Projekt-948: Stickstoffaufnahme und Biomasseertrag von Zwischenfrüchten und deren Auswirkungen auf Ertrag und Qualität der Folgekultur und Nitratgehalt in der Bodenlösung unter den Bedingungen des Ökologischen Landbaus im pannonischen Klimagebiet
Projektleitung
Bernhard Freyer
Forschungseinrichtung
Universität für Bodenkultur - Department Nachhaltige Agrarsysteme Institut für Ökologischen Landbau (IfÖL)
Projektnummer
1246Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft
Allgemeine Projektinformationen
Abstract (deutsch)
Oberziel: Entwicklung von Anbauverfahren nur Optimierung der N-Versorgung im Ökologischen Landbau unter gleichzeitiger Vermeidung des N-Austrages durch Zwischenfruchtanbau
• Teilziel 1: Quantifizierung der Stickstoffdynamik im Boden (0-120cm) ab Ernte Hauptvorfrucht über die Zwischenfrucht bis hin zur nachfolgenden Hauptfrucht (Beginn der Wachstumsphase im Frühjahr), insbesondere der Nitratverlagerung: N in mikrobieller Biomasse, N-Mineralisierungspotential, Nmin, N in Wurzeln, Nitrat im Sickerwasser.
• Teilziel 2: Quantifizierung der Biomasseproduktion und Gesamt-Stickstoffaufnahme (Bodenstickstoff und Luftstickstoff) verschiedener Zwischenfrüchte (hier: überwiegend legume Stoppelfrüchte zur Gründüngung) aus der verfügbaren Bodenfraktion und über luftstickstoffbindende Rhizobien.
• Teilziel 3: Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener Zwischenfrüchte auf die Erträge und Qualitäten der nachfolgenden Hauptkulturen.
• Teilziel 4: Wirtschaftlichkeitsberechnung der verschiedenen Varianten.
Aufgabenstellung:
1. Anlage einer fünffeldrigen Fruchtfolge mit den ökonomisch wichtigsten Kulturarten des Ökologischen Landbaus (ausgenommen Feldgemüseanbau) in der Region Marchfeld unter Berücksichtigung von Fruchtfolgepaaren mit unterschiedlichen Zeitspannen für den Zwischenfruchtanbau.
2. Anbau von drei Zwischenfruchtvarianten zuzügl. Nullvariante, Analyse der N-Verteilung, N-Gehalte in Boden und Pflanze sowie Erhebung der Erträge.
3. Erhebung von Bodenparametern und Ertragsparametern der Zwischenfrüchte und nachfolgenden Hauptkultur.
• Teilziel 1: Quantifizierung der Stickstoffdynamik im Boden (0-120cm) ab Ernte Hauptvorfrucht über die Zwischenfrucht bis hin zur nachfolgenden Hauptfrucht (Beginn der Wachstumsphase im Frühjahr), insbesondere der Nitratverlagerung: N in mikrobieller Biomasse, N-Mineralisierungspotential, Nmin, N in Wurzeln, Nitrat im Sickerwasser.
• Teilziel 2: Quantifizierung der Biomasseproduktion und Gesamt-Stickstoffaufnahme (Bodenstickstoff und Luftstickstoff) verschiedener Zwischenfrüchte (hier: überwiegend legume Stoppelfrüchte zur Gründüngung) aus der verfügbaren Bodenfraktion und über luftstickstoffbindende Rhizobien.
• Teilziel 3: Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener Zwischenfrüchte auf die Erträge und Qualitäten der nachfolgenden Hauptkulturen.
• Teilziel 4: Wirtschaftlichkeitsberechnung der verschiedenen Varianten.
Aufgabenstellung:
1. Anlage einer fünffeldrigen Fruchtfolge mit den ökonomisch wichtigsten Kulturarten des Ökologischen Landbaus (ausgenommen Feldgemüseanbau) in der Region Marchfeld unter Berücksichtigung von Fruchtfolgepaaren mit unterschiedlichen Zeitspannen für den Zwischenfruchtanbau.
2. Anbau von drei Zwischenfruchtvarianten zuzügl. Nullvariante, Analyse der N-Verteilung, N-Gehalte in Boden und Pflanze sowie Erhebung der Erträge.
3. Erhebung von Bodenparametern und Ertragsparametern der Zwischenfrüchte und nachfolgenden Hauptkultur.
Projektziele
Oberziel: Entwicklung von Anbauverfahren zur Optimierung der N-Versorgung im Ökologischen Landbau unter gleichzeitiger Vermeidung des N-Austrages durch Zwischenfruchtanbau
- Teilziel 1: Quantifizierung der Stickstoffdynamik im Boden (0-140cm) ab Ernte Hauptvorfrucht über die Zwischenfrucht bis hin zur nachfolgenden Hauptfrucht (Beginn der Wachstumsphase im Frühjahr), insbesondere der Nitratverlagerung: N in mikrobieller Biomasse, N-Mineralisierungspotential, Nmin, N in Wurzeln, Nitrat im Sickerwasser.
- Teilziel 2: Quantifizierung der Biomasseproduktion und Gesamt-Stickstoffaufnahme (Bodenstickstoff und Luftstickstoff) verschiedener Zwischenfrüchte (hier: überwiegend legume Stoppelfrüchte zur Gründüngung) aus der verfügbaren Bodenfraktion und über luftstickstoffbindende Rhizobien.
- Teilziel 3: Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener Zwischenfrüchte auf die Erträge und Qualitäten der nachfolgenden Hauptkulturen.
- Teilziel 4: Wirtschaftlichkeitsberechnung der verschiedenen Varianten.
1. Anlage einer fünffeldrigen Fruchtfolge mit den ökonomisch wichtigsten Kulturarten des Ökologischen Landbaus (ausgenommen Feldgemüseanbau) in der Region Marchfeld unter Berücksichtigung von Fruchtfolgepaaren mit unterschiedlichen Zeitspannen für den Zwischenfruchtanbau.
2. Anbau von drei Zwischenfruchtvarianten zuzügl. Nullvariante, Analyse der N-Verteilung, N-Gehalte in Boden und Pflanze sowie Erhebung der Erträge.
3. Erhebung von Bodenparametern und Ertragsparametern der Zwischenfrüchte und nachfolgenden Hauptkultur.
- Teilziel 1: Quantifizierung der Stickstoffdynamik im Boden (0-140cm) ab Ernte Hauptvorfrucht über die Zwischenfrucht bis hin zur nachfolgenden Hauptfrucht (Beginn der Wachstumsphase im Frühjahr), insbesondere der Nitratverlagerung: N in mikrobieller Biomasse, N-Mineralisierungspotential, Nmin, N in Wurzeln, Nitrat im Sickerwasser.
- Teilziel 2: Quantifizierung der Biomasseproduktion und Gesamt-Stickstoffaufnahme (Bodenstickstoff und Luftstickstoff) verschiedener Zwischenfrüchte (hier: überwiegend legume Stoppelfrüchte zur Gründüngung) aus der verfügbaren Bodenfraktion und über luftstickstoffbindende Rhizobien.
- Teilziel 3: Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener Zwischenfrüchte auf die Erträge und Qualitäten der nachfolgenden Hauptkulturen.
- Teilziel 4: Wirtschaftlichkeitsberechnung der verschiedenen Varianten.
1. Anlage einer fünffeldrigen Fruchtfolge mit den ökonomisch wichtigsten Kulturarten des Ökologischen Landbaus (ausgenommen Feldgemüseanbau) in der Region Marchfeld unter Berücksichtigung von Fruchtfolgepaaren mit unterschiedlichen Zeitspannen für den Zwischenfruchtanbau.
2. Anbau von drei Zwischenfruchtvarianten zuzügl. Nullvariante, Analyse der N-Verteilung, N-Gehalte in Boden und Pflanze sowie Erhebung der Erträge.
3. Erhebung von Bodenparametern und Ertragsparametern der Zwischenfrüchte und nachfolgenden Hauptkultur.
Praxisrelevanz
Der legume Zwischenfruchtanbau stellt im Ökologischen Landbau ohne Viehhaltung eine zentrale Komponente zur Stickstoffversorgung dar. Es können je nach Aufwuchssituation zwischen ca. 30 und 80 kg N/ha fixiert werden. Dieser N-Gewinn kann der Fruchtfolge nur dann zugute kommen, wenn es gelingt, den Stickstoffbedarf der Folgekultur und die Menge der N-Mineralisierung der Grünmasse gegeneinander abzustimmen. Von Bedeutung ist hier sowohl die Menge an leicht mineralisierbarem Stickstoff aus der Pflanzenmasse, als auch die Fähigkeit des Bodens - z. B. die lebende Biomasse - Stickstoff zwischenzuspeichern. Vertiefende Kenntnisse zu dieser Fragestellung können dazu beitragen, sachgerechte Empfehlungen für die Fruchtfolge- und Zwischenfruchtanbau bereitzustellen, welche dazu beitragen sowohl optimale Erträge und Qualitäten landwirtschaftlicher Produkte zu erzeugen als auch gleichzeitig Nitrateinträge in das Grundwasser zu vermeiden.
Die wichtigste N-Quelle im ökologisch wirtschaftenden Betrieb ist im pannonischen Anbaugebiet die Luzerne. Zwar kann auch über den Körnerleguminosenanbau Stickstoff gewonnen werden, der hohe Blattlausdruck und die eingeschränkten Möglichkeiten zur Unkrautregulierung gefährden allerdings die Ertragsbildung. Zudem ist die Wirtschaftlichkeit nur bei sehr guten Erträgen gegeben. Darüber hinaus wird bei viehlosen Betrieben der Stickstoffgewinn über den Verkauf der Erbse weitgehend dem Betriebskreislauf entzogen. Gleiches gilt auch für andere Körnerleguminosen wie z. B. Soja oder Linsen.
Im pannonischen Anbaugebiet unterliegt der Zwischenfruchtanbau spezifischen Klimabedingungen, die sein Wachstum erheblich limitieren können. Die relativ geringen Niederschlagsmengen von ca. 550mm im langjährigen Mittel lassen erfahrungsgemäss nicht jedes Jahr einen Aufwuchs zu. Die Wasserkonkurrenz zur Hauptfrucht ist gegeben, muss aber unter dem Gesichtspunkt der Stickstoffanreicherung durch Leguminosen im Zwischenfruchtanbau differenziert betrachtet werden, da neben der Grünbrache der legume Zwischenfruchtanbau als das in der Regel einzige Verfahren der N-Zufuhr gilt. Zwischenfrüchte dienen des weiteren der Erhöhung des C-Gehaltes im Boden, wenn auch der Effekt als gering einzustufen ist. Demgegenüber dient die Biomasse der Zwischenfrüchte dem Bodenleben als bedeutende C- und Nährstoffquelle.
Die Zufuhr von N-reichem organischem Material (Pferdemist, Grünmüllkompost etc.) stellt eine ergänzende Maßnahme dar, welche den legumen Zwischenfruchtanbau jedoch aufgrund anderer Wirkungsmechanismen/Eigenschaften weder ersetzen kann, noch für viele Betriebe erhältlich resp. arbeitstechnisch sinnvoll und realisierbar ist.
Die wichtigste N-Quelle im ökologisch wirtschaftenden Betrieb ist im pannonischen Anbaugebiet die Luzerne. Zwar kann auch über den Körnerleguminosenanbau Stickstoff gewonnen werden, der hohe Blattlausdruck und die eingeschränkten Möglichkeiten zur Unkrautregulierung gefährden allerdings die Ertragsbildung. Zudem ist die Wirtschaftlichkeit nur bei sehr guten Erträgen gegeben. Darüber hinaus wird bei viehlosen Betrieben der Stickstoffgewinn über den Verkauf der Erbse weitgehend dem Betriebskreislauf entzogen. Gleiches gilt auch für andere Körnerleguminosen wie z. B. Soja oder Linsen.
Im pannonischen Anbaugebiet unterliegt der Zwischenfruchtanbau spezifischen Klimabedingungen, die sein Wachstum erheblich limitieren können. Die relativ geringen Niederschlagsmengen von ca. 550mm im langjährigen Mittel lassen erfahrungsgemäss nicht jedes Jahr einen Aufwuchs zu. Die Wasserkonkurrenz zur Hauptfrucht ist gegeben, muss aber unter dem Gesichtspunkt der Stickstoffanreicherung durch Leguminosen im Zwischenfruchtanbau differenziert betrachtet werden, da neben der Grünbrache der legume Zwischenfruchtanbau als das in der Regel einzige Verfahren der N-Zufuhr gilt. Zwischenfrüchte dienen des weiteren der Erhöhung des C-Gehaltes im Boden, wenn auch der Effekt als gering einzustufen ist. Demgegenüber dient die Biomasse der Zwischenfrüchte dem Bodenleben als bedeutende C- und Nährstoffquelle.
Die Zufuhr von N-reichem organischem Material (Pferdemist, Grünmüllkompost etc.) stellt eine ergänzende Maßnahme dar, welche den legumen Zwischenfruchtanbau jedoch aufgrund anderer Wirkungsmechanismen/Eigenschaften weder ersetzen kann, noch für viele Betriebe erhältlich resp. arbeitstechnisch sinnvoll und realisierbar ist.
Berichte
Kurzfassung
Zu den wesentlichen Aufgaben von Zwischenfrüchten im ökologischen Landbau gehört die Aufnahme des nach der Hauptfrucht im Boden verbliebenen mineralischen Stickstoffs (Nmin) und die damit verbundene Verringerung des Nitratauswaschungsrisikos. Bei anschließender Einarbeitung der Zwischenfrüchte bleibt dieser Stickstoff für die Folgekultur erhalten. Legume Zwischenfrüchte können zusätzlich Stickstoff aus der Luft fixieren (Biological Nitrogen Fixation, BNF) und in die Fruchtfolge einbringen. Ziel dieses Projekts war eine Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener Zwischenfruchtgemenge auf den Stickstoffhaushalt sowie auf Erträge und Qualitäten der nachfolgenden Hauptfrüchte.
In einer vollständig randomisierten Blockanlage wurden drei Zwischenfruchtgemenge verschiedener Zusammensetzung (var1: Gemenge aus Leguminosen + Nicht-Leguminosen , var2: Leguminosen-Gemenge und var3: Nicht-Leguminosen-Gemenge) auf ihre Effizienz hinsichtlich dieser Leistungen im Vergleich zu einer Variante ohne Zwischenfruchtanbau (var4: Schwarzbrache) untersucht. Die Versuchsanlage befand sich auf den ökologisch bewirtschafteten Teilflächen der Versuchswirtschaft in Großenzersdorf (Tschernosem aus Löss, lehmiger Schluff, 550 mm NS, 9,8°C). Die Zwischenfruchtvarianten waren in folgenden Fruchtfolgeausschnitt eingebunden: Winterweizen + ZF (2002) - Kartoffel (2003) – Winterroggen + ZF (2004) – Sommergerste (2005).
Der Zwischenfruchtanbau im Jahr 2002 erbrachte gute Erträge. Sie lagen zwischen 35 und 60 dt TM ha-1 gesamtpflanzlicher Biomasse und waren in var1 (leg + n-leg) und var3 (n-leg) signifikant höher als in var 2 (leg). Der gesamtpflanzliche N-Ertrag lag bei 141 kg N ha-1 in var1 (leg + n-leg) und um 90 kg N ha-1 für var2 (leg) und var3 (n-leg). Die reine Leguminosenvariante fixierte 34 kg N ha-1, die gemischte Variante sogar 48 kg N ha-1. Var1 (leg + n-leg) und var3 (n-leg) reduzierten den Nmin-Gehalt im Herbst auf einen vernachlässigbar geringen Wert. Auch var2 (leg) konnte den Nmin-Gehalt im Boden im Herbst 2002 bis zum Umbruch der Zwischenfrüchte signifikant auf 50 kg N ha-1 gegenüber
80 kg N ha-1 in var4 (sbr) reduzieren. Die Nitrat-Gehalte in der Bodenlösung in 140 cm Tiefe im folgenden Frühjahr blieben nur in var1 (leg + n-leg) und var3 (n-leg) unter dem Grenzwert für Nitrat im Grundwasser von 45 mg NO3 L-1 (= 10 mg NO3-N L-1). Die Zwischenfrüchte im Herbst 2004 waren aufgrund der Trockenheit sehr schlecht entwickelt und hatten keine signifikanten Auswirkungen auf den N-Haushalt. Sickerung trat nur im Winterhalbjahr bis Mitte Mai auf. Die jährlichen Sickerungen betrugen etwa 25 bis 70 mm. Der Austrag des Stickstoffs unter die Untersuchungstiefe von 140 cm war aufgrund der niedrigen Sickerwassermengen gering. Die durchschnittliche jährliche Menge des verlagerten Stickstoffs erreichte für die var4 (sbr) mit 14 kg N ha-1 den höchsten Wert. Die N-Fracht in var1 (leg + n+leg) und var3 (n-leg) war mit 6 kg N ha-1 sehr gering, die der var2 (leg) lag mit 9 kg N ha-1 dazwischen.
Eine Ertragsdifferenzierung in den Folgefrüchten konnte weder in den Kartoffeln des Jahres 2003 noch in der Sommergerste 2005 festgestellt werden. Da die Kartoffeln die bessere N-Versorgung durch die Zwischenfrüchte aufgrund von Trockenheit und starkem Kartoffelkäferbefall nicht nutzen konnten, verlagerte sich der Effekt bis zu einem gewissen Ausmaß auf den als zweite Nachfrucht folgenden Winterroggen 2004. Dieser erbrachte in var1 (leg + n-leg) und var2 (leg) tendenziell höhere Erträge. Die Entwicklung der Zwischenfrüchte im Herbst 2004, vor der Sommergerste, war so gering, dass keine Auswirkung auf deren Ertrag erwartet werden konnte.
Aufgrund der ÖPUL-Förderung kann der Zwischenfruchtanbau derzeit ohne finanzielle Einbussen durchgeführt werden. Dies gilt für var1 (leg + n-leg) und var 3 (n-leg) auch ohne direkten Nutzen durch Mehrerträge in der Folgefrucht. Die var2 (leg) müsste Mehrerträge lukrieren, um ohne Verluste durchgeführt zu werden. Sie ist aber aus Sicht des Nitrathaushaltes und des Gewässerschutzes nicht empfehlenswert, da sie das Risiko der Nitratauswaschung nicht in ausreichendem Maß reduziert. Dadurch besteht gleichzeitig die Gefahr, dass der durch die BNF gewonnene Stickstoff umgehend wieder verloren geht.