Ehemalige Abt. Ökotoxikologie

Auch in extensiven Nutzungssystemen bzw. bei reduzierter Stickstoffdüngung können nach dem Anbau von Winterraps im Boden deutlich höhere Nitratgehalte auftreten als nach Getreide. Mögliche Ursachen dieses Effektes - eine im Vergleich zu anderen Kulturpflanzen verstärkte N-Nettomineralisation, Stickstoffeintrag über Wurzelausscheidungen oder Ernterückstände des Rapses - sollen in Labor- und Feldversuchen untersucht werden.

Nach allgemeiner Auffassung werden die N-Formen AHL und KAS in ihrer Ertragswirkung auf Winterweizen als weitgehend ebenbürtig angesehen. Dennoch gibt es immer wieder Fälle, in denen die eine Düngerform der anderen überlegen ist. Dies kann u.a. auf die Beeinflussung der Ertragskomponenten zurückgeführt werden.

Vorrangige Fragestellungen:

• Wie wirkt ein steigendes N-Angebot auf die Ertragsbildung von Winterweizen?
• Wird die Ertragsbildung von Winterweizen durch die Form der N-Düngung (AHL, KAS) beeinflusst?

Methodische Vorgehensweise

• Parzellenversuch auf dem Versuchsfeld Höckelheim der LWK Hannover
• Laufzeit: Frühjahr bis Ernte 2000
• Vorfrucht: Zuckerrüben
• N-Düngung: Gesamtsollwerte (incl. Nmin) von 170 bis 290 kg N ha^-1
• N-Formen AHL bzw. KAS

Zu erhebende Parameter: N_min, Nitratgehalt Halmbasis, N-Aufnahme, Ertragskomponenten
Zwischenergebnisse aus 2000 (Auswahl):

Mittelwerte* und (Standardabweichungen) aus jeweils 4 Parallelen *grüne Werte: max. rote Werte: min.   bei Vergleich AHL - KAS
	AHL				KAS				-
Gesamtsollwert  [kg N ha-1]	210		290		210		290		Nmin
Kornertrag  [dt TM ha-1]	93,3	(1,2)	97,6	(2,8)	97,9	(2,1)	97,6	(3,6)	64,1	(5,3)
Strohertrag  [dt TM ha-1]	77,3	(3,4)	80,9	(4,1)	80,6	(3,4)	86,2	(5,2)	58,2	(6,4)
N-Gehalt Korn  [% i TM]	1,8	(0,1)	1,9	(0,2)	1,9	(0,1)	1,9	(0,0)	1,3	(0,0)
N-Gehalt Stroh  [% i TM]	0,4	(0,1)	0,5	(0,1)	0,6	(0,1)	0,7	(0,1)	0,3	(0,0)
N-Menge im Korn  [kg ha-1]	168	(5)	182	(15)	184	(15)	189	(9)	86	(8)
N-Menge im Stroh  [kg ha-1]	27	(4)	41	(11)	44	(3)	64	(8)	18	(3)
Ges. N-Menge im  Aufwuchs EC 92  [kg ha-1]	195	(8)	223	(25)	228	(16)	253	(15)	104	(11)
Ãhrendichte  [Ãhren m-2]	386	(14)	438	(18)	371	(16)	435	(12)	304	(16)
Triebdichte EC31  [Triebe m-2]	828	(31)	881	(81)	853	(52)	918	(56)	744	(16)
Rel. Triebreduktion  EC 31 vs. EC 92 [%]	53	(3)	50	(3)	56	(1)	53	(4)	59	(2)
Kornzahl/Ãhre	50	(2)	48	(1)	55	(4)	48	(2)	46	(4)
TKG  [g TM]	48,5	(0,9)	46,7	(1,6)	48,0	(1,7)	46,6	(1,5)	46,4	(1,2)
N-Saldo  [kg N ha-1]	12	(4)	69	(12)	-10	(13)	76	(1)	-86	(8)
Nmin zur Ernte  [kg ha-1 90 cm-1]	19	(3)	28	(10)	21	(3)	35	(14)	26	(3)

Zusammenfassung
Um die Auswirkungen einer N-Quote in Praxisbetrieben auf Produktionsverfahren, Produktionserfolg und Umweltwirkungen der landwirtschaftlichen Produktion zu untersuchen, wurde 1991 ein "Pilotprojekt zur Einführung einer reduzierten Stickstoffdüngung in landwirtschaftliche Betriebe" begonnen. Die Quote betrug 60% des ordnungsgemäßen N-Aufwandes - Wirtschaftsdünger eingeschlossen -, gemittelt über die Anbauverhältnisse der Betriebe in den Erntejahren 1989/90 und 1990/91. Jeweils sieben Betriebe im Kreisgebiet Lüchow-Dannenberg (Region LD) sowie in den Gemeinden Krummhörn und Dollart in Ostfriesland (Region WB) verpflichteten sich, diese Düngerbegrenzung als Betriebsquote einzuhalten. Zwei weitere Betriebe in jeder Region begrenzten ihre Düngung für die Dauer des Projektes auf durchschnittlich 90 kg N/ha. Dabei waren alle Betriebe in der Verteilung der Düngermengen auf die angebauten Früchten frei. Einzige Anbaubegrenzung im jährlich frei wählbaren Anbauverhältnis war die Höchstgrenze von 10% für Körnerleguminosen. Über exakt geführte Schlagkarteien gelangten die Daten zur Auswertung. Grundlagen der Untersuchungen waren Erntemengenermittlungen sowie Untersuchungen der Produktqualität, des mineralischen N-Gehaltes der Böden sowie der N-Bilanzen. Als Referenz dienten je Region vier Betriebe, die ohne jegliche Auflagen wirtschafteten. Begleitet wurden die Betriebserhebungen durch einen Feldversuch in jeder Region. Hier wurden die Anpassungsmaßnahmen "Fruchtfolgewechsel" und "N-Düngerreduzierung" durch jeweils zwei dreigliedrige Fruchtfolgen auf Ertrags- und Qualitätseffekte sowie Änderungen der N_min-Dynamik der Böden und der N-Bilanzen geprüft.

Nach der Einführung der N-Quote wurden Umstellungen der Fruchtfolgen in den Betrieben vorgenommen. Der Anbau von Früchten mit geringen Ansprüchen an die N-Düngung, wie z.B. Leguminosen oder Öllein und auch der Anbau von Sommerung wurden aufgenommen bzw. ausgedehnt. Wirtschaftlich bedeutende Fruchtarten wie Winterweizen in WB sowie Zuckerrüben und Stärkekartoffeln in LD waren weniger stark von Anpassungen der Fruchtfolge oder der Düngung betroffen.

Die durch die Reduktion der Düngung herbeigeführten Ertragsrückgänge wurden in WB auf dem Feldversuch und in den Betrieben auf rund 9% im Mittel aller Fruchtarten geschätzt. In LD lagen die durchschnittlichen Absenkungen der Erträge (Betriebsdaten) mit 10% höher, während auf dem Versuchsfeld bei geringem Ertragsniveau wegen fehlender Beregnung ca. 2% weniger geerntet wurden. Die Ertragseinbußen auf dem Versuch in WB waren statistisch gesichert. In LD wie auch in WB wurden die Ertragsverluste durch Fruchtfolgeumstellungen herabgesetzt.

Qualitätsmindernd wirkte sich die reduzierte N-Düngung dort aus, wo der Eiweißgehalt als Kriterium zur Beurteilung der Produktqualität herangezogen wurde, wie z.B. bei Backweizen und bei Futtergetreide. Auf den Versuchsfeldern brachte eine N-Reduktion von 40% bei Winterweizen (WB) eine signifikante Absenkung des Eiweißgehaltes von durchschnittlich 2-3% und bei Futterroggen (LD) von ca. 2,5%. In den Betrieben verhielten sich die Proteingehalte sehr unterschiedlich, und zwar in Abhängigkeit der von den Betriebsleitern getroffenen Sortenwahl (besonders Weizen) und der tatsächlichen Düngung der einzelnen Schläge. Bei Raps, Zuckerrüben und Stärkekartoffeln wurden keine Veränderungen des Öl-, Zucker bzw. Stärkegehaltes festgestellt.

Die N_min-Gehalte reagierten sehr unterschiedlich auf die N-Düngereinschränkung. Auf dem Versuchsfeld in WB wirkten sich die verringerten Düngermengen standortbedingt nicht aus, während in LD eine Absenkung der Werte gegenüber den ordnungsgemäß gedüngten Parzellen eindeutig vorlag. Besonders in WB bewirkte der Anbau von sommerannuellen Fruchtarten erhöhte Werte während der Brachezeit im Herbst vor der Aussaat. Ebenso waren die N_min-Mengen nach Leguminosen wie auch nach Raps erhöht. Trotz dieser gegenläufigen Wirkungen der Düngerreduzierung und der Fruchtfolgeanpassung sanken in den Betrieben die N_min-Gehalte im Herbst und im Frühjahr leicht ab.

Als Folge einer verminderten Düngung lagen die N-Salden niedriger als nach ordnungsgemäßer Düngung. Dabei lagen auf dem Versuchsfeld in WB die Werte der ordnungsgemäßen wie auch der reduzierten Düngung im tolerierbaren Bereich (-50 bis +50 kg N/ha), während in LD (Versuchsfeld) nur die N-Bilanzen der reduzierten Düngung innerhalb definierter Toleranzgrenzen lagen. Auch die Flächen der Quotenbetriebe wiesen seit Beginn des Projektes gesunkene N-Salden auf. Die Abnahmen der N-Überschüsse betrugen im Durchschnitt der untersuchten Fläche in WB rund 40 kg N/ha und in LD etwa 30 kg N/ha. Dabei hatten die Futterbaubetriebe die größten Schwierigkeiten, tolerierbare N-Bilanzen zu erzielen. Bei den Kulturarten schnitt Raps mit durchgängig hohen N-Überschüssen am ungünstigsten ab. Die höchsten N-Überhänge waren in der Regel allerdings Folgen von Überdüngung, insbesondere mit hohen N-Gaben aus Wirtschaftsdüngern (> 80 kg/ha).

Der N-Austrag aus dem Bodenprofil mit dem Perkolationswasser, der nur auf dem Versuchsfeld in LD berechnet werden konnte, war ähnlich wie bei den N_min-Werten bei ordnungsgemäßer Düngung im Vergleich mit der reduzierten Düngung stark erhöht, während ohne Düngung und bei reduzierter Düngung in etwa gleiche Auswaschungsverluste auftraten.

In einem Feldversuch, bei dem die herkömmliche Fruchtfolge W-Weizen / W-Weizen / Zuckerrüben mit W-Weizen / Rotationsbrache / Zuckerrüben verglichen wird, werden die Auswirkungen einer unterschiedlichen Begrünung der Rotationsbrache (Weidelgras, Phacelia, Ölrettich, Phacelia-Klee- und Ölrettich-Klee-Gemisch) auf die N-Mineralisationstätigkeit des Bodens sowie auf Menge und Aktivität der mikrobiellen Biomasse untersucht. Als Kennwerte der N-Dynamik werden N_min, N_org und die potentielle N-Mineralisation bestimmt. Die Charakterisierung von Menge und Aktivität der mikrobiellen Biomasse erfolgt durch die Messung des mikrobiell gebundenem N und C sowie der Aktivitätsparameter Dehydrogenaseaktivität, spezifische Aktivität, Basisrespiration und metabolischer Quotient. Da von Menge und Art des Eintrages an organischer Substanz in den Boden ein Einfluß auf N-Dynamik und mikrobielle Biomasse erwartet wird, erfolgt zusätzlich die Bestimmung der Menge und wichtigsten Inhaltsstoffe (C-, N-, Rohcellulose-, Hemicellulose- und Ligningehalt) des Bracheaufwuchses und seiner Wurzelmasse.

Zusammenfassung
Bei der Einführung einjähriger Rotationsbrache in eine bisher intensiv genutzte Fruchtfolge sind Kenntnisse über mögliche Veränderungen der vornehmlich mikrobiell gesteuerten N-Dynamik und -Nachlieferung von besonderem Interesse. Zum einen müssen ökologisch bedenkliche N-Verluste, z.B. durch Auswaschung, sowohl unter der Rotationsbrache selbst als auch unter deren Folgefrüchten vermieden werden. Zum anderen kann unter Umständen aus ökonomischen und ökologischen Gründen eine Anpassung der N-Düngestrategie für die Nachfrüchte erforderlich sein. Daher wurden in zweijährigen Feldversuchen auf alluvialen Lehmböden bei Göttingen und in begleitenden Laborbrutversuchen die Auswirkungen unterschiedlich begrünter einjähriger Rotationsbrache (Deutsches Weidelgras, Phacelia, Ölrettich sowie Phacelia/Klee- und Ölrettich/Klee-Gemenge) vor Zuckerrüben auf die Menge und Aktivität der mikrobiellen Biomasse sowie auf weitere Elemente des N-Haushaltes (mineralischer Stickstoff, löslicher organischer N, Potentielle N-Mineralisation, N-Entzug durch die Zuckerrüben und rechnerische N-Nettomineralisation) geprüft. Als Vergleichsvariante diente betriebsüblich gedüngter Winterweizen, der in der Praxis eine gebräuchliche Zuckerrübenvorfrucht ist.

Das Ausmaß der Veränderungen des N-Haushaltes unter der Rotationsbrache selbst, aber auch unter der Folgefrucht Zuckerrüben war abhängig von der Art der Brachebegrünung und der Qualität des mit den ober- und unterirdischen Residuen in den Boden eingetragenen Pflanzenmaterials. Zum Ausdruck kam dies zum einen im Gehalt des Bodens an mineralischem Stickstoff (N_min), der gegenüber der Kontrollvariante Winterweizen unter allen Rotationsbrachen mit Ausnahme der Weidelgras-Begrünung teilweise erheblich erhöht war. In der Bracheperiode traten maximale Werte von bis zu 75 kg N ha^-1 30 cm^-1, in der Zuckerrübenperiode sogar bis zu 209 kg N ha^-1 30 cm^-1 auf. Zum anderen zeigte sich das veränderte N-Nachlieferungsverhalten in höheren Erträgen und erhöhtem Stickstoffentzug der N-ungedüngten Zuckerrüben nach Rotationsbrache. Dabei bildete wiederum Weidelgras mit leicht verringerten Erträgen im Vergleich zur Kontrollvariante eine Ausnahme. Die höchsten Stickstoff-Mehrentzüge der Folgefrucht zog die Brachebegrünung mit Phacelia und Phacelia/Klee-Gemenge nach sich (bis zu 48% Mehrentzug gegenüber Winterweizen). In diesen Varianten wurden annähernd die gleichen Rüben- und Blatterträge der nachfolgenden N-ungedüngten Zuckerrüben erreicht wie in der mit 110 kg N ha^-1 gedüngten Variante nach Winterweizen.

Menge und Aktivität der mikrobiellen Biomasse, gemessen als mikrobiell gebundener Stickstoff (N_mik) und Kohlenstoff (C_mik) bzw. als Dehydrogenaseaktivität und Basisrespiration, waren dagegen in den Rotationsbrache-Varianten sowohl in der Brache- als auch in der Zuckerrübenperiode leicht vermindert. Dies wird auf ein verringertes Substrat- und besonders C-Angebot als Folge der in diesem Versuch mit nur ca. 5 Monaten vergleichsweise kurzen Vegetationsdauer der Rotationsbrachen gegenüber dem Winterweizen zurückgeführt. Die vermehrte N-Nachlieferung unter und nach den Rotationsbrachen konnte somit nicht durch erhöhte Mengen oder verstärkte Aktivität der mikrobiellen Biomasse erklärt werden. Bei der Berechnung des N- und C-Umsatzes der mikrobiellen Biomasse zeigte sich jedoch, daß diejenigen Varianten mit der stärksten N-Nachlieferung gleichzeitig die höchste Umsatztätigkeit und auch den höchsten Nährstoff-Flux durch die mikrobielle Biomasse aufwiesen.

Die begleitenden Kurzzeit-Inkubationsversuche im Labor spiegelten die im Feld aufgetretene differenzierte N-Nachlieferung zwischen den Brache- und Kontrollvarianten nicht wider. Sie brachten daher keine zusätzliche Aufklärung über mögliche Ursachen der im Feld beobachteten Veränderungen des Stickstoffhaushaltes.

Einjährige Rotationsbrache als Zuckerrübenvorfrucht kann also gegenüber Winterweizen als herkömmlichem Fruchtfolgeglied aufgrund veränderter mikrobieller Umsatzleistung je nach Art der Begrünung zu verminderter (Weidelgras), aber auch zu deutlich erhöhter (Phacelia, Ölrettich, Phacelia/Klee- bzw. Ölrettich/Klee-Gemenge) N-Nachlieferung im Boden führen. Diesen Veränderungen ist bei der Auswahl des geeigneten Brachemanagements sowie bei der Bemessung der Stickstoffdüngung der Nachfrucht Rechnung zu tragen.

Der moderne Körnerrapsanbau ist nach der Rapsersnte und im darauffolgenden Herbst/Winter vielfach von hohen Stickstoffemissionen (Nitratverlagerung mit dem Sickerwasser, Freisetzung des klimarelevanten Spurengases N₂O) begleitet. Dieses ist - besonders im Hinblick auf die Erzeugung von Raps als nachwachsendem Rohstoff - unerwünscht. Nach heutigem Kenntnisstand ist sowohl für die Nitratauswaschung als auch für die N₂O-Emission nach dem Rapsanbau die Mineralisation organischer Stickstoffverbindungen aus Vegetations- und Ernterückständen von besonderer Bedeutung.

Zielsetzung:
Ziel dieses Projektes ist die Prüfung eines alternativen Anbaukonzeptes für Raps hinsichtlich seines Potentials zur Verringerung umweltbelastender Stickstoffausträge.

Versuchsdauer: Juli 1998 bis Februar 2000
Untersuchungen:

• Berechnung der N₂O-Emissionen aus dem N₂O-Gehalt ereignisbezogen, aber mindestens einmal wöchentlich mittels Bodenhauben gewonnener Gasproben ( „Closed - Chamber - Method")
• N_min-Gehalte feldfeuchter Bodenproben (0-15 und 15-30 cm Bodentiefe), zeitlich parallel zu den Spurengasmessungen
• N-Nettomineralisation des Bodens in-situ mittel der "Röhrenmethode" unter Verwendung des Differenzansatzes nach RAISON et al.(1987) sowie STENGER et al.(1996)
• Kornertragserhebungen mittels Parzellenmähdrescher.

Zusammenfassung der Ergebnisse:
Ein zentrales Problem der derzeitigen Rapsproduktion - auch im Hinblick auf die nachhaltige Erzeugung als nachwachsender Rohstoff - sind umweltbelastende Stickstoffausträge, die sich u.a. in Form erhöhter Nitratgehalte des Sickerwassers sowie einer verstärkten Emission des klimarelevanten Spurengases N₂O zeigen. Die bisherigen Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß sowohl für die Nitratauswaschung als auch für die N₂O-Emission im Rapsanbau die Stickstoffmineralisationsprozesse beim Abbau der Ernte- und Wurzelrückstände entscheidend sind. Mit dem Ziel der Verringerung umweltbelastender Stickstoffausträge beim Rapsanbau wurde ein alternatives Anbaukonzept im Feldversuch untersucht, dessen Grundlagen der Verzicht auf Bodenbearbeitung nach der Rapsernte sowie eine verstärkte pflanzliche N-Aufnahme vor Winter durch die Nutzung des Ausfallrapses als Zwischenfrucht sind.

Das Ausmaß der Stickstoff-Nettomineralisation im Ap nach der Ernte bis zum nächsten Frühjahr wurde entscheidend durch die Zeitspanne Ernte bis Anfang Dezember geprägt. Bis zu diesem Termin betrug die NNM nach Winterraps bei intensiver Bodenbearbeitung, Pflugeinsatz und ortsüblicher Aussaatzeit des Winterweizens im Mittel 55 kg ha^-1. Sie sank mit abnehmender Bearbeitungsintensität bis auf 34 kg ha^-1 bei Bodenruhe, lag damit aber immer noch deutlich über derjenigen nach Vorfrucht Winterweizen. Die größte NNM wurde nach Abfuhr des Rapsstrohs gemessen. Im Versuchsmittel hatten die obersten 15 cm des Bodens den weitaus größten Anteil an der gesamten Stickstoff-Freisetzung innerhalb des Ap.

Infolge der Stickstoffnettomineralisation stiegen nach der Winterrapsernte die N_min-Mengen im Boden in den ersten beiden, nicht jedoch im dritten Versuchsjahr deutlich über diejenigen der Vergleichsflächen nach Wintergerste und Winterweizen. Die maximalen Werte erreichten 1997 120 und 85 kg N ha^-1 90 cm^-1 im Jahr 1998. Gegenüber den Varianten mit Bodenbearbeitung nach der Rapsernte wiesen die Parzellen mit Bodenruhe und Bedeckung durch Ausfallraps in den beiden Jahren die niedrigsten N_min-Werte im Herbst auf. Sie lagen damit in derselben Größenordnung wie die Varianten mit Getreidevorfrucht. Der Ersatz des Pfluges durch den Grubber führte im Herbst zu geringfügig niedrigerem N_min.

Die N₂O-Spurengasmessungen zeigten, daß es zu fruchtartspezifischen N₂O-Emissionen des Bodens kam. Die Jahresemission 1998/99 des Winterrapses lag mit 2,9 kg N₂O-N ha^-1 um rund 1 kg N₂O-N ha^-1 höher als die der anderen Fruchtarten. Der Unterschied war unabhängig von der Düngungsintensität. Bezogen auf die applizierte Düngermenge lag die N₂O-Emission aller Fruchtarten zwischen 1 und 1,7 %. Während der Vegetationszeit von März bis Juli wurden für alle Fruchtarten die höchsten N₂O-Emissionen und auch die größten Unterschiede zwischen den Fruchtarten der Fruchtfolge registriert. Die N₂O-Emissionen der Vegetationsperioden des Winterrapses (1998 2,0 kg N₂O-N ha^-1; 1999 6,5 kg N₂O-N ha^-1) übertrafen die der anderen Fruchtarten um 0,6 bis 6,2 kg N₂O-N ha^-1. Diese erhöhten N₂O-Emissionen hingen vor allem mit den hohen N_min-Gehalten nach der Düngung und kurzzeitigen Niederschlagsereignissen zusammen. Die Unterschiede zwischen den Fruchtarten und in der Fruchtart zwischen den Jahren wurden maßgeblich durch die unterschiedliche Aufteilung der Düngergaben beeinflußt. Eine Vorfruchtwirkung des Winterrapses auf die N₂O-Emissionen nach der Ernte im Herbst und Winter konnte nicht nachgewiesen werden. Nach der Winterrapsernte bis in den Winter hinein lagen die N_min-Gehalte kaum über 50 kg N ha^-1 30 cm^-1 und entsprechend traten auch keine erhöhten N₂O-Emissionen auf. Die Emissionen im Herbst - Winter stellten maximal 35 % der Jahresemission dar. Die Bodenbearbeitungsvarianten haben für die N₂O-Emission am Standort Marienstein keine Unterschiede gebracht.

In Ergänzung der Felduntersuchungen erfolgte mit Kooperationspartnern aus der öffentlichen Verwaltung sowie der öffentlichen und der privaten Landwirtschaftsberatung eine intensive Diskussion der Bewirtschaftungs-strategien hinsichtlich ihres Zielerreichungsgrades und ihrer Umsetzbarkeit in der landwirtschaftlichen Praxis. Im Zentrum des Interesses stand dabei aber die Vermeidung der Nitratausträge, während die N₂O-Emissionen aus agronomischer Sicht bislang kaum eine Bedeutung haben. In den Gesprächen wurde deutlich, daß insbesondere die Bodenruhe nach der Rapsernte auf einer Vielzahl von Praxisflächen, noch stärker als im Feldversuch, die wirkungsvollste Maßnahme zur Vermeidung hoher Nitratgehalte des Bodens im Herbst darstellte. Allerdings waren mit der Einführung einer Sommerung als Winterraps-Nachfrucht ökonomische Probleme verknüpft, die jedoch in Niedersachsen auf hoch bis sehr hoch austragsgefährdeten Böden von Wasserschutzgebieten durch Ausgleichszahlungen abgemildert werden.

Das N-Pilotprojekt wird seit 1991 in Zusammenarbeit der Landwirtschaftskammern Niedersachsens, den Beratungsringen der Untersuchungsregionen und der Universität Göttingen (Forschungs- und Studienzentrum Landwirtschaft und Umwelt, Institut für Agrarökonomie, Institut für Agrikulturchemie) durchgeführt und vom Niedersächsischen Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten unter Beteiligung der EU im Rahmen der Ziel 5b-Förderung finanziert. Die erste Projektphase ging mit der Ernte des Jahres 1996 zu Ende, eine Verlängerung bis zur Ernte des Jahres 1999 wurde beschlossen.

Im Rahmen dieses Pilotprojektes wird in 18 landwirtschaftlichen Betrieben, verteilt in den Regionen Ostfriesland (Landkreis Leer und Aurich) und Lüchow (Landkreis Lüchow-Dannenberg), der Stickstoffeinsatz mittels einer betriebsbezogenen N-Quote um durchschnittlich 40% reduziert. Weitere 8 Betriebe stellen Daten für Vergleichszwecke zur Verfügung.

Untersucht werden das Anpassungsverhalten der Landwirte, die kurz- und langfristigen Ertrags- und Qualitätsentwicklungen der landwirtschaftlichen Produkte (Acker und Grünland), die einzelbetrieblichen Einkommenswirkungen und die Auswirkungen auf das N-Auswaschungspotential der Nutzflächen.

Ein vierstufiger statischer N-Düngungsversuch im Raum Lüchow ermöglicht detaillierte Daten zur N_min-Dynamik und Nitratverlagerung eines Sandbodens. Im Teilbereich Pflanzenernährung stehen die Ermittlung der Stickstoffeffizienz, der N-Bilanzsalden sowie von einigen Kenngrößen des Bodens ( N_min-Wert, Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt) im Vordergrund.

Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit wurden in einer Dissertation veröffentlicht:
Karsten Möller: Wirkungen einer Reduktion des Stickstoffaufwandes in landwirtschaftlichen Betrieben auf Pflanzenproduktion und Umwelt – Empirische Untersuchungen in West- und Ostniedersachsen. Diss. Universität Göttingen, 1999. Hainholz Verlag, Göttingen. ISBN 3-932622-53-7

Zusammenfassung
Ein verstärkter Einsatz von stickstoffhaltigen Düngemitteln hat in den letzten Jahrzehnten zu einer Verschärfung der negativen Umweltwirkungen in der Landwirtschaft geführt, deren Wahrnehmung sich in den letzten Jahren in Medien und GeseIlschaft verstärkt hat. Zur Umweltentlastung könnte ein umweltpolitisch motivierter Eingriff in den landwirtschaftlichen Betrieb am Hauptnährstoff Stickstoff, wie er seit Mitte der 80er Jahre diskutiert wird, beitragen. Vor diesem Hintergrund wählte das niedersächsische Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten im Jahr 1991 das Modell einer N-Kontingentierung als Möglichkeit des administrativen Eingriffs in landwirtschaftlichen Betrieben zur Minderung von UmweItbeIastungen und Produktionsüberschüssen für eine Untersuchung in einem Pilotprojekt aus.

Im „Niedersächsischen Pilotprojekt zur Einführung einer reduzierten Stickstoffdüngung in landwirtschaftlichen Betrieben" wurden für die Anwendung eines betriebsspezifischen N-Kontingentes (N-Quote) jeweils 9 unterschiedlich strukturierte Betriebe (Quotenbetriebe) in den standörtlich extrem gegensätzlichen niedersächsischen Regionen Lüchow-Dannenberg (überwiegend leichte Sandböden) und Aurich-Leer (schwere Seemarschböden) ausgewählt. Basierend auf den Anbauverhältnissen der Einzelbetriebe in den Jahren 1989/90 und 1990/91 wurde die N-Quote auf 60% des ordnungsgemäßen N-Aufwandes (Sollwerte der Landwirtschaftskammern) unter Einschluß der Wirtschaftsdünger betriebsspezifisch festgeschrieben. Die zweite, von wenigen Landwirten gewählte, aber mit einer höheren Ausgleichszahlung bedachte Variante beschränkte die jährliche Düngung im Mittel des Betriebes auf 90 kg N ha^-1, im Gegensatz zu 106 bis 131 kg N ha^-1 in der betriebsindividuellen Variante. Die jeweils jährlich zugeteilten N-Düngermengen konnten die Betriebsleiter frei auf ihre Kulturen verteilen. Einzige weitere Einschränkung im frei wählbaren Anbauprogramm war, bezogen auf die gesamte Ackerfläche, ein Anbaulimit von 10% für Körnerleguminosen.

In jeder Region standen 5 Betriebe zu Vergleichszwecken zur Verfügung. Als Datengrundlage dienten betriebliche Aufzeichnungen (Schlagkarteien) und Untersuchungen der Landwirtschaftskammern (N-Analysen von Ernteprodukten inkl. Grundfutter, Wirtschaftsdünger und Boden) in den Projektbetrieben. Die Kosten für den Ausgleich auftretender Ertragseinbußen und die komplette wissenschaftliche Bearbeitung wurden vom Land Niedersachsen und der EU in Brüssel getragen.

In das praxisorientierte Projekt war ein Stickstoff-Reduktionsversuch auf einem leichten Sandboden nahe Lüchow im Osten Niedersachsens integriert. Die Bemessung der Stickstoffdüngungsstufen basierte dabei auf dem Sollwertkonzept. Im Vordergrund der Untersuchung standen die bei einer 40%igen N-Düngerreduktion erzielbaren Erträge und Qualitäten, aber auch die damit einhergehende Nitratauswaschung und Nmin-Dynamik im Vergleich zur 'ordnungsgemäßen' N-Düngung. Eine 'ortsübliche' Fruchtfolge, die sich aus Kartoffel - Winterroggen - W-Gerste zusammensetzte, und eine 'angepaßte' Fruchtfolge, in der die N-intensive W-Gerste durch Hafer ersetzt war, wurden parallel untersucht. In regelmäßig mit Hilfe von Saugkerzen gewonnenem Perkolationswasser wurden die Nitrat-N-Konzentrationen gemessen und daraus mit Hilfe der Sickerwassermengen Nitratfrachten berechnet.

Die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchung von Wirkungen einer Reduktion des Stickstoffaufwandes lauten :

• N-intensive Früchte, vor allem W-Raps und W-Weizen wurden auf rund einem Sechstel der Fläche durch N-extensive Früchte, wie Körnerleguminosen, W-Roggen, Grassamenvermehrung und Sommergetreide, regionsspezifisch ersetzt. Als indirekte Folge sank der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln, da die N-extensiven davon i.d.R. weniger bedürfen. Die Flächenanteile der wirtschaftlich starken Früchte Zuckerrübe und Kartoffel in der Region Lüchow-Dannenberg sowie Mariendistel in der Region Aurich-Leer änderten sich aufgrund der N-Quotierung nicht.
• Die Verringerung der N-Düngung fiel fruchtartspezifisch aus. Eine starke Reduktion von 25 bis 35% unter die Empfehlung der Offizialberatung erfuhr das W-Getreide und die Zuckerrübe, während bei Kartoffel und Silomais in Lüchow-Dannenberg keine Senkung der N-Düngung stattfand.
• Als Folge der N-Quotierung lassen sich Ertragsverluste von im Mittel 10 bis 20% im Getreide- und Silomaisanbau sowie auf dem Grünland feststellen, nicht aber bei Zuckerrübe und Kartoffel. Die Ertragsdepressionen führten zu Erlöseinbußen in den beobachteten Betrieben.
• Aufgrund der reduzierten N-Düngung sanken die Rohproteingehalte je nach Getreideart um 0,7 bis 1,9%-Punkte gegenüber den Referenzbetrieben ab, was auch von den Feldversuchsergebnissen gestützt wird. Eine Qualitätsweizenerzeugung ist den Quotenbetrieben in Lüchow-Dannenberg aufgrund der N-Quote faktisch nicht möglich.
• Andere erlösbeeinflussende Qualitätsparameter der Ernteprodukte des Ackerlands (Zuckergehalte, Stärkegehalte, Tausendkorngewicht, Hektolitergewicht, Proteinqualität) wurden, gestützt von den Feldversuchsergebnissen, durch eine Senkung der N-Düngung unter eine ordnungsgemäße Menge nicht verändert.
• Die N-Bilanzüberschüsse innerhalb der einzelnen Betriebe wurden durch die N-Quotierung drastisch gesenkt. Der durchschnittliche N-Flächenbilanzüberschuß von Acker- und Grünland ergab in den Quotenbetrieben Lüchow-Dannenberg Mittelwerte von 30 bis 45 kg N ha^-1, in der Region Aurich-Leer von 10 bis 20 kg N ha^-1, während diese in der Referenzgruppe in den Untersuchungsjahren zwischen 50 und 90 kg N ha^-1 pendelten.
• Trotz der durchschnittlichen Senkung der Bilanzüberschüsse ergaben sich auch nach der N-Quotierung noch Einzelschläge mit jährlichen N-Überschüssen von über 100 kg N ha^-1 im Mittel der Projektjahre 1992 bis 1997 mit N-Quote. Nur auf Schlägen mit einer hohen Ertragsfähigkeit (vor allem Region Aurich-Leer) traten dauerhaft negative N-Bilanzsalden auf, die vermutlich eine leichte Zehrung aus dem N-Pool des Bodens bedingen.
• Im Feldversuch waren die N-Bilanzen bei Reduktion der N-Düngung um 40% durchgängig negativ, während hier die 'ordnungsgemäße' N-Düngung nach dem Sollwertkonzept zu ausgeglichenen N-Bilanzen führte.
• Die scheinbare N-Effizienz, basierend auf N-Abfuhr und N-Zufuhr, konnte regions- und fruchtartspezifisch durch die N-Quotierung verbessert werden.
• Die Mineralstickstoffgehalte des Bodens im Herbst konnten im Mittel durch die Reduzierung der N-Düngung innerhalb von 6 Jahren nicht gesenkt werden, vielmehr ergab sich eine starke Abhängigkeit von der angebauten Frucht.
• Die reduzierte N-Düngung führte in einem Zeitraum von 6 Jahren in den Projektbetrieben zu keinen meßbaren Änderungen im Stickstoff- und Humusgehalt der Ackerkrume. Im Feldversuch ergab sich in der Tendenz eine leichte Senkung der Stickstoff- und Humusgehalte durch die statische N-Reduktion um 40%.
• Auf dem leichten Sandboden des Feldversuchs reduzierte sich die Nitratfracht um durchschnittlich 20% bei Verringerung des N-Aufwandes um 40% gegenüber der ordnungsgemäßen Variante.
• Die Kulturartendiversität wurde durch Änderungen im Anbauprogramm, hervorgerufen durch die Verknappung des Stickstoffs, vor allem auf leichteren Böden erhöht.
• Für einige Betriebsleiter war die N-Quotierung der positive Anlaß, insgesamt über ihre Bewirtschaftungsintensität nachzudenken und diese zu vermindern. Die Senkung der N-Düngungsintensität über eine betriebsspezifische N-Quote mit einer ansonsten größtmöglichen Belassung der unternehmerischen Freiheit führt somit zu leichten Ertragseinbußen, einem insgesamt gesehen geringeren Pflanzenschutzmitteleinsatz und niedrigeren Stickstoffemissionen, aber auch zu Erlößminderungen, die bei EHLERDING (2000) und STOYKE (1995) beschrieben werden.

Ob sich eine umweltpolitische Maßnahme wie die N-Kontingentierung deutschland- oder europaweit umsetzen läßt, ist in Frage zu stellen, da der administrative Aufwand für die Einführung und die Kontrolle im Vergleich zur N-Steuer sehr hoch wäre. Auch das niederländische Nährstoffbilanzkonzept erfordert einen hohen Verwaltungs- und Kontrollaufwand, bietet aber ein zielgenaueres Vorgehen zur Senkung von Nährstoffemissionen in der Landwirtschaft.

Zusammenfassung
Die EG-Flächensstillegungsverordnung schreibt 1- bis 5jährige Grünbrache (GB) vor, deren Auswirkungen auf die N-Nachlieferung und N-Düngebedarfsermittlung für die Folgefrüchte weitgehend unbekannt sind. Es ist zu erwarten, daß durch die Grünbrache selbst wie auch durch ihren Umbruch Veränderungen im N-Haushalt des Bodens eintreten, die u. a. mikrobiologisch gesteuert werden. Diese stehen in Abhängigkeit zum Wachstum des GB-Bestandes sowie nach dem Umbruch zur Masse und Qualität des GB-Aufwuchses. Zur Frage der Auswirkungen mehrjähriger GB auf N-Mineralisations-/-Immobilisationsprozesse und auf die N-Ernährung nachfolgender Feldfrüchte wurde daher auf einem Auenlehm bei Göttingen ein 6jähriger Exaktversuch durchgeführt. Im Vergleich zu einer betriebsüblichen Fruchtfolge (FF) und zu einer mehrjährigen Schwarzbrache (SB) wurde der Einfluß einer Dauergrünbrache (GB; Kleegras) auf die N_min-Bildung, auf die N-Versorgung der Folgefrüchte sowie auf die Menge und Aktivität der mikrobiellen Biomasse untersucht. Wichtige Funktionen der mikrobiellen Biomasse als sink und source für N während der Brache und beim Umsatz des im GB-Aufwuchs gebundenen N nach dem GB-Umbruch wurden in einem Gefäßversuch mit 15N-markiertem Gras- und Kleegras (Grünmasse) herausgearbeitet.

Unter mehrjähriger Brache wurde der N-Haushalt wesentlich durch die Bracheform und den damit verbundenen ununterbrochenen (GB) oder fehlenden (SB) Eintrag organischer Substanz (Bewuchs) bestimmt. Ein Ausdruck dafür sind die N_min-Mengen des Bodens, die unter SB bis zu 250 kg N ha^-1 90 cm^-1 erreichten und damit ein erhebliches Potential an auswaschungsgefährdetem Nitrat darstellten. Dagegen machten die N_min-Mengen unter GB stets nur 20 -50 kg N ha^-1 90 cm^-1 aus.

Entsprechend dem Angebot an organischer Substanz nahmen unter mehrjähriger GB im Vergleich zur betriebsüblichen Fruchtfolge sowohl die mikrobielle Biomasse als auch deren Aktivität zu und zeigten einen ausgeprägten Tiefengradienten in der Ackerkrume. Der SB-Boden hingegen wies für alle bodenbiologischen Parameter die niedrigsten Werte bei einem weiten C_mik/N_mik- Verhältnis auf.

Die GB als Vorfrucht förderte die N-Entzüge und Ernteerträge längerfristig. Rund 10% der Mehrentzüge und -erträge gegenüber FF wurden noch in der 4. Nachfrucht festgestellt. Dies wurde durch die Änderung des N-Umsatzes im Boden infolge Flächenstillegung hervorgerufen und spiegelte sich in den Frühjahrs-N_min-Mengen des Bodens und insbesondere in der N-Nettomineralisation wider. Die N-Nachlieferung war dabei abhängig von der stofflichen Zusammensetzung des Bracheaufwuchses zum Umbruchzeitpunkt.

Der Bracheumbruch bewirkte eine Umschichtung der Biomasse-Parameter in tiefere Bodenschichten, die sich erst im Frühjahr des Folgejahres ausglichen. Insgesamt waren die Menge und die Aktivität der mikrobiellen Biomasse nach dem GB-Umbruch erhöht. Demgegenüber lag in der Fruchtfolgevariante keine signifikante Umverteilung der Biomasse und deren Aktivität infolge gleichmäßiger Durchmischung des Bodens vor.

Positive Auswirkungen der GB auf die Menge und Aktivität der mikrobiellen Biomasse des Bodens waren auch 3 Jahre nach dem Umbruch noch meßbar. Für die auf eine Einheit Biomasse bezogene mikrobielle Aktivität (spezifische Aktivität) traten indes keine Variantenunterschiede auf. Sie folgte einem ausgeprägten Jahresgang mit Zunahmen in Phasen gesteigerter N-Mineralisation.

Mit Einsatz von 15N konnten die Ergebnisse des Gefäßversuchs Ursachen der mehrjährig gesteigerten N-Lieferung nach dem GB-Umbruch im einzelnen aufzeigen. Aus der Grünmasse wurden im Boden sehr schnell erhebliche N-Mengen freigesetzt und pflanzenverfügbar, aber nur ca. 40-50% durch den Weizenaufwuchs (vergleichbar 1. GB-Nachfrucht) entzogen. Etwa die Hälfte des grünmassebürtigen N verblieb nach der Weizenernte im Boden, unterlag längerfristigen Umsetzungsprozessen und war damit für die Mikroorganismen des Bodens nachhaltig verfügbar. Die mikrobielle Biomasse akkumulierte insgesamt nur einen geringen, über die Zeit gleichbleibenden Anteil des markierten N von bis zu 10% der Gesamt-N-Menge (sink), der aber aufgrund erheblich gesteigerter mikrobieller Umsatzraten und eines hohen N-Flux rasch transformiert und damit als mineralischer N pflanzenverfügbar wurde (source).

Mit der Einarbeitung der Grünmasse in den Boden wurde die N-Lieferung auch des Bodens angeregt. Die N-Mengen im Weizenaufwuchs und die N_min-Mengen des Bodens stammten zu ca. 65% aus der Grünmasse, der Rest aus der Bodensubstanz. Ohne Grünmasse-Zusatz und ohne mineralische N-Düngung machte die N-Lieferung des Bodens aber nur ca. 40% dieses Betrages aus. Dies wird einem durch die eingearbeitete Grünmasse hervorgerufenen Priming-Effekt zugeordnet. Der mikrobiell gebundene N wurde im Versuchszeitraum nur zu 13- 27% aus dem Grünmasse-N gebildet. Der größte N-Anteil enstammte anderen Quellen. Dies ist ein Beweis für die Bedeutung der mikrobiellen Biomasse bei der N-Nachlieferung auch aus der Bodensubstanz.

Die durch mehrjährige GB hervorgerufenen Änderungen des N-Umsatzes im Boden sind entscheidend auf die Förderung der mikrobiellen Biomasse und deren Aktivität zurückzufuhren. Durch den mikrobiellen Umsatz des GB-Aufwuchses, aber auch der Bodensubstanz, wird die N-Versorgung der Pflanzenbestände längerfristig verbessert. Im Hinblick auf die N-Düngung zu den Folgefrüchten nach GB können gegenwärtig jedoch noch keine quantitativen Aussagen über die tatsächliche mikrobielle N-Nachlieferung getroffen werden.

Nach dem Anbau von Winterraps kommt es im folgenden Herbst/Winter sehr häufig zu erhöhten Nitratgehalten des Bodens, die den N-Bedarf des üblicherweise folgenden Winterweizen vor dem Ende der Vegetationsperiode übersteigen. Aus Sicht des Gewässerschutzes wären zu diesem Zeitpunkt aber niedrige Nitratgehalte des Bodens wünschenswert. Strategien, die zu einer Problemlösung durch die Beeinflussung der Stickstoff-Nettomineralisation führen (Bodenbearbeitungsintensität, Zwischenfruchtanbau, Fruchtfolgegestaltung), werden in mehrjährigen Feldversuchen auf ihre Effektivität und ihre Wirkmechanismen untersucht.

Die im Herbst nach der Ernte von Winterraps gefundenen erhöhten N_min-Werte im Boden können von der Nachfrucht Winterweizen vor dem Ende der Vegetationsperiode nur unzureichend genutzt werden und sind verlustgefährdet. Der Verzicht auf jegliche Bodenbearbeitung im Herbst nach Raps kann unter Nutzung des Ausfallraps als "catch crop" zu einer Lösung des Problems beitragen. Zur Maximierung dieses Effektes ist die Erweiterung der Fruchtfolge um eine Sommerung erforderlich, bevor als zweite Raps-Nachfrucht der Winterweizen folgt. Ziel des Konzeptes ist, den Transfer von "rapsbürtigem" Stickstoff in die Sommerung zu optimieren und dadurch Mineraldünger-N einzusparen.

Fragestellung: Welchen Einfluß hat eine unterschiedlich intensive Bodenbearbeitung im Frühjahr auf:

• die Stickstoff-Nettomineralisation?
• die N_min-Mengen im Boden?
• die N-Aufnahme des Hafers?
• den Kornertrag von Hafer?

Methodische Vorgehensweise
Die Untersuchungen werden innerhalb des INTEX-Projektes Reinshof auf den Flächen "Tönjeswinkel" und "Flöhburg" als Spaltanlage mit 3 Bodenbearbeitungsintensitäten (Pflug/Grubber/Direktsaat oder Rototiller) und 3 N-Düngungsstufen (ohne/N40/N80; als AHL) in 2 Wiederholungen durchgeführt. Die Unkrautbekämpfung und der Einsatz eines Wachstumsreglers erfolgt in allen Varianten gleich. Vegetationsbegleitend werden in engen Intervallen N_min und N-Aufnahme des Hafers bestimmt. Die Stickstoff-Nettomineralisation wird über Bilanzrechnungen ermittelt. Die Ermittlung des Kornertrages und von Qualitätsparametern schließen die Untersuchungen ab.

Parallel dazu werden ähnliche Untersuchungen auf zwei Betrieben des Niedersächsischen Demonstrationsprojektes zur umweltgerechten Landbewirtschaftung durchgeführt.