Ergebnisse eines mehrjährigen Feldversuchs zur Unterfuß- Gülleapplikation in Mais

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1 Ergebnisse eines mehrjährigen Feldversuchs zur Unterfuß- Gülleapplikation in Mais Matthias Westerschulte, Carl-Philipp Federolf, Dieter Trautz & Hans-Werner Olfs Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

2 Das Projekt Optimierung der Stickstoff- und Phosphat-Effizienz aus flüssigen organischen Wirtschaftsdüngern durch Depotapplikation zur Verminderung der Umweltbelastung Finanzierung: Partner: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) Leitung: Hans-Werner Olfs (Pflanzenernährung und Pflanzenbau) Dieter Trautz (Agrarökologie & umweltschonende Landbewirtschaftung) Bearbeitung: Carl-Philipp Federolf Matthias Westerschulte Promotion in Kooperation mit der Universität Osnabrück Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

3 Zielsetzung Substitution der mineralischen Unterfußdüngung durch bandförmige Applikation von Gülle/Gärresten in den Boden Minimierung von N-Verlusten durch Injektion und Zugabe von Nitrifikationshemmstoffen Verbesserung der P-Aneignung aus Wirtschaftsdüngern in der Jugendentwicklung des Maises gleicher Ertrag bei verminderter Umweltbelastung Saatgut Gülle 7 cm 12 cm Laurenz Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

4 Gewächshaus- und Laborversuche Rhizotronversuche Bodensäulenversuche Inkubationsversuche 5-6 Wiederholungen randomisierte Blockanlagen schließende Statistik: ANOVA (α = 5%) Post hoc tests (Fisher LSD oder Tukey HSD) Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

5 Einfaktorielle Feldversuche Fragestellungen optimale Gülleablagetiefe Strip Till Stickstoffdynamik Anlage Erfassung Standorthomogenität Variante Brilliant Blue N-Lock V_TXT lfd_nr 1 Wdh 5 Standard 2 2 Kontrolle 3 1 Entec FL 4 6 Piadin 5 4 Depot 6 Kontrolle 3 Piadin Entec FL 9 6 Depot 10 3 N-Lock 11 5 Standard 12 2 Leerparzelle 2 Leerparzelle 13 3 N-Lock Depot 14 5 Piadin 15 4 Kontrolle 16 1 Standard 17 2 Entec FL 18 6 Kontrolle Entec Depot 21 6 Standard FL 22 2 Leerparzelle Piadin 23 4 N-Lock Wdh in randomisierter Blockanlage Auswertung ANOVA (α = 5%) Post hoc test (Fisher LSD; Tukey HSD) Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

6 Mehrjährige Versuchsserie mit LWK Bodentypen: Podsole Luvisole, Ackerzahlen Versuchsstandorte Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

7 Mehrjährige Versuchsserie mit LWK Bodentypen: Podsole Luvisole, Ackerzahlen F1: Gülledüngung 1. Kontrolle ohne Gülle 2. Schleppschlauch mit Einarbeitung 3. Depot 4. Depot + Piadin 5. Depot Reduzierte Menge 6. Depot + Piadin Reduzierte Menge 1. Versuchsstandorte Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

8 Mehrjährige Versuchsserie mit LWK Bodentypen: Podsole Luvisole, Ackerzahlen F1: Gülledüngung 1. Kontrolle ohne Gülle 2. Schleppschlauch mit Einarbeitung 3. Depot 4. Depot + Piadin 5. Depot Reduzierte Menge 6. Depot + Piadin Reduzierte Menge F2: Mineralische Unterfußdüngung 1. Ohne 2. Mit 23 kg N ha kg P 2 O 5 ha Versuchsstandorte Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

9 Mehrjährige Versuchsserie mit LWK Spaltanlage (Split-Plot) Großteilstücke F1: Gülledüngung Kontrolle ohne Gülle Schleppschlauch mit Einarbeitung Depot Depot + Piadin Depot Reduzierte Menge Depot + Piadin Reduzierte Menge Kleinteilstücke F2: mineralische UFD (mit/ohne 23/23) Wiederholung 1 Wiederholung 2 Null / Ohne 2/3 Depot / Mit Piadin / Ohne Schleppsc hlauch / Mit Depot / Ohne 2/3 Piadin / Mit 2/3 Depot / Ohne Schleppsc hlauch / Mit Piadin / Mit Null / Mit 2/3 Piadin / Ohne Depot / Ohne Null / Mit 2/3 Depot / Ohne Piadin / Mit Schleppsc hlauch / Depot / Mit 2/3 Piadin / Ohne 2/3 Depot / Mit Schleppsc hlauch / Piadin / Ohne Null / Ohne 2/3 Piadin / Mit Depot / Mit Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

10 Mehrjährige Versuchsserie mit LWK Auswertung: Gemischtes Modell (PROC MIXED; SAS 9.3) Post hoc test: Tukey HSD SITE LMA LMA*SITE MSD MSD*SITE LMA*MSD LMA*MSD*SITE Random factors: LMA*R(SITE) R(SITE) [LMA = Gülledüngung; MSD = Min. UFD; R = Wiederholung] Wiederholung 1 Wiederholung 2 Null / Ohne 2/3 Depot / Mit Piadin / Ohne Schleppsc hlauch / Mit Depot / Ohne 2/3 Piadin / Mit 2/3 Depot / Ohne Schleppsc hlauch / Mit Piadin / Mit Null / Mit 2/3 Piadin / Ohne Depot / Ohne Null / Mit 2/3 Depot / Ohne Piadin / Mit Schleppsc hlauch / Depot / Mit 2/3 Piadin / Ohne 2/3 Depot / Mit Schleppsc hlauch / Piadin / Ohne Null / Ohne 2/3 Piadin / Mit Depot / Mit Matthias Westerschulte Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

11 Spezielles Problem Beschreibung der Stickstoffdynamik bei platzierter Gülleapplikation 11

12 Problem: N min -Dynamik Verständnis N-Dynamik im Boden notwendig NH4 NO 3 NH 4 NO 3 NO 3 NO 3 NO 3 12

13 Problem: N min -Dynamik Verständnis N-Dynamik im Boden notwendig Probleme bei der Bodenbeprobung: hohe Konzentrationsunterschiede 13

14 Problem: N min -Dynamik Verständnis N-Dynamik im Boden notwendig Probleme bei der Bodenbeprobung: hohe Konzentrationsunterschiede Bohrstock zur Beprobung des Injektionsbereiches ungeeignet optimal Bohrstock leicht schräg Gülle-Band nicht direkt unter der Maisreihe 14

15 Problem: N min -Dynamik Verständnis N-Dynamik im Boden notwendig Probleme bei der Bodenbeprobung: hohe Konzentrationsunterschiede Bohrstock zur Beprobung des Injektionsbereiches ungeeignet optimal Bohrstock leicht schräg Gülle-Band nicht direkt unter der Maisreihe Standard-Bodenbeprobungsmethodik nicht geeignet 15

16 Zielsetzung & Vorgehen Beschreibung der räumlichen und zeitlichen Bodenstickstoffdynamik in Mais-Parzellenversuchen 3 konsekutive Feldversuche: I. Entwicklung II. Optimierung III. Validierung leichte, vergleichbare Standorte: ca. 90 % Sand und 3 % Ton 16

17 I. Entwicklung: Versuchsaufbau eine Variante aus bestehendem Düngungsversuch randomisierte Blockanlage mit 4 WDH Parzellen vierreihig mit 75 cm Reihenabstand Gülleband in ausgewählter Variante: Oberkante: ca. 14 cm tief Höhe: ca. 7 cm Breite: ca. 6 cm 17

18 I. Entwicklung: Versuchsaufbau eine Variante aus bestehendem Düngungsversuch randomisierte Blockanlage mit 4 WDH Parzellen vierreihig mit 75 cm Reihenabstand Gülleband in ausgewählter Variante: Oberkante: ca. 14 cm tief Höhe: ca. 7 cm Breite: ca. 6 cm Bodenbeprobung nach Aussaat 10-Blatt-Stadium 18

19 I. Entwicklung: Methodik 19

20 I. Entwicklung: Methodik Beprobung: - eine Kernreihe pro Parzelle - 2 Bohrstöcke pro Mischprobe (links/rechts) - 1 Bodenmonolithbeprobung pro Wdh. Homogenisierung: - intensiv von Hand im Eimer - 5 mm Sieb 20

21 I. Entwicklung: Ergebnisse Nmin (mg/kg) Nachauflauf (23 Tage nach Injektion) 10-Blatt-Stadium (64 Tage nach Injektion)

22 I. Entwicklung: Problem 16 sehr hohe Variationskoeffizienten Häufigkeit < < < < < Variationskoeffizient (%) 22

23 I. Entwicklung: Ursachen 1. Ungenügende Probenhomogenisierung 2. Stichprobenumfang zu gering 23

24 II. Optimierung: Versuchsaufbau einfaches Gülleband injiziert; keine Pflanzen Länge: 16 m Oberkante: ca. 17 cm tief Höhe: ca. 6 cm Breite: ca. 5 cm 24

25 II. Optimierung: Versuchsaufbau einfaches Gülleband injiziert; keine Pflanzen Länge: 16 m Oberkante: ca. 17 cm tief Höhe: ca. 6 cm Breite: ca. 5 cm Beprobung 8 Bodenmonolith-Entnahmen Homogenisierung wie in Feldversuch I Einzelmonolithe anschließend in Teilproben aufgeteilt links & rechts des Bandes je 32 Bohrstöcke zur Charakterisierung der Streuung im Zwischenreihenbereich 25

26 II. Optimierung: Ergebnisse Homogenisierung ausreichend? 12 (BM 1) Nmin (mg/kg) Wiederholungen 26

27 II. Optimierung: Ergebnisse Homogenisierung ausreichend? Nmin (mg/kg) (BM 1) Wiederholungen (BM 2) 300 Nmin (mg/kg) Wiederholungen

28 II. Optimierung: Ergebnisse Notwendiger Stichprobenumfang? Nach Gomez und Gomez (1984) besteht folgender Zusammenhang: n Z α d = notwendiger Stichprobenumfang pro Mischprobe = Wert der Standardnormalverteilung bei Signifikanzniveau α = akzeptierte Fehlerspanne (%-Abweichung vom Mittelwert) VK = Variationskoeffizient 28

29 II. Optimierung: Ergebnisse Notwendiger Stichprobenumfang? Nach Gomez und Gomez (1984) besteht folgender Zusammenhang: n Z α d = notwendiger Stichprobenumfang pro Mischprobe = Wert der Standardnormalverteilung bei Signifikanzniveau α = akzeptierte Fehlerspanne (%-Abweichung vom Mittelwert) VK = Variationskoeffizient 29

30 II. Optimierung: Ergebnisse Notwendiger Stichprobenumfang? (α = 10%) Stichprobenumfang (n) d=10% d=15% d=20% d=25% d=30% VK (%) (nach Gomez & Gomez, 1984)

31 II. Optimierung: Ergebnisse Notwendiger Stichprobenumfang? (α = 10%) Stichprobenumfang (n) d=10% 26 d=15% 24 d=20% d=25% d=30% VK (%) Bodenmonolithe (nach Gomez & Gomez, 1984) 31

32 II. Optimierung: Ergebnisse Notwendiger Stichprobenumfang? (α = 10%) Stichprobenumfang (n) d=10% d=15% d=20% d=25% d=30% Bodenmonolithe VK (%) (nach Gomez & Gomez, 1984) 32

33 II. Optimierung: Ergebnisse Notwendiger Stichprobenumfang? (α = 10%) Stichprobenumfang (n) d=10% 26 d=15% 24 d=20% d=25% d=30% Bodenmonolithe Bohrstöcke VK (%) (nach Gomez & Gomez, 1984) 33

34 II. Optimierung: Ergebnisse Notwendiger Stichprobenumfang? (α = 10%) Stichprobenumfang (n) d=10% 26 d=15% 24 d=20% d=25% d=30% Bodenmonolith Bohrstöcke VK (%) (nach Gomez & Gomez, 1984) 34

35 III. Validierung: Versuchsaufbau eine Variante aus bestehendem Düngungsversuch randomisierte Blockanlage mit 4 WDH Parzellen vierreihig mit 75 cm Reihenabstand Gülleband in ausgewählter Variante: Oberkante: ca. 12 cm Höhe: ca. 5 cm Breite: ca. 5 cm 35

36 III. Validierung: Versuchsaufbau eine Variante aus bestehendem Düngungsversuch randomisierte Blockanlage mit 4 WDH Parzellen vierreihig mit 75 cm Reihenabstand Gülleband in ausgewählter Variante: Oberkante: ca. 12 cm Höhe: ca. 5 cm Breite: ca. 5 cm Bodenbeprobung nach Aussaat 6-Blatt-Stadium 36

37 III. Validierung: Methodik Veränderungen im Vergleich zu Versuch I. Entwicklung : Beschränkung der Bodenmonolith- Entnahme auf 0-30 cm Stichprobenumfang (6 Monolithe / 12 Bohrstöcke pro Mischprobe) Aufteilung der Beprobung auf beide Kernreihen Homogenisierung elektrischer Handmixer 5 mm Sieb 37

38 III. Validierung: Methodik 38

39 III. Validierung: Ergebnisse Nmin (mg/kg) 7 mg/ u. 4.8 mg/ u Nachauflauf (24 Tage nach Injektion) 6-Blatt-Stadium (61 Tage nach Injektion)

40 III. Validierung: Homogenisierung? Streuung der Werte nach intensiver Homogenisierung mittels Handmixer deutlich verringert: (24 Tage nach Injektion) Nmin (mg/kg) Wiederholung 40

41 III. Validierung: Streuung? Variationskoeffizienten stark reduziert: Häufigkeit Häufigkeit < < < < < Variationskoeffizient (%) 0 < < < < < Variationskoeffizient (%) 41

42 Fazit Methodik ermöglicht verlässliche Charakterisierung der räumlichen und zeitlichen Bodenstickstoffdynamik Injektionsbereich Bodenmonolith Zwischenreihenbereich Bohrstock 42

43 Fazit Methodik ermöglicht verlässliche Charakterisierung der räumlichen und zeitlichen Bodenstickstoffdynamik Injektionsbereich Bodenmonolith Zwischenreihenbereich Bohrstock Wichtig: kein Durchschlagen des Güllebandes mit dem Bohrstock intensive Homogenisierung der Proben aus dem Injektionsbereich ausreichender Stichprobenumfang 43

44 Fazit Methodik ermöglicht verlässliche Charakterisierung der räumlichen und zeitlichen Bodenstickstoffdynamik Injektionsbereich Bodenmonolith Zwischenreihenbereich Bohrstock Wichtig: kein Durchschlagen des Güllebandes mit dem Bohrstock intensive Homogenisierung der Proben aus dem Injektionsbereich ausreichender Stichprobenumfang Methode übertragbar auf platzierte Düngung bei anderen Reihenkulturen und -abständen 44

45 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 45

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