Effects of organic fertilizers on yield and quality of...

Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft

Dr. Hartmut Kolbe, Saxony State Institute for Agriculture, LeipzigGermany

Effects

of organic

fertilizers

on yield

and qualityof potato

tubers

in organic

farming

Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft2Dr. Hartmut Kolbe

Contents

Materials and Methods●

Results

from

organic

field

trials

●

Overview

over

nutrient

effects

on potato tuber

quality

Results

●

Compost ●

Cattle

manure

●

Slurry ●

Commercial organic

fertilizer

●

Diagram for

N availability

of organic fertilizers

Summary

Contents

Materials and Methods●

Results

from

organic

field

trials

●

Overview

over

nutrient

effects

on potato tuber

quality

Results

●

Compost ●

Cattle

manure

●

Slurry ●

Commercial organic

fertilizer

●

Diagram for

N availability

of organic fertilizers

Summary


Materials and Methods

• Compost: KLEIN (1968); ABELE (1987); BESSON et al. (1991); MATHIES (1991); STEIN-BACHINGER (1993); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); KOLBE (2006)

• Stable manure: PETTERSSON & ENQUIST (1964); BÖHM & DEWES (1997); PAGEL & HANF (1997); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); DEBRUCK (2000); BÖHM (2001); BRUNSCH (2002); KOLBE (2006)

• Slurry (cattle): ASMUS et al. (1973); REHBEIN (1982); BÖHM (2001); KOLBE (2006)

• Organic commercial fertilizer: KLEIN (1968); ROSIGKEIT (1973); MATHIES (1991); PAFFRATH (1999, 2001); DEBRUCK (2000); LWK (2001); PAFFRATH et al. (2003)

• Compost: KLEIN (1968); ABELE (1987); BESSON et al. (1991); MATHIES (1991); STEIN-BACHINGER (1993); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); KOLBE (2006)

• Stable manure: PETTERSSON & ENQUIST (1964); BÖHM & DEWES (1997); PAGEL & HANF (1997); NEUHOFF (2000); SCHULZ (2000); DEBRUCK (2000); BÖHM (2001); BRUNSCH (2002); KOLBE (2006)

• Slurry (cattle): ASMUS et al. (1973); REHBEIN (1982); BÖHM (2001); KOLBE (2006)

• Organic commercial fertilizer: KLEIN (1968); ROSIGKEIT (1973); MATHIES (1991); PAFFRATH (1999, 2001); DEBRUCK (2000); LWK (2001); PAFFRATH et al. (2003)

Cited

literature

data:


Effects of nutrient supply on tuber yield components, ingredients and discolouration of the potato crop (KOLBE 1995)

low,

medium,

high effect

N P K Nutrient concentration (% DM)

low medium high 1,0 2,0



Growth duration

Tuber yield

Tuber number

DM

Starch

Red. Sugars

Organic acids

Vitamin C

Taste

Crude protein

Protein quality

Nitrate

P

K

Mg

Resistance against:

- Tuber damage

- Black spot

- Raw discolouration

- Discolouration after

cooking


Einfluss von einmaliger und dauerhafter Anwendung von Kompost auf die Mehrerträge von Kartoffelknollen

Effect of single and multiple application of compost on the additional potato tuber yield

y = -0,0002x2 0,2108x + R20,5619 =

y = -0,0018x20,793x + R 20,6682 =

-10

10

30

50

70

90

110

130

150

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275

Kompost-N / Compost N (kg/ha)

Meh

rert

rag

/ Add

. yie

ld (d

t/ha)

einmalige Düngung /single fertilization

dauerhafte Düngung /multiple fertilization

Polynomisch(einmalige Düngung /single fertilization)

Polynomisch(dauerhafte Düngung /multiple fertilization)

R2 = 0,6682

R2 = 0,5619


Einfluss von Kompost auf die N-Gehalte von KartoffelknollenEffects of compost application on the N concentration of potato tubers

y = -2E-07x20,0001x + R20,025 =

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 50 100 150 200 250


N (%

DM

)

R2 = 0,025


Einfluss von Kompost auf die P-Gehalte von KartoffelknollenEffect of compost application on the P concentrations of potato tubers

y = 4E-07x28E-05x - R20,7054 =

-0,10

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0 50 100 150 200 250


P (%

DM

)

R2 = 0,7054


Einfluss von Kompost auf die K-Gehalte von KartoffelknollenEffects of compost application on the K concentration of potato tubers

y = -2E-06x20,0015x + R20,3129 =

-0,50

-0,30

-0,10

0,10

0,30

0,50

0,70

0,90

0 50 100 150 200 250


K (%

DM

)

R2 = 0,3129


Einfluss von Kompost auf die TM-Gehalte von KartoffelknollenEffects of compost application on the DM content of potato tubers

y = 1E-06x20,0038x - R20,2302 =

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 50 100 150 200 250


TM

/ D

M (%

)

R2 = 0,2302


Einfluss von Kompost auf die Stärke-Gehalte in KartoffelknollenEffects of compost application on the starch content of potato tubers

y = -0,0001x20,0216x + R20,0764 =

-10,00

-8,00

-6,00

-4,00

-2,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

0 50 100 150 200 250


Stär

ke /

Star

ch (%

DM

)

R2 = 0,0764


Einfluss einmaliger und dauerhafter Anwendung von Stalldung auf den Mehrertrag von Kartoffelknollen

Effect of single and multiple application of cattle manure on the additional potato tuber yield

y = -0,0016x20,5576x + R20,4044 =

y = -0,0012x20,3986x + R20,3042 = 0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250

Stalldung-N / Cattle manure N (kg/ha)

Meh

rert

rag

/ Add

. yie

ld (d

t/ha)

dauerhafte Düngung / multiplefertilization

einmalige Düngung / singlefertilization

Polynomisch (dauerhafteDüngung / multiplefertilization)Polynomisch (einmaligeDüngung / single fertilization)

R2 = 0,4044

R2 = 0,3042


Einfluss der Stalldung-Anwendung auf die N-Gehalte von Kartoffelknollen Effect of cattle manure application on the N concentration of potato tubers

y = -7E-07x20,0003x + R20,0332 =

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 50 100 150 200 250


Änd

erun

g N

-Geh

alt /

N c

onte

nt (%

DM

)

R2 = 0,0332


Einfluss von Stalldung auf die P-Gehalte von KartoffelknollenEffect of cattle manure application on the P content of potato tubers

y = 1E-07x28E-05x + R20,1744 = -0,05

-0,03

-0,01

0,01

0,03

0,05

0,07

0,09

0,11

0,13

0,15

0 50 100 150 200 250


P (%

DM

)

R2 = 0,1744


Einfluss der Stalldung-Anwendung auf die K-Gehalte von KartoffelknollenEffect of cattle manure application on the K content of potato tubers

y = -4E-06x20,0023x + R20,5879 =

-0,5

-0,3

-0,1

0,1

0,3

0,5

0,7

0,9

0 50 100 150 200 250


Änd

erun

g K

-Geh

alt /

K c

onte

nt (%

DM

)

R2 = 0,5879


Einfluss von Stalldung auf die TM-Gehalte von KartoffelknollenEffect of cattle manure application on the DM content of potato tubers

y = 1E-05x20,0097x - R20,803 =

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 50 100 150 200 250


TM

/ D

M (%

)

R2 = 0,803


Einfluss der Stalldunganwendung auf die Gehalte an Stärke in KartoffelknollenEffect of cattle manure application on the starch content of potato tubers

y = -2E-05x20,0021x - R20,189 =

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200 250


Stär

ke /

Sta

rch

(% D

M)

R2 = 0,189


Einfluss von einmaliger und dauerhafter Anwendung von Gülle auf den Mehrertrag von Kartoffelknollen

Effects of single and multiple slurry application on the additional potato tuber yield

y = -0,0018x2 + 0,6689xR2 = 0,577

y = 0,4389x + 20,79R2 = 0,454

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250

Gülle-N / Slurry N (kg/ha)

Meh

rert

rag

/ Add

. yie

ld (d

t/ha)

Öko-Versuche, Einmal-Anwendung /organic trial, single fertilization

Kon-Versuche, Einmal-Anwendung /conv. trial, single fertilization

Öko-Versuche, Daueranwendung /organic trial, multiple fertilization

Regress-Einmalanwendung

Polynomisch (Regress-Einmalanwendung)

Linear (Öko-Versuche,Daueranwendung / organic trial,multiple fertilization)


Einfluss von Gülle-Düngung auf die N-Gehalte von KartoffelknollenEffects of slurry application on the N concentrations of potato tubers

y = 0,0004xR2 = 0,0241

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 50 100 150 200 250


N (%

DM

)


Einfluss von Gülle-Düngung auf die P-Gehalte von KartoffelknollenEffects of slurry application on the P concentrations of potato tubers

y = -0,0001xR2 = 0,2741

-0,05

-0,04

-0,03

-0,02

-0,01

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 50 100 150 200 250


P (%

DM

)


Einfluss der Gülle-Düngung auf die K-Gehalte von KartoffelknollenEffects of slurry application on the K concentration of potato tubers

y = 0,0008xR2 = -0,1028

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 50 100 150 200 250


K (%

DM

)


Einfluss von Gülle-Düngung auf dieTM-Gehalte von KartoffelknollenEffects of slurry application on the DM content of potato tubers

y = -0,0013xR2 = -0,0392

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 50 100 150 200 250


TM-V

erän

deru

ng /

DM

(% )


Einfluss der Gülle-Düngung auf die Gehalte an Stärke in KartoffelknollenEffects of slurry application on the starch concentration of potato tubers

y = 0,0009xR2 = 0,0004

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 50 100 150 200 250


Stär

ke /

Star

ch (%

DM

)


Einfluss organischer Handelsdünger auf den Mehrertrag von KartoffelknollenEffects of organic commercial fertilizer on the additional yield of potato tubers

-10

10

30

50

70

90

110

130

150

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225

Handelsdünger-N / Fertilizer N (kg/ha)

Meh

rert

rag

/ Add

. yie

ld (

dt/h

a)

1=Hornspäne / Horn meal

2=Borsten,Haarmehl-Pell. / Hairmeal3=Vinasse

4=Aminosol

5=Pell. Rinderdung / Pell. cattlemanure6=Ackerbohnenschrot / Field beanmeal7=Neem Cake

8=Raps-Expeller / Rape seed exp.

9=Hühnerkot (kon.) / Poultry manure


0 10 20 30 40 50 60 70

Nt (%)

Biocompost

Solid manure

Green manure

Brewers a. Dist. residues

Cattle slurry

Legume coarse meal

Biogas slurry (plant biomass)

Horn, Feather a. Leather meal

Biogas slurry (slurry + plant biomass)

Dried poultry excrem.

Meat a. Bone meals

Meat a. Blood meal

Poultry slurry

Urine

N availability of organic fertilizer in the year of application (after GUTSER et al., 2005)

1 - 2

8 -10

8

10 - 13

5 - 8

3 - 44 - 5

5

4

3 - 5

4

10 - 30

12 - 15

13 - 20

C/N ratio


Beziehung zwischen den NH4-N-Anteilen und der N-Wirkung von organ. DüngemittelnRelationship between the NH4-N fraction and the N availability of organic fertilizer

y = 0,6408x - 0,5352R2 = 0,9628

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

NH4-N-Anteil / NH4-N fraction (% Nt)

N-W

irkun

g / N

ava

ilabi

lity

(% N

t)

Klassische organische Düngemittel /usual organic fert.Andere organische Düngemittel / otherorganic fert.Linear (Klassische organischeDüngemittel / usual organic fert.)


Beziehung zwischen den C/N-Verhältnissen und der N-Wirkung von organischen DüngemittelnRelationship between C/N rations and the N availability of organic fertilizers

y = 0,1288x2 - 4,9473x + 55,697R2 = 0,7837

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20

C/N-Verhältnisse im Dünger / C/N ratios of the fertilizers

N-W

irkun

g / N

ava

ilabi

lity

(% N

t)


Favourable application amounts for organic fertilizers, nutrient efficiencies, yield and quality effects for potato tubers

Fertilizer type

Dur- ation of appl.

Optimum application amounts Tuber yield and ingredient effects

Fertilizer amount (dt/ha FM or m³/ha

a. year)

Nt

(kg/ha a. year)

Add. Tuber yield (dt/ha FM)

N efficiency (dt

FM/kg Nt

x ha)

N P K DM

Starch

CompostShort 100 –

300 75 –

200 20 –

30 0,20 –

0,170 0 + - (+)

Long 75 –

220 50 –

150 ca. 35 –

75 ca. 0,70 –

0,50

Stablemanure

Short 150 –

300 75 –

150 25 –

35 0,28 –

0,220 + ++ -- -

Long 100 –

300 50 –

150 25 –

50 0,48 –

0,32

Slurry(cattle)

Short 15 –

35 50 –

100 30 –

50 0,58 –

0,50+ - + - 0

Long ca. 15 –

40 ca. 50 –

120 ca. 40 –

60 0,85 –

0,60

Dried

poultry

excrem. Short 50 –

100 ca. 25 –

45 (++) (+) (-)

Pell.Cattle

manure Short 50 –

100 ca. 20 –

30 (+) (+) (-)

Vinasse Short 50 –

100 ca. 35 –

45 (+) ? (+) (-) ?

Rape

seed

exp. Short 50 –

100 ca. 55 –

65 (+) (-) ?

Horn meal Short 50 –

100 ca. 15 –

35 (++) (-) (+)

Hair

meal Short 50 –

100 ca. 30 –

70 (++) (-) (+)

Legend: 0 = no effect; + = positive, increasing, ++ = positive, distinct increasing effect;-

= negative, decreasing, --

= negative, distinct decreasing effect; ( ), ? = unclear

effects


DM- and nutrient concentrations of potato tubers and foliage (kg/dt FM)

Type DM N P K Mg Ca S

Removal tuber 21,0 0,32 0,06 0,50 0,03 0,009 0,03

Removal foliage 25,0 0,36 0,07 0,50 0,13 0,56 0,04

Removal in relation

to tuber

yield

(tuber

: foliage

= 1:0,3)- 0,43 0,08 0,65 0,07 0,18 0,04


Nutrient concentration of organic fertilizers (after HÜNSCHE 1995, DEWES & HÜNSCHE 1998, KOLBE 2003, STEIN-

BACHINGER, person. commun.)

Fertilizer type DM (%) N (kg/dt) P (kg/dt) K (kg/dt) Mg (kg/dt)

Stable manure

Stable

manure

compost

(cattle)

25 0,45-0,55 0,12-0,15 0,50-0,60 0,10-0,15

Staple manure

(cattle) 25 0,30-0,60 0,15-0,20 0,60-0,90 0,05-0,15

Staple manure

(pig) 25 0,55-0,65 0,25-0,30 0,30-0,40 0,10-0,25

Further organic fertilizer and commercial fertilizer

Green manure 15 0,3 0,05 0,35 0,03

Field

bean

coarse

meal 86 4,2 0,47 1,13 0,16

Horn meal - 8,0 6,42 0,13 0,27

Vinasse - 3,5 0,72 6,31 0,13

Rap seed

pellet cake - 4,8 1,08 1,19 0,39

Slurry/Urine

DM (%) N (kg/m3) P (kg/m3) K (kg/m3) Mg (kg/m3)

Slurry

(cattle) 8 3,0-4,0 0,60-0,70 4,9-5,0 0,73

Slurry

(pig) 8 4,6-5,0 1,40-1,60 2,4-2,5 1,00

Urine 2 2,0 0,05-0,10 5,5-6,0 0,08

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Effects of organic fertilizers on yield and quality of...

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