Strip-till (Thomas Ritter)

Strip-till (德国)

Streifenbearbeitung

描述

Strip-till is a form of precision farming and conservation agriculture that combines minimum tillage in strips with no-till on the remainder of the field. The soil over the whole field is protected by a growing crop or mulch from sunlight, and especially from the direct impact of raindrops by providing permanent soil cover.

Conservation agriculture includes cultivation systems with minimum tillage or without tillage (no-till). Minimum tillage uses machinery (cultivators, rotary tillers) that only loosen the topsoil layer without turning it, leaving a mixture of bare soil and crop residues from the previous crop/ cover crop on the surface. No-till refers to sowing and fertilizing directly into the plant residues. Strip-till is a hybrid, where only the strip around the seed furrow is minimum-tilled, leaving up to two-thirds of the area under no-till.
Strip-till increases surface roughness, which slows the flow of surface water after heavy rains, improving infiltration rates and particle deposition, thus preventing soil erosion, nutrient losses and degradation of water quality in downstream channels and rivers. The plant residues reduce soil crust formation and decrease evaporation rates (Gangan et al. 2022). The residues also improve biological activity and the build-up of soil organic matter (SOM) and clay-humus complexes. The increased SOM content improves water storage capacity and thus water use efficiency throughout the growing season (Stadler, 2014; Busari et al. 2015).
Strip-till seeding is a precision farming technology that requires a high precision GPS guidance system and specific machinery, such as seed drills to cut through crop residues. The distance beween the strips depends on the cultivated crop. For maize cultivation it is typically 75cm. Strip-till machinery is often heavier than conventional seeding drills because the undisturbed soil is denser and harder. Often a new tractor with more horsepower is needed to compensate for the heavy weights. If mulch seeding is used, grain harvesters equipped with well-designed straw/chaff spreading devices across the full cutting width are required (Corsi & Muminjanov, 2019).
Strip-till also has negative side effects, which are related to the disadvantages of no-till: delayed soil warming, soil compaction, increased disease pressure, and increased weed pressure. Without ploughing, other measures such as selecting fast-growing and effective ground cover species, early high-density seeding, and/or using herbicides are needed to control weeds, especially in the transition period (first 2-3 years) when the seed bank in the soil is well-filled.
In our documented example, the farmer used strip-till on sandy soils (lacking nutrients, with poor water-holding capacity) and combined it with the application of organic fertilizer. Specifically the strip-till seeding of maize was chosen to make efficient use of digestate from a biogas plant. The digestate is applied in the tilled strips (seed bed) providing organic fertilizer for the whole growing season. A winter-killed catch crop was sown before drilling maize. The technology required expensive machinery and equipment, such as a Volmer Strip-Till Culex ML, RTK station and GPS guidance system. However, the costs were recouped through savings in fuel and fertilizer.

地点

地点: Uhsmannsdorf (Nieder Horka), Saxony, 德国

分析的技术场所数量: 2-10个场所

选定地点的地理参考
  • 14.90753, 51.31698

技术传播: 均匀地分布在一个区域 (approx. 1-10 平方千米)

在永久保护区?:

实施日期: 10-50年前

介绍类型
Volmer liquid manure strip-till on mustard as cover crop - failure grain is already sprouting (Herr Ritter)
Volmer liquid manure strip-till on winter-killed cover crop mustard (Mona Pauer)

技术分类

主要目的
  • 改良生产
  • 减少、预防、恢复土地退化
  • 保护生态系统
  • 结合其他技术保护流域/下游区域
  • 保持/提高生物多样性
  • 降低灾害风险
  • 适应气候变化/极端天气及其影响
  • 减缓气候变化及其影响
  • 创造有益的经济影响
  • 创造有益的社会影响
  • To effectively incorporate biogas residues.
土地利用
同一土地单元内混合使用的土地: 否

  • 农田
    • 一年一作: 谷物类 - 玉米, 谷类 - 黑麦, Winter-killed cover crop (e.g. mustard) before maize
    每年的生长季节数: 1
    采用间作制度了吗?: 否
    采用轮作制度了吗?: 是

供水
  • 雨养
  • 混合雨水灌溉
  • 充分灌溉

土地退化相关的目的
  • 防止土地退化
  • 减少土地退化
  • 修复/恢复严重退化的土地
  • 适应土地退化
  • 不适用
解决的退化问题
  • 土壤水蚀 - Wt:表土流失/地表侵蚀 , Wg:冲沟侵蚀/沟蚀
  • 土壤风蚀 - Et:表土流失, Ed:风蚀风积
  • 化学性土壤退化 - Cn:肥力下降和有机质含量下降(非侵蚀所致)
  • 物理性土壤退化 - Pc:压实, Pk:熟化和结壳, Pu:由于其他活动而导致生物生产功能的丧失
  • 生物性退化 - Bc:植被覆盖的减少, Bh:栖息地丧失, Bl:土壤寿命损失
  • 水质恶化 - Ha:干旱化, Hs:地表水良变化, Hp:地表水水质下降
SLM组
  • 改良的地面/植被覆盖
  • 最小的土壤扰动
  • 土壤肥力综合管理
SLM措施
  • 农艺措施 - A1:植被和土壤覆盖层, A2:有机质/土壤肥力, A3:土壤表面处理 (A 3.2: Reduced tillage (> 30% soil cover)), A6:残株管理 (A 6.4:保留)

技术图纸

技术规范
*1: Direct seeding is quite similar to strip-till
Author: Schmidt et al. (2001)
The distance between the strips depends on the cultivated crop. For maize cultivation it is typically 75cm. For other row-crops (e.g. sugar beet) or rapeseed the distance between the tilled strips can be lower.
Author: Felix Witing

技术建立与维护:活动、投入和费用

投入和成本的计算
  • 计算的成本为:每个技术区域 (尺寸和面积单位:1 ha
  • 成本计算使用的货币:
  • 汇率(换算为美元):1 美元 = 0.91 €
  • 雇用劳工的每日平均工资成本:18.70€ per hour
影响成本的最重要因素
If the work is done by a contracting company, the costs are 10-20% higher.
技术建立活动
  1. Equipment purchase (时间/频率: None)
  2. Installation of precision farming technology (RTK station, GPS guidance system) (时间/频率: None)
技术建立的投入和成本 (per 1 ha)
对投入进行具体说明 单位 数量 单位成本 (€) 每项投入的总成本 (€) 土地使用者承担的成本%
设备
GPS-guidance system GPS-guidance system 1.0 25000.0 25000.0 100.0
Volmer Strip-till Culex ML Vomer Strip-till Culex ML 1.0 25000.0 25000.0 100.0
RTK-station RTK-station 1.0 17500.0 17500.0 100.0
技术建立所需总成本 67'500.0
技术建立总成本,美元 74'175.82
技术维护活动
  1. Spreading biogas digestate (时间/频率: March/April)
  2. Combined strip-till (时间/频率: April/May)
  3. Weed bonitour (时间/频率: June)
  4. Crop protection measure (时间/频率: June)
  5. Silage (时间/频率: September/October)
  6. Transport to biogas plant (时间/频率: September/October)
总技术维护成本(估算)
-73.0

自然环境

年平均降雨量
  • < 250毫米
  • 251-500毫米
  • 501-750毫米
  • 751-1,000毫米
  • 1,001-1,500毫米
  • 1,501-2,000毫米
  • 2,001-3,000毫米
  • 3,001-4,000毫米
  • > 4,000毫米
农业气候带
  • 潮湿的
  • 半湿润
  • 半干旱
  • 干旱
关于气候的规范
以毫米为单位计算的年平均降雨量:739.0
气象站名称:https://whh-kliwes.de/mapview
Length of growing period (LGP): 209
(https://www.umwelt.sachsen.de/dauer-der-vegetationsperiode-30631.html)
斜坡
  • 水平(0-2%)
  • 缓降(3-5%)
  • 平缓(6-10%)
  • 滚坡(11-15%)
  • 崎岖(16-30%)
  • 陡峭(31-60%)
  • 非常陡峭(>60%)
地形
  • 高原/平原
  • 山脊
  • 山坡
  • 山地斜坡
  • 麓坡
  • 谷底
海拔
  • 0-100 m a.s.l.
  • 101-500 m a.s.l.
  • 501-1,000 m a.s.l.
  • 1,001-1,500 m a.s.l.
  • 1,501-2,000 m a.s.l.
  • 2,001-2,500 m a.s.l.
  • 2,501-3,000 m a.s.l.
  • 3,001-4,000 m a.s.l.
  • > 4,000 m a.s.l.
......应用的技术
  • 凸形情况
  • 凹陷情况
  • 不相关
土壤深度
  • 非常浅(0-20厘米)
  • 浅(21-50厘米)
  • 中等深度(51-80厘米)
  • 深(81-120厘米)
  • 非常深(> 120厘米)
土壤质地(表土)
  • 粗粒/轻(砂质)
  • 中粒(壤土、粉土)
  • 细粒/重质(粘土)
土壤质地(地表以下>20厘米)
  • 粗粒/轻(砂质)
  • 中粒(壤土、粉土)
  • 细粒/重质(粘土)
表土有机质含量
  • 高(>3%)
  • 中(1-3%)
  • 低(<1%)
地下水位
  • 表面上
  • < 5米
  • 5-50米
  • > 50米
地表水的可用性
  • 过量
  • 中等
  • 匮乏/没有
水质(未处理)
  • 良好饮用水
  • 不良饮用水(需要处理)
  • 仅供农业使用(灌溉)
  • 不可用
水质请参考: 地表水
盐度是个问题吗?

洪水发生
物种多样性
  • 中等
栖息地多样性
  • 中等

应用该技术的土地使用者的特征

市场定位
  • 生计(自给)
  • 混合(生计/商业)
  • 商业/市场
非农收入
  • 低于全部收入的10%
  • 收入的10-50%
  • > 收入的50%
相对财富水平
  • 非常贫瘠
  • 贫瘠
  • 平均水平
  • 丰富
  • 非常丰富
机械化水平
  • 手工作业
  • 畜力牵引
  • 机械化/电动
定栖或游牧
  • 定栖的
  • 半游牧的
  • 游牧的
个人或集体
  • 个人/家庭
  • 团体/社区
  • 合作社
  • 员工(公司、政府)
性别
  • 女人
  • 男人
年龄
  • 儿童
  • 青年人
  • 中年人
  • 老年人
每户使用面积
  • < 0.5 公顷
  • 0.5-1 公顷
  • 1-2 公顷
  • 2-5公顷
  • 5-15公顷
  • 15-50公顷
  • 50-100公顷
  • 100-500公顷
  • 500-1,000公顷
  • 1,000-10,000公顷
  • > 10,000公顷
规模
  • 小规模的
  • 中等规模的
  • 大规模的
土地所有权
  • 公司
  • 社区/村庄
  • 团体
  • 个人,未命名
  • 个人,有命名
土地使用权
  • 自由进入(无组织)
  • 社区(有组织)
  • 租赁
  • 个人
用水权
  • 自由进入(无组织)
  • 社区(有组织)
  • 租赁
  • 个人
进入服务和基础设施的通道
健康

贫瘠
教育

贫瘠
技术援助

贫瘠
就业(例如非农)

贫瘠
市场

贫瘠
能源

贫瘠
道路和交通

贫瘠
饮用水和卫生设施

贫瘠
金融服务

贫瘠

影响

社会经济影响
作物生产
降低
增加


Effective use of the organic fertilizer (biogas digestate) and improvement of soil quality (sandy soils).

作物质量
降低
增加

生产故障风险
增加
降低


Increased water holding capacity on the long term.

农业投入费用
增加
降低


Can efficiently use organic fertilizer (biogas digestate).

农业收入
降低
增加


Increase due to savings of diesel and labor.

收入来源的多样性
降低
增加

工作量
增加
降低


Fewer working operations.

社会文化影响
生态影响
地表径流
增加
降低


Increased infiltration rates

土壤水分
降低
增加


Improved soil moisture due to increased infiltration and less transpiration (improved soil cover)

土壤覆盖层
减少
改良

土壤流失
增加
降低

土壤压实
增加
减少

土壤有机物/地下C
降低
增加

害虫/疾病控制
降低
增加


Due to combination with winter-freezing cover crops.

干旱影响
增加
降低

场外影响
水的可用性(地下水、泉水)
降低
增加

下游洪水(不希望)
增加
减少


Reduced due to less surface runoff.

地下水/河流污染
增加
减少


Reduced due to less surface runoff and efficient application of fertilizers.

风力搬运沉积物
增加
减少


Reduced due to improves soil cover.

成本效益分析

与技术建立成本相比的效益
短期回报
非常消极
非常积极

长期回报
非常消极
非常积极

与技术维护成本相比的效益
短期回报
非常消极
非常积极

长期回报
非常消极
非常积极

气候变化

渐变气候
Changing weather conditions 增加

非常不好
非常好
气候有关的极端情况(灾害)
热浪

非常不好
非常好

采用和适应

采用该技术的地区内土地使用者的百分比
  • 单例/实验
  • 1-10%
  • 11-50%
  • > 50%
在所有采用这种技术的人当中,有多少人在没有获得物质奖励的情况下采用了这种技术?
  • 0-10%
  • 11-50%
  • 51-90%
  • 91-100%
最近是否对该技术进行了修改以适应不断变化的条件?
什么样的变化条件?
  • 气候变化/极端气候
  • 不断变化的市场
  • 劳动力可用性(例如,由于迁移)

结论和吸取的教训

长处: 土地使用者的观点
  • Economically beneficial.
  • Savings of operations in sowing and tillage.
  • Higher soil moisture, improved water-use-efficiency through the whole growing season.
长处: 编制者或其他关键资源人员的观点
  • Less erosion (less bare soil).
  • Higher water infiltration rates (more macro- and mesopores due to roots and improved biological activities).
  • Improved soil health and quality. Plant residues/cover crops increase biological activity, such as the presence of earthworms that digest plant residues into clay-humus-complexes, improving soil structure.
  • Greater planting time flexibility. The new crop can be sown as soon as the previous crop is harvested and weather conditions are suitable.
弱点/缺点/风险: 土地使用者的观点如何克服
  • Component failure of the technology: it is quite susceptible to interference during data transmission. Thus, in Germany, for example, better grid development is needed.
弱点/缺点/风险: 编制者或其他关键资源人员的观点如何克服
  • Increased weed pressure. However, this often occurs only in the first few years. Planting of cover crops can suppress weeds.
  • Increased disease pressure. Can be overcome by diverse crop rotation without direct repetitions (e.g. wheat-wheat, or maize-maize). Grinding of residues for faster decomposition.
  • Delayed soil warming- Adjustment can include underfoot fertilization as well as injection fertilization.

参考文献

编制者
  • Felix Witing
Editors
  • Michael Strauch
  • Mona Pauer
审查者
  • William Critchley
  • Rima Mekdaschi Studer
实施日期: May 2, 2022
上次更新: Aug. 14, 2023
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文件编制者
机构 项目
主要参考文献
  • Corsi, S. and Muminjanov, H. (2019): Conservation Agriculture: Training guide for extension agents and farmers in Eastern Europe and Central Asia. Rome, FAO.: https://www.fao.org/sustainable-agricultural-mechanization/resources/publications/details/ar/c/1195731/
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