Zwischenfrüchte als Stickstofflieferant für die Folgefrucht

In Ackerbauregionen mit nährstoffintensiven Kulturen in der Fruchtfolge hat sich der Anbau von Zwischenfrüchten bewährt, um die Stickstoffauswaschung im Winter zu reduzieren. In engen Hackfruchtfolgen mit Kartoffeln oder Zuckerrüben haben Zwischenfrüchte wie Ölrettich, Senf oder Rauhafer sowie Mischungen aus verschiedenen Arten auch aus phytosanitären Gründen ihren festen Platz. Zusätzlich spielen Zwischenfrüchte eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Bodengare und sie fördern das Bodenleben.

Die Pflanzenreste der Zwischenfrüchte bleiben auf dem Feld und dienen als Energie-, Kohlenstoff- und Nährstoffquelle für zahlreiche Bodenorganismen, insbesondere Pilze und Bakterien. Der Anbau von Zwischenfrüchten trägt somit zur Förderung des Humusaufbaus bei, da die Bodenmikroorganismen durch ihr Wachstum und Absterben den Humusgehalt erhöhen. Das Forschungsprojekt "EffiZwisch - Förderung eines effizienten Zwischenfruchtanbaus zur Verbesserung des Klima-, Wasser- und Bodenschutzes in der Landwirtschaft" untersuchte, inwieweit Zwischenfrüchte als Reinsaaten oder als Mischung die Bodengare, den Humusaufbau und die Stickstoffnutzung in intensiven Hackfruchtfolgen positiv beeinflussen. Die Ergebnisse und Erkenntnisse zum Stickstofftransfer des Reststickstoffs im Herbst durch Zwischenfrüchte in die Folgekultur werden im Folgenden dargestellt.

Im Rahmen von Feldversuchen auf Praxisbetrieben am Niederrhein, einer Region mit einem durchschnittlichen Niederschlag von etwa 770 mm und einer Durchschnittstemperatur von 10,7 °C, wurden zwischen 2016 und 2022 auf pseudovergleyten Parabraunerden aus Löss (schluffiger Lehm) verschiedene Zwischenfrüchte nach Wintergetreide (Winterweizen, Wintergerste) angebaut. Die Zwischenfrüchte wurden sowohl als Reinsaat als auch in Mischungen und ohne Düngung angebaut. In jedem Jahr wurde im Herbst, kurz vor dem Winter, die Stickstoffaufnahme der Zwischenfrüchte bei maximaler Biomasseentwicklung gemessen, um ihr Potenzial für den Stickstofftransfer auf die nächste Kultur abzuschätzen. Außerdem wurden die N_min-Werte im Sommer, Herbst, Winter und Frühjahr bestimmt. In den Feldversuchen 2016 - 2020 wurden die Versuchsflächen im Frühjahr mit Glyphosat abgewelkt. Auf dem Praxisversuch im Jahr 2021 wurden die Zwischenfrüchte vor der Bodenbearbeitung zur Hauptfrucht lediglich gemulcht.

Die Ergebnisse zeigten, dass es keinen signifikanten Unterschied in der Wirksamkeit zur Reduktion der N_min-Werte zwischen den Reinsaaten und den Mischungen gab. Im Vergleich zu unbepflanzten Flächen reduzierten alle getesteten Zwischenfrüchte, egal ob als Reinsaat oder in Mischungen, die N_min-Werte effektiv. Dies bestätigt bisherige Erkenntnisse und unterstreicht die Wirksamkeit von Zwischenfrüchten bei der Reduzierung von Stickstoffverlusten. In einigen Jahren konnten Senf und die Ölrettich/Senf-Mischung bis zu 175 kg N/ha aufnehmen (siehe Abb. 1). Ebenso erreichten Ölrettich und Winterrübsen, sowohl als Reinsaat als auch in Mischungen mit vier oder mehr Zwischenfruchtarten, Werte von bis zu 150 kg N/ha. Der größte Teil des aufgenommenen Stickstoffs befand sich in den oberirdischen Teilen der Zwischenfrüchte. Damit der Stickstoff effizient genutzt und an die Folgekultur weitergegeben werden kann, ist dieser Punkt unbdingt zu beachten.

Bekannt ist, dass winterharte Zwischenfrüchte den Stickstoff in der oberirdischen Biomasse besser erhalten und so Verluste als N_min reduzieren. Das sorgt dafür, dass mehr Stickstoff für die nachfolgenden Pflanzen verfügbar ist. In diesem Zusammenhang ergab sich im Projekt eine wichtige Beobachtung für das zukünftige Zwischenfruchtmanagement. Aufgrund von zunehmender Trockenheit im Boden in den Jahren 2018 und 2019 war die Etablierung und Entwicklung der Zwischenfrüchte im Herbst schlecht. Das führte zu einem deutlichen Rückgang der Zwischenfruchtbiomasse und damit auch zu einer geringeren Stickstoffaufnahme. Daher lag 2019 der durchschnittliche Stickstoffgehalt in der Zwischenfruchtbiomasse im Herbst nur bei 70 kg N/ha. Wegen der milden Winter am Niederrhein mit wenigen oder keinen Frostperioden konnten die Zwischenfrüchte jedoch nach den Winterniederschlägen weiterwachsen und mehr Stickstoff aufnehmen. Im Frühjahr wurden dann Stickstoffwerte in den Zwischenfrüchten gemessen, die denen in normalen, feuchteren Jahren im Herbst entsprachen. Diese Erkenntnisse sind wichtig für die zukünftige Nutzung von Zwischenfrüchten zur Stickstoffkonservierung. Nach trockenen Jahren sollte die zusätzliche Stickstoffaufnahme der Zwischenfrüchte in milden Wintern berücksichtigt werden. Da man jedoch nicht vorhersagen kann, wie sich die Temperaturen im Winter entwickeln, ist es ratsam, eine Kombination aus winterharten Zwischenfrüchten und solchen, die bei Frost absterben, zu verwenden. Das hilft, den Stickstoff unter wechselnden Wetterbedingungen sicher zu konservieren, vor Auswaschung zu schützen und gleichzeitig die Einarbeitung der Zwischenfrüchte im Frühjahr zu ermöglichen.

Um den Stickstofftransfer des Reststickstoffs im Herbst in die Folgekultur abzuschätzen, wurde nach Aussaat der Zwischenfrüchte in zwei Versuchsjahren (2018, 2020) der Stickstoff im Boden mit einem Tracer markiert und später in der Folgekultur untersucht. Als etablierte Methode dafür wurde das stabile Stickstoffisotop ¹⁵N verwendet. Dieses ermöglicht es, den gesamten Stickstoff zu verfolgen, ohne Düngeeffekte zu verursachen, da nur winzige Mengen des ¹⁵N hinzugefügt werden. Nachdem ¹⁵N während des Wachstums der Zwischenfrüchte hinzugefügt wurde, konnte man im Herbst feststellen, wie der Reststickstoff nach der Aufnahme durch die Zwischenfrucht verteilt war. So fanden sich 70 - 80% des Reststickstoffs der Vorfrucht in der oberirdischen Biomasse der Zwischenfrucht und 20 - 30% im Boden. Der im Boden verbliebene Reststickstoff bestand aus Wurzelabscheidungen der Zwischenfrüchte, mikrobiell gebundenem Stickstoff und N_min. Diese Ergebnisse bestätigten, dass Reinsaaten und Mischungen von Zwischenfrüchten in gleicher Weise Stickstoff effektiv in ihrer Biomasse speichern. Im darauffolgenden Jahr wurde der Tracer in der Hauptkultur gemessen, um den Stickstoffverlust zu bestimmen. In einem Versuchsjahr wurde Kartoffel als Zielkultur gewählt, da sie in der Praxis in der Region sehr relevant ist. In einem weiteren Jahr wurde Weidelgras angebaut, was durch fünf Schnitte während der Vegetationsperiode eine detaillierte zeitliche Analyse des Stickstofftransfers ermöglichte.

Mit dem Tracer konnte festgestellt werden, dass 55 - 70% des Stickstoffs, der im Herbst in den Zwischenfrüchten gebunden war (in Spross, Wurzel und Boden), erhalten blieb. Das bedeutet, dass 30 - 45% des Reststickstoffs trotz des Zwischenfruchtanbaus verloren ging. Diese Verluste könnten entweder als N_min ins Grundwasser oder als Lachgas (N₂O) in die Atmosphäre gelangt sein. Letzteres stellt aller Voraussicht nach nur einen geringen Teil der Verluste dar, sodass festzustellen ist, dass trotz des Anbaus von Zwischenfrüchten Stickstoff als N_min ausgewaschen wird. Dieses wird mit zunehmenden Starkregenereignissen aller Voraussicht nach zukünftig an Bedeutung gewinnen.

Die Folgekultur nahm durchschnittlich 35 - 45 kg N/ha aus dem Reststickstoff auf, was etwa 15% des Stickstoffbedarfs der Kartoffel entsprach (siehe Abb. 2). Dabei erfolgte die hauptsächliche Nachlieferung im Frühjahr und Frühsommer. Der in die Folgekultur übertragene Stickstoff entsprach etwa 20% des konservierten Stickstoffs. Darüberhinaus befanden sich am Ende der Kartoffel-Vegetationsperiode noch 50 - 60% des ursprünglichen Stickstoffs im Oberboden, der für zukünftige Kulturen nutzbar ist. Am Ende der Vegetationsperiode der Hauptkultur fanden sich 20 - 30% des Reststickstoffs unterhalb von 30 cm im Unterboden. Dieser Stickstoff ist stärker von Auswaschung gefährdet, wenn ihn keine Folgefrucht zügig aufnimmt. Um den Stickstoff nach der Kartoffelernte und damit den durch Zwischenfrüchte konservierten Stickstoff effektiv zu bewahren, ist es daher wichtig, den Boden schnell nach der Ernte mit einer neuen, schnell wachsenden Kultur zu bestellen.

Zwischenfrüchte, ob als Reinsaat oder als Mischung, besitzen eine gute Fähigkeit zur Stickstoffkonservierung und können in intensiven Fruchtfolgen erhebliche Mengen Stickstoff speichern, von denen 30 - 45 kg N/ha von der Folgekultur aufgenommen werden. Trotzdem gibt es auch während der Wachstumsphase der Zwischenfrüchte Verluste an Stickstoff. Daher müssen weitere Maßnahmen (z.B. Untersaaten, frühere Etablierung von Zwischenfrüchten, Kombination von Zwischenfrüchten mit organischen Reststoffen) entwickelt werden, um diese Verluste zu verringern und den Reststickstoff aus Zwischenfrüchten effizienter zu nutzen.

Dieses wird besonders wichtig bei zunehmend variierender Wasserverfügbarkeit und schwankenden Temperaturen, die das Management der Zwischenfrüchte beeinflussen. Lösungen dafür sollten die agronomischen Rahmenbedingungen berücksichtigen und in enger Zusammenarbeit zwischen Landwirtschaft und Forschung entstehen.

Das Projekt "EffiZwisch" wurde vom Ministerium für Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW gefördert und war ein Kooperationsprojekt der Hochschule Rhein-Waal, der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, der Fachhochschule Südwestfalen und der Universität Bonn.