Detta skördefält i Pennsylvania, planterad med en täckväxtblandning av ettårig rajgräs och rödklöver, var platsen för ett experiment som testade det nya rekommendationssystemet för kvävegödselmedel. Kredit:Charlie White/Penn State
Forskare vid Penn State College of Agricultural Sciences har utvecklat en viktig komponent i ett nytt system som majsodlare kan använda för att justera användningen av kvävegödsel baserat på platsspecifika mätningar av täckgrödor och organiskt material i jorden.
Utvecklingen är anmärkningsvärd eftersom den omfattande användningen av täckgrödor i rotationer med majs under det senaste decenniet har resulterat i minskningar av näringsföroreningar och sedimentering, införandet av täckgrödor har förvirrat odlarnas beslutsfattande om hur mycket kvävegödsel som ska användas för att möta deras behov av kontantgrödor.
"Runt världen, vi har mycket kväveföroreningar från jordbruket som kommer från gödselmedel eller gödselanvändning, " sa forskaren Charlie White, biträdande professor och förlängningsspecialist i markens bördighet och näringsvård. "Och allt handlar inte om misskötsel hos jordbrukare. Mycket av det har att göra med bristen på verktyg tillgängliga för jordbrukare för att exakt förutsäga den korrekta mängden kväve som behövs för grödor under ett givet år."
Den komplicerande faktorn, Vit tillade, är det i genomsnitt, hälften av det kväve som tas upp av majsgrödan kommer från mineraliseringen av kväve i markens organiskt material. Saker och ting blir ännu mer komplicerade för bönder som använder täckgrödor, eftersom mängden kväve som mineraliseras från täckgrödor beror på arten och hur den sköts. Ibland, täckgrödor binder till och med upp kväve och kan kräva att bönder ökar gödseln för följande majsgröda.
Zack Sanders, forskningstekniker och doktorand, samlar in ett jordprov i ett täckbevuxet fält som kommer att användas för att utveckla en rekommendation av kvävegödselmedel för följande majsgröda. Kredit:Charlie White/Penn State
Tills nu, det har varit extremt svårt att förutsäga hur mycket mineralisering som kommer att ske från dessa källor, han förklarade, och sedan redogöra för den mineraliseringen i en bondes beslut om hur mycket gödningsmedel som ska appliceras.
"Det kväverekommendationssystem vi har använt tidigare är rått, White sa. "Detta är ett problem som agronomer, miljöaktivister och bönder har varit medvetna om i årtionden. Vi tycker att vi har tagit ett viktigt steg mot att lösa problemet med ett nytt beslutsstödsverktyg som krediterar kvävemineralisering från täckgrödor och organiskt material i marken."
Systemet - som inkluderar en prototyp online-gränssnitt tillgängligt för bönder och agronomer att testa på denna webbplats - innehåller biogeokemiska modeller som förutsäger bidraget från kvävemineralisering för att stödja avkastningen av majs. Modellerna är speciellt utformade för att använda jord- och täckgrödamätningar som är lättillgängliga för bönder och agronomer, inklusive koncentration av organiskt material i marken, marktextur och kväveinnehåll i täckgrödans biomassa.
Forskare kalibrerade modellerna för att förutsäga avkastningen på obefruktad majs med hjälp av en datauppsättning av 73 observationer sammanställda från nio experiment utförda på olika platser i Pennsylvania. Forskningen inkluderade en serie experiment med täckgrödor som utfördes i centrala och sydöstra Pennsylvania från 2011 till 2014 på kommersiella gårdar och på en forskningsstation i Penn State.
Bondekollaboratörer som applicerar kvävegödsel på majs i ett experiment som testar det nya rekommendationssystemet för gödselmedel som utvecklas i Penn State. Kredit:Zack Sanders/Penn State
Forskare tog prover från täckgrödas biomassa på hösten vid topptillväxt och på våren strax före avslutningen genom att skära biomassa ovanjord i varje tomt. De torkade, vägd och marktäckande grödas biomassa och uppmätta kvävehalter. Sex till åtta jordkärnprover samlades in från varje tomt och kvävehalten testades.
Täckgrödor planterades på sensommaren och avslutades följande vår, och majs planterades på varje åker som sommarens kassaskörd. Skörden av majskorn i ogödslade delade tomterna mättes sedan på hösten. Majsskörd från behandlingar med täckskörd användes för att kalibrera modellen för att förutsäga kvävetillförsel från täckskörderester. Resultaten av forskningen publicerades nyligen i Agronomitidning .
"Många av kväveförlusterna som vi ser från våra jordbrukssystem uppstår eftersom vi inte vet hur mycket gödningsmedel som ska användas i början av säsongen, " sa White. "Så, detta arbete fyller ett stort hål i växtvetenskap, markvetenskap och agronomi när det gäller att bättre kunna förutsäga kvävet som kommer att tillföras från jordar och täcka skörderester. Det ger oss en bättre känsla av hur mycket gödsel vi faktiskt kan behöva."
