Regionetzwerk Nordrhein-Westfalen

2. Hintergrund

Das Nährstoffmanagement in ökologischen Gemüsebaufruchtfolgen ist durch hohen Stickstoffbedarf bei gleichzeitig geringem Phosphorbedarf geprägt. Organische Handelsdünger, die diese Kriterien erfüllen, sind in ausreichender Qualität knapp, teuer und teilweise in der Kritik. Durch die Verwendung von legumen Winterzwischenfruchtmischungen in Gemüsebaufruchtfolgen kann Stickstoff aus der Luft fixiert werden, ohne dass an den Stickstoff ein Import weiterer Nährstoffe gekoppelt ist. Die Höhe der legumen N-Bindung kann je nach Menge des verfügbaren Stickstoffs, Saatzeitpunkt, Witterung und Zusammensetzung der Winterzwischenfruchtmischung variieren. Legume Zwischenfrüchte nehmen auch im Boden vorhandenen Stickstoff auf; dies vermindert allerdings die N-Fixierleistung der Pflanze (Pampana et al. 2018). Auf einem Betrieb des Regionetzwerkes NRW wurden die N-Aufnahme und die Fixierleistung einer legumen und einer nichtlegumen, winterharten Zwischenfruchtmischung verglichen.
Ein weit verbreiteter Ansatz zur Bestimmung der N-Fixierleistung ist die ¹⁵N „natural abundance“ Methode. Mit der N-Isotopenbewertung lässt sich auch unter Praxisbedingungen der Anteil des gebundenen Luftstickstoffs relativ einfach bestimmen: Das schlagspezifische Verhältnis der Stickstoffisotope ¹⁵N und ¹⁴N wird an einer begleitend etablierten Nichtleguminose (in diesem Fall Grünroggen) ermittelt. Da in der Luft der Gehalt an ¹⁵N niedriger ist als im Boden, senkt N-Fixierung den Gehalt an ¹⁵N in der Pflanze. So kann die tatsächliche legume N-Bindung von aus dem Boden aufgenommenem Stickstoff unterschieden werden.

3. Versuchsfrage

Wie viel Stickstoff wird durch die Winterzwischenfruchtmischungen im Boden gehalten bzw. aus der Luft fixiert?

4. Versuchsaufbau

* Eine Beschreibung verschiedener Versuchstypen und einiger Grundbegriffe der Versuchsanstellung finden Sie hier (pdf-Datei, 0,4 MB)

Die Aussaat der Zwischenfrüchte erfolgte am 20.08.2022 mit einer Saatmenge von je 30 Kilogramm pro Hektar. Eine Düngung erfolgte nur zur Vorkultur.
In dem blau markierten Streifen wurden in beiden Zwischenfrüchten je drei Parzellen (0,5 m²) beprobt; es wurden die Aufwuchshöhe und -biomasse ermittelt. Eine Mischprobe wurde außerdem an die LUFA NRW gesendet, um C und N zu ermitteln. Von dort wurde ein Teil der Probe aufbereitet und zur N-Isotopenbestimmung an Agroisolab geschickt.

Legende

Das Landsberger Gemenge war massiger und im Schnitt ca. 5 cm höher als die nichtlegume Zwischenfrucht-Mischung (Tabelle 1). Der Rauhafer in der Mischung war noch jung, die Struktur wurde maßgeblich von der Phacelia dominiert. Die nichtlegume Zwischenfruchtmischung lief zwar gleichmäßig auf, war jedoch insgesamt schwach im Wuchs; es war unbewachsener Boden zu sehen, der auch durch Vogelmiere und Ehrenpreis verunkrautet war. Die Narbe im Landsberger Gemenge war deutlich dichter. Insgesamt führte dies zu höheren Frischmasseerträgen beim Landsberger Gemenge. Die niedrigeren Trockensubstanzgehalte in der nichtlegumen Zwischenfruchtmischung führten zu fast doppelt so hohen Trockenmasseerträgen im Landsberger Gemenge.

Tabelle 1: Agronomische Parameter (n=3) sowie Analyseergebnisse der Mischproben (n=1).

Über die N-Isotopenanalyse konnte der gemessene Gesamtstickstoff in der Pflanze der Aufnahme aus Boden und Luft zugeordnet werden. Unter Einbeziehung eines festen Wurzelfaktors für die unterirdische, nicht gemessene Biomasse wurde die Menge nichtlegum und legum gebundenen Stickstoffs geschätzt. Insgesamt brachte das Landsberger Gemenge mit 82 Kilogramm Stickstoff pro Hektar fast doppelt so viel Stickstoff wie die nichtlegume Zwischenfruchtmischung (47 Kilogramm Stickstoff pro Hektar). Ein Großteil des Stickstoffs war legum gebunden (47 Kilogramm Stickstoff pro Hektar), nur 17 Kilogramm Stickstoff pro Hektar wurden sicher aus dem Boden aufgenommen.

Ziel des Versuchs war die Erprobung der Methodik von N-Messung und N-Isotopenanalyse mit den dafür konsultierten Labors, um N-Aufnahme aus Boden und Luft getrennt schätzen zu können. Dies wurde erreicht; die Methodik steht nun für weitere Versuche zur Verfügung.

Die erhobenen Daten deuten auf einen Vorteil der legumen Winterzwischenfrucht im Hinblick auf die Vorfruchtwirkung hin. Für tiefergehende Erkenntnisse wäre ein Monitoring der Nmin-Werte nach Umbruch bzw. in der Folgekultur eine hilfreiche Ergänzung gewesen.

Da beide Mischungen recht komplex waren, lassen sich keine Rückschlüsse auf Eigenschaften der Mischungspartner ziehen. Um den Effekt der Zahl von Mischungspartnern in Winterzwischenfruchtmischungen auszutesten, wäre eine bessere Abstimmung der Varianten aufeinander nötig, z.B. Grünroggen vs. Wickroggen vs. Wicke-Roggen-Winterrübsen. Andererseits ist die Verwendung vielfältiger Mischungen praxisnah und aus vielerlei Gründen empfehlenswert.

• Pampana, S., Masoni, A., Mariotti, M., Ercoli, L., Arduini, I.: Nitrogen Fixation in Grain Legumes differs in Response to Nitrogen Fertilisation. Experimental Agriculture , Volume 54 , Issue 1 , February 2018 , pp. 66 – 82. DOI: https://doi.org/10.1017/S0014479716000685
• Stumm, C., Rohling, M., und Döring, T. (2019): Einfluss der Stickstoffaufnahme verschiedener Zwischenfrüchte auf die Nitratverlagerung über Winter und die potentielle Stickstoffnachlieferung für die Folgefrucht. Innovatives Denken für eine nachhaltige Land-und Ernährungswirtschaft. Beiträge zur 15. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau, Kassel, 5. bis 8. März 2019. Verlag Dr. Köster, Berlin.
• Böldt, M., Loges, R., Kluss, C., & Taube, F. (2017). Einfluss von Zwischenfrüchten auf Lachgasverluste und Nitratauswaschung im ökologischen Marktfruchtbau in Abhängigkeit von der Vorfrucht. Vortrag auf der 14. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau, Campus Weihenstephan, Freising-Weihenstephan, 07.-10. März 2017.