no till pumpkin production - presley

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Notill pumpkin production using cover crops in the Great Plains: soil health and fruit yield Cathryn J. Davis, DeAnn Presley, Peter Tomlinson, Cary Rivard, Jason Griffin, Kim Oxley

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Page 1: No till pumpkin production - presley

No‐till pumpkin production using cover crops in the Great Plains: 

soil health and fruit yield 

Cathryn J. Davis, DeAnn Presley, Peter Tomlinson, Cary Rivard, Jason Griffin, 

Kim Oxley

Page 2: No till pumpkin production - presley

Introduction

• Demonstrate effectiveness of using cover crops in pumpkin production

• Assess the impact of different cover crop species on soil health measured by:– Soil aggregation (water stable aggregates)– Microbial biomass carbon

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Pumpkins and Soil Health• U.S. per capita consumption of pumpkins is 2.4 kg (USDA‐ERS, 2014)

• 400 ha of pumpkins grown per year in Kansas, important in agri‐tourism

• Challenge: Are there practices that can benefit soil health while maximizing horticultural crop yields?

(Pieper et al., 2015, HortScience) 

Page 4: No till pumpkin production - presley

Locations & Treatments1. Conventional Tillage2. Rye3. Rye / Pea4. Rye / Hairy Vetch5. Rye / Canola6. Rye / Hairy Vetch / Canola7. Oats8. Oats / Pea

• Plot size 9.1 x 18.3 m2

• RCBD 3 replications • 2 locations, 3 years 

– K‐State Horticulture Research & Extension Center, Olathe KS 

– J.C. Pair Horticulture Center, Haysville KS (south of Wichita)

Page 5: No till pumpkin production - presley

Field operations and methods• Fall 2012 study established in conventionally tilled fields

• Study area rototilled• Fall covers were planted, spring covers were planted

• Cover crops roller crimped• Pumpkins transplanted into residue

– Thus, the pumpkins were no‐tilled 

Page 6: No till pumpkin production - presley

John C. Pair Center

Early Spring Cover Crop Growth

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Late Spring Cover Crop (Prior to termination)

Page 8: No till pumpkin production - presley

Pumpkin no‐till planted into cover crop residue

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Page 10: No till pumpkin production - presley

Harvest (prior to fall tillage)

Page 11: No till pumpkin production - presley

Methods, continued• After the pumpkins are picked, we collect soil samples

• Then the entire field is thoroughly tilled up• Then the fall covers are planted in certain plots• In spring, the covers are planted• Late spring: all covers are rolled, and the conventional treatment is rototilled again

• Then pumpkins are planted no‐till

Page 12: No till pumpkin production - presley

Methods

• Sampled twice per year• Spring: after pumpkins are transplanted• Fall: immediately after pumpkin harvest• Infiltration, bulk density (0‐5 and 5‐10 cm)• Wet aggregate stability (Kemper and Rosenau)• Microbial biomass C* and dissolved OC

*Chloroform fumigation extraction

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0123456

Olathe Fall 13 

0123456

Wichita Fall 13 

Soil Physical Properties Mean Weight Diameter (mm) 

p = 0.72 p = 0.88

One‐way analysis of variance with treatment as the variable

Page 14: No till pumpkin production - presley

0123456

Wichita Spring 14

0123456

Olathe Spring 14

Soil Physical Properties Mean Weight Diameter (mm) 

p = 0.67 p < 0.05

B BAB A

AAAA

Page 15: No till pumpkin production - presley

0123456

Olathe Fall 14

0123456

Wichita Fall 14

Soil Physical Properties Mean Weight Diameter (mm) 

p = 0.29 p = 0.12

Page 16: No till pumpkin production - presley

0123456

Wichita Spring 15

0123456

Olathe Spring 15

Soil Physical PropertiesMean Weight Diameter (mm) 

p < 0.03 p < .0001

A AAAA AA

B

A

CDABCD

ABCABBCDD

AB

Page 17: No till pumpkin production - presley

0123456

Olathe Fall 15

0123456

Wichita Fall 15 

Soil Physical Properties Mean Weight Diameter (mm) 

p = 0.11 p < 0.01

A AAAA AA

B

Olathe 1/5 and Wichita 3/5 samplings: Cover crops better structureSpring: More differences than FallStructure improving over time?

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b

aa a a

b

b

a

bb b b

a

a

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

>4.75 2.00 to4.75

1.00 to2.00

0.50 to1.00

0.25 to0.50

<0.25 TotalAg (%)

MWD

Water Stable Ag

gregates

(%)

Size Fraction (mm)

Olathe Fall 2015

No cover Cover

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Microbial Biomass Carbon (μg C g‐1soil)

050

100150200250300350400

Olathe Fall 2013

p = 0.42

Page 20: No till pumpkin production - presley

050

100150200250300350400

Wichita Spring 2014

050

100150200250300350400

Olathe Spring 2014

Microbial Biomass Carbon (μg C g‐1soil)

p = 0.48 p = 0.19 

Both sites: Cover vs. no cover was significant

Page 21: No till pumpkin production - presley

050

100150200250300350400

Wichita Fall 2014

050

100150200250300350400

Olathe Fall 2014

Microbial Biomass Carbon (μg C g‐1soil)

p = 0.51  p = 0.93 

Olathe: Cover vs. no cover was significant

Page 22: No till pumpkin production - presley

050

100150200250300350400

Olathe Spring 2015

Microbial Biomass Carbon (μg C g‐1soil)

p = 0.40 p = 0.52 

050

100150200250300350400

Wichita Spring 2015Neither site: no significant difference for cover or no cover

Page 23: No till pumpkin production - presley

050

100150200250300350400

Wichita Fall 2015

050

100150200250300350400

Olathe Fall 2015

Microbial Biomass Carbon (μg C g‐1soil)

p = 0.99 p = 0.53 

Neither site: no significant difference for cover or no cover

Page 24: No till pumpkin production - presley

Olathe Fruit Yield (Mg ha‐1) 2013

0102030405060

P < 0.03

A ABBC C BCBC BC BC

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Olathe Fruit Yield (Mg ha‐1) 2013 – 2014 

0102030405060

2013 2014

P<0.22P < 0.03

A ABBCC

BCBC BC BC

Page 26: No till pumpkin production - presley

Olathe Fruit Yield (Mg ha‐1) 2013 – 2015 

0102030405060

2013 2014 2015

p = 0.34P = 0.22P < 0.03

A ABBCC

BCBC BC BC

Page 27: No till pumpkin production - presley

Wichita Fruit Yield (Mg ha‐1) 2013

0102030405060

2013

p < 0.001

AB AABC ABC

ABCBC

D

C

Page 28: No till pumpkin production - presley

Wichita Fruit Yield (Mg ha‐1) 2013 ‐2014

0102030405060

2013 2014

p = 0.20p < 0.001

AB AABC ABC

ABCBC

D

C

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Results and Conclusions• Relative to the control, cover crops improved soil aggregation, 2‐3 years into the study– And all plots are rototilled after harvest

• 4 out of 5 site years, no fruit yield penalty for no‐tilling pumpkins into rolled cover crops

• Lessons learned: Pumpkins needed to be fertigated, cover crops need timely termination, pumpkins should be rotated with other crops to break weed and disease cycles

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Acknowledgements

• Brett Lynn, Sarah Tatarko, Taylor Fischer, Peter Tomlinson, Cary Rivard, Kimberly Oxley, Jason Griffin, DeAnn Presley

• Development and Adoption of No‐Till and Minimum Tillage Vegetable Production Systems in the Great Plains. National Conservation Innovation Grant, September 1, 2012 – September 1, 2015. $221,282.

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Olathe Fruit Yield (Mg/ha‐1) 2013 – 2015 

p < 0.34P<0.22P < 0.03

0510152025303540

2013

0510152025303540

2014

0510152025303540

Tillage Rye

Rye / P

eaRye / V

etch

Rye / C

anola

Rye/Ve

tch/Can…

Oats

Oats /

 Winter…

2015

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2013‐2014 Wichita Fruit Yield (Mg/ha‐1) 

0102030405060

2013

0102030405060

2014

p < 0.001 p < 0.20

Page 39: No till pumpkin production - presley

Soil Biological PropertiesMicrobial Biomass Carbon

p < 0.48 p < 0.19 

0

50

100

150

200

250

Microbial Biomass Ca

rbon

(μg C g‐1 soil)

Spring 2014 Wichita Olathe

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Soil Biological PropertiesMicrobial Biomass Carbon

0

50

100

150

200

250

Microbial Biomass Ca

rbon

(μg C g‐1 soil)

Fall 2014Wichita Olathe

p < 0.51 p < 0.93