Evaluation of the NDICEA model

Within the N-Toolbox project the NDICEA nitrogen model, one of the key tools in the virtual Toolbox, has been improved and tested in England, Denmark and Spain. The model performance was evaluated on datasets from these three countries by means of visual observation, RMSE and RSR from the soil nitrogen dynamics. In England the scenarios with organic fertilizer performed better than those with artificial fertilizer, leading to the suggestion that the calculated nitrogen release out of fertilizer could be improved. Timing of the soil sampling on soil inorganic nitrogen is important to realize a good model evaluation; two samples only, before sowing and after harvest, is not enough. When soil mineral nitrogen samples were taken during crop growth, model calculation and measured values showed sometimes big differences. It is suggested to improve the plant nitrogen uptake sub-model. In the Danish dataset the soil mineral N of the topsoil was well described, but that of the subsoil was not. This might be caused by the depth of the subsoil, which was up to 2.5 meters. The model performance could be improved by introducing a multi-layer soil sub-model instead of the actual two-layer soil sub-model. Spain, with its different climatic and soil conditions, needed an adaptation of the evapotranspiration calculation and a calibration of the scenarios to reach an acceptable model performance. If more Spanish datasets were studied, the NDICEA model could be enriched with standard Spanish soils and evapotranspiration data. For the improvement of the model, equations from the EU-ROTATE_N model are used to describe root growth and nitrogen uptake in more detail

Minder en Anders Bemesten. Onderzoeksresultaten tuinbouw op zand. Van Lierop 2008-2010

In het kader van een heroriëntatie op bemesting in de biologische tuinbouw op zandgrond is een veldproef aangelegd op het bedrijf van Jan van Lierop in Mierlo, Noord-Brabant. Gezien de nieuwe regels op het gebied van de mestwetgeving werd gezocht naar manieren om de mineralen aanvoer te verlagen zonder de opbrengst te verlagen. In 2008, 2009 en 2010 is volgens vijf verschillende varianten bemest. Vinasse 48 kg N , Vinasse 95 kg N en Luzerne 95 kg N zijn gewasgerichte bemestingsvarianten, en 46 ton GFT compost + vinasse 95 kg N heeft een sterke bodemgerichte component. Daarnaast was er een controle zonder bemesting. In alle drie de jaren was er een reactie van het gewas wat betreft opbrengst (venkel in 2008, prei in 2010) of productkwaliteit (andijvie in 2009) op de voor het gewas beschikbaar gekomen hoeveelheid stikstof. De controle variant deed het in het eerste jaar nog helemaal niet zo slecht maar blijft in de volgende jaren in toenemende mate achter bij de wel bemeste varianten. In drie jaar lijkt er een positief effect zichtbaar van de compost op structuur en beworteling. Geen van de onderzochte varianten kan rechtstreeks gebruikt worden als alternatieve strategie voor het huidige bemestingsregime. Ze zijn té eenzijdig gericht zijn op gewas (vinasse, luzerne) óf zetten te zwaar in op bodemverzorging (Compost + vinasse). De mineralenbalansen vertonen in alle gevallen tekorten of zware overschotten (compost + vinasse). Een combinatie van beide strategieën ligt voor de hand: zonder verzorging van de bodemvruchtbaarheid gaat de opbrengst achteruit, en gewasgerichte (stikstof)bemesting geeft een direct positief resultaat. Daarnaast behoeft het aandacht om de aanwezige stikstof in najaar en winter in het bedrijf te behouden door vanggewassen en zou ook nog winst behaald kunnen worden door eigen stikstofvoorziening in te bouwen. Deze laatste strategieën vragen om aanpassingen in bouwplan en vruchtwisseling die minder of meer extensivering inhouden

Toepassing van maaimeststoffen: Van Strien 2011.

Één van de innovaties uit het project Minder en Anders Bemesten (2007 - 2010) is het gebruik van luzerne en grasklaver direct als meststof, de zogenaamde maaimeststof. Aangetoond is dat de werkzaamheid van de stikstof uit maaimeststoffen goed en goed voorspelbaar is. De toepassing op bedrijfsschaal is een volgende stap. In het vervolgonderzoek, waarvan dit het eerste tussentijdse verslag is, wordt op perceelschaal de toepassing van maaimeststoffen verder onderzocht en ontwikkeld. In een veldproef met sjalot bleek het vrijkomen van stikstof uit grasklaver maaimeststof goed overeen te komen met de verwachtingen uit voorgaand onderzoek op basis van NDICEA. Door de lage stikstofbehoefte van sjalot en het ruime aanbod van stikstof was er in alle behandelingen ruim voldoende stikstof beschikbaar. De standaard bemesting gaf een iets hogere opbrengst en er waren verschillen in stikstofinhoud, droge stof gehalte en bladmassa. Het experiment met maaimeststoffen in pompoen is voortijdig afgebroken wegens te grote opkomstongelijkheid. In een ander perceel met pompoen, zonder experimentele bemestingsvarianten, bleek NDICEA redelijk in staat de stikstofdynamiek te beschrijven. In een eenvoudig experiment met maaimeststof in rode kool leverde bemesting met maaimeststof luzerne een lagere opbrengst op dan bemesting met vinasse. Er was met maaimeststof echter ook maar de helft van de stikstof gegeven ten opzichte van vinasse. Er waren kleine verschillen in stikstofopname en drogestofgehaltes van product en gewasrest

PlantyOrganic: bedrijfsontwerp

Vanwege aanscherpingen in de mestwetgeving en de biologische regelgeving is er grote behoefte om de interne mineralenhuishouding van biologische akkerbouwbedrijven verregaand te optimaliseren. In het project PlantyOrganic, een initiatief van Biowad en uitgevoerd op SPNA locatie Kollumerwaard, wordt een uitdagend bedrijfssysteem ontwikkeld en beproefd: 100% eigen stikstofvoorziening zonder aanvoer van mineralen van buiten het bedrijf. In dit rapport wordt het ontwerp van vruchtwisseling en bemesting gepresenteerd en besproken en wordt de uitgangssituatie van dit in het voorjaar van 2012 gestarte experiment gedocumenteerd

Verkenningen organische stof: Proefbedrijf Vredepeel

Binnen het project "Bodemkwaliteit op Zand" heeft het Louis Bolk Instituut verkenningen uitgevoerd naar de effecten van een jaarlijkse compostgift op de bodemkwaliteit: organische stof gehalte, beschikbaarheid van stikstof voor de gewassen en verliezen van stikstof. Daarvoor is gebruik gemaakt van het stikstofmodel NDICEA. NDICEA berekent op basis van gegevens over bodem, gewassen, bemesting en weergegevens hoe de organische stof dynamiek verloopt en hoe ten gevolge daarvan stikstof in de bodem vrijgemaakt, vastgelegd en door gewassen opgenomen wordt. In het project, uitgevoerd op de PPO-locatie Vredepeel worden drie teeltsystemen met elkaar vergeleken: een biologisch systeem en twee geïntegreerde systemen, waarvan een met een normale aanvoer van organische stof en een met een lage aanvoer van organische stof omdat geen organische mest wordt aangevoerd. Voor ieder van de teeltsystemen zijn scenario's gemaakt van een complete vruchtwisseling, met en zonder toediening van extra compost. Deze scenario's zijn doorgerekend en nagegaan is wat de effecten zijn op de bodem-organische stof, stikstofmineralisatie en uitspoeling na 6 jaar (één rotatie) en na 30 jaar (5 rotaties). In het geïntegreerde systeem met lage organische stof toevoer neemt in de loop der tijd het organische stof gehalte in de bodem af. Door een jaarlijkse gift van 10 ton GFT compost per hectare kan het organische stof gehalte licht toenemen. De hogere aanvoer in het tweede geïntegreerde systeem (door toepassing van dierlijke mest) is voldoende om ook op de lange termijn het organische stof gehalte op peil te houden, en met een jaarlijkse compostgift stijgt het organische stof gehalte. In het biologische systeem stijgt het organische stof gehalte zowel zonder als met jaarlijkse compostgift, met name door een nog hogere organische stof aanvoer uit (dierlijke) mest. In alle drie de systemen is na 30 jaar met een jaarlijkse toediening van 10 ton GFT compost per hectare het organische stof gehalte in de bodem ca. 0,65 % hoger dan in hetzelfde systeem zonder toepassing van compost. In de 6e rotatie mineraliseert er in de systemen met compost ruim 50 kg N/ha/jaar meer dan in de systemen zonder compost. Daardoor kan 45- 50 kg N per hectare bespaard worden op de bemesting. Een belangrijke voorwaarde is wel dat er zo veel mogelijk vanggewassen geteeld worden om uitspoeling zo veel mogelijk te beperken. De uitspoeling is het grootst in het geïntegreerde bedrijfssysteem met lage organische stof aanvoer en het laagst in het biologische systeem. Met toediening van compost stijgt de uitspoeling met ca 30 kg N/ha/jaar. Als vervolgens de bemesting wordt verlaagd neemt de uitspoeling weer af

Decomposition rate of organic fertilizers: effect on yield, nitrogen availability and nitrogen stock in the soil

The nitrogen of organic fertilizers does not fully mineralize within a season, and hence will partly become available in later years. This effect is taken into account for the first year but generally not in later fertilizer applications. If it would be taken into account, fertilizer use could be more efficient. This study is an analysis of a 13-year field trial where crop yield was measured in 13 fertilizer treatments which differ in total N applied and decomposition rate. This is complemented with a model study in which mineralization and soil nitrogen content were calculated. We intended to show step by step that the use of fertilizers with a low decomposition rate, relative to fertilizers with a high decomposition rate, lead in the course of years to an increase in soil organic nitrogen, an increased nitrogen mineralization and availability and that this results in increased yields. Some of the results in these four steps in our work give support to this, but there are more factors at play. We show that when using, for example, deep stable manure, after some years the available nitrogen may for 50% or more be derived from manure applied in former years. This makes clear that, at least in agricultural systems that use a substantial amount of organic fertilizers, it is worthwhile taking this delayed mineralization into account

PlantyOrganic: Voortgang 2012

2012 was het eerste jaar waarin de systeemontwikkeling "PlantyOrganic" in praktijk is gebracht. Op de zes percelen zijn de gewassen geteeld die voorzien waren en zijn metingen verricht aan bodem en gewas. De gebruikte meststoffen waren slechts gedeeltelijk volgens het ontwerp omdat er nog geen voorraad aan maaimeststoffen was opgebouwd. De bodemstikstof is getoetst met metingen die in het stikstofmodel NDICEA zijn ingevoerd. De match tussen metingen en berekeningen is voldoende tot goed, met een enkele uitzondering. De gewassen zijn succesvol geteeld, met in opbrengst peen als uitschieter naar boven en zomertarwe als uitschieter naar beneden. Stikstof lijkt alleen in de bloemkool niet voldoende voorhanden te zijn geweest hoewel ook hier de opbrengst niet tegenviel. Naast de officiële startbijeenkomst van het project met meer dan 40 deelnemers zijn er vele momenten geweest waar het project onder de aandacht van boeren, beleidsmakers en algemeen publiek is gebracht

Planty Organic 5 year: evaluation of soil fertility, nitrogen dynamics and production.

In the Planty Organic experimental field, located at the SPNA location ‘Kollumerwaard’, an organic arable farming system is developed based on three principles: • Nitrogen input fully based on leguminous crops • Use of farm-produced cut-and-carry fertilizers • Reduced tillage; no ploughing. The results of this research will be available for improvements in both organic and conventional arable farming. The experimental site consists of six plots, 0,8 hectare each. There is a six-year rotation, which means that each crop is present each year in a different plot.. The project started in 2011. Since 2012 year-reports have been published. For this evaluation of the system results the start-up year has been left out and the data of 2012 – 2016 are used for analysis. It has been shown that it is possible to fulfil the three principles. Nitrogen deliverance to the crops has been realized by means of cut-and-carry fertilizers, green manures and crop residues. Yield level was at an acceptable level and the weed pressure was controllable. Five years without adding minerals did not result in a decrease in mineral content of soil and crops. The organic matter content of the soil has been measured each year. The measurements’ error is too big to enable reliable statements on changes. Five years of data show a trend towards a small increase of 0.03 % per year. This is remarkable for a system without external organic matter input. Data from the six plots have been used in the Ndicea nitrogen and organic matter model. The differences between measured and simulated levels of soil mineral N are relatively small. The model seems to give a reliable description of the systems’ nitrogen dynamics. The simulated organic matter dynamics of the six plots indicate a stable situation. As is the case with the measurements, there is uncertainty in the modelling. Nitrogen leaching as simulated in Ndicea is very limited. This can be explained by the, in average, very low levels of soil mineral nitrogen, and by the relatively high rate of crop cover during the years by cut-and-carry fertilizers grass/clover and alfalfa/clover and by green manures. The modelling enables a detailed view into the internal nutrient dynamics. This shows that, related to the output in products, a large amount of nitrogen and phosphorus (and other nutrients) is circulating by means of root- and crop residues, green manures and cut-and-carry fertilizers. This high rate of circulation might be an essential factor in system stability and productivity. Nitrogen mineralisation coming from different sources of organic matter is more and more involved when nitrogen fertilization recommendations are made. In case of phosphorus this has never been explored up to now. The Planty Organic experiment offers an opportunity to study the importance of the internal phosphorus circulation related to phosphorus availability for crop growth. Due to absence of input (except for nitrogen: leguminous crops) there is a negative mineral balance for all nutrients, which in the end is not sustainable. Mining of phosphorus (and other nutrients) is not sustainable either. As compensation for the loss of nutrients by selling produce, a limited input of compost could be considered, with phosphorus equilibrium as target. On the other hand, for an interesting contrast with other systems and the study of internal phosphorus dynamics, a zero input strategy might be continued for some years. Besides the produce, the Planty Organic system delivers services without being paid for: very low nitrogen leaching, no ammonium emission, very low methane and nitrous oxide emissions, preservation or increase of soil fertility, no emissions of crop protection residues to water or air, a high above-ground biodiversity, probably a high soil biodiversity, probably limited carbon dioxide storage, no manure transport, no animal welfare violence

Bewertung von Bodenfruchtbarkeit, Stickstoffhaushalt und Ertrag.

Dieser Bericht ist die Übersetzung der Publikation "Planty Organic 5 jaar: evaluatie van bodem-vruchtbaarheid, stikstofhuishouding en productie", die um ein kurzes Kapitel über die nach der Veröffentlichung gewonnenen Ergebnisse der Jahre 2017 und 2018 ergänzt wurde. Vom ursprünglichen Bericht lag bereits eine englische Fassung vor. Der Jahresbericht 2017 wurde in niederländischer Sprache publiziert; der Jahresbericht 2018 ("Planty Organic – voortgang 2018") ist, ebenfalls als niederländische Datei, auf www.louisbolk.nl zu finden. Der ursprüngliche Bericht wurde vollständig und unverändert übersetzt. Zusätzlich wurde ein Schlusskapitel angehängt, Kapitel 8, in dem der Frage nachgegangen wird, ob sich die in der Bewertung der Jahre 2012 – 2016 angedeuteten Entwicklungstendenzen bezüglich Boden und Pflanzen in den Jahren 2017 und 2018 fortgesetzt haben

Lucerne (Medicago sativa) or grass-clover as cut-and-carry fertilizers in organic agriculture

On-farm nitrogen fixation is a driving force in organic agriculture. The efficiency with which this nitrogen is used can be increased by using lucerne (Medicago sativa) or grass-clover directly as sources of fertilizer on arable land: cut-and-carry fertilizers. In two arable crops, the use of lucerne and grass-clover as fertilizers was compared with the use of poultry manure and slurry. The nitrogen-use efficiency at crop level was comparable or better for the cut-andcarry fertilizers as compared to the animal manures. The relative P and K content of these fertilizers came closer to the crop demand than that of the poultry manure. Crop yields were comparable or better when using lucerne or grass-clover as fertilizer. It is concluded that cutand-carry fertilizers are a serious alternative for manure as part of an overall farm soil fertility strategy