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Keywords
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Aims
An essential task of agricultural systems is to improve internal phosphorus (P) recycling. Cover crops and tillage reduction can increase sustainability, but it is not known whether stimulation of the soil microbial community can increase the availability of soil organic P pools.
Methods
In a field experiment in southwest Germany, the effects of a winter cover crop mixture (vs. bare fallow) and no-till (vs. non-inversion tillage) on microbial P-cycling were assessed with soybean as the main crop. Microbial biomass, phospholipid fatty acids (PLFAs), P cycling enzymes, and carbon-substrate use capacity were linked for the first time with the lability of organic P pools measured by enzyme addition assays (using phosphodiesterase, non-phytase-phosphomonoesterase and fungal phytase).
Results
Microbial phosphorus, phosphatase, and fatty acids increased under cover crops, indicating an enhanced potential for organic P cycling. Enzyme-stable organic P shifted towards enzyme-labile organic P pools. Effects of no-till were weaker, and a synergy with cover crops was not evident.
Conclusions
In this experiment, cover crops were able to increase the microbially mediated internal P cycling in a non-P-limited, temperate agroecosystems.
Das Projekt „Konservierender Ackerbau“ wurde von 2013 bis 2019 auf zunächst 20, später 16 Standorten in Baden-Württemberg in einem On-Farm-Ansatz durchgeführt. Ziel war es, Zwischenfruchtanbau und minimale Bodenbearbeitung als zentrale Bestandteile des Konservierenden Ackerbaus unter den klimatischen Gegebenheiten und Standortvoraussetzungen Südwest-Deutschlands zu untersuchen. Hierzu wurden Feldversuche angelegt, bei denen die Wirkung von vielartigen Zwischenfruchtmischungen (mindestens fünf Arten) bei Mulch- und Direktsaat getestet wurden. Die Zwischenfruchtmischungen wurden jeweils so früh wie möglich nach der Ernte der Hauptfrucht gesät und wurden nach Möglichkeit über Winter stehen gelassen, um die Leistungen der Zwischenfrüchte für den Boden- und Wasserschutz so gut wie möglich zu nutzen. Zusätzlich zu den Feldversuchen wurden weitere begleitende Forschungsarbeiten zu Einzelaspekten des Zwischenfruchtanbaus bearbeitet, wie Unkrautkontrolle oder die Wirkung auf das Bodenleben und die P-Dynamik.
Insgesamt zeigte sich, dass Direktsaat im Mittel 11 % niedrigere Erträge zeitigte als Mulchsaat. Die zu Anfang formulierte Hypothese, dass Zwischenfrüchte infolge biologischer Lockerung, Verbesserung der Bodenstruktur, der Ausscheidung von Wurzelexsudaten und der Anreicherung des Bodens mit organischer Substanz zu einer verbesserten Ertragsbildung der Bestände in der Direktsaat führen würden, konnte nicht bestätigt werden. Auch in den Mulchsaatvarianten wurden keine Ertragssteigerungen infolge des Anbaus von Zwischenfruchtmischungen festgestellt.
Die Zwischenfruchtmischungen hatten positive Auswirkungen auf das Bodengefüge und das Bodenleben. Außerdem verringerten sie das Nitratauswaschungspotenzial über Winter. In Modellierungsstudien zeigte sich, dass Zwischenfrüchte ein erhebliches Potenzial zur Minderung von Erosion und Oberflächenabfluss haben können. Dieses kann größer sein als die Minderung durch die Umstellung des Bodenbearbeitungssystems von Mulchsaat zu Direktsaat.
Neben den untersuchten ökologischen Effekten von Zwischenfrüchten sind positive Effekte für die biologische Vielfalt sowie das Landschaftsbild zu erwarten. All diese Effekte begründen die finanzielle Förderung des Anbaus von Zwischenfruchtmischungen durch europäische Mittel bzw. Landesmittel, insbesondere vor dem Hintergrund des zu erwartenden Wegfalls von Glyphosat, welches ohne begleitende Bodenschutzmaßnahmen aller Voraussicht nach zu vermehrter Bodenbearbeitung führen wird.
The search for approaches to a holistic sustainable agriculture requires the development of new cropping systems that provide additional ecosystem services beyond biomass supply for food, feed, material, and energy use. The reduction of chemical synthetic plant protection products is a key instrument to protect vulnerable natural resources such as groundwater and biodiversity. Together with an optimal use of mineral fertilizer, agroecological practices, and precision agriculture technologies, a complete elimination of chemical synthetic plant protection in mineral-ecological cropping systems (MECSs) may not only improve the environmental performance of agroecosystems, but also ensure their yield performance. Therefore, the development of MECSs aims to improve the overall ecosystem services of agricultural landscapes by (i) improving the provision of regulating ecosystem services compared to conventional cropping systems and (ii) improving the supply of provisioning ecosystem services compared to organic cropping systems. In the present review, all relevant research levels and aspects of this new farming concept are outlined and discussed based on a comprehensive literature review and the ongoing research project “Agriculture 4.0 without Chemical-Synthetic Plant Protection”.