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Leguminosen

Zwischenfrüchte: Der N-Effekt steigt ständig

Wicke in einer Zwischenfruchtmischung: Der N-Effekt von Leguminosen steigt mit der Häufigkeit des Anbaus.
David Schubert, Lorenz Heigl, Johanna Mießl, Dr. Michael Diepolder, Konrad Offenberger, LfL Agrarökologie/Düngung Freising
am Freitag, 14.10.2022 - 10:50

Zwischenfrüchte mit Leguminosen bringen Mehrerträge und helfen Stickstoff einzusparen. Im Laufe der Zeit wird der Effekt deutlicher. Das ist kein Gefühl, sondern ein Versuchsergebnis aus Bayern, für das seit 36 Jahren geforscht wird.

Stickstoffwirkung von Zwischenfrüchten: Wieviel bringt eine Mischung mit Leguminose (hier das Erbsen-Wicken-Gemenge im Pucher Dauerversuch)? Oder reicht auch eine Mischung ohne Leguminose?

Stark gestiegene Mineraldüngerpreise rücken den Wert organischer Dünger wieder in den Vordergrund. Doch können organische Dünger überhaupt mineralischen Stickstoff ersetzen und wenn ja, wie viel? Welche Rolle spielt dabei die Anwendungsdauer? Das betrifft auch die Frage, ob und inwieweit Leguminosen und Nicht-Leguminosen als Zwischenfrüchte vor Sommerungen Effekte auf die Ertrags- und Stickstoffeffizienz einzelner Kulturen bzw. auf die gesamte Fruchtfolge (Rotation) erwarten lassen.

Antworten auf diese Fragen können Langzeitversuche geben. Diese sind sehr gut geeignet, die Entwicklung des Ertragsgeschehens und der Stickstoffeffizienz in Fruchtfolgen als Reaktion auf verschiedene Dünge- bzw. Bewirtschaftungsmaßnahmen zu verfolgen – gerade wenn es um die Beurteilung der Stickstoffwirkung von organischen Düngern geht. Denn bei diesen wird der enthaltene Stickstoff erst im Laufe der Zeit verfügbar.

Organische Dünger setzen Stickstoff nur langsam frei

Bei ausschließlich mineralischer Düngung erlauben Versuche mit drei bis vier Jahren Laufzeit in der Regel Aussagen über die N-Effizienz bestimmter Düngerarten und -mengen. Das trifft für Fragen der organischen Düngung nur eingeschränkt zu. Die Anlage und Auswertung von ortsfesten Langzeitversuchen ist zwar komplex, aber in diesem Fall die bessere Wahl. Die dabei gewonnenen Ergebnisse können Wissen bestätigen. Gerade durch die teilweise jahrzehntelange Versuchsdauer besteht jedoch auch die Chance, neue Erkenntnisse zu gewinnen.

Ein solcher Langzeitversuch wurde Mitte der 1980er Jahre auf dem Versuchsgut Puch bei Fürstenfeldbruck begonnen. Er ist einer der letzten noch verbliebenen Versuche einer im gleichen Zeitraum begonnenen europaweiten Serie, welche Standorte mit unterschiedlichen Boden- und Klimaverhältnissen umfasste.

Der Versuchsstandort Puch in Kürze

Im Zentrum steht die Düngewirkung von Leguminosen (im Versuch: Erbsen-Wicken-Gemenge) und Nicht-Leguminosen (im Versuch: Senf) als abfrierende Zwischenfrüchte nach Wintergerste vor Silomais. Insgesamt wurden für die Auswertung ein Untersuchungszeitraum von 36 Jahren (1984 – 2019) bzw. zwölf komplette Durchläufen, sogenannte Rotationen, einer dreigliedrigen Fruchtfolge mit Silomais, Winterweizen und Wintergerste ausgewählt.

In der Tabelle Zwischenfrüchte sind die in der Fruchtfolge angebauten Zwischenfrüchte sowie die mineralische N-Düngung (Kalkammonsalpeter) aufgeführt. Ab dem 15. Versuchsjahr wurde die Düngung den allgemeinen Ertragsteigerungen angepasst. Daher wurde bei den Getreidefrüchten die mineralische Düngung bei den N-Stufen 2 bis 5 ab 1999 erhöht.

Zwischenfrüchte und mineralische Düngung

Die mineralische N-Düngung zu den einzelnen Varianten umfasste eine große Spannweite. Dabei entspricht, über eine Rotation betrachtet, Stufe 5 einer N-Menge, die bewusst hoch angesetzt wurde. Bei Mais wurde bei der Saat eine Unterfußdüngung mit Kalkammonsalpeter (KAS) in Höhe von 30 kg N/ha durchgeführt.

Um Aussagen über die Wirkung von Düngemaßnahmen im Rahmen einer Fruchtfolge treffen zu können, mussten die jeweiligen Korn- und Frischmasseerträge in sogenannte Getreideeinheiten (GE) umgerechnet werden. 1 Doppelzentner (dt) Kornertrag Winterweizen entspricht 1,00 GE, 1 dt Wintergerste = 0,92 GE, 1 dt Frischmasse Silomais mit 32 % TS = 0,172 GE.

Mehrerträge durch Leguminosen

Auf den Ertrag (in Getreideeinheiten pro Hektar) hatte neben der Art der Zwischenfrucht, der Hauptfrucht und der Höhe der mineralischen Ergänzungsdüngung auch die Versuchsdauer einen erheblichen Einfluss. Dabei wurden durch den Anbau eines Erbsen-Wicken-Gemenges als legume Zwischenfrucht vor Silomais bei allen drei Fruchtarten signifikante Mehrerträge gegenüber der zwischenfruchtfreien Vergleichsvariante erreicht. Erwartungsgemäß zeigte dabei Silomais als erste Hauptfrucht nach der Leguminosen-Zwischenfrucht den höchsten Ertragseffekt.

Erträge im Untersuchungszeitraum (1984 – 2019)

Dagegen brachte der Anbau von Senf (als eine Nicht-Leguminose) im Versuch keine Mehrerträge gegenüber der zwischenfruchtfreien Variante. Daher wird an dieser Stelle auf die tabellarische Darstellung der Ergebnisse verzichtet.

Welche Rolle spielt die Versuchsdauer?

Keine Frage: Langzeitversuche sind aufwändig! Wenn es aber um die Frage zur Wirkung von organischen Düngern geht, sind für Beratungsaussagen lange Versuchslaufzeiten ein großer Gewinn, da sich daraus Trends ableiten lassen. Am Beispiel des Pucher Dauerdüngungsversuchs wird dies anhand der Grafik "Entwicklung der Jahreserträge einer Rotation" ersichtlich, bei der die Entwicklung der mittleren Jahreserträge einer Fruchtfolge mit unterschiedlicher Düngung über einen Zeitraum von zwölf Rotationen, das heißt 36 Versuchsjahren dargestellt ist.

Entwicklung der Jahreserträge einer Rotation

Für die Abbildung wurden auch die Rotationen 1 – 5 mit einbezogen (grau hinterlegt), obwohl in diesem Zeitraum die mineralische Düngung nicht identisch mit derer in den Rotationen 6 – 12 war. Es handelt sich somit bei den dargestellten Trendlinien um eine eher schematische Darstellung, aus der jedoch die langfristige Ertragsentwicklung im Versuch ersichtlich wird.

Auf den ersten Blick ist erkennbar, dass die Erträge bei den mineralisch gedüngten Varianten (grüne Farbe) mit fortschreitender Versuchsdauer zugenommen haben. Dies sowohl bei den Varianten mit Erbsen-Wicken-Gemenge als Zwischenfrucht als auch ohne Zwischenfruchtanbau. Vergrößert haben sich dabei ebenfalls die Ertragsabstände zwischen diesen Varianten.

Bei Verzicht auf eine mineralische N-Düngung (orange Linie) konnte durch den legumen Zwischenfruchtanbau ein niedriges Ertragsniveau langfristig gehalten werden. Ohne jegliche Stickstoffdüngung (nur P-, K-, Mg-Düngung) fiel dagegen der Ertrag, wie erwartet, im Trend leicht ab.

Positive Wirkung von Leguminosen als Zwischenfrucht nimmt zu

Kurz gesagt zeigen die Ergebnisse: Die positive Wirkung von Leguminosen als Zwischenfrucht auf den Ertrag nimmt bei regelmäßigem Anbau mit den Jahren zu. Dies lässt sich darauf zurückführen, dass sich im Laufe der Zeit immer mehr organischer Stickstoff aus dem Leguminosenanbau im Boden ansammelt und mineralisiert wird.

Auch bei ausschließlich mineralischer Düngung waren im Trend ansteigende Ertragseffekte gegenüber fehlender Düngung zu verzeichnen. Denn auch bei einer rein mineralischen Düngung wird die unterirdische Biomasse gefördert und damit steht im Laufe der Zeit immer mehr Stickstoff für die Mineralisation als bei Versuchsanfang zur Verfügung.

Demgegenüber waren durch den Anbau von Senf im Versuch keine positiven Ertragseffekte im Laufe der langjährigen Versuchsdauer feststellbar.

Es ist anzumerken, dass mit der Steigerung der Düngermengen ab der sechsten Rotation auch eine Optimierung weiterer Produktionsbedingungen (Bodenbearbeitung, Pflanzenschutz) einher ging. Daher sind die oben genannten Ertragszuwächse nicht allein auf die Düngungseffekte zurückzuführen.

Lässt sich mineralischer Dünger einsparen?

Eine zentrale Frage der Versuchsauswertung war, ob und wieviel mineralischer Stickstoff durch einen langfristigen Anbau verschiedener Zwischenfrüchte eingespart werden konnte (N-Wirkung des Zwischenfruchtanbaus, siehe Absatz "Wie wird die N-Wirkung der Zwischenfrucht bestimmt" zum Schluss des Textes). Wichtig zu erwähnen ist, dass bei dem hier dargestellten Vergleich nur die Düngewirkung von Stickstoff betrachtet wird. Sonstige Hauptnährstoffe sind auf den einzelnen Versuchsparzellen durch Ausgleichsdüngung nicht im Mangel und damit nicht ertragsrelevant.

Dem Zwischenfruchtanbau sind allgemein verschiedene positiven Effekten wie Erosionsschutz, Einbringung von organischer Substanz und Förderung des Bodenlebens zugeschrieben. Hinsichtlich der Stickstoffdüngewirkung zeigten die Pucher Versuchsergebnisse allerdings eindeutige Unterschiede zwischen den angebauten Zwischenfruchtgruppen.

Einsparpotenzial ist beachtlich

Der regelmäßige Zwischenfruchtanbau mit Leguminosen – im Versuch erfolgte dieser in Form eines Erbsen-Wicken-Gemenges nach Wintergerste – schafft die Möglichkeit, erhebliche Mengen an mineralischem N-Dünger einzusparen. Der Versuch zeigt folgende N-Effekte für die Kulturen in dieser Fruchtfolge im Mittel der Versuchsjahre:

  • Silomais: 51 kg N/ha
  • Winterweizen: 15 kg N/ha
  • Wintergerste: 7 kg N/ha

Je länger Leguminosen in die Rotation eingebaut werden, desto mehr Stickstoff lässt sich zudem einsparen (nicht eigens dargestellt).

Die Ergebnisse bestätigen zudem, dass die in der Düngeverordnung angesetzte N-Wirkung von Leguminosen als Vorfrucht deutlich überschritten werden können. Dagegen konnte unter den gegebenen Versuchsbedingungen beim Anbau von Senf als Zwischenfrucht kein mineralischer Stickstoff eingespart werden.

Wie wird die N-Wirkung der Zwischenfrucht bestimmt?

Für die N-Wirkung von Zwischenfrüchten (kg N/ha) werden die Ertragskurven (z. B. in Getreideeinheiten) bei rein mineralischer Düngung mit den Ertragskurven bei zusätzlichem Zwischenfruchtanbau miteinander verglichen. Bei gleichem Ertragsniveau kann aus der Differenz der hierfür jeweils (ohne/mit Zwischenfrüchten) erforderlichen Höhe der mineralischen N-Düngung die N-Wirkung der Zwischenfrüchte ermittelt werden. Wenn beispielsweise bei der Kombination von mineralischer Düngung und Zwischenfrucht mit 25 kg N/ha über mineralischen Dünger derselbe Ertrag erzielt wird wie bei rein mineralischer Düngung mit 50 kg N/ha, dann ergibt sich aus der Differenz eine Wirkung des Zwischenfruchtanbaus von 25 kg N/ha. D.S.