Mit Zwischenfrüchten Stickstoff sparen und das Klima schonen?

Der Anbau von Zwischenfrüchten bietet viele positive Aspekte: Nährstoffspeicherung, Erosionsschutz, Humusaufbau, Förderung der Biodiversität und Nematodenbekämpfung. In einem aktuellen Projekt wird untersucht, wie mit Zwischenfrüchten Stickstoff eingespart und das Klima geschont werden kann.

Die Zwischenfruchtaussaat war im Herbst 2018 vielerorts durch die langanhaltende Trockenheit beeinträchtigt. Wo Gewitterschauer oder auch bereits geringe Niederschlagsereignisse für eine ausreichende Wasserversorgung nach der Aussaat sorgten, konnten sich die Zwischenfrüchte im Herbst dennoch gut entwickeln. Die Ackerbegrünung über Winter war für jedermann sichtbar, aber wurde auch eine unerwünschte Nährstoffverlagerung vermieden?

Dieser Fragestellung ging die Landwirtschaftskammer Niedersachsen in verschiedenen, im Rahmen des Projektes THG‑ZWIFRU (siehe unterer Abschnitt) angelegten, Versuchen nach. Auf zwei leichten Sandstandorten (Wehnen bei Oldenburg, langjährig org. gedüngt, und Obershagen bei Celle, ohne langjährige organische Düngung) wurden nach Gerste zwei Zwischenfruchtmischungen, Senf und Ölrettich sowie Senf, Ölrettich und Alexandrinerklee (30 %), ausgesät. Neben einer ungedüngten Variante standen in den Versuchen auch zwei Varianten mit mineralischer und organischer N-Düngung. Am Standort Wehnen betrug die N‑Düngung 50 kg N/ha, am Standort Obershagen 60 kg N/ha. Die Düngung erfolgte vor der Aussaat der Zwischenfrüchte.

Auf Grund der Trockenheit 2018 fielen die Erträge der Vorfrucht, bei praxisüblicher Düngung, bis zu 30 % geringer aus als standortüblich. Wie zu erwarten, lagen die N_min-Werte zur Aussaat der Zwischenfrucht daher auf einem recht hohen Niveau (82 kg N/ha bzw. 52 kg N/ha). In beiden Versuchen fand im September, im Oktober und Ende November jeweils eine Beprobung der Varianten statt bei der N_min, die aufgewachsene Zwischenfrucht-Biomasse und die N-Aufnahme der Zwischenfrüchte ermittelt wurden. Bereits die erste Probenahme sechs Wochen nach Aussaat zeigte, dass die Zwischenfrüchte den im Boden vorhandenen Stickstoff nahezu komplett aufgenommen hatten. Die N_min-Werte blieben bis zum letzten Probenahmetermin am 20.11. auf diesem niedrigen Niveau (Abbildung 1 und 2). In der Abbildung 1 sind die N_min-Werte zur Aussaat, der N_min-Gehalt im Boden und die N‑Aufnahme des Zwischenfruchtbestandes Ende November (gestapelte Säulen) sowie der TM-Ertrag (grüne Säulen) am Standort Wehnen dargestellt. Die N_min-Werte lagen bei der Novemberbeprobung in allen Varianten, auch den gedüngten, unter 20 kg N/ha. Die N‑Düngung führte, im Vergleich zur ungedüngten Variante, zu einem höheren Trockenmasseertrag und einer höheren N‑Aufnahme. Durch die höhere Trockenmasse sind verbesserte Zwischenfruchteffekte wie insbesondere Erosionsschutz, Bodenbedeckung, Verbesserung der Bodenstruktur und des Wasserinfiltrationsvermögens, um nur einige zu nennen, zu erwarten. Auch ist davon auszugehen, dass unter den gedüngten Varianten die Wurzelmasse ebenfalls höher und der Boden besser durchwurzelt ist. Am Standort Obershagen konnten ähnliche Ergebnisse festgestellt werden, das Ertragsniveau betrug in den gedüngten Varianten ca. 30 dt/ha (Abbildung 4).

Es konnte an beiden Standorten beobachtet werden, dass die N-Aufnahme der gedüngten Zwischenfrüchte nicht im gleichen Maß zunahm wie das N‑Angebot. Auch die Summe aus N‑Aufnahme und N_min zum Vegetationsende war geringer als das ursprüngliche N‑Angebot. Da keine Verlagerung des Stickstoffs in tiefere Bodenschichten beobachtet wurde, kommen (neben den nicht erfassten N‑Mengen in der Wurzelbiomasse) vor allem Immobilisationsprozesse, also die vorübergehende Festlegung von Stickstoff in der mikrobiellen Biomasse in Frage. Darüber hinaus spielt die Verfügbarkeit des in der organischen Substanz gebundenen Stickstoffs beim Einsatz organischer Dünger eine Rolle. Im Versuch zeigt sich dies in Form eines geringeren Biomasseertrages und niedrigerer N‑Aufnahme der organisch gedüngten Variante gegenüber den mineralisch gedüngten Vergleichsparzellen. Wird die Zwischenfrucht organisch gedüngt, sind nach Möglichkeit schnell wirksame Dünger mit hohen Ammoniumgehalten wie Gärreste oder Schweinegülle zu bevorzugen. Darüber hinaus spielen bei organischer Düngung auch gasförmige N‑Verluste eine Rolle, daher ist es wichtig, diese durch umgehende Einarbeitung zu vermindern. Besonders bei hohen Temperaturen und intensiver Einstrahlung sollte die Einarbeitung innerhalb einer Stunde angestrebt werden.

Wann der in den Pflanzen fixierte Stickstoff der nachfolgenden Kultur wieder zur Verfügung steht, hängt von vielen Faktoren ab. Unter anderem beeinflussen Bodenfeuchte, Durchlüftung des Bodens, Bodentemperatur und der pH-Wert den Abbauprozess und die Mineralisation. Das Abschlegeln oder Herunterwalzen während einer Frostphase unterstützt das Absterben der Zwischenfrucht und hat großen Einfluss auf die Zersetzung der organischen Substanz. Die Wirkung einer solchen Maßnahme auf die N₂O-Emissionen ist allerdings aktuell noch nicht hinreichend untersucht. Nicht vollständig abgefrorene Zwischenfrüchte liefern den gebundenen Stickstoff verzögerter nach. Vielerorts kann zudem beobachtet werden, dass Zwischenfruchtbestände, die z. B. wegen zu später Aussaat, Trockenheit oder einer unzureichenden Nährstoffversorgung schwach entwickelt sind, schlehter abfrieren.

Einen Anhaltspunkt, wieviel mineralisierter Stickstoff der Folgekultur zu Vegetationsbeginn zur Verfügung steht, liefert die schlagbezogene N_min-Beprobung. Diese sollte möglichst zeitnah zur Aussaat der Folgekultur erfolgen. Die in den Versuchsvarianten gemessenen Nmin-Werte Anfang März sind ebenfalls in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt. Am Standort Obershagen (leichter Sandstandort, ohne langjährige organische Düngung) liegen die Nmin-Werte unabhängig von der Zusammensetzung der Mischung und der Düngungshöhe auf einem Niveau von 32 bis 42 kg N/ha. 25 bis 34 kg N/ha liegen in der obersten Bodenschicht vor, so dass der Stickstoff der folgenden Kultur unmittelbar zur Verfügung steht. Am Standort Wehnen (leichter Sandstandort, mit langjähriger organischer Düngung) sind die Nmin-Werte nach ungedüngter Zwischenfrucht mit 26 bzw. 28 kg N/ha am niedrigsten, bei den gedüngten Zwischenfrüchten liegen sie mit 38 bis 53 kg N/ha 10 bis 20 kg höher.

Wie diese Ergebnisse zeigen, empfiehlt es sich, besonders nach Zwischenfruchtanbau und organischer Düngung im Herbst, eigene N_min-Proben zu ziehen, anstatt die Richtwerte heranzuziehen. Mit den schlageigenen Daten lässt sich dann eine bedarfsgerechte Düngungsstrategie entwickeln. Einen schlagspezifischen Hinweis auf die noch zu erwartende Nachlieferung, zum Beispiel in Abhängigkeit vom im Herbst aufgenommen Stickstoff kann diese Methode allerdings nicht liefern.

Die Landwirtschaftskammer beteiligt sich daher seit Herbst 2018 an einem vom BMEL/BLE geförderten Vorhaben zur Abschätzung der Minderung von Treibhausgasemissionen durch den Anbau von Zwischenfrüchten (siehe Kasten). Dieses verfolgt zusätzlich zu den Fragestellungen des Klimaschutzes das Ziel abzuschätzen, wann und in welcher Höhe der in den Zwischenfrüchten gebundene Stickstoff den Folgekulturen zur Verfügung steht. Es sollen Methoden entwickelt werden die, basierend auf der N‑Aufnahme des Zwischenfruchtbestandes, den N‑Transfer aus der Zwischenfrucht in die Folgefrucht treffsicherer prognostizieren können, als dies mit der N_min-Methode bisher möglich ist.

Forschungsprojekt zur Minderung von Treibhausgasemissionen in der Pflanzenproduktion durch standortangepasst optimierte Zwischenfruchtanbausysteme (THG ZWIFRU).

Gezielt ausgewählt und rechtzeitig etabliert können Zwischenfrüchte im Herbst erhebliche Mengen Stickstoff aufnehmen. Damit sind sie in der Lage, N‑Auswaschungen sogar nach kritischen Früchten wie Winterraps oder Körnerleguminosen, bei denen mit erhöhten N_min-Mengen zum Beginn der Sickerwasserperiode zu rechnen ist, deutlich zu reduzieren. Zusätzlich könnte die Verringerung der Nitratverfügbarkeit im Winter dazu beitragen, wintertypische Lachgasemissionen zu vermeiden. Dabei ist es besonders wichtig, dass die erneute Freisetzung des in den Zwischenfrüchten gebundenen Stickstoffs in den Folgekulturen gut abgeschätzt und in der Düngeempfehlung berücksichtigt werden kann. Gelingt dies, können durch angepasste Düngung weitere Treibhausgasemissionen eingespart werden. Dieser Themenkomplex wird aktuell in einem Projektverbund unter Koordination der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel zusammen mit der Landwirtschaftskammer Niedersachsen, dem Thünen-Institut, dem Institut für Zuckerrübenforschung, der Georg-August-Universität Göttingen, der Universität Hohenheim und P. H. Petersen Saatzucht Lundsgaard bearbeitet. Dazu wurden im Herbst 2018 an vier Standorten Systemversuche angelegt, in denen die Lachgasemissionen unter verschiedenen Zwischen- und Folgefrüchten gemessen sowie die N‑Nachwirkung der Zwischenfrüchte in den Folgefrüchten (Mais/Zuckerrübe gefolgt von Weizen) der nächsten beiden Jahre ermittelt wird. Zusammen mit weiteren Kalibrationsversuchen, wie die der Landwirtschaftskammer Niedersachsen, soll so in den nächsten Jahren ein praxistaugliches, klimaschonendes Düngekonzept für Zwischenfruchtanbausysteme entstehen.

Die Förderung des Vorhabens erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages. Die Projektträgerschaft erfolgt über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung.

Ansprechpartner: Dr. I. Pahlmann & Prof. Dr. H. Kage, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel