Quantification of the impact of enhanced urea uptake in cereal grain crops on growth, nitrogen metabolism, yield formation and grain quality

Abstract

Harnstoff ist eine wichtige Stickstoffform, die in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion eingesetzt wird. In Kombination mit Harnstoffdüngemitteln haben Ureaseinhibitoren ein großes Potenzial zur Steigerung des Kornertrags und des Rohprotein-Gehalts gezeigt. Abgesehen von agronomischen Untersuchungen sind physiologische Studien zur Aufnahme von Ureaseinhibitoren durch die Wurzeln und deren Auswirkungen auf den Pflanzenmetabolismus jedoch selten untersucht. Dieses mangelnde Wissen betrifft insbesondere Ureaseinhibitoren, die in die Gruppe der Amide und Ester der Phosphorsäure, wie NBPT und das kürzlich entwickelte 2-NPT, gehören. Daher wurde in dieser Studie die agronomische Wirksamkeit einer Zugabe von 2-NPT zum Harnstoffdüngemittel parallel zum physiologischen Einfluss von 2-NPT auf den primären Stickstoff- und Kohlenstoffmetabolismus sowie auf den Phytohormon-Haushalt und die Ertragsbildung untersucht. In dreijährigen Feldversuchen mit Winterweizen führte die Zugabe von 2-NPT zu erhöhten Rohproteingehalten im Korn und Gesamt-N-Entzügen, allerdings nur auf einem leichten, nicht auf einem schweren, nährstoffreichen Boden. Zudem wurde untersucht, ob 2-NPT die Harnstoffaufnahme durch Pflanzenwurzeln beeinflusst

Urea is a major nitrogen form applied in agricultural plant production. When co-supplied with urea fertilizers, urease inhibitors have shown great potential to increase grain yield and grain protein concentrations. Apart from agronomic investigations, however, physiological studies on the uptake of urease inhibitors by roots and their impact on plant metabolism have remained rare. This lack of knowledge regards in particular urease inhibitors classified in the group of amides and esters of phosphoric acid, such as NBPT and the recently designed 2-NPT. Therefore, this study set out to investigate the agronomic efficacy of 2-NPT application with urea fertilizers in parallel with the physiological impact of 2-NPT on primary nitrogen and carbon metabolism as well as on the phytohormone balance and yield formation in winter wheat. In 3-years field trials supplementation of 2-NPT increase seed protein contents and total N withdrawal, but only on a sandy and not on a heavier, nutrient-rich soil. To address the question whether 2-NPT may directly affect urea uptake processes by roots, this study investigated further the impact of 2-NPT on uptake and root-to-shoot translocation of urea in hydroponically-grown barley.