Scheffler, Simon and Schmidtke, Knut (2016) Entwicklung und Erprobung eines neuartigen, aus dem ökologischen Landbau stammenden stickstoffreichen Düngemittels für den ökologischen Gemüsebau. [Developing a plant-based fertilizer for organic vegetable production.] Hochschule für Technik und Wirtschaft, Fakultät Landbau/Umwelt/Chemie, Fachgebiet Ökologischer Landbau, D-Dresden .
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Summary
Im ökologischen Gemüsebau werden hohe Nährstoffmengen benötigt, um qualitativ hochwertiges Gemüse zu produzieren. Der Nährstoffbedarf kann bisher nicht ausreichend durch ökologisch erzeugte Düngemittel gedeckt werden. Zum Einsatz kommen überwiegend organische Reststoffe aus der konventionellen Landwirtschaft. An dieser Stelle setzte das Forschungsvorhaben mit dem Ziel an, ein stickstoffreiches Düngemittel aus Futterleguminosenschnittgut für den ökologischen Gemüsebau zu entwickeln und in Spinat und Rote Rübe zu erproben. Es sollte junges Schnittgut mit einem C/N-Verhältnis von ≤ 10 geerntet werden, welches nach Einarbeitung in den Boden schnell mineralisiert.
Die Untersuchungen gliederten sich in vier Teile. Im ersten Teil der Arbeit wurden in Feldversuchen im Jahr 2013 auf dem Versuchsfeld der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden am Standort Pillnitz zehn Futterleguminosen Arten hinsichtlich der TM-Erträge, N-Erträge sowie das C/N-Verhältnis im Schnittgut bei hoher Schnitthäufigkeit mit bis zu sieben Schnitten evaluiert. Die vier geeignetsten Arten Rotklee, Schwedenklee, Weißklee und Luzerne wurden für weitere Untersuchung des Folgejahres (2014) ausgewählt. Erneut wurde die Schnittgutertragsleistung sowie die innere Qualität (N-Gehalt, C/N-Verhältnis) der Futterleguminosen bei einem Schnittregime mit bis zu 11 Schnitten untersucht. Mit Rotklee und Weißklee konnten die signifikant höchsten TM-Erträge mit 77 bzw. 96 dt TM ha-1 und die niedrigsten gewichteten C/N-Verhältnisse im Schnittgut von 10,4 bzw. 9,8 erzielt werden.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Pflanzenverträglichkeit des Futterleguminosen-Schnittguts der im Jahr 2013 evaluierten Futterleguminosenarten geprüft. Die Untersuchungen erfolgten in Form von Keimtests mit Kresse auf Filterpapier, Sand und Boden unter der Zugabe von vermahlenem Schnittgut. Die Tests zeigten eine zum Teil erhebliche keimhemmende Wirkung des vermahlenen Schnittgutes der zehn Arten, wobei die Wirkung nahezu unabhängig vom Schnitttermin zu verzeichnen war.
Das im Jahr 2013 und 2014 gewonnene Futterleguminosenschnittgut wurde zusätzlich auf seine N-Mineralisation in drei verschiedenen Inkubationsversuchen bei 20°C über eine Dauer von 112 Tage untersucht. Es wurde jeweils die Geschwindigkeit sowie die Höhe der N-Freisetzung in Abhängigkeit von der Futterleguminosenart, dem Schnitttermin, dem C/N-Verhältnis im Schnittgut, dem Vermahlungsgrad bzw. einer Pelletierung des Schnittgutes geprüft. Es konnte ein enger negativer Zusammenhang zwischen dem C/N-Verhältnis im Schnittgut und der Geschwindigkeit und Höhe der Netto-N-Mineralisation ermittelt werden. Bei einem C/N-Verhältnis von ca. 10 im Schnittgut wurden innerhalb von 4 bis 8 Wochen ca. 35 bis 50 % des im Schnittgut enthaltenen organisch gebundenen Stickstoffs mineralisiert. Das Pressen des vermahlenen Schnittguts führte im Inkubationsversuch zu einer langsameren, jedoch nach 28 Tagen zu einer in Teilen höheren N-Mineralisation der gepressten 6 mm Pellets im Vergleich zum nicht verpressten Material. Die höhere N-Mineralisation aus zu Pellets gepresstem Schnittgut bestätigte sich auch in einem Düngeversuch mit Spinat durch höhere Erträge und eine höhere N-Aufnahme des Spinats im Freilandexperiment. Die Unterschiede waren jedoch weder im Bebrütungsversuch noch im Feldversuch signifikant.
Im dritten Teil der Arbeit wurde die Düngewirkung des Futterleguminosenschnittguts auf den Ertrag, die N-Aufnahme, die scheinbare N-Verwertung, die N-Verwertung mittels 15N markiertem Schnittgut sowie die Nährstoffversorgung und Aufnahme durch Spinat und Rote Rübe untersucht. Getestet wurde vermahlenes Schnittgut von Rotklee, Schwedenklee, Weißklee, Weißklee-Pellets sowie Hornmehl und Maltaflor in zwei Düngestufen jeweils in Feldversuchen mit einer ungedüngten Kontrolle zum Vergleich. Die Versuche wurden an drei verschiedenen Standorten (Dresden-Gohlis, Stollsdorf Gemeinde Königsfeld, Taucha bei Leipzig) auf langjährig ökologisch bewirtschafteten Böden in den Jahren 2014 bzw. 2015 durchgeführt.
Die Frisch- und Trockenmasseerträge des Spinats wurden durch den Einsatz des Futterleguminosenschnittguts als Düngemittel an allen Standorten signifikant gesteigert. Die Steigerungen der FM-Erträge bei Spinat lagen zwischen ca. 20 % im Jahr 2014 und bis zu 120 % im Jahr 2015. Die FM-Erträge der Roten Rübe stiegen durch eine Düngung mit Futterleguminosenschnittgut im Jahr 2014 um ca. 20 bis 30 % und im Jahr 2015 um ca. 43 %. Auch die Folgekultur Rukola reagierte auf die Düngung mit Futterleguminosenschnittgut zur Vorkultur Spinat durch einen Anstieg der FM-Erträge um im Mittel 49 %. Die scheinbare N-Verwertung der zur Saat gedüngten N-Menge durch Spinat war bei Aussaat im April mit im Mittel 33 % höher als bei Aussaat im August mit 13 bis 25 %. Rote Rübe konnte im Mittel im Jahr 2014 54 % und im Jahr 2015 50 % der mit Futterleguminosenschnittgut zur Saat gedüngten N-Menge verwerten. Die Bestimmung der N-Verwertung mit 15N markiertem Futterleuminosenschnittgut im Jahr 2015 zeigte bei Spinat mit ca. 26 % und Rote Rübe mit ca. 33 % stets geringere Werte als die scheinbare N-Verwertung. Dieses Ergebnis deutet auf einen Priming-Effekt der N-Mineralisation im Boden durch eine Einarbeitung von Futterleguminosenschnittgut hin.
Der vierte Teil des Forschungsvorhabens widmete sich der Untersuchung der Nährstoffaufnahme und Verwertung der zur Saat gedüngten weiteren Nährstoffe aus den Düngemitteln durch Spinat. Die im Jahr 2015 in den Düngeversuchen an den Standorten Dresden-Gohlis, Stollsdorf und Taucha gewonnenen Spinatproben wurden auf alle Makro- und Mikronährstoffgehalte hin untersucht. Die Ergebnisse der drei Standorte fielen sehr verschieden aus. Die Nährstoffgehalte im Spinatspross konnten insbesondere bei Kalium durch die Düngung mit Futterleguminosenschnittgut gesteigert werden. Die Düngung von Spinat mit Hornmehl führte trotz der geringsten Nährstoffgabe zur Saat zu den höchsten Ca- und Mg-Gehalten im Spinatspross. Eine P-Düngung mit Futterleguminosenschnittgut von bis zu 53 kg ha-1 führte zu keinem Anstieg der P-Gehalte im Spinatspross, obwohl der Boden die Versorgungsstufe A aufwies. Die Düngung mit Hornmehl führte dagegen stets zu niedrigeren P-Gehalten im Spinatspross im Vergleich zu mit Futterleguminosenschnittgut gedüngtem Spinat. Mit der Düngung von Futterleguminosenschnittgut konnte ein Kaliumentzug in Höhe von 338 kg K ha-1 durch Spinat vollständig ausgeglichen werden.
Die Makronährstoffaufnahme im Spinatspross wurde allerdings durch die Düngung mit Futterleguminosenschnittgut stets gesteigert. Die Mikronährstoffaufnahme wurde dagegen durch eine Düngung, bis auf wenige Ausnahmen, reduziert.
Der Makro- und Mikronährstoffentzug des Spinats konnte durch die Düngung mit Futterleguminosenschnittgut vollständig ausgeglichen werden. Die höchsten Nährstoffverwertungsraten wurden mit maximal 82 % für P, 80 % für K (Dresden-Gohlis z.T. über 100 %), 66 % S, 40 % Ca und 98 % für Mg durch Spinat ermittelt.
Das Ziel der Entwicklung eines ökologisch erzeugten Düngemittels konnte erreicht werden. Es steht somit ein Verfahren zur Verfügung: ein regional erzeugbares stickstoffreiches organisches Düngemittel auf Basis von Futterleguminosen zu erzeugen und erfolgreich einzusetzen
Summary translation
The main objective of the research project was to develop and prove a new plant-based fertilizer adapted to organic vegetable production. For this, different species of forage legumes were cut up to 11 times per year to achieve desired C to N ratio in the harvested plant biomass of less than 10. Therefore, during a pretest conducted in 2013 ten different forage legumes were evaluated in a field experiment near Dresden/Germany, while in 2014 the best suited four species were chosen for further evaluations in flied and laboratory tests (N mineralization). The highest forage yields were achieved by red clover (96 dt DM per ha and year) and white clover (dt DM per ha and year) using high frequent cutting regime. The short-term cutting intervals resulted in all over the season weighted N content of the biomass between 4,2 and 4,4 % of DM and weighted C/N ratio in the biomass between 9,8 and 10,4.
Between 2013 and 2015 the new legume-based fertilizer was tested in several laboratory and field experiments. The harvested shoot biomass of the legumes was dried, ground(< 2 mm) and applied into soil for growing spinach and beetroot. With increasing amounts of applied legume-based fertilizer, the fresh matter yield of spinach increased by up to 120 % of control (without fertilization). The apparent nitrogen utilization of the legume-based fertilizer was accounted for to be around 40 % by spinach, and 50 to 54 % within 125 days by beetroot. Additionally, the N utilization by spinach and beetroot was determined with 15N marked legume-based fertilizer in 2015. To sum up, based on field and laboratory experiments it could be concluded that early harvested and dried shoot biomass of white and red clover is well suitable to be used as a valuable fertilizer for producing vegetables in organic horticultural farms.
| EPrint Type: | Report |
|---|---|
| Keywords: | BÖLN, BOELN, BÖL, BOEL, FKZ 11OE109, plant-based organic fertilizer, organische Düngemittel, ökologischer Gemüsebau |
| Subjects: | Crop husbandry > Composting and manuring Crop husbandry > Production systems > Vegetables |
| Research affiliation: | Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOELN > Plants > Pflanzenernährung Germany > University of Applied Science Dresden > Faculty of Agriculture/Landscape Management |
| Related Links: | http://www.bundesprogramm.de, http://orgprints.org/cgi/search/advanced?addtitle%2Ftitle=&keywords=11OE109&projects=BOEL&_order=bypublication&_action_search=Suchen |
| Deposited By: | Schmidtke, Prof. Dr. Knut |
| ID Code: | 31177 |
| Deposited On: | 09 Feb 2017 10:39 |
| Last Modified: | 16 Aug 2021 12:14 |
| Document Language: | German/Deutsch |
| Status: | Unpublished |
| Refereed: | Not peer-reviewed |
| Additional Publishing Information: | Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Bundesprogramms Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft. Projektleitung: Prof. Dr. Knut Schmidtke, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Fakultät Landbau/Umwelt/Chemie, Fachgebiet Ökologischer Landbau Im Rahmen des hier beschriebenen Projekts wurde ein Teilschlussbericht erstellt: „Nährstoffmanagement im ökologischen Landbau“. Diese Veröffentlichung kann im Volltext unter http://www.orgprints.org/31298/ heruntergeladen werden. |
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