Regionetzwerk Sachsen-Anhalt, Einzelversuch

Der Zwischenfruchtanbau stellt durch die Fixierung von Nährstoffen für die Folgekultur eine wichtige Maßnahme des Nährstoffmanagements im Ökolandbau dar (Stumm et al. 2020). Dazu kommen positive Auswirkungen auf Bodenstruktur, die Erhöhung der organischen Substanz im Boden sowie Erosionsschutz (Kolbe et al. 2004).  
Insbesondere in Trockenregionen stellt sich die Frage, wie ein erfolgreicher Anbau der Zwischenfrucht nach der Ernte gelingen kann. Die Zwischenfrucht verringert zwar nach dem Aufwuchs die unproduktive Verdunstung (Kaimbacher et al. 2007), braucht aber zum Keimen und Wachsen ausreichend Wasser. Die Saatbettbereitung und die Einsaat sollten möglichst schnell erfolgen, um die Vegetationsperiode auszunutzen. Trockenphasen, die sich im Zuge des Klimawandels häufiger zeigen, erschweren die Etablierung der Zwischenfrucht.
Landwirtinnen und Landwirte können ein Stück weit darauf reagieren, indem sie die Technik der Bodenbearbeitung und der Aussaat anpassen sowie trockentolerantere Pflanzenarten und -mischungen wählen.

Wenn die Stoppelbearbeitung minimal ausfällt oder im besten Fall direkt gesät wird, verdunstet weniger Wasser aus dem Boden. Wie Pekrun & Claupein (2004) in einem Versuch nachgewiesen haben, ist der Bodenwassergehalt nach einer Stoppelbearbeitung niedriger als in unbearbeitetem Boden. Eine geringere Keimung von Ausfallgetreide und Samenunkräutern auf unbearbeiteten Stoppelflächen, die Pekrun et al. (2011) beschrieben haben, könnte der Zwischenfrucht Vorteile hinsichtlich Wasser- und Nährstoffkonkurrenz verschaffen.

Im vorliegenden Versuch wurden vier Bodenbearbeitungs- und Aussaatvarianten miteinander verglichen. Es wurden zwei verschiedene organische Dünger eingesetzt. Untersucht wurden Nmin-Gehalte und Bodenfeuchte sowie der Bodenbedeckungsgrad der Zwischenfruchtbestände.

Die zur Zwischenfrucht ausgebrachte Düngung soll grundsätzlich zur Nährstoffversorgung der Zwischenfrucht sowie der Folgekultur beitragen. In vorliegendem Versuch wurden zwei verschiedene organische Dünger zur Zwischenfrucht angebracht: Bullenmist und Hühnertrockenkot. Es wird erwartet, dass der langsam wirkende N aus dem Bullenmist ausreichend Nährstoffe für die Folgefrucht hinterlässt. Der Hühnertrockenkot mit einem höheren Anteil an schnell verfügbarem N lässt vermutlich eine stärkere Zwischenfrucht entstehen, die die Nährstoffe in der oberen Bodenschicht hält und auch das Unkraut effektiver unterdrückt.

Gründe für die Ausbringung der organischen Düngung im Herbst waren in diesem Fall auch die Einarbeitung zusammen mit den Zwischenfrüchten kurz vor dem Winter. So konnte im Frühjahr mit geringer Bearbeitungsintensität und -tiefe ein feines Saatbett für die Zuckerrübe entstehen. 

Wie beeinflussen unterschiedliche Bodenbearbeitungsvarianten (Stoppelbearbeitung) Bodenwasserhaushalt und N-Dynamik und wie wirken sich unterschiedliche Düngeregime dabei aus? Zeigen sich Unterschiede beim Bedeckungsgrad der Zwischenfrucht in den verschiedenen Varianten?

Vorgehen bei der Probennahme:

22.07.22:  jeweils eine Mischprobe je Düngevariante
29.09.22: 3 Einzelproben je Versuchsvariante
23.11.22:  5 Einzelproben je Versuchsvariante
23.03.23:  5 Einzelproben je Versuchsvariante

Legende

Die N-Menge der Düngung betrug beim Bullenmist 100 kg Gesamt-N/ha, wovon aber nur 10 kg NH4+/ha als Ammonium direkt pflanzenverfügbar waren. Beim HTK lag die Menge des Gesamt-N bei 60 kg/ha mit 11,75 kg/ha sofort verfügbarem N. Diese Werte orientieren sich an den Standardwerten für Nährstoffgehalte in organischen Düngern der LWK Niedersachsen (vgl. Tabelle 1).

Tabelle 1: Standard-Nährstoffgehalte von Wirtschaftsdüngern

^{(Quelle: LWK NDS)}

Die Bodenwassergehalte sind im gesamten Versuchszeitraum auf einem niedrigen Niveau und liegen am 22.07.22 bei um die 10 % sowie am 22.03.23 bei um die 20 %. Ober- und Unterbodenwassergehalte unterscheiden sich um maximal 2 %. Die Bearbeitungsvarianten haben nur am 29.09.22 einen tendenziellen Einfluss mit etwas höheren Wassergehalten in den intensiven bearbeiteten Varianten  Med und Max.

Nach der Ernte des Winterweizens am 22.07.22 liegt der Nmin im Boden bei knapp 30 kg/ha. Die Unterschiede in den Varianten am 22.07.22 und 29.09.2022 lassen sich nur auf Bearbeitung und Bodenunterschiede zurückführen, da die Düngung erst am 30.09.22 erfolgte. Sehr deutlich fallen die höheren Werte am 29.09.22 in den intensiver und später bearbeiteten Varianten Med und Max auf. Die Düngung wirkt sich dagegen kaum auf die N_min-Werte vom 23.11.22 und 23.03.23 aus.

Schon vor der Düngung zeigen sich Unterschiede in den N_min-Werten der Versuchsparzellen. In der HTK-Fläche wurden am 29.09.22 die höchsten Werte gemessen, mit durchschnittlich 33 kg N_min/ha im Oberboden und 12 kg N_min/ha im Unterboden. In der Nmin-Beprobung vom 23.11.22 (6 Wochen nach der Düngung) zeigte sich der N_min-Wert in der Variante HTK mit 22 kg N_min/ha im Oberboden weiterhin höher als in den beiden anderen Varianten. Auch im Frühjahr hatte die HTK-Düngungsvariante den höchsten N_min-Wert.

6.2 Fragestellung 2 - Ergebnisse

Fragestellung 2: Zeigen sich Unterschiede beim Bedeckungsgrad der Zwischenfrucht in den verschiedenen Varianten?

Die Zwischenfruchtarten entwickelten bei den direkt gesäten Varianten (Aussaat am 22.07.2022) aufgrund der Trockenheit wenig Blattmasse und kamen bald zur Blüte. Die Bodenbedeckung war zu Ende September relativ gering und somit konnten sich Beikräuter wie der Weiße Gänsefuß etablieren. Die Beikräuter bedeckten in der Variante Min 1 im Mittel 7,2 % und in Min 2 im Mittel 9,7 % der Fläche. Die Zwischenfruchtparzellen, die nach der Stoppelbearbeitung am 17.08.2022 gesät wurden, konnten die Anfang September einsetzenden Niederschläge nutzen. Die Bodenbedeckung in den Varianten Med und Max war aufgrund der geringeren Wachstumszeit Ende September (6 Wochen nach Aussaat) geringer als bei der direkt gesäten Zwischenfrucht (9 Wochen nach Aussaat). Am 14.11.22 hingegen war die Bodenbedeckung in den direkt gesäten Varianten Min 1 und Min 2 geringer als in den Varianten Med und Max. Sie lag bei maximal 71 % in Min 1 und Min 2 und bei um die 90 % bei Med und Max (vgl. Tabelle 2).

Tabelle 2: Bodenbedeckungsgrade ermittelt am 29.09.22 (n=1) und 14.11.22 (n=3).

Bei den Düngevarianten zeigten sich absehbare Ergebnisse. Die mit HTK gedüngten Bestände (mit einem hohen Anteil von schnell verfügbarem N) hatten die höchste Bodenbedeckung mit im Mittel 86,1 %, OD die geringste mit im Mittel 75,6 %. BM lag dazwischen, mit 78,4 % Bodenbedeckung.

7.1 Fragestellung 1 - Diskussion/Interpretation

Wie ist der Einfluss unterschiedlicher Bodenbearbeitungsvarianten (Stoppelbearbeitung) auf Bodenwasserhaushalt und N-Dynamik zu bewerten und wie wirken sich unterschiedliche Düngeregime dabei aus?

Die Bodenwassergehalte weisen nur geringe Unterschiede auf. Bei der zweiten Probennahme liegen tendenziell höhere Gehalte in den Varianten Med und Max, niedrigere in den Direktsaatvarianten. In den intensiv bearbeiteten, lockeren Boden konnte das Niederschlagswasser scheinbar besser infiltrieren. Die stabilen Poren im unbearbeiteten oder wenig bearbeiten Boden in Min 1 und Min 2 konnten das Wasser möglicherweise in tiefere Schichten ableiten, aber schlechter in der Schicht 0-60 cm aufnehmen. Eventuell ist ein bedeutender Teil des Wassers bei den direkt gesäten Varianten auch im oberirdischen Pflanzenbewuchs zu finden, welcher – auch aufgrund der um 26 Tage längeren Wachstumszeit – eine höhere Biomasse aufweist.

Mangelndes Wasser in der Hauptwachstumsphase führt zu generativem Wachstum, was in den direkt gesäten Varianten Min 1 und Min 2 zu sehen war. Für den Zwischenfruchtanbau ist das unerwünscht. Die Witterung hatte daher einen größeren Einfluss auf den Bedeckungsgrad als die unterschiedliche Stoppelbearbeitung.

Bodenbearbeitung führt zu Mineralisierung von N. In den intensiver bearbeiteten Varianten Med und Max lag der Nmin-Gehalt im Zwischenfruchtbestand Ende September erwartungsgemäß höher. Die Zwischenfrucht konnte den N vor dem Winter aufnehmen, was an geringen N_min-Gehalten Mitte November zu sehen war. Zu diesem Zeitpunkt und auch im darauffolgenden Frühjahr zeigten sich nahezu keine Unterschiede mehr im N_min-Gehalt zwischen den Bodenbearbeitungsvarianten.

Die Düngung der Zwischenfrucht führte zu höheren Nmin-Werten zum Vegetationsende im Vergleich zur ungedüngten Variante. Höchste N_min-Gehalte wurden bei der HTK-Düngung gemessen, welche auch den höchsten Anteil an schnellverfügbarem N zur Verfügung stellt   . Die Zwischenfrucht wurde zwar durch die Düngung gestärkt, wie bei den Bedeckungsgraden zu beobachten war. Jedoch erhöhte sich hier auch die Gefahr der Nitratauswaschung über den Winter. Im Frühjahr waren in der HTK-Variante etwas höhere N_min-Werte im Unterboden messbar als in den anderen Varianten.

Höhere N_min-Werte in den intensiv bearbeiteten Varianten kamen dem Wachstum der ZF zugute (Bedeckung). Die insgesamt hohen N_min-Werte bei der Probennahme im Frühjahr 2023   sind auf die Mineralisierung der im November eingearbeiteten Zwischenfrüchte zurückzuführen. Die gedüngten Varianten zeigen hier etwas höhere Werte, besonders bei HTK . Das Niederschlagswasser verlagerte den Stickstoff teilweise in den Unterboden. Auswaschungsverluste sind an diesem Standort eher nicht zu befürchten, da auf Grund der Niederschläge und der nutzbaren Feldkapazität des Bodens mit 240 mm im Wurzelraum kaum Sickerwasser entsteht.  

7.2 Fragestellung 2 – Diskussion/Interpretation

Zeigen sich Unterschiede beim Bedeckungsgrad der Zwischenfrucht in den verschiedenen Varianten?

Die Zwischenfrucht in den direkt gesäten Varianten konnte den Boden trotz der früheren Einsaat bis zum Ende der Vegetationsperiode weniger gut bedecken als in den intensiver bearbeiteten Varianten Med und Max. Aufgrund der anfänglichen Trockenheit kam die Zwischenfrucht in den Varianten Min 1 und Min 2 schnell in die generative Phase und bildete weniger Blattmasse. In den Varianten Med und Max kam der Niederschlag zum richtigen Zeitpunkt, sodass die ZF zügig anwachsen konnte, den Boden bedeckte und das Aufkommen von Beikräutern verhinderte. Im Frühjahr zeigte sich in eben diesen Varianten eine deutlich geringere Unkrautbelastung in der Folgekultur Zuckerrüben im Vergleich zu den direkt gesäten Varianten.

Die Düngung der Zwischenfrucht führte zu tendenziell höheren Bedeckungsgraden und verstärkte somit das Potenzial von Unkrautunterdrückung, Durchwurzelung und Nährstoffbindung.

Die herkömmliche Stoppelbearbeitung war 2022 vorteilhaft für die Bodenbedeckung durch die Zwischenfrucht. Bei den N_min-Gehalten sowie beim Wassergehalt waren kaum Unterschiede zu erkennen.  Das Ergebnis war stark durch die Niederschlagssituation beeinflusst. Um belastbare Aussagen zu den unterschiedlichen Varianten treffen zu können, müsste der Versuch wiederholt werden.

Die Erfassung des Ertrags der Folgefrucht Zuckerrübe war ursprünglich in der Versuchsplanung vorgesehen, um den Nährstofftransfer in die Folgekultur variantenabhängig zu bewerten. Die Ertragserfassung konnte nicht durchgeführt werden, sollte bei Folgeversuchen aber unbedingt mit eingeplant werden.

Die detaillierte Versuchsauswertung erfolgte durch Benedikt Blaut in seiner Masterarbeit:
Blaut, B. (2023): Untersuchungen zum Einfluss verschiedener Bodenbearbeitungen auf den Bodenwasserhaushalt und N-Dynamik während des Zwischenfruchtanbaus, unter Berücksichtigung verschiedener Düngevarianten. Masterarbeit, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg.
Zur Masterarbeit (pdf-Dokument, 2 MB)

• Kaimbacher, B., Bodner, G., Liebhard, P. (2007) Wurzelcharakteristika und Wasserverbrauch unterschiedlicher Pflanzenarten als Zwischenfrucht für die Sommer-, Herbst- und Winterbegrünung im semiariden Produktionsraum aus Tagungsbericht ALVA
• Kolbe, H., Schuster, M., Hänsel, M., Grünbeck, A., Schließer, I., Köhler, A., Karalus, W., Krellig, B., Pommer, R., Arp, B. (2004) Zwischenfrüchte im Ökologischen Landbau, Fachmaterial Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft
• Pekrun, C., Pflaum, S., Henne, U. Was ist über die Wirkung der Stoppelbearbeitung bekannt-wo fehlt es an Daten? (2011) Feb. Landtechnik
• Pekrun, C. & Claupein, W. (2004) Wird durch Stoppelbearbeitung die unproduktive Verdunstung gesenkt? Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 16, 163-164
• Stumm, C., Reinhard, I., Schmitt, D., Kemper, R., Döring, T. (2020) Nitrogen conservation with cover crops: effect of CN ratio and N losses over winter on the potential to supply succeeding crops, Poster Organic World Congress
• Düngebehörde Niedersachsen (o.J.) Nährstoffgehalte in organischen Wirtschaftsdüngern und mineralischen Düngemitteln