Evaluierung von Winterackerbohnen als Zwischenfrucht für eine ökologische Biogasproduktion
Evaluation of winter faba bean as a first crop in a double-cropping system for an ecological biogas production
by Franziska Roth
Date of Examination:2010-07-15
Date of issue:2010-09-08
Advisor:Prof. Dr. Rolf Rauber
Referee:Prof. Dr. Rolf Rauber
Referee:Prof. Dr. Wolfgang Link
Referee:Prof. Dr. Johannes Isselstein
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1791
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Description:Dissertation
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Abstract
English
Evaluation of winter faba bean as a first crop in a double-cropping system for an ecological biogas production By means of biogas utilization, renewable energy can be produced with high ecological efficiency. In most biogas plants, maize is predominantly used for fermentation purposes. In order to obtain the maximum methane yield per hectare, new crop rotation concepts have to be developed, which allow a high productivity. In two-year field experiments in Goettingen, a double-cropping system was examined: The winter cover crops (first crops), winter faba bean, winter pea and winter rye, were sown at different times in autumn as sole crops and in mixtures and harvested at different times in spring. Energy maize was cultivated afterwards as a second crop. The methane yield per hectare was highly correlated with the dry matter yield. In order to harvest high dry matter yields that allow optimal ensilage processes, an early seeding time of the first crops can be recommended. In order to ensure sufficient ripening, the sowing of maize should be carried out by the middle of May at the latest. A double cropping system with winter faba beans that were not fertilized with nitrogen, can obtain slightly higher yields than a likewise no fertilized double cropping system with winter rye. The highest methane yield per hectare was produced with the winter faba bean as sole crop. Differences between the variants were not significant. With none of the first crops, dry matter contents that allow ensilaging were reached. However, it can be assumed the suitability for ensiling of faba beans is improved by the use of winter rye in mixtures. All examined variants of first crops should be left to wilt for a while before ensiling. The mixture of winter faba bean and winter rye was least prone to displace nitrogen into the subsoil. The leaching danger of nitrogen after maize harvest is thus reduced. The cultivation of the mixture of winter faba bean and winter rye before maize can be recommended. In addition the frost tolerance of winter faba beans was examined in order to ensure successful cultivation in a double cropping system. The method already established was technically optimized and new characteristics of the frost tolerance were supplemented. 36 lines of winter faba bean were used to select the most frost tolerant and most healthy lines on the basis of frost-chamber tests and three-year field experiments. Two nights with frost temperatures of -13,0 °C and -17,5°C were well survived by most lines. Only five winter field bean lines more than half of the plants died within 60 days after the freezing test. For the selection, an index from disposition to survival and regrowth was calculated. Additionally, scorings for Ascochyta and Botrytis were included. It could be shown that the lines from the Goettinger winter faba beans are promising for the cultivation for biogas production.
Keywords: renewable energy; biogas; methane; double-cropping system; winter faba bean; frost tolerance
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Evaluierung von Winterackerbohnen als Zwischenfrucht für eine ökologische Biogasproduktion Durch die Biogaserzeugung kann erneuerbare Energie mit hohem ökologischen Wirkungsgrad gewonnen werden. In den meisten Biogasanlagen wird vor allem Mais eingesetzt. Um den maximalen Methanhektarertrag zu erzielen, müssen neue Fruchtfolgekonzepte entwickelt werden, die u.a. eine hohe Flächenproduktivität aufweisen. In zweijährigen Feldversuchen wurde in Göttingen ein Fruchtfolgeausschnitt in Form eines Zweikulturnutzungssystems untersucht. Die Winterzwischenfrüchte Winterackerbohnen, Wintererbsen und Winterroggen wurden in Reinsaaten und Gemengen im Herbst zu verschiedenen Zeitpunkten gesät, im Frühjahr zu verschiedenen Zeitpunkten geerntet und danach Energiemais angebaut. Der Methanflächenertrag war hoch mit dem Trockenmasseertrag korreliert. Damit hohe Trockenmasseerträge mit möglichst guter Silierfähigkeit erzielt werden können, ist eine frühe Saat der Winterzwischenfrüchte empfehlenswert. Die Saat des Maises sollte spätestens Mitte Mai erfolgen, um eine ausreichende Abreife zu gewährleisten. Ein nicht mit Stickstoff gedüngtes Zweikulturnutzungssystem mit Winterackerbohnen kann geringfügig höhere Flächenerträge erzielen als ein ebenfalls ungedüngtes Zweikulturnutzungssystem mit Winterroggen. Der höchste Methanflächenertrag wurde mit der Winterackerbohne in Reinsaat produziert. Die Unterschiede zwischen den Varianten waren nicht signifikant. Mit keiner Winterzwischenfrucht wurden zum Silieren ausreichende Trockensubstanzgehalte erreicht. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die Siliereignung von Ackerbohnen durch die Bei¬mischung von Winterroggen verbessert wird. Alle untersuchten Winterzwischenfruchtvarianten müssten zum Silieren angewelkt werden. Das Gemenge aus Winterackerbohnen und Winterroggen hinterlässt am wenigsten mineralischen Stickstoff im Boden. Die Auswaschungsgefahr des Stickstoffs nach der Maisernte wird somit verringert. Der Anbau des Gemenges aus Winterackerbohne und Winterroggen vor Mais wird empfohlen. Zusätzlich wurde untersucht, ob Winterackerbohnen ausreichend frosttolerant sind, um in einem Zweikulturnutzungssystem erfolgreich angebaut werden zu können. Die bereits etablierte Methode wurde technisch optimiert und bisherige Merkmale der Frosttoleranz um neue Merkmale ergänzt. Aus 36 Winterackerbohnenlinien wurden anhand von Frostkammer- und dreijährigen Feldversuchen frost- und krankheitsresistente Winterackerbohnenlinien selektiert. Zwei Frostnächte mit -13°C und -17,5°C wurden von den meisten Linien gut überlebt. Nur bei fünf Winterackerbohnenlinien starben bis zum 60. Tag nach dem Test mehr als die Hälfte der Pflanzen. Zur Selektion wurde ein Index aus Überlebensneigung und Wiederaufwuchs gebildet. Zusätzlich wurden Feldbonituren für Ascochyta und Botrytis einbezogen. Es konnte gezeigt werden, dass das Liniensortiment aus der Göttinger Winterackerbohnen für den Anbau zur Biogasproduktion vielversprechend ist.
Schlagwörter: Erneuerbare Energie; Biogas; Methan; Zweikultur-Nutzungssystem; Winter-Ackerbohne; Frosttoleranz