Evaluation of two sugar beet cultivars (Beta vulgaris L.) for growth and yield under drought and heat conditions

Abstract

Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, den Effekt der K+- und Na+-Düngung und den Einfluss von Wasserstress und der Substitution von K+ durch Na+ auf das Wachstum von zwei Zuckerrübensorten (Beta vulgaris L. cv. Evita und cv. Sofie) in Boden- und Nährlösungskultur zu studieren. In einem weiteren Experiment wurden die Effekte von Trockenstress und Hitze auf das Wachstum und die Qualität der Zuckerrübe untersucht. Folgende Schlussfolgerungen lassen sich ziehen:

Ein positiver Effekt von Na+-Düngung oder Substitution von K+ durch Na+ auf das Wachstum der Zuckerrübe wurde für beide Sorten bei beiden Ernten beobachtet. Jedoch wurde das Wachstum erheblich durch Wasserstress oder durch Ca-Mangel verringert. Andererseits wurde der Ertrag der Zuckerrübe eher durch Hitze als durch Wasserstress beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass K+ durch Na+ in einigen metabolischen Prozessen der Zuckerrübe ersetzt werden kann, wenn die Zuckerrübe mit genügend K+ ernährt wurde. Andererseits, wenn das K+-Angebot während einer K+-Substitution durch Na+ begrenzt ist, wird die Ca2+-Aufnahme verringert, da vermutet wird, dass Na+ die Ca2+-Aufnahme durch eine Blockade der unspezifischen Ca2+-Kanäle hemmt. Es ist anzunehmen, dass die mögliche Substitution von K+ durch Na+ durch die Ca2+-Ernährung der Zuckerrübe begrenzt wird. Die Blattfläche war signifikant unter Wasserstress verringert, während die Blattfläche signifikant durch die Verstärung der K+-Substitution durch Na+ erhöht wurde. Na+ erhöhte die Evapotranspiration (ET) bei hoher Wasserverfügbarkeit (70% der maximalen Wasserkapazität) im Vergleich zu Pflanzen, die mit K+ gedüngt wurden. Dies konnte nicht unter Trockenstressbedingungen (40% der maximalen Wasserkapazität) beobachtet werden. Transpiration und Transpirationsrate der Pflanzen in der Nährlösung wurden erheblich durch die Erhöhung der K+-Substitution durch Na+ erhöht, während die Wassernutzungseffizienz erheblich verringert wurde. Der Wasserverbrauch erhöhte sich erheblich. Die Wassernutzungseffizienz wurde aber im Vergleich zur niedrigen Temperatur bei hoher Temperatur verringert. Die K+-Konzentration der Blätter und Rüben aller Behandlungen der K+-Substitution durch Na+ war erheblich verringert. Jedoch war die K+-Konzentration bei niedriger K+-Versorgung verringert. Andererseits war die Na+-Konzentration signifikant durch die Na+-Applikation bei zwei Behandlungen von NaCl und in allen Behandlungen, in denen K+ durch Na+ substituiert wurde, erhöht. Die -Amino-N-Konzentration der Rüben wurde durch höhere NaCl-Düngung sowie in allen Behandlungen der K+-Substitution durch Na+ oder durch verringerte Ca-Aufnahme erhöht. Dennoch wurde die -Amino-N- Konzentration der Rüben etwas durch Trockenstress und hohe Temperatur beeinflusst.

In this investigation the effect of K+ and Na+ fertilization and the substitution of K+ by Na+ on the growth of two cultivars (Evita and Sofie) of sugar beet (Beta vulgaris L.) was studied in soil culture and nutrient solution experiments. In addition, the effects of drought and heat were investigated on the growth and quality of sugar beet too. The most important results obtained from this investigation can be summarized as followed:

A positive effect of Na+ fertilization or substitution of K+ by Na+ on growth of sugar beet crop was observed for both cultivars at both harvests. However, the plant growth was significantly decreased by water stress or Ca2+ deficiency treatment. On the other hand, yield of sugar beet was more affected by heat treatment than drought treatment. The results suggest that K+ can be substituted by Na+ in some metabolic processes of sugar beet grown in the soil, if sugar beet is supplied with sufficient K+. On the other hand, if K+ application is limited during a K+ substitution by Na+, Ca2+ uptake will be decreased, since we assume that Na+ blocks the unspecific channel for Ca2+ uptake. We assume that the possible substitution of K+ by Na+ is limited by the Ca2+ nutrition of sugar beet. Leaf area was significantly decreased under water stress, whereas it was significantly increased by increasing K+ substitution by Na+. Na+ increased the evapotranspiration at high water availability (70% WHC) than plants supplied with K+, but this was not observed under water stress (40% WHC) conditions. Transpiration and transpiration rate of plants in nutrient solution were significantly increased by increasing of K+ substitution by Na+, whereas water use efficiency was significantly decreased. Water consumption increased significantly, but water use efficiency was significantly reduced at high temperature compared to low temperature. K+ concentrations of leaves and beets were significantly decreased in all treatments of K+ substitution by Na+. However, K+ concentrations were significantly decreased at low K+ supply. On the other hand, Na+ concentrations were significantly increased due to Na+ application at two levels of NaCl, and in all treatments in which K+ was substituted by Na+. Beet -amino-N concentrations were significantly increased at higher level of NaCl fertilization and in all treatments of K+ substitution by Na+, or by decreased Ca2+ application. Nevertheless, the -amino-N concentrations of beets were slightly influenced by drought and heat stress. Sucrose concentrations of beets was significantly higher in all treatments in which K+ was substituted by Na+, and under drought and heat stress treatments. Lowering Ca2+ supply, however, significantly reduced the concentration of sucrose. The sugar yield was significantly increased in all treatments of K+ substitution by Na+. Nevertheless, both NaCl applications and decreasing calcium supply significantly reduced sugar yield.