Influence of tillage intensity on nitrogen mineralization after a grass-clover-alfalfa mixture followed by winter wheat in organic farming

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URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-445
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2004/44/

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SWD-Schlagwörter:		Bodenbearbeitung , Intensität , Umbruch <Landwirtschaft> , Luzerne , Kleegras , Winterweizen , Biologischer Landbau , Mineralisation , Stickstoff , St
Freie Schlagwörter (Deutsch):		Organischer Landbau , N-Mineralisation , Luzerne-Kleegras
Freie Schlagwörter (Englisch):		tillage , intensity , plow-in , grass-clover-alfalfa mixture , nitrogen mineralisation
Institut:		Institut für Pflanzenbau und Grünland (bis 2010)
Fakultät:		Fakultät Agrarwissenschaften
DDC-Sachgruppe:		Landwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart:		Dissertation
Hauptberichter:		Claupein, Wilhelm Prof. Dr.
Sprache:		Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung:		31.07.2003
Erstellungsjahr:		2003
Publikationsdatum:		12.01.2004
Lizenz:		Veröffentlichungsvertrag mit der Universitätsbibliothek Hohenheim ohne Print-on-Demand
Kurzfassung auf Deutsch:		In Fruchtfolgen des organischen Landbaus spielen Gemenge aus Leguminosen und Gras eine wichtige Rolle. Sie werden meist mehrjährig angebaut. Mit dem Umbruch der Narbe wird der von den Leguminosen assimilierte Stickstoff durch die Mineralisation der organischen Substanz wieder freigesetzt. Für eine Steuerung der Mineralisierung steht in der Praxis ausschließlich das Instrument der Bodenbearbeitung zur Verfügung. Die vorliegende Untersuchung zielt darauf ab, Zusammenhänge zwischen verschiedenen Intensitäten von Bodenbearbeitungen zum Narbenumbruch und N-Mineralisierung zu analysieren. Die gewonnenen Daten wurden für eine Überprüfung des Simulationsmodells CANDY verwendet. Als Versuchsgelände standen drei Flächen von jeweils ca. 0,1 ha auf zwei Standorten zur Verfügung, die von 1999 bis 2001 experimentell bewirtschaftet wurden: Hohenheim (mit den Versuchen 610 und 611) und Kleinhohenheim (mit Versuch 660). Alle Flächen trugen zu Beginn ein dreijähriges Luzerne-Kleegrasgemenge, das für die Versuche 610 und 660 im Spätsommer 1999 umgebrochen wurde, für den Versuch 611 im Jahr 2000. Die Bodenbearbeitung der Narbe wurde in drei Stufen variiert: RT+RT+Pflug: zweifache Rotortillerbearbeitung (RT, 10 cm tief) in etwa zweiwöchigem Abstand, abschließend wurde die Fläche gepflügt (Pflug, 25 cm tief); RT+Pflug: einmalige Rotortillerbearbeitung und abschließender Pflugeinsatz (Bearbeitungstiefen wie zuvor); Pflug: ausschließlicher Pflugumbruch (Bearbeitungstiefe wie zuvor). Anschließend wurde auf allen Versuchflächen jeweils im Herbst Weizen eingesät und bei den Versuchen 610 und 660 im Jahr 2001 Hafer. Der mineralische Stickstoffgehalt des Bodens wurden durch wiederholtes Beproben in den Tiefen 0-10, 10-20, 20-30, 30-60 und 60-90 cm ermittelt. Zur Erfassung von Nitratausträgen über Winter wurden Monitoringboxen im ungestörten Bodenkörper für den Zeitraum September 2000 bis April 2001 in 1 m Tiefe installiert. Der Umbruch des Luzerne-Kleegrases mittels einer Rotortillerbearbeitung der Varianten RT+RT+Pflug und RT+Pflug hatte einen deutlichen Mineralisierungsschub zur Folge, der im Falle der Variante Pflug verhaltener ausfiel. Hier war möglicherweise der spätere Arbeitstermin (ca. 6 Wochen) von Einfluss. Die Nmin-Gehalte im Herbst 1999 waren nach RT+RT+Pflug höher als bei RT+Pflug. Letztere Variante wurde allerdings 10 Tage später begonnen. Die im Folgejahr durchgeführte zeitgleiche Bodenbearbeitung der beiden Varianten (Versuch 611) erbrachte gleichfalls einen signifikanten, wenngleich sehr geringen Unterschied der Nmin-Werte. Nitratauswaschung wurde nur im Versuch 611 gemessen. Dabei konnten nach dem auf den Umbruch folgenden Winterhalbjahr in den Varianten RT+RT+Pflug, RT+Pflug bzw. Pflug Mengen von 86, 84 bzw. 64 kg N/ha festgestellt werden. Wegen hoher Nmin-Gehalte im Herbst muss auch für die ein Jahr zuvor begonnenen Versuche angenommen werden, dass bei Rotortillerumbruch wahrscheinlich höhere Nitratverluste auftraten als bei der Pflugvariante. Die Stickstoffaufnahme und die Erträge von Weizen waren je nach Standort uneinheitlich. In Kleinhohenheim waren sie bei den Varianten RT+RT+Pflug und RT+Pflug geringer als bei der Variante Pflug. Umgekehrt verhielt es sich in Hohenheim, allerdings auf höherem Niveau; im Versuch 611 war diese Relation zwischen den Varianten wegen starken Hagelschlags beim Ertrag nicht absicherbar. Hafer bildete die zweite Nachfrucht. Hier waren in allen Varianten und auf beiden Standorten keine Effekte der Intensität der Bodenbearbeitung auf Stickstoffaufnahme und Ertrag festzustellen. Zur Simulation der Ergebnisse der Versuche 610 und 611 wurde das Model CANDY benutzt. Es erwies sich zunächst als unzulänglich, weil es die N-Dynamik nach einer Bodenbearbeitung nicht modellierte. Abhilfe wurde erreicht durch fiktive zusätzliche Gaben organischen Materials. Hierdurch wurde die N-Dynamik nach Umbruch im Durchschnitt befriedigend bis sehr gut nachvollzogen. Um die Unzulänglichkeit des Modells im Grundsatz abzustellen, wird eine weitere Annahme vorgeschlagen: Ein Teil der im Modell bereits vorgesehenen physikalisch geschützten organischen Substanz (SOS) soll zum Zeitpunkt einer Bodenbearbeitung mineralisiert werden. Die Daten der Bodenfeuchte des Versuchs 611 dienten dazu, das Modell erfolgreich zu kalibrieren. Mit geänderten Bodenparametern konnte es danach auf die Bodenfeuchtedaten des Versuchs 610 mit gutem Ergebnis angewendet werden. Im Gegensatz dazu modellierte CANDY den Nitrataustrag unzureichend ? möglicherweise weil es präferentielle Fließwege nicht berücksichtigte.
Kurzfassung auf Englisch:		In the crop rotation of organic farming grass-legume mixtures play an important role due to the legumes´ ability to assimilate N. Ploughing-in of established grass-legume mixtures results in releasing the assimilated N by mineralisation of organic matter. In practice the mineralisation can only be controlled by means of soil cultivation. The aim of the present study is to analyse the relations between different intensities of soil cultivation and N-mineralisation. The data were used to test the simulation model CANDY. The field experiment of each 0.1 ha was set up at three sites in two different locations, which were cultivated from 1999 to 2001: Hohenheim (with trials 610 and 611) and Kleinhohenheim (with trial 660). In the beginning all sites had a three-year old grass-clover-alfalfa mixture, which was ploughed-in for trial 610 and 660 in the late summer of 1999 and in the year 2000 for trial 611. The factor soil tillage was varied in three stages as follows: RT+RT+plough: double rototill cultivation (RT, 10 cm deep) in intervals of approx. 2 weeks, followed by ploughing (plough, 25 cm deep); RT+plough: single rototill cultivation, followed by ploughing (depths as mentioned above); Plough: ploughing without any preceding cultivation (depth 25 cm). After uniform seedbed preparation with a rotary harrow, wheat was sown on all trial sites in autumn, and in trials 610 and 660 it was followed by oat in 2001. Nitrogen content in the soil was determined by repeated sampling at a depths of 0-10, 10-20, 20-30, 30-60 and 60-90 cm. Monitoring boxes were installed in 1 m depth in an undisturbed soil body from September 2000 until April 2001 to record nitrate leaching. Ploughing-in of the grass-clover-alfalfa by means of rototiller cultivation (treatments RT+RT+plough and RT+plough) was followed by a significant increase of mineralisation, which in case of the plough treatment was less pronounced. In this case the date of cultivation, 6 weeks after the rototilling, may have had an influence. Nmin-contents in autumn 1999 were higher after RT+RT+plough than after RT+plough. It has to be taken into consideration that there was a time gap between both treatments of 9 days. But also in the following year (611), when both treatments were cultivated the same date, there was a significant, slight difference of the Nmin values depending on the treatment. Nitrate leaching was only measured in trial 611. Quantities of 86, 84 and 64 kg N/ha were observed in treatments RT+RT+plough, RT+plough and plough, respectively during winter. Due to high Nmin-contents in autumn, for the rototill treatments higher nitrate losses can be assumed compared to the plough treatment for both years of experiment. Depending on the location, nitrogen uptake and yields of wheat turned out to be different. In Kleinhohenheim they were lower in treatments RT+RT+plough and RT+plough than in the plough treatment. It was the other way round in Hohenheim on a higher production level. Due to strong hail impact, this relation between the treatments was not to be proved in trial 611. Oat was the second crop. In this case no effects of intensity of soil cultivation on nitrogen uptake and yield could be observed between treatments and locations. The CANDY model was used for simulating the results of trials 610 and 611. First, the model seemed to be inadequate because it could not model the N-dynamic after soil cultivation. Adding fictitious organic material to the system helped to overcome this problem and then, on average, the N-dynamic model fit was satisfying. An estimate to overcome the general insufficient fit of the model could be mineralisation of parts of the physically protected organic matter (SOS), which is already implemented in the model, right at the moment of cultivation. Data of soil moisture of trial 611 served to calibrate the model successfully. With amended soil parameters the model was then easily applied to the corresponding data of trial 610. In contrast, CANDY did not predict well the nitrate leaching - possibly because the model did not consider preferential flow.

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