Optimizing the fertilizer N rates at different irrigation levels for optimum yield of wheat and corn at reduced nitrate leaching losses
Diese an der University of Agriculture Faisalabad durchgeführte Studie zeigt, dass die Anwendung optimaler Bewässerung (I2) in Kombination mit hohen Stickstoffraten (N3) die Erträge von Weizen und Mais sowie die wirtschaftlichen Erträge maximiert und gleichzeitig die Nitratauswaschungsverluste im Vergleich zu supra-optimalen Behandlungen signifikant reduziert, wodurch I2N3 als die nachhaltigste Bewirtschaftungsstrategie für das Weizen-Mais-Anbausystem der Region identifiziert wird.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Koch, der versucht, das perfekte Brot zu backen. Sie haben zwei Hauptzutaten: Wasser und eine spezielle Hefe, die den Teig aufgehen lässt. Wenn Sie nicht genug Wasser verwenden, bleibt das Brot flach und trocken. Wenn Sie zu viel hineingießen, verwandelt sich der Teig in ein matschiges Chaos, das auseinanderfällt. Dasselbe gilt für Stickstoffdünger, der wie diese spezielle Hefe für Pflanzen wirkt und ihnen hilft, hoch zu wachsen und Getreide zu produzieren. Aber der knifflige Teil ist: Wenn man zu viel von dieser „Pflanzenhefe“ auf die Menge wirft, bleibt das Überschüssige nicht einfach dort liegen; es wäscht direkt durch den Boden und verschmutzt das Grundwasser darunter, wodurch aus sauberem Wasser eine chemische Suppe wird. Dies ist ein riesiges Problem für Landwirte, die die Welt ernähren wollen, ohne die Wasserversorgung zu vergiften. Wissenschaftler nennen dies „Nitratauswaschung“, und es ist, als würde man zusehen, wie die teure Würze direkt in den Abfluss gespült wird, während die eigene Suppe zu salzig wird. Die große Frage ist: Können wir genau die „Goldlöckchen“-Menge an Wasser und Dünger finden, die die Pflanzen riesig wachsen lässt, ohne Geld zu verschwenden oder die Umwelt zu ruinieren?
Genau das hat ein Team von Forschern in einem Feld in Pakistan lösen wollen, wo sie in einem niemals endenden Zyklus Weizen und Mais anbauten. Sie behandelten die Nutzpflanzen wie Testobjekte in einem riesigen wissenschaftlichen Experiment, indem sie ihnen unterschiedliche „Diäten“ aus Wasser und Dünger gaben. Einige Parzellen erhielten ein wenig von allem (die „suboptimale“ Diät), einige erhielten die perfekte Menge (die „optimale“ Diät) und einige erhielten viel zu viel (die „supra-optimale“ Diät). Sie verwendeten sogar ein hochmodernes Computermodell namens HYDRUS-1D, das wie eine virtuelle Kristallkugel fungiert, um zu simulieren, wie Wasser und Dünger durch den Boden wandern, und sie installierten spezielle Strohhalme tief unter der Erde, um austretende Chemikalien aufzufangen.
Die Ergebnisse waren ein bisschen so, als hätte man ein geheimes Rezept gefunden, das den Tag rettet. Die Forscher fanden heraus, dass die Gabe der maximal möglichen Menge an Wasser und Dünger (das „supra-optimale“ Niveau) in der Tat die größten Pflanzen und das meiste Korn hervorbrachte. Dies war jedoch auch am verschwenderischsten. Es verursachte eine massive Flut von Nitrat, das in das Grundwasser sickerte – etwa 28 % mehr als bei der „optimalen“ Wasserbehandlung – und es machte den Wassereinsatz tatsächlich weniger effizient. Es war, als würde man einen Feuerwehrschlauch auf eine Topfpflanze richten; die Pflanze wird vielleicht ein Stück größer, aber man ertränkt einfach die Wurzeln und verschwendet Wasser.
Der wahre Held der Geschichte erwies sich als das „optimale“ Wasserniveau in Kombination mit einer hohen Menge an Dünger. Als die Landwirte eine moderate Menge Wasser (400 mm für Weizen und 525 mm für Mais) verwendeten, aber den Dünger hoch hielten, wuchsen die Pflanzen genauso hoch und produzierten einen Kornertrag, der statistisch nicht von denen zu unterscheiden war, die die Wasserüberlastung erhielten. Tatsächlich war der Unterschied im Kornertrag so geringfügig, dass er im großen Ganzen keine Rolle spielte. Doch die ökologische Auszahlung war gewaltig: Dieses „Sweet Spot“ reduzierte die Nitratauswaschung um fast 29 % im Vergleich zur Ertragsbehandlung mit dem höchsten Ertrag (welche die maximale Wassermenge nutzte). Es sparte zudem Geld und bescherte den Landwirten die beste Rendite für ihre Investition.
Die Studie deckte auch einen heimlichen Übeltäter auf: die „Brache“-Periode. Dies ist die Zeit zwischen den Ernten, wenn das Feld leer steht. Die Forscher fanden heraus, dass während der Regenzeit, wenn keine Pflanzen wuchsen, ein erheblicher Teil des Nitrats (zwischen 14 % und 31 %) dennoch weggespült wurde. Es ist, als würde man einen Eimer Zucker im Regen stehen lassen; selbst wenn man den Tee nicht trinkt, löst sich der Zucker trotzdem auf und fließt ab.
Was ist also die Lehre daraus? Die Arbeit legt nahe, dass Landwirte ihre Felder nicht ertränken müssen, um eine großartige Ernte einzufahren. Indem sie das Wasser ein kleines Stück zurückfahren, während sie den Dünger hoch halten, können sie denselben köstlichen Ertrag erzielen, während sie das Grundwasser sauber und ihre Geldbörsen voller halten. Es ist eine Win-Win-Situation: Die Pflanzen sind glücklich, die Umwelt ist sicher und der Landwirt behält mehr Bargeld in der Tasche. Die Autoren empfehlen diesen ausgewogenen Ansatz als den besten Weg, um Lebensmittel nachhaltig anzubauen, merken jedoch an, dass noch mehr Arbeit nötig ist, um das Austreten des Nitrats während der regnerischen, leeren Monate zu verhindern.
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