Das Timing der Bodenbearbeitung beeinflusst die Stickstoffverfügbarkeit und den Verlust auf Biobetrieben | 2020

Inhaltsverzeichnis:

Anonim

"Wir wissen, dass der ökologische Landbau in hohem Maße von der Bodenbearbeitung abhängt, um Unkraut zu bekämpfen und Dünger und Deckfrüchte in den Boden einzubringen. Unsere Untersuchungen zeigen, dass diese Praxis Umweltprobleme mit sich bringen kann", sagte Denise Finney, Postdoktorandin im Labor von Jason Kaye , ausserordentlicher Professor für Bodenbiogeochemie. "Obwohl es hilft, den Einsatz von Chemikalien zu reduzieren, ist die Bodenbearbeitung - insbesondere die Bodenbearbeitung im Herbst - ein wichtiger Motor für die Stickstoffdynamik und hat potenzielle Auswirkungen auf die Umwelt."

In einer fünf Jahre dauernden Studie führten Finney und ihre Kollegen eine intensive Stickstoffüberwachung in vier verschiedenen Anbausystemen durch, um Vergleiche des Stickstoffgehalts im Boden über einen längeren Zeitraum und unter verschiedenen ökologischen Bewirtschaftungspraktiken zu ermöglichen. Ihre Ergebnisse erscheinen in einem Online-Preprint und werden in der Dezember 2015-Ausgabe von veröffentlicht Ökologische Anwendungen und können den Züchtern helfen, Entscheidungen zu treffen, die ihre Stickstoffverluste verringern.

"Stickstoff ist kompliziert", sagte Finney. "Es wird von Variablen beeinflusst, die wir nicht kontrollieren können, wie Temperatur und Feuchtigkeit, und von Managemententscheidungen, die wir treffen. Obwohl wir viel über die Auswirkungen dieser verschiedenen Variablen auf die Stickstoffverfügbarkeit und mögliche Verluste wissen, wollten wir verstehen, wie Sie interagieren vor Ort, insbesondere im Hinblick auf organisch verwaltete Systeme. "

Die Forscher führten ihr feldbasiertes Experiment durch, indem sie vier Anbausysteme implementierten, die für die Replikation typischer Bio-Futtermittel- und Futterproduktionssysteme in Pennsylvania entwickelt wurden. Sie unterschieden sich hinsichtlich der Ernte- und Deckkulturen - nicht geerntete Pflanzen, die angebaut wurden, um Vorteile wie eine verbesserte Bodenqualität und Unkrautbekämpfung zu erzielen -, der Anbaureihenfolge, des Zeitpunkts und der Intensität der Bodenbearbeitung Vorgänge und Düngeeinträge.

Die Forscher pflanzten das erste System in der ersten Vegetationsperiode mit einer Folge von Deckfrüchten an, und dieses System wurde üblicherweise zwischen den einzelnen Pflanzungen bestellt. Für die nächsten zwei Jahre behielten sie dieses System in einer minimal bestellten Alfalfa-Ernte bei.

Das zweite Anbausystem erhielt einen Düngerauftrag und anschließend eine sommerliche Pflanzung von Sudangrass - einer Deckfrucht -, die bestellt und von einer Herbstbrache gefolgt wurde. Wie das erste System befand sich auch dieses für die nächsten zwei Jahre in einer Luzerne mit minimaler Bodenbearbeitung.

Im dritten Anbausystem wuchs eine Getreide-Roggen / Haarwicke-Deckfrucht, die im vorhergehenden Herbst ausgesät worden war, über den Sommer, bevor sie bestellt wurde. Dieses System nutzte eine im Spätsommer bebaute Brache, um das mehrjährige Unkraut, die Kanadadistel, zu bekämpfen. Im Herbst säten die Forscher Roggen, der überwinternd war, und die Forscher ernteten ihn im folgenden Sommer. Dieses System erhielt dann einen Düngerauftrag, bevor es in Direktsaatmais gepflanzt wurde.

Das vierte Anbausystem verwendete eine Folge von Feldfrüchten mit minimaler Bodenbearbeitung - einschließlich Buchweizen, Roggen und haariger Wicke - bevor die Forscher Mais anpflanzten, der mit konventioneller Bodenbearbeitung bewirtschaftet wurde. Dieses System erhielt auch Gülle vor der Maisproduktion.

Die Variationen zwischen den vier Anbausystemen ermöglichten den Forschern zu beobachten, wie unterschiedliche Managementpraktiken mit Klimavariablen interagieren, um zwei Schlüsselelemente des Stickstoffkreislaufs zu beeinflussen: die Menge an pflanzenverfügbarem oder anorganischem Stickstoff, der während der Vegetationsperiode im Boden vorhanden ist. und die Menge an Nitrat, die im Bodenwasser unterhalb der Pflanzenwurzelzone vorhanden ist. Anorganischer Stickstoff ist die Form von Stickstoff, die Pflanzen über ihre Wurzeln aufnehmen können. Dazu gehören sowohl Ammonium als auch Nitrat. Ammonium bewegt sich nicht so leicht durch den Boden wie Nitrat. Unter bestimmten Umständen kann Nitrat unterhalb der Wurzelzone in den Grundwasserspiegel gelangen und dort als Schadstoff wirken.

Die Forscher sammelten von März bis November alle zwei Wochen Bodenproben von den Testfeldern und analysierten sie auf anorganischen Stickstoff. Während des ersten Studienjahres verwendeten sie auch Wassersammelvorrichtungen, um Wasser von unterhalb der Wurzelzone zu entnehmen und seinen Nitratgehalt zu messen, um mögliche Nitratverluste aus den Anbausystemen zu messen.

Um die im Verlauf der Studie gesammelten Datenmengen zu analysieren - einschließlich 2.300 Bodenproben sowie Messungen der täglichen Lufttemperatur, des Niederschlags und der Bodentemperatur -, wandten sich die Forscher einer statistischen Methode zu, die in der Agrarforschung normalerweise nicht verwendet wird. - Maschinelles Lernen - um zu bestimmen, wie diese zahlreichen und komplexen Variablen interagieren, um den Stickstoff im Boden zu beeinflussen.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Bodenbearbeitung der wichtigste Faktor für den potenziellen Stickstoffverlust in allen vier Anbausystemen war, insbesondere im Spätsommer und im Frühherbst. Als auf die Bodenbearbeitung im Herbst eine Brache folgte, wie dies in Pennsylvania häufig der Fall ist, wurden diese Stickstoffexplosionen in der Spätsaison nicht von der Pflanzenaufnahme erfasst und waren anfällig für Auswaschung, sagte Finney, ein Punkt, der wichtige Auswirkungen für die Erzeuger hat.

"Wir müssen sicherstellen, dass wir Entscheidungen über den Zeitpunkt der Bodenbearbeitung treffen und dabei nicht nur unsere Ziele für das Unkrautmanagement, sondern auch unsere Ziele für das Stickstoffmanagement berücksichtigen. Wir wissen, dass die Bodenbearbeitung Stickstoff freisetzen wird. Lassen Sie uns also sicherstellen, dass wir uns daran halten." es mit einigen Mitteln zur Wiedergewinnung dieses Stickstoffs ", sagte sie und fügte hinzu, dass die Bodenbearbeitung im Frühjahr von Vorteil sein kann, um den Stickstoff freizusetzen, der für den Anbau von Geldpflanzen erforderlich ist. Der Anbau von Winterkulturen ist eine gute Strategie, um Stickstoff zu binden, der bei der Bodenbearbeitung im Herbst freigesetzt werden kann.

Während die Verantwortung für das Nährstoffmanagement letztendlich bei den Landwirten liegt, ist Finney der Ansicht, dass auch die Politik eine Rolle spielen kann.

"Ich finde es interessant, dass in unserer föderalen Bio-Politik meines Wissens nicht über Bodenbearbeitung gesprochen wird, aber was wir hier deutlich sehen, ist, dass Bodenbearbeitung potenzielle Auswirkungen auf die Umwelt hat", sagte sie.