Eine günstige Bodenstruktur ist wesentliche Voraussetzung für eine effiziente Pflanzenproduktion. Dabei muss insbesondere die Struktur des Unterbodens vor Degradation geschützt werden, da diese nicht oder nur mit hohem Aufwand regeneriert werden kann. Studien aus den 2000er Jahren belegten, dass die Bodenstruktur deutscher Ackerflächen bis in den Unterboden in der Regel als zufriedenstellend bis gut einzustufen war. Neuere Flächenuntersuchungen werden benötigt. Eine Metaanalyse von Feldversuchen mit heute in Deutschland flächendeckend eingesetzten 6-reihigen Rübenrodern zeigte eine deutliche Degradation bei Befahrung mit vollem Bunker und hoher Bodenfeuchte an, obwohl die Werte funktionaler Kenngrößen der Bodenstruktur erheblich streuten. Nachfolgende Ackerfrüchte zeigten nur in wenigen Fällen deutliche Ertragsminderungen. Hohe Unterbodenfeuchte nahe der Feldkapazität liegt in den deutschen Hauptgebieten des Rübenanbaus im Erntezeitraum September bis November nur in wenigen Jahren vor. Deshalb ist in den meisten Jahren nicht von einem Risiko zunehmender Verdichtung auszugehen. Bisherige Verbesserungen der Fahrwerks- und Reifentechnologie kamen vor allem dem Schutz der Krume, nicht aber dem des Unterbodens zugute.
Chemical weed control is widely criticized because of its potential ecotoxicological risks. However, the environmental effects of mechanical weeding have not been studied yet. This study aims to evaluate the effects of hoeing, herbicide spraying and combined hoeing-spraying in sugar beet on soil erosion, earthworm abundance, and greenhouse gas (GHG) emissions. Field trials were carried out in Lower Saxony on five sugar beet fields from 2019 to 2021. Runoff and soil erosion were measured by means of rainfall simulation on 2-m2 subplots after weed control. The earthworm abundance was determined in autumn using formalin expulsion. The resources consumption and GHG emissions of each weeding strategy were estimated using KTBL and Biograce online tools. The earthworm abundance was not affected by weeding strategy in most cases. Cumulative runoff and soil loss were six and eight times lower after hoeing compared to herbicide spraying, but only if the soil was crusted before rainfall simulation; otherwise, weed control did not affect soil erosion. The GHG emissions for mechanical and combined mechanical-chemical weed control were higher by factor 2.5 and 1.7, respectively, as compared to the reference chemical weed control. Hence, hoeing is, though non-toxic and erosion-retarding, the weeding strategy with the highest carbon footprint.
Der im Jahr 2006 angelegte Systemversuch Fruchtfolge (FF) in Harste prüft den Einfluss unterschiedlicher Fruchtfolgen (Senf (Sf)_Zuckerrüben (ZR)-Winterweizen (WW)-WW, ZR-WW-Sf_Silomais (SM), Sf_ZR-WW-Winterraps (WR)-WW-WW-Phacelia (Ph)_Körnererbse (KE)) auf den ZR-Ertrag. Der ZR-Ertrag stieg in der Reihenfolge ZR-WW-Sf_SM, Sf_ZR-WW-WW und Sf_ZR-WW-WR-WW-WW-Ph_KE, wobei die Differenzen nicht in allen Untersuchungszeiträumen statistisch gesichert sind. Maßgeblich für den hohen ZR-Ertrag in Fruchtfolge Sf_ZR-WW-WR-WW-WW-Ph_KE sind ein hohes N-Bindungs- und Nachlieferungspotenzial sowie eine Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit. So konnte die mineralische N-Düngemenge reduziert und die Energie- und N-Effizienz gesteigert werden. Hinsichtlich der Energie- und Flächenbilanz sowie Treibhausgasemissionen ist aber auch die Fruchtfolge ZR-WW-Sf_SM aufgrund der hohen Biomasseproduktion der Fruchtfolge Sf_ZR-WW-WW überlegen. Eine ausreichende Versorgung des Bodens mit organischer Substanz über die auf dem Feld verbleibenden Ernte- und Wurzelrückstände ist in der Fruchtfolge ZR-WW-Sf_SM nicht gewährleistet. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass bei günstiger Fruchtfolgenstellung von ZR Umweltbeeinträchtigungen ohne Ertragsverluste reduziert werden können. Offene Fragen bestehen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit bei Betrachtung der gesamten Fruchtfolge und bezüglich der Auswirkungen der Fruchtfolgen auf die Biodiversität.
Der bodenbürtige Pilz Rhizoctonia solani Kühn ist der Erreger der Späten Rübenfäule der Zuckerrübe und kann erhebliche Ertragsverluste verursachen. Krankheitsauftreten und Befallsstärke sind neben dem Zuckerrübengenotyp und der Vorfrucht abhängig von spezifischen bodenstrukturellen Eigenschaften. In den vorgestellten Versuchen wurde die Bodenstruktur durch eine variierte Bodenbearbeitung (Pflug, Grubber, Überrollen und flache Grubberbearbeitung) differenziert. Zwei Zuckerrübengenotypen (anfällig, resistent) wurden nach Mais angebaut. Aufgrund eines insgesamt niedrigen Befallsniveaus mit R. solani an Zuckerrüben konnten keine Zusammenhänge zwischen der Befallsstärke von R. solani und den untersuchten Bodenparametern (Eindringwiderstand, Luftkapazität, Gesamtporenvolumen, Pneumatische Leitfähigkeit) festgestellt werden. Darüber hinaus gab es keine Befallsunterschiede zwischen den Bodenbearbeitungsvarianten. Die Ergebnisse lassen allerdings vermuten, dass reduzierte Bodenbearbeitung zu einem höheren Befall mit R. solani als konventionelle Pflugbearbeitung führen könnte. Kam es zum Befall, war dieser beim anfälligen Genotyp stärker ausgeprägt als beim resistenten Genotyp.
Durch hydrothermale Karbonisierung (HTC) erzeugte Biokohle könnte die zunehmende Abfuhr pflanzlicher Biomasse vom Acker im Sinne einer ausgeglichenen C-Bilanz kompensieren und zusätzlich aufgrund erwarteter Abbaustabilität zur C-Sequestrierung beitragen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen war eine erste landbauliche Bewertung von HTC-Biokohle als Bodenverbesserer. Dazu wurden im Frühjahr 2010 in einem Feldversuch auf einer Parabraunerde bei Göttingen zwei HTC-Biokohlen (C:N 16, 38) in einer Menge von 10 t ha–1 (TM) ausgebracht. Unmittelbar anschließend wurden unterschiedlich mit N gedüngte (4 Stufen, 0–150 kg N ha–1) Zuckerrüben angebaut. Die HTC-Biokohlen hatten keine Wirkung auf die untersuchten chemischen und physi-
kalischen Bodeneigenschaften. Bereits nach drei Monaten waren 12 % des mit der HTC-Biokohle zugeführten Kohlenstoffs als CO2 freigesetzt. Der Bereinigte Zuckerertrag war im Vergleich zur Kontrolle vermindert, wenn die HTC-Biokohle ein weites C:N-Verhältnis aufwies und kein N appliziert wurde. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass HTC-Biokohle vor allem die N-Verfügbarkeit vermutlich durch mikrobielle Umsetzungsprozesse beeinflusst.
Die Kalkung landwirtschaftlich genutzter Böden ist für die Anhebung des pH-Wertes und die Zufuhr von Calcium (Ca) insbesondere auf carbonatarmen Böden von großer Wichtigkeit. Dabei können vom Ca-Ion bzw. pH-Wert ausgehende Wechselwirkungen zu anderen Nährstoffen auftreten und diese in ihrer Verfügbarkeit für die Pflanze beeinflussen. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, den Einfluss einer Kalkung auf mittels Elektro-Ultrafiltration (EUF) extrahierbare und pflanzenverfügbare Nährstoffe zu quantifizieren. Dazu wurden drei tonig schluffige Lössböden mit Branntkalk versetzt (0; 1,4; 3,7 und 7,4 g CaOkg–1) und für acht Wochen bei 12°C und 40% ihrer Wasserhaltekapazität inkubiert. Im Anschluss wurden die Böden mittels EUF analysiert und als Substrat für die Testpflanze Zuckerrübe im Gewächshaus verwandt. Infolge der Kalkgabe stieg der pH-Wert von 6,8 auf 7,6; 8,1 bzw. 8,9, der EUF-extrahierbare Phosphor-(P-) Gehalt des Bodens nahm um 1–2mg (100g Boden)–1 zu, die P-Aufnahme der Pflanzen stieg um bis zu 83%. Somit zeigt diese Studie einen Anstieg des extrahierbaren und pflanzenverfügbaren P infolge einer Kalkung von Böden mit neutralem Ausgangs-pH-Wert. Ein Einfluss der Kalkung auf extrahierbares Kalium (K) und die K-Gehalte der Pflanzen wurde nicht festgestellt. Von den Mikronährstoffen war es ausschließlich Bor, dessen Pflanzenverfügbarkeit durch die Kalkung zurück ging. Diese Ergebnisse müssen in Feldversuchen validiert werden.
Die Kalkdüngung bedürftiger Böden ist gute fachliche Praxis. Durch die Anhebung des pH-Wertes und die Zufuhr von Calcium (Ca) können sich Extrahierbarkeit und Pflanzenverfügbarkeit von Phosphor (P) und Kalium (K) verändern. Das muss bei der Erstellung einer Düngeempfehlung für Zuckerrüben auf Basis einer Bodenuntersuchung mittels Elektro-Ultrafiltration (EUF) eventuell berücksichtigt werden. Mit der vorliegenden Studie wurde geprüft, wie sich die Kalkdüngung von neutralen bis schwach sauren Böden mit gleichzeitig niedrigem EUF-Ca-Gehalt in der zweiten Fraktion auswirkt auf (i) die EUF-extrahierbaren Nährstoffe P und K im Boden, (ii) den P- und K-Entzug sowie Ertrag und Qualität von Zuckerrüben insbesondere bei einer zusätzlich ausgebrachten K-Düngung. Zunächst wurde Branntkalk im Sommer vor dem Anbau von Zuckerrüben in Mengen von 0, 3 und 12 t CaO ha–1 gedüngt und der Boden nach 24 Wochen mittels EUF analysiert. Anschließend wurden Zuckerrüben mit verschiedenen Düngevarianten (N, K, Mg) auf den mit 0 und 3 t CaO ha–1 gedüngten Teilstücken angebaut. Die Kalkung mit 3 t CaO ha–1 bewirkte im Boden keine Änderung der EUF-extrahierbaren Nährstoffgehalte. Nach einer Kalkdüngung wurden geringfügig niedrigere P- und K-Gehalte in der Rübe gemessen, der Frischmasseertrag stieg um 1,4 t ha–1, der Bereinigte Zuckerertrag (BZE) um 0,3 t ha–1. Eine zusätzlich ausgebrachte K-Düngung bewirkte den erwarteten Anstieg des Zuckergehaltes. Außerdem erhöhte die K-Düngung innerhalb der gekalkten Varianten auch den BZE gegenüber der Variante ohne K, allerdings nicht über das Niveau der ungekalkten Varianten. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Kalkdüngung in praxisüblicher Menge eine Veränderung der Düngeempfehlung für P und K nicht erforderlich ist.
An zwei Standorten (Aiterhofen, Bayern, DE; Harste, Niedersachsen, DE) wurde anhand von Feldversuchen in den Jahren 2012–2014 untersucht, welche Unterschiede sich in der Stickstoff(N)-Bilanz, dem mineralischen N-Vorrat (Nmin) im Boden vor Winter und der N-Auswaschung zwischen Silomais und Zuckerrüben ergaben. Weiterhin wurden der Einfluss des Anbaus von Winterweizen und Senf sowie der Gestaltung der Fruchtfolge bewertet. Für Silomais ergaben sich N-Bilanzen von –35 bis 9 kg N ha–1, die der Zuckerrüben waren mit –21 bis 32 kg N ha–1 höher. Alle untersuchten Fruchtfolgen erreichten im dreijährigen Mittel eine N-Bilanz <30 kg N ha–1, wobei Silomais in der Fruchtfolge zur Senkung des dreijährigen Mittels führte. Die N-Auswaschung, modelliert mit dem Modell NDICEA, zeigte die höchsten Werte in der Fruchtfolge (Senf-) Silomais-Zuckerrüben-Winterweizen (62 kg N ha–1 3a–1). Unter Silomais und Zuckerrüben waren die Auswaschungen generell geringer. Auswaschungen unter Winterweizen und Senf traten vornehmlich über Winter auf. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die N-Bilanz und der Nmin-Vorrat im Boden vor Winter nur bedingt als Indikatoren für das Auswaschungsrisiko eignen.
The SmartBeet project aimed to develop a sensor system feasible to detect beet damages occurring in the harvester cleaning system. Sensor information should allow to design driver assistance systems safeguarding low-damage beets most suitable for long-term storage. Long-term storage trials in climate containers revealed that root tip breakage caused by turbine cleaning correlated sufficiently close with sugar losses, and thus can serve as an overall damage indicator. In a systematic drop test, heavier beets (>700 g), beets impacting the ground with the root tip ahead and dropping from 2.5 m caused largest tip breakage. Field experiments were conducted with measuring bobs which were shaped like beets and equipped with accelerometers and surface pressure sensors. They showed that type and form of impacts affect damage severity in addition to impact intensity. Moreover, the turbines exerted less impact compared to the lifter, sieve conveyor and auger conveyor. Results imply that the beet throughput level through the cleaning section significantly affects the occurrence of damages. In addition, the structure-borne sound of the beet guiding grates of the turbines was recorded. Single beet damage events were identified from videos taken by high speed cameras and synchronized with the associated sound frequency spectra. In future, time segments and synchronized Fast-Fourier-transformed frequency spectra will be used to derive specific trait variables in order to develop a Machine-Learning-Model.
Ziel der vorliegenden Studie war es, Auswirkungen einer Streifenbearbeitung im Herbst auf Feldaufgang und Ertrag von Zuckerrüben in charakteristischen Rübenanbaugebieten Deutschlands zu untersuchen. Als Referenz diente dabei das betriebsübliche Bodenbearbeitungs- und Bestellverfahren, welches sich unter den jeweiligen Standortverhältnissen als langjährig optimal erwiesen hatte. Dazu wurden in den Jahren 2012/13, 2013/14 und 2014/15 in insgesamt 35 Umwelten Streifenversuche auf landwirtschaftlichen Praxisflächen durchgeführt (On-Farm-Experimente).
Im Mittel der untersuchten Umwelten war der Feldaufgang bei Streifenbearbeitung 7,0% niedriger als bei betriebsüblicher Bodenbearbeitung. Beziehungen der Bestandesdichte zum Bereinigten Zuckerertrag konnten nicht festgestellt werden, vermutlich weil zwischen den Verfahren Abweichungen in der Bestandesdichte gering waren oder innerhalb der optimalen Bestandesdichte von 82000 bis 110000 Pflanzen ha–1 lagen. Der Bereinigte Zuckerertrag bei Streifenbearbeitung war im Mittel der untersuchten Umwelten 6,3% niedriger als bei betriebsüblicher Bodenbearbeitung. Mindererträge bei Streifenbearbeitung traten vermehrt auf Standorten mit schwereren Böden auf und waren vermutlich durch eine verzögerte Jugendentwicklung begründet.
Im Mittelpunkt des Konzeptes einer nachhaltigen Produktivitätssteigerung steht die Steigerung der Effizienz (Output/Input-Relation) entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Die Forschungstätigkeit im Institut für Zuckerrübenforschung (IfZ) an der Universität Göttingen wurde im vergangenen Jahrzehnt zunehmend auf die Effizienzsteigerung im Anbau ausgerichtet. Die sich daraus ergebende Entwicklung wird für den Anbau von Zuckerrüben in Deutschland beschrieben. Der tatsächlich erzeugte Zucker (Weißzuckerwert, "Zucker im Silo") stieg in Deutschland von etwa 7tha–1 1970 auf aktuell etwa 12tha–1. Dagegen betrug der Bereinigte Zuckerertrag in der Wertprüfung des Bundessortenamtes 2015 etwa 15tha–1. Der Ertragsanstieg beruht auf biologisch-technischem Fortschritt, je zur Hälfte realisiert durch Züchtung und verbessertes Anbaumanagement bzw. günstige Witterung. Mit dem Ertrag stiegen auch der Chlorophyll- gehalt im Blatt und das Rübe-Blatt-Verhältnis, während sich in der Speicherwurzel der Anteil an Strukturkohlenhydraten (Mark) zu Gunsten der Speicherkohlenhydrate (Saccharose) verringerte. Ein zu niedriger Markgehalt kann die Lagerfähigkeit beeinträchtigen. Die N-Düngeeffizienz hat sich erheblich verbessert und beträgt kontinuierlich fallend zurzeit etwa 10kgNt–1 Zucker. Der Anbau von Zuckerrüben ist – ganz im Sinn des integrierten Pflanzenschutzes – gekennzeichnet durch den Anbau von toleranten/resistenten Sorten gegen Cercospora beticola, Rizomania, Heterodera schachtii und Rhizoctonia solani, eine Applikation von maximal etwa 100gha–1 an Insektiziden (Neonicotinoide in der Pillenhüllmasse) und die Applikation mehrerer verschiedener herbizider Wirkstoffe, durch die das Resistenzrisiko gering ist. Weiterhin wurden Leitlinien des integrierten Pflanzenschutzes entwickelt, die über Branchenvereinbarungen zwischen Zuckerunternehmen und Anbauern für den gesamten Zuckerrübenanbau gültig sind. Zentrale Bedeutung hat der Anbau ausschließlich in Fruchtfolgen. Durch eine weitere Erhöhung auf etwa 15tha–1 Weißzuckerwert und 18tha–1 Bereinigter Zuckerertrag wird die Energieeffizienz bis 2030 auf etwa 20 GJ Output/GJ Input steigen. Voraussetzung für eine weitere nachhaltige Produktivitätssteigerung des Anbaus sind wissenschaftlich unabhängige Forschung, ein intensiver Wissenstransfer in die Praxis und gesellschaftliche Akzeptanz für technologisch innovative sowie effizientere Anbauverfahren. Zukünftig werden Themen wie z.B. Schaderregerdiagnose auf molekularer Basis, Sensorik, Robotik und Data Mining, letztlich Smart Farming, bearbeitet und es gilt den physiologischen Idiotypus von Beta vulgaris und damit das Ertragspotenzial für Zuckerrüben in Mitteleuropa zu bestimmen.
Zwischenfruchtanbau kann nicht nur die Nematodendichte vermindern, z.B. durch den Anbau von resistentem Senf, sondern weitere Effekte wie die Verbesserung der Stickstoffverfügbarkeit für nachfolgende Zuckerrüben sind denkbar. In vier Umwelten wurden Feldexperimente durchgeführt, um den Einfluss des Zwischenfruchtanbaus (resistenter weißer Senf, Zwischenfruchtmischung und Strohmulch als Kontrolle), der Stickstoffdüngung (0, 50, 100, 150kgNha–1 zu Zuckerrüben) und der Nematodendichte auf N-Aufnahme und Zuckerertrag von gegenüber Nematoden anfälligen, toleranten oder resistenten Zuckerrübensorten zu untersuchen. Der Zwischenfruchtanbau beeinflusste weder Zuckerertrag noch N-Aufnahme der mit 100kgNha–1 gedüngten Zuckerrüben, allerdings konnte bei ausreichend etablierten Zwischenfruchtbeständen die Nematodendichte durch resistenten Senf und außerdem durch die resistente Zuckerrübensorte unabhängig von der N-Düngung reduziert werden. Die N-Aufnahme sowie Amino-N-Gehalte nahmen bei der anfälligen Zuckerrübensorte mit zunehmendem Nematodenbefall exponentiell ab, allerdings nicht bei der toleranten und resistenten Sorte. Der Zuckerertrag wurde nur unwesentlich von der N-Düngung beeinflusst: Nur bei niedrigem und sehr hohem N-Angebot (= mineralischer N-Gehalt im Boden + mineralische N-Düngung) traten geringe Mindererträge bei allen Sorten auf. Das optimale N-Angebot lag zwischen 130 und 160kgNha–1.
Das Verbundprojekt untersucht Fruchtfolgen mit und ohne Zuckerrüben (ZR) bzw. Silomais (SM) in Kombination mit Winterweizen (WW). Produktionsziel für ZR und SM ist Biogas, für WW Backweizen. Ziel ist es, Handlungsempfehlungen für einen nachhaltigen Anbau von Energiefrüchten in abwechslungsreichen Fruchtfolgen abzuleiten. Hierzu werden Erträge, Krankheiten und Schädlinge, Pflanzenschutzmitteleinsatz, N-Bilanz, Humusreproduktion, Bodenstruktur, Energie- und Treibhausgasbilanz, Umweltwirkungen, einzelbetriebliche Wettbewerbsfähigkeit sowie betroffene Agrarmärkte und Standortvorzüglichkeiten bewertet. Datengrundlage bilden vier mehrjährige Feldversuche an drei hoch produktiven Standorten in Deutschland (Harste, Straubing, Etzdorf). Erste Auswertungen (2011, 2012) zeigten hohe Methanhektarerträge (Harste und Straubing) und Netto-Energiegewinne (nur Straubing) aus ZR (6870 Nm3 ha–1 a–1 bzw. 279 GJ ha–1 a–1). Diese lagen jedoch unter denen von SM (8259 Nm3 ha–1 a–1 bzw.
323 GJ ha–1 a–1). Erste Bodenstrukturuntersuchungen (nur Harste, 2012) zeigten ungünstigere Verhältnisse (z.B. Luftkapazität) in der Oberkrume unter Daueranbau von ZR und SM im Vergleich zum WW-Daueranbau. Ertragsschwankungen zwischen Untersuchungsjahren sowie Fruchtfolgen bedürfen weiterer Untersuchungen und detaillierter betriebswirtschaftlicher Bewertungen. In einer bundesweiten Analyse wurde ein ca. 1 Mio. ha hohes, bislang nicht für den ZR-Anbau genutztes Flächenpotenzial für den Anbau von ZR zur Biogasproduktion deutlich.
