Humboldt-Universität zu Berlin - Albrecht Daniel Thaer-Institut für Agrar- und Gartenbauwissenschaften

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doctor rerum agriculturarum (Dr. rer. agr.) an der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin

Dipl.-Ing. agr. Melesse Agegnehu

Datum der Promotion: 10. 12. 1999

ISBN 3-89574-367-4
Verlag Dr. Köster Berlin

Der Leindotter (Camelina sativa) ist eine alte Kulturpflanze aus der Familie der Brassicaceae, deren Nutzung als Ölpflanze seit Ende des zweiten Weltkrieges in Mitteleuropa stark zurückgegangen ist. Aufgrund seiner Inhaltstoffe und der bestehenden agronomischen Eigenschaften könnte der Leindotter eine interessante Alternative für die Non-Food-Anwendung darstellen und zur Erweiterung des Artenspektrums im Industriepflanzenbau beitragen.

Sommerleindotter

Sommerleindotter stellt mit einem nutzbaren Ertragspotential von bis zu 30 dt/ha eine anbauwürdige Ölfrucht dar. Als positive Eigenschaften im Anbau sind vor allem die kurze Wachstumszeit, die Anbaueignung auf sorptionsschwachen Böden und die geringe Krankheits- und Schädlingsanfälligkeit zu nennen. Zur Erzielung höherer Kornerträge sollte eine frühe Aussaat (März - Anfang April) angestrebt werden. Zu berücksichtigen sind dabei Keimtemperaturen von über 1 oC und angemessene Bodenbedingungen (gute Struktur des Saatbettes). Trotz guter Laborkeimfähigkeit ist unter Feldbedingungen nur mit Aufgangsraten von etwa 75 % und mit Endbestandesdichten (Pfl./m² zur Ernte) von etwa 60 % der keimfähigen Körner pro m² zu rechnen. Der Sommerleindotter beansprucht eine Wachstumszeit von 100 - 120 Tagen. Die Ontogenese ist durch eine vegetative Entwicklungsphase von etwa 60 Tagen, eine Blühdauer von etwa 20 Tagen und eine Reifezeit von 20 - 30 Tagen gekennzeichnet. Die Konkurrenzfähigkeit ist auf Grund langsamer Jugendentwicklung und geringer Bodenbedeckung schlechter als bei anderen Brassica-Arten. Eine wirksame Herbizidapplikation ist deshalb für einen ertragssicheren Sommerleindotteranbau unerlässlich.
Es wurden Analysen zur Bestandesbildung und zur Ausprägung der Ertragsstruktur des Sommerleindotters durchgeführt. Daraus wurden Aussagen zur Wichtung sowie zur Beeinflussbarkeit der Blattfläche, des Sprossdurchmessers, der Biomassestruktur und der Ertragskomponenten abgeleitet. Die Ausbildung der Kornertrage war durch starke Jahres- und Standorteinflüsse gekennzeichnet. Diese Wechselwirkungen weisen auf die Bedeutung der Bodenstruktur, der Wasserversorgung und der N-Ernährung für den Leindotter hin.
N-Gaben von 120 kg/ha und Aussaatmengen von 400 Kö./m² waren in den durchgeführten Feldversuchen notwendig, um gute Kornerträge zu erzielen. Die Samenqualität des Sommerleindotters ist durch Ölgehalte von bis zu 42 % und durch Eiweißgehalte von bis zu 26 % gekennzeichnet. Beide primären Sameninhaltstoffe stehen in negativer Wechselbeziehung zueinander. Steigende N-Gaben bewirkten eine Zunahme des Rp-Gehaltes und eine Abnahme des Ölgehaltes in den Samenkörnern des Leindotters. Die Differenzierung der Bestandesdichte hatte keinen Einfluss auf die Qualität der Leindottersamen. Die Qualität des Leindotteröles ist durch einen Anteil ungesättigter Fettsäuren von etwa 90 % charakterisiert. Darunter nehmen die mehrfach ungesättigten Polyenfettsäuren einen Anteil von 59 % und die Ölsäure einen Anteil von 31 % ein. In den durchgeführten Untersuchungen deutet sich eine negative Wechselwirkung zwischen der Öl- und Linolsäure einerseits und der Linolensäure andererseits an. Zunehmende N-Gaben bewirkten eine Abnahme der Öl- und Linolsäuregehalte innerhalb der Fettsäurezusammensetzung.

Winterleindotter

Hauptproblem des Winterleindotters ist dessen geringe Frostresistenz, die seine Anbaueignung begrenzt. Durch die Wahl des Aussaattermins kann die Überwinterung des Winterleindotters stark beeinflusst werden. Eine Aussaat in der zweiten Septemberdekade bietet nach den bisherigen Erfahrungen unter heimischen Bedingungen die besten Voraussetzungen für einen guten Feldaufgang und für eine ausreichende Vorwinterentwicklung (Ausbildung von Pfahlwurzel und Blattrosette) des Winterleindotters. Für eine gute Bestandesetablierung sind nach den vorliegenden Ergebnissen Bestandesdichten von 200 Pfl./m² ausreichend. Aussaatzeit und Bestandesdichte beeinflussen die Merkmale der Morphologie und der Ertragsstruktur des Winterleindotterbestandes. Frühe Saatzeiten begünstigen die Ausbildung von Sprossdurchmesser, Blattflächenindex, Verzweigungszahl/Pflanze, Schotenzahl/Pflanze und Samenzahl/Schote. Eine günstige Ausprägung dieser Merkmale ist jedoch nur bei einer angemessenen Bestandesdichte möglich. Ernteindizes und Korn-Stroh-Verhältnisse wurden durch die Veränderung von Aussaattermin und Aussaatmenge nicht beeinflusst.
Unter den gegebenen Bedingungen wurde mit Winterleindotter ein maximales Kornertragsniveau von 24 dt/ha (Güterfelde, 400 Kö./m²) realisiert. Sowohl im Versuchsmittel als auch bei optimaler Kombination von Prüffaktoren bzw. -stufen bestand keine Ertragsüberlegenheit des Winterleindotters gegenüber dem Sommerleindotter. Die Korngrö ße (TKG) der Sorte "Wiledo" war geringer als die des Sommerleindotters (Lindo). Eine Beeinflussung des TKG durch pflanzenbauliche Maßnahmen konnte nicht festegestellt werden.
Die Samenqualität des Winterleindotters ist bei einem Proteingehalt von 25 % und einem Ölgehalt von 42 % mit der des Sommerleindotters vergleichbar. Gleiches gilt für die Fettsäurenzusammensetzung, die durch einen Anteil an Polyenfettsäuren von 58 % und durch einen Anteil der einfach ungesättigten Ölsäure von 30 % gekennzeichnet war. Der Anteil der Linolsäure ist mit dem der Eicosensäure vergleichbar. Eine Beeinflussung der Samenqualität konnte durch die Differenzierung der Saatzeit festgestellt werden. Spätsaat förderte die Ölbildung und minderte die Eiweißgehalte im Samenkorn.
Zukünftige Forschungsarbeiten sollten sich auf die züchterische Verbesserung der Winterfestigkeit (Winterleindotter) und der Ölqualität richten. Daneben sind weitere Arbeiten zur Optimierung des Leindotteranbaus in Abhängigkeit von Bodenbedingungen und Anbauintensität zukünftig notwendig.

Summary

Camelina sativa (false flax, gold-of-pleasure) is one of the oldest oil crops under the family of Brassicaceae. Although it has highly valuable chemical contents and favourable agronomical traits, it has lost its importance as an oil crop in central Europe since World War II. It could be an alternative oil crop for non-food-applications and also assumed to be an alternative crop for the extension of art spectrum and for cultivation of industrial crops. Camelina sativa as an oil crop has the following two forms of annually cultivable varieties:

Summer variety

The summer form of Camelina with a yield of 3.0 t/ha is a well-known oil crop, which could be cultivated on poor soil conditions. Furthermore, it is characterised by short period of vegetation and high resistance to diseases and pests. To get a higher amount of seed yield; the seeding time should be under consideration of the existing cultivation practices between late March and early April. Germination temperature higher than 1 0C and a well-prepared seedbed are some of the more relevant factors to be considered.
Although the seeds of Camelina have a higher germination rate under laboratory conditions, only about 75 % germinate in the field. Not more than 60 % of the plant populations could reach harvesting time.
The crop needs a vegetation period of about 100 - 120 days. Ontogenesis of the crop is characterised by a vegetative growth phase of about 60 days, a duration of lowering of about 20 days and a ripening time of 20 - 30 days.
Because of its slower growth rates and poor soil-covering potential at the early stages, the stand has less competitive ability with weeds flora than other Brassica crops. An effective application of herbicide is therefore necessary.
Analysis was undertaken on the formation of stand densities (plants/m²) and development of yield structures. Based on these analysis relevant statements were made about the importance and intensity of the influence factors on the leaf-area, thickness of plant stem, structure of the bio-masse and yield components. The formation of seed yield was strongly affected by cultivation seasons (Year) and soil conditions. This is related specially to the structure of the soil, water availability and nitrogen nourishment. An increased supply of nitrogen with an amount of 120 kg/ha and a seeding rate of 400 viable seeds/m² are considered to be optimal levels for a satisfactory seed yield.
Quality of the seeds of false flax is also possibly characterised by an oil percentage of up to 42 % and by a protein content of up to 26 %. An increased doses of nitrogen takes a strong influence on the increment of the protein percentage and on the decrement of the oil percentage. Therefore, these two primary chemical contents are negatively correlated. The application of different seeding rates, however, has no significant influence on both protein and fat contents.
The proportion of the unsaturated fatty acids in the total oil content of seeds is 90 %. Out of these unsaturated fatty acids the proportion of linoleic and linolenic (polyen fatty acids) is about 59 % and oleic, eicosenic as well as eruca (monoen fatty acids) 31 %. Research results show a negative interaction between the oleic and linoleic fatty on one hand and the linolenic fatty acid on the other. Fatty acid content of oleic and linoleic was reduced with an increased supply of nitrogen application within the fat.

Winter variety

The main limiting factor for the cultivation of winter form of false flax is its susceptibility to frost. But this could be influenced with the help of an appropriate seeding time and seeding rates. According to the present study, under the German cultivation conditions, a seeding time between 15 th and 20 th of September give a better germination rate and pre-winter growth, especially for the development of deep root & leaf rosettes.
Seeding time and stand densities (plants/m²) have great influences on the morphological characteristics and yield structures of winter form. Early seeding time favoured the formation of thicker plant stem, a higher leaf-area-index, more branches and pods/plant as well as more seeds/pod compare to the late seeding times. However, the number of plant population/m² influences the manifestation of these plant characteristics. The changing of the seeding time or the variation of seeding rates has no significant influence on harvest-indexes and seed-straw-ratios. According to these research results about 200 plants/m² are optimal stand densities to cultivate the winter variety. Under optimum growth conditions it was possible to get a yield of 2.4 t/ha (Gueterfelde, 400 viable seeds/m²). Neither overall average results nor the results of treatment factors have indicated seed yield superiority of winter form over summer form. The seed weight of the winter form is less than that of the summer variety. Thousand-seed-weight of winter form is not significantly affected by any of the mentioned treatment factors.
The protein and fat content of the seed on dry matter basis was about 25 % and 42 % respectively. There is no great variation between chemical compositions of winter and summer varieties. Of the fatal fat content the polyen and monoen fatty acids constitute 58 % and 31 % respectively. In the total fat content the proportion of the linolenic fatty acid comprises 43 %, while the linoleic and eicosenic fatty acids constitute each about 14 %.
Using different seeding rates had not significant effect on both oil and protein contents. But they were influenced by the variation of the seeding time. Late seeding time promotes the formation of oil and reduction of protein contents of the seeds.
Generally, in the future intensive research should be undertaken on variety breeding to improve the frost tolerance ability (winter variety), yield quantity and oil quality of false flax of both varieties. Furthermore, it must be concentrated on the optimisation of the agricultural practices, such as seeding time, seeding rates and fertilisation levels in relation to soil conditions and intensity of cultivation.