Effect of weather variables on biomass production and N uptake of catch crops, and their influence on soil water and Nmin content in Northern Germany

Abstract

Der Anbau von nicht winterharten Zwischenfrüchten mit Resistenz gegenüber dem Rübenzystennematoden erfolgt bundesweit auf etwa der Hälfte der nächstjährigen Zuckerrübenfelder. Die vorliegende Studie zielte darauf ab, (i) den Einfluss der Witterungsbedingungen im Zeitraum des Zwischenfruchtanbaus auf das Wachstum von Weißem Senf (Sinapis alba) und einer Artenmischung aus 7 legumen und nicht-legumen Pflanzenarten zu analysieren. Darüber hinaus sollte die Wirkung dieser Zwischenfrüchte auf (ii) die Wasserverfügbarkeit für die Folgefrucht Zuckerrübe und (iii) das N-Auswaschungsrisiko über Winter im Vergleich zu einer Variante Strohmulch unter den Boden-, Klima- und Anbaubedingungen Norddeutschlands erfasst werden. Dazu wurden Feldversuche in 15 Umwelten durchgeführt (2012/13–2014/15, 5 Standorte pro Jahr).In einer Korrelationsanalyse erwiesen sich die mittlere tägliche Niederschlagsmenge nach Aussaat der Zwischen­frucht bis Ende September und die Lufttemperatur um die Monatsmitte des Septembers als maßgebliche Einflussgrößen auf die oberirdische Biomassebildung der Zwischenfrüchte bis Anfang November. Diese beiden Para­meter erklärten bis zu 70% der Varianz der Zwischenfrucht-Biomasse. Parameter, die den Aussaattermin bzw. die Länge der Vegetationszeit der Zwischenfrüchte unmittelbar beinhalteten, fanden keinen Eingang in die abgeleitete multiple Regression. Im Mittel senkte der Zwischenfruchtanbau den Bodenwassergehalt vor und nach Winter nicht gegenüber Strohmulch, wenngleich er vor Winter in 7 Umwelten nach Strohmulch signifikant höher lag als nach Zwischenfrucht. Nach Winter traten in keiner Umwelt mehr Unterschiede auf. Somit war der Boden­vorrat von Wasser für die nachfolgenden Zuckerrüben durch den Anbau von im Spätherbst gemulchten Zwischenfrüchten gegenüber Strohmulch nicht verringert.Sowohl der Senf als auch die Artenmischung senkten den Boden-Nmin-Gehalt vor Winter deutlich ab. Damit ist zunächst von einem geringeren Risiko der Nitratauswaschung während der Wintermonate auszugehen. Dennoch kann bei einem frühen Häckseltermin sowie milder und nasser Winterwitterung eine N-Mineralisation stattfinden, die das Auswaschungsrisiko erheblich steigert.In eine Gesamtbewertung des Zwischenfruchtanbaus in derzeit praxisüblicher Form müssen weitere Aspekte wie Nematodenkontrolle, Lachgasfreisetzung, Humusgehalt, Bodenstruktur, Erosionsschutz und Biodiversität einbezogen werden.The cultivation of non-frost tolerant catch crops with resistance against the beet cyst nematode is performed on almost 50% of the German sugar beet fields. Our study aimed to elucidate (i) the effect of weather variables during the growth period of catch crops on the biomass production of white mustard (Sinapis alba) and a species mixture including 7 legume and non-legume plant species. In addition, the influence of such catch crops on (ii) the amount of plant available soil water for subsequent sugar beet, and (iii) the risk of nitrate leaching over winter compared to a reference without catch crop (straw mulch) under the soil, climatic and management condition of Northern Germany was investigated. Field experiments were conducted in 15 environments (2012/13–2014/15, 5 sites per year).Correlation analysis revealed the mean daily rainfall after catch crop sowing until the end of September and the air temperature around mid-September as the main factors determining catch crop biomass production until beginning of November. The combination of both parame­ters explained up to 70% of the variation of the catch crop biomass. Parameters including the sowing date or the length of the growing season were not maintained in the multiple regression that was developed. Across all envi­ronments catch crop cultivation did not decrease the soil water content before and after winter compared to straw mulch, even if before winter it was significantly lower after straw mulch in 7 out of the 15 environments included. After winter such differences had completely disappeared. Thus, water consumption of catch crops mulched in late autumn did not shorten soil water supply for subsequent sugar beet crops.Both, cultivation of white mustard and species mixture substantially decreased the soil mineral nitrogen content before winter, which may indicate a lower risk of N leaching over winter. Nevertheless, when mulched in late autumn followed by mild temperatures and high rainfall over winter, N mineralization from catch crop residues may substantially increase the risk of N leaching.A comprehensive evaluation of the current practice of catch crop cultivation requires to take into account further aspects such as beet cyst nematode control, N2O emission, humus content, soil structure, erosion control and biodiversity

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