{Project} Stickstoff-Auswaschungsverluste und Nachfruchteffekte von Futterleguminosen (Schnitt- und Grünbrache-Nutzung) auf Getreide-Nachfrüchte im Ökologischen Landbau unter pannonischen Standortbedingungen in Ostösterreich. [Nitrogen losses due to leaching and beneficial effects on subsequent cereals crops of forage and green manure legumes in organic farming under site conditions of the Pannonical region in Eastern Austria.] Runs 2000 - 2004. Project Leader(s): Freyer, Dr. Bernhard, Department für Nachhaltige Agrarsysteme BOKU Wien .
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Summary
Im niederschlagsarmen Ackerbaugebiet Ostösterreichs dominiert auch im Ökologischen Landbau die viehlose Bewirtschaftungsform. Aufgrund des Verbotes von mineralischen Düngemitteln sowie der Zufuhrbeschränkung organischer Düngemittel muss der Stickstoffbedarf über den Einsatz von Futter- und Körnerleguminosen in der Fruchtfolge gedeckt werden. Die Nutzung von Futterleguminosen erfolgt überwiegend als Grünbrache (Mulchnutzung), wobei Luzerne als Reinsaat oder als Luzerne-Gräser-Gemenge angebaut wird. Über die Auswirkungen verschiedener Nutzungssysteme, Pflanzenarten und Artengemenge auf Bodenprozesse und die Nachfrüchte ist bisher wenig bekannt.
Unter den spezifischen pannonischen Klimabedingungen (Niederschläge von 500 - 550 mm im Jahr und Dürreperioden von 3 - 6 Wochen) wurden folgende Themen untersucht: Auswirkungen von verschiedenen Nutzungssystemen (Schnitt und Mulch), sowie Luzerne-Reinsaat und Luzerne-Gräser-Gemenge auf die Stickstoff- und Wasserdynamik im Boden sowie auf Ertrag und Qualität von Getreide-Nachfrüchten. Ziel dieser Untersuchung war daher die Entwicklung von an den Standort angepassten Nutzungssystemen und Artengemengen von Futterleguminosen zur Optimierung von Ertrag und Qualität von Getreide-Nachfrüchten bei gleichzeitiger Minimierung des Nitrat-Auswaschungsrisikos.
Die Untersuchung wurde auf den seit 1997 nach den Richtlinien des Ökologischen Landbaus bewirtschafteten Flächen des Institutes in Raasdorf bei Wien durchgeführt. Als Vorfrucht wurde Luzerne als Reinsaat und in Form eines Luzerne-Gräser-Gemenges (80% zu 20% Flächenanteil in der Aussaatmischung) jeweils in zwei Nutzungssystemen (Mulch und Schnitt) angebaut. Als Referenz-Vorfrüchte dienten ein Gräser-Gemenge und Winterroggen. Nach Umbruch der verschiedenen Varianten wurde Winterweizen und im darauf folgenden Jahr Winterroggen angebaut. Untersucht wurden der Bodenwasserhaushalt, die Mineralstickstoffgehalte (Nmin) im Boden sowie der Ertrag und Proteingehalt der Getreide-Nachfrüchte. Zusätzlich waren in 120 cm Bodentiefe Saugkerzen installiert, mittels derer Bodenwasserproben zur Untersuchung auf Nitrat gewonnen wurden. Die Sickerungsrate wurde mittels Bodenwasserbilanz ermittelt. Der gleiche Versuch wurde in zwei aufeinander folgenden Jahren angelegt und durchgeführt.
Bei Mulchnutzung von Futterleguminosen war, im Vergleich zu Schnittnutzung, der N-Eintrag durch die Luzerne-Vorfrüchte wesentlich höher. Unter den überwiegend trockenen Witterungsbedingungen führte Mulchnutzung im Vergleich zu Schnittnutzung jedoch zu keinen höheren Nmin-Gehalten im Boden. Die N-Aufnahme durch die Nachfrucht war daher nicht oder nur geringfügig erhöht und es konnten in der Folge keine höheren Erträge und Rohproteingehalte bei der ersten und zweiten Hauptfrucht erzielt werden. Der Vergleich von Leguminosen-Gräser-Gemengen mit reinen Leguminosen-Beständen ergab, dass die Artenzusammensetzung bis auf einen Fall keine Auswirkungen auf den Nmin-Gehalt des Bodens, sowie auf die N-Aufnahme, die Erträge und die Rohproteingehalte der Nachfrüchte hatte. Im Jahr 2001/02 (Versuchsanlage 2) waren jedoch bei besserer Wasserversorgung die N-Aufnahme und die Proteingehalte von Winterweizen bei Mulchnutzung, nicht aber bei Schnittnutzung, nach Luzerne-Gräser-Gemenge geringer als nach Luzerne-Reinsaat.
Obwohl bei Mulchnutzung, im Vergleich zu Schnittnutzung, der N-Eintrag durch die Luzerne-Vorfrüchte wesentlich höher war, waren die N-Erträge der ersten und zweiten Getreidenachfrucht nicht oder nur geringfügig erhöht. Die N-Nutzungseffizienz war bei Mulchnutzung folglich geringer als bei Schnittnutzung.
Die Nmin-Gehalte der Varianten nach Umbruch haben sich nicht unterschieden. Dementsprechend war bei der ausgeprägten Trockenheit auch das Nitratauswaschungsrisiko in allen Varianten ähnlich gering.
Aus den Untersuchungen können Empfehlungen für die Praxis für den Anbau von Luzerne-(Gräser-)Beständen abgeleitet werden.
Unter trockenen Witterungsbedingungen kann Mulchnutzung trotz der geringen N-Nutzungseffizienz neben Schnittnutzung empfohlen werden, weil die N-Verluste bei Trockenheit gering sind und der Mulchstickstoff überwiegend im Boden verbleibt. Dort trägt er zum Aufbau organischer Bodensubstanz bei und kann zum Aufbau eines Vorrats an mineralisierbarem organischen N im Boden beitragen. Bei entsprechender Witterung wird ein Teil des gespeicherten Stickstoffs zu einem späteren Zeitpunkt in der Fruchtfolge wirksam. Allerdings sollten die Luzernebestände zeitig, d.h. im Juli, umgebrochen werden, um den Bodenwasservorrat zu schonen und so die Wasserversorgung der Nachfrucht zu verbessern. Bei feuchter Witterung im Sommer können Zwischenfrüchte das Nitratauswaschungsrisiko senken.
Weiters ist eine Schnittnutzung der Luzerne-Bestände in Verbindung mit einer Nutzung des Schnittguts als Dünger zu den Nachfrüchten zu überprüfen, um die Nutzungseffizienz des Luzernestickstoffs kurzfristig zu erhöhen. Das Schnittgut kann direkt nach dem Kompostieren mit Stroh oder nach Durchlaufen eines Biogasprozesses gezielt in Getreidenachfrüchte oder andere Kulturen ausgebracht werden. Die diesbezügliche Verfahrenstechnik und deren Wirtschaftlichkeit sind jedoch noch zu überprüfen.
Unter feuchten Witterungsbedingungen im Anbaujahr der Luzernebestände ist die Bodenwassersituation weniger angespannt. Die N-Mineralisierung aus den Leguminosenresiduen und aus der organischen Bodensubstanz sowie die Gefahr von N-Verlusten durch Entgasung und Auswaschung sind erhöht. Der Umbruch der Luzernebestände sollte deshalb möglichst spät erfolgen (Mitte September bei Nachfrucht Winterweizen). Der bei höherem Niederschlag höhere Biomasseertrag erhöht das N-Verlustsrisiko. Schnittnutzung ist daher der Mulchnutzung vorzuziehen, um N-Verluste zu vermeiden. Ebenso wie in trockenen Jahren kann die N-Nutzungseffizienz durch eine Nutzung des Schnittguts als Dünger auf anderen Flächen erhöht werden. Vor allem unter feuchten Bedingungen sind Leguminosen-Gräser-Gemenge vorteilhaft, weil zu erwarten ist, dass der Stickstoff aus den Residuen langsamer freigesetzt wird als bei reinen Leguminosenbeständen. Dies reduziert das Risiko von N-Verlusten. Die Synchronisierung der N-Verfügbarkeit mit dem N-Bedarf nach der ersten Nachfrucht kann damit verbessert sein.
Summary translation
Since the application of inorganic nitrogen is not permitted in organic agriculture, the main source of nitrogen in arable organic farming systems is biological nitrogen fixation (BNF) via legume crops. Grain legumes and forage legume crops therefore play a prominent role in organic farming. Forage legumes are mainly cultivated in pure stands and in mixtures with non-legumes such as grass. The legume stands are utilised as animal fodder (cutting regime) or as green manure (mulching regime). There is little knowledge about the impacts of forage legume crops to following cereal crops in terms of soil effects and grain yield and quality under pannonical climate conditions in the eastern regions of Austria (precipitation of 550 mm a-1 and short annual drought periods of 3-6 weeks). Therefore, the aim of this project was to improve utilisation strategies (cutting regime versus green manure; pure legume crops versus legume grass mixtures) of forage legume stands during conversion to organic farming. The investigations were conducted to optimise the use of legume N by the following crops, while minimising the risk of nitrate leaching and the environmental impact (groundwater protection). Further, yield and quality of following cereal crops should be increased.
This research project was conducted on the organically managed area of the University of Natural Resources and Applied Life Sciences in Raasdorf near Vienna in the Marchfeld region. The research work started in autumn 2000 and was finished in autumn 2003. Alfalfa was used as legume crop in all tested legume variants, namely pure alfalfa stands and an alfalfa-grass mixture (80% alfalfa, 20% grass - covered area at date of seeding). Winter rye and a pure grass stand served as reference crops. After ploughing under the legume stands, winter wheat and winter rye were cultivated in two successive years. Mineral nitrogen in soil, N-mineralisation potential and soil microbial biomass were assessed. Grain yields and protein contents were recorded. Nitrate leaching was monitored by a soil water balance and nitrate contents in the soil solution which were gained by suction cups from 120 cm soil depth. The same experiment was conducted twice beginning in two consecutive years.
The N input by legume crop residues was substantially greater for a mulching regime than for a cutting regime of fodder legumes. Under the prevalent dry weather conditions of this investigation, mulching compared to a cutting regime did not cause a higher content of inorganic nitrogen in soil. As a consequence to that, the N-uptake, grain yields and protein contents of the successive cereals were not raised. Cultivation of legumes in mixtures with grass caused the same amounts of soil mineral nitrogen like pure legume stands, except for one case. N-uptake, grain yields and protein contents of the successive grain crops were also not affected. In the year 2001/02 with a better water supply, alfalfa-grass, compared to pure alfalfa crops, in combination with mulching led to reduced N uptake and protein contents of winter wheat.
Although in the mulching regime the N-input into soil was much greater than in the cutting regime, this did not result in equally increased grain yields and protein contents of the first and second consecutive cereal. As a result, the N utilisation efficiency in the cutting regime was higher than in the mulching regime.
Inorganic N contents did not differ between variants after ploughing under the legume stands. Accordingly, the risk of nitrate leaching was similar for all variants under conditions of drought.
From the results recommendations for the practice for the management of alfalfa (grass) crops can be deduced.
Under dry weather conditions, the green manure regime of alfalfa crops can be recommended despite a lower N utilisation efficiency, because N losses are low and most of the mulch-N remains in the soil. There it contributes to soil organic matter and can lead to the build-up of a reserve of mineralisable organic N. Under adequate weather, a part of the stored nitrogen will become active later in the crop rotation. The alfalfa crop should be ploughed down early, i.e. in July, to save soil water and thus to improve the water supply of the succeeding crop. Under moist weather conditions in summer, catch crops can reduce the risk of nitrate leaching.
To enhance the short-term utilisation efficiency of alfalfa-N, cutting of alfalfa crops in combination with the use of the shoots as fertiliser given to succeeding crops can also be recommended. The shoot material can be applied specifically in succeeding cereals or other crops either directly, after composting with straw, or after anaerobic fermentation for gaining biogas. The respective process engineering and its economy, however, have to be tested.
Under moist weather conditions during growth of the alfalfa crops, the soil water situation is less fraught. N mineralisation from the crop residues and from the soil organic matter is enhanced, and the risk of N losses by volatilisation and leaching is increased. Alfalfa crops should be ploughed down as late as possible (mid of September for succeeding winter wheat). Increased biomass yield upon higher precipitation increases the risk of N losses. Cutting therefore is preferable to green manure use to reduce N losses. Like in dry years, the N utilisation efficiency can be enhanced by using alfalfa shoots as fertiliser to other crops. Mainly under moist conditions, legume-grass mixtures are advantageous because the release of N from the residues is presumably slower than after pure legume crops. Thus the risk of N losses is reduced. N release and N demand of the first succeeding crop can be more synchronous.
| EPrint Type: | Project description |
|---|---|
| Location: | Gregor Mendelstr. 33, 1180 Wien |
| Keywords: | Ackerbau; Pflanzenbau, Bodenuntersuchungen, Stickstoffkreislauf, Futterleguminosen, Nutzung, Nitratauswaschung, |
| Subjects: | Soil > Nutrient turnover Crop husbandry > Production systems > Cereals, pulses and oilseeds |
| Research affiliation: | Austria > Univ. BOKU Wien > Sustainable Agr. Systems - IfÖL |
| Research funders: | Austria > Research Programme PFEIL 05 |
| Project ID: | 1232 |
| Start Date: | 1 December 2000 |
| End Date: | 31 January 2004 |
| Deposited By: | BMLFUW, |
| ID Code: | 6397 |
| Deposited On: | 10 Oct 2006 |
| Last Modified: | 20 Aug 2009 14:28 |
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