Effects of organic fertilizers on yield and quality of potato tubers in organic farming
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1 Effects of organic fertilizers on yield and quality of potato tubers in organic farming, Saxony State Institute for Agriculture, Leipzig Germany
2 Contents Materials and Methods Results from organic field trials Overview over nutrient effects on potato tuber quality Results Compost Cattle manure Slurry Commercial organic fertilizer Diagram for N availability of organic fertilizers Summary 2
3 Materials and Methods Cited literature data: Compost: KLEIN (1968); ABELE (1987); BESSON et al. (1991); MATHIES (1991); STEIN-BACHINGER (1993); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); KOLBE (2006) Stable manure: PETTERSSON & ENQUIST (1964); BÖHM & DEWES (1997); PAGEL & HANF (1997); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); DEBRUCK (2000); BÖHM (2001); BRUNSCH (2002); KOLBE (2006) Slurry (cattle): ASMUS et al. (1973); REHBEIN (1982); BÖHM (2001); KOLBE (2006) Organic commercial fertilizer: KLEIN (1968); ROSIGKEIT (1973); MATHIES (1991); PAFFRATH (1999, 2001); DEBRUCK (2000); LWK (2001); PAFFRATH et al. (2003) 3
4 Effects of nutrient supply on tuber yield components, ingredients and discolouration of the potato crop (KOLBE 1995) Nutrient concentration (% DM) Growth duration Tuber yield Tuber number DM Starch Red. Sugars Organic acids Vitamin C Taste Crude protein Protein quality Nitrate P K Mg Resistance against: - Tuber damage - Black spot - Raw discolouration - Discolouration after cooking N P K low medium high 0,2 0,4 low medium high 1,0 2,0 low medium high 1,5 2,5 low, medium, high effect 4
5 Einfluss von einmaliger und dauerhafter Anwendung von Kompost auf die Mehrerträge von Kartoffelknollen Effect of single and multiple application of compost on the additional potato tuber yield y = -0,0018x 2 0,793x + R 2 = 2 0,6682= Mehrertrag / Add. yield (dt/ha) einmalige Düngung / single fertilization dauerhafte Düngung / multiple fertilization Polynomisch (einmalige Düngung / single fertilization) Polynomisch (dauerhafte Düngung / multiple fertilization) y = -0,0002x 2 0,2108x + R 2 0,5619 = 0,5619 = Kompost-N / Compost N (kg/ha) 5
6 Einfluss von Kompost auf die N-Gehalte von Kartoffelknollen Effects of compost application on the N concentration of potato tubers 0,5 0,4 0,3 0,2 N (% DM) 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4 y = -2E-07x 2 0,0001x + R 22 = 0,025= -0,5 Kompost-N / Compost N (kg/ha) 6
7 Einfluss von Kompost auf die P-Gehalte von Kartoffelknollen Effect of compost application on the P concentrations of potato tubers 0,10 0,08 0,06 0,04 P (% DM) 0,02 0,00-0,02-0,04-0,06-0,08 y = 4E-07x 2 8E-05x - R 2 0,7054 = 0,7054 = -0,10 Kompost-N / Compost N (kg/ha) 7
8 Einfluss von Kompost auf die K-Gehalte von Kartoffelknollen Effects of compost application on the K concentration of potato tubers 0,90 0,70 0,50 K (% DM) 0,30 0,10-0,10-0,30 y = -2E-06x 2 0,0015x + R 2 = 0,3129 = -0,50 Kompost-N / Compost N (kg/ha) 8
9 Einfluss von Kompost auf die TM-Gehalte von Kartoffelknollen Effects of compost application on the DM content of potato tubers TM / DM (%) y = 1E-06x 2 0,0038x - R 22 = 0,2302= -4 Kompost-N / Compost N (kg/ha) 9
10 Einfluss von Kompost auf die Stärke-Gehalte in Kartoffelknollen Effects of compost application on the starch content of potato tubers 10,00 8,00 6,00 Stärke / Starch (% DM) 4,00 2,00 0,00-2,00-4,00-6,00-8,00 y = -0,0001x 2 0,0216x + R 2 0,0764 = 0,0764 = -10,00 Kompost-N / Compost N (kg/ha) 10
11 Einfluss einmaliger und dauerhafter Anwendung von Stalldung auf den Mehrertrag von Kartoffelknollen Effect of single and multiple application of cattle manure on the additional potato tuber yield 140 Mehrertrag / Add. yield (dt/ha) dauerhafte Düngung / multiple fertilization einmalige Düngung / single fertilization Polynomisch (dauerhafte Düngung / multiple fertilization) Polynomisch (einmalige Düngung / single fertilization) y = -0,0016x 2 0,5576x + R 22 = 0,4044= 0 Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha) y = -0,0012x 2 0,3986x + R 22 = 0,3042= 11
12 Einfluss der Stalldung-Anwendung auf die N-Gehalte von Kartoffelknollen Effect of cattle manure application on the N concentration of potato tubers 0,5 0,4 Änderung N-Gehalt / N content (% DM) 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3 y = -7E-07x 2 0,0003x + R 2 0,0332 = 0,0332 = -0,4-0,5 Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha) 12
13 Einfluss von Stalldung auf die P-Gehalte von Kartoffelknollen Effect of cattle manure application on the P content of potato tubers 0,15 0,13 0,11 0,09 P (% DM) 0,07 0,05 0,03 0,01-0,01-0,03-0,05 y = 1E-07x 2 8E-05x + RR 2 2 = 0,1744= Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha) 13
14 Einfluss der Stalldung-Anwendung auf die K-Gehalte von Kartoffelknollen Effect of cattle manure application on the K content of potato tubers 0,9 Änderung K-Gehalt / K content (% DM) 0,7 0,5 0,3 0,1-0,1-0,3 y = -4E-06x 2 0,0023x + R 2 0,5879 = 0,5879 = -0,5 Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha) 14
15 Einfluss von Stalldung auf die TM-Gehalte von Kartoffelknollen Effect of cattle manure application on the DM content of potato tubers TM / DM (%) y = 1E-05x 2 0,0097x - R 2 0,803 = 0,803 = -4 Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha) 15
16 Einfluss der Stalldunganwendung auf die Gehalte an Stärke in Kartoffelknollen Effect of cattle manure application on the starch content of potato tubers Stärke / Starch (% DM) y = -2E-05x 2 0,0021x - R 2 0,189 = 0,189 = -10 Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha) 16
17 Einfluss von einmaliger und dauerhafter Anwendung von Gülle auf den Mehrertrag von Kartoffelknollen Effects of single and multiple slurry application on the additional potato tuber yield Mehrertrag / Add. yield (dt/ha) Gülle-N / Slurry N (kg/ha) y = 0,4389x + 20,79 R 2 = 0,454 Öko-Versuche, Einmal-Anwendung / organic trial, single fertilization Kon-Versuche, Einmal-Anwendung / conv. trial, single fertilization Öko-Versuche, Daueranwendung / organic trial, multiple fertilization Regress-Einmalanwendung Polynomisch (Regress- Einmalanwendung) Linear (Öko-Versuche, Daueranwendung / organic trial, multiple fertilization) y = -0,0018x 2 + 0,6689x R 2 = 0,577 17
18 Einfluss von Gülle-Düngung auf die N-Gehalte von Kartoffelknollen Effects of slurry application on the N concentrations of potato tubers 0,5 0,4 0,3 0,2 N (% DM) 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4 y = 0,0004x R 2 = 0,0241-0,5 Gülle-N / Slurry N (kg/ha) 18
19 Einfluss von Gülle-Düngung auf die P-Gehalte von Kartoffelknollen Effects of slurry application on the P concentrations of potato tubers 0,05 0,04 0,03 0,02 P (% DM) 0,01 0-0,01-0,02-0,03-0,04-0,05 Gülle-N / Slurry N (kg/ha) y = -0,0001x R 2 = 0,
20 Einfluss der Gülle-Düngung auf die K-Gehalte von Kartoffelknollen Effects of slurry application on the K concentration of potato tubers 0,5 0,4 0,3 0,2 K (% DM) 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4 y = 0,0008x R 2 = -0,1028-0,5 Gülle-N / Slurry N (kg/ha) 20
21 Einfluss von Gülle-Düngung auf dietm-gehalte von Kartoffelknollen Effects of slurry application on the DM content of potato tubers 4 3 TM-Veränderung / DM (% ) y = -0,0013x R 2 = -0, Gülle-N / Slurry N (kg/ha) 21
22 Einfluss der Gülle-Düngung auf die Gehalte an Stärke in Kartoffelknollen Effects of slurry application on the starch concentration of potato tubers Stärke / Starch (% DM) y = 0,0009x R 2 = 0, Gülle-N / Slurry N (kg/ha) 22
23 Einfluss organischer Handelsdünger auf den Mehrertrag von Kartoffelknollen Effects of organic commercial fertilizer on the additional yield of potato tubers 150 Mehrertrag / Add. yield (dt/ha) =Hornspäne / Horn meal 2=Borsten,Haarmehl-Pell. / Hair meal 3=Vinasse 4=Aminosol 5=Pell. Rinderdung / Pell. cattle manure 6=Ackerbohnenschrot / Field bean meal 7=Neem Cake 8=Raps-Expeller / Rape seed exp. 9=Hühnerkot (kon.) / Poultry manure Handelsdünger-N / Fertilizer N (kg/ha) 23
24 Urine Poultry slurry Meat a. Blood meal Meat a. Bone meals Dried poultry excrem. Biogas slurry (slurry + plant biomass) Horn, Feather a. Leather meal Biogas slurry (plant biomass) N availability of organic fertilizer in the year of application (after GUTSER et al., 2005) Legume coarse meal Cattle slurry Brewers a. Dist. residues Green manure Solid manure Biocompost C/N ratio Nt (%) 24
25 Beziehung zwischen den NH4-N-Anteilen und der N-Wirkung von organ. Düngemitteln Relationship between the NH4-N fraction and the N availability of organic fertilizer y = 0,6408x - 0,5352 R 2 = 0,9628 N-Wirkung / N availability (% Nt) Klassische organische Düngemittel / usual organic fert. Andere organische Düngemittel / other organic fert. Linear (Klassische organische Düngemittel / usual organic fert.) NH4-N-Anteil / NH4-N fraction (% Nt) 25
26 Beziehung zwischen den C/N-Verhältnissen und der N-Wirkung von organischen Düngemitteln Relationship between C/N rations and the N availability of organic fertilizers 60 N-Wirkung / N availability (% Nt) y = 0,1288x 2-4,9473x + 55,697 R 2 = 0, C/N-Verhältnisse im Dünger / C/N ratios of the fertilizers 26
27 Fertilizer type Compost Stable manure Slurry (cattle) Dried poultry excrem. Pell. Cattle manure Favourable application amounts for organic fertilizers, nutrient efficiencies, yield and quality effects for potato tubers Duration of appl. Optimum application amounts Fertilizer amount (dt/ha FM or m³/ha a. year) Nt (kg/ha a. year) Add. Tuber yield (dt/ha FM) Tuber yield and ingredient effects N efficiency (dt FM/kg Nt x ha) Short ,20 0,17 Long ca ca. 0,70 0,50 Short ,28 0,22 Long ,48 0,32 Short ,58 0,50 Long ca ca ca ,85 0,60 N P K DM Starch (+) Short ca (++) (+) (-) Short ca (+) (+) (-) Vinasse Short ca (+)? (+) (-)? Rape seed exp. Short ca (+) (-)? Horn meal Short ca (++) (-) (+) Hair meal Short ca (++) (-) (+) Legend: 0 = no effect; + = positive, increasing, ++ = positive, distinct increasing effect; - = negative, decreasing, -- = negative, distinct decreasing effect; ( ),? = unclear effects 27
28 DM- and nutrient concentrations of potato tubers and foliage (kg/dt FM) Type DM N P K Mg Ca S Removal tuber 21,0 0,32 0,06 0,50 0,03 0,009 0,03 Removal foliage 25,0 0,36 0,07 0,50 0,13 0,56 0,04 Removal in relation to tuber yield (tuber : foliage = 1:0,3) - 0,43 0,08 0,65 0,07 0,18 0,04 28
29 Nutrient concentration of organic fertilizers (after HÜNSCHE 1995, DEWES & HÜNSCHE 1998, KOLBE 2003, STEIN- BACHINGER, person. commun.) Fertilizer type DM (%) N (kg/dt) P (kg/dt) K (kg/dt) Mg (kg/dt) Stable manure Stable manure compost (cattle) 25 0,45-0,55 0,12-0,15 0,50-0,60 0,10-0,15 Staple manure (cattle) 25 0,30-0,60 0,15-0,20 0,60-0,90 0,05-0,15 Staple manure (pig) 25 0,55-0,65 0,25-0,30 0,30-0,40 0,10-0,25 Further organic fertilizer and commercial fertilizer Green manure 15 0,3 0,05 0,35 0,03 Field bean coarse meal 86 4,2 0,47 1,13 0,16 Horn meal - 8,0 6,42 0,13 0,27 Vinasse - 3,5 0,72 6,31 0,13 Rap seed pellet cake - 4,8 1,08 1,19 0,39 Slurry/Urine DM (%) N (kg/m 3 ) P (kg/m 3 ) K (kg/m 3 ) Mg (kg/m 3 ) Slurry (cattle) 8 3,0-4,0 0,60-0,70 4,9-5,0 0,73 Slurry (pig) 8 4,6-5,0 1,40-1,60 2,4-2,5 1,00 Urine 2 2,0 0,05-0,10 5,5-6,0 0,08 29
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