Nitrogen release and nitrogen use efficiency of plant derived nitrogen fertilisers in organic horticultural soils under glasshouse conditions

Autor: Stadler, Christina
Přispěvatelé: Schmidhalter, Urs (Univ.-Prof. Dr.), Schmidhalter, Urs (Prof. Dr.), Hülsbergen, Kurt-Jürgen (Prof. Dr.)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2006
Předmět:
Popis: As a consequence of the BSE-crisis, alternatives for fertilisers derived from animal residues are being sought for use in organic horticulture. Therefore, the N release of grain legumes (milled seeds of pea, yellow lupin, and fababean) and organic fertilisers of industrially-processed plant and microbial residues (Maltaflor®-spezial, Phytoperls®, Agrobiosol®, Rizi-Korn) was investigated. In an incubation study with one sandy soil (Corg: 1.4%) net N mineralisation of the fertilisers (N content: 3.0-8.5%, C/N: 5.0-13.3) was measured. In pot experiments the apparent N utilisation by perennial ryegrass was determined. In order to investigate the effect of soils on fertiliser N release the pot experiments were conducted with a number of soils with different soil textures (sandy loam - silty clay loam) and Corg contents (Corg: 1.2-8.4) that were sampled from organic horticultural farms. In these experiments the N utilisation was calculated from unlabelled or 15N labelled fertilisers. Two fertilisers with a relatively high N release (fababean, Maltaflor®-spezial) were selected to be examined in glasshouse experiments with grafted tomatoes (variety “Voyager”). The effect of the fertilisers on the yield and the apparent N utilisation of shoots (vegetative biomass plus fruits) was examined. In these experiments also the influence of the termination of fertiliser application was investigated by splitting the whole N amount of 20 g N/m2 into two dressings of 10 g N/m2.During the 7 weeks of incubation net N mineralisation of the applied N (40 mg N / 150 g dry soil) ranged from 42-50% (pea, lupin, Phytoperls®) up to 55-61% (fababean, Agrobiosol®, Maltaflor®-spezial) and was highest with Rizi-Korn (72%). For all fertilisers 70% of the total net mineralisation occurred within the first two weeks. With the exception of Phytoperls® and Agrobiosol® net N mineralisation was closely related to the N content (r2=0.97***) of the fertilisers, and to a lesser degree, to their C/N ratio (r2=0.79***). The relation between fertiliser N content and N release was confirmed by pot experiments with ryegrass. For example, the apparent N utilisation after a 13 weeks growth period was correlated to the fertiliser N content with r2=0.60*** and to the C/N ratio with r2=0.47***, excluding Phytoperls® and Agrobiosol®. It was concluded that the N content of the fertilisers is a good indicator for the N release of most of the tested fertilisers.Besides the N content, soil affected the N utilisation of the fertilisers, but the soil effect was less pronounced compared to the fertiliser N content. Three pot experiments with ryegrass revealed different soil parameters that may affect fertiliser N utilisation. In the first pot experiment with four soils the apparent N utilisation of fertilisers with a low N content (pea) was significantly lower in the fine textured soils compared to the coarse textured soils, whereas fertilisers with higher N contents showed no differences between soils. A second pot experiment conducted with a wider range of seven different soils demonstrated that the apparent N utilisation of two fertilisers with a medium N content (fababean, Maltaflor®-spezial) may differ between soils as well. This effect was neither related to soil texture nor to Corg content. Moreover, the soil dependent differences in the apparent N utilisation were not related to the soil N release potential, determined as N mineralised from the unfertilised soil, although the soils showed a wide range in this characteristic. In the third pot experiment conducted with four soils and 15N labelled fertilisers (1.5-4.6% N) the apparent N utilisation was not related to the N use efficiency (N derived from the fertilisers related to the total N apply). However, a higher N use efficiency from all tested fertilisers was observed on soils with a higher mineralisation of soil-N. From the results obtained it is concluded, that more than one soil parameter may account for variations in the N utilisation of the fertilisers in different soils. However, to provide a sufficient N supply for the plants, it is recommended to use fertilisers with a high N content especially for fine textured soils and for soils with a high N release and to fertilise all soils independently of their N release potential.Fababean and Maltaflor®-spezial were tested for tomato production under glasshouse conditions in two vegetation periods in comparison to horn. In both years and for both fertilisers tomato yield and total shoot N uptake was comparable to horn. The apparent N utilisation was lower in 2003 (fababean: 19%, Maltaflor®-spezial: 33%, horn: 32%) than in 2004 (fababean: 30%, Maltaflor®-spezial: 57%, horn: 38%). The lower level of the apparent N utilisation in 2003 was due to the higher soil N release and higher nitrate input with the irrigation water. Residual NO3--N in both years increased the level of apparent N recovery (plant N uptake plus NO3--N remaining in soil; 2003 / 2004: 34% / 37% for fababean, 59% / 68% for Maltaflor®-spezial, 37% / 57% for horn) as compared to the apparent N utilisation. When the N release of the soil was high (2003), the splitting of the total fertiliser N amount into two applications had no affect on tomato yield and total shoot N uptake. But when the N release of the soil was low (2004), N application only six weeks after planting decreased the N uptake. A split application of a readily available organic fertiliser like Maltaflor®-spezial could be promising and an additional N mineralisation could be achieved by regular tilling of formerly fertilised plots. Results with plant-derived and industrially-processed organic N fertilisers obtained from the incubation experiment were transferable to those from pot experiments. A transfer of these results, which were determined under climatic conditions that are usual in glasshouses, to vegetable production in glasshouse was also possible. However, the present results will not offhand be transferable to field conditions due to the impact of temperature and water supply on N mineralisation and due to losses of N mainly by leaching. Hence, the effectiveness of plant-derived and industrially-processed organic N fertilisers to supply field-grown vegetables has to be investigated under field conditions at different sites and growing seasons.From the results obtained here it can be resumed that grain legumes and organic, industrially-processed fertilisers from plant and microbial residues provide a sufficient N supply for organically grown horticultural crops with long growing periods under glasshouse conditions and they are therefore suited to substitute animal residue-derived fertilisers. Im ökologischen Gemüsebau wird aufgrund der BSE-Krise Ersatz für die tierischen Reststoffdünger gesucht. Deshalb wurde die N-Wirkung von Körnerleguminosenschroten (Erbsen-, Lupinen-, Ackerbohnenschrot) und industriell verarbeiteten organischen Düngern aus pflanzlichen und mikrobiellen Rückständen (Maltaflor®-spezial, Phytoperls®, Agrobiosol®, Rizi-Korn) untersucht. In einem Inkubationsversuch mit einem sandigen Boden (Corg: 1.4%) wurde die Netto-N-Mineralisation der N-Dünger (N-Gehalt: 3.0-8.5%, C/N: 5.0-13.3) gemessen. In Gefäßversuchen wurde die scheinbare N-Ausnutzung durch einjähriges Weidelgras bestimmt. Um den Einfluss des Bodens bei der N-Umsetzung der Dünger zu testen, wurden die Gefäßversuche mit Böden von ökologischen Gemüsebaubetrieben, die unterschiedliche Texturen (sandy loam - silty clay loam) und Corg-Gehalte (Corg: 1.2-8.4) aufwiesen, durchgeführt. In diesen Experimenten wurde die N-Ausnutzung von unmarkierten und 15N-markierten Düngern bestimmt. Zwei Dünger mit einer relativ hohen N-Freisetzung (Ackerbohnenschrot, Maltaflor®-spezial) wurden für Gewächshausversuche mit veredelten Tomaten (Sorte „Voyager“) ausgewählt. Der Einfluss der Dünger auf den Ertrag und die scheinbare N-Ausnutzung des gesamten Sprosses (vegetative Biomasse und Früchte) sowie die Terminierung und Verteilung der N-Menge (20 g N/m2 oder zwei Gaben von je 10 g N/m2) wurde untersucht.Während des 7-wöchigen Inkubationsversuches bewegte sich die Netto-N-Mineralisation der Düngermenge (40 mg N / 150 g trockener Boden) von 42-50% (Erbse, Lupine, Phytoperls®) bis zu 55-61% (Ackerbohne, Agrobiosol®, Maltaflor®-spezial) und war am höchsten bei Rizi-Korn (72%). Bei allen Düngern wurden 70% der insgesamt mineralisierten N-Menge bereits in den ersten zwei Wochen freigesetzt. Mit Ausnahme von Phytoperls® und Agrobiosol® war die Netto-N-Mineralisation mit dem N-Gehalt (r2=0.97***) und etwas weniger mit dem C/N-Verhältnis (r2=0.79***) der Dünger korreliert. Die Beziehung zwischen dem N-Gehalt der Dünger und ihrer N-Freisetzung bestätigte sich in Topfversuchen mit Weidelgras. Nach einer 13-wöchigen Wachstumsdauer korrelierte die scheinbare N-Ausnutzung mit dem N-Gehalt der Dünger (r2=0.60***), jedoch weniger eng mit dem C/N-Verhältnis (r2=0.47***) mit Ausnahme der beiden Dünger Phytoperls® und Agrobiosol®. Es wird gefolgert, dass sich der N-Gehalt gut zur Vorhersage der N-Freisetzung der meisten getesteten Dünger eignet.Neben dem N-Gehalt beeinflusste der Boden die Ausnutzung des Dünger-N, allerdings zu einem geringeren Anteil als der N-Gehalt der Dünger. Drei Gefäßversuche mit Weidelgras wurden durchgeführt um zu prüfen, ob verschiedene Bodenparameter die Ausnutzung des Dünger-N beeinflussen. Während im ersten Gefäßversuch mit vier Böden die scheinbare Ausnutzung von Dünger-N bei geringem N-Gehalt im Dünger (Erbse) auf fein texturierten Böden signifikant geringer als auf grob texturierten Böden war, ergaben sich bei Düngern mit einem hohen N-Gehalt keine Unterschiede zwischen den Böden. In einem zweiten Gefäßversuch mit einer größeren Spannweite von sieben verschiedenen Böden wurden auch Unterschiede in der scheinbaren N-Ausnutzung zweier Dünger mit mittlerem N-Gehalt (Ackerbohne, Maltaflor®-spezial) festgestellt. Dieser Effekt stand aber weder in Beziehung zur Bodentextur noch zum Corg-Gehalt. Ebenso wenig waren die bodenbezogenen Unterschiede in der scheinbaren N-Ausnutzung vom N-Nachlieferungspotential des Bodens, gemessen über die N-Aufnahme aus ungedüngtem Boden, abhängig, obwohl sich die Böden hierin deutlich unterschieden. Auch im dritten Gefäßversuch mit vier Böden und 15N-markierten Düngern (1.5-4.6% N) stand die scheinbare N-Ausnutzung nicht in Beziehung zur tatsächlichen N-Ausnutzung (N aus dem Dünger in Bezug zur Düngermenge). Eine höhere tatsächliche N-Ausnutzung aller getesteten Dünger wurde aber auf Böden mit einer höheren N-Mineralisation des ungedüngten Bodens erzielt. Aus den oben erwähnten Ergebnissen wurde geschlossen, dass mehr als ein Bodenparameter für die Variation in der N-Ausnutzung der Dünger in den verschiedenen Böden verantwortlich ist. Um eine ausreichende N-Versorgung für die Pflanzen sicherzustellen wird empfohlen, besonders auf fein texturierten Böden und auf Böden mit einer hohen N-Mineralisation Dünger mit einem höheren N-Gehalt einzusetzen und alle Böden unabhängig von ihrem N-Nachlieferungspotential zu düngen.Ackerbohnenschrot und Maltaflor®-spezial wurden unter Gewächshausbedingungen über zwei Vegetationsperioden als Dünger zur Tomatenproduktion im Vergleich mit Horn getestet. In beiden Jahren und für beide Dünger war der Tomatenertrag und die Gesamt-Sprossaufnahme mit Horn vergleichbar. Die scheinbare N-Ausnutzung war im Jahr 2003 geringer (Ackerbohne: 19%, Maltaflor®-spezial: 33%, Horn: 32%) als im Jahr 2004 (Ackerbohne: 30%, Maltaflor®-spezial: 57%, Horn: 38%). Die geringere scheinbare N-Ausnutzung in 2003 wurde auf das höhere N-Nachlieferungspotential des Bodens und auf den höheren Nitrat-Input über das Bewässerungswasser zurückgeführt. Aufgrund eines Nitratrestes im Boden in beiden Jahren stieg die scheinbare N-Wiederfindung (N-Aufnahme durch die Pflanzen plus Boden NO3--N; 2003 / 2004: 34% / 37% für Ackerbohne, 59% / 68% für Maltaflor®-spezial, 37% / 57% für Horn) im Vergleich zur scheinbaren N-Ausnutzung. Auf dem hohen N-Nachlieferungspotential des Bodens (2003) wirkte sich eine Teilung der gesamten N-Menge in zwei Gaben nicht auf die N-Aufnahme durch den gesamten Spross aus. Dagegen wurde bei niedrigerem N-Nachlieferungspotential des Bodens in 2004 der Ertrag und die N-Aufnahme durch eine alleinige Düngung sechs Wochen nach der Pflanzung negativ beeinflusst. Eine Teilung der N-Gabe von schnell verfügbaren organischen Düngern erscheint vielversprechend und eine zusätzliche N-Mineralisation kann durch das regelmäßige Hacken bereits gedüngter Flächen erreicht werden.Die Ergebnisse mit pflanzlichen und industriell verarbeiteten organischen N-Düngern, die im Inkubationsexperiment erzielt wurden, waren auf Gefäßversuche übertragbar. Eine Übertragbarkeit dieser auf Gewächshausklimabedingungen basierenden Ergebnisse auf die Gemüseproduktion im Gewächshaus war ebenfalls möglich. Aber die vorgestellten Ergebnisse sind nicht ohne weiteres auf Feldbedingungen übertragbar, da dort der Einfluss von Temperatur und Wasser stärker variiert und höhere N-Verluste durch Auswaschung zu erwarten sind. Daher muss die Effektivität von pflanzlichen und industriell verarbeiteten organischen N-Düngern zur Düngung von Freilandgemüse unter Feldbedingungen auf mehreren Standorten und zu verschiedenen Jahreszeiten untersucht werden.Zusammenfassend wurde aus den hier vorgestellten Ergebnissen geschlossen, dass Körnerleguminosen und industriell verarbeitete organische Dünger aus pflanzlichen und mikrobiellen Rückständen eine ausreichende N-Versorgung für ökologisch produzierte Gemüsekulturen mit langer Kulturdauer unter Gewächshausbedingungen sicherstellen und dass diese daher geeignet sind, tierische Reststoffdünger zu ersetzen.
Databáze: OpenAIRE
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