Willkommen zu
Moderne Landwirtschaft
!
Sowohl in Forschungsversuchen als auch im landwirtschaftlichen Betrieb kann die Reaktion auf Stickstoffdünger sehr unterschiedlich sein. Wir haben alle Situationen erlebt, in denen, abgesehen von vielleicht einer grüneren Pflanzenfarbe, die Anwendung von Stickstoff wenig Einfluss auf das Futterwachstum und den Ertrag hatte. Umgekehrt haben wir Situationen festgestellt, in denen die Anwendung von Stickstoff einen enormen Einfluss auf die Weideproduktivität hatte.
Stickstoff ist das essentielle Proteinelement in pflanzlichen und tierischen Geweben. Protein wird in einer Vielzahl von Molekülen benötigt, damit Organismen effektiv funktionieren, wie Enzyme und DNA. In allen Pflanzen ist Stickstoff das wichtigste Element bei der Bildung und Funktion von Chlorophyll, der essentiellen Verbindung, die für die Photosynthese notwendig ist. Ohne die Kohlendioxidfixierung aus der Atmosphäre über Chlorophyll gäbe es keine Tiere, und wir hätten weder von Pflanzen noch von Tieren Nahrung.
Umweltverträglichkeit
Vielleicht sollten wir also einfach mehr als genug Stickstoff auf unser Futter geben, und es gäbe keine solche Einschränkung für diesen wichtigen Nährstoff. Das könnte funktionieren, aber Stickstoff ist teuer und viele unserer Wasserqualitätsprobleme bestehen, weil zu viel Stickstoff ins Grundwasser gelangt oder in Oberflächengewässer abfließt und Umweltkatastrophen verursacht.
Wir sollten uns nicht vergiften, nur um Nahrung zum Essen zu produzieren, oder?
Das Dilemma mit Stickstoff besteht darin, zu bestimmen, wie viel auszubringen ist, um ausreichend zu sein, ohne ökologische und wirtschaftliche Verluste zu verursachen. Natürlich gibt es auch viele andere wichtige Fragen:Wann ist der beste Zeitpunkt für die Anwendung von Stickstoff, um die beste Anlagenauslastung und den geringsten Verlust an die Umwelt zu erzielen? Welche Form von Stickstoff ist am kostengünstigsten und bietet uns die beste Effizienz der Pflanzenaufnahme? Wo in der Baumkrone oder im Bodenprofil sollte der Stickstoff ausgebracht werden, um Verluste durch Auswaschung, Verflüchtigung und Denitrifikation zu vermeiden?
Wenn Ihre Heu- oder Futterernte
hatte2 % Stickstoffgehalt (N) bei der Ernte, und Sie beabsichtigen, jedes Jahr 5 Tonnen pro Acre zu ernten, dann kann es sinnvoll sein, mindestens 200 Pfund pro Acre (10.000 Pfund x 2 % =200 Pfund) auszubringen. Aber wenn nur etwa 50 % des Stickstoffs, den Sie ausbringen, tatsächlich von der Pflanze aufgenommen und verwertet wird, werden vielleicht 400 Pfund N pro Acre jährlich benötigt.
Wohin gehen die anderen 50 % des Stickstoffs?
Ein Teil geht durch Ammoniakverflüchtigung in die Atmosphäre verloren. Einige können zu Lachgas denitrifiziert werden und in die Atmosphäre verloren gehen. Einige können als Nitrat unter die Wurzelzone ausgewaschen werden. Einige können von der Bodenoberfläche in nahe gelegene Länder oder Oberflächengewässer gespült werden. Einige können durch Erosion mit Bodenpartikeln weggespült werden, und einige können von Bodenmikroorganismen in neu entstehende organische Materie eingebaut werden. Dies sind noch nicht einmal alle Möglichkeiten.
Eine reichhaltige Stickstoffquelle
Was also hat Bodenkohlenstoff mit Protein in Ihrem Gras zu tun?
Es geht um organische Bodensubstanz und Bodenmikroorganismen. Die organische Bodensubstanz besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff; Tatsächlich sind 58 % der organischen Bodensubstanz Kohlenstoff. Bodenmikroorganismen sind die kleinsten Lebewesen im Boden, die ein Mikroskop benötigen, um sie zu sehen – Bakterien, Pilze und Actinomyceten. Natürlich gibt es auch im Boden viele sichtbare Organismen.
Organische Bodensubstanz auf landwirtschaftlichen Feldern enthält ebenfalls 4 % bis 6 % Stickstoff. Organischer Bodenstickstoff ist fest gebunden und muss von Bodenmikroorganismen zu Ammonium und Nitrat mineralisiert werden, den beiden anorganischen Formen von Stickstoff, die von Pflanzen leicht aufgenommen werden. Wenn ein Boden 2 % organische Bodensubstanz enthält, dann können in diesem Boden 800 bis 1.200 Pfund N pro Acre vorhanden sein. Wenn ein Boden 5 % organische Bodensubstanz enthält, dann können 2.000 bis 3.000 Pfund N pro Acre vorhanden sein. Das ist eine Menge Stickstoff in den oberen 4 Zoll Boden, und es könnte eine weitere gleiche Menge in den nächsten 20 Zoll Boden geben.
Wir können einen Teil dieses Stickstoffs im Boden verwenden, aber zu wissen, wie viel während einer Vegetationsperiode verfügbar wird, war schwer vorherzusagen. Vor der industriellen Revolution, die zur Entwicklung synthetischer Stickstoffdünger führte, beschäftigten sich Wissenschaftler intensiver mit dieser Frage. Als Ammoniumnitrat und Harnstoff leicht verfügbar wurden, nahm die Betonung des Verständnisses der Stickstoffmineralisierung aus organischem Material stark ab.
Es gibt jetzt ein erneutes Interesse am Verständnis der Stickstoffmineralisierung mit der Konvergenz steigender Kosten für Stickstoffdünger, Bemühungen zur Reinigung der Wasserqualität und dem Interesse an der Bodengesundheit. Hier verbindet sich das Verständnis von Kohlenstoff im Boden mit dem Protein in Ihrem Gras.
Optimale Stickstoffraten unterschiedlich
In einer Reihe von landwirtschaftlichen Feldschwingel-Haldenversuchen in ganz North Carolina und den umliegenden Bundesstaaten wurde die Stickstoffmenge aus der Mineralisierung organischer Bodensubstanz mit der Stickstoffmenge verglichen, die durch Harnstoffdünger zugeführt wird. Zu Beginn der Lagerzeit (Anfang September) wurden Bodenproben entnommen und auf Stickstoffmineralisierung im Boden und biologische Aktivität im Bodentest analysiert.
Das Hochschwingelfutter durfte etwa vier Monate lang bis in den Dezember oder Januar hinein ungehindert wachsen, wenn das Futterwachstum und der Nährwert bestimmt wurden. Auf diese Weiden wurden dann Fleischkühe getrieben, wie es für diesen Bewirtschaftungsansatz typisch ist.
Während des Versuchszeitraums wurde Stickstoff mit 0, 40, 80 und 120 Pfund N pro Acre ausgebracht, und diese Behandlungen wurden viermal für insgesamt 16 Parzellen bei jedem der 37 im Herbst 2018 durchgeführten Versuche wiederholt. Experimentell Es waren auch Ergebnisse aus 55 Studien verfügbar, die 2015 und 2016 mit einem ähnlichen Ansatz durchgeführt wurden.
Im Durchschnitt aller Versuche verbesserte sich der Futterertrag mit höheren Mengen an ausgebrachtem Stickstoffdünger. Dies wäre nicht ungewöhnlich, da viele aktuelle Empfehlungen für Futterhalden im Herbst 50 bis 100 Einheiten Stickstoff pro Acre vorsehen. Das Einzigartige an dieser Studie war jedoch, dass nur 26 der 92 Versuche eine ausreichende Ertragsreaktion zeigten, um die Kosten des zugesetzten Stickstoffs zu decken.
66 Versuche (72 %) benötigten nicht mehr Stickstoff als bereits im Boden vorhanden war, um die Produktion zu optimieren. Die Menge an restlichem anorganischem Stickstoff in der 4-Zoll-Oberfläche des Bodens war gering, daher war die vernünftigste Quelle für verfügbaren Stickstoff die Mineralisierung von organischem Material.
Warum reagierten einige Felder auf Düngerstickstoff und andere nicht?
Es lag nicht an der Menge an restlichem anorganischem Stickstoff in den 4 Zoll der Oberfläche des Bodens, da es keine Unterschiede im Bodenammonium und -nitrat zwischen reagierenden und nicht reagierenden Feldern gab. Der Unterschied war auf die Menge an Stickstoffmineralisierung aus organischer Bodensubstanz zurückzuführen.
Das Bodenstickstoffmineralisierungspotential unter idealen Bedingungen im Labor betrug durchschnittlich 131 Pfund N pro Acre in den Versuchen, die überhaupt nicht auf Düngerstickstoff ansprachen. In den Versuchen, die den meisten Stickstoffdünger zur Optimierung des Ertrags erforderten, war die Stickstoffmineralisierung im Boden mit 93 Pfund N pro Acre deutlich niedriger. Versuche mit einem Düngemittelbedarf von 40 Pfund N pro Acre oder weniger zur Optimierung des Ertrags hatten eine mittlere N-Mineralisierung im Boden von 119 Pfund N pro Acre.
Ein praktischerer Test
Diese Ergebnisse waren für viele landwirtschaftliche Mitarbeiter, die sie zum ersten Mal sahen, überraschend. Sie sind jedoch sinnvoll, wenn wir akzeptieren, dass die Bodengesundheit durch Futter- und Weidemanagemententscheidungen auf landwirtschaftlichen Betrieben verändert werden kann. Böden mit größerem Stickstoffmineralisierungspotential haben eine größere Fähigkeit, Pflanzen mit verfügbarem Stickstoff zu versorgen. Leider erfordert die Bestimmung des Stickstoffmineralisierungspotenzials im Boden mindestens zwei Monate Bearbeitungszeit, und es würde vernünftigerweise etwa 40 US-Dollar pro Probe nur für diese eine Analyse kosten.
Glücklicherweise wurde der praktische Aspekt der Bodenuntersuchung zu Beginn des Forschungsprojekts berücksichtigt. Eine einfache, schnelle und wirtschaftlichere Abschätzung der biologischen Aktivität des Bodens wurde zusammen mit der Abschätzung des Stickstoffmineralisierungspotentials des Bodens ermittelt.
Wir bewerteten die biologische Aktivität von Bodentests, die nur etwa eine Woche von der Probenahme bis zum Versand des Bodentestberichts benötigen und in einem Forschungsumfeld nur etwa 5 bis 10 US-Dollar pro Probe kosten könnten. Warum die biologische Aktivität im Bodentest überhaupt als geeignete Alternative angesehen werden kann, liegt daran, dass ein starker Zusammenhang zwischen der Stickstoffmineralisierung im Boden und der biologischen Aktivität im Bodentest besteht. Dieser Zusammenhang wurde in dieser Studie (siehe Abbildung 1) sowie in anderen beobachtet.
Die Auswirkung dieser Forschung ist, dass Heu- und Futterbauern jetzt einen Bodentest verwenden können, um die biologische Gesundheit ihrer Böden zu bestimmen und vernünftige, feldspezifische Bestimmungen darüber zu treffen, wie viel Düngerstickstoff zur Optimierung des Ertrags benötigt wird. Dieser Bodentest würde den Erzeugern helfen, das Gewinnpotenzial kurzfristig zu optimieren, die Effizienz der investierten Düngerdollar zu maximieren und zur Gesundheit der lokalen Wassereinzugsgebiete beizutragen. Die Optimierung des Düngerstickstoffs reduziert auch den CO2-Fußabdruck des landwirtschaftlichen Betriebs, indem Kohlenstoff in der organischen Substanz des Bodens gebunden wird.
Wenn Sie den Wert dieses Ansatzes auf Ihrem Betrieb bestätigen möchten, wenden Sie sich an ein Bodenuntersuchungslabor in Ihrer Nähe, um zu erfahren, ob es bodenbiologische Tests anbietet. Es könnte in Ihrem besten ökonomischen und ökologischen Interesse sein!
Dieser Artikel erschien in der März-Ausgabe 2020 von Hay &Forage Grower auf den Seiten 20 und 21.
Kein Abonnent? Klicken Sie hier, um das gedruckte Magazin zu erhalten.
