blattfrüchten (Raps,
Körnerleguminosen und Körnermais) ist eine Bestellung ohne tiefe Pflugfurche
(Mulchsaat), sofern die Bodenstruktur in einem guten Zustand ist, möglich. Bei
einer Bestellung ohne Pflugfurche erfolgt eine sekundäre Bodenbearbeitung nach
der Stoppelbearbeitung durch kombinierte Geräte bei der Saat. Hierfür kommen
vor allem Kreiseleggen zum Einsatz. Bei getrennten Arbeitsgängen ist eine
Bodenbearbeitung mit Grubber oder Scheibeneggen möglich. Folgt Weizen auf
Weizen, dann sollte der Pflug eingesetzt werden. Auf lockeren Böden mit geringen
Rückständen genügt eine Pflugfurche von 15 cm. Bei Getreidevorfrüchten sollte
sie 20 cm betragen.
Die Aussaat des Weizens erfolgt üblicherweise durch Drillsaat. Andere teils
gängige Verfahren sind die Breitensaat und Fräs- und Grubbersaat. Die Saattiefe
kann bis zu 5 cm betragen, sollte aber auf den Sortentyp abgestimmt werden, da
die Saattiefe von der Körnergröße abhängig ist. Generell hat Sommerweizen
27
kleiner Körner als Winterweizen und wird daher nicht so tief gesät wie
Winterweizen.
Die
unterschiedlichen
Saatstärke
Saatzeiten
ist
vom
abhängig
jeweiligen
und
Sortentyp
richtet
sich
und
den
nach
der
Wasserversorgung. Bei extremen Spätsaaten kann die Saatstärke bei über 500
Körner/m² liegen. Bei sehr frühen Saaten werden niedrige Saatstärken von 200
Körner/m² gesät. Bei manchen Hybridsorten liegt die Saatstärke bei 150
Körner/m². Die Aussaat von Winterweizen erfolgt im gemäßigten Klima im
Spätherbst und von Sommerweizen im zeitigen Frühjahr.
Eine vielseitige Fruchtfolge ist für einen gesunden Weizenbestand von sehr hoher
Bedeutung. Da Weizen sehr anfällig für Fußkrankheiten ist, sollte Weizen als nicht
so selbstverträgliche Pflanze, nicht nach Weizen und Gerste angebaut werden.
Anbaupausen von bis zu drei Jahren sind zu empfehlen. Gut geeignete Vorfrüchte
sind Körnerleguminosen, Mais, Kartoffeln, Raps und Zuckerrüben und Hafer. Als
Vorfrucht eignet sich Weizen für Roggen, Hafer und Wintergerste (Franke, 1994;
Hanus et al., 2008; Reiner et al.,1992).
3.5 Düngung und Pflege
Die Höhe der Düngung ist abhängig vom Standort und den sortenspezifischen
Eigenschaften. Die Grunddüngung hat vorrangig das Ziel für die nächsten Jahre
ein zufriedenstellendes Nährstoffangebot an Phosphor, Kalium und Magnesium
sicherzustellen.
Stickstoff
Trockenmassebildung.
Eine
ist
der
wichtigste
einseitige
hohe
Nährstoff
und
N-Versorgung
fördert
die
während
des
Jugendstadium der Pflanze führt jedoch zu übermäßigem vegetativen Wachstum,
was zu Reifeverzögerungen führen kann.
Folgende Zahlen können als Richtwert für den Nährstoffentzug von 1t
Weizenkörner bei mittlerem Strohertrag genommen werden. Pro Tonne Körner
liegt der Nährstoffentzug bei 2 bis 30 kg N, 6 bis 8 kg P und 20 bis 28 kg K.
Der Gesamte N-Bedarf kann abhängig vom Ertrag zwischen 140-270 N/ha liegen
und erfolgt in mehreren Gaben und wirkt sich auf die Entwicklung des Bestandes
aus. Je nach Zeitpunkt der Gabe kann die Triebreduktion verringert werden, die
Ährenanlage gefördert werden und der Ährchen- und Blütenreduktion kann
28
entgegengewirkt werden. Späte N-Gaben fördern die Kornausbildung und die
Höhe des Rohproteingehaltes der Körner.
Die erste N-Gabe liegt im Bereich von 40 - 100 kg N/ha und erfolgt zum
Vegetationsbeginn. Die zweite Gabe erfolgt dann zum Ende des Schossens bis
zum Ährenschieben und liegt zwischen 30 - 50 kg N/ha. Die letzten
Stickstoffgaben
beeinflussen
die
TKM
Ertragserwartung zwischen 0,8 - 1,2
und
den
Proteingehalt.
Je
dt
kg/ha Spät-N. Über 50 kg/ha N
Gesamtmenge ist eine Aufteilung der Gaben vor und nach der Blüte sinnvoll.
Schwefel sollte zu der ersten oder zweiten N- Gabe gedüngt werden, da die
Aufnahme parallel zur N-Aufnahme erfolgt. Der Bedarf liegt bei 10-20 kg S/ha
(Franke, 1994; Hanus et al., 2008; Reiner et al.,1992).
Die durch Unkräuter und Ungräser verursachten Ertragsausfälle liegen im Weizen
bei etwa 12%. Die wichtigsten vorbeugenden Maßnahmen sind die Verwendung
von anerkanntem Saatgut, Einhaltung der Fruchtfolge und Saattermine und die
Auswahl konkurrenzstarker Sorten. Um der Unkrautkonkurrenz möglichst gering
zu halten, sollte eine mehrmalige, mechanische Unkrautbekämpfung erfolgen. Die
erste sollte unmittelbar nach der Saat durch Egge oder Striegel erfolgen. Ab dem
zweiten Blatt kann eine weitere mechanische Maßnahme durchgeführt werden. Im
Winterweizen können chemische Maßnahmen im Vorauflaufverfahren oder im
Nachauflaufverfahren durchgeführt werden. Im Sommerweizen ist eine chemische
Unkrautbekämpfung selten wirtschaftlich (Franke, 1994; Hanus et al., 2008;
Reiner et al.,1992).
29
3.6 Ernte und Erträge
Das Ernteverfahren richtet sich nach dem Reifegrad der Körner. Es werden vier
verschiedene
Reifegrade
unterschieden,
die
sich
vor
allem nach
dem
Wassergehalt der Körner richten. Bei der Milchreife ist das Korn morphologisch
voll ausgebildet und besteht zur Hälfte aus einem milchigen Inhalt. Bei der
Gelbreife sinkt der Wassergehalt auf etwa 30%. Die Einlagerungsprozesse sind
vollständig abgeschlossen. Wenn das Korn hart und kaum noch brechbar ist, ist
die Vollreife erreicht. Der Wassergehalt beträgt zwischen 20 bis 25%. Bei der
Totreife besteht das Korn nur noch aus 14 bis 16% Wasser. Die Pflanze ist
ausgetrocknet und brüchig.
Zu Beginn der Vollreife erfolgt die Ernte mit Sichel, Sense oder Mähbinder. Der
Weizen bleibt zum Trocknen bis zu einer Kornfeuchte von 14 bis 16% auf dem
Feld. Das Schwaddruschverfahren wird ebenfalls bei Vollreife angewendet, ist
aber hauptsächlich bei ungleichmäßig reifen Beständen und starkem Besatz mit
grünem Unkraut vorteilhaft. Mit Beginn der Totreife erfolgt die Ernte durch
Mähdrusch mit modernen Kombines. Im Direktdruschverfahren sind Schnitt und
Drusch kombiniert.
Die Erträge lagen im weltweiten Durchschnitt bei 3,1 t/ha und haben sich in den
letzten zehn Jahren um 0,5 t/ha erhöht. Indien ist das Land mit der größten
Anbaufläche und erzielt Erträge von 3,2 t/ha, die nur leicht über dem weltweiten
Durchschnitt liegen. Die höchsten Erträge erzielen Frankreich (7,5 t/ha) und China
(5,0 t/ha).
30
3.7 Verwertung
Weizen bietet in seiner Verwendung eine Vielzahl an Möglichkeiten. Hauptsächlich
wird Weizen für Nahrungsmittelzwecke verwertet. Hauptsächlich in der Form von
Brot und anderen Backwaren. In der Tierernährung ist Weizen vor allem wegen
seines hohen Stärkegehaltes ein wertvolles Kraftfutter. Weizen ist auch für die
Bioethanolherstellung interessant, hat aber gegenüber anderen Pflanzen eine
geringere
ha-Leistung.
Die
gewonnene
Weizenstärke
kommt
bei
der
Papierherstellung, in der Textil-Industrie sowie bei der Herstellung von
Chemikalien und Pharmazeutika zum Einsatz. Im Jahr 2011 wurden weltweit von
den 700 Mio. t produzierten Weizen 473,5 Mio. t für die menschliche Ernährung
genutzt. Das entspricht einem Anteil von über 67%. 138,9 Mio. t wurden für
Futtermittel verwendet und 78,3 Mio. t für andere Zwecke genutzt.
3.8 Wirtschaftliche Bedeutung
Weizen ist im weltweiten Vergleich die Kulturpflanze mit der höchsten
Anbaufläche. Im Vergleich zu anderen kohlenhydratliefernden Pflanzen liegt er
aber in der Produktion nur auf dem dritten Rang hinter Mais und Reis. Der Grund
hierfür sind die deutlich niedrigeren Erträge von Weizen. Im Jahr 2012 lag der
weltweite Durchschnittsertrag bei Weizen bei 3,1 t/ha. Mais hatte im selben Jahr
durchschnittlich 4,9 t/ha. Positiv anzumerken ist aber, dass sich in den letzten
zehn Jahren die Durchschnittserträge weltweit um 0,8 t/ha gesteigert haben, was
die steigende Produktion bei fast gleichbleibender Anbaufläche begründet.
Die wichtigsten Anbauländer sind China, Indien, Amerika, Russland und
Frankeich. Im Jahr 2012 lagen 47% der weltweiten Anbaufläche von Weizen in
Asien.
Auf dem Weltmarkt waren im Jahr 2011 vor allem Ägypten (9.800.061 t), Algerien
(7.454.603 t), Japan (6.214.220 t) und Italien ( 7.321.062 t) Hauptabnehmer des
Weizens. Die Entwicklungsländer des Tropengürtels importieren ebenfalls ihren
Weizenbedarf. Die wichtigsten Exportländer im Jahr 2011 waren die USA
(32.789.893 t), Frankreich (20.345.934 t), Kanada (16.335.086 t), Australien
(17.657.181 t) und Russland (15.185.953 t) (FAOSTAT, 2011).
31
Tabelle 5: Wichtigste Anbauländer von Weizen gemessen an Ertrag, Anbaufläche
und Produktion im Jahr 2012.
Land/Kontinent
Ertrag [t/ha]
Anbaufläche [ha]
Produktion
[Körner]
USA
3,1
19.826.170
61.755.240
China
5,0
24.139.080
120.580.320
Indien
3,2
29.900.000
94.880.000
Frankreich
,7,6
5.303.300
40.300.800
Russland
1,8
21.277.900
37.719.640
Europa
3,6
54.016.076
195.381.871
Asien
3,1
101.861.345
314.565.008
Welt
3,1
216.638.762
674.884.372
Quelle: Daten FAOSTAT
3.9 Ökologische Bedeutung
Bei der Einordnung der ökologischen Bedenklichkeit des Weizenanbaus muss
bedacht werden wie wichtig Weizen für die menschliche Ernährung ist. Wird eine
Pflanze intensiv als Kultur angebaut, dann gibt es in der Regel negative Einflüsse
auf die Umwelt. Im Weizenanbau sind wie bei fast allen Getreidearten die intensiv
genutzt werden die typischen ökologischen Probleme zu erwähnen. Hierzu
gehören
erhöhte
Erosion,
Nitratsauswaschungen,
Herbizidaustrag
und
Biozidbelastung.
In China und Indien spielt vor allem die erhöhte Nutzung von Grundwasser und die
daraus folgende schlechte Wasserqualität eine bedeutende Rolle (Aufhammer,
1998; FAO, 2006).
32
4 Kartoffel
Solanum tuberosum L.
engl. potato
Die Kartoffel gehört zu der Ordnung Nachtschattenartige (Solanales) und wird der
Familie der Nachtschattengewächse zugeordnet (Solanaceae). Sie ist eine aus
über
2.000
Arten
der
Gattung
der
Nachtschatten
(Solanum).
Weitere
Kulturpflanzen aus der Solanaceae-Familie sind Tabak, Tomate und Aubergine.
Hauptsächliche wird die Kartoffel als Nahrungsmittel genutzt und hat vor allem in
Europa einen hohen Stellenwert. Nach Weizen ist sie in Europa die stärkeliefernde
Pflanze mit der höchsten Produktion (FAOSTAT, 2012; Putz, 1989).
Abb. 15: Kartoffelpflanze
© Foto: Leo Michels
33
4.1 Herkunft und Verbreitung
Die Kulturpflanze Kartoffel wie wir sie heute kennen stammt ursprünglich aus
Südamerika. Sie stammt von der in den bolivianischen-peruanischen Anden
vorkommende Solanum Andigena ab. Die ersten Kulturen wurden etwa um 6000
v. Chr. von peruanischen und bolivischen Bauern angebaut.
Im 16. Jh. gelangte die Kartoffel nach Europa. Ungeklärt bleibt, ob sie erstmals
durch die Engländer oder die Spanier eingeführt wurde. Die Verbreitung der
Kartoffel begann in Spanien durch den spanischen König Philipp II. Er verschenkte
Knollen an den Papst in Italien. Von dort gelangte sie in die Niederlande und
weiter nach Belgien, Deutschland und Österreich. Anfang des 17. Jahrhunderts
wurde sie erstmals ausführlich von Carolus Clusius beschrieben. Ende des 18. Jh.
erlangte die Kartoffel eine hohe Bedeutung in der europäischen Landwirtschaft.
Heute wird die Kartoffel, bedingt durch ihre gute Anpassungsfähigkeit an Bodenund Klimaverhältnissen, auf allen Erdteilen angebaut. Die Hauptanbaugebiete
erstrecken sich zwischen 40° bis 60° nördlicher Breite (Franke, 1994; Lieberei u.
Reisdorff, 2012; nap.edu; Putz 1989).
Abb. 16: Hauptanbaugebiete Kartoffel
34
4.2 Botanik
Die Kartoffel ist eine einjährige, halb aufrecht wachsende, krautige Pflanze. Sie
gehört zu den knollentragenden Solanaceae. Ihr Chromosomensatz lässt sich in
eine polyploide Reihe mit n=12 einordnen. Die heute allgemein verbreitete
Kulturkartoffel hat einen tetraploiden Chromosomensatz von 4n=48. Bedingt durch
die Fähigkeit unter allen Tageslängenverhältnissen Knollen auszubilden ist S.
Tuberosum die am stärksten verbreitet Art.
Die bis zu einem Meter hoch wachsende Kartoffel bildet eine Staude. Der
Hauptspross erscheint grün, teils bräunlich durch Einlagerung von Anthozyanin.
An den Nodien entstehen die unterbrochen gefiederten Blätter. Sie sind hell- bis
dunkelgrün und an der Unterseite stärker behaart als an der Oberseite. An ihren
Achseln tragen sie Knospen, die aber zum größten Teil im Knospenstadium
verbleiben. Blütenstände entstehen am Ende des jeweiligen Hauptsprosses, sind
meist
als
Dichasium
entwickelt
und
werden
durch
den
vegetativen
Fortsetzungstrieb zur Seite gedrängt. Blühintensität, Blühdauer und Blütenfärbung
sind je nach Sorte stark variabel. Die Befruchtung der Blüten erfolgt zum Großteil
durch Selbstbefruchtung, da die Blüten keinen Nektar enthalten. Die aus den
Blüten entstehenden grünen bis blaugrünen Beeren enthalten bis zu 150 Samen.
Die Beeren enthalten wie fast alle anderen Organe das Alkaloid Solanin und sind
ungenießbar.
Abb.17: Blüte der Kartoffel
Quelle. Wikipedia
Abb18: Blüte der Kartoffel
Quelle. Wikipedia
35
Bei der Kartoffelknolle handelt es sich um Anschwellung der im Boden
entwickelten Ausläufer (Stolonen). Sie entstehen durch primäres Dickenwachstum
am
Ende
unterirdischer
Seitentriebe.
Das
Dickenwachstum
beginnt
im
Zentralzylinder der Stolonen. Während der Reife befindet sich die Knolle in der
Keimruhe. Um einen Keimvorgang hervorzurufen muss die Keimruhe, die nach
der Ernte besteht, gebrochen werden. Die junge Knolle ist von einer Epidermis
umgeben, die im Verlauf der Reifung durch ein ledriges, mit Korkporen
durchsetztes Periderm, ersetzt wird.
Die Vermehrung erfolgt vegetativ. Wird die Knolle nach Beendigung der Keimruhe
dem Licht ausgesetzt, bildet sich ein Lichtkeim. Dieser ist im Vergleich zu einem
Dunkelkeim stabiler und elastischer. Aus den Augen der Knolle bilden sich Triebe
an denen sich Wurzeln bilden. Nachdem sich die ersten Blätter gebildet haben, ist
die Pflanze in der Lage ihre Nährstoffe aus dem Boden zu bekommen. Die große
Blattmasse entwickelt sich schnell und mit dem Zeitpunkt der Blüte nimmt die
Anzahl der neugebildeten Blätter ab. Zu diesem Zeitpunkt ist auch der
Knollenansatz abgeschlossen und die Knollen beginnen zu wachsen. Mit dem
Erreichen des Maximums der Krautentwicklung ist die Volumenvergrößerung der
Knollen beendet. Ab dem Zeitpunkt der Beerenreife stellen die Blätter ihre
Funktion ein und beginnen zu vergilben. Die Vegetationsdauer ist Sortenabhängig
und kann zwischen 60 bis 160 Tage liegen. Mit dem Absterben des Krautes hat
die Kartoffel ihre physiologische Reife erreicht. Frische Kartoffeln haben einen
Stärkegehalt von durchschnittlich 17,5% (Verhältnis Amylose zu Amylopektin etwa
1:4 bis 1:5) und ein Proteingehalt von etwa 2% (Franke, 1994; Lieberei u.
Reisdorff, 2012; Putz, 1989).
Abb. 19: Entwicklungsstadien der Kartoffelpflanze
Quelle:Putz, 1989
36
4.3 Klima und Bodenansprüche
Die Kartoffel ist eine Pflanze des kühlen, gemäßigten, luftfeuchten Klimas. Sie
besitzt
eine
hohe
Anpassungsfähigkeit
an
das
Klima.
Lediglich
Temperaturextreme beschränken ihre Anbaumöglichkeiten. Bei Temperaturen
über 30°C ist die Bildung der Knollenanlagen stark eingeschränkt. Ab
Temperaturn von -1,5°C stirbt das Kraut ab. Die Kartoffelknolle kann bereits ab
Temperaturen von 8°C keimen. Ausschlaggebend für einen guten Knollenertrag
sind
die
Wechsel
zwischen
Tag-
und
Nachttemperaturen.
Sind
die
Nachttemperaturen zu hoch, hat es negative Einflüsse auf die Einlagerung der
Assimilate in die Knolle. Für die Knollenbildung bzw. das Knollenwachstum liegen
die optimalen Temperaturen zwischen 15 bis 20° C.
Wachstums- und Entwicklungsvorgänge sind bei der Kartoffel nicht nur
temperaturabhängig. Die Wechselbeziehung von Photoperiode und Temperatur
sind ausschlaggebend für gute Erträge und den Stärkegehalt in der Knolle.
Hinsichtlich ihrer generativen Phase ist die Kartoffel eine Langtag-, nach der
Knollenbildung jedoch eine Kurztagpflanze. Unter Langtagbedingungen wird die
Blütenbildung gefördert. Die Terminierung des Stolonenwachstums verzögert sich
und kann bei einigen Sorten völlig unterbleiben. Das Knollenwachstums verläuft
beschleunigt, verzögert aber die physiologische Reife. Niedrige Temperaturen
schwächen diesen Effekt stark ab und die Verzögerung des Knollenansatzes tritt
weniger stark in Erscheinung. Unter Kurztagbedingungen erfolgt die Terminierung
des Stolonenwachstums früher, was die Knollenanlage zeitlich vorverlegt. Das
Knollenwachstum ist verzögert. Oberirdisch ist ein gestauchter Wuchs zu
erkennen. Der Stärkegehalt ist unter Kurztagbedingungen relativ hoch. Durch
niedrige Temperaturen wird die Kurztagwirkung deutlich abgeschwächt und führt
zu einer Verbesserung des Knollenansatzes.
Die Kartoffelpflanze stellt keine hohen Anforderungen an die Wasserversorgung.
Während der Keimung und der Jugendentwicklung ist die Kartoffel nicht auf
Bodenwasser angewiesen. Sollen hohe Erträge erzielt werden ist auf eine
ausreichende Wasserversorgung nach der Blüte zu achten. Staunässe sollte
vermieden werden. Längere Trockenheit während des Knollenwachstums führt zur
sogenannten Kindelbildung.
37
Die Kartoffel kann auf fast allen Böden angebaut werden und stellt keine hohen
Anforderungen an die spezifischen Eigenschaften des Bodens. Sie wächst auf fast
allen Böden, wenn diese krümelig, locker, durchlässig mit guter Wasserhaltekraft
und leicht erwärmbar sind. Besonders frische, humose Sand-, lehmige Sand- und
sandige Lahmböden erfüllen diese Eigenschaften. schwere Böden, Salzböden und
Böden die zu Staunässe neigen, eignen sich nicht für den Anbau von Kartoffeln.
Die Ansprüche an den pH-Wert (4,5-7,5) des Bodens sind wenig spezifisch.
Schwachsaure bis neutrale Böden eigenen sich am besten für den Kartoffelanbau
(Franke, 1994; Geisler, 1988; Putz, 1989).
4.4 Anbaumethoden
Der
Anbau
von
Kartoffeln
erfolgt
in
der
Landwirtschaft
über
Knollen.
Ertragsbeeinflussende Faktoren sind der Befall von Viruskrankheiten, das
physiologische Alter und die Größe der Knolle. Die Lagerung der Knolle hat einen
großen Einfluss auf die Qualität des Pflanzguts. Kühle (3-4°C), schattige und gut
durchlüftete Orte eignen sich am besten für die Lagerung. Bevor die Knolle auf
das Feld ausgebracht wird erfolgt eine Auslagerung der Knolle, um sie in
Keimstimmung zu bringen. Hierfür wird eine Temperatur von 10°C und Licht
benötigt. Ziel der Vorkeimung ist es aus allen Augen kräftige und elastische Keime
von 1,5 - 2 cm Länge hervorzubringen.
Die Bodenbearbeitung hat das Ziel ein ebenes, tragfähiges und mit möglichst
wenigen Spuren versehenes und lockeres Pflanzbett zu schaffen. Zuerst werden
mittels Stoppelbearbeitung Pflanzenrückstände in den Boden eingearbeitet. Eine
Pflugfurche im Frühjahr
von
20 bis 25
cm Tiefe genügt,
wenn
der
Durchwurzelungsraum nicht verfestigt ist und der Boden rechtzeitig abtrocknet. Es
ist darauf zu achten, dass der Boden abgetrocknet ist, da es sonst zur
Klutenbildung kommt, die den Wachstum der Knolle beeinträchtigen. Auf
schweren Böden sollte bereits im Herbst gepflügt werden. Im Frühjahr folgt dann
eine schonende Bodenbearbeitung mit Eggen.
38
Die vorgekeimten Knollen werden mit speziellen Legemaschinen in 6 bis 7 cm
tiefe Löcher oder Furchen ausgelegt. Nach dem Anhäufen soll der Abstand
zwischen Pflanzknolle und Kamm des Dammes in humiden Lagen 12 cm und in
trockenen bis 18 cm betragen. Um eine Beschädigung durch die Legemaschinen
der Dämme zu vermeiden, sind Reihenabstände von 75cm erforderlich. In der
Reihe werden die Knollen in einem Abstand von 28 bis 33 cm gelegt. Die optimale
Bestandsdichte
richtet
sich
nach
dem
Verwendungszweck.
Im
Speisekartoffelanbau werden 40.000-45.000 Knollen pro Hektar ausgebracht. Um
eine hohe Anzahl an Übergrößen zu erhalten (Pommen-Frites Industrie) werden
etwa 35.000 Knollen pro Hektar ausgebracht.
Die Pflanzung der Knollen erfolgt in den gemäßigten Breiten zwischen April und
Mai, wenn die Bodentemperatur mindestens 8°C beträgt.
Die Kartoffel gehört zu den selbstverträglichen Pflanzen, sollte aber in einem
Zyklus von drei bis vier Jahren angebaut werden. Zu häufig hintereinander
angebaute Kartoffel erhöht das Auftreten des Kartoffelkrebses (Synchytrium
endobioticum), des Kartoffelnematoden (Heterosdera rostochiensis) und der in
allen
Böden
warmer
Klimalagen
verbreiteten
Bakterienwelke
oder
Schleimkrankheit (Pseudomonas solanacearum). Gute Vorfrüchte für die Kartoffel
sind alle Kulturen, die den Boden in lockerem und gut durchwurzeltem Zustand
hinterlassen. Besonders geeignet sind Leguminosen wie Lupinen und Luzernen.
Der Vorfruchtwert von Getreide ist dagegen gering. Die Kartoffel selbst hat einen
hohen Vorfruchtwert für alle Kulturen, da durch die intensive Bodenbearbeitung
ein meist unkrautfreies und gut gelockertes Feld hinterlassen wird. (Franke, 1994;
Geisler, 1988; Lieberei u. Reisdorff, 2012;Putz, 1989).
4.5 Krankheitserreger und Schädlinge
Kartoffeln haben in ihrer Jugendentwicklung eine geringe Konkurrenzkraft gegen
Unkräuter und Ungräser.
Typische Vertreter sind Melde, Knöterich-Arten,
Ackerholzhalm und Vogelmiere. Wirtschaftlich bedeutende Virosen sind die
Blattrollkrankheit (potato leaf roll virus, PLRV), das zu Schädigung im Phloem der
Pflanze führt. Die Strichelkrankheit (potato virus Y), bei der an Stängel und
39
Blattstielen braune bis schwarze Striche auftreten. Das Kartoffel X- Virus, das auf
den
meist
gewellten
Blättern
mosaikartige
Aufhellungen
hervorruft.
Das
Rauhmosaik ( potato A), das Aucubamosaik (potato aucuba mosaic virus, PAMV),
die Gelbzwergigkeit (potato yellow dwarf virus, PYDV), das Rollmosaik (potato
virus M).
Die Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora infestans) ist die wichtigste Krankheit
an Kartoffeln. Sie kann zu hohen Ertragseinbußen führen. Eine erkrankte Pflanze
hat zunächst dunkle Flecken auf den Blättern, die sich mit der Zeit auf der ganzen
Pflanze ausbreiten. Weitere Krankheiten die an der Kartoffel auftreten sind die
Dörrfleckenkrankheit (Alternaria solani), die Wurzeltöterkrankheit (Rhizoctonia
solani) und der Kartoffelkrebs (Synchytrium endobioticum).
Wichtige tierische Schädlinge sind die Kartoffelmotte (Phythorimaea operculella)
und der Kartoffelkäfer (Leptinotarsa decemlineata). Sie verursachen Fraßschäden
und schaffen dadurch Eintrittspforten für Sekundärkrankheiten.
Die Verluste durch Schaderreger werden auf 32% des potentiellen Ertrages
geschätzt. Den höchsten Anteil mit etwa 22% nehmen die Krankheiten ein
(Franke, 1994; Geisler, 1988; Putz, 1989).
4.6 Düngung und Pflege
Ohne eine ausreichende Versorgung mit Nährstoffen ist ein erfolgreicher Anbau
der Kartoffel nicht möglich. Stickstoff ist der wichtigste Nährstoff für alle Pflanzen,
benötigt aber um in der Kartoffel seine volle Wirksamkeit zu entfalten sehr hohe
Phosphorsäure- und Kaligaben. Wichtig ist ein ausgewogenes Verhältnis von
Stickstoff,
Phosphorsäure
und
Kalium.
Eine
besondere
Bedeutung
im
Kartoffelanbau hat der organische Dünger. Er wirkt sich positiv auf die
physikalischen Eigenschaften des Bodens aus und verbessert dadurch die
Wasserführung und Bodenbearbeitbarkeit. Die Ausbringung sollte allerdings im
Herbst erfolgen, da die Mineralisation einige Zeit in Anspruch nimmt.
Die Stickstoffdüngung richtet sich nach dem Bedürfnis der Sorte und kann bis zu
200 kg N/ha betragen. Auf phosphor- und kaliumarmen Böden können 100 bis 150
40
kg P/ha und 180 bis 250 kg K/ha erforderlich sein. Für phosphorarme Böden wird
ein Nährstoffverhältnis von 1: 1,5 bis 2:0,5 empfohlen. Bei Sorten mit einer
Vegetationszeit über 3 Monate empfiehlt sich eine geteilte N-Gabe zur Pflanzung
und zum Zeitpunkt des Knollenansatzes.
Durch eine langsame Jugendentwicklung ist die Kartoffel anfangs nicht in der
Lage Unkraut zu unterdrücken. Es ist wichtig den Bestand bis nach Reihenschluss
möglichst unkrautfrei zu halten. Ab diesem Zeitpunkt kann sich die Kartoffel selbst
gegen Unkraut wehren. Die Kartoffel ist ein Flachwurzler und reagiert auf
Wurzelbeschädigungen sehr empfindlich, deshalb sollte bei der mechanischen
Unkrautbekämpfung auf hackende Maßnahmen verzichtet werden.. Bei starker
Verunkrautung können die Reihen vor dem Auflaufen durchgehäufelt werden,
dadurch werden Unkräuter herausgerissen und mit Erde bedeckt. Danach erfolgt
ein erneutes Einebnen der Dämme. Beim Einebnen kommen leichte Geräte wie
Gliedereggen zum Einsatz. Nach dem Auflaufen erfolgen üblicherweise noch zwei
Pflegegänge bei denen Häufler und Häufelstriegel eingesetzt werden. Chemisch
können Herbizide vor dem Auflaufen zur Unkrautbekämpfung eingesetzt werden
(Franke, 1994; Geisler, 1988; Putz, 1989).
4.7 Ernte und Erträge
Sobald die Knolle ihre physiologische Reife erreicht hat, kann die Kartoffel
geerntet werden. Die Knollen lassen sich von den Stolonen ablösen und ihre
Schale sind feste. Der Stärkegehalt ist maximal. Zu diesem Zeitpunkt ist das
oberirdische Kraut fast vollständig abgestorben. Bei Temperaturen von 15 bis
18°C kann die Schalenfestigkeit schon vor dem Absterben des Krautes eintreten.
Durch die Anwendung chemischer Mittel oder dem Herausziehen des Krautes wird
es entfernt.
Die Kartoffelernte erfolgt maschinell durch Roder. Ziel ist es die Knolle während
der Rodung möglichst kaum zu beschädigen. Bei unsachgemäßer Rodung können
bis zu 50% der Knollen beschädigt werden. Gerade Reihen mit gleichmäßigem
Abstand sind Voraussetzung für eine hochwertige Ernte.
41
Der durchschnittliche Knollenertrag von Kartoffeln betrug im Jahr 2012 19 t/ha.
Der im Hauptanbauland China erbrachte Ertrag liegt mit 15,8 t/ha unter dem im
weltweiten Durschnitt. Niedrigere Erträge (13,4 t/ha) werden nur in Russland
erreicht. In Deutschland wird der Spitzenwert von 44,7 t/ha erreicht (FAOSTAT,
2012; Franke, 1994; Geisler, 1988; Putz, 1989).
4.8 Verwertung
Die Kartoffel bietet eine Vielzahl an Verwendungsmöglichkeiten. Vorwiegend wird
sie als Nahrungsmittel verwendet. Sie kann frisch gegessen werden oder wird
industriell
zu
Chips,
Pommes
frites
oder
anderen
Kartoffelprodukten
weiterverarbeitet. Weltweit wurden im Jahr 2009 etwa 65% der produzierten
Kartoffeln als Nahrungsmittel verwendet. Die Kartoffel wird zunehmend für die
industriellen Bereich und zur Energiegewinnung genutzt. Sie wird zur Herstellung
von Ethanol als Treibstoff eingesetzt. Die aus der Kartoffel gewonnene Stärke wird
zu Dickungsmittel, Puddingpulver, Klebstoff, Füllstoffe für Papier und Pappe und
Verpackungen verarbeitet. In Waschpulver und Kosmetika findet die aus der
Kartoffel gewonnene Stärke auch Verwendung. Geringe Anteile werden in
Brennereien weiterverarbeitet oder als Trockenfuttermittel in der Schweinemast
eingesetzt (FAOSTAT, 2012; International Potato Center, 2013; Lieberei u.
Reisdorff, 2012).
4.9 Wirtschaftliche Bedeutung
Die Kartoffel ist nach Maniok die am häufigsten angebaute Wurzel- und
Knollenfrucht und nimmt nach Mais, Reis und Weizen den vierten Rang der
kohlenhydratliefernden Pflanzen ein. Die weltweite Anbaufläche hat sich in den
letzten zehn Jahren nur unwesentlich verändert ( 19.160.310 ha im Jahr 2002,
19.321.198 ha im Jahr 2012). Allerdings wurde die weltweite Produktion in den
letzten zehn Jahren um mehr als 15% gesteigert. Diese Steigerung ist vor allem
durch neue Sorten und verbesserte Anbauverfahren zu begründen.
42
Während die Anbauflächen für Kartoffel in den USA und Europa leicht rückläufig
sind, werden in Asien und Indien auf immer mehr Flächen die stärkehaltigen
Knollen angebaut. Der Anteil der produzierten Kartoffel der für die Nahrung
verwendet wird lag im weltweiten Durchschnitt im Jahr 2009 bei etwa 65%. Vor
allem in weniger entwickelten Ländern wird die Kartoffel als Nahrungsmittel
verwendet. Im Jahr 2009 lag der für Nahrungsmittelzwecken verwendet Anteil in
Indien bei über 70%. In Europa dagegen bei etwa 51%. Die aus der Kartoffel
industriell gewonnene native und modifizierte Stärken, finden in fast allen
Branchen
der
Lebensmittelindustrie,
der
chemisch-technischen
und
pharmazeutischen Industrie sowie in der Futtermittelindustrie eine umfangreiche
und vielseitige Verwendung.
Die Kartoffel wird überwiegend in den Erzeugerländern verwertet. Im Vergleich zu
anderen Kulturpflanzen nimmt der Import und Export von Kartoffeln nur eine sehr
geringe Rolle ein.
Tabelle
6: Wichtigste
Anbauländer
von Kartoffel gemessen
an
Ertrag,
Anbaufläche und Produktion im Jahr 2012.
Land/Kontinent
Ertrag [t/ha]
Anbaufläche [ha]
Produktion
[tKnollen]
China
15,8
5.431.700
85.920.000
Indien
23,6
1.900.000
45.000.000
USA
41,8
458.388
19.165.865
Russland
13,4
2.197.200
29.532.530
Deutschland
44,7
238.200
10.665.600
Europa
19,4
5.982.139
116.580.431
Asien
18,2
9.753.113
177.612.264
Amerika
25,7
1.608.071
41.359.106
Welt
19,0
19.321.198
368.374.112
Quelle: Daten FAOSTAT
43
4.10 Ökologische Bedeutung
Eine schwerwiegende ökologische Bedenklichkeit liegt beim Anbau von Kartoffel
nicht vor.
44
5 Maniok
Manihot esculenta
engl.: Cassava
Maniok ist eine Nutzpflanze aus der Ordnung der Malpigenartigen (Malpighiales)
und wird der Familie der Wolfsmilchgewächse (Euphorbiaceae) zugeordnet.
Maniok ist die wichtigste Pflanze aus den etwa 100 bis 200 Arten der Gattung
Manihot. Je nach Region ist er unter dem Namen Maniok, Kassava, Topika oder
Yuca (nicht zu verwechseln mit der Yuccapalme) bekannt. In über 100 Ländern
der humiden Tropen und Subtropen gehört Maniok zu den wichtigsten
Nahrungsmitteln und liefert bedingt durch seinen hohen Stärkegehalt mehr
Energie pro Flächeneinheit als jedes andere Knollengewächs (FAOSTAT, 2012;
Franke, 1994; Pace, 2012).
Abb. 20: Maniokpflanze
Quelle: tienchiu.com
45
5.1 Herkunft und Verbreitung
Es gibt kaum eine Pflanze bei der die Literatur so viele verschiedene
Möglichkeiten als Ursprungsgebiet einer Pflanze diskutiert wie bei Maniok. Sicher
ist, dass sich die Domestikation im tropischen südamerikanischen Raum vollzogen
hat. Archäologische Funde aus dem Amazonas lassen daraus schließen, dass
dort schon 5000-7000 v. Chr. Maniok angebaut wurde. Da es in den
südamerikanischen
Anbaugebieten
verschiedene
Bezeichnung
für
die
Maniokpflanze gibt, liegt die Vermutung nahe, dass es eine getrennte
Domestikation und Entstehung der Kultur gab. Neben der weitverbreiteten
Annahme, dass Brasilien das Ursprungsland ist, kommen noch Mexiko,
Guatemala,
Honduras,
Venezuela,
Kolumbien
und
Peru
als
mögliche
Ursprungsländer in Frage.
Die Verbreitung von Maniok in andere Regionen erfolgte durch die Portugiesen die
um 1500 in ihren Kolonien Maniok kultivierten. Von dort aus wurde Maniok durch
Sklavenhändler nach Guinea, in die Kongogebiete und später auch nach
Indonesien verbreitet. Im 17. Jh. gelangte der Maniok nach Indien (Balagopalan et
al., 1988; Brücher, 1977; Hillocks et al., 2002; Lieberei u. Reisdorff, 2012).
Heute wird Maniok in fast allen tropischen Gebieten mit den entsprechenden
klimatischen
Voraussetzungen
angebaut.
Hauptanbauländer
sind
Nigeria,
Indonesien, Thailand, Kongo, Angola, Ghana und Brasilien (FAOSTAT, 2012).
Abb. 21: Hauptanbaugebiete Maniok
46
5.2 Botanik
Maniok ist ein mehrjähriger Strauch. Die Photosynthese verläuft bei Maniok nach
dem C3-Weg. Ihr Chromosomensatz ist vermutlich allotetraploid (2n=36).
Innerhalb der Gattung Manihot kommt es zu unterschiedlichen morphologischen
Merkmalen der verschiedenen Arten. Es gibt Bäume, die bis zu 15 m hoch
werden, Schlingpflanzen, aber auch niedrige Büsche.
Maniok wächst als bis zu 4 m hochwerdender Strauch und hat einen oder mehrere
kräftige, 2 bis 3 cm dicke, verholzende rot-braun bis graue Stängel, die sich früh,
spät oder überhaupt nicht verzweigen. An ihm wachsen die drei- bis neunfach
tiefgelappten, langstieligen Blätter mit unterschiedlicher Lebensdauer. Nachdem
der Primärspross das Längenwachstum abgeschlossen hat, bilden sich terminal
und seitlich aus dem Vegetationspunkt die Blütenstände. Die Blütenstände sind
endständig und getrenntgeschlechtlich. Die weiblichen Blüten sitzen tiefer als die
männlichen Blüten. Die Fortpflanzung des heterozygoten Manioks erfolgt allogam,
da sich die männlichen Blüten zwei bis drei Wochen später öffnen als die
weiblichen Blüten. Die aus den Blüten entstehenden Früchte reifen in drei bis fünf
Monaten nach der Befruchtung, sind aber nur für die Züchtung neuer Sorten von
Bedeutung, da die Vermehrung im Ackerbau vegetativ und nicht generativ erfolgt.
Alle Pflanzenteile enthalten das bitterschmeckende Glucosid Linamarin, aus dem
bei Hydrolyse durch das Enzym Linamarase Blausäure freigesetzt wird.
Abb. 22: Maniok
Quelle: Wikipedia
© 2005 David Monniaux
47
Die Knollen entstehen etwa ab dem dritten Monate durch sekundäres
Dickenwachstum
der
Wurzeln.
Je
nach
Standortverhältnisse
und
Standorteigenschaften bildet jede Pflanze etwa fünf bis zehn solcher Knollen. Die
langgestreckten, zylinderförmigen Knollen werden etwa 30 bis 50 cm groß und
haben einen Durchmesser von 5 bis 10 cm. Im Gegensatz zur Kartoffel haben sie
keine Augen und können nicht als Pflanzgut verwendet werden. Ihr Gewicht
beträgt zwischen 2 und 4 kg. Selten können Knollen bis 20 kg ausgebildet werden.
Die Knolle ist aus drei verschiedenen Schichten aufgebaut. Die äußere Schale
(Periderm), das weiß, braun oder rot ist. Das weiß oder braun bemaserte
Rindengewebe (Cortex) mit dem Phloem und dem Speichergewebe (Parenchym),
in dem die Stärke gespeichert wird. Der Stärkeanteil beträgt zwischen 25-35%.
Der Proteingehalt liegt zwischen 0,5-11,5% (Balagopalan et al.,1988; Franke,
1994; Lieberei u. Reisdorff, 2012; Rehm u. Espig, 1996).
5.3 Klima und Bodenansprüche
Maniok ist eine Pflanze, die warmes und feuchtes Klima bevorzugt. Sie kann sich
aber an verschiedene klimatische Bedingungen anpassen und kann zwischen 30°
nördlicher
und
südlicher
Breite
angebaut
werden.
Maniok
hat
hohe
Temperaturansprüche. Eine Jahresmitteltemperatur von über 20°C sind optimal.
Frost führt zum Absterben der Blätter. Temperaturen unter 10°C führen zum
Wachstumsstillstand.
Maniok ist an trockene Gebebiete angepasst und gedeiht noch bei jährlichen
Niederschlägen von 500 mm. Die Transpirationsrate wird verringert in dem alte
Blätter abgeworfen werden und durch verringerte Verzweigung weniger neue
Blätter gebildet werden. Bei zu viel Niederschlag tritt das Gegenteil ein. Die
Blattentwicklung ist stark erhöht, was eine Abnahme der Knollengröße zur Folge
hat. Optimale Verhältnisse für den Anbau von Maniok sind 1.000 bis 1.500 mm
Niederschlag jährlich. Ein Anbau bei bis zu 5.000 mm jährlichen Niederschlag ist
aber noch möglich.
Maniok kann auf fast allen Böden angebaut werden. Für gute Erträge sind
tiefgründige, lockere Böden mit hohen Gehalt an Nährstoffen und organischer
48
Substanz erforderlich. Besonders geeignet sind sandige Lehmböden mit gutem
Nährstoffgehalt. Auf schweren Lehmböden, steinigen Böden oder Böden mit
Staunässe sollte kein Anbau von Maniok erfolgen. Salzkonzentrationen ab einer
Leitfähigkeit von 0,5 S/cm führen zu Wachstumsverringerungen. Der optimale pHWert liegt bei 6-7,5. In Malaysia wird Maniok aber auch auf sehr sauren Böden mit
einem pH-Wert von 3,2 angebaut (Balagopalan et al.,1988; Franke, 1994; Rehm
u. Espig, 1996).
5.4 Anbaumethoden
Maniok wird weitgehend in Handarbeit angepflanzt. Gebräuchlich ist das
Auspflanzen auf ebenen Böden. Gelegentlich erfolgt der Anbau auch in Dammoder Hügelkulturen. Vorteile der Damm- und Hügelkulturen sind erleichterte Ernte
der Knollen und erhöhte Erträge. Pflügende Bodenbearbeitung oder Bearbeitung
mit Spaten und Hacken eignen sich am besten um die gewünschte Bodenstruktur
zu erhalten. Um eine bessere Durchwurzelung zu erzielen sollte der Boden 20 bis
25 cm tief bearbeitet und gelockert werden.
Maniok wird nicht wie die Kartoffel durch Knollen vermehrt, sondern durch
Sprossstecklinge, Sprossen oder Meristemkulturen. Die Stecklinge sollten eine
Länge von 20 bis 25 cm haben, mindestens vier Augen aufweisen und aus dem
Haupttrieb stammen. Um eine höhere Vermehrungsrate zu erzielen können
Stecklingssprosse
Vermehrungskästen
ausgespflanzt
mit
werden.
hoher Temperatur
Hierfür
werden
und
Luftfeuchte
Stecklinge
in
ausgepflanzt.
Ausgetriebene Augen werden bei einer Größe von etwa 10cm so geschnitten,
dass die unterste Axialknospe am Steckling verbleibt. Anschließend lässt man so
gewonnenen Sprossen im Wasser bewurzeln und pflanzt sie auf das Feld. Die
höchste Vermehrungsrate wird über Meristemkultur erreicht. Vorteil hierbei ist
auch die Gewinnung eines Virusfreien Pflanzmaterials. Werden Stecklinge
ausgepflanzt, so muss die geotropischen Polarität beachtet werden. Die
Auspflanzung der Stecklinge erfolgt schräg, senkrecht oder waagerecht. Schräg
oder senkrecht gepflanzte Stecklinge werden zur Hälfte bis zwei Drittel ihrer Länge
in den Boden gesteckt.
49
Bei waagerechter Ausrichtung müssen die Stecklinge 5 bis 7 cm tief in den Boden
kommen. Die Wurzelbildung findet nach 5 Tagen an den Nodien statt.
Knospenbildung nach etwa 10 Tagen.
Die optimale Bestandsdichte richtet sich nach den Standorteigenschaften und
Sorteneigenschaften. Für den Anbau frühverzweigender Pflanzen mit gutem
Wuchs werden etwa 8.000 bis 10.000 Pflanzen pro Hektar empfohlen. Bei
spätverzweigenden Pflanzen mit schwächerem Wuchs bis zu 15.000 Pflanzen pro
Hektar. Die Standweiten sollten zwischen 80x80 cm und 180x180 cm liegen.
In Regionen mit starken Niederschlägen ist die beste Pflanzzeit zwischen April
und Mai. Gängig ist auch eine Pflanzung zwischen August und September.
Maniok stellt keine hohen Ansprüche an seine Vorfrucht und liefert auch als
abtragende
Kultur
termingebundenen
ausreichende
Erträge.
Erntezeitpunkt
wird
Bedingt
Maniok
durch
vor
seinen
allem
in
nicht
der
Waldwechselwirtschaft an das Ende einer Fruchtfolge gestellt. Am Anfang oder in
der Mitte einer Fruchtfolge ist eine Ernte zu einem bestimmten Zeitpunkt
erforderlich. Häufig erfolgt der Anbau von Maniok in Mischkulturen. Er wird in den
ersten ertragslosen Jahren von Baum- oder Strauchkulturen, wie beispielsweise
Kokospalmen, Kakao oder Kaffee, als Zwischenkultur gepflanzt. Vorteilhaft sind
sowohl
die
Erzeugung
von
Nahrungsmittel
als
auch
teilweise
die
Schattenspendung für die jungen Dauerkulturen. Sehr positive wirkt sich der
Anbau von Maniok mit Kulturen wie Bohnen oder anderen Leguminosen, Kenaf,
Batate und Mais aus. Hier sorgt Maniok für eine rasche Bodenbedeckung
(Balagopalan et al.,1988; Franke, 1994; Rehm u. Espig, 1996).
5.5 Krankheitserreger und Schädlinge
Die Bedeutung von Krankheitserregern und Schädlingen hat im Maniokanbau in
den letzten Jahrzehnten zugenommen. Die wichtigsten Erkrankungen sind
Virosen. Das Afrikanische Mosaikvirus (African cassava mosaic virus, ACMV) ist
das mit der größten Bedeutung. Schadbilder sind gekräuselte Blätter mit
Mosaikscheckung und führ zu kleinen, stärkearmen Knollen. Virusvektoren sind
Mottenschildläuse der Gattung Bemisia (B. tabaci, B. tuberculata). Andere Virosen
50
sind das in Lateinamerika verbreitete Gemeine Mosaikvirus (cassava common
mosaic virus, CCMV), das Mosaikvirus in Indien (cassava mosaic virus, CMV), das
Blattadermosaikvirus (cassava leaf vein mosaic virus, CLVMV) und das
Manioklatentvirus (cassava latent virus, CLV). Erreger von Wurzelerkrankungen,
die zu Knollenfäule führen können, sind Phytophthora drechsleri und Phytophthora
erythroseptica. Pilzkrankheiten sind Cercospora caribea, Oidium manihotis und
Diplodia manihotis. Zu den tierischen Schädlingen gehören Stängelbohrer wie die
Raupen des Zünslers Chilomina clarkei, Syllepte gordialis. Larven der Bockkäfer
Lagocheirus araneiformis und L. rogersi, sowie die Rüsselkäfer Coelosternus
manihot und colelosternus grnicollis. Blattschädlinge sind Schmierläuse der
Gattung Phenacoccus, Milben der Gattung Mononychellus und Tetranychus und
vor allem in Afrika die Heuschrecken Zonocerus variegatud und Zornocerus
elegans. In Süd- und Mittelamerika ist die Maniokraupe Erinnyis ello ein
bedeutender Blattfresser (Brücher, 1977; Franke, 1994).
5.6 Düngung und Pflege
Maniok benötigt wie jede Kulturpflanze eine bedarfsgerechte Düngung um
optimale Erträge zu erzielen. Im Gegensatz zu den meisten Pflanzen besitzt
Maniok die Eigenschaft Nährstoffe weitgehend zu erschließen und liefert auch auf
nährstoffarmen Böden noch Erträge, reagiert aber bei Nährstoffmangel mit
erhöhter Verzweigung und dem Absterben oberirdischer Pflanzenteile. Um die
physikalischen Bodeneigenschaft zu verbessern eignen sich im Maniokanbau
besonders Stallmistgaben von 12,5 t/ha. Die N-Düngung sollte zwischen 60 und
100 kg N/ha in zwei gleichmäßig aufgeteilten Gaben betragen. Die erste Gabe
erfolgt als Grunddüngung, die zweite etwa 1 bis 2 Monate nach dem Pflanzen.
Eine überhöhte N-Düngung fördert das Wachstum, verringert aber die
Knollenmasse und Stärkeeinlagerung. Der Kaliumbedarf des Manioks ist genauso
hoch wie der Bedarf an Stickstoff und sollte im Verhältnis 1:1 gedüngt werden.
Kalium mindert die HCN-Konzentration in den Knollen. Für die Phosphor-Düngung
werden 45 kg/ha empfohlen. Hohe Schwefelgaben von 50 kg/ha erhöhen den
Knollenertrag und sinken den Stärke- und HCN-Gehalt.
51
Folgende Zahlen können als Richtwerte für den Nährstoffentzug von Maniok im
Boden genommen werden: Pro Tonne Knollen werden etwa 2,3kg N; 0,5kg P;
4,1kg K; 0,6kg Ca und 0,3kg Mg entzogen- Sofern keine Erntereste zurückbleiben
und alle oberirdischen Pflanzenteile einbezogen werden, erhöht sich der Entzug
auf 4,9kg N; 1,1kg P; 5,8kg K; 1,8kg Ca und 0,8kg Mg.
Maniok ist erosionsgefährdet. In Mischbeständen ist die Erosionsgefahr verringert.
Zusätzliche Bodenbedeckung und eine raue Bodenoberfläche mindern die
Erosionsgefahr erheblich. Die Methoden zur Unkrautbekämpfung richten sich nach
dem Klima, der Bodenfruchtbarkeit, dem Anbauverfahren und den vorkommenden
Unkrautarten. In jungen Beständen ist darauf zu achten, dass die jungen Triebe
nicht beschädigt werden. Um den Unkrautdruck möglichst gering zu halten sollte
etwa zwei Wochen nach dem Auspflanzen der Stecklinge die erste mechanische
Unkrautbekämpfung erfolgen. Drei weitere Arbeitsgänge sollten in regelmäßigen
Abständen durchgeführt werden. Ab dem dritten bis vierten Monat ist Maniok in
der Lage das Unkraut selbst zu unterdrücken. Chemisch können Herbizide vor
dem Auflaufen zur Unkrautbekämpfung eingesetzt werden (Balagopalan et
al.,1988; Franke, 1994).
5.7 Ernte und Erträge
Im Vergleich zu anderen Kulturpflanzen unterscheidet sich Maniok durch seine
lange Vegetationsperiode und ist an keine bestimmte Erntezeit gebunden. Je
kühler
die
Durchschnittstemperaturen
sind,
desto
länger
ist
die
Vegetationsperiode. Frühe Sorten können nach sieben bis acht Monaten, späte
nach zehn bis vierzehn Monaten geerntet werden. Erkennbar ist die Knollenreife
am Vergilben und Abfallen der Blätter. Zu diesem Zeitpunkt ist der Stärkegehalt
der Knollen besonders hoch. Werden die Knollen nicht geerntet, treiben die
Pflanzen erneut aus. Gewicht und Stärkegehalt erhöhen sich im Laufe der Jahre,
jedoch nimmt die Verholzung zu.
Die Maniokernte erfolgt je nach Verfügbarkeit der Technik entweder von Hand,
durch Auspflügen oder durch den Einsatz von Rodemaschinen.
52
Der durchschnittliche Knollenertrag von Maniok betrug im Jahr 2012 12,8 t/ha. Der
im Hauptanbauland Nigeria erzielte Ertrag lag mit 14 t/ha leicht über dem
weltweiten Durschnitt. In Indonesien wurde der Spitzenwert von 21,3 t/ha erreicht
(FAOSTAT, 2012; Franke, 1994).
5.8 Verwertung
Der Großteil des geernteten Manioks wird für die Nahrungsmittelproduktion
verwendet. Meist werden Maniokknollen in gekochtem Zustand direkt oder zu Brei
verarbeitet, da roher Maniok giftig ist. Getrocknete Maniokknollen werden zu Mehl
weiterverarbeitet oder als Futtermittel für Tiere verwendet.
Die durch das Feuchtverfahren gewonnene Stärke kann vielseitig verwendet
werden. Sie wird zur Herstellung von Alkohol, Zitronensäure, Milchsäure und
durch Hydrolyse zu Glukose und Dextrose weiterverarbeitet. Weitere Verwendung
findet die Stärke in der Herstellung von Klebstoff, in der Kunststoffindustrie und zur
Herstellung von Sirup. Tapioka ist ein leicht verdauliches, veredeltes Produkt.
Durch erhitzen der feuchten Stärke entsteht ein Kleister der in Kugeln oder
Flocken in den Handel kommt. Die Flüssigkeit die bei der Stärkezubereitung anfällt
wird in Lateinamerika gekocht und für Soßen gebraucht (Balagopalan et al.,1988;
Hillocks et al., 2002).
5.9 Wirtschaftliche Bedeutung
Maniok ist das Knollengewächs mit der weltweit größten Anbaufläche und kann
andere stärkelieferende Pflanzen in der Stärkeproduktion pro Fläche übertreffen.
Laut erfassten Daten der FAO ist Maniok weltweit die
fünftwichtigste
kohlenhydratliefernde Pflanze in der Versorgung mit Nahrungsmitteln. Allerdings
lässt sich der tatsächliche Maniokanbau schwer abschätzen, da viele Kleinbauern,
vor allem in Afrika, Maniok anbauen ohne dass die Daten erfasst werden. Die
weltweite Anbaufläche hat sich in den letzten zehn Jahren um etwa mehr als 11%
erhöht (17.191.964 ha im Jahr 2002, 19.990.556 ha im Jahr 2012). Der weltweite
Ertrag hat sich in den letzten zehn Jahren um etwa 14% gesteigert, was darauf
53
hindeutet, dass neue Sorten und verbesserte Anbaumethoden die Erträge
steigern.
Überwiegend wird Maniok getrocknet oder in Form von Stärke gehandelt. In den
letzen Jahren hat vor allem hat die Bedeutung der aus Maniok gewonnen Stärke
zugenommen. Der Preis der aus Maniok gewonnenen Stärke ist im Vergleich zu
anderen Stärkequelle niedriger. Die erhöhte Nachfrage hat aber zu einer
Preissteigerung geführt. Hauptimportländer im Jahr 2011 waren China (0,86 Mio.
t), Indonesien (0,43 Mio. t) und Taiwan (0,34 Mio. t). Mit einem Markanteil von fast
90% (1,85. Mio. t) ist Thailand der Hauptexporteur im Jahr 2011 (Brücher, 1977;
FAOSTAT, 2012; Pace, 2012).
Tabelle 7: Wichtigste Anbauländer von Maniok gemessen an Ertrag, Anbaufläche
und Produktion im Jahr 2012.
Land/Kontinent
Ertrag [t/ha]
Anbaufläche [ha]
Produktion
[tKnollen]
Nigeria
14,0
3.850.000
54.000.000
Indonesien
21,4
1.119.784
23.922.075
Thailand
18,0
1.250.000
22.500.000
Kongo
7,3
2.200.000
16.000.000
Angola
10,0
1.062.865
10.636.400
Ghana
16,7
868.550
14.547.279
Brasilien
13,7
1.703.733
23.414.267
Amerika
12,4
2.620.697
32.503.225
Afrika
10,9
13.379.178
146.217.319
Welt
12,8
19.990.556
256.529.314
Quelle: Daten FAOSTAT
54
2.10 Ökologische Bedeutung
Der Maniok-Anbau durchläuft in den letzten 30-50 Jahren eine Transformation.
Ursprünglich wurde Maniok in kleinem Umfang in Familienbetrieben angebaut und
wurde direkt verzehrt. Mittlerweile wird Maniok aber in größerem Umfang
angebaut. Wie groß der Anteil des erhöhten Anbaus des Manioks an der Rodung
von Waldflächen beteiligt ist, ist nicht abzuschätzen. Als ökologisch unbedenklich
sind die Anbaumethoden vor allem im Hauptanbaugebiet Afrika zu bewerten. Dort
werden nämlich viele Maniokkulturen in Mischkulturen angebaut um einer
Bodendegradierung entgegenzuwirken. Überall wo Maniok intensiv angebaut wird,
führen Bodenerosion und Verschüttungen zu Bodendegradierung (FAO, 2005;
Hillocks et al., 2002).
55
6 Diskussion
In
den
letzten
Jahrzenten
wurden
bemerkenswerte
Erfolge
in
der
Nahrungssicherung in Entwicklungsländern erzielt. In den Jahren 1964-1966 lag
der Anteil an Menschen die in Entwicklungsländern leben und eine tägliche
Nahrungszufuhr unter 2200 kcal haben noch bei 57%. In den Jahren 1997-1999
waren es noch 10%. Prognosen der FAO gehen davon aus, dass im Jahr 2030
noch etwa 6% der in Entwicklungsländer lebenden Menschen zu wenig Nahrung
haben werden. Global werden nach Schätzungen der FAO 2,4% der
Weltbevölkerung im Jahr 2030 unterernährt sein.
Abb. 23: Anzahl unt erernährt e M enschen nach Region
Quelle: FAO
Um abschätzen zu können, wie groß der Anteil der wichtigsten stärkeliefernden
Pflanzen an der verfügbaren Anbaufläche ist, muss zunächst die global verfügbare
Anbaufläche betrachtet werden. Nach Zahlen der FAO beträgt die Landfläche
ohne
Binnengewässer
etwa
13
Mrd.
ha.
Davon
sind
4,9
Mrd.
ha
landwirtschaftliche Nutzfläche. Davon können 1,53 Mrd. ha landwirtschaftlich für
den Anbau von Kulturen genutzt werden.
56
Die Anbaufläche von Weizen lag im Jahr 2012 bei 216,6 Mio. ha (14,1%). Mais
wurde auf 177 Mio. ha (11,6%), Maniok auf 20 Mio. ha (1,3%) und Kartoffel auf
19,3 Mio. ha (1,2%) angebaut.
Bei Betrachtung der Entwicklung der weltweiten Anbauflächen von 1992 und 2012
ist zu erkennen, dass die Ausweitung der Anbauflächen stagnieren und teilweise
rückläufig sind. Weizen hat einen Rückgang der Anbaufläche von etwa 2,7% in
den letzten 20 Jahren zu verzeichnen. Steigerungen der Anbauflächen sind bei
Reis (etwa 10,9%), Mais (etwa 29,4%), Maniok (etwa 20,3%) und Kartoffel (etwa
4,5%) zu verzeichnen. Die Produktion ist bei Weizen (etwa 19,4%), Reis (etwa
35,8%), Mais (etwa 64%), Maniok (etwa 58,2%) und Kartoffel (etwa 31,7%)
angestiegen. Die überproportional gesteigerte Produktion ist durch steigende
Hektarerträge erzielt worden. In den letzten 20 Jahren wurden die Erträge bei
Weizen (etwa 24%), Reis (etwa 22%), Mais ( etwa 26%), Maniok ( etwa 31%) und
Kartoffel (etwa 26%) gesteigert (FAOSTAT, 2012).
Tabelle 8 : Weltweite Erträge stärkeliefernder pflanzen im Vergleich.
Pflanze
Weizen
Ertrag 1992
[t/ha]
2,5
Ertrag 2007
[t/ha]
2,8
Ertrag 2012
[t/ha]
3,1
Reis (roh)
3,6
4,2
4,4
Mais
3,9
5,0
4,9
Maniok
9,8
12,0
12,8
Kartoffel
15,1
17,4
19,1
Gerste
2,3
2,4
2,7
Hafer
1,8
2,2
2,2
Quelle: FAOSTAT
Offensichtlich ist, dass sich in den vergangenen Jahren die weltweite
Wachstumsrate der Anbaufläche, Produktion und Erträge verlangsamt. Nach der
Einschätzung von (Bruinsma, 2009) ist eine zukünftige Steigerung der Produktion
57
zu 77% von der Ertragssteigerung, zu 14% durch die Erhöhung der
Anbauintensität und zu 9% durch Ausweitung der Anbaufläche anhängig.
Die FAO gibt an, dass in den nächsten 30 Jahren die Nachfrage an
langwirtschaftlichen Erzeugnissen jedes Jahr um etwa 1,5 % steigen wird. In den
vergangenen Jahren lag der durchschnittliche Anstieg bei 2,2%. Eine Ursache für
den Rückgang an der Nachfrage ist nicht der Mangel an landwirtschaftlicher
nutzbarer Fläche, sondern ist durch den Rückgang des Bevölkerungswachstums
zu erklären. Vor allem in den Entwicklungsländern stellt die Erschließung neuer für
die landwirtschaftlich genutzte Flächen ein Problem dar. Im Nahen Osten und
Afrika sind bereits etwa 90% der geeigneten Fläche genutzt. Im Süden Asiens
94%. In den nächsten 30 Jahren wird vor allem in Getreideproduktion der Anstieg
des Flächenertrags eine bedeutende Rolle spielen. Für Weizen ist eine
Ertragssteigerung von 1,2 % jährlich erforderlich. Für andere Getreide sind
ähnliche Ertragssteigerungen notwendig. Die Abhängigkeit von Importen wird in
diesen Ländern ansteigen. Sollten die Schätzungen aus einer Studie von
(Bruinsma,
2009)
eintreffen,
dann
werden
die
erforderlichen
jährlichen
Ertragssteigerungen bei Mais und Weizen nicht erreicht (Bruinsma, 2009;
ec.europa.eu, 2010; FAO).
Tabelle 9: Produktion, Anbaufläche, Erträge.
Quelle: Bruisma, 2009
58
Bei der Produktion stärkeliefernder Pflanzen wird der größte Anteil für die
menschliche Ernährung genutzt. Die energiereichen Pflanzen bieten aber auch
andere Nutzungsmöglichkeiten. In den letzten 20 Jahren ist die weltweite
Stärkeproduktion um das Dreifache angestiegen (zuckerforschung.at). Im Jahr
2012 betrug die weltweite Stärkeproduktion etwa 75 Mio. t. In der EU etwa 10 Mio.
t. Je nach Rohstoff wird die Stärke in verschiedenen Verfahren gewonnen und
findet in unterschiedlichen Bereichen Verwendung. In der Textilindustrie wird
Stärke zum Schlichten von Garnen und Appretieren von Gewebe genutzt.
Anwendung findet die Stärke auch in der Kosmetik, zur Herstellung von
pharmazeutischen Präparaten, als Trocknungsmittel, als Klebemittel und als
Füllstoff in der Papierindustrie. Die Kunststoffindustrie setzt immer mehr auf
biologisch abbaubare Produkte und hat eine immer größer werdende Nachfrage
an Stärke. Ein erheblicher Teil wird durch Säurehydrolyse oder enzymatisch zu
Dextrin und Zucker verarbeitet, da er billiger als Saccharose ist. In der
Biokraftstoffindustrie wird Ethanol aus der Stärke gewonnen (ec.europa.eu, 2010;
FAO).
Tabelle 10: Verfahren zur Stärkegewinnung und Nutzung.
Quelle: Agrosynergie
59
Bei der Verwendung nachwachsender Rohstoffe für andere Zwecke als für die
Nahrungsmittelproduktion gibt es Kritiker und Befürworter. Der Hauptkritikpunkt
besteht darin, dass eine vermehrte Nutzung der Pflanzen für andere Zwecke als
für die Nahrungsproduktion, zu einer Erhöhung der Nahrungsmittelpreise führt. Als
Gegenargument wird aufgeführt, dass steigende Nahrungspreise in engem
Zusammenhang mit dem Anstieg des Rohölpreises stehen. Missernten in
wichtigen Anbaugebieten haben größere kurzfristige Auswirkungen auf die
Nahrungsmittelpreise als eine erhöhte Verwendung für industrielle Zwecke. Ein
weiterer
Pluspunkt
(je
nach
Verwendung)
kann
die
Schonung
fossiler
Energieträger darstellen.
In der EU werden ca. 14% der Stärke aus Kartoffeln, ca. 48% aus Mais und ca.
38% aus Weizen gewonnen. In den USA wird über 98% der Stärke aus Mais
gewonnen. Nach Daten des Fachverband der Stärke-Industrie e.V. aus dem Jahr
2010 wurde in der EU 62% der Stärke für die Herstellung von Lebensmitteln
benutzt. 28% zur Papierherstellung, 10% in der chemischen, Fermentation- und
übrigen technischen Industrie. Im Jahr 1998 lag der Anteil zur Papierherstellung
bei 27% und bei 20% in der chemischen, Fermentations- und übrigen technischen
Industrie (staerkeverband.de, 2013).
Abb. 24: Anteil Pflanzen an w eltw eiter Stärkeproduktion
Quelle: Agrosynergie
Weltweite Daten liegen mir zum Verbrauch von Stärke in den unterschiedlichen
Sektoren nicht vor, aber bedingt durch den hohen Maisanteil zur Stärkegewinnung
lässt sich annehmen, dass die Verwendung zur Ethanol- und Nahrungsherstellung
60
überwiegen. Wie groß der weltweite Anteil zur Herstellung von Bioethylen aus
Stärke ist, lässt sich durch das Fehlen von Daten schwer abschätzen. Vorteile der
biologisch abbaubaren Polymere sind geringere Sauerstoffdurchlässigkeit, höhere
Fettbeständigkeit
und
Gasdichte.
Ihr
antistatisches
Verhalten,
Lösungsmittelbeständigkeit und die UV-Beständigkeit sind besser als bei
herkömmlichen Polymeren. Aufgrund des noch geringen Anteils ist die Schonung
fossiler Ressourcen, die Einsparung an CO2 von noch sehr geringer Bedeutung
(FAO, fnr.de).
Abschließend lässt sich zu Produktion stärkeliefernder Pflanzen Folgendes sagen:
Um eine gesicherte Versorgung durch stärkeliefernde Pflanzen zu gewährleisten
ist vor allem bei Getreide ein jährlicher Anstieg des Ertrages von 1,2% notwendig.
In den vergangen Jahren wurde diese Quote von den meisten Getreidesorten
erreicht. Allerdings ist festzuhalten, dass in den letzten fünf Jahren bei einigen
Pflanzen geringere Ertragssteigerungen erzielt wurden. Einige Studien gehen
davon aus, dass sich die Erträge in den nächsten 50 Jahren weiterhin langsamer
erhöhen werden als es in den letzten 20 Jahren der Fall war. In manchen
Entwicklungsländern ist man schon an die Grenzen der verfügbaren Anbauflächen
gestoßen.
Dort
kann
eine
erhöhte
Produktion
nur
durch
verbesserte
Anbaumethoden und Sorten erzielt werden. Die Gesamtsituation stellt sich aber
weniger problematisch dar. Nach Schätzungen der FAO wird bis zum Jahr 2030
einen Rückgang der unterernährten Menschen in Entwicklungsländern auf 6%
geben. Die Problematik der Nutzungskonkurrenz ist dagegen ein geringeres
Risiko. Die aus den Pflanzen gewonnene Stärke wird weltweit über 50% zur
Herstellung von Nahrung verwendet. Ökologisch ist vor allem der erhöhte
intensive Anbau bedenklich, da immer mehr Monokulturen angebaut werden. Dies
führt zum Rückgang der Biodiversität, erhöhter Bodenerosion und Verbrauch
natürlicher Ressourcen.
61
7 Zusammenfassung
Stärkeliefernde Pflanzen sind in allen Zonen der Welt der wichtigste und billigste
Energielieferant für die menschlichen Ernährung. In dieser Arbeit werden die
wichtigsten Vertreter für die Stärkegewinnung vorgestellt. Hierfür wurden
Steckbriefe für Weizen, Mais, Kartoffel und Maniok erstellt. Der Steckbrief
beinhaltet
wichtige
Informationen
über
die
Herkunft,
die
Botanik,
die
Anbaumethoden und die Erträge der verschiedenen Anbauregionen im globalen
Vergleich. Es werden wirtschaftliche Daten der einzelnen Pflanzen und deren
Entwicklung dargestellt. Dadurch lässt sich die enorme Bedeutung der
stärkeliefernden Pflanzen in einen verständlichen Zusammenhang bringen.
Obwohl die Nachfrage nach Stärkeprodukten extrem angestiegen ist, und sich die
weltweite Stärkeproduktion um das Dreifache erhöht hat, verzeichnet der Anbau
von Stärkepflanzen immer langsamer ansteigende Produktionsleistungen. Gründe
hierfür sind vor allem eine langsamer wachsende Bevölkerung und das Erreichen
einer sehr hohen Nahrungsmittelversorgung der industriellen Länder. Vor allem in
den Entwicklungsländern wird es eine Herausforderung werden, den erhöhten
Bedarf an Nahrungsmitteln zu decken. In vielen Ländern sind die Anbauflächen
begrenzt und Produktionssteigerungen nur durch bessere Anbaumethoden und
Sorten erreichen. Prognosen der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation
der Vereinten Nationen und Experten sehen eine Produktionssteigerung vor allem
durch erhöhte Erträge und nicht in der Ausweitung der Anbauflächen.
56
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