effects of organic fertilizers on yield and quality of...
TRANSCRIPT
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft
Dr. Hartmut Kolbe, Saxony State Institute for Agriculture, LeipzigGermany
Effects
of organic
fertilizers
on yield
and qualityof potato
tubers
in organic
farming
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft2Dr. Hartmut Kolbe
Contents
Materials and Methods●
Results
from
organic
field
trials
●
Overview
over
nutrient
effects
on potato tuber
quality
Results
●
Compost ●
Cattle
manure
●
Slurry ●
Commercial organic
fertilizer
●
Diagram for
N availability
of organic fertilizers
Summary
Contents
Materials and Methods●
Results
from
organic
field
trials
●
Overview
over
nutrient
effects
on potato tuber
quality
Results
●
Compost ●
Cattle
manure
●
Slurry ●
Commercial organic
fertilizer
●
Diagram for
N availability
of organic fertilizers
Summary
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft3Dr. Hartmut Kolbe
Materials and Methods
• Compost: KLEIN (1968); ABELE (1987); BESSON et al. (1991); MATHIES (1991); STEIN-BACHINGER (1993); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); KOLBE (2006)
• Stable manure: PETTERSSON & ENQUIST (1964); BÖHM & DEWES (1997); PAGEL & HANF (1997); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); DEBRUCK (2000); BÖHM (2001); BRUNSCH (2002); KOLBE (2006)
• Slurry (cattle): ASMUS et al. (1973); REHBEIN (1982); BÖHM (2001); KOLBE (2006)
• Organic commercial fertilizer: KLEIN (1968); ROSIGKEIT (1973); MATHIES (1991); PAFFRATH (1999, 2001); DEBRUCK (2000); LWK (2001); PAFFRATH et al. (2003)
• Compost: KLEIN (1968); ABELE (1987); BESSON et al. (1991); MATHIES (1991); STEIN-BACHINGER (1993); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); KOLBE (2006)
• Stable manure: PETTERSSON & ENQUIST (1964); BÖHM & DEWES (1997); PAGEL & HANF (1997); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); DEBRUCK (2000); BÖHM (2001); BRUNSCH (2002); KOLBE (2006)
• Slurry (cattle): ASMUS et al. (1973); REHBEIN (1982); BÖHM (2001); KOLBE (2006)
• Organic commercial fertilizer: KLEIN (1968); ROSIGKEIT (1973); MATHIES (1991); PAFFRATH (1999, 2001); DEBRUCK (2000); LWK (2001); PAFFRATH et al. (2003)
Cited
literature
data:
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft4Dr. Hartmut Kolbe
Effects of nutrient supply on tuber yield components, ingredients and discolouration of the potato crop (KOLBE 1995)
low,
medium,
high effect
N P K Nutrient concentration (% DM)
low medium high 1,0 2,0
low medium high 0,2 0,4
low medium high 1,5 2,5
Growth duration
Tuber yield
Tuber number
DM
Starch
Red. Sugars
Organic acids
Vitamin C
Taste
Crude protein
Protein quality
Nitrate
P
K
Mg
Resistance against:
- Tuber damage
- Black spot
- Raw discolouration
- Discolouration after
cooking
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft5Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von einmaliger und dauerhafter Anwendung von Kompost auf die Mehrerträge von Kartoffelknollen
Effect of single and multiple application of compost on the additional potato tuber yield
y = -0,0002x2 0,2108x + R20,5619 =
y = -0,0018x20,793x + R 20,6682 =
-10
10
30
50
70
90
110
130
150
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275
Kompost-N / Compost N (kg/ha)
Meh
rert
rag
/ Add
. yie
ld (d
t/ha)
einmalige Düngung /single fertilization
dauerhafte Düngung /multiple fertilization
Polynomisch(einmalige Düngung /single fertilization)
Polynomisch(dauerhafte Düngung /multiple fertilization)
R2 = 0,6682
R2 = 0,5619
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft6Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Kompost auf die N-Gehalte von KartoffelknollenEffects of compost application on the N concentration of potato tubers
y = -2E-07x20,0001x + R20,025 =
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 50 100 150 200 250
Kompost-N / Compost N (kg/ha)
N (%
DM
)
R2 = 0,025
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft7Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Kompost auf die P-Gehalte von KartoffelknollenEffect of compost application on the P concentrations of potato tubers
y = 4E-07x28E-05x - R20,7054 =
-0,10
-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0 50 100 150 200 250
Kompost-N / Compost N (kg/ha)
P (%
DM
)
R2 = 0,7054
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft8Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Kompost auf die K-Gehalte von KartoffelknollenEffects of compost application on the K concentration of potato tubers
y = -2E-06x20,0015x + R20,3129 =
-0,50
-0,30
-0,10
0,10
0,30
0,50
0,70
0,90
0 50 100 150 200 250
Kompost-N / Compost N (kg/ha)
K (%
DM
)
R2 = 0,3129
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft9Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Kompost auf die TM-Gehalte von KartoffelknollenEffects of compost application on the DM content of potato tubers
y = 1E-06x20,0038x - R20,2302 =
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 50 100 150 200 250
Kompost-N / Compost N (kg/ha)
TM
/ D
M (%
)
R2 = 0,2302
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft10Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Kompost auf die Stärke-Gehalte in KartoffelknollenEffects of compost application on the starch content of potato tubers
y = -0,0001x20,0216x + R20,0764 =
-10,00
-8,00
-6,00
-4,00
-2,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
0 50 100 150 200 250
Kompost-N / Compost N (kg/ha)
Stär
ke /
Star
ch (%
DM
)
R2 = 0,0764
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft11Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss einmaliger und dauerhafter Anwendung von Stalldung auf den Mehrertrag von Kartoffelknollen
Effect of single and multiple application of cattle manure on the additional potato tuber yield
y = -0,0016x20,5576x + R20,4044 =
y = -0,0012x20,3986x + R20,3042 = 0
20
40
60
80
100
120
140
0 50 100 150 200 250
Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha)
Meh
rert
rag
/ Add
. yie
ld (d
t/ha)
dauerhafte Düngung / multiplefertilization
einmalige Düngung / singlefertilization
Polynomisch (dauerhafteDüngung / multiplefertilization)Polynomisch (einmaligeDüngung / single fertilization)
R2 = 0,4044
R2 = 0,3042
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft12Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss der Stalldung-Anwendung auf die N-Gehalte von Kartoffelknollen Effect of cattle manure application on the N concentration of potato tubers
y = -7E-07x20,0003x + R20,0332 =
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 50 100 150 200 250
Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha)
Änd
erun
g N
-Geh
alt /
N c
onte
nt (%
DM
)
R2 = 0,0332
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft13Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Stalldung auf die P-Gehalte von KartoffelknollenEffect of cattle manure application on the P content of potato tubers
y = 1E-07x28E-05x + R20,1744 = -0,05
-0,03
-0,01
0,01
0,03
0,05
0,07
0,09
0,11
0,13
0,15
0 50 100 150 200 250
Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha)
P (%
DM
)
R2 = 0,1744
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft14Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss der Stalldung-Anwendung auf die K-Gehalte von KartoffelknollenEffect of cattle manure application on the K content of potato tubers
y = -4E-06x20,0023x + R20,5879 =
-0,5
-0,3
-0,1
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
0 50 100 150 200 250
Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha)
Änd
erun
g K
-Geh
alt /
K c
onte
nt (%
DM
)
R2 = 0,5879
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft15Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Stalldung auf die TM-Gehalte von KartoffelknollenEffect of cattle manure application on the DM content of potato tubers
y = 1E-05x20,0097x - R20,803 =
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 50 100 150 200 250
Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha)
TM
/ D
M (%
)
R2 = 0,803
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft16Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss der Stalldunganwendung auf die Gehalte an Stärke in KartoffelknollenEffect of cattle manure application on the starch content of potato tubers
y = -2E-05x20,0021x - R20,189 =
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
0 50 100 150 200 250
Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha)
Stär
ke /
Sta
rch
(% D
M)
R2 = 0,189
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft17Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von einmaliger und dauerhafter Anwendung von Gülle auf den Mehrertrag von Kartoffelknollen
Effects of single and multiple slurry application on the additional potato tuber yield
y = -0,0018x2 + 0,6689xR2 = 0,577
y = 0,4389x + 20,79R2 = 0,454
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
0 50 100 150 200 250
Gülle-N / Slurry N (kg/ha)
Meh
rert
rag
/ Add
. yie
ld (d
t/ha)
Öko-Versuche, Einmal-Anwendung /organic trial, single fertilization
Kon-Versuche, Einmal-Anwendung /conv. trial, single fertilization
Öko-Versuche, Daueranwendung /organic trial, multiple fertilization
Regress-Einmalanwendung
Polynomisch (Regress-Einmalanwendung)
Linear (Öko-Versuche,Daueranwendung / organic trial,multiple fertilization)
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft18Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Gülle-Düngung auf die N-Gehalte von KartoffelknollenEffects of slurry application on the N concentrations of potato tubers
y = 0,0004xR2 = 0,0241
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 50 100 150 200 250
Gülle-N / Slurry N (kg/ha)
N (%
DM
)
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft19Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Gülle-Düngung auf die P-Gehalte von KartoffelknollenEffects of slurry application on the P concentrations of potato tubers
y = -0,0001xR2 = 0,2741
-0,05
-0,04
-0,03
-0,02
-0,01
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 50 100 150 200 250
Gülle-N / Slurry N (kg/ha)
P (%
DM
)
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft20Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss der Gülle-Düngung auf die K-Gehalte von KartoffelknollenEffects of slurry application on the K concentration of potato tubers
y = 0,0008xR2 = -0,1028
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 50 100 150 200 250
Gülle-N / Slurry N (kg/ha)
K (%
DM
)
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft21Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss von Gülle-Düngung auf dieTM-Gehalte von KartoffelknollenEffects of slurry application on the DM content of potato tubers
y = -0,0013xR2 = -0,0392
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 50 100 150 200 250
Gülle-N / Slurry N (kg/ha)
TM-V
erän
deru
ng /
DM
(% )
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft22Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss der Gülle-Düngung auf die Gehalte an Stärke in KartoffelknollenEffects of slurry application on the starch concentration of potato tubers
y = 0,0009xR2 = 0,0004
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
0 50 100 150 200 250
Gülle-N / Slurry N (kg/ha)
Stär
ke /
Star
ch (%
DM
)
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft23Dr. Hartmut Kolbe
Einfluss organischer Handelsdünger auf den Mehrertrag von KartoffelknollenEffects of organic commercial fertilizer on the additional yield of potato tubers
-10
10
30
50
70
90
110
130
150
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225
Handelsdünger-N / Fertilizer N (kg/ha)
Meh
rert
rag
/ Add
. yie
ld (
dt/h
a)
1=Hornspäne / Horn meal
2=Borsten,Haarmehl-Pell. / Hairmeal3=Vinasse
4=Aminosol
5=Pell. Rinderdung / Pell. cattlemanure6=Ackerbohnenschrot / Field beanmeal7=Neem Cake
8=Raps-Expeller / Rape seed exp.
9=Hühnerkot (kon.) / Poultry manure
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft24Dr. Hartmut Kolbe
0 10 20 30 40 50 60 70
Nt (%)
Biocompost
Solid manure
Green manure
Brewers a. Dist. residues
Cattle slurry
Legume coarse meal
Biogas slurry (plant biomass)
Horn, Feather a. Leather meal
Biogas slurry (slurry + plant biomass)
Dried poultry excrem.
Meat a. Bone meals
Meat a. Blood meal
Poultry slurry
Urine
N availability of organic fertilizer in the year of application (after GUTSER et al., 2005)
1 - 2
8 -10
8
10 - 13
5 - 8
3 - 44 - 5
5
4
3 - 5
4
10 - 30
12 - 15
13 - 20
C/N ratio
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft25Dr. Hartmut Kolbe
Beziehung zwischen den NH4-N-Anteilen und der N-Wirkung von organ. DüngemittelnRelationship between the NH4-N fraction and the N availability of organic fertilizer
y = 0,6408x - 0,5352R2 = 0,9628
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
NH4-N-Anteil / NH4-N fraction (% Nt)
N-W
irkun
g / N
ava
ilabi
lity
(% N
t)
Klassische organische Düngemittel /usual organic fert.Andere organische Düngemittel / otherorganic fert.Linear (Klassische organischeDüngemittel / usual organic fert.)
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft26Dr. Hartmut Kolbe
Beziehung zwischen den C/N-Verhältnissen und der N-Wirkung von organischen DüngemittelnRelationship between C/N rations and the N availability of organic fertilizers
y = 0,1288x2 - 4,9473x + 55,697R2 = 0,7837
0
10
20
30
40
50
60
0 5 10 15 20
C/N-Verhältnisse im Dünger / C/N ratios of the fertilizers
N-W
irkun
g / N
ava
ilabi
lity
(% N
t)
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft27Dr. Hartmut Kolbe
Favourable application amounts for organic fertilizers, nutrient efficiencies, yield and quality effects for potato tubers
Fertilizer type
Dur- ation of appl.
Optimum application amounts Tuber yield and ingredient effects
Fertilizer amount (dt/ha FM or m³/ha
a. year)
Nt
(kg/ha a. year)
Add. Tuber yield (dt/ha FM)
N efficiency (dt
FM/kg Nt
x ha)
N P K DM
Starch
CompostShort 100 –
300 75 –
200 20 –
30 0,20 –
0,170 0 + - (+)
Long 75 –
220 50 –
150 ca. 35 –
75 ca. 0,70 –
0,50
Stablemanure
Short 150 –
300 75 –
150 25 –
35 0,28 –
0,220 + ++ -- -
Long 100 –
300 50 –
150 25 –
50 0,48 –
0,32
Slurry(cattle)
Short 15 –
35 50 –
100 30 –
50 0,58 –
0,50+ - + - 0
Long ca. 15 –
40 ca. 50 –
120 ca. 40 –
60 0,85 –
0,60
Dried
poultry
excrem. Short 50 –
100 ca. 25 –
45 (++) (+) (-)
Pell.Cattle
manure Short 50 –
100 ca. 20 –
30 (+) (+) (-)
Vinasse Short 50 –
100 ca. 35 –
45 (+) ? (+) (-) ?
Rape
seed
exp. Short 50 –
100 ca. 55 –
65 (+) (-) ?
Horn meal Short 50 –
100 ca. 15 –
35 (++) (-) (+)
Hair
meal Short 50 –
100 ca. 30 –
70 (++) (-) (+)
Legend: 0 = no effect; + = positive, increasing, ++ = positive, distinct increasing effect;-
= negative, decreasing, --
= negative, distinct decreasing effect; ( ), ? = unclear
effects
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft28Dr. Hartmut Kolbe
DM- and nutrient concentrations of potato tubers and foliage (kg/dt FM)
Type DM N P K Mg Ca S
Removal tuber 21,0 0,32 0,06 0,50 0,03 0,009 0,03
Removal foliage 25,0 0,36 0,07 0,50 0,13 0,56 0,04
Removal in relation
to tuber
yield
(tuber
: foliage
= 1:0,3)- 0,43 0,08 0,65 0,07 0,18 0,04
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft29Dr. Hartmut Kolbe
Nutrient concentration of organic fertilizers (after HÜNSCHE 1995, DEWES & HÜNSCHE 1998, KOLBE 2003, STEIN-
BACHINGER, person. commun.)
Fertilizer type DM (%) N (kg/dt) P (kg/dt) K (kg/dt) Mg (kg/dt)
Stable manure
Stable
manure
compost
(cattle)
25 0,45-0,55 0,12-0,15 0,50-0,60 0,10-0,15
Staple manure
(cattle) 25 0,30-0,60 0,15-0,20 0,60-0,90 0,05-0,15
Staple manure
(pig) 25 0,55-0,65 0,25-0,30 0,30-0,40 0,10-0,25
Further organic fertilizer and commercial fertilizer
Green manure 15 0,3 0,05 0,35 0,03
Field
bean
coarse
meal 86 4,2 0,47 1,13 0,16
Horn meal - 8,0 6,42 0,13 0,27
Vinasse - 3,5 0,72 6,31 0,13
Rap seed
pellet cake - 4,8 1,08 1,19 0,39
Slurry/Urine
DM (%) N (kg/m3) P (kg/m3) K (kg/m3) Mg (kg/m3)
Slurry
(cattle) 8 3,0-4,0 0,60-0,70 4,9-5,0 0,73
Slurry
(pig) 8 4,6-5,0 1,40-1,60 2,4-2,5 1,00
Urine 2 2,0 0,05-0,10 5,5-6,0 0,08