Growth and yield studies of potato development in a semi-arid region. 3. Effect of water stress and amounts of nitrogen top dressing on physiological indices and on tuber yield and quality of several cultivars

Summary

The response of five potato cultivars (Alpha, Cardinal, Désirée, Spunta and Up-to-Date) to a range of amounts of irrigation nitrogen top dressing (N.t.) in a rainless region was studied by means of the line-source sprinkler method. The irrigation-to-evaporation ratio,K _p, ranged from 0.14 to 1.27 and N.t. from 12 kg/ha to 201 kg/ha, respectively.

In all cultivars, the yield increased linearly up toK _p=1.0; at higher ratios there was a yield decline in all cultivars except for Cardinal, in which the yield function flattened off. Spunta was the highest yielding cultivar (16t/ha) in the dry range (K _p=0.14; N.t.=12 kg/ha). Désirée was the highest yielding cultivar (64 t/ha) in the wet range (K _p=1.0; N.t.=201 kg/ha), and Alpha was the lowest yielding cultivar in both the dry and wet range (9 and 46 t/ha, respectively).

Leaf permeability, leaf water potential and photosynthesis rate decreased, and tuber dry matter percentage increased with decreasingK _p: these indices also varied with plant age, and among cultivars. Yields were adversely affected when soil water potential at the 30-cm depth dropped below −0.4 bar.

Zusammenfassung

Die Reaktion von fünf Kartoffelsorten (Alpha, Cardinal, Désirée, Spunta und Up-to-Date) gegenüber abgestuften Gaben einer Stickstoff-Kopfdüngung (N.t.) mit der Beregnung wurde in der regenlosen Vegetationszeit im nördlichen Negev, Israel, studiert. Die Abstufung der Wasser-N.t., ergab sich durch Anwendung der ‘line-source’-Beregnungsmethode, bei welcher die Menge der Wasser-N.t. mit zunehmender Entfernung der Pflanzenreihen von der Regnerleitung abnimmt (Abb. 1); daraus ergab sich eine weite Abstufung des Beregnungs/Verdunstungs-Koeffizienten (K _p) mit 1,27 in der feuchtesten und 0,14 in der trockensten Reihe, und entsprechenden N.t.-Werten von 201 kg/ha bis 12 kg/ha. Die durchschnittliche Bodenfeuchtigkeit in der Wurzelzone nahm ebenfalls mit zunehmender Entfernung von der Regnerleitung ab (Abb. 2).

Verschiedene Indices hinsichtlich der Reaktion auf den Beregnungs-N.t. wurden während der Vegetationszeit registriert: Blattpermeabilität (ein Wert für die Öffnung der Stomata, Tabelle 1), Blattwasser-Potential (Tabelle 2) und Photosyntheserate (Tabelle 3). Alle drei Indices tendierten zur Abnahme mit zunehmendemK _p; unter den fünf Sorten ergaben sich Unterschiede in der Reaktion zum Beregnungs-N.t.-Verhältnis. Désirée erreichte höchsten stomatären Öffnungsgrad und höchste Photosyntheserate im nassen Bereich.

Die Knollenerträge stiegen bei Beregnung bis zuK _p=1,0 (Tabelle 4). Wasserüberschuss bei allen Sorten ausser Cardinal verursachte etwas Ertragsrückgang. Die Funktion für Ertrag gegenüber Bewässerung konnte entweder quadratisch (y=a+bx−cx ²) für den gesamten Bereich vonK _p oder linear (y=a+bx) innerhalb des bereiches unterhalbK _p=1,0 beschrieben werden (Tabelle 5). Désirée zeigt den höchsten Ertrag (ca 60t/ha) im feuchten Bereich, Spunta im trockenen Bereich, und Alpha war die Sorte mit dem geringsten Ertrag im gesamten Bereich der Wasserapplikation. Die Erträge wurden stark beeinträchtigt, wenn das Bodenwasserpotential unter −0,4 bar fiel.

Die Trockenmasse der Knollen erhöhte sich mit zurückgehender Wasserapplikation (Tabelle 6); innerhalb dieses Bereiches hatten Alpha den höchsten und Spunta den niedrigsten Trockenmassegehalt.

Mit Ausnahme von Désirée wiesen die verschiedenen untersuchten physiologischen Indices nicht auf das Ertragspotential der Sorten hin; Désirée zeigte im feuchten Bereich höchste Raten für stomatäre Öffnung, Photosynthese und Knollenertrag. Ebensowenig war die Persistenz der Blätter unter Wasserstress in Beziehung zum Knollenertrag: Alpha, die ihre Blätter am längsten beibehielt, produzierte im trockensten Bereich weit weniger (7,9t/ha) als Spunta, eine früh alternde Sorte (16,5 t/ha). Es wird angenommen, dass trotz eines gemeinsamen Reaktionsmusters gegen Wasser-N.t.-Versorgung jede Sorte ihre spezifischen Reaktionsparameter aufweist.

Résumé

La réponse de cinq variétés (Alpha, Cardinal, Désirée, Spunta et Up-to-Date) à différentes doses d'irrigation et d'apport azoté foliaire (N.t.) a été étudié en saison sèche dans le nord du Negev, en Israël. Un gradient d'apport eauazote était obtenu en utilisant un dispositif linéaire d'aspersion par sprinkler, dans lequel les quantités approtées diminuaient avec l'augmentation de la distance entre les rangs et la source d'approvisionnement (fig. 1). Cela permettait d'obtenir une large gamme pour la valeur du coefficientK _p irrigation-évaporation allant de 1,27 pour les rangs humides à 0,14 pour les rangs secs, et pour l'apport d'azote allant de 201 kg/ha à 12 kg/ha. L'hygrométrie moyenne dans les zones de développement des racines diminuait également avec l'éloignement des lignes de sprinklers (fig. 2).

Plusieurs caractères physiologiques influencés par l'apport eau-azote étaient étudiés durant la période de croissance des plantes: perméabilité des feuilles (indice d'ouverture des stomates; tableau 1) potentiel hydrique des feuilles (tableau 2) et taux de photosynthèse (tableau 3). Les trois indices tendaient à diminuer avec l'abaissement deK _p; les cinq variétés présentaient des différences dans leur réaction vis à vis des quantités approtées d'eau et d'azote. Désirée maintenait un haut niveau d'ouverture des stomates et un taux élevé de photosynthèse dans les rangs humides.

Le rendement en tubercules augmentait avec l'irrigation donnant unK _p de 1,0 (tableau 4); l'excès d'eau causait une baisse de rendement pour toutes les variétés sauf Cardinal. La fonction donnèe par la réponse du rendement à l'irrigation pourrait être exprimée soit comme une fonction quadratique (y=a+bx+cx ²) pour la gamme complète duK _p, soit comme une fonction linéaire (y=a+bx) à l'intérieur de la gamme située au-dessous deK _p=1,0 (tableau 5). Désirée était la variété à plus fort rendement (60 t/ha) dans les gammes humides alors que Spunta l'était dans les gammes sèches; Alpha donnait le rendement le plus faible dans la gamme complète duK _p. Le rendement était inversement affecté quand la capacité de rétention d'eau du sol passait au-dessous de −0,4 bar.

La teneur en matière sèche des tubercules augmentait avec l'augmentation des apports d'eau (tableau 6) mais Alpha et Spunta avaient respectivement la plus haute et la plus basse teneur en matière sèche.

Les différents caractères physiologiques étudiés ne donnaient pas d'indications sur le rendement potentiel des variétés, à l'exception de Désirée qui, dans les conditions humides, avait les plus hauts niveaux d'ouverture des stomates, de photosynthèse et de rendement en tubercules. En ce qui concerne ce dernier, dans des conditions de stress hydrique, Alpha, qui maintenait son feuillage le plus longtemps, produisait beaucoup moins en condition sèche (7,9 t/ha) que Spunta, variété à senescence précoce (16,5 t/ha). On en conclut que malgré le mode commun de réponse aux applications eau-fumure, chaque variété possède une réponseà ces paramètres qui lui est spécifique.