Yield and dry matter content of early and late potatoes, as affected by monoculture and mixed cultures

Summary

The competition model of de Wit proved to be applicable to the yields of early and late varieties in mixed culture. The mixture can be advantageous.

The calculated maximum yield increase led to different ratios of the varieties in the seed mixture. The dry matter content of the early varieties decreased in mixed culture, that of the late varieties increased. The haulm/tuber ratio was decreased compared with that of the late variety. In growing the varieties row by row the early variety was crowded out tot a greater extent than at interchanging the varieties in the row. Mixed culture would need to be restricted to the growing of potatoes for the starch industry or for other uses for which a mixed product is admissible. The prospects are dependent on the availability of the appropriate varieties.

Zusammenfassung

Die Art und Weise, wie sich zwei Pflanzenarten in Mischkultur im Raum konkurrenzieren. lässt sich durch Gemisch mit variierendem Anteil der beiden Mischungspartner (replacement series) wiederspiegeln. Dies kann erreicht werden, indem die Arten in Monokultur und in variierenden Mischkulturen angebaut werden, und zwar so, dass die gesamte Pflanzgutmenge immer die gleiche ist.

Die Erträge der beiden Arten in der Mischung können oftmals durch Formel 1 wiedergegeben werden, sofern beide Arten einander ausschliessen. Darin stellen O₁ und O₂ die Erträge der Arten in Mischung und M₁ und M₂ jene der Monokulturen dar. k₁₂ und k₂₁ sind die relativen Mengenkoeffizienten der Arten 1 mit Bezug auf die Arten 2 und der Arten 2 mit Bezug auf die Arten 1. z₁ und z₂ sind die Fraktionen der Sorten in der Pflanzmischung. Für z₁=z₂=0.5 lässt sich Formel 2 anwenden.

Wenn die Arten einander ausschliessen, beträgt der relative Gesamtertrag RTY=O₁/M₁+O₂/M₂=1 und k₁₂·k₂₁=1. Der Maximalertrag der Mischung wird dann jenen der ertragreichsten Monokultur nicht übersteigen (Abb. 1a). Wenn die Arten einander nicht vollständig ausschliessen, dann macht k₁₂·k₂₁≠1. Dann können Mischkulturen rentabel sein. Es wird eine Anzahl Versuche mit Mono-und Mischkulturen von frühen und späten Kartoffelsorten beschrieben. Das Konkurrenzmodell von de Wit (1960) hat sich für die Erträge von Mischkulturen als anwendbar erwiesen (Abb. 2). Auf diesen Ergebnissen basierend, wurden die Versuche mit einer Reihe stark vereinfachter replacement series, mit z₁=z₂=0.5, fortgesetzt. Die Erträge von andern Pflanzverhältnissen wurden mit der Formel 1, mit 1=e (frühe) und 2=1 (späte Sorte) berechnet. In diesen Versuchen wurden die Sorten zu gleicher Zeit ausgepflanzt, die frühen Sorten vorgekeimt, die späten mit kleinen. weissen Keimen. Mit den Sorten wurde pro Pflanze in der Reihe oder pro Reihe abgewechselt (Tabelle 1, Kolonne 6). Der Maximalertrag der Mischung (Abb. 2, siehe Pfeil) wird durch die Formel 6 ausgedrückt. Das optimale Sortenverhältnis für die Aussaat, mit welchem dieser maximale Ertrag erzielt wird, kann mit der Formel 7, in welcher r_e die relative Häufigheit der frühen Sorte darstellt, errechnet werden.

In Tabelle 1 sind die Knollenerträge der Monokulturen von 76 replacement series (Kolonnen 8 und 10) aufgeführt. Die relativen Häufigkeits-Koeffizienten für die Sorten in Mischkulturen. errechnet mit Formel 2, sind in den Kolonnen 7 und 9 dargestellt. Die errechnete optimale Ertragszunahme und die tatsächlich gemessene Ertragszunahme bei z₁=z₂=0.5 bezüglich Knollenertrag sind in den Kolonnen 13 bzw, 15 angegeben. Auf gleiche Weise ist in den Kolonnen 14 und 16 der Erfolg von Mischkulturen in bezug auf die Trockensubstanzproduktion dargestellt. Die Kolonnen 11 und 12 zeigen die Werte von r_e. bei denen die Ertragszunahmen maximal waren.

Die maximale Ertragszunahme [(O_e+O₁) max—M_max] und das optimale Pflanzverhältnis hängen von M_e/M₁ ab. Bei M_e/M₁=1 war in diesen Versuchen r_e für (O_c+O₁) max ungefähr 0.65. Bei M_c/M₁<0.8 und >1.2 wurden nur geringe Ertragszunahmen gefunden.

Der Trockensubstanzgehalt von frühen Sorten war in Mischkulturen geringer, jener von späten Sorten erhöht. Dies war sowohl in den Knollen als auch in den oberirdischen Teilen der Fall (Abb. 4 und 5). Die als Folge der Tendenz zur Bodendeckkung mit Mono-und Mischkulturen errechneten potentiellen Producktionen (in Abb. 6 schematisch dargestellt) zeigten, dass der Anteil und die Dauer der Bodendeckung in diesen Versuchen die beobachteten positiven Leistungen der Mischkulturen nicht genügend erklären. Die Aenderung in der Verteilung der Assimilate zugunsten der Knollen dürfte dafür eine bessere Erklärung sein (Abb. 7. Tabellen 2 und 3).

Abwechslung der Sorten in der Reihe, verglichen mit deren Abwechslung pro Reihe, führte zu einem grösseren Wert des k_e1 Abwechslung der Sorten pro Reihe führte zu einem grösseren Wert von k_1e (Tabelle 1, Kolonnen 7 und 9); daraus wurde geschlossen, dass bei reihenweisem Anbau die frühen Sorten in einem grösseren Ausmass verdrängt wurden. Die Werte von k_1e sind meistens beträchtlich grösser als 1 und das Produkt k_e1. k_1e>1. Dies veranschaulicht. dass in Mischkulturen frühe und späte Kartoffelsorten einander nicht ausschliessen. dass aber nach dem Absterben der frühen Sorte mindestens ein Teil des von dieser Sorte besetzten Raumes von der späten Sorte ausgenützt wird. Dieser ‘Mischkultureffekt’ kann als ‘Randreiheneffekt’ in Sortenversuchen vorkommen (Bach, 1970).

Anwendung von Mischkulturen ist nur für jene Zwecke möglich, bei denen Sortenmischung zulässig ist, z.B. Anbau für die Stärkeindustrie. Wie bei den Knollenerträgen müssen die Trockensubstanzerträge der frühen und späten Sorten einander in Monokultur ähnlich sein, wenn die Mischkultur vorteilhaft sein soll (siehe Abb. 3). Die Anzahl der frühen Sorten mit genügend hohem Trockensubstanzertrag ist jedoch begrenzt.

Résumé

La lutte pour l'espace de deux espèces de plantes cultivées en mélange peut étre étudiée par des séries alternées des deux espèces. Celles-cisont obtenues en cultivant ces espèces séparément d'une part (monoculture), et en mélange d'autre part (polyculture), en prenant soin que la quantité totale de semence soit toujours la méme.

Les rendements des deux espèces en mélange, dans le cas où celles-ci séxcluent mutuellement, peuvent souvent s'illustrer par la formule 1. Dans cette formule O₁ et O₂ sont les rendements des espèces dans le mélange, et M₁ et M₂ ceux des espèces cultivées séparément. k₁₂ et k₂₁ sont les coefficients relatifs de réaction des espèces 1 en présence des espèces 2 et des espèces 2 en présence des espèces 1. z₁ et z₂ représentent les fractions des espèces dans le mélange de semence. En ce qui concerne z₁=z₂=0.5 la formule 2 s'applique. Si les espèces s'excluent mutuellement le rendement total relatif vaut: RTY=O₁/M₁+O₂/M₂=a et k₁₂·k₂₁=1. Le rendement maximum du mélange ne sera pas alors supérieur au rendement le plus élevé obtenu en culture d'une seule espèce (fig. la).

Si les espèces ne s'excluent pas totalement k₁₂·k₂₁≠1. La culture de plusieurs espèces en mélange peut alors s'avérer rentable. Une description est donnée de certaines expériences réalisées en monoculture et en polyculture, en utilisant des variétés hatives et tardives de pomme de terre. Le modèle de la concurrence (de Wit, 1960) s'est avéré applicable aux rendements de cultures mixtes (fig. 2). En fonction de ces résultats. on a poursuivi ces expériences par l'étude de séries alternées très simplifiées où z₁=z₂=0.5 1.e rendement des autres rapports de semences ont été calculés à partir de la formule 1 où 1=e (early: hàtive) et 2=1 (late: Tardive). Dans ces expériences. les variétés ont été plantées en méme temps, les variétés hàtives étant prégermées et les variétés tardives ayant de petits germes blancs. Le mélange des variétés se faisait par plant dans la rangée ou par rangée (tab. 1. col. 6). Le rendement maximum du mélange (fig. 2. voir flèche) est donné par la formule 6. Le rapport optimum des variétés dans la semence pour lequel le rendement maximum est atteint, peut ètre calculé à l'aide de la formule 7 où r_e représente la fréquence relative de la variété hátive.

Le tableau 1 donne les rendements des cultures d'une seule espèce, ceci pour 76 espèces différentes de remplacement (colonnes 8 et 10). Les coefficients de réaction relatifs pour les variétés en culture de plusieurs espèces en mélange, calculés à partir de la formule 2 sont donnés dans les colonnes 7 et 9. L'augmentation de rendement optimal ainsi calculée et l'augmentation réelle de rendement telle qu'elle a été mesurée pour z₁=z₂=0.5. sont respectivement indiquées dans les colonnes 13 et 15. De la méme manière, le rendement de la culture mixte, en ce qui concerne la production de matière sèche, est indiqué dans les colonnes 14 et 16. Les colonnes 11 et 12 indiquent les valeurs r pour lesquelles les augmentations de rendement étaient les plus élevées. L'augmentation de rendement maximum [(O_c+O₁)_max−M_max] et le rapport de semence optimum dépendent de Me/M1. Dans ces expériences pour M_e/M₁=1. r_e était d'environ 0.65 pour (O_e+O₁)_max. Pour M_e/M₁<0.8 et >1.2. I'augmentation de rendement était faible.

En polyculture, les variétés hátives contenaient moins de matière sèche, par contre les variétés tardives en contenaient plus. Cette constatation a été faite sur les tubercules et les parties aériennes (fig. 4 et 5).

Les productions potentielles qui ont été déterminées en égard à la tendance d'occupation du sol en monoculture ou en culture mixte. ont révélé que le taux et la durée d'occupation du sol dans les expériences présentes n'expliquaient qu'en partie les effets positifs obtenus en culture mixte. Une modification dans la répartition des éléments assimilables en faveur des tubercules pourrait fournir une meilleure explication (fig 7, tableaux 2 et 3).

On obtenait une valeur plus élevée de k_e1 en interchangeant les variétés dans la rangée plutót que par rangées. En interchangeant les variétés par rangée on obtenait une valeur plus élevée pour k_e1 (tableau 1 col. 7 et 9). Il en a été ainsi conclu que les variétés hátives étaient plus concurrencées lorsqu'elles se développaient rang par rang. Les valeurs de k_e1 sont nettement supérieures à 1 et le produit k_e1· k_1e>1 Ceci montre qu'en culture mixte les variétés hátives et tardives de pommes de terre ne s'excluent pas, mais qu'après I'extinction de la variété hátive, une partie au moins de l'espace utilisé par cette dernière variété est récupérée par la variété tardive. Cet effet de culture mixte peut ètre expliqué de la mème façon qu'un effet de rang de bordure dans les essais variétés (Bach, 1970).

L'application de la culture mixte n'est possible que pour les utilisations où il est permis de mélanger les variétés. par exemple la production destinée à l'industrie de l'amidon.

Comme pour les rendements en tubercules, les rendements en matière sèche des variétés hâtives et tardives doivent étre équivalents pour que la culture mixte présente un avantage (voir fig. 3). Toutefois, les variétés hâtives ayant un rendement suffisant en matière sèche sont en nombre limité.

Lorsque plus de variétés hâtives de meilleure qualité seront disponibles pour la culture mixte ce mode de culture pourrait s'avérer prometteur.