A Thesis
for applying for the degree of Doctor of Philosophy
in AgricultureThe aim of the current study was to investigate based on a five-year crop rotation experiment (field pea, potato, barley under-sown with red clover, red clover, and winter wheat) situated in Tartu, Estonia, the impact of cover crops (oilseed-rape, rye and perennial ryegrass), alone or with cattle manure (40 t ha-1), in organic farming and mineral fertilizers (up to N150P25K95) effect in conventional farming in soil chemical (pHKCl, SOC, Ntot, available P, K, Mg and Ca) and physical properties (bulk density, porosity, water permeability and penetration resistance) since 2008 till 2014. In addition in 2013–2014 the effect of cover crop on soil aggregate stability, earthworm population and microbial activity (FDA) was also tested in organic farming. After the first rotation, the organic systems counted with the highest C input as a result of the incorporation of the main crop residues, plus the ploughing of cover crops and the yearly addition of cattle manure, resulting a positive effect on SOC and N, increasing SOC by 1.47% since experiment started. However, the larger number of tillage operations carried out in these systems counterbalanced the positive effect of cover crops and manure on the soil physical properties in the organic systems which presented the highest bulk density (1.47 Mg m-3 and 1.48 Mg m-3, respectively) and the lowest percentage of air filled pores (14.6% and 14.1% respectively) compared with the conventional fertilized systems with lower bulk density (1.39 Mg m-3), higher percentage of air filled pores (19.1%) and plant available water (22.8%). During the second period, the sum of different factors such as intensive tillage and the decrease in Mg, affected the percentage of soil stable aggregates in the organic systems with cover crops and cattle manure, decreasing it by 1.6% and 9.5% respectively. Contrary, these systems presented higher number of earthworms and the highest enzymatic activity with FDA average values of 59.7 μg and 58.4 μg fluorescein g dry soil-1 h-1, respectively, compared to the control treatment. In summary, the use of cover crops alone or with cattle manure cannot be considered sufficient for maintaining a constant concentration of nutrients and good soil physical conditions in the soil after seven years of rotation under intensive tillage and further research is needed under lower tillage intensity.Käesoleva doktoritöö eesmärgiks oli uurida viieväljalises külvikorras (hernes, kartul, oder punase ristiku allakülviga, punane ristik, talinisu) maheviljeluse tingimustes vahekultuuride (raps, raihein, rukis) ja sõnniku (40 t ha-1) ning tavaviljeluse tingimustes mineraalväetiste mõju mulla keemilistele (pHKCl, SOC, Ntot, liikuvate P, K, Ca ja Mg) ja füüsikalistele (lasuvustihedus, poorsus, veeläbilaskvus ning penetromeetriline takistus) omadustele aastatel 2008 kuni 2014. Lisaks uuriti aastatel 2013–2014 maheviljeluses vahekultuuride mõju mullaagregaatide stabiilsusele, vihmaussikooslusele ning mulla mikrobiaalsele aktiivsusele. Suurim aastane orgaanilise süsiniku (Corg) juurdetulek mulda leiti maheviljeluslike süsteemide puhul (1,47% võrra), kus põhikultuuride põhule ja juurtele lisandus vahekultuuridest ja sõnnikust tulev orgaaniline aine. Intensiivne harimine, mis kaasnes umbrohtude hävitamise ja vahekultuuride külviga maheviljeluses, vähendas vahekultuuride ja sõnniku positiivset mõju mulla lasuvustihedusele ja poorsusele terve katseperioodi jooksul, põhjustades lasuvustiheduse tõusu (vastavalt 1.47 Mg m-3 ja 1.48 Mg m-3-le) ja aeratsioonipoorsuse vähenemise (vastavalt 14.6%-le ja 14.1%le), võrreldes mineraalväetiste kasutamisega tavaviljeluses (tihedus 1,39 Mg m-3, aeratsioonipoorsus 19,1%). Nii intensiivne harimine kui ka mulla magneesiumisisalduse vähenemine võisid olla põhjusteks, miks vahekultuurid ja sõnnik ei suurendanud, vaid hoopis vähendasid (vastavalt 1,6% ja 9,5%) mulla struktuuriagregaatide stabiilsust. Vaatamata sellele suurendas vahekultuuride ja sõnniku kasutamine mulla mikrobiaalset aktiivsust ja vihmausside arvukust, võrreldes väetamata mullaga. Kokkuvõtteks ei saa pidada aga ainult vahekultuuride kasutamist või nende kasutamist kombinatsioonis sõnnikuga piisavaks mulla toitainete tasakaalu ja füüsikaliste omaduste säilitamiseks pärast 7 aastat intensiivse harimise juures ning edasised katsed väiksema harimisintensiivsuse juures on vajalikud.This research was supported by European Social Fund’s Doctoral Studies and
Internationalization Programme DoRa. Publication of this thesis was supported
by the Estonian University of Life Sciences
