Dissertations / Theses on the topic 'Düngung'

An Zierpflanzen im Gewächshaus wurden mengenbilanzierte Düngungsverfahren getestet. Die Düngegaben erfolgten in Wochenportionen per Hand, mit Dosiergeräten, per Düngecomputer oder als Depotdünger. In die Versuche wurden Pelargonien, Sommertopfkulturen im Gewächshaus, Poinsettien und Cyclamen einbezogen. Wochenportionen können nur bei einheitlichen Anbausätzen je Bewässerungseinheit realisiert werden. Der Kostenaufwand bei Depotdünger beträgt das Dreifache gegenüber einer Bewässerungsdüngung. Allerdings sind die Düngeverluste geringer. Mit einer mengenbilanzierten Düngung lassen sich Über- und Unterversorgung der Pflanzen vermeiden.

In sächsischen Betrieben wurde bei unterschiedlichen Bodenbearbeitungssystemen die Wechselwirkung zwischen Bodenbearbeitung, Nährstoffversorgung und Pflanzenschutz untersucht. Bei den Bodenbearbeitungssystemen »Pfluglos« und »Konventionell« wurde die Wirkung auf das Nährstoffverhalten im Boden, auf das Nützlingsvorkommen, die Unkrautzusammensetzung und auf pilzliche sowie tierische Schaderreger beurteilt. Es zeigt sich, dass eine zu enge Fruchtfolge die Pflanzenschutzprobleme verschärft. Die Bodenbearbeitung hat entscheidenden Einfluss auf die Artenzusammensetzung, Artenzahl und Unkrautdichte. Das Durchwuchsproblem, eines der Hauptprobleme der nicht wendenden Bodenbearbeitung, mit reduziertem Herbizidaufwand in den Griff zu bekommen, ist nur begrenzt möglich. Im Winterweizen tritt Septoria tritici, DTR und Ährenfusarium bei nicht wendender Bodenbearbeitung mit Vorfrucht Mais oder Stoppelweizen verstärkt auf. Dauerhaft Pfluglos-Flächen der Lössstandorte zeigen einen höheren Gesamt-Behandlungsindex bei Winterweizen. Pfluglose Flächen haben ein höheres Vorkommen an Feldmäusen und Ackerschnecken.

Die bei der Biogasproduktion anfallenden Gärreste werden als organische Dünger im Pflanzenbau eingesetzt. Infolge des Vergärungsprozesses unterscheiden sich Gärreste von herkömmlichen organischen Düngern. Daraus könnten sich spezifische positive oder negative Wirkungen auf Bodenfruchtbarkeit und Pflanzen ergeben, die Gegenstand dieser Arbeit sind. In einem sechsjährigen Feldversuch (Energiepflanzenfruchtfolge, sandiger Boden) wur- den die Düngeeffekte von fünf verschiedenen Gärresten mit denen von Rindergülle, Stallmist und mineralischem Dünger (KAS) verglichen. Zur umfassenden Charakterisie- rung der Bodenfruchtbarkeit erfolgten Untersuchungen aus den Bereichen Bodenchemie, -physik, -mikrobiologie und Pflanzenbau, wobei die Humusdynamik einen Schwerpunkt bildete. Die Mengenkalkulation der Düngung basierte auf der gleichen Gabe organi- schem C mit einem N-Ausgleich durch KAS. Es ergaben sich für Gärreste gegenüber KAS überwiegend positive Effekte auf Hu- musgehalt, Aggregatstabilität und bakterielle Aktivität und Diversität. Diese Effekte waren denen von Rindergülle und Stallmist ähnlich. Möglicherweise besteht aber durch Gärrestdüngung ein erhöhtes Risiko von P- und K-Überschüssen sowie N-Verlusten. Eine erhöhte Benetzungshemmung wurde nicht gefunden. Die mikrobielle Gemeinschaft des Bodens zeigte eine spezifische Beeinflussung durch die Gärreste in der funktionellen, jedoch nicht in der genetischen Struktur. Die N-Verfügbarkeit war deutlich geringer als die von KAS, wodurch sich für Grünroggen Mindererträge ergaben. Für Silomais und Sorghum fand sich bei kombinierter Anwendung mit KAS ein zu KAS ähnliches Ertragsniveau. Gärreste haben analog zu herkömmlichen organischen Düngern bei effizientem Einsatz das Potential zu KAS vergleichbare Erträge zu erzielen und gleichzeitig die Bodenfrucht- barkeit zu fördern. Diese Schlussfolgerung ist im Kontext der spezifischen Standort- und Versuchsbedingungen zu sehen und sollte durch eine längere Versuchszeit abgesichert werden.
Digestates arising during biogas production are used as organic fertilizers in agriculture. Due to the fermentation process, digestates have different properties from traditional organic fertilizers. This may result in specific positive or negative effects on soil fertility and plants, which are subject of this work. In a six year field experiment (energy crop rotation, sandy soil) fertilizer effects of five different digestates were compared with cattle slurry, farm yard manure and mineral fertilizer (KAS). For a comprehensive characterization of soil fertility effects, methods from the fields of soil chemistry, physics, microbiology and plant science were applied. One special focus of these investigations was humus dynamics. Manure doses were based on the same dose of organic carbon, resulting different N-doses were compensated by KAS. Compared with KAS, digestates showed predominantly positive effects on humus con- tent, soil aggregate stability and bacterial activity and diversity. These effects of di- gestates were similar to those of cattle slurry and farm yard manure. There may be an increased risk of P and K oversupply and N losses as a result of digestate fertilization. An increased soil water repellency was not found. The soil bacterial community was specifically influenced by digestates regarding its functional, but not regarding its genetic structure. Saprotrophic fungy were reduced by some digestates in comparison to KAS. N availability was considerably lower than of KAS, resulting in yield depressions of forage rye. For silage maize and sorghum, digestates combined with KAS equaled the yield level of KAS. If efficiently applied, digestates have like other organic fertilizers the potential to produce equal yields as KAS whilst enhancing soil fertility. This conclusion is restricted to the specific conditions of experimental site and design and must be verified during a longer experimental period.

Für die ortsspezifische Düngung spielt die räumliche Erfassung von ertragsrelevanten Standorteigenschaften (z.B. Textur und Nährstoffnachlieferungsvermögen) eine große Rolle bei der Bemessung der Düngungsempfehlung. Durch die Berücksichtigung der schlaginternen Variabilität ist eine abgestufte standortangepasste Bewirtschaftung möglich. Auf fünf ackerbaulich genutzten Schlägen in verschiedenen Bodenregionen Deutschlands wurden räumliche und zeitliche Untersuchungen zur vertikalen und horizontalen Mineralstickstoffverteilung in Rasterform durchgeführt. Mit Hilfe des N-Modells HERMES wurden Simulationsrechnungen zur N-Dynamik durchgeführt und anhand des volumetrischen Wassergehalts, des Ertrags und des mineralischen Stickstoffgehalts überprüft. Als Referenz dienten die Daten aus der Rasterbeprobung. Die Vergleiche zwischen den simulierten und gemessenen Werten zeigen beim volumetrischen Wassergehalt, beim Ertrag und beim mineralischen Stickstoff auch über mehrere Vegetationsperioden hinweg eine gute Übereinstimmung bei den Mittelwerten, so dass man die Modellergebnisse auch für die N-Düngungsempfehlung herangezogen hat. Datensätze der Reichsbodenschätzung und der digitalen Hofbodenkarte wiesen im Gegensatz zur kleinräu­migen Rasterbeprobung keine ausreichende Genauigkeit bei den räumlichen Verteilungsmustern der ertragsrelevanten Standortgrößen auf und sind demnach nicht als Planungsgrundlage für die ortsspezifische Düngung geeignet. Über Szenariorechnungen lassen sich verschiedene Düngungsvarianten (wie einheitlich und ortsspezifisch gedüngte Variante) für identische Flächen direkt miteinander vergleichen. Die Ergebnisse zeigten beim Einsatz des preagro-N Moduls über drei Vegetationsperioden (2000 bis 2002) ein Einsparungspotential bei der ortsspezifischen Düngung von durchschnittlich 4 %, bei Verwendung der Modellempfehlungen (HERMES) sogar von durchschnittlich 18 % gegenüber der einheitlichen Variante ohne Ertragsdepressionen beführten zu müssen.
For the site-specific fertilization plays the spatial variability of soil parameters (such as texture) an important role for the calculation of fertilizer recommendation. In consideration of spatial variability is a gradual management in the field possible. The distribution of the vertical and horizontal soil mineral nitrogen patterns on five fields were investigated in different regions in Germany. Additionally these data were used for the validation of the nitrogen dynamics of the nitrogen crop growth model HERMES. The comparison between simulate and measurement data showed for the soil moisture, the grain yield and the mineral nitrogen over many vegetation periods good results by the average values. Under this situation is it possible to use simulation model for the nitrogen fertilizer recommendation. Simulations with data sets from the plot sampling (large scale soil map) compared against simulating using German Soil Appraisal or digital farm soil map data showed information losses. The temporal dynamic by soil mineral nitrogen content in the rooting zone and the spatial pattern by the grain yield show a much better agreement with observed values, if large scale data were used for the simulation. The results from the preagro-N model showed at site-specific part over three vegetation periods (2000 to 2002) an economize effect from average 4 % against the uniform fertilisation part. If we had used the fertilizer recommendation from the nitrogen crop growth model HERMES over the same time, the economize effect conducted average 18 % against the uniform fertilisation part without yield depression.

Mit Precision Farming-Technologien und -Methoden sind Boden- und Pflanzenbestandesheterogenitäten exakt und effizient messbar. Dies belegen Untersuchungen auf Schlägen des Lehr- und Versuchsgutes in Köllitsch/Sachsen. Auf Basis dieser Messungen wurde die Ausbringung von Grunddüngern, Stickstoffdüngern, Pflanzenschutzmitteln und Halmstabilisatoren gesteuert. Dabei konnten Betriebsmittel eingespart werden oder durch Betriebsmittelumverteilungen auf dem Schlag die Pflanzenbestände optimaler zur Ernte geführt werden. Auf dem naturgegeben stark heterogenen Standort Köllitsch erwiesen sich die Wirkungen von Betriebsmittelapplikationen nach vorher erstellten Zonen eines Schlages und die sensorgestützte Applikation (Messen, Steuern und Ausbringen in einem Arbeitsgang bei der Feldüberfahrt) hinsichtlich ihrer Wirkungen bis zur Ernte als gleichwertig.

Die Nährstoffversorgung von Zierpflanzen lässt sich anhand von Schnelltests überwachen. In vorliegender Studie wurden Schnelltestmethoden für Gießwasser und Nährlösungen, für Substrate und für Pflanzensaft getestet. Einfache und kostensparende Alternativen zu aufwändigen Labormethoden waren Gegenstand der Untersuchungen. Verschiedene Verfahren und Geräte wurden auf ihre Handhabbarkeit unter Praxisbedingungen bewertet und der jeweilige Kosten- und Arbeitszeitaufwand ermittelt. Die Versuchsergebnisse sind eine Entscheidungshilfe für den Erwerbsgärtner.

Ziel des Forschungsprojektes war es, den Phosphoreinsatz und das Phosphormanagement bei der Düngung von Zierpflanzen zu optimieren. Durch die bundesweite Zusammenarbeit im Arbeitskreis „Phosphor im Zierpflanzenbau“ konnten in kurzer Zeit ein breites Artenspektrum sowie verschiedene Düngungsmethoden untersucht werden. Dabei fanden auch Recyclingquellen Berücksichtigung. Als allgemeine Empfehlung wurde die Anbindung der Phosphordüngung an die Stickstoffdüngung herausgearbeitet. Generell ist ein N : P2O5-Verhältnis von 1 : 0,2 bis 1 : 0,3 anzustreben. Gegenüber der bisherigen Praxis bedeutet das eine Reduzierung des Phosphoreinsatzes auf die Hälfte bis ein Drittel. Zielgruppen des Berichtes sind Kulturverantwortliche in Zierpflanzenbaubetrieben, die Düngemittelindustrie, Berater und Lehrkräfte, aber auch Fachschüler und Studenten.

Prozessmodelle zur Ermittlung von Humusumsatz und Nährstoffdynamik des Bodens erfordern umfangreiche Eingangsdaten und konnten bisher nur im wissenschaftlichen Bereich eingesetzt werden. Der Bericht beschreibt eine stark vereinfachte Variante eines Prozessmodells, das auch mit reduzierter Datengrundlage genutzt werden kann. Das Modell CANDY Carbon Balance (CCB) berücksichtigt Standorteffekte und besitzt einen Bezug zum Kohlenstoff und zum Stickstoff im Boden. Unter Nutzung von Schlagkarteiaufzeichnungen kann das Modell auf Schlag- und Regionsebene die Humusreproduktion und die N-Mineralisation in chronologischer Abfolge berechnen. Dadurch werden Informationen zur Kontrolle und Lenkung der Bodenfruchtbarkeit und der Nährstoffeffizienz sowie zur Verbesserung der Düngebedarfsermittlung gewonnen. Das Modell ist für die Landwirtschaftsberatung und -verwaltung des konventionellen und ökologischen Ackerbaus geeignet.

Für unterschiedliche Standorte wurden Humusbilanzen für einzelne Fruchtarten und Fruchtfolgen berechnet. Betrachtet wurden reine Marktfruchtbetriebe mit Anbau von Körnerfrüchten (Getreide, Raps, Körnermais) ohne Viehhaltung, Betriebe mit unterschiedlich intensiver Schweinehaltung, Marktfruchtbetriebe mit steigender Anbaukonzentration verschiedener Hackfrüchte und Betriebe mit Anbau von Silomais in Energiefruchtfolgen mit Rinder- und Milchviehhaltung.

Die Richtlinie gibt einen Überblick zu den im Zierpflanzenbau angewandten Düngungsverfahren einschließlich der jeweils plausiblen Düngungsbereiche. Sie umfasst dabei die Grunddüngung durch eine Start-, Vorrats-, Langzeit- oder Depotdüngung, die Nachdüngung mit festen Düngestoffen, eine diskontinuierliche oder kontinuierliche Flüssigdüngung und Blattdüngungsmaßnahmen. Die Abläufe für Düngebedarfsermittlungen und Düngungskalkulationen werden dargestellt und anhand von Beispielen erläutert. Die Richtlinie enthält Methoden und Ziele einer zeitlich differenzierten Düngung von Zierpflanzenkulturen. Auf der Basis einer umfangreichen und detaillierten Auswertung der Primär- und Sekundärliteratur wurde eine aktuelle Sammlung von Richtwerten, bezogen auf die Pflanzenarten, Produktgrößen und Düngungsverfahren erarbeitet. Die Richtwertesammlung ist nach den Gruppen Topfkulturen, Schnittkulturen sowie Freilandkulturen im Boden (Schnitt und Beet) geordnet. Die fachliche Überprüfung der Richtwerte für die Bewässerungsdüngung bei einigen Kulturen zeigte eine starke Abhängigkeit von weiteren Faktoren, wie z. B. der Luftfeuchte. Dies unterstreicht die Notwendigkeit der Anpassung der Richtwerte an die konkreten betrieblichen Bedingungen sowie der Kontrolle und Aussteuerung der Düngung bei laufender Kultur.

Um den Stickstoffaustrag zu verringern und die hohen N-Bilanzüberschüsse bei Winterraps zu reduzieren, wurden mehrjährige Versuche zur biomasseabhängigen Düngebedarfsermittlung und teilflächenspezifischen Stickstoffdüngung auf trockenen Standorten in Sachsen und Sachsen-Anhalt durchgeführt. Bei bedarfsgerechten Stickstoffgaben im Frühjahr spielen auch die vor dem Winter eingelagerten N-Mengen und der Verbleib des Stickstoffs in abgestorbenen Sprossteilen eine Rolle. Die Frischmassebestimmung hat sich in homogenen Rapsbeständen als zuverlässiges Verfahren für die Ermittlung der N-Aufnahme erwiesen. Auf großen heterogenen Schlägen kann bereits im Herbst die Bestandesentwicklung erheblich variieren. Unter diesen Bedingungen hat sich die sensorgestützte N-Düngung bewährt. Auf trockenen Standorten mit stabilen Ertragszonen kann durch Hinterlegung von Applikationskarten die jeweilige N-Menge besser auf das Ertragsniveau der Teilflächen im Vergleich zum einfachen Sensoreinsatz angepasst werden.

Die Heterogenität des Bodens geht mit einer unterschiedlichen, natürlichen Fruchtbarkeit einher. Ziel der teilschlagspezifischen Bewirtschaftung ist es, auf diese Unterschiede einzugehen. Es geht darum, kleinräumige optimale Wachstumsbedingungen zu schaffen. Dabei soll sowohl den ökonomischen als auch ökologischen Aspekten Rechnung getragen werden. Dem Projekt liegt die Hypothese zugrunde, dass Bodenheterogenität im Trockengebiet zu gerichteten Unterschieden im Nmin-Gehalt des Bodens führt. Das wirkt sich auf den N-Bedarf der Bestände aus. Unter trockenen Anbaubedingungen ist besonderer Wert auf eine Bestandesführung zu legen, die den unproduktiven Wasserverbrauch möglichst einschränkt. Weil das Stickstoffangebot darauf starken Einfluss nimmt, ist es bereits zeitig kleinräumig zu differenzieren. Im Mittelpunkt des Projektes standen folgende Fragestellungen: - Wie umfangreich ist die Variabilität des Nmin in Abhängigkeit von den Bodenunterschieden? - Ist nach gezielter Beprobung bereits zu Vegetationsbeginn eine differenzierte N-Düngung möglich? Dazu ist zu prüfen, inwieweit Ertrags-, Boden- bzw. Leitfähigkeitskarten als Entscheidungshilfen dienen können. - Wie kann auf eine mögliche Nmin-Differenzierung zeitig reagiert werden? Sind diese Unterschiede auszugleichen oder beizubehalten. - Welche Rückschlüsse lassen sich aus den Mustern der Ertragskarten ziehen? Wie gut stimmen sie mit den Karten der elektrischen Leitfähigkeit überein? - Bewirkt die ortsspezifische N-Düngung eine Reduzierung der Düngermenge bzw. eine Ertragssteigerung auf den untersuchten Schlägen gegenüber der einheitlichen Düngung? - Ergeben sich durch ortsspezifische N-Düngung ökologische Vorteile, wie Reduzierung der Nitratauswaschung gegenüber der herkömmlichen einheitlichen Düngung?

In dem Leitfaden werden in allgemeinverständlicher Form die bodenkundlichen und pflanzenbaulichen Grundlagen zur Humuswirtschaft mit dem neuesten Stand vorgestellt. Es folgt die Beschreibung geeigneter Methoden zur Bodenuntersuchung und Humusbilanzierung. An Hand von Beispielen werden Anleitungen zur Durchführung von Bilanzierungen und zur Interpretation der Ergebnisse gegeben. Im Mittelpunkt des Leitfadens stehen Handlungsgrundlagen zur Sicherung der Bodenfruchtbarkeit durch Aufrechterhaltung einer optimalen Versorgung mit organischer Substanz für den konventionellen und ökologischen Ackerbau. Die Broschüre ist ein wichtiger Ratgeber für Beratung, landwirtschaftliche Praxis, Schulung und Verwaltung.

Im Rahmen eines vierjährigen Feldversuches wurden der Einfluss von Bodenbearbeitung, Bodenbedeckung und Stickstoffdüngung auf die N-Dynamik und N-Verlagerung während der Winterhalbjahre und deren Nachwirkungen auf die Hauptfrucht der nachfolgenden Vegetationsperiode untersucht. Es zeigte sich, dass sich neben den Prüffaktoren auch Unterschiede der Vorfrucht und des Witterungsverlaufes auf die Höhe der Nitratauswaschung über Winter auswirkten. Generell führte der Anbau von Winterrübsen gegenüber der Brache erwartungsgemäß zu einer Reduzierung des N-Austrages, was sowohl auf die geringeren Sickerwassermengen als auch auf die geringeren Nitratkonzentrationen in der Bodenlösung zurückzuführen war. Die N-Konservierung der Winterrübsen wirkte sich auf die folgende Hauptfrucht positiv hinsichtlich der Stickstoffverfügbarkeit im Oberboden und der N-Aufnahme des Sommerweizens während dessen Standzeit aus. Der Schwerpunkt in der methodischen Vorgehensweise dieser Arbeit lag in der Erfassung der Sickerwassermengen zur Abschätzung der N-Verlagerung anhand der Daten der Nitratkonzentration in der Bodenlösung. Die Durchflussmengen im Boden wurden ausgehend von der klimatischen Wasserbilanz und unter Berücksichtigung der Veränderungen der Bodenwasservorräte bestimmt, die anhand von Messungen der Matrixpotentiale und der Kenntnis der Bodenwassercharakteristika im Profilverlauf des Bodens berechnet wurden. Dieser Ansatz wurde drei weiteren Ansätzen gegenübergestellt. Diese sind die klimatische Wasserbilanz, die klimatische Wasserbilanz unter Berücksichtigung der Veränderungen der Bodenwasservorräte anhand der volumetrischen Wassergehaltsmessung mit Hilfe der TDR-Messtechnik und die Bestimmung der Perkolation mittels Wasserleitfähigkeitsfunktionen und Potentialgradienten. Mögliche Fehlerquellen der verschiedenen Ansätze wurden diskutiert und Schlussfolgerungen für die praktische Versuchsdurchführung gezogen.
The influence of different tillage managements, soil covering and different nitrogen applications on the N-dynamic and N-leaching during winter and their effects during the following vegetation period have been investigated within the scope of a field trial of several years. Beside these treatments, differences of the preceding crop type and climatic conditions showed also effects on the amount of nitrate leaching during winter. The cultivation of winter rape compared to fallow reduced the N-leaching in accordance with the expectations; generally this was the result of lower rates of water flow as well as lower nitrate concentrations in the soil solution. During the successive vegetation periods the N-conservation by the catch crop led to higher nitrate contents in the soil, particularly in the upper layer, and to an increasing N-uptake of the fallowing spring wheat. Focal point of the methodical proceeding of this study was the recording of the downward water movement to estimate the N-leaching in combination with the nitrate concentration in the soil solution. The calculation of the water movement in the soil based on the climatic water balance in consideration of the variation of the soil water content; the changes in the soil water were determined by data of the soil matrix potential and the knowledge of the moisture characteristics of the horizons, their positions and their wideness. This approach was based to present the results, and was then compared with three other ones. These were the climatic water balance, the climatic water balance in consideration of the variation of the soil water content by data of the changes of the volumetric soil water content measured by ‘time domain reflectrometry’ and the calculation of water flow with hydraulic conductivity functions and data of the hydraulic potentials. Possible sources of error of the methods are discussed to draw conclusions for conducting field trials.

Auf drei sächsischen Versuchsstandorten (D, Lö, V) wurde über zwei Jahre die Wirkung der Injektionsdüngung auf Ertrag und Qualität von Winterweizen, Wintergerste und Winterraps untersucht. Nach der Injektion ammoniumhaltiger Düngerlösung in den Boden ist der Stickstoff für die Pflanzen bei Trockenheit besser verfügbar. Das Risiko von Nitratauswaschungen wird vermindert und die Nährstoffe sind weniger erosionsgefährdet. Die Ergebnisse zeigen, dass eine alleinige N-Injektion sowohl zu Winterweizen und Wintergerste als auch zu Winterraps ohne Ertragseinbußen im Vergleich zur praxisüblichen, geteilten Düngung mit Kalkammonsalpeter möglich ist. Zu Ertragsvorteilen führte die Injektionsdüngung besonders nach der ausgeprägten Frühsommertrockenheit 2009 auf dem leichten D-Standort. Landwirte, die auf ihren Flächen die N-Injektion anwenden, bestätigen lt. einer Umfrage gleich hohe bzw. höhere Erträge, gesündere Bestände und einen geringeren Pflanzenschutzmitteleinsatz. Für die Landwirtschaftsbetriebe in Sachsen stellt die Injektionsdüngung eine Möglichkeit dar, die Auswirkungen von Frühsommertrockenheit zu minimieren und die Ertragsstabilität zu verbessern.

Die Genauigkeit und Eignung verschiedener Methoden zur Humusbilanzierung werden für den Einsatz in der konventionellen und ökologischen Landwirtschaft ausgewertet. Weiterhin wurde das Versorgungsniveau mit organischer Substanz auf den Dauertestflächen sächsischer Betriebe beurteilt. Anhand der genaueren, standortangepassten Methode zur Humusbilanzierung zeigt sich, dass in Sachsen die Hälfte der Ackerflächen mit organischer Substanz optimal versorgt ist. Knapp ein Drittel der Schläge erhält eine hohe bis sehr hohe Versorgung, der Anteil unterversorgter Flächen liegt bei 20 Prozent.

Seit 1990 wird in Sachsen auf landwirtschaftlichen Dauertestflächen der Nitratgehalt im Frühjahr und im Herbst gemessen. Aus den gleichzeitig erhobenen Bewirtschaftungsdaten kann mit dem Modell REPRO der potenzielle Nitrataustrag unterhalb der durchwurzelbaren Bodenzone abgeschätzt werden. Im Ergebnis zeigt sich, dass weiterhin, vor allem in Trockengebieten in Nordsachsen, mit teilweise hohen Nitratkonzentrationen gerechnet werden muss. Die Düngungsauflagen in Wasserschutzgebieten bewirken sowohl geringere Stickstoffsalden als auch abnehmende Nitratgehalte im Boden. Auf ökologisch bewirtschafteten Flächen war die auswaschungsgefährdete Nitratmenge sehr gering.

In Gefäß- und Feldversuchen wurde die Wirkung der Unterfußdüngung und der Injektionsdüngung von Phosphor auf den Ertrag und die P-Aufnahme verschiedener Kulturarten untersucht. Ebenfalls untersucht wurde die P-Düngewirkung von Schlacke aus der Hochtemperatur-Schmelzbehandlung von Klärschlamm nach dem Mephrec®-Verfahren. Die Ergebnisse zeigen, dass bei niedrigen pflanzenverfügbaren P-Gehalten (Versorgungsstufe A, B) eine entzugsorientierte Düngung nicht ausreicht, um optimale Erträge zu erreichen. Unterfußdüngung und P-Injektion steigern die P-Effizienz und dienen dem Gewässerschutz. Die Schlacke sollte gemahlen eingesetzt werden, weil sich granulierte Varianten als wenig wirksam erwiesen.

In der Broschüre steht die praxisorientierte Anwendung der Humusbilanzierung im Mittelpunkt. Für ein breites Standortspektrum werden Humusbilanzen für einzelne Fruchtarten und Fruchtfolgen von Marktfrucht- und Futterbaubetrieben unterschiedlicher Intensität berechnet.

Die Broschüre informiert zum Einsatz von Bodenverbesserungsmitteln und deren Kombination mit Kompost. Kompost mit Additiv hat ein höheres Wasserhaltevermögen und einen höheren Sauerstoffgehalt. Kompost in Kombination mit einem geeigneten Bodenverbesserungsmittel unterstützt die Kulturpflanzen bei der Überbrückung von Vorsommertrockenperioden. Mit der teilschlagbezogenen Kompostausbringung können die bodenbedingt schwachen Teilflächen ertragsseitig stabilisiert und gefördert werden. Landwirtschaftsbetriebe haben mit Kompost aus Eigenproduktion eine pflanzenbaulich nachhaltig wirkende Option.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss verschiedener Schwefel (S)-Düngemittel, der Leguminosenart und des Gemengebaus von Erbse (Pisum sativum L.) und Gerste (Hordeum vulgare L.) auf die Schwefelakkumulation sowie den Ertrag der Ackerbohne (Vicia faba L.), Schmalblättrige Lupine (Lupinus angustifolius L.) und Erbse zu erheben. In den Jahren 2012 bis 2014 wurden Feldversuche auf zahlreichen Standorten durchgeführt, um die Wirkung von Kieserit (MgSO4), Gips (CaSO4), elementarem S und Bittersalz (MgSO4 × 7H2O) auf die Körnerleguminosen zu testen. Die Düngung von Ackerbohne, Schmalblättriger Lupine und Erbse mit verschiedenen S-haltigen Düngemitteln führte unter den geprüften Feldbedingungen weder zu Ertragssteigerungen noch zu einer gesteigerten N-Akkumulation. Der S-Bedarf der drei Körnerlegunminosen wurde offenbar über natürliche Ressourcen gedeckt. Trotzdem zeigten sich Gips und Kieserit, teilweise auch Bittersalz als geeignete Düngemittel, um die S-Konzentration im Gewebe der Pflanzen zu erhöhen. Die S-Akkumulation im Spross der Ackerbohne (5-17 kg S ha-1), Schmalblättrigen Lupine (5-15 kg S ha-1) und Erbse (2-13 kg S ha-1) war gering und wurde von den Pflanzen an deren Bedarf angepasst. Im Gegensatz zu Ackerbohne (SHI 0,65) und Erbse (SHI 0,63), die S vorwiegend im Korn akkumulierten, sammelte die Schmalblättrige Lupine einen Großteil des aufgenommenen S im Stroh (SHI 0,40) an. Der Einfluss des Gemengeanbaus mit Gerste auf den S-Haushalt der Erbse war sehr gering. Die Erbse in Reinsaat nahm signifikant mehr S gemittelt über alle getesteten Düngemittel auf als das Gemenge aus Erbse und Gerste. Erbse und Gerste akkumulierten ähnlich hohe Mengen S im Spross pro Einheit Kornertrag. Um maximale Kornerträge sowie N- und S-Akkumulationen in einem substitutiv zusammengesetzten Gemenge aus Erbse und Gerste zu erzielen, wurde ein optimales Saatverhältnis von 42-88% keimfähiger Erbsensamen zu 12-58% keimfähigen Gerstensamen der jeweiligen Reinsaatstärke ermittelt.
The objectives of this study were to evaluate the influence of different sulfur (S) containing fertilizers, the legume species and of intercropping of pea (Pisum sativum L.) and barley (Hordeum vulgare L.) on sulfur accumulation and yield of faba bean (Vicia faba L.), narrow leaf lupin (Lupinus angustifolius L.) and pea. In the years 2012 to 2014 field trials have been conducted to test the effects of kieserite (MgSO4), gypsum (CaSO4), elemental S and epsom salt (MgSO4 × 7H2O) on grain legumes at several sites in Germany. Under the given environmental conditions, fertilization of faba bean, narrow leaf lupin and pea with different S containing fertilizers did not increase yield and nitrogen (N) accumulation. The S demand of the three grain legumes was low and obviously covered by S sources from the soil as well as atmospheric S deposition. However, gypsum, kieserite and epsom salt generated noticeable increases in S concentration in parts of the plants. S accumulation in shoots of faba bean (5-17 kg S ha-1), narrow leaf lupin (5-15 kg S ha-1) and pea (2-13 kg S ha-1) was comparatively low and has been adapted to the plants respective S demand. In contrast to faba bean (SHI 0,65) and pea (SHI 0,63), who accumulated S predominantly in seeds, narrow leaf lupin (SHI 0,40) accumulated the bulk of S in its straw. The influence of barley on peas S concentration was very low. Pea in pure stands accumulated significantly more S than the total intercrop of pea and barley, whereas pea and barley accumulated similar amounts of S in its shoots per unit seed yield. To achieve the maximum seed yield and maximum N and S accumulation in substitutive mixtures of pea and barley, a relative seed frequency of 42%–88% pea seeds to 12%–58% barley seeds of their monocrop seeding rate has been calculated to be optimal.

Zur Umsetzung der EU-WRRL in der Landwirtschaft wurden in Sachsen seit 2009 in Gebieten mit erhöhtem Handlungsbedarf Arbeitskreise mit landwirtschaftlichen Unternehmen eingerichtet. Ziel ist es, den guten ökologischen und chemischen Zustand der Gewässer und des Grundwassers zu erreichen. In den sogenannten prioritären Gebieten wurden Praxisdemonstrationen zu Verfahren zur Reduzierung diffuser Stoffeinträge angelegt, untersucht und ausgewertet. Der Bericht fasst die Ergebnisse zusammen und enthält Handlungsanleitungen für Landwirte z. B. zum Einsatz von organischen Düngern mit und ohne Nitrifikationshemmstoffen, zur Streifenbearbeitung sowie zum Anbau von Zwischenfrüchten und Untersaaten.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu untersuchen, ob sich mit der Düngung von Stroh, Gehölzhäcksel, frischem Pferdemist und Grüngutkompost die Ertragsleistung und Nährstoffaufnahme von Leguminosen sowie der Folgefrucht Winterweizen steigern lässt. Darüber hinaus sollte die Aufnahme von düngebürtigem Kohlenstoff durch Rotklee mittels 13-C-angereichertem Stroh quantifiziert werden. Die Verfügbarkeit von Kalium, teilweise auch von Schwefel und Molybdän, wurde vor allem nach der Düngung von Grüngutkompost und von Pferdemist für die untersuchten Leguminosen verbessert, während nach der Düngung von Gehölzhäcksel und Stroh keine signifikanten Effekte auf die Nährstoffaufnahme der Pflanzen festgestellt werden konnten. Die scheinbare Ausnutzung des gedüngten Stickstoffs durch die Leguminosen lag in Abhängigkeit von der Düngung zwischen 0 und 9 % (Gehölzhäcksel < Grüngutkompost < Pferdemist < Stroh). Nur nach der Düngung von Pferdemist zu Saatplatterbse und Ackerbohne verringerte sich der Anteil an symbiotisch fixiertem Luftstickstoff am Spross-N gegenüber der Kontrolle, nicht jedoch die symbiotisch fixierte N-Menge. Der Vorrat an mineralischem Stickstoff im Boden in einer Tiefe von 0 bis 30 cm war unter Ackerbohne und Rotklee ca. 40 Tage nach der Düngung und Einarbeitung von Gehölzhäcksel gegenüber den Vergleichsvarianten und der Kontrolle deutlich vermindert. Ein Einfluss der durch die Düngung bedingten temporären N-Festlegung im Boden auf den Anteil an fixiertem Luftstickstoff am Spross-N konnte bei keiner der untersuchten Leguminosen festgestellt werden. Der nachfolgende Winterweizen reagierte in einem Jahr mit signifikant höherem Kornertrag auf die Düngung von Grüngutkompost zu Ackerbohne und erhöhtem Rohproteingehalt im Korn auf die Düngung von Pferdemist zu Saatplatterbse. Mit Hilfe von 13-C-markiertem Stroh wurde im Freiland eine Assimilation von 0,5 % der mit dem Stroh gedüngten Kohlenstoffmenge durch Rotklee ermittelt.
The aim of this study was to examine, whether the application of wheat straw, pruning, horse manure and green compost improves the yield formation and nutrient uptake of legumes and the succeeding crop winter wheat. Furthermore it should be quantified the amount of carbon in red clover derived from the organic fertilizer by carbon dioxid assimilation. An improved uptake of potassium, partially of sulphur and molybdenum for the legumes could be detected after the application of green compost and horse manure. No effects were found on plant nutrient uptake after the application of straw and pruning. The apparent utilization of the applied nitrogen by organic fertilizer was 0 to 9 %, depending on the fertilization (pruning < green compost < horse manure < straw). The proportion of symbiontically fixed nitrogen decrease in faba bean and in chick-pea after manuring with horse manure compared with the control. However the total amount of symbiotically fixed nitrogen did not decreased. The amount of mineral nitrogen in the soil (depth: 0 to 0,3 m) was significant reduced under faba bean and red clover, 40 days after application and incorporation of pruning. No effect on the symbiotic nitrogen fixation of the legumes was found because of the organic fertilizer induced temporary immobilization of nitrogen in this soil layer. An increased grain yield was determined in the succeeding winter wheat after fertilizing green compost to faba bean and a higher content of crude protein in grain of the wheat was determined after fertilizing horse manure to chick-pea. With the help of a 13C-tracer method it could be estimated, that about 0,5 % of the added carbon with straw was assimilated by red clover under field conditions.

Ein wichtiger Aspekt bei der Kultur von Pfirsichen (Prunus persica) ist die optimale, bedarfsgerechte N-Versorgung. Durch diese werden Höhe und Qualität der Erträge sowie die Gesundheit der Pflanzen beeinflusst, aber auch unerwünschte Effekte auf die Umwelt vermieden. Ziel der Arbeit waren daher Empfehlungen zur zukünftigen Handhabung der N-Versorgung an zwei Beispielstandorten und zur praktikabelsten Kulturweise. Es wurden Nmin-Bestimmungen, Inkubationsversuche und Thermogravimetrische Bodenanalysen durchgeführt, um die N-Nachlieferung aus der organischen Bodensubstanz an den Standorten zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Überversorgung der Kultur im Hausgarten auf - die Pfirsiche auf der untersuchten Obstwiese sind hingegen optimal mit N versorgt. Empfohlen wird deshalb eine Reduzierung der organischen Düngung im Hausgarten, verbunden mit einem Verzicht auf frisches organisches Schnittmaterial als Dünger. Bei der Pfirsichkultur auf der Obstwiese ist die Einführung von Mulchmaßnahmen überlegenswert. Der Standort mit begrünter Bodenoberfläche ist gegenüber dem Hausgarten mit offener Bodenoberfläche vorzuziehen, da die N-Nachlieferung bei einer Begrünung einfacher handhabbar ist und weniger Risiken hinsichtlich einer N-Überversorgung vorhanden sind
An important aspect in the cultivation of peaches (Prunus persica) is the optimal, demand-oriented N-supply. This influences the amount and quality of yields and the health of the plants, but also prevents undesirable effects on the environment. The aim of the work was therefore to make recommendations for future use of the N-supply at two sample locations and for the most practicable cultivation method. Nmin determinations, incubation experiments and thermogravimetric soil analyses were carried out to describe the N-supply from the organic soil substance at the sites. The results show a clear oversupply of the crop in the house garden - the peaches on the investigated fruit meadow, on the other hand, are optimally supplied with N. Therefore, it is recommended to reduce the amount of organic fertiliser in the garden, combined with the elimination of fresh organic cuttings as fertiliser. In peach cultivation on the fruit meadow, the introduction of mulching methods is worth considering. The location with a planted ground surface is preferable to the garden with an open ground surface, as the N-supply is easier to handle if greenery is present and there are fewer risks with regard to an N-oversupply

In Anbetracht des Kompromisses zwischen der Erzielung des höchsten Gewinns und der geringsten Umweltbelastung ist ein tiefes Verständnis der ökonomischen Folgen der Stickstoff (N) Düngung erforderlich. Die vorliegende Doktorarbeit liefert umfassende Einblicke in (i) die Auswirkungen des standortspezifischen N-Managements (SSNM) auf die Rentabilität und Risikominderung, (ii) die Auswirkungen von Unsicherheiten und Risikoeinflüssen auf optimale N-Düngergaben und (iii) das Potenzial und die Kosten der Vermeidung von Treibhausgas (THG) Emissionen durch N-Düngereduktion. Ein Modellierungsansatz wurde entwickelt, um die Wirkung von Ertrag und Proteingehalt, Wirtschafts- und Risikoauswirkungen sowie THG-Emissionen auf die N-Düngung zu simulieren. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass SSNM die Wirtschaftlichkeit verbessert, indem es eine höhere Weizenqualität und damit Preisprämien erzielt. SSNM reduziert das Risiko, die Backqualität nicht zu erreichen, und es gibt keine wesentlichen Nachteile beim Verlustrisikomanagement im Vergleich zum einheitlichen Management. Preisprämien für eine höhere Weizenqualität bieten Anreize für höhere N-Düngergaben. Prämien verflachen die Gewinnfunktion weiter, was unzureichende Argumente für eine Absenkung des N-Inputs aus der Wirtschaftlichkeitssicht liefert, selbst bei einer hohen Risikoaversion der Landwirte. Eine moderate Reduzierung der mineralischen N-Düngung kann die THG-Emissionen bei moderaten Opportunitätskosten mindern. Die THG-Vermeidung durch N-Düngereduktion in einer bestimmten Region kann unter Berücksichtigung kultur- und ertragszonenspezifischer Ertragswirkungen optimiert werden. Insgesamt liefert diese Arbeit wichtige Erkenntnisse über die Chancen und Nachteile der Anpassung der N-Düngergaben. Darüber hinaus leistet sie einen direkten Beitrag zur Identifizierung von kosten- und risikoeffizienten N-Managementoptionen und bildet die Grundlage für effektive politische Ansätze zur THG-Vermeidung durch selektive N-Düngereduktion.
Considering the tradeoff between achieving the highest profit and causing the lowest environmental impact, there is a need for a profound understanding of the economic consequences of nitrogen (N) fertilizer application. The present doctoral research provides comprehensive insights into (i) effects of site-specific N management (SSNM) on profitability and risk mitigation; (ii) impacts of uncertainties and risk implications on optimal N fertilizer rates; and (iii) potential and costs of mitigating greenhouse gas (GHG) emissions by N fertilizer reduction. A modelling approach was developed to simulate the response of yield, protein, economic and risk implications, and GHG emissions to N fertilizer application. Findings of the thesis show that SSNM improves profitability by achieving higher grain quality, thus, price premiums. SSNM reduces the risk of not reaching the baking grain quality and poses no considerable disadvantage on downside risk management compared to uniform management. Price premiums for higher wheat quality provide incentives for higher N input rates. Premiums further flatten the profit function, giving insufficient arguments for lowering N input from a farm profitability perspective, even in presence of high risk aversion of farmers. Moderate reduction of mineral N fertilizer can mitigate GHG emissions at moderate opportunity costs. GHG mitigation by N fertilizer reduction in a given region can be optimized considering crop and yield-zone-specific yield responses. Overall, this thesis provides important insights on chances and drawbacks of adjusting N fertilizer rates. Moreover, it makes a direct contribution in identifying cost- and risk-efficient N management options and provides a basis for effective policy approaches to reduce GHG emissions by selective N fertilizer reduction.

In the present thesis, implications of pasture establishment, fertilization and abandonment on soil C and nutrient dynamics were investigated for the mountain rainforest region of southern Ecuador. Over the past decades the natural forest of the study area has been threatened by conversion to cattle pastures. However, the soil fertility of these extensively grazed pastures (active pastures) declines continuously during pasture use. The invasion of bracken fern (Pteridium arachnoideum) leads to pasture abandonment when bracken becomes dominant. In order to reveal the mechanisms behind the deterioration of soil fertility, biotic and abiotic soil properties and their interaction were analyzed along a land‐use gradient (natural forest – active pasture – abandoned pasture). The ecosystem disturbance of the mountain rainforest through pasture use changed the microbial function and structure, and affected soil CO2‐C fluxes. Annually, 2 Mg soil CO2‐C ha‐1 were additionally emitted from the pasture land. This acceleration in soil respiration rates was related to accelerated rates of microbial C mineralization and fine‐root respiration. The high‐quality, N‐rich above‐ and belowground residues of the pasture grass (S. sphacelata, C4‐plant), especially the huge fine‐root biomass, provided a high C and N availability for soil microbes. Compared to the forest, increased soil pH and accelerated base saturation were further factors beneficial for soil microbial growth and metabolism of the upper mineral soil at active pastures. Three times higher amounts of microbial biomass C and a significant shift in the microbial community structure towards a higher relative abundance of Gram(‐)‐ bacteria and fungi were observed. Long‐term pasture use and the invasion of bracken (C3‐plant) diminished beneficial effects for microbes, causing a significant decrease in the C, net, and gross N mineralization rates as well as a two‐third reduction in the microbial biomass. A preferential substrate utilization of grass‐derived C4 by the soil microbes resulted in a rapid decline of the C4‐pool. As a consequence, the less available C3‐pool from bracken and former forest increased its dominance in the SOC‐pool, further decreasing pasture productivity and finally causing pasture abandonment. The lower quality and quantity of above‐ and belowground residues of the bracken (high lignin content, C/N) resulted in resource‐limited conditions that influenced the microbial function to greater extent than their structure. The microbial structure seemed to be sensitive mainly to soil pH along the land‐use gradient. Thus, a disconnection between microbial structure and function was identified. Fertilization experiments were conducted both in the lab and in the field to evaluate the impact of urea and/or rock phosphate amendment on SOM dynamics and on pasture productivity of active pastures. After combined fertilization the pasture yield was most efficiently increased by 2 Mg ha−1 a−1, indicating a NP‐limitation of grass growth. Furthermore, the fodder quality was improved by a higher content of P and Ca in the grass biomass. The microorganisms of the active pasture soil responded with an adaptation of their structure to the increased substrate availability in the short term, but did not change their initial functions in the long term. After urea/ rock phosphate addition a significant increase in the relative fungal abundance was detected, but neither a microbial limitation of energy nor of N or P was observed. However, urea addition accelerated gaseous losses of soil CO2‐C in the short term. In the study area, pronounced alterations in ecosystem functioning due to land‐use changes were detected, especially in soil C and N cycling rates. For a sustainable land‐use in this region it is crucial to prevent pasture degradation and to rehabilitate degraded pastures in order to protect the prevailing mountain rainforest ecosystem. It is of crucial importance for active pasture soils to maintain or even increase resource availability, being one indicator of soil fertility. In this context, the soil organic matter has to be retained in the long‐term to maintain high microbial activity and biomass, and thus pasture productivity. A moderate fertilization with urea and rock phosphate can be a first step to provide continuous nutrient supply for grass growth and to strengthen livestock health through increased fodder quality. However, the risk of further additional emissions of soil CO2‐C due to increased loads of urea fertilizer application has to be kept in mind. Overall, for the establishment of a sustainable land‐use management the control of bracken invasion and an adjusted nutrient management are needed. Further investigations on the reduction of soil nutrient losses and increased nutrient use efficiencies of plants, such as combined planting with legumes or the usage of cultivars with special nutrient acquisition strategies, should be in the focus of future work
In der vorliegenden Dissertation werden die Auswirkungen der Weideetablierung, ‐düngung sowie des Verlassens von Weiden auf Bodenkohlenstoff‐ und Nährstoffdynamik in einer tropischen Bergregenwaldregion Ecuadors zusammenfassend dargestellt und diskutiert. Der Naturwald des Untersuchungsgebietes ist seit Jahrzehnten durch Brandrodung und die Umwandlung in extensiv genutztes Weideland (aktive Weide) in seinem flächenhaften Bestand bedroht. Als Problem hat sich der Verlust an Fruchtbarkeit der Weideböden während ihrer Bewirtschaftung herausgestellt. Des Weiteren führt die Einwanderung des Tropischen Adlerfarns (Pteridium arachnoideum, C3‐Pflanze) zu einer Reduktion der oberirdischen Grasbiomasse. Nimmt diese Entwicklung überhand, werden die betroffenen Flächen von den Bauern nicht mehr aktiv genutzt, verlassen und neuer Regenwald gerodet. Um mehr über die Mechanismen der Verringerung der Bodenfruchtbarkeit zu erfahren, wurden biotische und abiotische Bodeneigenschaften und deren Interaktion entlang eines Landnutzungsgradienten (Naturwald – aktive Weide – verlassene Weide) untersucht. Die Zerstörung des Bergregenwaldökosystems und die Überführung der gerodeten Flächen zur Weidebewirtschaftung verändert die Funktion und Struktur der Bodenmikroorganismen und beeinflusst den CO2‐C Fluss aus dem Boden. Jährlich werden 2 t CO2‐C ha‐1 zusätzlich vom Weideland emittiert. Diese Erhöhung der Bodenatmungsraten kann mit erhöhten Raten der mikrobiellen C‐Mineralisierung und Feinwurzelatmung in Verbindung gebracht werden. Das Weidegras (S. sphacelata, C4‐Pflanze) liefert C‐ und N‐reiche ober und unterirdische organische Substanz (z.B. durch die Feinwurzelbiomasse) und trägt damit zu einer Erhöhung der C‐ und N‐Verfügbarkeit für die mikroorganismen bei. Darüber hinaus stellen ein höherer pH‐Wert und eine erhöhte Basensättigung im oberen Mineralboden der aktiven Weide günstige Bedingungen für mikrobielles Wachstum und Metabolismus dar. Als Konsequenz sind die Gehalte an mikrobiellem Biomassekohlenstoff um das Dreifache erhöht und die mikrobiellen Gemeinschaftsstrukturen signifikant in Richtung einer höheren relativen Abundanz der Gram(‐)‐Bakterien und Pilze verschoben. Eine längerfristige Weidebewirtschaftung ohne Kompensation von Nährstoffverlusten sowie die Einwanderung des Tropischen Adlerfarnes verschlechterte die Bedingungen für die Mikroorganismen, was zu einem signifikanten Rückgang des SOC, der Netto‐ und Brutto‐N‐Mineralisierungsraten sowie zu einer Halbierung der mikrobiellen Biomasse führt. Eine bevorzugte Substratnutzung von Graskohlenstoff (C4) durch die Mikroorganismen hat einen schnellen Abbau des C4‐Pools zur Folge. Somit dominiert nun der mikrobiell schlechter verfügbare C3‐Pool den Bodenkohlenstoffpool. Dies führt zu einem weiteren Rückgang der Weideproduktivität und schließlich zum Offenlassen der Weide. Die geringere Qualität und Quantität der vom Farn stammenden ober‐ und unterirdischen organischen Substanz (hoher Ligninanteil, weites C/N), führten zu einer Limitierung der Ressourcen für die Mikroorganismen, welche deren Funktionen in größerem Maße beeinflussen als deren Gemeinschaftsstruktur. Im Gegensatz dazu wird entlang des Landnutzungsgradienten die Struktur hauptsächlich durch den pH‐Wert beeinflusst. Daraus folgt, dass Struktur und Funktion der Bodenmikroorganismen voneinander entkoppelt auf Veränderungen reagieren können. Um den Einfluss von Harnstoff‐ und/ oder Rohphosphatdüngung aktiver Weiden auf die Dynamik der organischen Bodensubstanz und auf die Weideproduktivität zu untersuchen, wurden sowohl Labor‐ als auch Feldversuche durchgeführt. Im Feldexperiment wurde gezeigt, dass eine NP‐Limitierung der Grasbiomasseproduktion vorliegt und durch eine geringe NP‐Kombinationsdüngung die oberirdische Phytomasseproduktion um 2 t ha−1 a−1 gesteigert und die Futterqualität durch eine Erhöhung der P‐ und Ca‐ Gehalte verbessert werden kann. Die Mikroorganismen reagierten mit einer Anpassung ihrer Struktur an die kurzzeitig erhöhte Substratverfügbarkeit. Nach Gabe von Harnstoff und/ oder Rohphosphat wurde weder eine N‐ noch eine P‐Limitierung der Bodenmikroorganismen festgestellt, und die mikrobiellen Funktionen wurden langfristig nicht verändert. Dagegen bewirkte die Düngergabe einen erhöhten relativen Anteil der Pilzabundanz. Im Labor sowie im Feld kam es nach Harnstoffdüngung kurzzeitig zu verstärkten gasförmigen Verlusten des Bodenkohlenstoffs. Aufgrund der Landnutzungsänderungen im Untersuchungsgebiet veränderten sich die Ökosystemfunktionen stark, speziell die Boden‐C‐ und Boden‐N‐Umsatzraten. Für eine nachhaltige Landnutzung in der Region, d. h., für den Schutz der noch verbliebenen natürlichen Bergregenwaldflächen, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Weidedegradierung verhindert wird und degradierte Flächen wieder in Nutzung genommen werden. Als entscheidend für die Weideproduktivität hat sich in dieser Studie die Ressourcenverfügbarkeit für Bodenmikroorganismen herausgestellt. Daher ist es sehr wichtig, diese Ressourcenverfügbarkeit in Böden aktiv‐genutzter Weiden zu erhalten oder noch zu erhöhen, denn sie wirkt sich vor allem auf die organische Bodensubstanz und im Wechselspiel damit auf die mikrobielle Biomasse und Aktivität aus. Eine moderate Kombinationsdüngung aus Harnstoff und Rohphosphat ist ein erster Schritt in diese Richtung. Dabei sollte jedoch das Risiko zusätzlicher bodenbürtiger CO2‐C Emissionen in Folge höherer Düngergaben berücksichtigt werden. Für ein nachhaltiges Landnutzungsmanagement sind Maßnahmen gegen die Einwanderung des Adlerfarnes und ein angepasstes Nährstoffmanagement notwendig. Weitere Untersuchungen sollten auf eine Minimierung der Nährstoffverluste und eine erhöhte Nährstoffnutzungseffizienz der Pflanzen fokussiert werden. Weidemischkulturen aus Gräsern mit Leguminosen sowie der Einsatz von Kulturen mit speziellen Nährstoffaneignungsstrategien könnten dabei eine große Rolle spielen und sollten in der Region erprobt werden
La tesis presentada investiga el impacto del establecimiento de pasto, de su fertilización y de su manejo tradicional (abandono del pastizal) a la dinámica del carbono y de los nutrientes de suelo en la región de los bosques tropicales montañosos en el Sur de Ecuador. Durante las últimas décadas el bosque natural en el área de estudio ha estado amenazada por su conversión a pastizales. Sin embargo, la fertilidad del suelo en pastos de tipo extensivo (pastos activos) decrece frecuentemente durante el uso de los pastos. La invasión de Llashipa (Pteridium arachnoideum) conduce al abandono de los pastos cuando la ésta se vuelve dominante. Con la finalidad de revelar los mecanismos detrás de esta disminución de la fertilidad de suelo, se analizaron las propiedades bióticas y abióticas del suelo y sus interacciones, a lo largo de una gradiente del uso de la tierra (bosque natural —pasto activo — pastos abandonados). La perturbación del ecosistema de bosque tropical montañoso por su cambio de uso, mediante el establecimiento de pastizales, ha alterado la función y la estructura de los microorganismos y ha afectado el flujo de CO2‐C del suelo. Cada año 2 Mg CO2‐C ha‐1 fueron emitidas adicionalmente por el establecimiento de pastos. Esta aceleración en la tasa de respiración del suelo está relacionada con el aumento de las tasas de mineralización microbiana de carbono y de la respiración de las raíces. La alta calidad y abundancia de N de los residuos orgánicos del suelo con pasto Mequeron (S. sphacelata, C4‐planta), especialmente debido a la gran biomasa de las raíces finas, ofrecen una disponibilidad alta de C y N para los microorganismos. En comparación con el bosque natural, el aumento del pH y la saturación bases acelerada fueron condiciones más favorables para el crecimiento microbiano y para el metabolismo microbiano en el parte superior del suelo mineral en pastos activos. La cantidad de C de la biomasa de los microorganismos fue tres veces mayor que la del bosque y se ha observado un cambio significativo de la estructura de la comunidad microbiana, en donde la abundancia relativa de los hongos y de las bacterias Gram(‐) ha aumentado. El uso de pasto a largo plazo y la invasión de Llashipa (C3‐planta) han reducido los efectos benéficos para los microorganismos, que resultaron en una reducción significativa de las tasas de la mineralización de C y N, y en una reducción en dos tercios de la biomasa microbiana. El uso preferencial de los microorganismos por sustrato de pasto C4 han resultado en una rápida disminución de la reserva de C4. Como consecuencia, la menor disponibilidad de la reserva de C3 de las plantas de Llashipa y de la cobertura anterior de bosque ha incrementado su dominancia en la reserva de materia orgánica del suelo. Eso resulta, en una mayor disminución de la productividad de los pastos, conduciendo finalmente al abandono de los campos de pastos. La menor calidad y cantidad de los residuos acumulados sobre y bajo el suelo provenientes de la Llashipa han dado como resultado un sustrato de limitadas condiciones que están afectando más a las funciones microbiales antes que a su estructura. La estructura microbiana parece ser más sensible al pH del suelo a largo de la gradiente del uso de la tierra; de manera que se ha identificado una desconexión entre la estructura y función microbial. Experimentos de fertilización en laboratorio y en campo han sido realizados para evaluar el impacto de la aplicación de enmiendas (urea y/o roca fosfórica) a la dinámica de la materia orgánica y a la productividad de los pastos activos. El resultado del experimento de campo ha demostrado que la fertilización combinada es más efectiva, mostrando un aumento en la producción de biomasa de 2 Mg ha−1 a−1, lo que indica una limitación de N y P para el crecimiento del pasto. Además, la calidad de forraje se mostró incrementada ya que el contenido de P y de Ca han aumentado significativamente. Los microorganismos del suelo en el pasto activo han respondido a corto plazo con una adaptación de su estructura ante la disponibilidad de sustrato, pero no han mostrado un cambio de sus funciones iniciales a largo plazo. Después de la aplicación de urea y de la roca fosfórica, se detectó un incremento significativo en la abundancia de los hongos, pero tampoco se observó una limitación de energía microbial ni de N o P. Sin embargo, la aplicación de urea ha aumentado la pérdida gaseosa de CO2‐C del suelo a corto plazo. Debido al cambio de uso de la tierra en la área de investigación, se ha detectado una alteración notable de la función del ecosistema, especialmente en el ciclo de C y N de suelo. Para un uso sostenible de la tierra en esta región, es crucial el prevenir la degradación de pastos y rehabilitar aquellos degradados. En el suelo de pastos activos es de gran importancia el mantener o aún mejor el aumentar la disponibilidad del sustrato, que es uno de los indicadores de la fertilidad del suelo. En este contexto, la materia orgánica se debe ser retenida a largo plazo para mantener la actividad y biomasa microbiana alta y por ende la productividad de pasto. Una moderada fertilización con urea y roca fosfórica puede ser un primer paso para proveer un continuo suministro de nutrientes por el crecimiento del pasto y para reforzar la sanidad pecuaria por medio de un forraje de mayor calidad. Sin embargo, el riesgo de emisiones adicionales de CO2‐C del suelo debido a una aplicación más alta de urea debe tenerse en cuenta. Se puede concluir que para un manejo sostenible del uso de la tierra, tanto el control de la invasión de Llashipa y como un suministro adecuado de nutrientes son necesarios. Adicionalmente se podría decir que es necesario profundizar el estudio de la reducción de las pérdidas de los nutrientes de suelo y de la eficiencia del uso de los nutrientes en las plantas, así como las asociaciones de pastos con leguminosas o el uso de cultivos de absorción selectiva de nutrientes, que serían estrategias importantes para el futuro

Die vorliegende Arbeit prüft bei der gärtnerischen Modell-Kultur Cyclamen den Einfluss des Genotyps (interspezifische Hybriden) auf generative Merkmale sowie bei C. persicum `Melody´ den Einfluss von Kultivierungsmaßnahmen wie die Besiedelung der Wurzeln durch einen symbiontischen Pilz (Piriformospora indica) in Kombination mit einem differenzierten Phosphor-Angebot auf vegetative und generative Merkmale: (1) Pflanzendurchmesser, (2) Blühzeitpunkt und Blütenanzahl, (3) Anzahl Samenanlagen pro Fruchtknoten, (4) Vitalität von Pollen und Samenanlagen, (5) Mikrosporogenese, (6) Befruchtungsvorgang (Pollenschlauchwachstum, Anteil Fruchtknoten mit Pollenschläuchen, Anzahl Pollenschläuche im Griffel und Penetration der Pollenschläuche in die Micropyle), (7) abortierte Blüten nach der Bestäubung (8) Samenbildung und (9) Samenanzahl.
The present paper investigates Cyclamen as an horticultural model-culture. A main Focus is on the characteristics of the Cyclamen genotype, notably with interspecific hybrids. Further, Cyclamen persicum cv. served as a model to analyse effects on parameters of pollination, seed development and number of ovules per ovary, which are caused by a root colonization of the seed bearer with the symbiotic fungus Piriformospora indica (Piri) in combination with a differentiated phosphorus supply. In this regard, plant diameter, flowering time and flower number, the viability of pollen and ovules, the microsporogenesis, the growth of pollen tubes, the seed formation and the seed count were considered among important parameters of pollination and seed development.

In der vorliegenden Studie wurden zwei Fragestellungen bearbeitet, die beide das Ziel verfolgen, die Stickstoff(N)-Ausnutzungseffizienz in landwirtschaftlichen Systemen zu steigern: 1) Hat die langjährige organische Düngung einen Einfluss auf den Abbau kürzlich applizierter organischer Dünger? Die Hypothese war, dass relevante Effekte nur bei schwer abbaubaren organischen Düngern auftreten während bei leicht abbaubaren organischen Düngern die Düngungshistorie keine Rolle spielt. 2) Können die hohen N-Bilanzüberschüsse im intensiven Freilandgemüsebau durch den Einsatz von Winterzwischenfrüchten (ZF) deutlich reduziert werden? Die Hypothese war, dass ZF die Bilanzüberschüsse der betrachteten zweijährigen Fruchtfolgen um mindestens 30 kg N / ha reduzieren. Die erste Hypothese wurde überprüft, indem der Abbau organischer Dünger in Böden, die sich in ihrer organischen Düngungshistorie unterschieden, gemessen wurde. Es wurden ein Topfversuch im Gewächshaus sowie ein Inkubationsversuch im Labor durchgeführt. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass es Effekte der Historie auf den Abbau von Stallmist und Kiefernrinde gab, während es keine Effekte bei leicht abbaubarem Kohlmaterial gab. Daher wurde die Hypothese angenommen. Allerdings ergaben die beobachteten Effekte kein konsistentes Bild in Hinblick auf die Richtung der Effekte auf die Kohlenstoff(C)- und N-Mineralisierung und Effekte auf die Netto-N-Mineralisation waren generell sehr klein. Zur Überprüfung der zweiten Hypothese wurden an drei Standorten in Deutschland Feldversuche mit Gemüsefruchtfolgen und unterschiedlichen ZF durchgeführt. Die Ergebnisse ergaben, dass trotz der die mittleren Bilanzüberschüsse der Kontrollen (ohne ZF) von 217 kg N / ha die ZF die N-Bilanz im Mittel um nur 13 kg N / ha reduzierten. Daher wurde die Hypothese abgelehnt. Die Ergebnisse zeigten weiterhin, dass der verlustfreie Transfer der von der ZF aufgenommenen N-Menge an die Folgefrucht ein kritischer Schritt bei dieser Technik ist.
The current study dealt with two questions that target potential options to increase the nitrogen (N) use efficiency of agricultural systems: 1) Does long-term organic fertilization affect the decomposition of recently added organic fertilizers? The hypothesis was that effects only occur for recalcitrant organic fertilizers while for readily decomposable organic fertilizers, the fertilization history does not play a role. 2) Can the N balance surpluses in intensive field vegetable production systems be substantially reduced by cultivation of winter catch crops (CC)? The hypothesis was that the N balance surpluses of the investigated two-year crop rotations can be reduced by more than 30 kg N / ha. The first hypothesis was tested by applying organic fertilizers to soils that only differed in organic fertilization history. A greenhouse pot experiment and a laboratory incubation experiment were conducted. The results indicated that fertilization history had effects on the decomposition of farmyard manure and pine bark, not however on the decomposition of readily decomposable cabbage material. Hence, the hypothesis was accepted in that fertilization history effects depended on the type of fertilizer. However, fertilization history effects showed no consistent trend with respect to increase or decrease in carbon (C) and N mineralization and the effects on net N mineralization were minor in magnitude. The second hypothesis was tested by performing field experiments at three sites in Germany. Vegetable crop rotations were set up, testing different types of CC. The results suggested that in spite of high N surpluses in the control treatments (no CC) of 217 kg N / ha, CC reduced the N balance surplus on average by only 13 kg N / ha. Hence, the hypothesis was rejected. The findings further indicated that the transfer of N taken up by the CC to the succeeding crop is a critical step when adopting this technique.

In dieser Dissertation wird der Einfluss von Transaktionen zur Wiederverwendung von Nährstoffen und gereinigtem kommunalen Abwasser auf die Wertschöpfungsketten der Abwasserbehandlung und Pflanzenproduktion untersucht. Ziel ist es, Kosten und Nutzen sowie die Wertschöpfung von Transaktionen in verknüpften Wertschöpfungsketten der Abwasserbehandlung und Pflanzenproduktion zu analysieren. Darüber hinaus wird untersucht, wie Transaktionen und Interdependenzen zwischen Akteuren in verknüpften Wertschöpfungsketten die lokalen Governance-Strukturen für die Wiederverwendung von Abwasser beeinflussen. Die Analyse wird hauptsächlich durch das Wertschöpfungskettenkonzept, das Konzept der Kreislaufwirtschaft und die Theorie der Transaktionskostenökonomie geleitet. Mit verschiedenen Methoden, wie der Kosten-Nutzen-Analyse, der Wertschöpfungskettenanalyse und der Transaktionskostenanalyse, werden zwei Fallstudien in Deutschland untersucht: (1) die Fällung von Struvit (Magnesium-Ammonium-Phosphat) und dessen Verwendung als Dünger in Berlin-Brandenburg und (2) das Modell der landwirtschaftlichen Abwasserwiederverwendung in Braunschweig. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wiederverwendung von Nährstoffen und Abwasser zu geringeren Kosten für die Abwasserbehandlung, höherer Rentabilität und Wertschöpfung in der Pflanzenproduktion und zu einem hohen Anteil an regionaler Wertschöpfung führen. Die Ergebnisse verdeutlichen aber auch, dass die Wiederverwendung von Abwasser zu Einschränkungen, Verdrängungseffekten und Veränderungen in der Verteilung der Wertschöpfung führen kann. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass differenzierte Governance-Strukturen erforderlich sind, um den unterschiedlichen Eigenschaften der Transaktionen zwischen Abwasserbehandlung und der Pflanzenproduktion gerecht zu werden. Interdependenzen zwischen Abwasseranbietern und Landwirten erhöhen den Bedarf an hybriden und hierarchischen Elementen in den Governance-Strukuren für die Wiederverwendung von Abwasser.
This dissertation explores the impact of transactions for reusing nutrients and treated municipal wastewater on the value chains of wastewater treatment and crop production. It aims to analyze what costs and benefits and what added-value can result from transactions in linked value chains of wastewater treatment and crop production. Furthermore, it aims to analyze how transactions and interdependences between actors in linked value chains shape the governance structures for reusing wastewater at the local level. The analysis is mainly guided by the value chain concept, the concept of the circular economy and the theory of transaction costs economics. Different methods including cost-benefit analysis, value chain analysis and transaction cost analysis are used to investigate two case studies located in Germany: (1) the precipitation of struvite (magnesium ammonium phosphate) in the wastewater treatment plant in Waßmannsdorf and its application as fertilizer in Berlin-Brandenburg, and (2) the agricultural wastewater reuse scheme of the Wastewater Association Braunschweig. The results show that transactions for reusing nutrients and wastewater result in the development of linked regional value chains with lower costs of wastewater treatment, higher profitability and added-value in crop production, and a high share of regional added-value. However, the results also highlight that the reuse of wastewater can lead to restrictions (e.g., cultivation bans on certain crops), crowding out effects and changes in the distribution of the added-value. Furthermore, the findings suggest that different governance structures are needed to match the different properties of the transactions between wastewater treatment and crop production. Interdependences resulting from transactions between wastewater providers and farmers increase the need for hybrid and hierarchical elements in the governance structures for reusing wastewater.

Mit der vorliegenden Broschüre werden die Ergebnisse des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, des Staatsbetriebes Sachsenforst und der Staatlichen Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft gemeinsam vorgestellt. Aus mehrjährigen acker- und pflanzenbaulichen sowie forstlichen Untersuchungen liegen umfangreiche Ergebnisse zu Stickstoffdüngung, -aufnahme, -bilanz und -dynamik unter sächsischen Bedingungen vor. Die zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse zeigt, dass regelmäßige Auswertungen der in den verschiedenen Messnetzen erhobenen Parameter und Messreihen die Plattform für ein integriertes und ressortübergreifendes Stickstoffmonitoring bilden können. Die Broschüre liefert einen Beitrag zur Bewertung der Stickstoffbelastung und enthält Handlungsempfehlungen für Flächenbewirtschafter sowie für die Verwaltung.