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Doctoral Thesis
2018
Rahmenbedingungen für eine vereinfachte „gabenreduzierte“ N-Düngung zu Winterweizen (Triticum aestivum L.)
Rahmenbedingungen für eine vereinfachte „gabenreduzierte“ N-Düngung zu Winterweizen (Triticum aestivum L.)
Abstract (English)
The split N-fertilization with CAN in three or four doses was considered a measure to improve the nitrogen supply of winter wheat in the past and still is considered a guarantor for good yield and quality. The split N-fertilization with CAN is also recommended to synchronize and harmonize N-demand of the plants as well as soil N-content.
The aim of the current study was to analyze simplified (reduced number of N-servings) CAN strategies to winter wheat and the necessity of split nitrogen servings in order to achieve yield and quality aims. This interest was occasioned by impressive results of experiments on farmers’ fields using simplified N- strategies with CAN.
Simplified CAN fertilization strategies are able to produce high grain yield and protein contents with winter wheat when the N-supply is ensured. Therefore, the common split N-servings with CAN are not necessary. Simplified strategies with UAN seem to be possible, but this requires further research on application techniques to reduce NH3 losses. Simplified CAN fertilization strategies were tested based on modern wheat varieties and the high plasticity in the development of the yield compounds. Modern wheat varieties show low harvest-indices which is important to reduce the risk of lodging. Furthermore, these varieties are able to overcome omitted N-servings through remobilization of N in the plants. Suboptimal conditions during the development within one important growing stage can be compensated during later growing stages when the growing conditions are better. These properties in combination with a late first application (BBCH 29/31) of N turned out to be the “gold standard” in our experiments. Reduction processes during the tillering (BBCH 25/27) period when N is applied confirm these findings. In addition, the application date for the heading stages (BBCH 49/51) when temperatures are high and conditions very dry have to be considered.
Simplified N-fertilization systems can also be applied on Luvisols if the soils are not long-term fertilized by liquid manure. The positive soil characteristics of these soils and the high soil-borne fertility support the approach with simplified CAN strategies. In this situation, N-leaching into deeper soil layers is not likely as high precipitation rates in a short time would be necessary to cause this. In fact, a long term liquid manure application with high rates is not necessary when simplified CAN treatments are applied. Moreover, high N amounts in soils caused by long term liquid manure applications are a risk for N-losses and environmental pollution.
Notwithstanding the above, organic fertilizers like liquid manure show positive effects on the soil chemistry and the physical properties of the soil. It is important to apply a system to better include the N fertilization effect of liquid manure during the vegetation period.
Additionally, simplified CAN fertilization reduces the work effort on the farms. Currently, especially for livestock farms, which rely on N-fertilization, simplified CAN treatments are a good alternative to the common practice.
Whereupon on shallow or sandy soils the approach with simplified CAN treatments should be restricted since these soils mostly show low water holding capacities and high percolate water rates. Under suboptimal growing conditions with high precipitation rates simplified CAN treatments can be a risk for the environment and the groundwater. Apart from that, the volatile weather conditions are the most important factor for yield and quality outcome. Mild conditions during the early winter lead to prolonged growing of the plants. In spring the number of tillers per m-2 is already determinated. Therefore, a combination of N doses at the beginning of the growing season in order to promote the number of tillers doesn´t yield the aimed results.
The properties of modern wheat cultivars, tested soils, weather conditions and constraints of simplified CAN treatments show the complexity of N fertilization of winter wheat. Standard measures like the common split CAN fertilization are neither wrong nor ideal to create high yield and protein contents with a minimum of input. The most important items for a successful wheat production are high knowledge and attention levels for the plants and growing conditions. Combining the fertilizer requirement calculation and the knowledge on the field yield potential, the yield and quality of winter wheat can be optimized with a minimum of input.
Abstract (German)
Die in bis zu vier Teilgaben aufgeteilte N-Düngung mit KAS (Kalkammonsalpeter) zu Winterweizen steht für eine optimale N-Versorgung. Das Ziel dieser liegt darin den N-Bedarf der Pflanzen mit dem Gehalt an N im Boden zu synchronisieren.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, gabenreduzierte N-Düngeverfahren mit KAS hinsichtlich dem Erreichen von Ertrags- und Qualitätszielen zu untersuchen sowie die Notwendigkeit geteilter N-Gaben zu überprüfen.
Anlass dazu gaben Praxisversuche mit modernen Winterweizensorten, die bereits ein Funktionieren von gabenreduzierten N-Düngeverfahren zeigten.
Anhand dieser Ergebnisse wurden zudem die Grenzen sowie mögliche Risiken von gabenreduzierten N-Düngeverfahren abgeleitet. Gabenreduzierte N-Düngeverfahren mit KAS eignen sich zum Erreichen von Ertrags- und Qualitätszielen im Winterweizenanbau. Eine geteilte N-Düngung, wie diese weit verbreitet noch praktiziert wird, ist demnach, bei ausreichendem N-Niveau, nicht notwendig. Auch eignen sich gabenreduzierte N-Düngeverfahren mit Ammonium-Nitrat-Harnstoff-Lösung (AHL), jedoch bedarf es hier weiterer Untersuchungen hinsichtlich der optimalen Ausbringungstechnik. Als ein maßgeblicher Grund für das Gelingen gabenreduzierter N-Düngeverfahren mit KAS wurden die Eigenschaften moderner Winterweizensorten angesehen. Moderne Winterweizensorten verfügen über geringe Harvest-Indizes, was zu einem geringeren Risiko von Lagergetreide führt. Weiter verfügen die Winterweizensorten über ein hohes Potential zur N-Umverlagerung. Dieses Potential führt dazu, dass hohe N-Mengen in physiologisch wichtigen Stadien aufgenommen werden und schließlich in der Pflanze umverlagert werden können. Weiter zeigen die getesteten Winterweizensorten eine hohe Plastizität bezüglich der Ausprägung ihrer Ertragskomponenten. Suboptimale Bedingungen während der Ausprägung einer Ertragskomponente, werden durch die Ausprägung einer anderen Ertragskomponente kompensiert. Nicht optimal bestockte Bestände zeigen eine Zunahme an Körner Ähre-1. Sehr dicht bestockte Bestände zeigen wiederum eine stark reduzierte Anzahl an Körner Ähre-1. Winterweizen „kompensiert“ demnach auch eine zu hohe Bestandesdichte, womöglich begründet durch ein zu hohes N-Angebot, durch die Reduktion der Anzahl an Körnern Ähre-1. Diese Eigenschaften sowie die zunehmenden Vorsommertrockenheiten plädieren für den Düngungstermin zu BBCH 29/31 Im Hinblick auf die Reduktionsprozesse während der Bestockung ist dies als passender N-Düngetermin für hohe N-Mengen anzusehen. Gabenreduzierte N-Düngeverfahren sind nicht nur auf Standorten mit hohen N-Nachlieferungspotentialen, wie dieses auf Betrieben mit einer langjährigen Wirtschaftsdüngerapplikation zu finden ist, geeignet. Das bodeneigene N-Nachlieferungspotential auf den getesteten Parabraunerden ohne langjährige Wirtschaftsdüngerapplikation, in Verbindung mit den weiteren sehr positiven Eigenschaften solcher Standorte, begünstigt demnach die Anwendung von gabenreduzierten N-Düngeverfahren mit KAS. Ein hohes N-Nachlieferungspotential bedingt durch eine langjährige Düngung mit Wirtschaftsdünger ist in dieser Hinsicht eher als kritisch anzusehen und kann zu Überschüssen in der N-Bilanz führen. Unabhängig davon sind Maßnahmen mit organischen Düngern wie, z.B., festen Wirtschaftsdüngern als positiv für bodenphysikalische und bodenbiologische Eigenschaften anzusehen. Für die Einbeziehung in die Düngebedarfsprognose bedarf es jedoch Methoden und Berechnungsverfahren, die die Mineralisationsdynamik besser quantifizieren um den erwähnten Risiken entgegenzuwirken.
Mit der gabenreduzierten N-Düngung mit KAS können Betriebe mit anderen Schwerpunkten arbeitswirtschaftliche Vorteile realisieren.
Für flachgründige oder leichte Standorte mit einer geringen nutzbaren Feldkapazität und hohen Sickerwasserraten bedarf es weiterer Untersuchungen. Zwar sind dort die N-Mengen, die gabenreduziert ausgebracht werden, aufgrund des niedrigeren Ertragspotentials meist geringer, jedoch wird bereits mit geringeren Niederschlagsmengen eine Tiefenverlagerung in Gang gesetzt.
Neben diesen Einflussfaktoren stellt die Witterung den größten Faktor für die Determinierung von Ertrag und Qualität dar. Gerade auch die vermehrt zu beobachtende milde Vorwinterwitterung führt zu längeren Vegetationsperioden und somit zu weiter entwickelten Beständen. Solche Effekte führen dazu, dass N-Gaben zu Vegetationsbeginn mit dem Ziel einer Erhöhung der Bestandesdichte nicht zielführend bzw. notwendig sind. Ebenso zeigten sich enorme Unterschiede in der Ausbildung der Tausendkornmasse, die alleinig auf den Jahreseffekt und somit auf die Witterung zurückzuführen sind.
Die definierten Einflussfaktoren (Sorteneigenschaften, Standorteigenschaften, Witterungseinfluss) sowie die Grenzen von gabenreduzierten N-Düngeverfahren zeigen anschaulich wie komplex die N-Düngung ist und wie unterschiedlich die Witterung Einfluss auf die Bestandsentwicklung sowie die Ertragsbildung nimmt. Standardmaßnahmen wie die etablierte dreigeteilte N-Düngung mit KAS sind in diesem Zusammenhang nicht falsch, jedoch als nicht notwendig bzw. nicht optimal anzusehen. Mit Fachwissen und der Beobachtung der Witterung sowie der Bestandsentwicklung in Verbindung mit einer Düngebedarfsprognose und dem standorttypischen Ertragspotential kann die Düngung durch den Ansatz einer gabenreduzierten N-Düngung mit KAS maßgeblich optimiert werden.
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Notes
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Publication series
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Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Crop Science
Examination date
2017-12-11
Supervisor
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ISBN
Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Collections
Original object
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Makary2018,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6334},
author = {Makary, Thomas},
title = {Rahmenbedingungen für eine vereinfachte „gabenreduzierte“ N-Düngung zu Winterweizen (Triticum aestivum L.)},
year = {2018},
school = {Universität Hohenheim},
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