Ergebnisse eines mehrjährigen Feldversuchs zur … · Ergebnisse eines mehrjährigen Feldversuchs zur Unterfuß-Gülleapplikation in Mais Matthias Westerschulte, Carl-Philipp Federolf,

Ergebnisse eines mehrjährigen

Feldversuchs zur Unterfuß-

Gülleapplikation in Mais

Matthias Westerschulte,

Carl-Philipp Federolf, Dieter Trautz & Hans-Werner Olfs

Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

23.06.2016 | Matthias Westerschulte | Sommertagung AG Landwirtschaftliches Versuchswesen

Optimierung der Stickstoff- und Phosphat-Effizienz aus flüssigen organischen Wirtschaftsdüngern durch „Depotapplikation“ zur

Verminderung der Umweltbelastung

Finanzierung: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)Partner:

Leitung: Hans-Werner Olfs (Pflanzenernährung und Pflanzenbau) Dieter Trautz (Agrarökologie & umweltschonende Landbewirtschaftung)

Bearbeitung: Carl-Philipp FederolfMatthias Westerschulte

Promotion in Kooperation mit der Universität Osnabrück

Das Projekt

2


Zielsetzung

3

• 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

Substitution der mineralischen Unterfußdüngung durch

bandförmige Applikation von Gülle/Gärresten in den Boden

Saatgut

Gülle

12 cm

Laurenz 2013

7 cm


Gewächshaus- und Laborversuche

• Rhizotronversuche

• Bodensäulenversuche

• Inkubationsversuche

• 5-6 Wiederholungen

• randomisierte Blockanlagen

4

• schließende Statistik: ANOVA (α = 5%)

Post hoc tests (Fisher LSD oder Tukey HSD)


Wdh

VarianteV_TXT

lfd_Nr

5N-Lock

1

2Standard

2

1Kontrolle

3

6Entec FL

4

4Piadin

5

3Depot

6

4Piadin

7

1Kontrolle

8

6Entec FL

9

3Depot

10

5N-Lock

11

2Standard

12

3Depot

13

5N-Lock

14

4Piadin

15

1Kontrolle

16

2Standard

17

6Entec FL

18

1Kontrolle

19

3Depot

20

6Entec FL

21

2Standard

22

4Piadin

23

5N-Lock

24

1

2

3

Brilliant Blue

Leerparzelle

Leerparzelle

4

Leerparzelle

• Fragestellungen– optimale Gülleablagetiefe– Strip Till– Stickstoffdynamik

• Anlage– Erfassung Standorthomogenität

– 4 Wdh in randomisierter Blockanlage

• Auswertung – ANOVA (α = 5%)

– Post hoc test (Fisher LSD; Tukey HSD)

Einfaktorielle Feldversuche

5


Mehrjährige Versuchsserie mit LWK

6

Bodentypen: Podsole – Luvisole, Ackerzahlen 25 – 85

1. Versuchsstandorte



7


F1: Gülledüngung1. Kontrolle ohne Gülle2. Schleppschlauch mit Einarbeitung3. Depot4. Depot + Piadin5. Depot – Reduzierte Menge6. Depot + Piadin – Reduzierte Menge




8


F1: Gülledüngung1. Kontrolle ohne Gülle2. Schleppschlauch mit Einarbeitung3. Depot4. Depot + Piadin5. Depot – Reduzierte Menge6. Depot + Piadin – Reduzierte Menge

F2: Mineralische Unterfußdüngung1. Ohne2. Mit 23 kg N ha-1 23 kg P2O5 ha-1




9

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)

Nul

l / M

it

2/3

Dep

ot /

Ohn

e

Pia

din

/ Mit

Sch

lepp

schl

auch

/

Dep

ot /

Mit

2/3

Pia

din

/ O

hne

2/3

Dep

ot /

Mit

Sch

lepp

schl

auch

/ P

iadi

n /

Ohn

e

Nul

l / O

hne

2/3

Pia

din

/ M

it

Dep

ot /

Mit

Nul

l / O

hne

2/3

Dep

ot /

Mit

Pia

din

/ O

hne

Sch

lepp

schl

auch

/ M

itD

epot

/ O

hne

2/3

Pia

din

/ M

it

2/3

Dep

ot /

Ohn

eS

chle

ppsc

hlau

ch /

Mit

Pia

din

/ Mit

Nul

l / M

it

2/3

Pia

din

/ O

hne

Dep

ot /

Ohn

e

Wiederholung 1 Wiederholung 2



10

Auswertung:

• Gemischtes Modell (PROC MIXED; SAS 9.3)

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]

• Post hoc test: Tukey HSD

Nul

l / M

it

2/3

Dep

ot /

Ohn

e

Pia

din

/ Mit

Sch

lepp

schl

auch

/

Dep

ot /

Mit

2/3

Pia

din

/ O

hne

2/3

Dep

ot /

Mit

Sch

lepp

schl

auch

/ P

iadi

n /

Ohn

e

Nul

l / O

hne

2/3

Pia

din

/ M

it

Dep

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Mit

Nul

l / O

hne

2/3

Dep

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Pia

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/ O

hne

Sch

lepp

schl

auch

/ M

itD

epot

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2/3

Pia

din

/ M

it

2/3

Dep

ot /

Ohn

eS

chle

ppsc

hlau

ch /

Mit

Pia

din

/ Mit

Nul

l / M

it

2/3

Pia

din

/ O

hne

Dep

ot /

Ohn

e

Wiederholung 1 Wiederholung 2

23.06.2016 | M. Westerschulte, C.-P. Federolf, H. Pralle, D. Trautz, H.-W. Olfs | Sommertagung AG L. V.

Spezielles Problem

11

Beschreibung der Stickstoffdynamik bei

platzierter Gülleapplikation


Problem: Nmin-Dynamik

12

• Verständnis N-Dynamik im Boden notwendig

NO3

NO3

NO3

NO3NH4

NH4NO3



13


• Probleme bei der Bodenbeprobung: – hohe Konzentrationsunterschiede



14


• Probleme bei der Bodenbeprobung: – hohe Konzentrationsunterschiede– Bohrstock zur Beprobung des Injektionsbereiches ungeeignet

Gülle-Band nicht direkt unter der Maisreihe

optimal Bohrstock leicht schräg



15


• Probleme bei der Bodenbeprobung: – hohe Konzentrationsunterschiede– Bohrstock zur Beprobung des Injektionsbereiches ungeeignet

Standard-Bodenbeprobungsmethodik nicht geeignet

Gülle-Band nicht direkt unter der Maisreihe

optimal Bohrstock leicht schräg


Zielsetzung & Vorgehen

16

Beschreibung der räumlichen und zeitlichenBodenstickstoffdynamik in Mais-Parzellenversuchen

3 konsekutive Feldversuche:

I. Entwicklung

II. Optimierung

III. Validierung

leichte, vergleichbare Standorte: ca. 90 % Sand und ≤ 3 % Ton


I. Entwicklung: Versuchsaufbau

17

• 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 cmBreite: ca. 6 cm


I. Entwicklung: Versuchsaufbau

18


Oberkante: ca. 14 cm tief Höhe: ca. 7 cmBreite: ca. 6 cm

• Bodenbeprobung– nach Aussaat – 10-Blatt-Stadium


I. Entwicklung: Methodik

19


I. Entwicklung: Methodik

20

Beprobung:

- eine Kernreihe pro Parzelle

- 2 Bohrstöcke pro Mischprobe

(links/rechts)

- 1 Bodenmonolithbeprobung

pro Wdh.

Homogenisierung:

- intensiv von Hand im Eimer

- 5 mm Sieb

Vorführender

Präsentationsnotizen

- B 0 beim 1. Termin noch durch das Depot geschlagen …


4.4

1913 14 14 13

62

25 37 37 25

12 17 13 17 12

25

I. Entwicklung: Ergebnisse

21

Nachauflauf(23 Tage nach Injektion)

10-Blatt-Stadium(64 Tage nach Injektion)

Nmin (mg/kg)

57

237

20 20 13

29

51

4.1 3.8 2.9 3.8 4.1

24 39 39 24

13

Vorführender


- Beprobungstiefen müssen erläutert werden!


I. Entwicklung: Problem

22

0

2

4

6

8

10

12

14

16

< 20 20 - <40 40 - <60 60 - <80 80 - <100 ≥ 100

Häu

figke

it

Variationskoeffizient (%)

… sehr hohe Variationskoeffizienten …

Vorführender


- VKs aller 11 Rasterbereiche


I. Entwicklung: Ursachen

23

1. Ungenügende Probenhomogenisierung

2. Stichprobenumfang zu gering


II. Optimierung: Versuchsaufbau

24

• einfaches Gülleband injiziert; keine Pflanzen

Länge: 16 mOberkante: ca. 17 cm tiefHöhe: ca. 6 cmBreite: ca. 5 cm


II. Optimierung: Versuchsaufbau

25

• einfaches Gülleband injiziert; keine Pflanzen

Länge: 16 mOberkante: ca. 17 cm tiefHöhe: ca. 6 cmBreite: 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“


II. Optimierung: Ergebnisse

26

9.3

7.0

4.2

6.1

3.6 3.9 4.1 4.6

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8

Nm

in (m

g/kg

)

Wiederholungen

(BM 1)

Homogenisierung ausreichend?



27

183159

115154

222203

180

248

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5 6 7 8

Nm

in (m

g/kg

)

(BM 2)

Wiederholungen

Homogenisierung ausreichend?

9.3

7.0

4.2

6.1

3.6 3.9 4.1 4.6

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8

Nm

in (m

g/kg

)

Wiederholungen

(BM 1)

Vorführender


- Spanne als Min-Max



28

Notwendiger Stichprobenumfang?

Nach Gomez und Gomez (1984) besteht folgender Zusammenhang:

n = notwendiger Stichprobenumfang pro Mischprobe

Zα = Wert der Standardnormalverteilung bei Signifikanzniveau α

d = akzeptierte Fehlerspanne (%-Abweichung vom Mittelwert)

VK = Variationskoeffizient

Vorführender


- diese Folien ggf. raus



29

Notwendiger Stichprobenumfang?

Nach Gomez und Gomez (1984) besteht folgender Zusammenhang:

n = notwendiger Stichprobenumfang pro Mischprobe

Zα = Wert der Standardnormalverteilung bei Signifikanzniveau

d = akzeptierte Fehlerspanne (%-Abweichung vom Mittelwert)

VK = Variationskoeffizient

α

Vorführender


- diese Folien ggf. raus



30

(nach Gomez & Gomez, 1984)

02468

1012141618202224262830

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Stic

hpro

benu

mfa

ng (n

)

VK (%)

d=10%d=15%

d=20%

d=25%

d=30%

(α = 10%)Notwendiger Stichprobenumfang?



31

02468

1012141618202224262830

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Stic

hpro

benu

mfa

ng (n

)

VK (%)

d=10%d=15%

d=20%

d=25%

d=30%

Bodenmonolithe





32

02468

1012141618202224262830

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Stic

hpro

benu

mfa

ng (n

)

VK (%)

d=10%d=15%

d=20%

d=25%

d=30%

Bodenmonolithe





33

02468

1012141618202224262830

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Stic

hpro

benu

mfa

ng (n

)

VK (%)

d=10%d=15%

d=20%

d=25%

d=30%

Bodenmonolithe Bohrstöcke





34

02468

1012141618202224262830

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Stic

hpro

benu

mfa

ng (n

)

VK (%)

d=10%d=15%

d=20%

d=25%

d=30%

Bodenmonolith Bohrstöcke




III. Validierung: Versuchsaufbau

35


Oberkante: ca. 12 cmHöhe: ca. 5 cm Breite: ca. 5 cm


III. Validierung: Versuchsaufbau

36


Oberkante: ca. 12 cmHöhe: ca. 5 cm Breite: ca. 5 cm

• Bodenbeprobung– nach Aussaat – 6-Blatt-Stadium


III. Validierung: Methodik

37

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


III. Validierung: Methodik

38


III. Validierung: Ergebnisse

39

Nmin (mg/kg)

mg/ u.

7

170

34

3.0 3.2 5.6 3.2 3.0

1.4 1.4 1.8 1.4 1.4

4.9 6.6 6.6 4.9

mg/ u.

4.8

34

54

3.6 5.7 28 5.7 3.6

4.1 6.5 20 6.5 4.1

4.0 4.9 4.9 4.0

Nachauflauf(24 Tage nach Injektion)

6-Blatt-Stadium(61 Tage nach Injektion)

Vorführender


erläutern: Injektionsbereich kann gut charakterisiert werden Außerdem: räumliche und zeitliche Dynamik können gut beschrieben werden - Die Folie kann zur Not auch raus


III. Validierung: Homogenisierung?

40

156

233

114

176

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4

Nm

in (m

g/kg

)

Wiederholung

(24 Tage nach Injektion)

… Streuung der Werte nach intensiver Homogenisierung

mittels Handmixer deutlich verringert:


0

2

4

6

8

10

12

14

16

< 20 20 - <40 40 - <60 60 - <80 80 - <100 ≥ 100

Häu

figke

it


III. Validierung: Streuung?

41

… Variationskoeffizientenstark reduziert:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

< 20 20 - <40 40 - <60 60 - <80 80 - <100 ≥ 100

Häu

figke

it



Fazit

42

• Methodik ermöglicht verlässliche Charakterisierung der räumlichen und zeitlichen Bodenstickstoffdynamik – Injektionsbereich Bodenmonolith – Zwischenreihenbereich Bohrstock


Fazit

43


• Wichtig: – kein Durchschlagen des Güllebandes mit dem Bohrstock– intensive Homogenisierung der Proben aus dem Injektionsbereich– ausreichender Stichprobenumfang


Fazit

44


• 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


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit …

45

23.06.2016 | M. Westerschulte, C.-P. Federolf, H. Pralle, D. Trautz, H.-W. Olfs | Sommertagung AG L. V.46

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