Technologies

Reduced tillage - Non-inversion and shallow cultivation in organic systems [United Kingdom]

Non-inversion and shallow cultivation in organic systems

technologies_5012 - United Kingdom

Completeness: 82%

1. Informação geral

1.2 Detalhes do contato das pessoas capacitadas e instituições envolvidas na avaliação e documentação da tecnologia.

Pessoa(s)-chave

land user:

Weir Callum

The National Trust

United Kingdom

Name of project which facilitated the documentation/ evaluation of the Technology (if relevant)
European Interreg project FABulous Farmers
Name of the institution(s) which facilitated the documentation/ evaluation of the Technology (if relevant)
UK Centre for Ecology & Hydrology (CEH) - United Kingdom
Name of the institution(s) which facilitated the documentation/ evaluation of the Technology (if relevant)
The National Trust (National Trust) - United Kingdom

1.3 Condições em relação ao uso da informação documentada através de WOCAT

The compiler and key resource person(s) accept the conditions regarding the use of data documented through WOCAT:

Sim

1.4 Declaração de sustentabilidade da tecnologia descrita

A tecnologia descrita aqui é problemática em relação a degradação da terra de forma que não pode ser declarada uma tecnologia sustentável de gestão de terra?

Não

2. Descrição da tecnologia de gestão sustentável da terra

2.1 Descrição curta da tecnologia

Definição da tecnologia:

Non-inversion and ‘shallow’ ploughing cultivation strategies on an organic farm, where the use of herbicides for weed control is prohibited.

2.2 Descrição detalhada da tecnologia

Descrição:

The shallow plough is used on land dominated by clay soils at an organically farmed estate, south of Cambridgeshire, UK. Previously, ‘conventional’ ploughs were used, which plough deeper than a shallow plough. However, ploughing deeper would often bring large chunks of raw clay from the subsoil to the surface. This would quickly solidify, locally referred as when the soil turns to ‘concrete’. Numerous cultivations were then required to reduce these ‘concrete’ soil chunks into a seed bed. It was a laborious, expensive task which sacrificed soil health to produce a less than satisfactory result. However, the farm still required a plough of some form as a means of weed control through inversion. As it is an organic estate, chemical sprays could not be used. A shallow plough was invested in as a way of striking the balance between overcoming the problems of creating a seedbed, but also maintaining the weed control benefits of inversion tillage. It has been very successful in reducing the input requirements, and at the same time increasing the quality of the output. Whilst shallow ploughing has challenges, such as full inversion of weeds in very dry conditions, on balance it is much better for the farming business than the previous alternative. We are able to do less damage to soil, and increase outputs which is important due to agricultural labour scarcity and smaller weather windows due to climate change.

Reduced tillage options have been a challenge to combat in organic systems where herbicides are prohibited. As such, trials of reduced tillage options have been explored. These include;
1)Non-inversion tillage where no ploughing is done and soil is cultivated to the first 100 mm.
2)Shallow ploughing where a specifically designed plough inverts soil to a depth of 125 mm, as opposed to traditional plough depths of 200 mm.

The purpose of this technology is to minimise soil disturbance to enhance the soil structure, biology and chemistry, whilst creating a seed bed and controlling weeds. The challenge on the specific site is there has been a history of annual plough, which has led to the proliferation of weeds that thrive on such systems. These include creeping thistle and common docks. As such, there was also the purpose of ‘disrupting’ the existing system in order to control these weeds. The only specific input required was a shallow plough, designed to invert soil from lower depths. For non-inversion tillage, a subsoiler and disc cultivator were used. The non-inversion tillage was done at two sites; one cereal stubble and one out of a fertility building two-year grass and clover ley.

Benefits/impacts/things land owners did/did not like:
Non-inversion tillage:
-Instead of ploughing, non-inversion tillage from the fertility ley allowed us to keep the soil structure from 2 years of grass/clover intact and in the right soil profile. We weren’t burying the friable, high-nutrient and porous top soil 200 mm under the ground and we weren’t lifting heavy, lower-aerobic soil to the surface where we wanted to plant.
-This meant that plants established quicker and we were able to drill later, despite the fields being very heavy, poorly drained fields.
-Weeds were killed, primarily through timely cultivations during a hot-spell, so that the cultivator brought roots to the surface to dry them.
-Drainage was evident after drilling as we were able to graze sheep on the wheat in March.
-Crops have tillered well and responded to nutrients.
-Establishment costs were approximately £30/ha cheaper.
-However, non-inversion tillage in cereal stubbles has not been as successful due to weed control, and whether the cheaper costs outweighs the weed burden remains to be assessed. The reason for this is not being able to cultivate during the hot weather (as this came before harvest).
-In addition, in cereal stubbles, we have seen less creeping thistles and docks, but more wild oats and cereal volunteers.

Shallow ploughing:
-Cheaper establishment costs through lower diesel usage (yet to be quantified).
-Better in many circumstances of inverting soil completely, but from a much lower depth.
-Did not bring up any large clumps of sub-soil which the conventional plough would. These result in much cultivations to break the clumps down.
-Ploughing ‘on-land’ meant that there was no smearing in the furrow from tyres.
-Lower HP requirement – 180 hp tractor ploughing 3.2 m to 125 mm on heavy land.
-Ploughing left over-winter did not require more than one cultivation before drilling as ploughed soil was friable from lower plough depth.
-That being said, there were favourable ploughing conditions in 2018. Regardless, we have sold our conventional plough because we like the shallow plough so much.

General benefits are:
-Reduced, prevented or restored land degradation
-Improved/preserved biodiversity
-Increased adaptation/resilience to climate change/extremes and its impacts
-A potential beneficial economic impact

The compilation of this SLM is a part of the European Interreg project FABulous Farmers which aims to reduce the reliance on external inputs by encouraging the use of methods and interventions that increase the farm’s Functional AgroBiodiversity (FAB). Visit www.fabulousfarmers.eu and www.nweurope.eu/Fabulous-Farmers for more information.

2.3 Fotos da tecnologia

2.5 País/região/locais onde a tecnologia foi aplicada e que estão cobertos nesta avaliação

Country:

United Kingdom

Further specification of location:

Wimpole Estate

Especifique a difusão da tecnologia :
  • Uniformemente difundida numa área
If the Technology is evenly spread over an area, specify area covered (in km2):

4,0

If precise area is not known, indicate approximate area covered:
  • 1-10 km2
Is/are the technology site(s) located in a permanently protected area?

Não

2.6 Data da implementação

Indique o ano de implementação:

2018

Caso o ano exato seja desconhecido, indique a data aproximada:
  • less than 10 years ago (recently)

2.7 Introdução da tecnologia

Especifique como a tecnologia foi introduzida:
  • atráves de inovação dos usuários da terra
Comentários (tipos de projeto, etc.):

Hosted on a demonstration farm, so able to take more risks. The ideas were adapted from other farmer’s ideas. Some of these principles have not been tried much in organic systems, which is why they are unique. However, they are becoming more commonplace in conventional systems.

3. Classificação da tecnologia de gestão sustentável da terra

3.1 Principal/principais finalidade(s) da tecnologia

  • Reduz, previne, recupera a degradação do solo
  • Preservar/melhorar a biodiversidade
  • Adaptar a mudanças climáticas/extremos e seus impactos
  • Atenuar a mudanças climáticas e seus impactos
  • Criar impacto econômico benéfico

3.2 Tipo(s) atualizado(s) de uso da terra onde a tecnologia foi aplicada

Land use mixed within the same land unit:

Não


Terra de cultivo

Terra de cultivo

  • Cultura anual
Annual cropping - Specify crops:
  • cereals - other
  • fodder crops - clover
  • fodder crops - grasses
Número de estações de cultivo por ano:
  • 1
Is intercropping practiced?

Sim

Is crop rotation practiced?

Não

3.3 Has land use changed due to the implementation of the Technology?

Has land use changed due to the implementation of the Technology?
  • No (Continue with question 3.4)
Land use mixed within the same land unit:

Não

3.4 Water supply

Abastecimento de água para a terra na qual a tecnologia é aplicada:
  • Precipitação natural

3.5 Grupo de gestão sustentável da terra ao qual pertence a tecnologia

  • Perturbação mínima ao solo
  • Gestão integrada de fertilidade do solo
  • Desvio e drenagem de água

3.6 Medidas de gestão sustentável da terra contendo a tecnologia

Medidas agronômicas

Medidas agronômicas

  • A3: Tratamento da superfície do solo
  • A5: Gestão de sementes, variedades melhoradas
A3: Differentiate tillage systems:

A 3.2: Reduced tillage (> 30% soil cover)

3.7 Principais tipos de degradação da terra abordados pela tecnologia

Erosão do solo pelo vento

Erosão do solo pelo vento

  • Et: Perda do solo superficial
Deteriorização química do solo

Deteriorização química do solo

  • Cn: declínio de fertilidade e teor reduzido de matéria orgânica (não causado pela erosão)
Deteriorização física do solo

Deteriorização física do solo

  • Pc: Compactação
Degradação biológica

Degradação biológica

  • Bs: Qualidade e composição de espécies/declínio de diversidade
  • Bp: aumento de pragas/doenças, perda de predadores
Degradação da água

Degradação da água

  • Hs: mudança na quantidade de água de superfície
  • Hg: mudança no lençol freático/aquífero
  • Hq: declínio da qualidade do lençol freático
  • Hw: redução da capacidade de tamponamento de zonas úmidas

3.8 Redução, prevenção ou recuperação da degradação do solo

Especifique o objetivo da tecnologia em relação a degradação da terra:
  • Previnir degradação do solo
  • Reduzir a degradação do solo

4. Especificações técnicas, implementação de atividades, entradas e custos

4.2 Informação geral em relação ao cálculo de entradas e custos

Especifique como custos e entradas foram calculados:
  • por área de tecnologia
Indique o tamanho e a unidade de área:

4 ha

If using a local area unit, indicate conversion factor to one hectare (e.g. 1 ha = 2.47 acres): 1 ha =:

Approx. £45/ha – about 25% less than ‘deep ploughing’

Outro/moeda nacional (especifique):

GBP

If relevant, indicate exchange rate from USD to local currency (e.g. 1 USD = 79.9 Brazilian Real): 1 USD =:

0,82

Indique a média salarial da mão-de-obra contratada por dia:

£90

4.3 Atividades de implantação

Atividade Timing (season)
1. Use of shallow plough After harvest

4.4 Custos e entradas necessárias para a implantação

Especifique a entrada Unidade Quantidade Custos por unidade Custos totais por entrada % dos custos arcados pelos usuários da terra
Mão-de-obra Person per day person day 1,0 90,0 90,0 100,0
Equipamento Ovlac Shallow Plough (7+1f) (one off) 1 1,0 11000,0 11000,0 100,0
Equipamento Tractor per day 1,0 180,0 180,0 100,0
Outros Diesel (120 litres per day) ltrs per day 1,0 60,0 60,0 100,0
Custos totais para a implantação da tecnologia 11330,0
Total costs for establishment of the Technology in USD 13817,07

4.5 Atividades recorrentes/manutenção

Atividade Calendarização/frequência
1. Grease plough once per week
2. change plough points once per season

4.7 Fatores mais importantes que afetam os custos

Descreva os fatores mais determinantes que afetam os custos:

Most important factors affecting cost are decreased time spent ploughing and lower diesel cost, reducing establishment costs by £15 per ha.

5. Ambiente naturale e humano

5.1 Clima

Precipitação pluviométrica anual
  • <250 mm
  • 251-500 mm
  • 501-750 mm
  • 751-1.000 mm
  • 1.001-1.500 mm
  • 1.501-2.000 mm
  • 2.001-3.000 mm
  • 3.001-4.000 mm
  • > 4.000 mm
Especificações/comentários sobre a pluviosidade:

Highest rainfall month is August, which is important as this is when cultivations need to occur. As non-inversion and shallow ploughing are faster operations, this means that cultivations can occur at more optimum times.

Zona agroclimática
  • Subúmido

5.2 Topografia

Encostas em média:
  • Plano (0-2%)
  • Suave ondulado (3-5%)
  • Ondulado (6-10%)
  • Moderadamente ondulado (11-15%)
  • Forte ondulado (16-30%)
  • Montanhoso (31-60%)
  • Escarpado (>60%)
Formas de relevo:
  • Planalto/planície
  • Cumes
  • Encosta de serra
  • Encosta de morro
  • Sopés
  • Fundos de vale
Zona de altitude:
  • 0-100 m acima do nível do mar
  • 101-500 m acima do nível do mar
  • 501-1.000 m acima do nível do mar
  • 1.001-1.500 m acima do nível do mar
  • 1.501-2.000 m acima do nível do mar
  • 2.001-2.500 m acima do nível do mar
  • 2.501-3.000 m acima do nível do mar
  • 3.001-4.000 m acima do nível do mar
  • > 4.000 m acima do nível do mar
Indique se a tecnologia é aplicada especificamente em:
  • Não relevante

5.3 Solos

Profundidade do solo em média:
  • Muito raso (0-20 cm)
  • Raso (21-50 cm)
  • Moderadamente profundo (51-80 cm)
  • Profundo (81-120 cm)
  • Muito profundo (>120 cm)
Textura do solo (solo superficial):
  • Fino/pesado (argila)
Textura do solo (>20 cm abaixo da superfície):
  • Fino/pesado (argila)
Matéria orgânica do solo superficial:
  • Alto (>3%)
Caso disponível anexe a descrição completa do solo ou especifique as informações disponíveis, p. ex. tipo de solo, PH/acidez do solo, nitrogênio, capacidade de troca catiônica, salinidade, etc:

Gault clay/Hanslope clay, pH 7.5

5.4 Disponibilidade e qualidade de água

Lençol freático:

< 5 m

Disponibilidade de água de superfície:

Médio

Water quality refers to:

both ground and surface water

A salinidade da água é um problema?

Não

Ocorre inundação da área?

Não

5.5 Biodiversidade

Diversidade de espécies:
  • high
Diversidade de habitat:
  • high

5.6 Características dos usuários da terra que utilizam a tecnologia

Sedentário ou nômade:
  • Sedentário
Orientação de mercado do sistema de produção:
  • Comercial/mercado
Rendimento não agrícola:
  • Menos de 10% de toda renda
Nível relativo de riqueza:
  • Média
Indivíduos ou grupos:
  • Indivíduo/unidade familiar
Nível de mecanização:
  • Mecanizado/motorizado
Gênero:
  • Homens
Idade dos usuários da terra:
  • meia-idade
  • idosos

5.7 Average area of land used by land users applying the Technology

  • < 0,5 ha
  • 0,5-1 ha
  • 1-2 ha
  • 2-5 ha
  • 5-15 ha
  • 15-50 ha
  • 50-100 ha
  • 100-500 ha
  • 500-1.000 ha
  • 1.000-10.000 ha
  • > 10.000 ha
É considerado pequena, média ou grande escala (referente ao contexto local)?
  • Média escala

5.8 Propriedade de terra, direitos de uso da terra e de uso da água

Propriedade da terra:
  • Indivíduo, intitulado
Direitos do uso da terra:
  • Arrendado
  • Indivíduo
Are land use rights based on a traditional legal system?

Sim

5.9 Acesso a serviços e infraestrutura

Saúde:
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom
Educação:
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom
Assistência técnica:
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom
Emprego (p. ex. não agrícola):
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom
Mercados:
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom
Energia:
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom
Vias e transporte:
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom
Água potável e saneamento:
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom
Serviços finais:
  • Pobre
  • Moderado
  • Bom

6. Impactos e declarações finais

6.1 Impactos no local mostrados pela tecnologia

Impactos socioeconômicos

Produção

Produção agrícola

Diminuído
Elevado

Qualidade da safra

Diminuído
Elevado

Produção de forragens

Diminuído
Elevado
Comentários/especificar:

Crop quality before SLM not able to handle grazing, but now can graze so large increase in fodder/animal production compared to previous model

Produção animal

Diminuído
Elevado
Comentários/especificar:

Crop quality before SLM not able to handle grazing, but now can graze so large increase in fodder/animal production compared to previous model

Gestão de terra

Impedido
Simplificado
Renda e custos

Despesas com insumos agrícolas

Elevado
Diminuído

Rendimento agrícola

Diminuído
Elevado

Diversidade de fontes de rendimento

Diminuído
Elevado

Carga de trabalho

Elevado
Diminuído
Outros impactos socioeconômicos

work/life balance

Impactos socioculturais

Oportunidades de lazer

Reduzido
Melhorado

Conhecimento de gestão sustentável da terra/degradação da terra

Reduzido
Melhorado

Impactos ecológicos

Ciclo hídrico/escoamento

Colheita/recolhimento de água

Reduzido
Melhorado

Escoamento superficial

Elevado
Diminuído

Drenagem de excesso de água

Reduzido
Melhorado
Solo

Umidade do solo

Diminuído
Elevado

Cobertura do solo

Reduzido
Melhorado

Perda de solo

Elevado
Diminuído

Ressecamento/selagem do solo

Elevado
Reduzido

Compactação do solo

Elevado
Reduzido

Ciclo e recarga de nutrientes

Diminuído
Elevado

Matéria orgânica do solo/carbono abaixo do solo

Diminuído
Elevado
Biodiversidade: vegetação, animais

Cobertura vegetal

Diminuído
Elevado

Biomassa/carbono acima do solo

Diminuído
Elevado

Espécies exóticas invasoras

Elevado
Reduzido

Diversidade animal

Diminuído
Elevado

Espécies benéficas

Diminuído
Elevado

Controle de praga/doença

Diminuído
Elevado
Comentários/especificar:

A small decrease in disease control with shallow ploughing is not as effective as inverting with a conventional plough. This is because less of the stubble from the previous crop would be inverted, creating a greater chance of disease carryover, for example Septoria nodorum blotch.

Clima e redução de riscos de desastre

Impactos da inundação

Elevado
Diminuído

Impactos da seca

Elevado
Diminuído

6.2 Impactos externos mostrados pela tecnologia

Caudal confiável e estável em período seco

Reduzido
Elevado

Cheias de jusante

Elevado
Reduzido

Sedimentação a jusante

Elevado
Diminuído

Poluição de água subterrânea/rio

Elevado
Reduzido

Capacidade de tamponamento/filtragem

Reduzido
Melhorado

Sedimentos transportados pelo vento

Elevado
Reduzido

Impacto dos gases de efeito estufa

Elevado
Reduzido

6.3 Exposição e sensibilidade da tecnologia às mudanças climáticas graduais e extremos/desastres relacionados ao clima (conforme o ponto de vista dos usuários da terra)

Mudança climática gradual

Mudança climática gradual
Estação do ano increase or decrease Como a tecnologia lida com isso?
Temperatura anual increase bem
Temperatura sazonal primavera increase bem
Precipitação pluviométrica anual decrease moderadamente
Precipitação pluviométrica sazonal primavera decrease bem

Extremos (desastres) relacionados ao clima

Desastres meteorológicos
Como a tecnologia lida com isso?
Temporal local moderadamente
Trovoada local moderadamente
Desastres climatológicos
Como a tecnologia lida com isso?
Onde de calor moderadamente
Seca moderadamente

Outras consequências relacionadas ao clima

Outras consequências relacionadas ao clima
Como a tecnologia lida com isso?
Período de crescimento alogado bem
Período de crescimento reduzido bem

6.4 Análise do custo-benefício

Como os benefícios se comparam aos custos de implantação (do ponto de vista dos usuários da terra)?
Retornos a curto prazo:

ligeiramente positivo

Retornos a longo prazo:

positivo

Como os benefícios se comparam aos custos recorrentes/de manutenção(do ponto de vista dos usuários da terra)?
Retornos a curto prazo:

neutro/balanceado

Retornos a longo prazo:

ligeiramente positivo

6.5 Adoção da tecnologia

  • casos isolados/experimental
Of all those who have adopted the Technology, how many did so spontaneously, i.e. without receiving any material incentives/ payments?
  • 51-90%
Comentários:

No govt. or private incentive for reduced tillage.

6.6 Adaptação

A tecnologia foi recentemente modificada para adaptar-se as condições variáveis?

Não

6.7 Pontos fortes/vantagens/oportunidades da tecnologia

Strengths/ advantages/ opportunities in the land user’s view
Cheaper establishment costs and quicker establishment time mean it will benefit the farm in the long term as labour becomes an issue (regardless of Brexit).
Makes soil more resilient to changing weather conditions, both drier and wetter conditions.
Reduced soil carbon emissions and diesel emissions from tractor.
Better soil structure, biology and chemistry to boost yield, plus allows us to use plough sparingly as a ‘reset’ button when we really need to.
However, there is a risk to yield if not used correctly. Plus, we may solve one weed issue (thistles and docks) and move to another weed issue (cereal volunteers, blackgrass and wild oats).

6.8 Pontos fracos, desvantagens/riscos da tecnologia e formas de superá-los

Weaknesses/ disadvantages/ risks in the land user’s view How can they be overcome?
We may solve one weed issue (thistles and docks) and move to another weed issue (cereal volunteers, blackgrass and wild oats). - Use dry June/July to non-invert fertility leys, allowing plough to be used as a reset button later in the rotation.
- Minimise non-inversion in cereal stubbles to cleanest crops.
Management demand to adapt technology to annual changes in conditions (not as easy as ploughing or spraying in any conditions – to do this, you must be adaptable). -Operator education
-Planning

7. Referências e links

7.1 Métodos/fontes de informação

  • interviews with land users

Sharing of other ideas on twitter from other farmers.

Links and modules

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