The effect of deep tillage and incorporated organic material on development of different cereal crops

Abstract

Climate change is the most challenging factor for modern agriculture. The risk of heatwaves combined with heavy precipitation events and steady rainfall absence determines agriculture in many regions of the world. One of the key factors to mitigate these problems is a optimum soil performance. By this adapted tillage to improve soil performance and thus, mitigate impacts of climate change is of outstanding importance. The subsoil (soil layer beneath the A-horizon) is a soil layer very rich in nutrients and carbon, and contains water reservoirs which are important during times of drought. However, this soil layer is very often compacted and soil physical properties do not allow plant roots to develop into it. Deep soil loosening (subsoiling) can be highly beneficial to soil physical properties and improve soil structure substantially. Beneath, sustainable fertilizer application is also of outstanding importance. The combination of subsoiling and deep placed organic fertilizer can be a solution to improve soil performance and secure stable cereal crop yield at times of climate change. The objective of this thesis is to test how deep soil loosening, and its combination with deep placed organic fertilizer affects cereal crop development. Subsoiling is undertaken stripwise and yields are monitored in two distances to the melioration. Results show that different working tools affect plant development and organic fertilizers being rich in nitrogen (biocompost) and with a dense C:N ratio are highly valuable to yield development compared to untreated control. Organic fertilizers with wider C:N ratios do not increase yield in the short-term (year 1) while for one material (chopped straw) a trend towards positive effects is recognizable on the longer term (year 2). Results at fallow land demonstrate that yields continuously decrease with distance to the melioration and an optimum strip distance of 1 m creates beneffcial effects for a whole crop area. The combined results of pre-trial and main-trial allow the conclusion that mixing of biocompost and chopped straw can substantially increase cereal crop yields at times of climate change, respectively to weather and soil conditions in the area of 'Rhineland Bonn'.

Der Klimawandel ist einer der Hauptfaktoren, der die moderne Landwirtschaft beeinflusst. Das Risiko andauernder Hitzeperioden kombiniert, mit Starkregenereignissen bei gleichzeitig insgesamt geringen Niederschlägen, bestimmt die Landwirtschaft in weiten Teilen der Welt. Einer der Hauptfaktoren, um diesen Problemen entgegenzuwirken, ist eine optimale Bodennutzung. Angepasste Bodenbearbeitung, die die Bodenstruktur verbessert und somit dem Einfluss des Klimawandels entgegenwirkt, ist von großer Bedeutung. Der Unterboden (die Bodenschicht unterhalb des A-Horizonts) ist reich an Nährstoffen und Kohlenstoff, gleichzeitig verfügt er über tiefliegende Wasserreservoirs, die in Dürreperioden die Wasserversorgung der Nutzpfanze positiv beeinflussen. Häufig kann diese Bodenschicht jedoch nicht von Pfanzenwurzeln erschlossen werden, da sie verdichtet ist. Tiefe Bodenbearbeitung (Unterbodenbearbeitung) kann die Bodenstruktur positiv beeinflussen und nachhaltig verbessern. Des Weiteren steht ein angepasstes Düngemanagement im Fokus der Bodenverbesserung. Eine Kombination aus Unterbodenbearbeitung und tief eingebrachtem organischen Dünger kann ein Weg zur nachhaltigen Bodenverbesserung sein und stabile Erträge in Zeiten des Klimawandels sicherstellen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen einer Unterbodenbearbeitung und deren Kombination mit tief eingebrachtem organischem Düngerauf die Ertragsentwicklung von Getreidepflanzen. Die Unterbodenmelioration wird hierbei streifenweise vorgenommen und die Erträge in Abstand zu dem Meliorationsstreifen bonitiert. Die Ergebnisse zeigen, dass unterschiedliche Lockerungswerkzeuge den Ertrag beeinflussen und organische Dünger, die reich an Stickstoff sind und ein enges C:N Verhältnis haben (Biokompost), den Ertrag positiv beeinflussen. Organische Dünger mit weiten C:N Verhältnissen beeinflussen den Ertrag in einem einjährigen Versuch nicht positiv. Ein Trend hin zu einer positiven Wirkung lässt sich im zweijährigen Versuch in der Variante Strohhäcksel erkennen. Die Ergebnisse des Vorversuchs auf einer Brachefläche zeigen, dass der Ertrag mit zunehmendem Abstand zum Meliorationsstreifen abnimmt und die optimale Distanz für den Streifen, mit der sich Flächendeckend positive Ergebnisse erzielen lassen, bei 1 m liegt. Die Ergebnisse aus Vorversuch und Hauptversuch lassen darauf schlieÿen, dass eine Mischung von Biokompost und Stroh ein Substrat für den Unterboden ergibt mit dem dieser sich nachhaltig verbessern lässt, in der Region 'Rheinland Bonn'.