Undersowing in a northern climate: effects on spring cereal yield and risk of nitrate leaching

Disadvantages of invariable cereal cropping, concern of nutrient leaching and prices of nitrogen (N) fertilizer have all increased during last decades. An undersown crop, which grows together with a main crop and after harvest, could mitigate all those questions. The aim of this study was to develop undersowing in Finnish conditions, so that it suits for spring cereal farming as well as possible and enhances taking care of soil and environment, especially when control of N is concerned. In total, 17 plant species were undersown in spring cereals during the field experiments between 1991-1999 at four sites in South and Central Finland, but after selection, eight of them were studied more thoroughly. Two legumes, one grass species and one mixture of them were included in long-term trials in order to study annually repeated undersowing. Further, simultaneous broadcasting of seeds instead of separate undersowing was studied. Grain yield response and the capacity of the undersown crop to absorb soil N or fix N from atmosphere, and the release of N were of greatest interest. Seeding rates of undersown crops and N fertilization rates during annually repeated undersowing were also studied. Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam., IR) absorbed soil nitrate N (NO3-N) most efficiently in autumn and timothy (Phleum pratense L.) in spring. The capacity of other grass species to absorb N was low, or it was insufficient considering the negative effect on grain yield. Red clover (Trifolium pratense L.) and white clover (Trifolium repens L.) suited well in annually repeated undersowing, supplying fixed N for cereals without markedly increased risk of N leaching. Autumn oriented growth rhythm of the studied legumes was optimal for undersowing, whereas the growth rhythm of grasses was less suited but varied between species. A model of adaptive undersowing system was outlined in order to emphasize allocation of measures according needs. After defining the goal of undersowing, many decisions are to be done. When diminishing N leaching is primarily sought, a mixture of IR and timothy is advantageous. Clovers suit for replacing N fertilization, as the positive residual effect is greater than the negative effect caused by competition. A mixture of legume and non legume is a good choice when increased diversity is the main target. Seeding rate is an efficient means for adjusting competition and N effects. Broadcasting with soil covering equipment can be used to establish an undersown crop. In addition, timing and method of cover crop termination have an important role in the outcome. Continuous observing of the system is needed as for instance conditions significantly affect growth of undersown crop and on the other hand N release from crop residues may increase in long run.

Viime vuosikymmeninä yksipuolisen viljelyn haitat ovat lisääntyneet, huoli ravinteiden huuhtoutumisesta on kasvanut ja lannoittaminen typellä on kallistunut. Aluskasvi, viljelykasvin kanssa yhdessä ja sen korjuun jälkeen kasvava kasvi, voi lievittää kyseisiä ongelmia. Tavoitteena oli kehittää aluskasvien käyttö hyvin kevätviljan viljelyn yhteyteen sopivaksi, pellon kasvukuntoa ja ympäristöä hyödyttäväksi menetelmäksi. Niin viljelyn kannattavuuden kuin ympäristönkin kannalta typen hyvä hallinta oli keskeinen päämäärä. Kaikkiaan 17 kasvilajia kylvettiin kevätviljojen aluskasveiksi vuosina 1991 - 1999 neljällä koepaikalla Etelä- ja Keski-Suomessa. Kahdeksaa lajia tutkittiin valinnan jälkeen muita tarkemmin. Vuosittain toistuvaa käyttöä tutkittiin kahdella apila- ja yhdellä heinäkasvilla sekä yhdellä apilan ja heinän seoksella. Myös erillisen kylvön korvaavia aluskasvin hajakylvöratkaisuja tutkittiin. Lisäksi tutkittiin typpilannoituksen määrää vuosittain toistuvan aluskasvin yhteydessä sekä aluskasvien siemenmääriä. Viljan jyväsato, aluskasvin kuiva-aine- ja typpisato sekä maan nitraattitypen määrä olivat erityisesti kiinnostuksen kohteena. Italianraiheinä (Lolium multiflorum Lam.) keräsi maan nitraattityppeä tehokkaimmin syksyllä ja timotei (Phleum pratense L.) keväällä. Muut heinälajit keräsivät heikosti typpeä tai haittasivat liiaksi viljan sadontuottoa. Puna-apila (Trifolium pratense L.) ja valkoapila (Trifolium repens L.) sopivat toistuvaan käyttöön ja luovuttivat sitomaansa typpeä pääkasville lisäämättä olennaisesti huuhtoutumisen riskiä. Apiloiden syksyyn painottuva kasvu oli eduksi aluskasvikäytössä. Heinäkasvien kasvurytmi sopi menetelmään huonommin, mutta lajien välillä oli eroja. Mukautuvan aluskasvimenetelmän malli korostaa tarpeen mukaisia toimia. Jos päätavoite on typen huuhtoutumisen vähentäminen, on italianraiheinän ja timotein seos paikallaan. Apilat sopivat typpilannoitteen korvaajiksi, koska niiden myönteinen vaste jyväsatoon on kilpailun aiheuttamaa negatiivista vaikutusta suurempi. Palkokasvien ja muiden kasvien seokset ovat hyvä valinta, jos monimuotoisuus on päätavoite. Kylvösiemenen määrä säätelee aluskasvin aiheuttamaa kilpailua ja typpivastetta. Hajakylvöä multaavien laitteiden avustamana voidaan käyttää perustamiseen. Aluskasvimassan maahan muokkaamisen ajankohdalla on kirjallisuuden mukaan tärkeä merkitys typpivasteille. Menetelmä vaatii jatkuvaa seurantaa, koska aluskasvien kasvu ja merkitys vaihtelevat suuresti oloista johtuen. Lisäksi ulkomaisten tutkimusten perusteella typen vapautuminen kasvintähteistä voi ajan mittaan lisääntyä aluskasveja toistuvasti käytettäessä.