Verfasst von Dr. Gladis Zinati 1, *

1 Direktor des Versuchs mit Gemüsesystemen, Rodale Institute, 611 Siegfriedale Road, Kutztown, PA 19530
*Korrespondierender Autor, E-Mail: Gladis.zinati@rodaleinstitute.org

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Über uns

Boden- und Pflanzenmanagemententscheidungen, einschließlich Fruchtfolge, Rückstandsmanagement sowie Intensität und Häufigkeit der Bodenbearbeitung, wirken sich auf die Bodengesundheit und die Bodennährstoffdynamik aus. Bodenbearbeitung kann die Bodengesundheit durch mechanische Reduzierung von Bodenaggregaten und Oxidation organischer Bodensubstanz bei der Zersetzung durch Bodenmikroben beeinträchtigen. Die Bodenbearbeitung erhöht auch die Vermischung von Zwischenfruchtrückständen mit dem Boden, wodurch die Zersetzung von Ernterückständen und organischen Bodensubstanzen und folglich die Bodengesundheit im Laufe der Zeit verbessert wird.

In letzter Zeit ist das Interesse an der Identifizierung geeigneter Indikatoren zur Beschreibung von Veränderungen der Bodengesundheit gestiegen. Aktuelle Forschungen legen nahe, dass organischer Kohlenstoff (SOC) des Bodens, Gesamtstickstoff (TN) und der labile oder aktive Anteil von SOM, bekannt als POX-C, auch als sensibler Indikator für die Auswirkungen des Managements auf die Bodengesundheit beim Anbau landwirtschaftlicher Nutzpflanzen verwendet wurden . Die Identifizierung von Indikatoren für die Bodengesundheit, bei denen einjährige Gemüsekulturen angebaut werden, wurde jedoch nicht untersucht. Es wird interessant sein zu untersuchen, wie sich Anbausysteme und Managementpraktiken auf die Bodengesundheit auswirken können, indem der Kohlenstoffgehalt des Bodens erhöht oder verringert wird und wie sich dieser auf die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Bodens und die Pflanzenproduktivität im Laufe der Zeit auswirkt.

Ein Luftbild des Gemüsesystems-Versuchs am Rodale Institute in Kutztown, Pennsylvania.

In diesem Sinne Der Gemüsesystem-Test (VST) wurde gegründet um Rodale Institute über 2.6 Hektar im Jahr 2016, mit der Erwartung, dass es sich um einen Langzeitversuch handelt, der die Auswirkungen von Anbausystemen und Managementpraktiken auf die Boden- und Pflanzengesundheit nebeneinander vergleicht. Der Standort wurde vor der Gründung des VST über 20 Jahre organisch geführt. Das Bio-System (ORG) umfasst Zwischenfrüchte (Haarwicke mit Getreideroggen), Bio-Zusatzmittel und bei Bedarf biologischer Schädlingsbekämpfer. Das konventionelle System (CNV) hingegen umfasst Getreideroggen als Zwischenfrucht und setzt konventionelle Herbizide (zB Glyphosat) zum Abbrennen von Zwischenfrucht und Unkraut sowie synthetische Düngemittel und Pestizide ein. In beiden Systemen werden Bodenbearbeitung mit schwarzem Kunststoff (BP) und reduzierte Bodenbearbeitung (RT) als Managementpraktiken für den Gemüseanbau verwendet. Im Versuch werden jedes Jahr fünf Hauptgemüse angebaut, die Knollen, Früchte und Blätter darstellen. Dazu gehören Kartoffeln, Bohnen, Winterkürbis, Zuckermais und Salat. Diese Pflanzen werden in beiden Anbausystemen im Wechsel angebaut.

Ein Ziel dieser Studie ist es, die Veränderungen der Bodengesundheitsindikatoren aufgrund der Anbausysteme und Bewirtschaftungspraktiken über einen langen Zeitraum zu überwachen und zu bewerten, um den Gemüsebauern wissenschaftlich fundierte Informationen zur Verfügung zu stellen, die es ihnen ermöglichen, fundierte Entscheidungen zu treffen Verbesserung der Bodengesundheit und Verbesserung der Pflanzenproduktivität in ihren Betrieben. Ein zweites Ziel besteht darin, die Bodengesundheit mit der Pflanzengesundheit und folglich mit der menschlichen Gesundheit zu verknüpfen.

Um das erste Ziel zu erreichen, werden die BP-Parzellen jeden Herbst bewirtschaftet, indem der Boden mit Pflugpflug bearbeitet und Zwischenfrüchte wie Haarwicke und Getreideroggen im ORG-System und Getreideroggen im CNV ausgesät werden. Anschließend wird jedes Frühjahr der Boden mit einem Streichpflug neu bearbeitet und die Zwischenfruchtbiomasse vor dem Verlegen von Kunststoffmulch in den Boden eingearbeitet. Im Vergleich dazu wird in den RT-Parzellen ein Meißelpflug (ein weniger aggressives Gerät) verwendet, um den Boden für die Aussaat der Zwischenfrucht im Herbst vorzubereiten und die Zwischenfruchtbiomasse im Frühjahr vor dem Umpflanzen des Gemüses in den Boden zu walzen ORG-System. Beim konventionellen System werden die Setzlinge direkt nach dem Abbrennen der Zwischenfruchtbiomasse mit einem Herbizid wie Glyphosat und ohne Rollkräuselung umgepflanzt.

Derzeit wird eine mehrjährige Studie durchgeführt, um die Auswirkungen von Anbausystemen und Bewirtschaftungspraktiken auf die Bodengesundheitsindikatoren im VST zu untersuchen. Dieser Artikel berichtet über Variationen bestimmter Bodengesundheitsindikatoren in Parzellen, auf denen Winterkürbis im Jahr 2020 angebaut wurde.

Hintergrund

Im Herbst 2020 wurden tiefe Bodenkerne aus drei Bodentiefen gesammelt: 0-10 cm, 10-20 cm und 20-30 cm. Diese wurden gesammelt, um die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften des Bodens zu beurteilen. In diesem Artikel werden die Ergebnisse zum Prozentsatz des organischen Kohlenstoffs im Boden (SOC) und der Konzentration des labilen organischen Kohlenstoffs (POX-C) in Parzellen, in denen Winterkürbis unter ORG- und CNV-Systemen angebaut und entweder mit Bodenbearbeitung oder reduzierter Bodenbearbeitung bewirtschaftet wurde berichtet.

SOC ist ein wichtiger Indikator für die Bodengesundheit und ein wichtiger Bestandteil eines Bodenökosystems. Das Vorhandensein von organischem Kohlenstoff im Boden ist ein entscheidender Faktor für die Bodenproduktivität und ein wichtiger Einflussfaktor auf physikalische, chemische und biologische Eigenschaften. Der organische Kohlenstoff des Bodens weist das langfristige Gleichgewicht zwischen der Zugabe von organischem Kohlenstoff aus verschiedenen Quellen und seinen Verlusten auf verschiedenen Wegen auf. Kurz- und mittelfristige SOC-Änderungen als Reaktion auf Bewirtschaftungspraktiken sind schwer zu erkennen, jedoch sind die labileren (aktiveren) Bestandteile von SOC-Fraktionen oft frühe Indikatoren für die Auswirkungen der Bewirtschaftung auf die Bodengesundheit. Die labilen Fraktionen sind gekennzeichnet durch das den Bodenmikroben zur Verfügung stehende organische Material und im Übergang zwischen frischen Pflanzenresten und stabilisierter organischer Substanz. Der POX-C gilt als nützlicher Parameter für bodenlabilen Kohlenstoff und als empfindlicher Indikator für Anbausysteme und Managementpraktiken.

Bodenorganischer Kohlenstoff

Der prozentuale organische Kohlenstoffgehalt im Boden war im ORG-System (durchschnittlich 2.28%) etwas höher als im CNV (durchschnittlich 1.98%), jedoch waren diese Werte statistisch nicht unterschiedlich. Der SOC war in RT-Plots bei 0-10 und 10-20 cm Bodentiefe größer als in BP und war 70 % niedriger bei 20-30, wie in . gezeigt Abbildung 1.

Bodenlabiler organischer Kohlenstoff (POX-C)

a- Variante mit Zuschneidesystem
Die POX-C-Gehalte in der Bodentiefe von 0-30 cm waren zwischen den organischen und konventionellen Anbausystemen sowie in den BP- und RT-Praktiken statistisch nicht unterschiedlich. Wenn jedoch die Daten von 0-20 cm Bodentiefe gepoolt wurden, waren die POX-C-Werte im ORG-Anbausystem signifikant höher als im CNV (Figure 2).

b- Variation mit Bodentiefe:
Obwohl die POX-C-Werte in den RT-Plots (im Durchschnitt 973 mg/kg) höher waren als in den BP-Plots (im Durchschnitt 893 mg/kg), waren diese Werte in der Bodentiefe von 0-20 cm statistisch nicht unterschiedlich. Die POX-C-Werte variierten jedoch mit der Bodentiefe und waren bei 0-10 cm am höchsten und bei 20-30 cm am niedrigsten (Figure 3).

Zusammenfassung

Kurz gesagt, die hier präsentierten Ergebnisse dieser Studie zeigten:

  • Zwischen den Anbausystemen und den Bewirtschaftungspraktiken wurden keine signifikanten Unterschiede in den SOC-Werten festgestellt. Diese Ergebnisse waren zu erwarten, da der Boden vor der Etablierung des VST sehr lange biologisch bewirtschaftet wurde und solche Veränderungen erst nach vier Vegetationsperioden ab Etablierung zu erkennen sind. Der SOC gilt als langfristiger Bodengesundheitsindikator. Daher gehen wir davon aus, Veränderungen der SOC-Werte nach einem Jahrzehnt organischer und konventioneller Bodenbewirtschaftung mit Bodenbearbeitung oder reduzierter Bodenbearbeitung zu erkennen.
  • Die labile organische Kohlenstofffraktion des Bodens POXC war empfindlicher als der SOC und wurde eher durch das Anbausystem und die Bodentiefe als durch die Managementpraxis beeinflusst. Die höheren Werte der labilen organischen Bodenfraktion im ORG-System im Vergleich zum CNV-System wurden erwartet, da im letzteren System die Ernterückstände aufgrund der Herbizidanwendung und des Einsatzes von Kunstdünger geringer sind.
  • Managementpraktiken und Anbausysteme können den Aufbau von SOC und POXC beeinflussen, indem sie entweder Kohlenstoffverluste reduzieren oder den Kohlenstoffeintrag in den Boden erhöhen. Die Befolgung der gleichen Praktiken in diesen Systemen in den nächsten fünf Jahren wird weitere Beweise für die Auswirkungen von Anbausystemen und Managementpraktiken auf Bodengesundheitsindikatoren liefern und unser Verständnis für technologische Optionen zum Management der Bodengesundheit in landwirtschaftlichen Ökosystemen verbessern.