yield and quality parameters in · pdf file03.09.2010 · 5th international congress...

8
5 th International Congress FLOURBREAD ʹ09 7 th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN CONVENTIONALLY AND ORGANICALLY GROWN WHEAT UDC 633.11 : 539.501 631.52 V. Samobor 1 , Ž. Vukobratović 1 , D. Nađ 2 , I. Turk 2 , M. Jošt 3 1 Agricultural College at Križevci, Croatia; email: [email protected] 2 Belje d.d. Darda, PC Mlin, Beli Manastir, Croatia 3 JOST seedresearch, Križevci, Croatia ABSTRACT Identical wheat micro trials were conducted in 2007/08 season at two separate locations near Križevci with conventional (with mineral fertilizers and pesticides) and organic (no mineral fertilizer and pesticides) approach. Surprisingly, organically grown wheat had in average 1.1 t/ha (16%) higher grain yield but bread making quality parameters were lower. The paper discusses the growing conditions and concludes that due to the green manure (Lupinus albus) organically grown wheat had enough accessible nitrogen during a heavy spring drought (enhanced tillering), while in the period of grain formation nitrogen was insufficient, resulting in lower bread making quality parameters. In the conventional agrotechnic, due to a heavy spring drought, the applied N was accessible only after the rain (in heading period) – resulting in lower plant density but with positive effects on bread making quality parameters. Although the experiments were conducted in only one year, the conclusion is clear: organically grown wheat, if all required conditions are fulfilled, could give equal and even greater grain yield than wheat in conventional agrotechnics. The belief of some agronomy experts that organically grown crops are less yielding is based on wrong supposition. Key words: organic wheat, grain yield, quality parameters. INTRODUCTION In the second half of 20 th century, as results of the Green Revolution, the global trends were industrial agriculture, based on heavy application of synthetic fertilizers and pesticides, narrow crop rotation or even monoculture, with an emphasis on a few export crops [1]. Although the average crop yields rose up tremendously, this enhanced crop production proved to be unsustainable as it degrades soil, water and environment, caused dramatic loss of biodiversity and associated traditional knowledge. In the face of such global trends, the concepts of food sovereignty and ecologically based production systems have gained much attention in the last two decades. Demand, as well as selling prices for organic, or so called ʹhealthy foodʹ, has increased recently.

Upload: nguyennhu

Post on 06-Mar-2018

224 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN · PDF file03.09.2010 · 5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS

5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 

143 

YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN CONVENTIONALLY AND ORGANICALLY GROWN WHEAT 

UDC 633.11 : 539.501 631.52 

V. Samobor1, Ž. Vukobratović1, D. Nađ2, I. Turk2, M. Jošt3 

1Agricultural College at Križevci, Croatia; e‐mail: [email protected] 2Belje d.d. Darda, PC Mlin, Beli Manastir, Croatia 3JOST seed‐research, Križevci, Croatia 

 

ABSTRACT 

Identical wheat micro trials were conducted in 2007/08 season at two separate locations near Križevci with conventional (with mineral fertilizers and pesticides) and organic (no mineral  fertilizer and pesticides) approach. Surprisingly, organically grown wheat had in average 1.1 t/ha (16%) higher grain yield but bread making quality parameters were lower. The paper discusses the growing conditions and concludes that due to the green manure (Lupinus albus) organically grown wheat had enough accessible nitrogen during a  heavy  spring  drought  (enhanced  tillering), while  in  the  period  of  grain  formation nitrogen was insufficient, resulting in lower bread making quality parameters.  

In  the  conventional  agrotechnic,  due  to  a  heavy  spring  drought,  the  applied N was accessible only after  the rain (in heading period) – resulting  in  lower plant density but with positive effects on bread making quality parameters. 

Although  the  experiments were  conducted  in  only  one  year,  the  conclusion  is  clear: organically grown wheat,  if all  required  conditions are  fulfilled,  could give equal and even  greater  grain  yield  than wheat  in  conventional  agrotechnics. The  belief  of  some agronomy  experts  that  organically  grown  crops  are  less  yielding  is  based  on wrong supposition. 

 

Key words: organic wheat, grain yield, quality parameters. 

 

INTRODUCTION 

In  the second half of 20th century, as results of  the Green Revolution,  the global  trends were  industrial  agriculture,  based  on  heavy  application  of  synthetic  fertilizers  and pesticides, narrow crop rotation or even monoculture, with an emphasis on a few export crops  [1]. Although  the average crop yields  rose up  tremendously,  this enhanced crop production  proved  to  be  unsustainable  as  it  degrades  soil,  water  and  environment, caused dramatic loss of biodiversity and associated traditional knowledge. 

In the face of such global trends, the concepts of food sovereignty and ecologically based production  systems have gained much  attention  in  the  last  two decades. Demand,  as well as selling prices for organic, or so called ʹhealthy foodʹ, has increased recently. 

Page 2: YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN · PDF file03.09.2010 · 5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS

5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 

144 

The  advocates  of  globalized  industrial  (conventional)  agriculture  claim  that  organic agriculture  yield  less  and  are  not  able  to  feed  the world. Although  the  conventional wisdom  is  that  small  organic  family  farms  are  backward  and  unproductive,  research shows  that  small  farms  are much more productive  than  large  farms  if  total output  is considered rather than yield from a single crop [1]. 

The  aim  of  this  paper was  to  compare  yield  and  breadmaking  quality  parameters  of conventionally and organically grown winter wheat, and  to determine  the production potential and quality of organically grown wheat. 

 

MATERIALS AND METHODS 

A  long  term  experiment  with  winter  wheat  grown  at  two  different  test  sites,  in conventional and organic agricultural practice started in 2007/08 growing season. At the same  conventional  and  organic  test  site wheat will  be  grown  again  after  several  (if possible 7) years of crop rotation, and effects of soil improvement, as well as grain yield, bread making and nutritive quality, will be studied. Also the economics – cost of wheat unit produced by conventional and organic practice, will be calculated. 

At  Križevci,  in  one  season  (2008/09)  eleven  wheat  genotypes  (3  cultivars:  Divana, Koleda,  Renan,  and  8  breeding  lines:  J801‐1,  J801‐2,  J801‐10,  J801‐35,  J802‐12,  J802‐24, J803‐22  and  J803‐37)  were  grown  in  an  experiment  of  5  square  meters  plots,  in randomized block design, at two separate locations/cropping systems ‐ conventional and organic. The  soil at conventional  test  site was very acid  (pH = 4.21), with  low organic matter (1.5%), but rich in P2O5 (28.7 mg/100 g) and K2O (17.7 mg/100 g), while the soil at organic test site was mild acid (pH = 6.25), with moderate organic matter (2.57%), very poor in P2O5 (3.4 mg/100 g) and moderate in K2O (10.0 mg/100 g). Applied agrotechnics for both test sites are presented in Table 1. 

 

 

Table 1. Agrotechnics applied 

  Conventional  Organic Preseeding crop:   Fertilization – pure elements  Herbicide Insecticide Fungicide  

Corn for grain  N         145 kg/ha P2O5      80 kg/ha K2O     120 kg/ha Cougar    1.8 l/ha Chromorel D 0.5 l/ha Bavistin 0.3 l/ha and Tilt CB 2 l/ha  

Lupinus albus ‐ N‐fixing legume crop for green manure  Stone powder (Ekorast) 500 kg/ha   mechanical weeding none none  

 

 

Page 3: YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN · PDF file03.09.2010 · 5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS

5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 

145 

After  harvest  standard  analytical methods were  applied  and  results  are  presented  in Tables and Figures. 

 

RESULTS AND DISCUSSION 

Preliminary  results  of  the  first  year  are  reported.  The  growing  season  2007/08  was characterized with very dry winter and early spring. So needed rain came at grain filling stage  (end  of  May).  As  consequence  of  dry  soil,  at  conventional  test  site  mineral fertilizers were not dissolved and nitrogen was not accessible  to plant at  tillering and steam elongation phases. The opposite situation was at organic test site: N fixed at roots of green manure  crop  (Lupinus  albus) was  on disposal  to growing wheat plants. As  a result,  the  average  plant  height  was  significantly  higher  in  organic  grown  wheat (diff. = 9 cm). Also tillering was much better, and as result the average number of heads per square meter was significantly higher (diff. = 493). Finally, the average grain yield of organically  grown  wheat  was  also  for  1.104  t/ha  or  16%  higher  than  yield  of conventionally  grown wheat.  This was  a  real  surprise.  In  test weight  and  thousand kernel weight there were no significant difference between the two different agricultural practices compared (Table 2). 

In contrast to degraded, depleted and hyper acid soil of conventional test site, with poor microbial activity, the soil at organic test site is full of life (earthworms, large myriapods, snails, pot worms, springtails, mites, nematodes and microbes). Organic soil  is  literally alive with a network complexity greater than that  if human brain tissue  [2]. Soil  in the immediate vicinity of plant roots is influenced profoundly by root‐derived nutrients and microbial  activity.  The  predominant  organisms  in  this  region  are  the  vesicular‐aebuscular  mycorrhizal  (VAM)  fungi,  having  their  greatest  impact  when  plants  are exposed  to  growth‐limiting  environmental  stress  [3].  The  studies  also  suggested  that VAM improve the drought resistance of plants [4, 3]. Green manures not only provides a readily available source of nutrients for the growing crop, but also increases soil organic matter,  and  hence  water  retentive  capacity  [5],  which  was  very  important  in  this growing season. 

Page 4: YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN · PDF file03.09.2010 · 5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS

5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 

146 

 

Table 2.  Average yield components and grain yields of eleven wheat genotypes grown in conventional and organic practice 

Practice Plant height cm 

Heads per sqm 

Yield t/ha 

Test weight kg/hl 

TKW g 

Conventional    92    742  6.854  80.92  42.35 Organic  101  1235  7.958  80.44  43.20 Difference 

        9 **  

      493 **          66 % 

   1.104 **           16 % 

    ‐ 0.48 NS  

       0.85 NS  

** Difference significant at P=0.01, NS ‐ not significant 

 

G x AE interaction ‐ Agricultural sustainability emphasizes the potential dividends that can come from making the best use of the genotypes (G) of crops and the agro‐ecological (AE)  conditions  under which  crops  are  grown  or  raised  [5].  Based  on  the  results  of G x AE interaction (the yield difference of a genotype between conventional and organic practice) we can choose most suitable cultivar for organic agriculture. In this experiment the largest yield improvement was recorded at cv. Divana (1.818 t/ha), while the smallest at cv. Renan (0.486 t/ha). According to this data it is possible to conclude that cv. Divana is more suitable for organic and cv. Renan for conventional agricultural practice. 

 

Rheological parameters of wheat grown in conventional and organic practice 

Beside grain yield, the bread making quality parameters are important. As well as grain yield of organically grown wheat was a positive surprise, the results of the rheological tests were disappointing. Organically grown wheat has proved  to be  less  suitable  for bread making  industry  (Table  3). We  know  that  yield  and  quality  parameters  are  in negative relation. But  in  this particular case  the reason  for mentioned difference  is not the grain yield, but poor N supply in grain feeling stage. Beside N‐fixed by preseeding legume crop, organic  test  site did not get any additional amount of N‐fertilizer, while due  to  lack  of  rainfall,  all  applied  synthetic  N‐fertilizer  become  available  to conventionally grown wheat right in grain feeling stage – the stage most responsible for grain quality formation. 

 

Page 5: YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN · PDF file03.09.2010 · 5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS

5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 

147 

 

CONVENTIONAL yield: 5.175 t/ha; qual. gr. A1 

ORGANIC yield: 6.993 t/ha; qual. gr. A2 

 

Figure 1. Cultivar DIVANA ‐  rheological parameters 

Page 6: YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN · PDF file03.09.2010 · 5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS

5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 

148 

 

CONVENTIONAL yield: 7.650 t/ha; qual. gr. A2 

ORGANIC yield: 8.136 t/ha; qual. gr. B1 

 

Figure 2. Cultivar RENAN ‐  rheological parameters 

 

Page 7: YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN · PDF file03.09.2010 · 5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS

5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 

149 

It is obvious, if we would like to keep high quality in organic practice, additional foliar application with organic N in heading is necessary, and we will keep this in mind for the following experiment. 

 

Table 3.  Average rheological parameters of eleven wheat genotypes grown in conventional and organic practice 

 

Quality parameters  Conventional  Organic  Difference Protein content  (%)  14.4  11.7  ‐2.7 Wet gluten  (%)  32.5  25.0  ‐7.5 

FARINOGRAPH Water absorption (%)  66.9  66.2  ‐0.7 Development time (min)  3.3  2.4  ‐0.9 Stability (min)  4.0  1.3  ‐2.7 Resistance (min)  7.3  3.6  ‐3.7 Degree of softening (BU)  34     66     32    Quality number   79.1  66.2  ‐12.9 Quality group  A1‐A2  A2‐B2   

EXTENSOGRAPH A  Energy  (sq cm )   85.0  57.1  ‐27.9 B  Extensibility  (mm)  150     137     ‐13    C  Resistance (EU)  296     238     ‐58    D  Max. resistance  (EU)  449     334     ‐115    Proportion C/B   2.00   1.73   ‐0.29  Proportion D/B  3.00   2.43   ‐0.57  

AMYLOGRAPH Max. viscosity  AU  1340     1246     ‐94    

 

CONCLUSIONS 

A  common,  though  erroneous,  assumption  about  agricultural  sustainability  is  that  it implies  a net  reduction  in  input use,  thus making  such  systems  essentially  extensive. There  are  likely  to  be many  pathways  toward  agricultural  sustainability,  and  further implies that no single configuration of technologies, inputs, and ecological management is  more  likely  to  be  widely  applicable  than  another  [5].  It  was  shown  that,  if  all prerequisite for good yield are fulfilled, organic wheat production could be competitive with conventional. However, in the future more research is needed in this direction. 

Page 8: YIELD AND QUALITY PARAMETERS IN · PDF file03.09.2010 · 5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 143 YIELD AND QUALITY PARAMETERS

5th International Congress FLOUR‐BREAD ʹ09 7th Croatian Congress of Cereal Technologists 

150 

REFERENCES 

1. Altieiri, A.M.  2009. Agroecology,  small  farms  and  food  sovereignty. Monthly Review,  July‐August.  http://www.monthlyreview.org/090810altieri.php 

2. Warshall,  P.  2002.  Tilth  and  technology  –  The  industrial  redesign  of  our  nationʹs  soils.  In: Kimbrell A.  (Ed.) Fatal harvest – The  tragedy of  industrial agriculture.  Island Press, pp. 221‐226.  

3. Sylvia, D.M.  and  S.E. Williams.  1992. Vesicular‐Arbuscular micorrhizae  and  environmental stress. In: G.J. Bethlenfalvay and r.g. Linderman. Micorrhizae  in sustainable agriculture. ASA Special publication No. 54, p.p. 101‐124.  

4. Fitter, A.H. 1986. Effect of benomyl on  leaf phosporus  concentration  in alpine grasslands: A test of mycorrhizal benefit. New Phytol. 103:767‐776.  

5. Pretty,  J. 2009. Can Ecological Agriculture Feed Nine Billion People? Monthly Review, Nov.    http://www.monthlyreview.org/091123pretty.php