Biobauern setzen seit langem auf häufige Bodenbearbeitung zur Unkrautbekämpfung, aber mit neu entwickelten Bio-Direktsaat-Systemen auf Deckfruchtbasis sieht der Biobauer Daniel Brubaker vielversprechende Ergebnisse einer wirksamen Unkrautbekämpfung, einer Aufrechterhaltung der Produktivität und einer Verbesserung der Bodengesundheit.

Die Nachfrage nach Bio-Getreide steigt in den USA als Reaktion auf die wachsende Nachfrage der Verbraucher weiter an. Der Übergang vom konventionellen chemischen Landbau zu ökologischem Landbau kann für die Landwirte jedoch sowohl lohnend als auch herausfordernd sein. Neben einer erhöhten Preisprämie, die den Biobauern zugute kommen würde, und den gesunden Lebensmitteln, die für die menschliche Gesundheit von wesentlicher Bedeutung sind, wird der ökologische Landbau auch eine Reihe von Vorteilen für die Umweltqualität bringen, darunter eine geringere Verschmutzung durch Stickstoffabfluss und eine verbesserte Wasserqualität. reduzierter Energieverbrauch in der Landwirtschaft; reduzierte Treibhausgasemissionen; und verbesserte Artenvielfalt und natürliche Lebensräume usw. Da Biobauern jedoch keine Herbizide zur Unkrautbekämpfung sprühen, ist häufig ein häufiger Anbau erforderlich, um Erträge zu erzielen, die der konventionellen Produktion entsprechen. Bodenbearbeitung im Zusammenhang mit körperlichen Störungen wird jedoch seit langem als gesundheitsschädlich angesehen und kann das Erosionsrisiko erhöhen. Eine übermäßige Nutzung der Bodenbearbeitung kann daher die Vorteile des ökologischen Landbaus für Boden und Umwelt ausgleichen.

Daniel Brubaker, ein Bio-Milchviehhalter und landwirtschaftlicher Enthusiast in Kutztown, PA, arbeitet mit Rodale Institute innovative „Bio-Direktsaat“ -Managementsysteme zu erforschen. Der gemeinsame Versuch konzentriert sich auf den biologischen Anbau von Mais, jedoch ohne die physische Störung des Bodens, die normalerweise in organischen Systemen zur Unkrautbekämpfung verwendet wird.

Abbildung 1. (A) Daniel Brubaker (L) und sein Vater John Brubaker (R) verwenden eine Walzencrimper und einen Monosem-Pflanzer, um die Deckfrucht der haarigen Wicke zu beenden und Mais zu pflanzen. (B) Mais und haarige Wickenreste in einer gerollten und gekräuselten Parzelle.

Dieses innovative System, ursprünglich vorgeschlagen und getestet von Rodale Institute im ersten Jahrzehnt des 21st Century wurde entwickelt, um die Kraft der jährlichen Winter-Deckfrüchte zu nutzen und eine wirksame Unkrautbekämpfung zu erreichen. Im Herbst gepflanzte Deckfrüchte werden im Frühjahr mechanisch beendet, bevor sie von der Walzencrimper gepflanzt werden (Figure 1). Deckfruchtrückstände bilden einen dicken Mulch, der eine saisonale Unkrautbekämpfung bewirken kann.

In dieser On-Farm-Studie, die auch Teil eines Projekts ist, das durch einen USDA NRCS Conservation Innovation Grant (CIG) finanziert wird, arbeitet Brubaker mit Wissenschaftlern, Technikern und Farmpersonal bei zusammen Rodale Institute um die Wirksamkeit der „Deckfrucht-basierten Bio-Direktsaat-Systeme“ bei der Beendigung von Deckfrüchten, der Unterdrückung von Unkräutern, der Erhaltung von Erträgen und der Verbesserung der Bodengesundheit zu testen. Ähnliche Experimente werden in Wisconsin und Iowa von Landwirten und Forschern an der University of Wisconsin-Madison und der Iowa State University von 2019 bis 2021 durchgeführt.

Brubaker pflanzte haarige Wicke (Villosa Wicke Roth.), Eine winterharte Hülsenfrucht, im Herbst 2018. Im Frühjahr 2019 verwendete er zwei verschiedene Methoden: (1) Bodenbearbeitung oder (2) Direktsaat, um die Deckfrucht zu beenden und Unkraut zu bekämpfen. Die Bodenbearbeitungsmethode bestand aus der Verwendung eines Scharpfluges zum Abtöten der haarigen Wicke, dem Scheiben und Verpacken, um das Beet für das Anpflanzen von Mais vorzubereiten, und mehreren Kultivierungen in der Vegetationsperiode zur Unkrautbekämpfung. Die beiden Direktsaat-Methoden wurden erreicht, indem die haarige Wicke mit einem Rollcrimper beendet und Mais direkt in die Wickenreste gepflanzt oder in die lebende Deckung gepflanzt wurde, ohne die Deckfrüchte zu beenden. Diese Methode wird als „grünes Pflanzen“ bezeichnet. .

Die Walzencrimper wurde von Jeff Moyer, CEO von, entworfen Rodale Institute und von John Brubaker in den frühen 2000er Jahren gebaut. Es hat sich durch Forschungsversuche in verschiedenen Teilen der USA als wirksames Instrument zur Beendigung der jährlichen Deckfrucht im Winter erwiesen. Seine stumpfen Kanten schnappen den Deckfruchtstiel, ohne ihn zu schneiden, und sein Chevron-Muster auf der Walze ermöglicht mehrere Crimppunkte und verhindert Bodenstörungen.

Die Ergebnisse sind spektakulär. Die Behandlungen mit Roller-Crimper (RC) und „Pflanzen in lebende Deckung“ (PLC) zeigten Vorteile bei der Unkrautbekämpfung, wobei das Unkrautgewicht im Vergleich zur Behandlung mit „Plough & Cultivate“ (PC) (PC) signifikant geringer war.Figure 2). Bei diesen Behandlungen gab es keinen Unterschied in der Unkrautdichte, dem Blattnährstoffgehalt oder der Maissilageausbeute. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Direktsaat-Systeme Unkräuter wirksam bekämpfen, ausreichende Nährstoffmengen zur Unterstützung des Maiswachstums bereitstellen und den Ertrag im Vergleich zu den üblichen organischen Bodenbearbeitungssystemen aufrechterhalten können.

Abbildung 2. Unkrautgewicht, Unkrautdichte und Stickstoffgehalt des Blattgewebes (N) in verschiedenen Parzellen. PC, Pflug & kultivieren; RC, Roll & Crimp; und SPS, Pflanze in lebende Deckung. Unterschiedliche Buchstaben über den Balken zeigen signifikante Behandlungsunterschiede an.

Trotz keinem Unterschied in der Maissilage-Ausbeute war das Maisstielnitrat am Ende der Saison bei Direktsaat-Behandlungen signifikant niedriger als bei der PC-Behandlung (Figure 3). Dieser große Unterschied könnte wichtige Auswirkungen auf die Bodengesundheit und das Nährstoffmanagement haben. Der Gehalt an Maisstielnitrat in der Spätsaison ist ein zuverlässiger Indikator für den Stickstoffstatus von Mais, der eine gute Einschätzung darüber liefern kann, ob die Kultur die richtige Menge an Stickstoff, zu viel Stickstoff oder eine Stickstoffbegrenzung aufwies. Der Gehalt in den PC-Parzellen (> 5000 ppm) lag eindeutig im Bereich des Stickstoffüberschusses, was bedeutet, dass die Maispflanzen auch nach Erfüllung ihres Stickstoffbedarfs weiterhin Stickstoff aus dem Boden aufnahmen. Die häufige Bodenbearbeitung hatte möglicherweise die Stickstoffmineralisierung stimuliert, indem die einst geschützte organische Substanz Bodenmikroben ausgesetzt und Sauerstoff in den Boden eingeführt wurde. Überschüssiger Stickstoff im Boden kann dazu führen, dass Stickstoff in das Grund- und Oberflächenwasser gelangt.

Abbildung 3. Maissilageertrag und Maisstielnitrat zum Saisonende verschiedener Parzellen. PC, Pflug & kultivieren; RC, Roll & Crimp; und SPS, Pflanze in lebende Deckung. Unterschiedliche Buchstaben über den Balken zeigen signifikante Behandlungsunterschiede an.

Organische Bodensubstanz ist die Grundlage für physikalische, chemische und biologische Funktionen des Bodens, und die Verbesserung der organischen Bodensubstanz ist normalerweise mit Vorteilen für die Bodenfruchtbarkeit, die Wasserhaltekapazität, die Kationenaustauschkapazität und eine bessere Bodenstruktur verbunden. Untersuchungen haben gezeigt, dass 30-50% der organischen Bodensubstanz aus landwirtschaftlichen Böden weltweit verloren gegangen sind, was zu Umweltzerstörung und erhöhten Treibhausgasemissionen geführt hat. Der Wiederaufbau organischer Bodensubstanz in landwirtschaftlichen Systemen ist der Schlüssel zur Widerstandsfähigkeit der Lebensmittelproduktion im Klimawandel.

Ergebnisse von Brubakers Feldversuchen legen nahe, dass die Böden unter organischer Direktsaat langsam und allmählich Nährstoffe durch mikrobielle Mineralisierung organischer Stoffe freisetzen könnten, um die Nachfrage nach Nutzpflanzen zu unterstützen. Bei häufiger Bodenbearbeitung können überschüssige Nährstoffe in die Umwelt freigesetzt werden und anschließend durch Auswaschen oder durch Ansammlung im Maisstiel verloren gehen. In der Zwischenzeit kommt es zu einem allmählichen Rückgang der organischen Bodensubstanz und einem Kohlenstoffverlust in Form von Kohlendioxid (CO)2) kann auftreten. Diese von Wissenschaftlern gesammelten Forschungsdaten wurden auf der Konferenz der Soil Science Society of America in San Antonio, TX, im November 2019 und in Rodale Institute Webinare. Das Webinar präsentiert von Dr. Yichao Rui, dem leitenden Wissenschaftler dieses Projekts bei Rodale Institutezog 157 Teilnehmer aus 12 Ländern an.

Dieser Versuch auf dem Bauernhof erregte auch währenddessen große Aufmerksamkeit Rodale Institute Jährlicher Bio-Feldtag am 19. Juli 2019. Die Teilnehmer des Feldtages waren erstaunt über den Erfolg der Brubakers bei der Steuerung der ökologischen Maisproduktion ohne den Einsatz teurer Düngemittel und Pestizide / Herbizide und ohne häufigen Anbau in der Saison. Die soliden Ergebnisse belegen den Landwirten die Machbarkeit dieser innovativen Systeme und das Potenzial, die Rentabilität zu verbessern, die Stickstoffverluste für die Umwelt zu verringern und die langfristige Widerstandsfähigkeit des Bodens zu verbessern.