Grosse, Meike (2017) Der Einfluss von Zwischenfrüchten und reduzierter Bodenbearbeitung in ökologischen Anbausystemen auf Stickstoffflüsse und Beikräuter. PhD thesis, Universität Kassel, Fachbereich 11 Ökologische Agrarwissenschaften, Witzenhausen . .
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Summary
Reduzierte Bodenbearbeitung und Zwischenfrüchte haben das Potenzial, Anbausysteme im Ökologischen Landbau weiter zu verbessern, wenn sie an dessen spezifische Bedingungen angepasst werden. Ein Ziel des europäischen Forschungsprojektes „TILMAN ORG“ (2011-2014; www.tilman-org.net) war es, eine wirksamere Beikrautregulierung bei gleichzeitig guter N-Versorgung der Kulturpflanzen durch den verbesserten Einsatz von Zwischenfrüchten innerhalb verschiedener Szenarien reduzierter Bodenbearbeitung zu entwickeln.
Die Ergebnisse zweier wiederholter einjähriger Feldversuche auf zwei verschiedenen Standorten hinsichtlich der Wirkung unterschiedlicher legumer und nicht-legumer Zwischenfruchtarten in verschiedenen Bodenbearbeitungssystemen auf das Beikrautaufkommen, die N-Flüsse und die Hauptfruchterträge sind das erste Hauptthema dieser Arbeit.
Die Standorte der Versuche waren das Versuchsgut der Universität Kassel, die Domäne Frankenhausen (DFH1 und DFH2), und der Biolandbetrieb Meyerhof in Belm/Osnabrück (Belm1 und Belm2). In diesen Versuchen folgte die Hauptfrucht Hafer nach folgenden Zwischenfrüchten:
• Sinapis alba
• Trifolium resupinatum
• Vicia sativa
• sowie einer Schwarzbrache als Kontrolle.
Der Hafer wurde nach unterschiedlichen Bodenbearbeitungsvarianten gesät. Dies waren in DFH1 und DFH2:
• Pflug (22-24 cm Bearbeitungstiefe)
• Grubber (DFH1; 10-12 cm) bzw. Scheibenegge (DFH2; 7 cm)
• Mulchsaat
• Direktsaat.
In Belm1 und Belm2 waren es:
• Pflug (23 cm)
• Grubber (13-15 cm)
• Fräse (6-8 cm).
Im Versuch DFH1 hatte V. sativa den höchsten Ertrag von allen Zwischenfrüchten. Im Versuch DFH2 lag der Ertrag von V. sativa nur bei der Hälfte des Vorjahresversuchs und S. alba erreichte hier ein ähnliches Ertragsniveau. In Belm1 und Belm2 war der Ertrag von S. alba in beiden Jahren deutlich höher als von V. sativa und T. resupinatum. T. resupinatum hatte in jedem der Versuche den niedrigsten Ertrag von allen Zwischenfruchtarten.
V. sativa hatte in DFH1 und DFH2 die höchste N-Aufnahme und das niedrigste C/N-Verhältnis der untersuchten Zwischenfrüchte. S. alba hatte das höchste C/N-Verhältnis. In Belm1 und Belm2 hatte S. alba sowohl die höchste N-Aufnahme als auch das höchste C/N-Verhältnis.
In DFH1 und DFH2 führte V. sativa zu den höchsten Nmin-Gehalten im Oberboden und NO3-N-Gehalten im Unterboden, insbesondere auch in den Varianten mit reduzierter Bodenbearbeitung. In Belm1 und Belm2 waren die N-Gehalte nach allen Zwischenfrüchten ähnlich. Die verschiedenen Bodenbearbeitungsvarianten führten zu keinen signifikanten Unterschieden in den N-Gehalten.
Das Beikrautaufkommen war in DFH1 in den Pflugvarianten grundsätzlich niedrig verglichen mit den anderen Bodenbearbeitungsvarianten. In DFH1 mussten in den Mulch- und Direktsaatvarianten die Haferparzellen nach den Zwischenfrüchten S. alba und T. resupinatum sowie nach der Schwarzbrache wegen zu hohen Beikrautdruckes aufgegeben werden. Im Vergleich dazu konnte V. sativa im Versuch DFH1 die Beikräuter wesentlich besser unterdrücken und führte zu mit Pflug- und Grubbervarianten vergleichbaren Erträgen der Hauptfrucht Hafer auf einem Niveau von 55,3 dt ha-1 bis 59,1 dt ha-1. Im Versuch DFH2 mussten alle Mulch- und Direktsaatvarianten aufgrund zu hohen Beikrautdruckes aufgegeben werden. Der Beikrautdruck auf den Scheibenegge - Varianten unterschied sich nicht signifikant von dem Beikrautdruck auf den Pflug – Varianten, es führte aber nur die Zwischenfrucht V. sativa zu ähnlich hohen Erträgen in der Hauptfrucht Hafer wie in den Pflug - Varianten (V. sativa x Scheibenegge 56,2 dt ha-1, V. sativa x Pflug 53,9 dt ha-1). Auf den Pflug – Varianten herrschte abermals ein geringer Beikrautdruck. Beim Ertrag der Pflugvarianten gab es keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Zwischenfrüchte.
In Belm war das Beikraut nur im Versuch Belm2 bonitiert worden. Dort hatte S. alba das Beikraut im späten Stadium der Zwischenfrüchte besser unterdrückt als die anderen Zwischenfruchtarten. Später wurde dieser Effekt von der Bodenbearbeitung überdeckt; Pflügen führte zum niedrigsten Beikrautaufkommen nach jeder Zwischenfruchtart sowie Schwarzbrache. Sowohl in Belm1 als auch Belm2 führte Pflügen zu höheren Hafererträgen als Grubbern oder Fräsen. Dieser Effekt war jedoch in beiden Versuchen nach V. sativa schwächer ausgeprägt als nach den anderen Zwischenfruchtarten.
Das zweite Hauptthema dieser Arbeit ist ein Systemversuch, bei dem untersucht wurde, ob der Stoppelhobel der Firma Zobel ähnlich effizient in der Regulierung von C. arvense ist wie mehrjähriger Futterbau. Der Versuch wurde auf dem Versuchsgut der Universität Kassel im Jahr 2007 angelegt. Es erfolgte ein Vergleich zwischen den folgenden Systemen:
• Pflügen in einer Fruchtfolge, die dreijähriges Luzernegras enthielt (bis 25 cm tief)
• Pflügen in einer getreidebasierten Fruchtfolge (bis 25 cm tief)
• einer Bearbeitung mit dem Stoppelhobel ebenfalls in getreidebasierter Fruchtfolge (bis 12 cm tief).
2011 wurden in allen drei Systemen folgende Zwischenfrüchte integriert:
• Lolium perenne
• Phacelia tanacetifolia
• Sinapis alba
• Trifolium resupinatum
• Mischung aus S. alba und T. resupinatum
• Vicia sativa
• Schwarzbrache als Kontrolle.
Als Hauptfrüchte wurden 2012 Hafer und 2013 Ackerbohnen angebaut.
Die Auswirkungen dieser Systeme auf Beikrautaufkommen, N-Flüsse und Hauptfruchterträge sind das Thema dieses Teils.
Von allen Zwischenfrüchten hatte V. sativa den höchsten Ertrag und die höchste N-Aufnahme in allen drei Systemen. Der Ertrag der Zwischenfrüchte im Stoppelhobel-System war für alle Arten außer V. sativa niedriger als in den beiden Pflugsystemen. Gleiches galt für die N-Aufnahme. L. perenne hatte das höchste C/N-Verhältnis und V. sativa das niedrigste der untersuchten Zwischenfrüchte. T. resupinatum hatten aufgrund dessen schlechten Feldaufgangs nicht beprobt werden können.
Die Vorfrucht Luzernegras (2007-2010) wirkte sich 2012 deutlich auf den Nmin-Gehalt des Oberbodens und den NO3-N-Gehalt des Unterbodens aus und führte zu höheren Werten als im Pflug- und Stoppelhobel-System in der getreidebasierten Fruchtfolge. Hinsichtlich der Zwischenfrüchte führte V. sativa zum höchsten und L. perenne zum niedrigsten Nmin- und NO3-N-Gehalt. Teilweise führte auch T. resupinatum zu ähnlich hohen N-Gehalten wie V. sativa; Schwarzbrache, P. tanacetifolia und S. alba zu ähnlich niedrigen N-Gehalten wie L. perenne. Auch 2013 war im Pflug-System in der Fruchtfolge mit Luzernegras Nmin und NO3-N höher als in den anderen beiden Systemen. Ein Einfluss der Zwischenfrüchte auf Nmin und NO3-N war im zweiten Jahr nach ihrem Anbau unter der Hauptfrucht Ackerbohne nicht nachweisbar.
2012, also fünf Jahre nach Beginn des Versuchs, gab es zwischen den drei Systemen keine signifikanten Unterschiede im Gehalt an organischem Kohlenstoff. In jedem System hatten die oberen beiden Schichten (0-10 cm und 10-25 cm) einen signifikant höheren prozentualen Anteil an organischen Kohlenstoff als die unterste Schicht (25-50 cm). 2013 wurde der Boden auf den Gehalt an mikrobiellem N und C untersucht. Das Stoppelhobel-System hatte in der obersten Schicht signifikant mehr Nmik und Cmik als das Pflugsystem in der Fruchtfolge mit Luzernegras- und das Pflug-System in der getreidebasierten Fruchtfolge. In den beiden unteren Schichten unterschieden sich die drei Systeme nicht signifikant voneinander.
2012 war das Beikrautaufkommen in der Regel im Pflug-System in der Fruchtfolge mit Luzernegras am niedrigsten und im Stoppelhobel-System am höchsten. Das Beikrautaufkommen im Pflug-System in der getreidebasierten Fruchtfolge lag an den ersten beiden Boniturterminen zwischen den anderen beiden Systemen, am dritten Boniturtermin war es aber in manchen Varianten höher als im Stoppelhobel-System. Schwarzbrache führte in der Regel in jedem System zu einem hohen Beikrautaufkommen. Im Pflug-System in der Fruchtfolge mit Luzernegras war L. perenne tendenziell weniger zur Beikrautunterdrückung geeignet als die anderen Zwischenfrüchte; hier kann auch Durchwuchs von L. perenne, der als Beikaut mitzählte, eine Rolle gespielt haben. P. tanacetifolia und S. alba hatten vor allem im Pflug-System in der getreidebasierten Fruchtfolge eine gute Wirkung. Im Stoppelhobel-System führte T. resupinatum im späten Stadium der Zwischenfrüchte zum höchsten Beikrautaufkommen, was sich aber bis zur Ernte des Hafers wieder an die anderen Varianten anglich. 2013 unterschieden sich die Systeme zur Ernte der Ackerbohne nicht stark im Beikrautaufkommen; dies kann in einer einmaligen mechanischen Beikrautkontrolle (Hacken) nach dem Auflaufen der Ackerbohnen begründet sein.
2012 wirkte sich der Stoppelhobel tendenziell negativ auf die Diversität der Beikrautgesellschaft, gemessen in Artenanzahl, Äquität und Shannon-Wiener Index, aus. Die Zwischenfrüchte hatten verglichen mit der Schwarzbrache eher einen positiven Effekt, d.h. eine höhere Diversität bei gleichmäßigerer Verteilung. 2013 waren keine klaren Tendenzen zu erkennen.
C. arvense trat in beiden Jahren im Stoppelhobel-System und im Pflug-System in der getreidebasierten Fruchtfolge stärker auf als im Pflug-System in der Fruchtfolge mit Luzernegras. Das dreijährige Luzernegras in der Fruchtfolge erwies sich somit als effektiver zur Kontrolle von C. arvense als die Wahl der Bodenbearbeitung.
2012 hatte das Stoppelhobel-System den niedrigsten, das Pflug-System in der Fruchtfolge mit Luzernegras den höchsten und das Pflug-System in der getreidebasierten Fruchtfolge einen mittleren Haferkornertrag. Im Pflug-System in der Fruchtfolge mit Luzernegras führten alle Zwischenfruchtvarianten zu höchsten Erträgen. Im Stoppelhobel-System spielte die Wahl der Zwischenfrucht eine große Rolle. Nur V. sativa führte hier zu Erträgen auf demselben Niveau wie das aller Varianten des Pflug-Systems in der Fruchtfolge mit Luzernegras und das der besten Varianten des Pflug-Systems. 2013 gab es im Ertrag der Ackerbohnen keine signifikanten Unterschiede zwischen den verschiedenen Varianten.
Summary translation
Reduced tillage and green manures may be capable to further improve organic crop production systems, if they are adapted to its specific needs. One goal of the European research projekt “TILMAN ORG” (2011-2014; www.tilman-org.net) was, to develop a more efficient weed management while improving the N-supply for the field crops through a highly developed used of green manure crops within different cenarios of reduced tillage.
The results of two repeated one year trials on two different sites regarding the effects of different green manure species in different tillage systems on weed emergence, N-Fluxes, and main crop yields are one main topic of this work.
The sites of the trials were the research farm of University of Kassel ‘Domaene Frankenhausen’ (DFH1 and DFH2) and the organic farm ‘Meyerhof’ in Belm near Osnabrueck (Belm1 and Belm2). In these trials the main crop succeeded after following green manure crops:
• Sinapis alba
• Trifolium resupinatum
• Vicia sativa
• bare fallow as control.
The oat was sown after different tillage methods. Theses were in DFH1 and DFH2:
• Plough (22-24-cm depth)
• Chisel (DFH1; 10-12 cm) or disc harrow (DFH2; 7 cm)
• Mulching and drilling
• Direct drilling.
In Belm1 and Belm2 it were:
• Plough (23 cm)
• Chisel (13-15 cm)
• Rotary hoe (6-8 cm).
In DFH1 V. sativa yielded higher than the other green manure species. In DFH2 the yield of V. sativa was only about half as much as in the previous trial and here S. alba had about as much yield as V. sativa. In Belm1 und Belm2 the yield of S. alba in both years was higher than that of V. sativa and T. resupinatum. T. resupinatum had the lowest yield in every trial.
In DFH1 and DFH2 V. sativa had the highest N-uptake and the lowest C/N-ratio of the analysed green manure species. S. alba had the highest C/N-ratio. In Belm1 and Belm2 S. alba had the highest N-uptake as well as the highest C/N-ratio.
In DFH1 and DFH2 V. sativa resulted in the highest N-contents of the soil, especially in the reduced tillage systems. In Belm1 and Belm2, soil N-contents were similar after all green manure species. Besides that, the different tillage techniques did not lead to significant differences in the N-content there.
In DFH1 weed cover was generally low in the plough system compared to the other tillage systems. In the mulching + drilling- and direct drilling- systems V. sativa was able to suppress weeds considerably more efficiently than the other green manure treatments. The oat plots after the green manure species S. alba and T. resupinatum as well as the bare fallow had to be given up because weed pressure was too high. Instead, the oat yield in the mulching + drilling- and direct drilling treatments after green manure species V. sativa resulted in oat yields similar to the plough and chisel treatments (from 5.5 t ha-1 to 5.9 t ha-1). In DFH2 all mulching + drilling- and direct drilling- plots had to be given up because of too high weed pressure. In the disc harrow– system weed pressure differed not significantly from the plough system, but only green manure species V. sativa resulted in comparable oat yields (V. sativa x disc harrow 5.6 t ha-1, V. sativa x plough 5.4 t ha-1). On the plough treatments there was low weed pressure again. In the oat yield of the plough treatments there were no significant differences regarding the green manure species.
In Belm weed pressure had been assessed only in Belm2. There, in the late stage of the green manure crops S. alba supressed weeds considerably better than the other green manure species. Later on this effect was masked by the tillage method. The plough resulted in the lowest weed emergence in every green manure treatment. In Belm1 as well as in Belm2 the plough resulted in higher oat yields than the chisel or the rotary hoe. However, in both trials this effect was less pronounced after V. sativa than after the other green manure species.
The second main topic is a system comparison stubble cleaner vs. plough. The aim was to test if the stubble cleaner is as efficient for the control of C. arvense as perennial alfalfa-grass ley. The trial started 2007 on the research farm of University of Kassel. The following systems were compared:
• Plough in a crop rotation with three years of alfalfa-grass ley (to a depth of 25 cm)
• Plough in a cereal based crop rotation (to a depth of 25 cm)
• Stubble cleaner in a cereal based crop rotation (maximum depth of 12 cm).
2011 in all three systems the following green manure crops were integrated:
• Lolium perenne
• Phacelia tanacetifolia
• Sinapis alba
• Trifolium resupinatum
• Mixture from S. alba and T. resupinatum
• Vicia sativa
• Bare fallow as control.
Main crops were 2012 oats and 2013 field beans.
The effects of these systems on weed emergence, N-Fluxes and main crop yields are the topic of this part.
V. sativa had the highest yield and the highest N-uptake of all green manure species in all three systems. The yield of the green manure crops in the stubble cleaner system beside V. sativa was lower than their yield in the plough systems. The same was true for their N-uptake. L. perenne had the highest C/N-ratio and V. sativa the lowest of the examined green manure species. T. resupinatum could not be assessed due to its poor field emergence.
The precrop alfalfa-grass ley (2007-2010) had a distinct impact onto the N-content of the soil in the year 2012 and led to higher N-contents than the cereal based crop rotation. Regarding the green manure species V. sativa led to the highest and L. perenne to the lowest N-contents. To some extent T. resupinatum led to similar high N-contents like V. sativa; bare fallow, P. tanacetifolia and S. alba to similar low N-contents like L. perenne. 2013 again the N-contents were highest in the plough system with precrop alfalfa. Effects of the green manure species were not visible in the second year after their cultivation.
2012, i.e. five years after the start of the trial, there were no significant differences between the three systems in their content of organic carbon. In each system, the two upper layers (0-10 cm and 10-25 cm) had a significant higher proportion of organic carbon than the lowest layer (25-50 cm). 2013 the soil was analysed regarding the content of microbial N and C. In the uppermost layer the stubble cleaner system had significantly more Nmic and Cmic than the two other systems. In the two layers below there were no significant differences between the three systems.
2012 weed emergence was usually lowest in the plough system with precrop alfalfa and highest in the stubble cleaner system. Weed emergence in the plough system in the cereal based crop rotation was at the two first assessment dates between the two other systems. However, at the third date it was in some treatments higher than weed emergence in the stubble cleaner system. Bare fallow normally led to high weed emergence in every system. In the plough system with precrop alfalfa L. perenne was less suitable for weed control than the other green manure species. Volunteers of L. perenne were counted as weeds too and may be a reason for the higher weed emergence in this treatment. P. tanacetifolia and S. alba suppressed weeds well especially in the plough system in the cereal based crop rotation. In the stubble cleaner system, T. resupinatum led to the highest weed emergence in the late stage of the green manure crops, which diminished til the late stage of the main crop oat. 2013 there were no significant differences in weed emergence among the systems which may be due to the mechanical weed control (harrowing) after emergence of the field beans.
2012 there was to some extent a negativ impact of the stubble cleaner on the diversity of the weed community, measured in number of species, equity and Shannon-Wiener Index. The green manures had a slightly positiv effect, i.e. a higher diversity together with a more equal distribution, compared to the bare fallow. 2013 no clear tendencies could be identified.
C. arvense occurred more frequently in the plough system in the cereal based crop rotation and the stubble cleaner systems than in the plough system with precrop alfalfa in both years. The three years of alfalfa-grass ley therefore were more important for the control of C. arvense than the choice of the tillage method in this trial.
2012 the stubble cleaner system resulted in the lowest, the plough system with precrop alfalfa in the highest and the plough system in the cereal based crop rotation in an intermediate oat yield. In the plough system with precrop alfalfa all green manure species resulted in highest oat yields. In contrast to that in the stubble cleaner system the choice of the green manure crop was very important. Only V. sativa resulted in oat yields like in all treatments of the plough system with precrop alfalfa and in the best treatments of the plough system in the cereal based crop rotation. 2013 there were no significant differences in the yield of field bean of the analysed treatments
| EPrint Type: | Thesis |
|---|---|
| Thesis Type: | PhD |
| Keywords: | Zwischenfruchtanbau, reduzierte Bodenbearbeitung, Minimalbodenbearbeitung, Stickstoffkreislauf |
| Agrovoc keywords: | Language Value URI German - Deutsch Zwischenfrucht http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_29684 German - Deutsch Bodenbearbeitung http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_7771 German - Deutsch Gründünger http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_3375 German - Deutsch Unkraut http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_8347 German - Deutsch Vicia sativa http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_8222 German - Deutsch Hafer http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_5287 German - Deutsch Direktsaat http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_25803 German - Deutsch Vicia faba http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_8220 |
| Subjects: | Crop husbandry > Crop combinations and interactions Soil > Nutrient turnover Crop husbandry > Soil tillage Crop husbandry > Weed management |
| Research affiliation: | European Union > CORE Organic > CORE Organic II > TILMAN-ORG Germany > University of Kassel > Department of Organic Farming and Cropping |
| Deposited By: | Grosse, Dr. Meike |
| ID Code: | 33426 |
| Deposited On: | 03 May 2023 09:01 |
| Last Modified: | 03 May 2023 09:01 |
| Document Language: | German/Deutsch |
| Status: | Published |
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