Vergleich verschiedener Anbausysteme des Organischen Landbaus für Mais und zwei Leguminosenarten

Abstract

In den Jahren 1995 bis 1998 wurden am Institut für Agrarbiologie der EMBRAPA in Seropédica, Rio de Janeiro, Brasilien, Feldversuche zum gemeinsamen Anbau von Mais und Körnerleguminosen unter den Anbaubedingungen des Organischen Landbaus durchgeführt. Ziel der Arbeit war es, verschiedene Anbausysteme in Bezug auf Ertragsparameter (Kornertrag, Qualität des Mais, Flächennutzungseffizienz) und Stabilitätsparameter (N-Bilanzen und die Entwicklung der organischen Bodensubstanz) zu untersuchen. Mais wurde im Reinbestand und als Mischkultur zusammen mit Augenbohne (<i>Vigna unguiculata</i>) oder mit Schwertbohne (<i>Canavalia ensiformis</i>) angebaut. Bei den Mischanbauvarianten wechselte jeweils eine Maisreihe mit zwei Leguminosenreihen ab. Zu Beginn der Maisblüte wurden die Leguminosen zur Gründüngung des Mais genutzt. Je nach Variante wurde keine Gründüngung, die Sprossmasse von einer oder von zwei Leguminosenreihen je Maisreihe appliziert. Die Sprossmasse wurde eingearbeitet oder als Mulchauflage belassen. Der Feldversuch wurde dreimal durchgeführt. Eine einzelne Versuchsdurchführung wurde als Versuchsperiode bezeichnet.<br /> Der Anteil luftbürtigen Stickstoffs der Leguminosen betrug durchschnittlich 76 %. Durch Gründüngung wurden dem Mais zwischen 6 und 32 kg luftbürtiges N * ha^-1 zugeführt. Der so applizierte Stickstoff wurde rasch mineralisiert und aufgenommen. Bereits sieben Tage nach Applikation der Gründüngung wurden bei Varianten mit Einarbeiten doppelreihiger Gründüngung höhere N-Gehalte des Mais festgestellt. <br /> Der über die Versuchslaufzeit gemittelte Maiskornertrag der Mischanbauvarianten betrug 2,7 t * ha^-1 und derjenige des Mais-Reinbestandes 3,3 t * ha^-1. In beiden Fällen war der Kornertrag des Mais größer als der brasilianische Mittelwert des Jahres 1996 von 2,4 t * ha^-1. Sowohl doppelreihige Gründüngung mit Augenbohnen-Sprossmasse als auch doppelreihige Gründüngung mit Schwertbohnen-Sprossmasse erhöhten den Maiskornertrag signifikant.<br /> Die Flächennutzungseffizienz wurde anhand der Land Equivalent Ratio (LER) gemessen. Bei einem LER-Wert größer eins wird eine Fläche durch Mischkulturanbau effizienter genutzt als durch Reinkulturanbau. Die Flächennutzungseffizienz war bei Mischkulturanbau, insbesondere bei Mischkulturanbau ohne Gründüngungsnutzung der gemeinsam angebauten Leguminosen, größer (LER zwischen 1,1 und 1,5) als bei Reinkulturanbau. <br /> Die N-Exporte über Mais- und Leguminosenkörner konnten durch doppelreihige Gründüngung nicht ausgeglichen werden. Positive N-Bilanzen wurden nur in Varianten erreicht, in denen Schwertbohnen-Erntereste anfielen. Die Aufnahme fixierten Stickstoffs zum Zeitpunkt der Ernte betrug bei Schwertbohnen durchschnittlich 148 kg * ha^-1 (Augenbohnen: etwa 19 kg * ha^-1).<br /> Während der Versuchslaufzeit erhöhte sich der Gehalt der organischen Bodensubstanz der Horizonte 0 - 20 cm, 20 - 40 cm und 40 - 60 cm insbesondere bei den Mischanbauvarianten. Zunahmen in 40 - 60 cm Tiefe wurden vor allem nach Anbau von Schwertbohnen festgestellt.<br /> Fazit: Durch Mischanbau wurden die vorhandenen Ressourcen effizienter genutzt und es wurde ein günstigerer Kompromiss im Hinblick auf die konfligierenden Zielgrößen Ertragsmaximierung und Ertragsstabilität erreicht. Die Nutzung gemeinsam angebauter Leguminosen als Gründüngung stellte eine Möglichkeit zur kurzfristigen Verbesserung der N-Versorgung des Mais dar, hatte jedoch eine defizitäre N-Bilanz zur Konsequenz. <br /> Die auf eine ausgeglichene N-Bilanz gerichtete Optimierung des Anbauverfahrens, bei dem Sprossmasse einer gemeinsam mit Mais angebauten Körnerleguminose zu dessen Gründüngung genutzt wird, erscheint auf Basis der vorliegenden Ergebnisse als sinnvoll und vielversprechend.

<strong>Comparison of Organic Cropping Systems for Maize and two Legume Species</strong><br /> Field experiments concerning the intercropping of maize and pulses were carried out under the conditions of Organic Agriculture at EMBRAPA Agrobiology Institute in Seropédica, Rio de Janeiro State, Brazil during the period 1995 to 1998. Maize was planted as a sole crop or intercropped either with cowpea (<i>Vigna unguiculata</i>) or with jackbean (<i>Canavalia ensiformis</i>) by planting two lines of legumes for each line of maize. At the flowering stage of maize the legumes were used as green manure for the maize crop. Three different quantities of green manure were applied (none, one or two lines for each line of maize) respectively, either incorporated to the soil or left as mulch cover. The objective of the experiment was to compare the different cultivation systems with respect to yield parameters (quality and quantity of yields as well as the efficiency of land use) and stability parameters (N-balances and effect on soil organic matter). The experiment was repeated two times, each repetition being referred to as ‘experimental period’.<br /> The average rate of biological N-fixation by the legumes was 76 %. By green manuring between 6 and 32 kg Ndfa * ha^-1 (Ndfa: nitrogen derived from air) were provisioned to the maize culture. The applied nitrogen was mineralised and taken up by the culture quickly. Only 7 days after green manuring a higher N-uptake by maize was measured in the treatments with two rows of legumes per row of maize incorporated into the soil.<br /> The average grain yield of intercropped maize was 2.7 t * ha^-1 and that of maize pure stands 3.3 t * ha^-1. Thus, the results of both, intercropped and pure stand maize, were above the brazilian average of 2.4 t * ha^-1 in 1996. Cowpea as well as jackbean shoot mass significantly increased maize yield after double-row green manuring. <br /> The land use efficiency was measured by means of the Land Equivalent Ratio (LER). A LER-value greater than one means that the land use efficieny of mixed cropping is higher than that of pure stands of the respective crops. In this experiment, land use by mixed cropping of maize and pulses was more efficient (LER between 1.5 and 1.1) than land use by pure stands of the those crops.<br /> N-export through maize and legume grains was not fully offset by double-row green manuring. Positive N-balances were achieved only by treatments with harvest residues of jackbean,. i. e. treatments with grain production of jackbean. The average Ndfa uptake of jackbean at harvest time was 148 kg * ha^-1 (the corresponding Ndfa uptake of cowpea was 19 kg * ha^-1).<br /> During the duration of the experiment soil organic matter of the 0 - 20 cm, 20 - 40 cm and 40 - 60 cm soil layers increased especially in intercropping treatments. Increase of soil organic matter in the 40 - 60 cm soil layer was observed especially after planting jackbean as legume component of the intercrop.<br /> Generally resources were used more efficiently by intercropping treatments. By these treatments a better compromise was reached considering the deviating objectives of yield maximisation and long term yield stability. The utilisation of intercropped pulses as green manure offered the opportunity of a quickly available nitrogen source for the maize culture. At the same time, these treatments caused a deficient N-balance because the utilisation of pulses as green manure alone could not make up for N exports via harvest products. <br /> As a result of these findings, a further optimisation of the procedure aiming at a stable N-balance while at the same time using part of the pulses as green manure in order to provide additional N to the crop seems viable and is promising.