Frank Ellmer

Effect of mineral and organic fertilization on crop yield, nitrogen uptake, carbon and nitrogen balances, as well as soil organic carbon content and dynamics: results from 20 European long-term field experiments of the twenty-first century

Assembled results from 20 European long-term experiments (LTE), mainly from the first decade of the twenty-first century, are presented. The included LTEs from 17 sites are the responsibility of institutional members of the International Working Group of Long-term Experiments in the IUSS. Between the sites, average annual temperatures differ between 8.1 and 15.3°C, annual precipitation between 450 and 1400 mm, and soil clay contents between 3 and 31%. On average of 350 yield comparisons, combined mineral and organic fertilization resulted in a 6% yield benefit compared with mineral fertilization alone; in the case of winter wheat, the smallest effect was 3%, the largest effect, seen with potatoes, was 9%. All unfertilized treatments are depleted in soil organic carbon (SOC), varying between 0.36 and 2.06% SOC. The differences in SOC in unfertilized plots compared with the respective plots with combined mineral (NPK) and organic (10 t ha−1 farmyard manure) fertilization range between 0.11 and 0.72%, with an average of 0.3% (corresponding to ∼15 t ha−1). Consequently, the use of arable soils for carbon sequestration is limited and of low relevance and merely depleted soils can temporarily accumulate carbon up to their optimum C content.

Tillage and fertilizing effects on sandy soils. Review and selected results of long‐term experiments at Humboldt‐University Berlin

The Humboldt-University of Berlin conducts several long-term field trials designed to assess the effects of tillage methods, crop rotations, organic fertilization, mineral nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizers, liming, irrigation, and weather conditions. On silty sand soils shallow ploughing resulted in a distinct accumulation of soil organic matter and phosphorus in the tilled soil layer while potassium and pH values were unaffected. On average shallow ploughing increased yields, with a tendency for higher yields in spring crops and lower yields in winter cereals. Different amounts of organic and mineral fertilizers applied over 30 years resulted in a great differentiation in soil organic matter content. In the following 32 years this variation stayed more or less unchanged, but with an overall reduction in the carbon content. In variants in which phosphate and potassic fertilizers were omitted, 16 kg ha—1 P and 15 kg ha—1 K per year were still being mobilized in the soil after 60 years. In treatments with mineral fertilization, the phosphorus is nearly balanced whilst only 60 % of the potassium is withdrawn from the soil. Additional organic fertilizers, given as farm yard manure, led to a nutrient surplus of 19 kg ha—1 a—1 P and 99 kg ha—1 a—1 K. Omitted liming caused an acidification of the soil to such an extent that crop production became impossible. Bodenbearbeitungs- und Dungeeffekte in Sandboden — Ubersicht der Dauerfeldversuche an der Humboldt-Universitat zu Berlin Die Humboldt-Universitat zu Berlin verfugt uber langjahrige Dauerfeldversuche, mit denen die Wirkungen unterschiedlicher Bodenbearbeitung, Fruchtfolge, organischer Dungung, mineralischer Stickstoff-, Phosphor- und Kalidungung, Kalkung, Beregnung sowie der Witterung gepruft werden. Dauerhaft verminderte Pflugtiefe hat auf mittel-schluffigem Sandboden in Berlin-Dahlem zur Humus- und Phosphoranreicherung in der bearbeiteten Krume gefuhrt, wahrend der Kaliumgehalt und der pH-Wert davon weitgehend unbeeinflusst blieben. Bei flacher Bodenbearbeitung wurden im Mittel tendenziell hohere Ertrage erzielt, wobei Fruchtarten der Sommerung Mehrertrage erreichten und Wintergetreide eher negativ reagierte. Differenzierte organisch-mineralische Dungung am Standort Thyrow hat im Verlauf von 30 Versuchsjahren zu Unterschieden im Gehalt an organischem Kohlenstoff von bis zu 75% gefuhrt. Nach sechs Jahrzehnten unterlassener P- und K-Dungung wurden jahrlich durchschnittlich noch 16kg ha—1 P und 15 kg ha—1 K mobilisiert. Bei ausschlieslicher Mineraldungung war die P-Bilanz nahezu ausgeglichen, wahrend die gedungte K-Menge nur zu 60 % entzogen wurde. Zusatzliche organische Dungung als Stallmist fuhrte im langjahrigen Mittel zu Nahrstoffuberschussen in Hohe von 19 kg ha—1 a—1 P und 99 kg ha—1 a—1 K. Bei unterlassener Kalkung des Bodens versauerte der Boden so stark, dass seine pflanzenbauliche Nutzung nicht mehr moglich ist.

Hydro-/Biochar application to sandy soils: impact on yield components and nutrients of spring wheat in pots

From hydro-/biochar application to soils positive effects on soil characteristics and as a consequence on yield of crops were expected. The objective of this study was to compare the effects of maize biochar and maize hydrochar (HTC-char) amendments treated with or without digestate, as well as a wood biochar, mixed with or without digestate and mineral nitrogen fertilizer on yield, yield components, nutrient contents and quality of spring wheat. Therefore, a pot experiment was set up. Yield, yield components and quality were mainly influenced by nitrogen fertilizer. The application of HTC-char could have negative effects on yield and yield components of spring wheat. Hydrochar treated with digestate had no negative effects on yield of spring wheat.

Biochar application to sandy soil: effects of different biochars and N fertilization on crop yields in a 3-year field experiment

ABSTRACT During the past years, most biochar studies were carried out on tropical soils whereas perennial field experiments on temperate soils are rare. This study presents a 3-year field experiment regarding the effects of differently produced biochars (pyrolyzed wood, pyrolyzed maize silage, hydrothermal carbonized maize silage) in interaction with digestate incorporation and mineral N fertilizer application on soil C and N, crop yields of winter wheat, winter rye and maize and the quality of winter wheat. Soil C and plant available potassium were found to be significantly positive affected by pyrolyzed wood biochar whereas the latter only in combination with N fertilization. Crop yields of winter wheat, winter rye and maize were not affected by biochar and showed no interaction effects with N fertilizer supply. Wheat grain quality and nutrition contents were significantly affected by biochar application, for example, highest amounts of phosphorus, potassium and magnesium were determined in treatments amended with pyrolyzed maize silage biochar. Biochar induced an improved availability of plant nutrients, which apparently were not yield limiting in our case. These results limit the potentials of biochar for sustainable intensification in agriculture by increasing crop yields for the temperate zones. However, detection of other environmental benefits requires further investigations.

Humus und Klimaänderung - Ergebnisse aus 15 langjährigen Dauerfeldversuchen

Zusammenfassung Die Quantifizierung des Einflusses von Klimaänderungen auf den Humusgehalt des Bodens ist von großer wirtschaftlicher und wissenschaftlicher Bedeutung. Eine Möglichkeit dieser Quantifizierung besteht in der Auswertung von Dauerfeldversuchen mit der kontinuierlichen Bestimmung des Kohlenstoff- und Stickstoffgehaltes von Böden über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten unter Wahrung des Ceteris-Paribus-Prinzips. Für die vorliegende Arbeit wurden die Ergebnisse von insgesamt 15 Dauerfeldversuchen an zehn verschiedenen Standorten mit rund 150 unterschiedlichen Düngungsvarianten ausgewertet. Die Versuchsdauer lag mit einer Ausnahme zwischen 40 und 110 Jahren. Die Corg-Daten konnten nahezu lückenlos über einen Zeitraum von jeweils 20 Jahren einbezogen werden. Die Nt-Gehalte wurden in sechs Versuchen berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei allen Prüfgliedern mit kombinierter organisch-mineralischer Düngung in der Größenordnung, wie sie der “guten fachlichen Praxis“ oder auch der Humusbilanzmethode entspricht, keine Verringerung der Corg-Gehalte eingetreten ist. In einigen Fällen waren signifikante Erhöhungen zu verzeichnen. In 11 von 15 Versuchen war auch ohne Düngung oder mit ausschließlicher Mineraldüngung keine Reduzierung und somit keine klimabedingte Verringerung der Humusgehalte im Untersuchungszeitraum nachweisbar. Stattdessen wurde in einigen Fällen eine signifikante Erhöhung gefunden. Auch bei den Nt-Gehalten war in keinem Fall eine signifikante Verringerung festzustellen. Umfangreiche Großzahlanalysen und Dauerfeldversuchsauswertungen anderer Autoren bestätigen uneingeschränkt die Ergebnisse.

Impact of hydro-/biochars on root morphology of spring wheat

Despite suggested benefits of hydrochars and biochars, little is known about their effects on root development and root-char interactions. To compare effects of two types of biochar (Pyro and Pyreg) and one hydrochar (hydrothermal carbonization (HTC)) on root growth of spring wheat, two rhizobox experiments were set up where physical contact of roots with chars was prevented using nylon gauze. Rhizoboxes were filled with unamended soil as a control or with three different soil-char mixtures (Pyro, Pyreg and HTC). Shoots and roots were harvested before flowering and at tillering in the first and second experiment, respectively. Chemical soil properties (Nt, K, Ct, pH value) were affected differently by the different chars. Both shoot and root dry matter were influenced by chars. Pyro-char had positive effects on root dry matter in both experiments. At tillering, HTC-char affected root length, root surface and number of root tips negatively. Our findings suggest that nutrients released from chars may affect root morphology of spring wheat. The comparison of different types of chars showed different effects on root growth, shoot growth and soil changes depending on feedstock, production process and the varied amount of chars.

Einfluss der organischen und mineralischen stickstoffdüngung auf ertrag und brauqualität von sommergerste.‐standortvergleich berlin (deutschland)—Tartu (Estland)

In den seit 1986 in Berlin‐Dahlem und seit 1989 in Tartu‐Eerika durchgefuhrten Internationalen Organischen Stickstoffdauerdungungsversuchen sind in den Jahren 1996 bis 1998 gemeinsame Untersuchungen zum Einflus der unterschiedlichen Standorte auf die Ertrags‐ und Qualitatsbildung von Sommergerste vorgenommem worden. Die Kornertrage waren im achtjahrigen Mittel bei gleichgerichtetem Dungungseinflus am Standort Tartu trotz niedrigerer Temperaturen und kurzerer Vegetationszeit um bis zu 25% hoher, als am Standort Berlin. Die hoheren Ertrage in Tartu beruhten auf hoheren Bestandesdichten, vor allem aber auf groseren Kornzahlen je Ahre, bedingt durch eine ausgepragte Langtagwirkung und eine langere tagliche Assimilationsdauer von bis zu 3,2 Stunden wahrend der Ahrchenanlage und ‐reduktion. Mit steigendem N‐Angebot nahm der Proteingehalt im Gerstenkorn sowie im Malz an beiden Standorten deutlich zu und der Extraktgehalt im Malz entsprechend ab. Bei der Futtergerstensorte ‘Baronesse’ konnten die Brauqualitatspar...

Investigation of yield and yield components of sunflower (Helianthus annuus L.) cultivars in the ecological conditions of Berlin (Germany)

) SUMMARY Sunflower is an important oilseed crop because of its wide adaptability, suitability to mechanization, low labor needs and high protein and oil contents. The present study aimed to investigate the relationship between growing degree days and yield and yield components in different sunflower hybrids and to identify environmental factors and crop characteristics that affect grain yield in sunflower without irrigation in Berlin environmental conditions. The study was conducted in the experiment fields at the Crop Science Department of the Agriculture and Horticulture Faculty of Humboldt University during 2010. The experiment was laid out in a randomized block design, with four blocks of plots of eight Turkish cultivars (Sanbro, Tarsan, DKF-2525, TR-3080, EDR- 08-01, EDR-08-02, EDR-08-03, EDR-08-04) and two German cultivars (Pegasol, NK Delfi). It was determined that the differences among all the sunflower cultivars were statistically significant for plant height, stem diameter, head diameter, 1000 seed weight, dry matter, harvest index, seed yield per plant, seed yield, leaf number, GDD (Growing Degree Daysand sun radiation. The highest mean stem diameter, harvest index and 1000 seed weight were obtained from Pegasol. NK-Delfi had the highest mean head diameter and consequently the highest seed yield (3,876.6 kg ha-1), followed by DKF-2525 and Sanbro (3,498.7 and 3412.9 kg ha-1, respectively). The sunflower cultivars required between 127 and 137 days, 2,263.57°C GDD and 927.54 h sunshine radiation from planting to maturity, as the mean of all the cultivars. Generally, the seed yields of the Turkish candidate genotypes were lower than those of the other sunflower cultivars. The seed yield of these genotypes can be improved with another agriculture method. The rainfall and cold weather in May slowed the growth of sunflower and also the rainfall and cold weather in August delayed maturity. The dry and hot weather in June and July created stress on plants. In terms of seed yield, NK-Delfi, DKF-2525, Sanbro, and Pegasol proved to be suitable sunflower cultivars to be grown in Berlin.

Yield and bread-making quality of different wheat (Triticum aestivum L.) genotypes grown in Western Turkey

For Western Turkey (Aegean region) there is a lack of knowledge about the quality potentials of wheat varieties commonly grown in the area. In a field trial we monitored yield, grain quality and rheological properties of 18 wheat genotypes and computed a baking quality index (BQI) to facilitate the detection of high quality varieties. Grain yield ranged from 4047–6406 kg ha−1 in 2004 and from 5167–8099 kg ha−1 in 2005. Crude protein content and farinograph quality number ranged from 8.4% and 27 mm to 14.0% and 135 mm in 2004 and from 9.4% and 33 mm to 13.1% and 98 mm in 2005, respectively. Lines PFAU/WEAVER and CHILERO, such as varieties Golia and Gönen exhibit particularly high Gluten-index values (>80%) that caused favourable rheological properties with farinograph quality numbers of more than 80 mm. The genotypes differed markedly in yield and quality parameters which highlights the need to choose appropriate genotypes for production of high quality wheat in Western Turkey. A close correlation between BQI and farinograph quality number indicates that BQI can be a more valuable tool for detecting genotypes with high bread-making quality, than single quality parameters.

Einfluss langjährig differenzierter organisch‐mineralischer düngung auf den ertrag, die Ertragsstruktur und die Backqualität von Winterweizen

Im Internationalen organischen Stickstoff‐Dauerdüngungsversuch (IOSDV) hatte die organisch‐mineralische Düngung starken, von der Jahreswitterung modifizierten Einfluß auf die Ertrags‐ und Qualitätsbildung von Winterweizen. Anhand von Blattflächenindex‐Messungen konnten Wachstum und Entwicklung des Winterweizens in Abhängigkeit von den geprüften Faktoren dargestellt werden. Auf den Kornertrag wirkte sich am stärksten die Jahreswitterung aus, gefolgt von der mineralischen N‐Düngung und der organischen Düngung. Dies beruhte auf den Bodenverhältnissen am Versuchsstandort. Trockenperioden während der Blütenbildungsphase, die insbesondere durch Wasserdefizite verursacht wurden, führten vor allem bei der Kornzahl je Ähre und Bestandesdichte zu starken Reduktionen. Im Mittel der Jahre wurde mit 60 kg/ha N‐Düngung das Erfragsoptimum erreicht. Höhere N‐Mengen waren nicht effektiv. Die organische Düngung in Form von “Stallmistdüngung”; und “Stroh‐, Grün‐, Rübenblattdüngung”; führte beim Winterweizen zu signifikanten Mehrerträgen, wobei die größten Unterschiede bei Verzicht auf Mineral‐N‐Düngung auftraten. Die Backqualität der B‐Weizensorte Ares war primär von der mineralischen N‐Düngung abhängig. Die erforderlichen Werte für Weichweizen wurden überwiegend erst mit 110 bzw. 160 kg/ha N Mineral‐N‐Düngung erreicht. Mit organischer Düngung und vor allem durch Rübenblattdüngung wurde die Backqualität des Weizens sowohl in den Varianten ohne Mineral‐N als auch in Kombination mit der mineralischen N‐Düngung verbessert.