Nährstofftransfer. Was Zwischenfrüchte liefern
Neben vielen anderen positiven Effekten sind Zwischenfrüchte dafür bekannt, N-Verluste zu reduzieren. Wie hoch die Speicherleistung und der N-Transfer in die Folgekultur(en) sind, wurde in einem groß angelegten Forschungsprojekt untersucht. Florian Wichern stellt die Ergebnisse vor.
In Ackerbauregionen mit nährstoffintensiven Kulturen in der Fruchtfolge hat sich der Anbau von Zwischenfrüchten zur Reduktion der Stickstoffauswaschung im Winter bewährt. Auch aus phytosanitären Gründen in engen Hackfruchtfolgen mit Kartoffeln oder Zuckerrüben haben Zwischenfrüchte wie Ölrettich, Senf oder Rauhafer sowie Mischungen inzwischen ihren festen Platz. Zudem wird Zwischenfrüchten insbesondere zur Verbesserung der Bodengare und zur Förderung des Bodenlebens eine besondere Bedeutung zugesprochen. Vor diesem Hintergrund sollte das Forschungsprojekt »EffiZwisch« klären, inwieweit Zwischenfrüchte als Reinsaaten
oder im Gemenge die Bodengare, den Humusaufbau und die Stickstoffnutzung in intensiven Hackfruchtfolgen beeinflussen. Ein Schwerpunkt lag dabei auf dem Transfer des Reststickstoffs im Herbst durch Zwischenfrüchte in die Folgekultur.
Was haben wir gemacht? Im Rahmen von Feldversuchen auf Praxisbetrieben am Niederrhein (ca. 770 mm mittlerer Niederschlag; 10,7 °C Durchschnittstemperatur) wurden auf pseudovergleyten Parabraunerden auf Löss (schluffiger Lehm) zwischen 2016 und 2022 nach Wintergetreide (Weizen, Gerste) unterschiedliche Zwischenfrüchte in Reinsaat und im Gemenge ohne Düngung angebaut. In allen
Versuchsjahren erfolgte die Messung der Stickstoffaufnahme der Zwischenfrüchte im Herbst bei maximaler Biomasseausbildung vor dem Winter, um das maximale Potential für den N-Transfer in die Folgekultur abzuschätzen. Zudem haben wir die Nmin-Werte im Sommer, Herbst, Winter und Frühjahr bestimmt. In den Jahren 2016 bis 2020 wurden die Zwischenfrüchte im Frühjahr mit Glyphosat abgetötet. Im Jahr 2021 auf dem Praxisversuch mit Kartoffeln wurden sie vor der Bodenbearbeitung nur gemulcht.
Die getesteten Reinsaaten und die Zwischenfruchtgemenge unterschieden sich statistisch nicht in ihrer Wirksamkeit zur Reduktion der Nmin-Werte. Gegenüber einer Schwarzbrache reduzierten alle getesteten Zwischenfrüchte sowohl in Reinsaat als auch im Gemenge die Nmin-Werte effektiv, was bisherige Erkenntnisse bestätigt und Zwischenfrüchte generell als wirksame Maßnahme zur Reduktion von Stickstoffverlusten bestätigt. In ihrem Aufwuchs nahmen Senf und Ölrettich/ Senf-Gemenge in einzelnen Jahren bis zu 175 kg N/ha auf (Grafik 1). Ölrettich und Winterrübsen in Reinsaat und Gemenge mit vier oder mehr Zwischenfruchtarten erreichten ebenfalls Aufnahmemengen von 150 kg N/ha. Aufgrund der hohen Variabilität im Feld unterschieden sich die Reinsaaten und Gemenge statistisch nicht. Die überwiegende Menge des aufgenommenen Stickstoffs befand sich im oberirdischen Aufwuchs. Für eine effiziente
Verwertung des Stickstoffs und effektiven Transfer in die Folgefrucht gilt es, dies zu berücksichtigen.
Winterharte Zwischenfrüchte können den in der oberirdischen Biomasse gebundenen Stickstoff besser konservieren und Nmin-Verluste reduzieren. Somit kann mehr Stickstoff für die Folgefrüchte erhalten werden. In diesem Zusammenhang ist allerdings eine Beobachtung des Projektes von großem Interesse für das Zwischenfruchtmanagement: In den Jahren 2018 und 2019 kam es aufgrund zunehmender Wasserknappheit im Boden zu einer schlechten Etablierung und Entwicklung der Zwischenfrüchte im Herbst. Daraus
resultierte eine deutliche Abnahme der Zwischenfruchtbiomasse im Herbst und somit eine reduzierte N-Aufnahme, die im Jahr 2019 im Durchschnitt lediglich 70 kg N/ha betrug. Aufgrund der milden Winter am Niederrhein mit wenigen oder keinen Frostereignissen wuchsen die Zwischenfrüchte allerdings nach den Winterniederschlägen weiter und nahmen weiteren Stickstoff auf, sodass im Frühjahr Zwischenfruchtbestände mit Stickstoffaufnahmemengen gemessen wurden, wie sie in normalfeuchten Jahren im Herbst üblich sind. Für die Stickstoffkonservierung mit Zwischenfrüchten muss dies zukünftig berücksichtigt werden. Nach trockenen Jahren sollte man die weitere Stickstoffaufnahme der Zwischenfrüchte in milden Wintern in Erwägung ziehen. Da allerdings keine Vorhersagen über Temperaturverläufe im Winter erfolgen können, ist die Kombination von winterharten und abfrierenden Zwischenfrüchten zu bevorzugen, um Stickstoff auch unter stärker schwankenden Wetterbedingungen sicher zu konservieren.
Wie viel Stickstoff steht der Folgekultur zur Verfügung? Zur Abschätzung des N-Transfers in die Folgekultur wurde nach Aussaat der Zwischenfrüchte in zwei Versuchsjahren (2018 und 2020) der N-Pool des Bodens mit dem stabilen Stickstoffisotop 15N als sogenannter Tracer markiert und in der Folgekultur bestimmt. Diese Methodik erlaubt die Verfolgung des Gesamtstickstoffs durch Zugabe winziger
Mengen an 15N, wodurch Düngeeffekte vermieden werden. Nach Zugabe des 15N während des Zwischenfruchtwachstums konnten wir die Verteilung des Reststick-stoffs nach Aufnahme durch die Zwischenfrucht im Herbst ermitteln. So befanden sich 70 bis 80 % des Reststickstoffs der Vorfrucht im Herbst im Aufwuchs der Zwischenfrucht und 20 bis 30 % im Boden. Der im Boden gebundene Reststickstoff lag in Form von Wurzelabscheidungen der Zwischenfrüchte, mikrobiell gebundenem Stickstoff und Nmin vor. Diese Ergebnisse bestätigen die Beobachtungen, dass die Reinsaaten und Gemenge der Zwischenfrüchte Stickstoff wirksam in ihrer Biomasse
speichern. Im Folgejahr wurde der Tracer dann in der Hauptkultur gemessen und der Stickstoffverlust bestimmt. Als Zielkultur diente
in einem Jahr Kartoffel, in einem weiteren Versuchsjahr Weidelgras. Letzteres erlaubte durch Messung des Tracers in fünf Schnitten eine Bestimmung des N-Transfers im Laufe der Vegetationszeit der Hauptkultur. Wir konnten feststellen, dass zwischen 55 und 70 % des Stickstoffs, der im Herbst in den Zwischenfrüchten gebunden war (in Spross, Wurzel und Boden), konserviert wird. Somit gehen 30 bis 45 % des Reststickstoffs der Vorkultur trotz des Zwischenfruchtanbaus verloren. Verluste können sowohl als Nmin ins Grundwasser als auch in Form von Lachgas (N2O) in die Atmosphäre erfolgt sein.
Die Folgekultur nahm im Mittel 35 bis 45 kg N/ha aus dem Reststickstoff auf. Damit deckten die Zwischenfrüchte ca. 15 % des Stickstoffbedarfs der Kartoffel (Grafik 2). Die in die Folgefrucht transferierte N-Menge entsprach etwa 20 % des konservierten Stickstoffs. Im Oberboden waren weitere 50 bis 60 % des Stickstoffs, der potentiell für Folgekulturen zur Verfügung steht. Darüber hinaus fanden sich am Ende der Vegetationszeit der Kartoffel zur Ernte 20 bis 30 % des Reststickstoffs aus der Vorkultur im Unterboden, unterhalb von 30 cm. Zur wirksamen Konservierung des Stickstoffs nach der Kartoffel und somit auch des Stickstoffs, der durch die Zwischenfrüchte konserviert wurde, bedarf es einer schnellen Bestellung nach der Kartoffelernte mit einer wüchsigen Kultur.
Das Projekt »EffiZwisch« wurde in Kooperation mit der Landwirtschaftskammer NRW, der FH Südwestfalen und der Uni Bonn durchgeführt und vom Ministerium für Landwirtschaft und Verbraucherschutz NRW gefördert.
