Untersuchungen und Kalkulationstabellen zur Schätzung der N2-Fixierleistung und der N-Flächenbilanz beim Anbau von Lupinus albus und Lupinus luteus in Reinsaat und von Vicia faba und Pisum sativum in Reinsaat und im Gemenge mit Avena sativa
Estimation of the nitrogen fixation and the N balance in cultivations of Lupinus albus and Lupinus luteus as sole crops and of Vicia faba and Pisum sativum as sole crops and in mixed stands with Avena sativa - resarches and calculation charts -
by Britta Jost
Date of Examination:2003-07-11
Date of issue:2003-12-15
Advisor:Prof. Dr. Knut Schmidtke
Referee:Prof. Dr. Rolf Rauber
Referee:Prof. Dr. Heiko C. Becker
Files in this item
Name:jost.pdf
Size:8.41Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
In 1999 a three year lasting field experiment with different crop legumes from one to four species on four varying field sides in Lower Saxony was started. In detail Vicia faba, Pisum sativum as green pea and as grain crop, Lupinus albus and Lupinus luteus (only on two of the four sides) were integrated as sole crops (open sowing). Vicia faba and Pisum sativum were grown in mixture with Avena sativa, harvested as total plant silage (BBCH 79) and as a grain crop (BBCH 89 to 99). The chief purpose was to develop an improved calculation model to estimate the symbiotic nitrogen fixation rate in legume cultivations. In order to reach this aim the nitrogen contents in root and shoot were detected and the extractable mineral N contents in soils were determined using a CaCl2 method. The amount of the nitrogen derived from soil and atmosphere in the different plant organs was detected by using 15N isotope technique. The studies integrated Brassica napus as well as Avena sativa and the 15N enrichment of the plant organs of the dicotyledon Brassica napus showed constantly higher 15N values than the monocotyledon plant Avena sativa so that Brassica napus was more suitable as a reference plant.At maturity the average amount of the N2 fixation of the monocrop Vicia faba was 193.0 kg N ha-1. Pisum sativum fixed 141.3 kg N ha-1, Lupinus albus 125.1 kg N ha-1 and Lupinus luteus 153.5 kg N ha-1 respectively. In the mixed crop systems with Avena sativa the nodulating partner Vicia faba and Pisum sativum fixed an average amount of 185.7 kg N ha-1 and 128.8 kg N ha-1 respectively. The absorption of inorganic soil N at full ripeness of Vicia faba was averaged out to 69.0 kg N ha-1. Pisum sativum as a grain crop used 52.0 kg N ha-1 of the mineral N, Lupinus albus took up 90.8 kg N ha-1 while it was 83.8 kg N ha-1 at Lupinus luteus. Vicia faba as mixed crop with Avena sativa took up 57.1 kg N ha-1 and Pisum sativum as mixed crop absorbed 63.9 kg N ha-1. The atmospherically derived N in shoots and roots of Pisum sativum at milky ripeness was about 100.4 kg N ha-1 on average and the mean amount of the soil derived N came to 51.8 kg N ha-1.In mixed stands with Avena sativa harvested as total plant silage the nodulating partner Vicia faba on average used 53.6 kg N ha-1 of the plant available N in soil and Pisum sativum 50.5 kg N ha-1. In this utilization of Vicia faba the contents of nitrogen derived from atmosphere was 122.8 kg N ha-1 on average, at Pisum sativum 100.9 kg N ha-1 were found. Only small differences between soil N and N derived from atmosphere could be determined between the tested varieties of one species.The N2 fixation is inter alia affected by numerous environmental factors like the particle size distribution of the soil, nutrients (especially nitrate), and further climatic influences. With help of the great amount of data obtained of this field trial close correlations between corn yield and the total plant N (shoot and root) accumulated and the N derived from atmosphere were found and these data were used to deduce the N balance of the tested grain legumes. By consulting the determined data and assessed amounts of N released by rhizodeposition of the leguminous plants to the soil an already existing method for calculating the N balance (SCHMIDTKE 2001) was used to hand over a model to the agricultural and water engineering advisory service. The calculation model is relatively easy because the grain yield is the factor needed to deduce the N2 fixation rate and the N balance of the grain legumes integrated in the field trial.
Keywords: grain legumes; sole crops; mixed stands; total plant silage; grain crops; nitrogen fixation; n balance; conservation of ground water; calculation charts; agricultural and water engineering advisory service
Other Languages
In dreijährigen Feldversuchen auf vier Standorten Niedersachsens wurden verschiedene Körnerleguminosenarten und Sorten einer Art in Reinsaat geprüft (Vicia faba, Pisum sativum zur Nutzung als Grünspeiseerbse und zur Körnernutzung, Lupinus albus sowie Lupinus luteus nur an zwei Standorten) und im Gemenge zur Nutzung als Ganzpflanzensilage und zur Körnernutzung (Vicia faba mit Avena sativa bzw. Pisum sativum mit Avena sativa - jeweils mit einer Sorte) untersucht. Der Schwerpunkt der Versuchsreihe lag auf der Erfassung der in Spross und Wurzel der Bestände enthaltenen N-Menge aus dem Boden und der Luft, um verbesserte Kalkulationsverfahren für die Schätzung der symbiotischen N2-Fixierleistung und des N-Flächenbilanzsaldos beim Anbau von Körnerleguminosen ableiten zu können. Hierzu wurden auch die CaCl2-extrahierbaren Nmin-Mengen im Boden erfasst. Die Schätzung der luft- und bodenbürtigen N-Mengen in den Pflanzen erfolgte mit Hilfe der 15N-Methode. In der Versuchreihe konnte gezeigt werden, dass die dikotyle Referenzpflanze Brassica napus auf Grund einer höheren 15N-Anreicherung für die Schätzung der symbiotischen N2-Fixierleistung besser geeignet war als die monokotylen Referenzpflanze Avena sativa.Es konnte bei Körnernutzung eine symbiotische N2-Fixierleistung der Ackerbohne im Mittel von 193,0 kg N ha-1, der Erbsen von 141,3 kg N ha-1, bei Weißer Lupine 125,1 kg N ha-1 und Gelber Lupine 153,5 kg N ha-1 ermittelt werden. Im Gemenge von Ackerbohne und Hafer sowie Erbse und Hafer lag die symbiotische N2-Fixierung zur Körnernutzung im Mittel bei 185,7 kg N ha-1 bzw. 128,8 kg N ha-1. Die N-Aufnahme aus dem Boden bis zur Körnernutzung betrug bei der Ackerbohne im Mittel 69,0 kg N ha-1. Bei den Erbsen wurden im Mittel 52,0 kg N ha-1 des Bodens genutzt. Bei Weißer und Gelber Lupine waren es im Mittel 90,8 kg N ha-1 bzw. 83,8 kg N ha-1. Die Gemenge aus Ackerbohne und Hafer sowie Erbse und Hafer nahmen bis zur Körnernutzung im Mittel 57,1 kg N ha-1 bzw. 63,9 kg N ha-1 aus dem Boden auf. Zum Nutzungstermin der Grünspeiseerbse befanden sich im Mittel 100,4 kg N ha-1 in Spross und Wurzel, die aus luftbürtiger Quelle aufgenommen waren und 51,8 kg N ha-1, die aus bodenbürtigen Quelle stammten.Im Gemenge mit Avena sativa entnahm der legume Gemengepartner Vicia faba zur GPS durchschnittlich 53,6 kg N ha-1 des pflanzenverfügbaren Bodenstickstoffs, bei Pisum sativum waren es im Mittel 50,5 kg N ha-1. Der luftbürtige Stickstoff von Vicia faba lag in dieser Nutzungsvariante im Mittel bei 122,8 kg N ha-1, bei Pisum sativum wurden im Mittel 100,9 kg N ha-1 ermittelt. Die geprüften Sorten einer Art unterschieden sich nur gering in der Aufnahme an Stickstoff aus dem Boden und der Luft.Die Daten der Versuchsreihe zeigten, dass trotz der unterschiedlichen Einflussfaktoren der Standorte wie die Korngrößenverteilung im Boden, Nährstoffangebot, insbesondere der Nitratgehalt des Bodens und der unterschiedlichen Witterung an den Versuchsstandorten enge Zusammenhänge zwischen dem Kornertrag und der von den Pflanzen in Spross und Wurzel akkumulierten N-Menge bestanden, die für das Kalkulationsmodell zur Schätzung der symbiotischen N2-Fixierleistung und der Ableitung der N-Flächenbilanz der verschiedenen Körnerleguminosenarten herangezogen wurden. Unter Hinzuziehung der geschätzten N-Mengen, die über Rhizodeposition von den Körnerleguminosen in den Boden abgegeben werden, wurde ein bestehendes Kalkulationsmodell genutzt (SCHMIDTKE 2001), um aus den hier ermittelten Ergebnissen für die land- und wasserwirtschaftliche Fachberatung Kalkulationsdaten zur Verfügung zu stellen. Diese Kalkulationsdaten ermöglichen es, anhand des erzielten Kornertrages der Bestände und dem Angebot an pflanzenverfügbarem Stickstoff im Boden die symbiotische N2-Fixierleistung und den N-Flächenbilanzsaldo der hier geprüften Körnerleguminosenarten und Nutzungssysteme zu berechnen.
Schlagwörter: Körnerleguminosen; Reinsaat; Gemengeanbau; Ganzpflanzennsilage; Körnernutzung; Stickstoff-Fixierung; N-Flächenbilanzen; Grundwasserschutz; Kalkulationstabellen; land- und wasserwirtschaftliche Fachberatung; 630 Landwirtschaft; Veterinärmedizin