Optimisation of nitrogen management after harvest of the main crop by growing turnips [<i>Brassica rapa </i>L. ssp. <i>rapifera</i> (Metzg.) Sinsk.] as a catch crop and field vegetable

Abstract

The objective of the present study was to investigate whether the short growing season after the harvest of potatoes (PO) and faba beans (FB) enables to grow a marketable crop that can at the same time reduce soil nitrate concentration. For that reason turnips (<i>Brassica rapa</i> L. ssp. <i>rapifera</i> (Metzg.) Sinsk.) grown as field vegetables were investigated in order to determine their nitrogen sink capacity, nitrogen export with marketable roots and precrop effect on following wheat crop. A 2-years field experiment (1999-2001) was conducted on brown alluvial loamy-silty to sandy-silty soils of the organically managed experimental farm Wiesengut near Bonn, Germany (7 17' E, 50 48' N). The experimental design was a Latin Square with four replications. Single plot size was 6 x 12 m. The amount of soil nitrate after harvest of PO and FB reached up to 120 and 88 kg NO₃--N ha^-1 in the upper 90 cm soil depth, respectively. Turnips cv. 'Market Express F1' (Me), 'Petrowski' (Pe) and reference crop white mustard cv. 'Zlata' (Wm), were sown immediately after harvesting the main crops. Bare fallow (F) was used as a control. In both years after PO and FB, 100 days after sowing, Me, Pe and Wm took up 57 - 101, 60 - 120 and 73 - 207 kg N ha^-1 respectively, thus reducing soil nitrate content up to 105 kg NO₃--N ha^-1 compared with F. DM yield of turnip roots (1.13 - 1.66 t ha^-1) represented 40 to 65 % of total DM yield, containing between 32 and 60 % (34 - 53 kg N ha^-1) of all accumulated nitrogen. Catch crops decreased grain yield of following winter wheat between 6 - 17 % compared to F and the total N uptake of winter wheat grown after catch crops was reduced up to 29 kg N ha^-1. However decrease in total DM yield of wheat and corresponding N uptake were not influenced by N export of 34 - 53 kg N ha^-1 from the field with turnip roots in autumn. When catch crops were left on the field during the winter and incorporated in spring at seed bed preparation an increase in spring wheat grain yield between 2 - 29 % and increase in total N uptake of 39.6 kg ha^-1 compared to bare fallow were recorded. Export of nitrogen with roots of turnip Pe in spring ranging between 22 and 60 kg N ha^-1 decreased DM grain yield of spring wheat by 1 - 17 % and reduced its total N uptake up to 26 kg ha^-1. Generally, the positive precrop effect of catch crops on spring wheat was in the following order Wm > Me > Pe. Catch crops significantly influenced mineralization-immobilisation processes in the soil. Thus in autumn up to 135 kg ha^-1 more nitrogen was determined in the plant - soil system when brassica catch crops were grown compared to bare soil. These results demonstrate that in a short growing period, after harvest of PO and FB, turnips can successfully be grown as field vegetables and as catch crops. Turnips produce a notable amount of marketable roots and are able to significantly reduce the soil nitrate content.

<strong>Optimierung des Stickstoffmanagements nach der Ernte der Hauptfrucht durch Stoppelrüben [<i>Brassica rapa</i> L. ssp. <i>rapifera</i> (Metzg.) Sinsk.] als Zwischenfrucht und Feldgemüse</strong><br /> Mit der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob in der kurzen Vegetationszeit nach der Ernte von Kartoffeln (PO) und Ackerbohnen (FB) eine marktfähige Nachfrucht produziert und gleichzeitig die Bodennitratgehalte reduziert werden können. Dazu wurden Stoppelrüben (<i>Brassica rapa</i> L. ssp. <i>rapifera</i> (Metzg.) Sinsk.) als Feldgemüse angebaut und die Stickstoff-Aufnahmekapazität, der Stickstoff-Export über die marktfähigen Rüben und die Vorfruchteffekte zu Weizen in einem zweijährigen Feldexperiment (1999-2001) auf lehmig-schluffigen bis sandig-schluffigen Auensedimenten auf der organisch bewirtschafteten Lehr- und Forschungsstation Wiesengut in der Nähe von Bonn, Deutschland (7 17' E, 50 48' N) untersucht. Die Versuchsparzellen in der Größe von 6 x 12 m wurden als lateinisches Quadrat mit vier Wiederholungen angelegt. Der Nitratgehalt im Boden erreichte nach der Ernte in 0 - 90 cm Bodentiefe nach PO bis zu 120 kg NO₃--N ha^-1 und nach FB bis zu 88 kg NO₃--N ha^-1. Als Vergleich wurden Stoppelrüben der Sorten 'Market Express F1' (Me), 'Petrowski' (Pe) und Weisser Senf der Sorte 'Zlata' (Wm) unmittelbar nach der Ernte der Hauptfrüchte gesät. Schwarzbrache (F) diente als Kontrollvariante. In beiden Jahren wurden nach PO und FB in den ersten 100 Tagen nach der Saat durch Me 57 - 101 kg N ha^-1, durch Pe 60 - 120 kg N ha^-1 und durch Wm 73 - 207 kg N ha^-1 aufgenommen, wodurch die Bodennitratgehalte auf 105 kg NO₃--N ha^-1 im Vergleich zu F reduziert wurden. Die Trockenmassenerträge der Stoppelrübenwurzeln (1,13 – 1,66 t ha^-1) repräsentierten 40 bis 65 % der gesamten Trockenmasse und enthielten 32 - 60 % (34 - 53 kg N ha^-1) des gesamten aufgenommenen Stickstoffs. Die Zwischenfrüchte reduzierten die Kornerträge des nachfolgenden Winterweizens zwischen 6 - 17 % verglichen mit F. Die N-Aufnahme von Winterweizen wurde nach den Zwischenfrüchten bis zu 29 kg N ha^-1 reduziert. Allerdings war die Reduktion des Trockenmassenertrages und der entsprechenden N-Aufnahme nicht durch den N-Export durch die Rüben im Herbst (34 - 53 kg N ha^-1) beeinflusst. Verblieben die Zwischenfrüchte über Winter auf den Parzellen und wurden im Frühjahr bei der Saatbeetbereitung eingearbeitet, wurde eine Erhöhung der Sommerweizenerträge zwischen 2 - 29 % und ein Anstieg der Gesamtstickstoffaufnahme bis zu 40 kg ha^-1 verglichen mit der Schwarzbrache festgestellt. Der Stickstoffexport im Frühjahr durch Rüben der Sorte Pe (22 - 60 kg N ha^-1) reduzierte den Ertrag von Sommerweizen zwischen 1 - 17 % und die gesamte N-Aufnahme bis zu 26 kg ha^-1. Generell nahm der positive Vorfruchteffekt der Zwischenfrüchte zu Sommerweizen in der Reihenfolge Wm > Me > Pe ab. Die Zwischenfrüchte zeigten signifikante Einflüsse auf Mineralisations- und Immobilisierungsprozesse im Boden. Dementsprechend war nach Brassiceen-Zwischenfrüchten im Vergleich zur Schwarzbrache im Herbst bis zu 135 kg ha^-1 mehr N im System Pflanze-Boden. Somit können Stoppelrüben in der kurzen Wachstumsperiode nach der Ernte von PO und FB erfolgreich als Feldgemüse und Zwischenfrüchte angebaut werden. Dabei wird eine bemerkenswerte Menge an markfähigen Rüben produziert und gleichzeitig der Bodennitratgehalt im Vergleich zur Schwarzbrache signifikant reduziert.