Mottling and magnesium deficiency in oats and their dependence on various factors

Summary

The disease of oats and other cereals, known in the Netherlands as “Hooghalen disease”, is characterized by a more or less striking degree of mottled colouring of the plant, resulting from the “curdling” of the chlorophyll. At worst the plant becomes yellow-coloured throughout. Slight symptoms are slightly or not at all associated with lower yields; serious symptoms result in considerable losses of the crop.

In the literature on the subject reference is made to various factors affecting the appearance of the disease, the most important of which are the magnesium status of the soil, the pH, the potassium supply, the humus content and the form of nitrogen. According to several investigators the real cause is magnesium deficiency.

In the present investigation we have endeavoured to determine quantitatively the significance of some factors in the degree of mottling. The assessment was based on visible symptoms, which are more suitable for an investigation of this kind than are the yields, especially as a slightly mottled colouring is not necessarily associated with lower yields. For an easy representation of the data the various “syndromes” (symptom complexes) were marked 1 to 10 inclusive. Low marks were awarded for serious symptoms, and a completely sound crop was marked 10. With the aid of this scale assessments were made on a young crop of oats (height: 10–30 cm) growing on a number of experimental fields on a sandy soil, treated with K, P, PK (twice), PMg or PKMg (each field has 6 subplots). The degree of mottling was correlated by a numeric-graphical method, with the factors, MgO-content of the soil (determined in an 0.5N NaCl-extract), pH-KCl, K-number (determined in an 0.1N HCl extract) and humus content. The results are presented in Figures 3–10. The tables give the correction factorsā _i and the statistical reliabilityp _i of the findings.

Shortly after judging the oats, leaf samples were taken, and their MgO-and N-contents were determined. The N-content served as a measure of the stage of growth. The MgO-content was correlated with the same factors as in the case of the mottling symptoms. The significance of the N-content was also studied. The results of these computations are shown in Figures 11–14.

Finally the relation was studied between the syndromes and the MgO content of the crop (Figures 15–17).

The most important conclusions from this investigation were as follows:

Figures 3–10. The degree of mottling is related to the MgO-content of the soil, the K-number of the soil, the Mg-treatment and the K-treatment. The humus content showed no relation to the syndrome.

The nature of the influences of the MgO-content and of the pH of the soil is in both cases characterized by a rising to a maximum with limiting values at 35–40 ppm and 4.8 respectively. The influence of the K-number of the soil is evident from the linear nature of the curve. Conditions for serious disease symptoms are thus simultaneous occurrence of low MgO-content, low pH and high K-number of the soil.

A treatment of approximately 40 kg MgO per hectare considerably reduced the mottled colouring the influences of the factors MgO-content of the soil and pH being almost completely counteracted; the influence of the K-number was also decreased. By applying a larger amount of MgO the influence of pH can be completely eliminated. The value of the magnesium added is lower than that which is already present in the soil. A treatment of 120 kg K₂O per hectare aggravates the disease symptoms especially if no magnesium is applied. The influence of the potassium treatment is greatest in case of a low MgO-content of the soil; the pH has some influence on the effect of the K-treatment only if at the same time, Mg is added. K-treatment considerably diminishes the influence of the K-number of the soil.

The limiting value for the MgO-content of the soil depends little on the pH, but shows a downward trend if the K-number increases.

Figure 11–14. The MgO-content of the crop is related in a similar way to the same factors as in the case of mottling. Furthermore, it is shown that the MgO-content decreases with increasing age of the plant. A high magnesia content of the soil causes a luxury uptake of magnesium whereas a high pH does not. The significance of the pH for the magnesium supply of the plant is probably of an inhibitory nature, most associated with root development.

By applying magnesium at 40 kg MgO per hectare, the MgO-content of the crop is increased by 0.01–0.02%. The MgO-content is also increased by the potassium treatment but this increase is small and does not amount to more than 0.01%.

Figure 15–17. A clear relation between mottling and MgO-content of the leaves is only found if the MgO-contents are corrected to the same N-content The limiting value for the MgO-content of the leaves below which mottling appears without K-treatment is approximately 0.20% (at a N-content of 2.95%). The value shows an upward trend as the N-content increases and consequently as the age of the crop decreases.

The results of the investigation may justify the assumption that mottled colouring in oats results from an insufficient MgO-content or from too much potassium in relation to magnesium in the leaves, in which the N-content should also be taken into account.

Résumé

La maladie de l'avoine et des autres céreales, connue aux Pays-Bas sous le nom “Hooghalense ziekte” (c.-à-d. maladie de Hooghalen ou carence de magnésium) est caractérisée par la séparation plus ou moins marquée de la chlorophylle dans les feuilles, donnant à la plante un aspect tigré. Dans les cas les plus graves la plante peut même jaunir complètement, ce qui donne lieu à des dépressions de rendements très sensibles, tandis que ceci ne se produira pas ou presque pas lorsqu'il s'agit d'une légère apparition de cette maladie.

Dans la littérature plusieurs facteurs influençant l'apparition de cette maladie sont nommées. Les plus importantes en sont le pH, l'approvisionnement en potasse, la teneur en magnésium (et en humus) du sol et de la forme sous laquelle est administrée la fumure azotée.

Selon plusieurs auteurs la cause proprement dite est une question de carence de magnésium.

Dans la présente recherche nous avons essayé d'approfondir quantitativement la signification de quelques facteurs influençant l'intensité d'apparition des symptômes de cette maladie. Ceci a été fait à l'aide des symptômes visuellement perceptibles, plus commodes à manipuler dans une telle recherche, où, dans les cas légers, l'apparition de cette maladie ne va pas nécessairement de paire avec des diminutions de rendements. Pour une maniement plus facile des données, les différents degrés d'intensité de la maladie furent appréciés à l'aide d'une note entre 1 et 10. Les cas les plus graves obtiennent les chiffres les plus bas, tandis que les cultures saines reçoivent l'appréciation 10. A l'aide de cette échelle, des jeunes cultures d'avoine (longueur 10–30 cm) sur des champs d'expériences sur sols sablonneux furent taxées. Ces champs d'essais comprenaient les formules de fumures suivantes: K, P, PK (2×), PMg et PKMg. Les chiffres avec lesquels le degré de tigrage fut caractérisé, ont été mis en relation par formule de fumure, selon la méthode numérique-graphique, avec les facteurs teneur en MgO du sol (déterminée dans un extrait de NaCl, 0.5N), pH-KCl, teneur en potasse (déterminée dans un extrait de HCl, 0.1N), et en humus du sol. Les résultats sont mentionnés dans les figures 3–10. Les tabelles mentionnent le facteur de correctionā _i et le degré de signification statistiquep _i .

Peu après la taxation de l'avoine des échantillons foliaires furent prélevé pour la détermination des teneurs en MgO et en azote, cette dernière devant surtout servir comme norme de la phase de développement des différentes cultures. La teneur en MgO a été mis en relation avec les mêmes facteurs utilisés dans les rapports avec le degré de tigrage des feuilles (fig. 11–14).

En suite nous avons encore essayé de trouver une relation entre le degré de tigrage et la teneur en MgO des feuilles (fig. 15–17).

Les conclusions les plus importantes de cette recherche sont les suivantes:

Fig. 3–10. Le degré de tigrage dépend de la teneur en MgO du sol, le pH, la teneur en potasse et de la fumure magnésienne et potassique. La teneur en humus n'exerçait pas d'influence sur l'apparition des symptômes de la maladie. L'influence de la teneur en magnésium du sol et du pH est caracterisée dans les deux cas par un courbe à maximum dont les valeurs limites se trouvent respectivement à 35–40 ppm et 4.8, tandis que la relation avec la teneur en potasse du sol est linéaire. La présence simultanée d'un teneur en MgO du sol bas, d'un pH bas et d'un teneur en potasse du sol élevé, donne lieu à l'apparition de symptômes de carence magnésienne très graves.

Une fumure avec 40 kg MgO/ha réduit considérablement le tigrage des feuilles. L'influence des facteurs MgO du sol et pH est alors presque complètement éliminée, celle de la teneur en potasse du sol affaiblie. En utilisant une plus forte dose de MgO l'influence du pH du sol peut être complètement annulées. La valeur du magnésium donné comme engrais est moindre que celle se trouvant au sol.

Une fumure de potasse de 120 kg K₂O/ha aggravera surtout le tigrage lorsqu'on omet de donner également une fumure de magnésium. L'influence d'une fumure potassique est la plus grande lorsque la teneur en MgO du sol est bas. Le pH n'a que quelque influence sur l'effet d'une furmure potassique si l'on donne en même temps une fumure magnésienne. Par une fumure potassique de la teneur en potasse du sol est considérablement affaiblie.

Les valeurs limites de la teneur en MgO du sol ne dépendent que très peu du pH, mais se déplacent vers en bas à mesure que la teneur en potasse du sol devient plus petite.

Fig. 11–14. La teneur en MgO des feuilles dépend des même facteurs et à peu près de la même façon comme trouvée pour le tigrage. En plus il apparaît qu'il existe une relation étroite entre la teneur en MgO et celle de l'azote dans les feuilles; à mesure que la plante est plus développée, la teneur en MgO est plus basse.

Une haute teneur en MgO au sol occasionne une consommation de luxe de la magnésie, un pH élevé pas. L'importance du pH dans l'approvisionnement en magnésium des plantes réside probablement dans le rôle de frein qu'il joue; en première instance il faudra penser ici aux possibilités de développement du système radiculaire des plantes.

Par une fumure magnésienne de 40 kg MgO/ha, la teneur en MgO des feuilles montera de 0.01–0.02%; une fumure potassique fait également quelque peu monter cette teneur. Cette hausse est cependant moins marquée et ne dépassera pas le 0.01%.

Fig. 15–17. Une relation étroite entre le degré de tigrage et la teneur en MgO des feuilles n'apparaîtra seulement que si l'on tient compte avec l'âge des plantes en reduisant tous les teneurs en MgO à la même teneur d'azote des feuilles. La valeur limite de la teneur en MgO des feuilles sous laquelle apparaîtra, sans fumure potassique, des symptômes de tigrage, se trouve à 0.20% de MgO (teneur en azote 2.95%). Avec une fumure potassique cette valeur limite se trouvera de 0.02% plus haute. La valeur limite se déplacera vers en heut à mesure que la teneur en azote est plus haute, donc à mesure que la plante est plus jeune.

Les résultats de cette recherche donnent suffisamment de preuves pour pouvoir admettre que le tigrage de l'avoine est la conséquence d'une teneur en MgO insuffisante ou d'un rapport trop élevé entre les teneurs en potasse et en magnésie dans les feuilles, dans quel rapport la teneur en azote joue également un rôle.

Zusammenfassung

Die Krankheit von Hafer und anderen Getreidearten, in den Niederlande bekannt als “Hooghalense ziekte” (d.h. Hooghalensche Krankheit oder Sauerkrankheit, bzw. Magnesiummangelchlorose), wird gekennzeichnet durch ein mehr oder weniger Zusammenhaufen des Chlorophylls, wodurch die Blätter tigerähnliche Verfärbungen bekommen und in den schlimmsten Fällen selbst ganz vergilben. Bei einer schwachen Erkrankung werden nur wenig oder selbst gar keine Ertragsverluste festzustellen sein; in sehr schlimmen Fällen sind die Ertragsminderungen aber sehr erheblich.

Die Literatur nennt verschiedene Faktoren, die das Entstehen dieser Mangelerscheinung zu Grunde liegen. Die wichtigsten sind der Magnesiumund Humusgehalt der Böden, die Kaliversorgung der Pflanze, die Bodenreaktion und die Form der Stickstoffdüngung. Verschiedene Förscher geben als Grundursache Magnesiummangel im Boden an.

In der vorliegenden Forschung haben wir versucht die Bedeutung verschiedener Faktoren auf den Grad des Krankheitsbefalles kwantitativ zu erfassen. Dieses geschah unter Zuhilfenahme der visuel ersichtbaren Symptomen die sich besser für solche Untersuchungen gebrauchen lassen als Ertragsbestimmungen, gerade weil ein schwacher Krankheitsbefall nicht immer parallel geht mit einer Ertragsminderung. Zu bequemer Hantierung der verschiedenen Daten wurden die Krankheitsbilder bewertet mit Ziffern zwischen 1 und 10. Ein ernsthafter Krankheitsbefund wurde mit niedrigen Zahlen bewertet, gesunde Gewächse erhielten 10. Unter Zuhilfenahme dieses Skalas wurden junge Haferkulturen (10–30 cm hoch) auf verschieden Versuchsfeldern

Sandböden beurteilt. Diese Versuchsfelder umfassten die folgenden Objekte: K, P, PK (2×), PMg und PKMg. Die Bewertungsziffern wurden je Objekt, mittels einer numerisch-graphischen Methode mit den folgenden Bodenfaktoren in Beziehung gebracht: MgO-Gehalt des Bodens (bestimmt in 0.5N NaCl-Extrakt), Kaligehalt des Bodens (bestimmt in 0.1N HCl-Extrakt), pH-KCl und Humusgehalt. Die Resultate sind ersichtlich aus den Figuren 3 bis 10. Die Tabellen geben einen Korrektionsfaktorā _i und den statistischen Sicherheitsfaktorp _i .

Kurz nach der Bewertung des Hafers wurden Gewächsmuster entnommen und auf MgO- und N-Gehalt (als Mass für das Entwicklungsstadium der untersuchten Gewächse) untersucht. Der MgO-Gehalt wurde auf ähnliche Weise wie mit den Tigerungbewertungsziffern geschah, mit den unterschiedenen Bodenfaktoren in Beziehung gebracht; wobei überdies auch die Bedeutung des N-Gehaltes noch untersucht wurde (Fig. 11–14).

Schliesslich wurde noch die Beziehung zwischen Krankheitsbild und MgO-Gehalt der Blätter untersucht (Fig. 15–17).

Die wichtigsten Ergebnisse sind die folgenden:

Fig. 3–10. Der Grad des Auftretens der Krankheit hängt zusammen mit dem MgO-Gehalt des Bodens, dem pH-Wert, dem Kaligehalt des Bodens und der Düngung mit MgO und Kalium. Zwischen Humusgehalt und Krankheitsbild wurde keine Beziehung gefunden.

Die Art der Einflüsse des MgO-Gehaltes und des pH-Wertes des Bodens kennzeichnete sich in beiden Fällen durch eine Maximumkurve mit Grenzwerten bei bzw. 35–40 ppm und 4.8. Der Einfluss des Kaligehaltes des Bodens war lineärer Art. Bedingung für das Auftreten ernsthafter Krankheitsbilder ist das gleichzeitig im Boden Vorkommen von niedrigen MgO-Gehalten, niedrigen pH-Werten und höhen Kaligehalten.

Eine Magnesiumdüngung nach 40 kg MgO pro Hektar hat eine erhebliche Herabsetzung des Tigerungsgrades zur Folge. Der Einfluss des MgO-Gehaltes des Bodens und des pH-Wertes wurde hierdurch praktisch ganz ausgeschaltet, der Einfluss des Kaligehaltes erheblich abgeschwächt. Durch Anwendung eines grösseren Quantums MgO kann der Einfluss des pH-Wertes ganz aufgehoben werden.

Das als Dünger gegebene Magnesium ist in Wert geringer als desjenigens das sich schon im Boden befindet.

Wenn keiner Magnesiumdünger wird gegeben, wird das Krankheitsbild durch eine Kalidüngung nach 120 kg pro Hektar verstärkt. Der Einfluss der Kalidüngung ist am grössten bei einem niedrigen MgO-Gehalt des Bodens; der pH-Wert hat nur einen geringen Einfluss auf diesen Kalidüngungseffekt wenn gleichzeitug auch eine Magnesiumdüngung gegeben wird. Der Einfluss der Kaligehaltes des Bodens wird stark herabgesetzt durch eine Kalidüngung.

Der Grenzwert des MgO-Gehaltes im Boden hängt nur wenig ab von dem pH-Wert, aber verschiebt sich nach unten wenn der Kaligehalt des Bodens niedriger wird.

Fig. 11–14. Der MgO-Gehalt der Blätter steht ungefähr auf gleichartige Weise in Beziehung zu denselben Faktoren wie diese schon gefunden wurden beim Zusammenhang mit der Tigerung. Ausserdem besteht eine starke Korrelation zwischen MgO- und N-Gehalt der Blätter. Je nachdem die Pflanze älter ist, wird der MgO-Gehalt niedriger. Ein hoher MgO-Gehalt des Bodens führt zu einem Luxuskonsum an Magnesium, ein hoher pH-Wert nicht. Die Bedeutung des pH-Wertes für die Magnesiumversorgung der Pflanzen ist wahrscheinlich von hemmender Art; im ersten Instanz soll dabei gedacht werden an die Möglichkeit der Entwickelung des Wurzelsystems.

Durch eine Magnesiumdüngung von 40 kg MgO pro Hektar wird der MgO-Gehalt der Blätter von 0.01–0.02% gesteigert; durch eine Kalidüngung ebenfalls aber in geringerer Masse und nicht mehr als 0.01%.

Fig. 15–17. Eine deutliche Beziehung zwischen Tigerung und MgO-Gehalt der Blätter wird nur gefunden wenn der MgO-Gehalt auf gleichen N-Gehalt reduziert wird. Der Grenzwert für MgO-Gehalt in Blättern wobei ohne Kalidüngung, Tigerung auftritt, liegt bei 0.20% MgO (und 2.95% N). Mit Kalidüngung liegt der Grenzwert um 0.02% höher. Der Grenzwert verschiebt nach oben je nachdem der N-Gehalt höher liegt, d.h. die Pflanze jünger ist.

Die Resultate dieser Forschung geben genügend Beweise um anzunehmen dass Tigerung im Hafer verursacht wird durch einen zu niedrigen MgO-Gehalt des Bodens oder ein zu weites Verhältnis zwischen Kali- und Magnesiumgehalt im Blatt, wobei auch der N-Gehalt der Pflanze eine Rolle spielt.