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Research Collection
Doctoral Thesis
Erhaltung der Ertragsfähigkeit des Bodens auf lange Sicht unterdem Einfluss von Fruchtfolge, Düngung und HerbizideinsatzIII. Vergleich verschiedener humuschemischer undbodenbiologischer Parameter sowie Beeinflussung vonQualitätsmerkmalen der Vergleichskultur Winterweizen nachzehn Versuchsjahren
Author(s): Weisskopf, Peter
Publication Date: 1986
Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-000409920
Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted
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ETH Library
Diss. ETH Nr. 8019
Erhaltung der Ertragsfähigkeit des Bodens auf lange Sicht
unter dem Einfluss von Fruchtfolge, Düngung und Herbizideinsatz
III Vergleich verschiedener humuschemischer und bodenbiologischerParameter sowie Beeinflussung von Qualitätsmerkmalen der
Vergleichskultur Winterweizen nach zehn Versuchsjahren
ABHANDLUNG
zur Erlangung des Titels eines Doktors der Technischen Wissenschaften
der
EIDGENOESSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE ZUERICH
Vorgelegt von
PETER WEISSKOPF
Dipl. Ing.-Agr. ETH
geboren am 15. Februar 1957
von Pratteln (BL)
Angenommen auf Antrag von:
Prof. Dr. E.R. Keller, Referent
Dr. W. Jäggi, Korreferent
Dr. F. Schwendimann, Korreferent
1986
238
5. ZUSAMMENFASSUNG
Ausgelöst durch marktwirtschaftliche, agrarpolitische und soziale
Rahmenbedingungen haben sich in der schweizerischen Landwirtscheft während
der letzten 30 Jahre beträchtliche Strukturveränderungen vollzogen. Als
Folge davon versuchten die Landwirte, ihre Produktion unter Zuhilfenahme
der sich in diesem Zeitraum rasch entwickelnden landwirtschaftlichen
Produktionstechnik zu rationalisieren, zu intensivieren und zu speziali¬
sieren. Diese Entwicklung Hess den Verbrauch von landwirtschaftlichen
Hilfsstoffen und den Einsatz von Maschinen und Geräten in zuvor nie
gekanntem Ausmass ansteigen.
Die rasante Veränderung der landwirtschaftlichen Produktionsweise
Hess die Frage auftauchen, ob durch die neuen Anbaumethoden die Erhaltung
der Ertragsfähigkeit des Bodens auf lange Sicht als Grundlage des land¬
wirtschaftlichen Pflanzenbaues gewährleistet sei. Um dieser Frage nach¬
zugehen, wurde vom Institut für Pflanzenbau der ETH 1973 ein langfristig
konzipierter Feldversuch angelegt, in dem folgende Hauptversuchsfaktoren
geprüft werden:
- Drei Fruchtfolgetypen mit unterschiedlichen Kulturen und Kulturanteilen
(Praxisüblich: 40 % Kunstwiese; Getreidebetont: 60 % Getreide; Maisbetont:
60 % Mais);
- Zwei Düngungsvarianten (rein mineralisch; organisch-mineralisch);
- Drei Herbizidvarianten (Kontakt-/Wuchsstoffherbizide in empfohlener
Dosierung; Bodenherbizide in empfohlener Dosierung, Bodenherbizide in
doppelter empfohlener Dosierung).
Um bei den Bodenherbiziden die Auswirkungen von zwei verschiedenen Wirk¬
stoffklassen prüfen zu können, wird der Versuch in zwei Teilversuchen
geführt (Harnstoffteilversuch, Triazinteilversuch).
Die Ertragsfähigkeit des Bodens wird beschrieben, indem eine Vielzahl
mit ihr in Zusammenhang stehender Parameter gemessen wird (Bodenphysik
und -chemie; Humuschemie; Bodenmikrobiologie: C02-Abgabe, Dehydroge¬
nasen-Aktivität, aktive mikrobielle Biomasse, N-Mineralisierung; Boden¬
fauna: Nematoden, Collembolen, Milben, Regenwürmer; Ertrag und Qualität
der Kulturpflanze).
239
In einer ersten Phase wurde die Ausgangslage zu Beginn des Feldversuches
1973 untersucht (Srzednicki et al., 1978). Fünf Jahre später, im ersten
Stichjahr 1978, zog Maillard (1981) nach Beendigung der ersten Rotation
eine erste Bilanz. Die vorliegende Arbeit tut dies zusammen mit derjenigen
von Sturny (1986) nach zehnjähriger Versuchsdauer und zwei abgeschlossenen
Rotationen. Den Schwerpunkt dieser Arbeit bilden Untersuchungen der
Humuschemie, des Bodenlebens und der Qualität der Kulturpflanze.
Nach zehn Versuchs jähren sind folgende Beobachtungen gemacht worden:
Hauptfaktor Fruchtfolge: Von allen drei Hauptfaktoren beeinflusste die
Gestaltung der Fruchtfolge nicht nur bereits nach fünf, sondern auch
nach zehn Versuchsjähren die grösste Zahl von Parametern der Ertrags¬
fähigkeit. Neben bodenmikrobiologischen Kennwerten (C02-Abgabe, aktive
mikrobielle Biomasse, N-Mineralisierung) und den Regenwurmpopulationen
reagierten v.a. die Nematodenpopulationen sehr verschieden auf die drei
Fruchtfolgetypen. Mit Ausnahme der Milbenpopulationen traten jeweils die
grössten Anzahlen bzw. Aktivitäten bei praxisüblicher Fruchtfolge auf,
was v.a. auf die günstige Wirkung der zweijährigen Kunstwiese zurückge¬
führt werden kann. Die fast durchwegs grösseren Anzahlen und Aktivitäten
bei praxisüblicher Fruchtfolgegestaltung lassen zwar auf günstige Folgen
des aktiveren Bodenlebens für die Böden dieses Fruchtfolgetyps schliessen,
bei den Nematoden haben aber auch die ektoparasitischen Tiere stark von
der günstigen Umwelt profitiert, so dass hier mit grosser Wahrscheinlich¬
keit auch ein höheres Schadenspotential vorhanden ist. Die geringsten
Aktivitäten des Bodenlebens wurden in diesem Versuch meist bei maisbeton¬
ter Fruchtfolge beobachtet.
Hauptfaktor Düngung: Die Wahl des Düngungsverfahrens führte bereits nach
fünf Versuchsjahren zu deutlichen Differenzierungen bei bodenmikrobiolo¬
gischen Kennwerten (C02-Abgabe, Dehydrogenasen-Aktivität, N-Mineralisie¬
rung), die weitere fünf Jahre später in verstärktem Ausmass erneut auf¬
traten. Eindeutig machte sich der fördernde Einfluss organisch-minerali¬
scher Düngung auf die Bodenmikroflora bemerkbar. Nach zehn Versuchsjahren
konnten sowohl bei den humuschemischen Parametern als auch bei den Nema¬
todenpopulationen deutliche düngungsbedingte Differenzen erkannt werden.
In beiden Fällen hatte auch hier die organisch-mineralische Variante die
günstigeren Folgen: Sie führte sowohl zu einer Erhöhung des Humusgehaltes
240
der Böden als auch selektiv zur Förderung saprophytischer und zur Hemmung
pflanzenparasitischer Nematoden. Die Arthropodengruppen der Collembolen
und der Milben zeigten keine deutlichen Abhängigkeiten von der Art der
Düngung.
Hauptfaktor Herbizideinsatz: Während dieser Hauptfaktor nach fünf Ver¬
suchsjahren nur einige bodenmikrobiologische Parameter in verschiedenem
Ausmass betroffen hatte und deshalb insgesamt die geringsten Differen¬
zierungstendenzen zeigte (selbst bei konsequent überhöhten Aufwandmengen),
führte er fünf Jahre später, im zweiten Stichjähr 1983, zu einer wesent¬
lich grösseren Zahl von unterschiedlich beeinflussten Parametern, v.a.
im Triazinteilversuch. Die bei den Collembolen und den Nematoden besonders
deutlich negativen Folgen des überhöhten Bodenherbizideinsatzes waren
dabei aber vermutlich indirekt auf die in diesen Verfahren durch einen
Applikationsfehler hervorgerufenen starken Phytotox-Erscheinungen bei
den Kulturpflanzen zurückzuführen. Die 1978 bereits erkannten unter¬
schiedlichen Auswirkungen des Herbizideinsatzes auf bodenmikrobiologische
Parameter wiederholten sich mit noch stärkerer Ausprägung der Differenzen.
In der maisbetonten Fruchtfolge schliesslich hatte wohl die sehr gute
herbizide Wirkung der Triazinderivate zur Folge, dass der Humusgehalt
dieser Verfahren gegenüber jenen mit Einsatz von Kontakt-/Wuchsstoffher-
biziden zurückging. Die Diskussion der Qualitätsparameter der Kultur¬
pflanze verlangt wegen der speziellen Versuchsumstände eine differenzierte
Betrachtung der aufgetretenen Unterschiede; der Ertrag und der Ertrags¬
aufbau der Kulturpflanze werden in der Arbeit von Sturny (1986) analy¬
siert.
In der Entwicklung der verfahrensbedingten Unterschiede bei den einzel¬
nen Parametern nach fünf bzw. zehn Versuchsjähren zeigten sich keine
widersprüchlichen Ergebnisse (die unterschiedliche Entwicklung der Mil¬
benpopulationen dürfte eine Anpassungserscheinung an die infolge des
Phytotox-Effektes z.T. stark veränderten Umweltbedingungen sein). An¬
scheinend führte der konsequente Einsatz der Versuchsfaktoren zu einer
zunehmenden Differenzierung der Versuchsparameter, wobei die Gruppe
der bodenmikrobiologischen Parameter rasch und deutlich versuchsfaktor-
bedingte Unterschiede aufzeigte, während bei den humuschemischen Parame¬
tern erst nach zehn Versuchsjahren vereinzelte Differenzierungen nachzu¬
weisen waren.
241
RESUME
Les directives et les contraintes de l'economie du marche, de la poli-
tique agraire et de l'evolution de la societe ont provoque d'importants
changements structurels dans 1'agriculture suisse, dans les trente der-
nieres annees. Suite ä cela, les paysans ont cherche a rationaliser, a
intensifier et a specialiser leur production ä l'aide de techniques de
production agricole qui, elles aussi, ont tres rapidement evolue dans ce
meme temps. Ce developpement a amene une augmentation de 1'utilisation
de matieres auxiliaires agricoles et de l'emploi de machines et autres
instruments, d'une ampleur inconnue jusque la.
Le changement tres rapide de la facon de produire en agriculture a
fait surgir la question de savoir, si ces nouvelles methodes de culture
assuraient la conservation de la production du sol, celle-ci etant, ä
long terme, la base de la production agricole. Pour etudier cette ques¬
tion, un essai ä long terme a ete etabli ä 1'Institut de Production
Vegetale de l'EPFZ en 1973, dans lequel il s'agit de tester les principaux
facteurs d'essai suivants:
- Trois types d'assolement avec differentes cultures en differentes
proportions (usuel: 40 % de prairies artificielles; cerealier: 60 % de
cereales; riche en mais: 60 % de mais);
- Deux variantes de fumure (purement minerale; organo-minerale);
- Trois variantes d'herbicides (herbicides de contact/herbicides ä base
d'hormone aux doses conseillees; herbicides residuaires aux doses con¬
seillees; herbicides residuaires ä dose double des doses conseillees).
Pour pouvoir examiner, dans les traitements avec herbicides residuaires,
les effets de deux classes differentes de matiere active, on a partage
1'essai en deux parties (partie d'essai "urees", partie d'essai "tria-
zines").
La description de la productivite du sol decoule des mesures de toutes
une serie de parametres (physique et chimie du sol; chimie de l'humus;
microbiologie du sol: degagement de C02, activite des dehydrogenases,
biomasse microbienne active, mineralisation de l'azote; faune du sol:
nematodes, collemboles, acariens, vers de terre; rendement et qualite des
plantes cultivees).
242
Dans un premier temps, il s'agissait d'evaluer la Situation de depart,
au debut de l'essai en plein champ, en 197.3 (Srzednicki et al., 1978).
Cinq ans plus tard, en 1978, premiere annee d'echantillonnage, Maillard
(1981) a tire un premier bilan ä la fin de la premiere rotation. Ce
travail-ci presente, avec celui de Sturny (1986), un deuxieme bilan,
apres dix ans d'essai et deux rotations completes. Les points capitaux
en sont les suivants: etude de la chimie de l'humus, etude de la vie du
sol et etude de la qualite des plantes cultivees.
Apres dix ans d'essai, on a observe les faits suivants:
Facteur principal assolement: Des trois facteurs principaux, c'est la
forme de l'assolemant qui influence le plus grand nombre des parametres
de la productivite, ceci non seulement dejä apres cinq ans, mais egalement
apres dix ans d'essai. Outre des parametres de la microbiologie du sol
(degagement de C02, biomasse microbienne active, mineralisation de l'azo-
te) et les populations de vers de terre, ce sont, avant tout, les popu-
lations de nematodes qui montrerent des reactions tres differentes selon
le type d'assolement. Les populations d'acariens mises ä part, on con¬
state, ä chaque fois, les plus grands nombres et les plus grandes activi¬
tes dans l'assolement usuel, ce qui peut s'expliquer surtout par l'effet
favorable des deux ans de prairies artificielles. Les plus grands nombres
et les plus grandes activites que l'on constate presque partout avec les
formes d'assolement usuel permettent sans doute d'y voir une influence
profitable de la vie du sol plus active dans les sols de ce type d'assole¬
ment; neanmoins, parmi les nematodes, les ectoparasites ont egalement
fortement profite de cet environnement favorable, de Sorte que, ici, le
potentiel de degats est tres vraisemblablement plus grand. Dans cet
essai, c'est l'assolement riche en mais qui a revele les plus faibles
activites de la vie du sol.
Facteur principal fumure: Le choix des traitements de fumure a amene,
apres cinq ans dejä, des differences nettes dans les parametres de la
microbiologie du sol (degagement de C02, activite des dehydrogenases,
mineralisation de l'azote), differences qui ressortirent cinq ans plus
tard encore plus fortement. L'influence favorable de la fumure organo-mi-
nerale sur la microflore du sol est particulierement claire. Apres dix ans
d'essai, on a pu constater des differences nettes selon le type de fumure
243
aussi bien pour les parametres de la chimie de l'humus que dans les
populations de nematodes. Dans les deux cas, ici egalement, la Variante
organo-minerale a donne de meilleurs resultats. Elle amena aussi bien
une augmentation de la teneur en humus du sol que, egalement, de maniere
selective, un encouragement des nematodes saprophytes et une limitation
des nematodes parasites des vegetaux. Les groupes d'arthropodes des
collemboles et acariens n'ont montre aucune dependance nette du type de
fumure.
Facteur principal herbicide: Alors que ce facteur principal n'avait
influence, apres cinq ans d'essai, que quelques parametres de la micro¬
biologie du sol ä des taux varies et ainsi revelait les plus petites
tendances ä une differentiation (meme avec les doses bien augmentees),
il a influence cinq ans plus tard, en 1983, deuxieme annee d'echantillon¬
nage, un nombre considerablement plus grand de parametres, avant tout
dans la partie d'essai "triazines". Les consequences particulierement
negatives d'un emploi accentue d'herbicide pour les collemboles et les
nematodes sont en fait probablement amenees indirectement par les effets
de phytotoxicite observes dans les cultures, ceci du ä une erreur d'appli-
cation dans ces traitements. Les effets differents, dejä reconnus en 1978,
de 1'emploi d'herbicides sur les parametres de la microbiologie du sol
se sont repetes ici, avec une forte accentuation des differences. Dans
l'assolement riche en mais, finalement, la tres bonne action herbicide
des derives des triazines a eu pour effet une diminution de la teneur en
humus dans ce traitement par rapport aux traitements avec des herbicides
de contact/herbicides ä base d'hormones. La discussion des parametres de
qualite des cultures demande une Observation detaillee des differences
effectives, vu les conditions speciales des essais; le rendement et la
formation du rendement des plantes cultivees sont analyses dans le travail
de Sturny (1986).
L'evolution des differences observees ä la suite des traitements apres
cinq respectivement dix ans d'essai ne revelerent aucun resultat contra-
dictoire, quelque soit le parametre considere (l'evolution differente
des populations d'acariens a pu etre un effet d'accomodation ä un envi-
ronnement fortement change par des marques de phytotoxicite). Apparemment,
1'application consequente des facteurs d'essai a permis une differentia¬
tion croissante des parametres de 1'essai; le groupe des parametres de la
244
microbiologie du sol a, rapidement et clairement, amene des differences
en reponse aux facteurs de 1'essai, alors que les parametres de la chimie
de 1'humus n'ont revele des differentiations sporadiques qu'apres dix
ans d'essai.
(Traduit par Mme D. Hofer-Müller)
245
SUMMARY
Due to changes in marketing and agricultural policies as well as in
the social environment, significant structural changes have taken place
in Swiss agriculture during the last 30 years. As a result, farmers
aimed at rationalizing, intensifying and specializing their production
with the help of new and, at this time rapidly developing, agricultural
production techniques. This development led to the utilization of agri¬
cultural resources as well as of machines and equipment to an extent not
known previously.
This rapid change in agricultural production techniques led to the
consideration of whether the new cultivation methods would ensure the
long term conservation of soil fertility as the basis of agricultural
cultivation. In order to answer this question, the Department of Crop
Science of the Swiss Federal Institute of Technology began a long term
field trial in 1973 with the following main experimental factors:
- three types of crop rotations with different crops in varying percen-
tages (practice oriented: 40 % seeded pasture; cereal dominated: 60 %
cereals; maize dominated: 60 % maize);
- two fertilization treatments (purely mineral, organic-mineral);
- three herbicide treatments (contact herbicides/phytohormones according
to the recommended dosage; soil herbicides according to the recommended
dosage; soil herbicides at twice the recommended dosage).
To test the effects of two different classes of soil herbicides, the
experiment was divided into two part-trials (urea and triazine-deriva-
tives part-trials).
The soil fertility was characterized by measuring a number of related
Parameters (soil physics and chemistry; humus chemistry; soil microbio-
logy: C02-evolution, dehydrogenase activity, active microbial biomass;
N-mineralization; soil fauna: nematodes, collembolas, acari, earthworms;
yield and quality of the test crop).
The first phase of the trial was devoted to an investigation of the
initial Situation in 1973 (Srzednicki et al., 1978). Five years later,
Maillard (1981) discussed the results when the first crop rotation had
come to an end. The present work as well as that of Sturny (1986) are
246
based upon these results at the end of a 10 year experimental period and
the completion of two crop rotations. The main objective of the present
study was to investigate humus chemistry, soil biology and the quality
of the test crop.
The following conclusions were drawn at the end of the 10 year experi¬
mental period:
Main experimental factor crop rotation: Of the three main factors in
this experiment, crop rotation had influenced the greatest number of
Parameters related to soil fertility already at the end of the first 5
years and also at the end of the 10 year experimental period. Soil micro-
biological values (C02-evolution, active microbial biomass, N-minerali-
zation), the earthworm population and the nematode populations reacted
very differently to the three types of crop rotation. With the exception
of the mite populations, the greatest numbers respectively activities
were observed in the practice oriented crop rotation during which espe-
cially the two year seeded pasture had a positive influence on the soil
organisms. The normally higher numbers and greater activities in the
practice oriented crop rotation lead to the conclusion that the more
active soil organisms had positive effects on the soil in this rotation.
On the other hand, this environment was also beneficial to the ectopara-
sitic nematodes which probably indicates a higher potential damage to
the plants. In this field trial, soil organisms were least active in the
maize dominated crop rotation.
Main experimental factor fertilization: The fertilization treatments led
to clear differences in soil microbial values (C02-evolution, dehydroge-
nase activity, N-mineralization) already at the end of the first five
year experimental period. These differences were even greater at the end
of the second five year period. Organic-mineral fertilization had a
clearly positive effect on soil microorganisms. After the first 10 years
of the experiment, the two fertilization treatments had observable effects
on the humus chemical parameters and on the nematode populations and here
too the organic-mineral treatment had the more positive influence. This
treatment led to an increase in the humus content of the soil as well as
247
selectively to an increase in the saprophytic nematodes and a suppression
of plant parasitic nematodes. The arthropod groups of collembolas and
mites were not observably affected by the type of fertilization.
Main experimental factor herbicides: The herbicides had varying effects
on only a few of the soil microbiological parameters at the end of the
first five years and therefore showed the least tendency to differentia-
tion (even when the dosages were consistently increased). After the
second experimental period in 1983, however, a greater number of para¬
meters had been affected to varying extents by the herbicide treatments,
especially in the triazine part-trial. The increase in dosages of the
soil herbicides had clearly negative effects on the collembolas and on the
nematodes. These effects, however, were probably indirectly related to a
mistake in the application procedure which brought about strong phytotoxic
Symptoms in the cultivated plants. The varying effects of the herbicides
on the microbiological parameters found in 1978 were observed to an even
greater extent in 1983. In the maize dominated crop rotation, the positive
herbicidal effect of the triazine derivatives resulted in a reduction
of the humus content as compared to the contact herbicides/phytohormones.
The discussion of quality parameters of the test crop requires a differ-
entiated consideration of the observed differences due to the Singular
experimental conditions; yield and yield components are discussed by
Sturny (1986).
The development of the treatment-related differences in the individual
Parameters were consistent at the end of both five year experimental
periods in 1978 and 1983 (the varying development of the mite populations
is probably the result of an adaption, in certain experimental treat¬
ments, to the greatly altered environmental conditions caused by the
phytotoxic effects). The consistent application of the experimental
factors led apparently to an increasing differentiation in the parameters,
whereby the soil microbiological parameters showed rapid and clear fac-
tor-related differences. On the other hand, sporadic differences in
the humus chemical parameters were only observable at the end of the 10
year experimental period.
(Translated by Mrs. M. Schönberg)