Walzenpressen von Zwischenfrüchten zur Kontrolle des Unkrautdrucks bei der regenerativen biologischen CBD-Hanfproduktion

Dr. Dinesh Panday, Dr. Reza K. Afshar, Dr. Arash Ghalehgolabbehbahani

Rodale Institute, Kutztown, PA, Vereinigte Staaten

Abstrakt

Im regenerativen ökologischen Landbau ist die Unkrautbekämpfung entscheidend, um die Qualität der Ernte zu schützen. Diese Studie untersuchte das Rollenquetschen als Methode zur Beseitigung von Roggen-Zwischenfrüchten als Unkrautbekämpfungsstrategie für die CBD-Hanfproduktion. Die zweijährige Feldforschung wurde durchgeführt bei Rodale Institute- Das Pocono Organic Center untersucht die Wirksamkeit der Biomasse von Roggen-Zwischenfrüchten bei der Unkrautbekämpfung während des CBD-Hanfanbaus. Die Studie verglich verschiedene Ansätze – Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht (Einarbeitung/Scheiben- vs. Walzenquetschtechnik), Reihenabstand (30 vs. 60 Zoll) und Pflanzenabstand (24 vs. 30 Zoll). Obwohl der höchste CBD-Ertrag auf Parzellen mit Scheiben-Zwischenfrüchten, 30 Zoll Reihenabstand und 24 Zoll Pflanzenabstand erzielt wurde, reduzierte die Walzenquetschtechnik den Druck breitblättriger Unkräuter in den späteren Wachstumsstadien erheblich. Diese Methode ist vielversprechend, da sie den Bedarf an arbeitsintensiver Unkrautbekämpfung verringert und die Bodengesundheit unterstützt, indem sie die Bodenzerstörung bei der regenerativen organischen CBD-Hanfanbau minimiert.

Einleitung

Hanf (Cannabis sativa L.) ist seit 2014 eine wieder aufkommende Nutzpflanze in den Vereinigten Staaten, nachdem sie über ein halbes Jahrhundert lang aufgrund billigerer Alternativen und gesetzlicher Beschränkungen im Zusammenhang mit der psychoaktiven Verbindung Delta-9-Tetrahydrocannabinol (THC) verboten war. Der Blütenhanfsektor, der 26 % der gesamten Anbaufläche einnimmt, trug in den Vereinigten Staaten 179 Millionen US-Dollar bei. Die Einzelhandelsumsätze für aus Hanf gewonnenes Cannabidiol (CBD) steigen rasant an und werden Prognosen zufolge im Jahr 4.5 2024 Milliarden US-Dollar erreichen.

Trotz dieser vielversprechenden Aussichten bestehen erhebliche Wissenslücken in Bezug auf die besten agronomischen Praktiken für die industrielle Hanfproduktion, insbesondere im Unkrautmanagement (Dhakal et al., 2023). Derzeit sind keine Herbizide für Hanf zugelassen, was die Unkrautbekämpfung zu einer großen Herausforderung macht, die die Erträge erheblich beeinträchtigen kann. Es werden Unkrautmanagementmethoden wie Plastikmulch, mechanisches Jäten und manuelles Jäten von Hand eingesetzt, aber jede hat Nachteile. Plastikmulch wirft Umweltbedenken auf, mechanisches Jäten kann die Bodenstruktur schädigen und das Jäten von Hand ist kostspielig.

Deckfrüchte werden in den Vereinigten Staaten zu einem brauchbaren Mittel zur Verbesserung der Bodengesundheit und Wasserqualität (Adeli et al., 2019) und können auch Unkraut unterdrücken (Bozzolo et al., 2024). Die Methode zur Beseitigung von Deckfrüchten beeinflusst ihre Fähigkeit, Unkraut in nachfolgenden Kulturen zu unterdrücken, erheblich. Rodale Institute entwickelte einen Walzenquetschkopf, ein Werkzeug, das über Deckfrüchte rollt und sie an der Oberfläche quetscht. Der gekräuselte Stängel kann keine Feuchtigkeit und Nährstoffe mehr aufnehmen, wodurch die Deckfrucht an Ort und Stelle abstirbt und eine natürliche Barriere über dem Boden bildet (Davis, 2010). Dadurch bleibt das Feld unkrautfrei und ist für das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen gesünder.

Ziel dieses Projekts ist es, die Anwendung einer Walzenquetschmaschine zur Verbesserung der Unkrautbekämpfung auf zertifizierten Biofeldern zu untersuchen. Darüber hinaus zielt das Projekt darauf ab, optimale Reihen- und Pflanzenabstände für eine bessere Ernteerträge zu untersuchen, einschließlich der Auswirkungen auf sich ändernde Konzentrationen sekundärer Metabolite in CBD-Hanf.

Material und Methoden

Das Experiment wurde 2022 und 2023 auf einem Forschungsfeld bei Pocono Organics, Long Pond, PA, durchgeführt. Die Bodenbeschaffenheit ist ein Clymer-Lehm (6.8 pH, 4.1 % OM, 2.4 % Gesamtkohlenstoff und 0.2 % Gesamtstickstoff) und das Forschungsgelände hatte eine Neigung von 3 bis 8 %. Das Klima der Region ist durch heiße und feuchte Sommer und kalte Winter gekennzeichnet.

Für diese Untersuchung wurde ein Versuch in einem dreifaktoriellen Blockdesign mit vier Replikationen durchgeführt. Diese drei Faktoren waren die Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht (A), der Reihenabstand (B) und der Abstand zwischen den Pflanzen (C). Jeder Faktor umfasste zwei Ebenen: Beendigung der Zwischenfrucht: Einarbeitung/Scheibenernte (A1) und Walzenquetschung (A2), Reihenabstand: 30 Zoll (B1) und 60 Zoll (B2) und Abstand zwischen den Pflanzen: 24 Zoll (C1) und 30 Zoll (C2). Die einzelnen Parzellen waren 10 Fuß breit und 20 Fuß lang.

Jedes Jahr wurde das Feld nach der Beendigung der Roggen-Zwischenfrucht Anfang Juni mit einer Walzenquetschmaschine oder Scheibenegge vorbereitet. Hanfsämlinge, die im Gewächshaus in Blumenerde gezogen wurden, wurden Anfang bis Mitte Juni im Alter von 3 Wochen manuell umgepflanzt. Im Jahr 2023 verwendeten wir aufgrund eines Mangels an zertifiziertem Bio-Saatgut andere Sorten – Kirsche im Jahr 2022 und Lindorea im Jahr 2023. Der von OMRI aufgeführte organische Dünger (Blutmehl, 12:0:0 NPK) wurde gleichmäßig mit einer Rate von 150 lb N ac verteilt.^-1 in zwei Teile: 1/3^rd während der Transplantation (Basaldosis) und 2/3^rd 2 Wochen nach dem Umpflanzen auf der Bodenoberfläche. Nach dem Umpflanzen der Setzlinge wurde in jeder Reihe zwischen den Pflanzen ein Tropfbewässerungssystem installiert.

Nach einem systematischen Stichprobenverfahren (Quadrantengröße 0.25 m²) haben wir von jedem Feld zweimal Unkrautproben gesammelt: 4 Wochen nach der Transplantation (Ereignis 1) und 4 Wochen vor der CBD-Hanf-Ernte (Ereignis 2). Die Unkrautproben wurden in drei Gruppen eingeteilt: (i) breitblättriges Gras, (ii) Gras und (iii) Seggen, und in Prozenten der Bedeckung angegeben. Die Pflanzenhöhe wurde während der Wachstumsperiode ebenfalls aufgezeichnet.

CBD-Hanf wurde jedes Jahr Ende September geerntet. Es wurden Daten zum Gesamtertrag der Hanfbiomasse, zum sekundären Metabolitenprofil (CBD und THC), zum CBD-Ertrag und zum Knospengewicht gesammelt. Sekundärmetabolitenprofile wurden in einem zertifizierten kommerziellen Labor (Lancaster DHIA, Manheim, PA) analysiert. Die Auswirkungen der Behandlung auf die beobachteten Parameter wurden mit dem PROC MIXED-Verfahren in SAS getestet, wobei die statistische Signifikanz bei P < 0.05, sofern nicht anders angegeben.

Ergebnisse

Pflanzenhöhe und Ertrag. Die Pflanzenhöhe nahm 2022 unter Wechselwirkungen zwischen der Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht und dem Reihenabstand deutlich zu (Tabelle 1). Die höchsten Pflanzen wurden auf Parzellen beobachtet, auf denen die Zwischenfrüchte mit der Scheibenegge gepflanzt wurden, und Hanfpflanzen wurden mit einem Reihenabstand von 60 Zoll gepflanzt (Abbildung 1a). Im Jahr 2023 beobachteten wir nur einen signifikanten Effekt der Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht auf die Pflanzenhöhe, wobei die höchsten Pflanzen bei der Behandlung mit den Zwischenfrüchten mit der Scheibenegge gepflanzt wurden (Tabelle 2).

In ähnlicher Weise wurde das Trockenknospengewicht im Jahr 2022 erheblich durch Wechselwirkungen zwischen der Methode zur Beendigung der Zwischenfruchternte und dem Reihenabstand beeinflusst (Tabelle 1). Das höchste Trockenknospengewicht (17.9 g) wurde bei der Behandlung mit Zwischenfrüchten und einem Reihenabstand von 60 Zoll beobachtet (Abbildung 1b). Die Trockenknospengewichte waren im Jahr 2023 vergleichsweise niedriger als im Jahr 2022 (Tabelle 2).

Der Biomasseertrag von CBD-Hanf wurde 2022 erheblich durch Wechselwirkungen zwischen der Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht, dem Reihenabstand und dem Abstand zwischen den Pflanzen beeinflusst (Tabelle 1). Der höchste Biomasseertrag wurde bei der Behandlung mit walzengewellten Zwischenfrüchten, einem Reihenabstand von 30 Zoll und einem Pflanzenabstand von 24 Zoll beobachtet, gefolgt von einem Pflanzenabstand von 30 Zoll (Abbildung 1c). Alle Behandlungskombinationen mit einem Reihenabstand von 30 Zoll zeigten einen besseren Ertrag als andere. Auch 2023 wurden konsistente Ergebnisse beobachtet (Tabelle 2 und Abbildung 2c).

Der CBD-Ertrag wurde 2022 erheblich durch Wechselwirkungen zwischen der Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht, dem Reihenabstand und dem Pflanzenabstand beeinflusst (Tabelle 1). Der höchste CBD-Ertrag (587 t ac^-1) wurde bei der Behandlung mit Deckfrüchten beobachtet, die mit der Scheibenegge bearbeitet und mit einem Reihenabstand von 30 Zoll und einem Pflanzenabstand von 24 Zoll gepflanzt wurden, während bei allen Behandlungskombinationen, einschließlich Deckfrüchten mit Walzenpressen, geringere Erträge beobachtet wurden (Abbildung 1d). Der CBD-Ertrag wurde 2023 nur durch den Reihenabstand beeinflusst (Tabelle 2).

Ausbeute an sekundären Metaboliten. In dieser Studie lagen die CBD-Konzentrationen im Jahr 2.5 zwischen 7.0 und 2022 % und im Jahr 6.0 zwischen 11.4 und 2023 %. Wir beobachteten signifikante Auswirkungen der Beendigung der Zwischenfrucht auf die Konzentrationen von CBD und THC im Jahr 2022 (Tabelle 1), aber nicht im Jahr 2023 (Tabelle 2). Die CBD-Konzentration war auf Parzellen mit Zwischenfruchtscheiben höher als auf Parzellen mit Walzenquetschungen. Dieser Trend war auch bei der THC-Konzentration im Jahr 2022 zu beobachten. Es wurde eine signifikante positive Beziehung zwischen den Konzentrationen von CBD und THC beobachtet: r²= 0.72 und P < 0.001 im Jahr 2022 (Abbildung 3a) und r²= 0.77 und P < 0.001 im Jahr 2023 (Abbildung 3b). Dies deutet darauf hin, dass mit zunehmender CBD-Konzentration auch die THC-Konzentration zunimmt.

Unkrautdruck. Während der Vegetationsperiode war der Unkrautdruck in beiden Jahren am zweiten Messtermin (Ereignis 2) relativ höher als am ersten Messtermin (Ereignis 1). Im Jahr 2022 beobachteten wir bei Ereignis 2 einen signifikanten Effekt der Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht auf den Druck von breitblättrigem Unkraut und Unkrautdruck von Gräsern (Tabelle 1). Insbesondere die Walzenpressung von Zwischenfrüchten war bei Ereignis 2 wirksam bei der Reduzierung des Drucks von breitblättrigem Unkraut. Darüber hinaus beobachteten wir bei Ereignis 2 die Haupteffekte des Reihen-Reihen-Abstands und des Pflanzen-Pflanzen-Abstands auf den Unkrautdruck.

Im Jahr 2023 hatte die Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht keinen Einfluss auf den Unkrautdruck. Wir beobachteten jedoch Wechselwirkungen zwischen der Methode zur Beendigung der Zwischenfrucht und dem Reihenabstand auf den Unkrautdruck bei Ereignis 2 (Tabelle 2). Parzellen, die mit Zwischenfrüchten gerollt und bei denen ein Reihenabstand von 30 Zoll eingehalten wurde, wiesen bei Ereignis 2 den höchsten breitblättrigen Unkrautdruck auf, während Parzellen mit Rollen und einem Reihenabstand von 60 Zoll den niedrigsten Unkrautdruck aufwiesen (Abbildung 2a). Umgekehrt wiesen Parzellen, die mit Rollen gerollt und bei denen ein Reihenabstand von 30 Zoll eingehalten wurde, bei Ereignis 2 den niedrigsten Unkrautdruck auf (Abbildung 2b). Diese Ergebnisse zeigten, dass die Anwendung einer Rollenpresse den Druck breitblättriger Unkräuter verringern kann.

Zusammenfassung

Unsere Untersuchung zur Wirksamkeit von mit Walzen gewellten Deckfrüchten führte zwar nicht zu einer allgemeinen Empfehlung, diese Studie liefert jedoch wertvolle Erkenntnisse:

Biomasseertrag, CBD-Ertrag sowie CBD und THC:

2022:

• Der Ertrag an CBD-Hanfbiomasse war mit walzengepressten Deckfrüchten, einem Reihenabstand von 30 Zoll und einem Pflanzenabstand von 24 Zoll am höchsten.
• Der CBD-Ertrag war am höchsten (587 lb ac^-1) mit Scheibenfruchtzwischenfrüchten, 30 Zoll Reihenabstand und 24 Zoll Pflanzenabstand.
• Höhere CBD- und THC-Konzentrationen in den mit Scheiben gepflügten Parzellen.
• Positive Beziehung zwischen CBD- und THC-Konzentrationen (r² = 0.72, P <0.001).

2023:

• Keine signifikanten Auswirkungen der Beendigung des Zwischenfruchtanbaus auf die Metabolitenkonzentrationen.
• Positive Beziehung zwischen CBD- und THC-Konzentrationen (r² = 0.77, P <0.001).

Unkrautdruck:

2022:

• Höherer Unkrautdruck am zweiten Messtermin (Ereignis 2).
• Signifikante Auswirkung der Beendigung von Zwischenfrüchten auf den Unkrautdruck durch breitblättrige Unkräuter und Gräser.
• Mit Walzen gekräuselte Deckfrüchte verringerten den Druck durch breitblättrige Unkräuter.
• Reihen- und Pflanzenabstand beeinflussten den Unkrautdruck bei Ereignis 2.

2023:

• Keine Auswirkung der Beendigung der Zwischenfruchtbepflanzung auf den Unkrautdruck.
• Wechselwirkungen zwischen der Beendigung des Zwischenfruchtanbaus und dem Reihenabstand auf den Unkrautdruck im Ereignis 2.
• Auf den mit Rollen gewellten Parzellen mit einem Reihenabstand von 60 Zoll war der Druck durch breitblättrige Unkräuter am geringsten.
• Auf den mit Rollen gewellten Parzellen mit einem Reihenabstand von 30 Zoll war der Unkrautdruck am geringsten.

Die Ergebnisse unserer Studie zur Wirksamkeit von mit Walzen gecrimpten Zwischenfrüchten legen mehrere zukünftige Forschungsrichtungen nahe: Sortentests, zusätzliche Versuche zu Abstand und Zwischenfruchtinteraktion, Verständnis der Dynamik von Unkrautarten, Bewertung der Auswirkungen von Methoden zur Beendigung von Zwischenfrüchten auf Bodengesundheit und mikrobielle Aktivitäten sowie Durchführung landwirtschaftlicher Analysen. Darüber hinaus wird die Entwicklung von Methoden zur Verbesserung des Unkrautmanagements mithilfe einer Walzencrimpmaschine auf zertifizierten Biofeldern die Nachhaltigkeit der Hanfproduktion verbessern.

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Finanzierung Informationen

Diese Arbeit wurde ermöglicht durch die Finanzierung des Commonwealth Specialty Crop Block Grant Program des Landwirtschaftsministeriums von Pennsylvania (Zuschussnummer C940000924) und die Unterstützung von Pocono Organics und der Rodale Institute.