Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | Fruchtfolgen für optimierte Nutzung der Bodenressourcen: Mischanbau allorhizer und homorhizer Arten zur komplementären Durchwurzelung des Ober- und Unterbodens |
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| Titel (englisch): | Crop sequences for optimized use of soil resources: combining allorhizous and homorhizous species for complementary root growth in topsoil and subsoil |
| Akronym: | MIKODU |
| Beschreibung (dt.): | Primäres Ziel des Projektes ist die Reduzierung von Ertragslücken im ökologischen Ackerbau durch Optimierung der Mobilisierung von Wasser und Nährstoffen aus der Festphase des Bodens. Grundlage dafür ist die Förderung ausgedehnter Wurzelsysteme durch eine für die Bodenmikrobiologie und das Wurzelwachstum günstige Bodenstruktur. Es werden spezifische Zwischen- und Vorfrüchte angebaut, die (i) mit homorhizen Wurzelsystemen Feinporen in geringen Bodentiefen vermehren oder (ii) mit Pfahlwurzeln Zugangswege in den Unterboden schaffen oder (iii) im Mischfruchtanbau die Wirkungen beider Wurzelsysteme integrieren. Durch diese Optimierung der Unterbodenstruktur werden die mikrobielle Aktivität sowie die Ausdehnung der Nachfruchtpflanzenwurzeln im Unterboden vergrößert. So können Nachfrüchte die Wasser- und Nährstoffvorräte des Unterbodens besser erschließen. Neben Bodenstruktureffekten werden die unterschiedlichen Abbaugeschwindigkeiten der Wurzeln der Gemengepartner berücksichtigt, mit dem Ziel einer möglichst gleichmäßigen Nährstoffanlieferung für die Nachfrüchte. Die im Projekt verfolgten Teilziele umfassen - Förderung von Wurzelwachstum und Nährstoffakquisition der Nachfrüchte durch strukturbildende Effekte mehrjährigen Feldfutterbaus mit Mischanbau von Arten mit ausgeprägter Pfahlwurzel und Arten mit intensiven Feinwurzelsystemen (WP 1) - Identifizierung von Zwischenfrüchten, die durch Kombination tiefwurzelnder allorhizer Arten und intensiv wurzelnder homorhizer Arten das Wurzelwachstum der Nachfrüchte wie oben beschrieben fördern und zudem über Winter aufgenommene Nährstoffe möglichst gleichmäßig über die Vegetationsperiode der Nachfrüchte hinweg freisetzen (WP 2) - Nutzung intensiv wurzelnder Vor- und Zwischenfrüchte zum Aufbrechen von ertragslimitierenden Verdichtungen in Vorgewenden (WP 3). Die Projektergebnisse werden dann für die Praxis nutzbar gemacht, um Fruchtfolgen im Hinblick auf die Nutzung der Ober- und Unterbodenressourcen zu optimieren. |
| Beschreibung (engl.): | The main objective of the project is reducing yield gaps in organic agriculture by optimizing the mobilisation of water and nutrients from the solid phase of the soil. The basis for this is promoting extensive root systems via creating a soil structure that is beneficial for soil microbiology and root growth. Catch crops and precrops will be grown that (i) increase fine pores in shallow soil depths with homorhizous root systems or (ii) create access paths to deeper soil layers with taproots or (iii) integrate the effects of both root systems in mixed cropping systems. With this optimization of subsoil structure, microbial activity and root extension of following crops into the subsoil will be increased, helping following crops to exploit water and nutrient reserves of the subsoil. Besides effects on soil structure, the different decomposition rates of the roots of the mixture partners will be considered, aiming at balanced nutrient supply for the following crops. The subgoals of the project are - promoting root growth and nutrient acquisition of following crops via soil structuring by perennial fodder cropping with mixed growth of species with a pronounced taproot and species with intensive fibrous root systems (WP 1) - identification of catch crops that promote root growth of following crops as described above and additionally allow balanced mineralization of nutrients taken up over winter (WP 2) - use of intensively rooting pre- and catch crops to break up yield limiting soil compaction in agricultural headlands (WP 3). The project results will then be demonstrated to farmers, to optimize crop sequences with respect to the utilization of top- and subsoil resources. |
| Ergebnis (dt.): | Um Ertragslücken im Ackerbau zu schließen, sollen durch die Ausbildung ausgedehnter Wurzelsysteme und die durch Pflanzenwurzeln verbesserte Bodenstruktur die Mobilisierung von Nährstoffen aus der Festphase des Bodens optimiert, sowie bisher nicht vollständig genutzte Wasserreserven im Unterboden erschlossen werden. Dazu ist ein vertieftes Verständnis der Wurzel-Boden-Interaktion sowie des Wurzelwachstums im Gemenge im Vergleich zu Reinsaaten wichtig. Hier setzte das Forschungsprojekt MIKODU an. Es beschäftige sich mit der Durchwurzelung von Futterpflanzen und Zwischenfrüchten und deren Wirkung auf Nachfrüchte, Bodenstruktur, Bodenwasserhaushalt, Stickstoffdynamik sowie Humusbildung. Dabei stand der Vergleich von Mischungen mit Reinsaaten im Fokus. In einem Feldversuch am Sand-Standort Hofgut Oberfeld in Darmstadt wurden zweijährig Mischungen und Reinsaaten von Futterpflanzen sowie eine Kontrolle ohne Futterpflanzen angebaut. Anschließend erfolgte der Anbau der Nachfrüchte Sommerweizen und Winterroggen. Am Auenlehm-Standort Wiesengut in Hennef wurden in zwei Jahren Feldversuche mit Zwischenfruchtreinsaaten und Mischungen angelegt. Zur Bewertung der Vorfruchtwirkung wurde Sommerweizen angebaut. In einem dritten Versuch am Wiesengut wurde die meliorative Wirkung pfahlwurzelnder Kulturpflanzen in einem verdichteten Vorgewende untersucht. Dazu wurden verschiedene Zwischenfrüchte und Futterpflanzen angebaut und der Ertrag und die Durchwurzelung der Getreide-Nachfrüchte untersucht. Zur Erfassung der Wurzelmerkmale wurden die Profilwand- und die Monolithmethode angewendet. Die Bioporendichte wurde mittels Fotographie und digitaler Bildauswertung erfasst. Die Fourier-Transform-Infrarot Spektroskopie wurde zur Wurzelartentrennung der Mischungen genutzt. Penetrometer Messungen wurden zur Erhebung der Eindringwiderstände verwendet. Stechzylinder wurden für die Analyse der bodenphysikalischen Parameter entnommen. Darüber hinaus wurden Modellierungen mit SIMPLACE zur Simulation der Stickstoff-Dynamik im Zwischenfruchtbau, mit HYDRUS-1D zur Simulation des Bodenwasserhaushalts sowie mit HUMOD zur Quantifizierung der Humusbildung durchgeführt. Im Futterpflanzen-Versuch am Hofgut Oberfeld erreichten Luzerne und Luzerne-Rohrschwingel Mischungen die höchsten Spross- und Wurzeltrockenmassen. Eine intensive Durchwurzelung des Unterbodens erreichte die Luzerne, eine intensive Durchwurzelung des Oberbodens die Gräser. Zudem zeigte Luzerne das höchste Potential zur Erhöhung der Bioporendichte. Für die Zwischenfrüchte zeigte das Screening mit der Profilwandmethode unterschiedliche Wurzeltypen. Mischungseffekte für Spross- und Wurzeltrockenmasse der Zwischenfruchtmischungen waren gering oder nicht vorhanden. Hingegen zeigten sich, insbesondere in Mischungen mit Ölrettich, hohe Mischungseffekte für die Durchwurzelungsintensität im Unterboden. Winterharte Zwischenfrüchte wiesen geringe Stickstoffverluste über Winter und niedrige C/N-Verhältnisse auf. Die Unterschiede in den Erträgen der Nachfrucht waren gering, mit höchsten Erträgen nach legumen Zwischenfrüchten. Im Vorgewende-Versuch zeigten pfahlwurzelnde Futterpflanzen, insb. von Wegwarte, ein höheres Bioporengenesepotential im verdichtenden Unterboden im Vergleich zu Zwischenfrüchten. Bisher konnte kein signifikanter Ertragsvorteil der Nachfrüchte festgestellt werden. Wegwarte und die WegwarteRohrschwingel-Mischung zeigten Tendenzen zur Bodenlockerung und Erhöhung der Luftkapazität. Die Modellierung ergab, dass Leguminosen und ihre Mischungen positiv zur Humusbilanz beitrugen, wobei der Humusaufbau durch Futterpflanzen höher war als durch Zwischenfrüchte. Insgesamt sind die Ergebnisse des gesamten Projektes ein wichtiger Schritt zu einem tieferen Verständnis von Dynamiken in Mischungen von Kulturpflanzen sowie der Wurzel-Boden-Interaktion. |
| Ergebnis (engl.): | One strategy for closing yield gaps in organic arable farming is to develop extensive root systems and improve soil structure through plant roots, thereby optimising the mobilisation of nutrients from the solid phase of the soil and of underutilised water reserves in the subsoil. To achieve this, a deeper understanding of root-soil interaction and root growth in mixtures compared to pure stands is essential. This is the focus of the MIKODU research project (Crop rotations for optimised use of soil resources: mixed cultivation of allorhizous and homorhizous species for complementary rooting of the topsoil and subsoil). It dealt with the rooting of forage and cover crops and their effect on subsequent crops, soil structure, soil water balance, nitrogen dynamics and humus balance. The focus was on the comparison of cover and forage crop mixtures with pure stands.In a field trial at the sandy site Hofgut Oberfeld in Darmstadt, mixtures and pure stands of allorhizous and homorhizous forage crops and a control treatment without forage plants were grown for two years. Subsequently, the cash crops spring wheat and winter rye were cultivated. At the alluvial loam site Wiesengut in Hennef (Sieg), two years of field trials were carried out with cover crop pure stands and mixtures. The mixtures were composed of allorhizous and homorhizous rooted cover crop species. Spring wheat was cultivated as the subsequent crop. In a third trial, also at the Wiesengut, the meliorative effect of taprooted crops was investigated in a compacted headland. For this purpose, different treatments of cover and forage crops were cultivated; subsequently the yield and rooting of the subsequent crops spring wheat and winter rye were analysed. The profile wall method and the monolith method were used to record root traits. The biopore density was recorded using photography and digital image analysis. Fourier transform infrared spectroscopy was used to separate the root mass into the species of the mixtures. Measurements with a penetrometer were used to determine the penetration resistance. Soil cylinders were taken to analyse the soil physical parameters. Modelling was carried out with SIMPLACE to quantify nitrogen dynamics in cover cropping, with HYDRUS-1D for the soil water balance and with HUMOD for the humus balance. In the forage crop trial at Oberfeld, lucerne and the lucerne-tall fescue-mixture reached the highest shoot and root dry masses. Lucerne achieved intensive rooting of the subsoil, while grasses achieved intensive rooting of the topsoil. In addition, lucerne showed the highest potential for increasing biopore density.In the cover cropping trial at the Wiesengut, screening with the profile wall method showed different root types. Mixture effects for shoot and root dry mass of the intercrop mixtures were low or non-existent. On the other hand, there were high mixture effects for rooting intensity in the subsoil, especially in mixtures with oil radish. Winter-hardy cover crops showed low nitrogen losses over winter and low C/N ratios. The differences in the grain yields of the subsequent spring wheat were small, with the highest yields after leguminous cover crops. In the headland trial at the Wiesengut, the cultivation of taprooted forage crops, especially chicory, showed a higher biopore generating potential in the compacted subsoil compared to cover crops. However, no significant yield advantage in the subsequent cereal cash crops after these plants could be determined so far. Chicory and the chicory-tall fescue-mixture showed tendencies to loosen the soil and increase air capacity. The modelling showed that legumes and their mixtures contributed positively to the humus balance, whereby the humus formation by forage crops was higher than by cover crops. Overall, the results of the entire project are an important step towards a deeper understanding of dynamics in crop mixtures and root-soil interactions. |
| Laufzeit: | Beginn: 01.10.2018 / Ende: 31.12.2023 |
| Ausf. Einrichtung: | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn - Landwirtschaftliche Fakultät - Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) - Agrarökologie und Organischer Landbau, Bonn |
| Themenfelder: | Pflanzenbau, crop production |
| Förderprogramme: | Bundesprogramm ökologischer Landbau |
| Schlagworte: | Boden (Bodenschutz, Bodenfruchtbarkeit, Bodenbearbeitung, Bodengesundheit), soil (soil conservation, soil fertility, soil cultivation, soil health), Ökologischer Landbau, organic farming, Ackerbau, crop production, Klimaanpassung, climate change adaptation |
| Förderkennzeichen: | 2818OE024 |
| Dokument zum Download: | Praxismerkblatt.pdf (580,9 KB) Abschlussbericht.pdf (11,7 MB) |
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"Kleegras und Grünland"
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