Einfluss von mineralischer Grundnährstoffdüngung auf Pflanzenertrag und Bodenfruchtbarkeit in einer ökologischen Fruchtfolge

Für ökologisch wirtschaftende Betriebe stellt die optimale Versorgung des Nährstoffbedarfes von Pflanze und Boden aufgrund des Einsatzverbotes mineralischer Stickstoff- und diverser mineralischer Grundnährstoffdünger immer wieder eine Herausforderung dar. Dies gilt insbesondere für Marktfruchtbetriebe ohne Tierhaltung. Eine Kompensation des Nährstoffentzuges soll im Ökolandbau vor allem über einen geschlossenen betrieblichen Kreislauf mittels anfallender Wirtschaftsdünger und geeigneter Fruchtfolge erfolgen. Nur ausnahmsweise besteht die Möglichkeit, Nährstoffe - bei Nachweis der Unterversorgung – über Düngemittel, die für den Ökolandbau zugelassen sein müssen, wieder zuzuführen.

Ziel des im Jahr 2014 in Paulinenaue angelegten Dauerversuches besteht deshalb zu untersuchen, wie sich eine differenzierte mineralische Grundnährstoffdüngung mit Phosphor (P) und Kalium (K) langjährig in einer ökologischen Fruchtfolge auf Pflanzenertrag und Bodenfruchtbarkeit unter typischen brandenburgischen Standortbedingungen auswirkt. Außerdem wurde bei P eine Bio-Stalldungvariante mit einer Düngung auf 100 Prozent Nährstoffentzug von P geprüft. Nach einer Auswertung der ersten Rotation bis 2018 sollen an dieser Stelle nun die Ergebnisse der zweiten Rotation näher betrachtet werden.

Der Dauerversuch befindet sich auf der Paulinenauer Versuchsfläche Nummer 8 auf einem Sandstandort mit einer Ackerzahl von 30 und einem Anteil an organischem Kohlenstoff (Corg) knapp über 1Prozent. Weitere Standortcharakteristika sind in Tabelle 1 aufgeführt, wobei auch hier die für Brandenburg mittlerweile typischen Bedingungen der Vorsommertrockenheit im oben genannten Zeitraum 2019 – 2022 berücksichtigt werden müssen.

Tabelle 1: Kurzbeschreibung Standort Prüffläche Nummer 8 (Paulinenaue)

Die einzelnen Fruchtfolgeglieder der viergliedrigen Fruchtfolge der ersten beziehungsweise zweiten Rotation sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2: Fruchtfolge Dauerversuch 2014 – 2022

Der Versuch ist als einfaktorielle Blockanlage mit vier Wiederholungen je Prüfglied angelegt. Die Ernte-parzelle beträgt 12 m².

Als P-Dünger wurde weicherdiges Rohphosphat Dolophos 15 (P₂O₅ 15 Prozent, CaO 46 Prozent, MgO 7 Prozent) und als K-Dünger Patentkali (K₂O 30 Prozent, MgO 10 Prozent, S 17 Prozent) eingesetzt.

Der Düngeversuch wurde nach erfolgter Umstellungszeit mit Kleegras zur Aussaat von Winterroggen im Herbst 2015 begonnen. Die Düngergaben erfolgen hierbei jährlich auf der Grundlage des erwarteten Entzuges auf der Basis des geplanten Zielertrages für die jeweilige Fruchtart der Rotation. Die acht Prüfglieder des Versuches wurden als Düngestufen auf 50 prozentigen beziehungsweise 100 prozentigen Ertragsentzug an P beziehungsweise K einzeln und in Kombination beider Grundnährstoffe ausgewählt (siehe Tabelle 3). Darüber hinaus wurde ein Prüfglied mit Bio-Stalldung aus Mutterkuhhaltung auf 100 prozentigem Entzug an P angelegt, um diese im Ökolandbau sehr geläufige Düngungsvariante mit ihrem Einfluss auf den Grundnährstoffhaushalt als Vergleich vorhalten zu können.

Tabelle 3: Düngevarianten (0,5 = Düngung auf 50 prozentigen Nährstoffentzug; 1,0 = Düngung auf 100 prozentigen Nährstoffentzug)

Die Ergebnisse aus der ersten Rotation dieses ökologischen Versuches am Standort Paulinenaue wurden als Grundlage für den erwarteten Zielertrag für die zweite Rotation verwendet. Dabei musste die Ertragserwartung für Kleegras, nach dem im Aussaatjahr 2018 aufgrund der Trockenheit kein Schnitt erfolgte, für beide Nutzungsjahre reduziert werden. Die erwarteten Entzüge an P und K je Fruchtart wurden auf der Grundlage der Düngebroschüre (Richtwerte für die Untersuchung und Beratung sowie zur fachlichen Umsetzung der Düngeverordnung 2020) kalkuliert.

Die ausgebrachten Düngermengen je Prüf- und Fruchtfolgeglied sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Für das Prüfglied 8 – P- und K-Zufuhr über Biostalldungdüngung – wurde in 2018/2019 der Grundnährstoffentzug des Kleegrases durch eine erhöhte Gabe von Stalldung im nachfolgenden Fruchtfolgeglied Winterroggen kompensiert, um die legume Stickstoffanreicherung des Kleegrases durch den im organischen Dung ausgebrachten Stickstoff nicht zu gefährden.

Tabelle 4: Ausgebrachte Düngermengen an P und K in Kilogramm je Hektar

Bodenproben im Bereich bis 20 Zentimeter Tiefe wurden von jeder Ernteparzelle jährlich nach der Ernte vor Stoppelumbruch gezogen und auf den P- und K-Gehalt mit der Doppellaktat (DL)-Methode im Landeslabor Berlin Brandenburg untersucht.

Die statistische Verrechnung der Versuchsdaten erfolgte mittels PIAF SAS.

In der ersten Rotation konnten in keinem Fruchtfolgeglied - weder bei Winterroggen in 2016 und 2018 noch bei Silomais in 2017 - signifikante Ertragsunterschiede zwischen den einzelnen Düngevarianten nachgewiesen werden. Es waren nur tendenziell leichte Ertragssteigerungen in allen drei Versuchsjah-ren 2016 bis 2018 im Kornertrag Getreide beziehungsweise Trockenmasseertrag Mais in den Düngevarianten auf 100 Prozent Entzug an P und K sowie der Variante Düngung auf 50 Prozent Entzug P in Kombination mit K gegenüber der ungedüngten Variante erkennbar.

Auch in der zweiten Rotation zeigte sich ein ähnliches Ergebnis (siehe Abbildung 1). Bis auf das Jahr 2021 mit der Fruchtart Silomais waren keine signifikanten Ertragsunterschiede zwischen den einzelnen Prüfgliedern zu verzeichnen. Die mittleren Erträge über alle Prüfglieder lagen beim Kleegras 2019 bei 41,4 Dezitonnen je Hektar Trockenmasse, bei Winterroggen in 2020 bei 27,4 Dezitonnen je Hektar Kornertrag beziehungsweise in 2022 24,3 Dezitonnen je Hektar (86 Prozent Trockensubstanz (TS)). Obgleich im Trend durchaus bei Kleegras 2019 sowie Winterroggen in 2020 und 2022 Ertragssteigerungen relativ zur Nullvariante in den gedüngten Prüfgliedern außer Prüfglied P50 K0 erkennbar waren, konnten sie statistisch nicht als signifikant bestätigt werden.

In 2021 konnte bei Silomais aus organisatorischen und technischen Gründen keine ausreichende mechanische Unkrautbekämpfung durchgeführt werden, so dass die Ergebnisse fachlich nicht auswertbar sind, auch wenn die Stalldungvariante mit 73,8 Dezitonnen je Hektar Trockenmasse deutlich über allen anderen Prüfgliedern im Ertrag lag.

In den beiden Jahren mit Winterroggenanbau wurden in der zweiten Rotation im Erntegut (Korn und Stroh) Nährstoffgehalte in der Trockenmasse von 0,22 Prozent P in 2020 und 2022 beziehungsweise 0,87 Prozent K in 2020 und 0,78 Prozent in 2022 im Mittel der Varianten gemessen. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Prüfgliedern. Bei Kleegras in 2019 lag im Mittel aller Prüfglieder der P-Gehalt bei 0,19 Prozent und der K-Gehalt bei 1,98 Prozent in der Trockenmasse. Bei dieser Anbaukultur wurden signifikante Erhöhungen im K-Gehalt bei den mit Patentkali gedüngten Prüfgliedern P0 K50 und P0 K100 auf 50 Prozent und 100 Prozent K-Entzug im Vergleich zu den Prüfgliedern ohne Kaliumdüngung gefunden.

Bei Silomais in 2021 lag der P-Gehalt bei einem mittleren Wert von 0,23 Prozent der Trockenmasse über allen Prüfgliedern bei starker Verunkrautung des gesamten Versuches. Der Kaliumgehalt im Erntegut von Mais zeichnete trotz des Unkrautbesatzes bei durchschnittlich 1,23 Prozent in der Trockenmasse, so dass im Vergleich zur Nullvariante im Prüfglied P0 K100 und Prüfglied Stalldung um signifikant 0,39 Prozent beziehungsweise 0,33 Prozent höhere K-Gehalte festgestellt werden konnten.

Die Bilanz hinsichtlich Zufuhr durch Düngung sowie Entzug von P und K durch die Ernteprodukte für die zweite Rotation soll anhand der beiden nachfolgenden Darstellungen veranschaulicht werden.

Der P-Entzug des Winterroggens wurde in 2020 durch die Düngung im Prüfglied P100 K0 nur knapp um -2 kg/ha P im Ausgleich verfehlt beziehungsweise wurde ansonsten im Prüfglied P100 K00 in 2020 sowie in 2022 über beide Düngevarianten auf 100 Prozent P-Entzug ausgeglichen. Bei Kleegras und Silomais lag aufgrund des deutlich unter dem geplanten Sollwert realisierten Pflanzenertrages die zuvor durch Düngung zugeführte P-Menge in den Prüfgliedern P100 KXX deutlich über dem P-Entzug durch die Pflanzen. Dies hatte zur Folge, dass bei diesen Prüfgliedern in der P-Bilanz für die gesamte zweite Rotation ein P-Überschuss von circa 25 bis 30 Kilogramm je Hektar aufgetreten ist.

Hinsichtlich der K-Bilanzierung sind ähnliche Ergebnisse zu verzeichnen. Der K-Entzug des Winterroggens in 2020 wurde durch die Düngevarianten PXX K100 nur knapp um -2 beziehungsweise -1 Kilogramm je Hektar K wieder aufgefüllt. In 2022 konnte der K-Entzug des Winterroggens über die mineralischen Düngevarianten auf 100 Prozent K-Entzug kompensiert werden. Kleegras und Silomais mit Erträgen deutlich unter dem geplanten Sollwert konnten das gedüngte Kalium nicht ausreichend verwerten, so dass die K-Zufuhr in den Prüfgliedern PXX K100 deutlich höher als der Pflanzenentzug war. Dies hatte zur Folge, dass bei diesen Prüfgliedern die K-Bilanz über die gesamte zweite Rotation einen K-Überschuss von circa 146 bis 153 Kilogramm je Hektar aufwies.

Hinsichtlich der Düngevariante mit Stallmist wird für Phosphor und Kalium nur die Gesamtbilanz über die Rotation betrachtet, da wie oben beschrieben kein Stallmist zu Kleegras, sondern erst wieder zum nachfolgenden Fruchtfolgeglied Winterroggen mit zusätzlicher Kompensation des Kleegras-P-Entzugs gegeben wurde. Über die gesamte Rotation ist auch hier ein Überschuss von 20 Kilogramm je Hektar P beziehungsweise 176 Kilogramm je Hektar K zu verzeichnen, der auch auf die deutlich unter dem Sollwert erziel-ten Erträge für Kleegras und Silomais zurückgeführt werden kann.

Die Versuchsfläche wies zu Beginn der Umstellung eine gute Nährstoffversorgung mit Werten in der Gehaltsklasse "C" für P (VDLUFA-Standpunkt 2018) sowie der Gehaltsklasse "B" für K und pH-Wert entsprechend VDLUFA-Rahmenschema 1997 auf. Die nachfolgenden Abbildungen sollen nun die Entwicklung der P beziehungsweise K-Gehalte des Bodens je Prüfglied bis zum Ende der zweiten Rotation veranschaulichen.

Bei der Betrachtung der P- und K- Bodengehalte der einzelnen Prüfglieder ist unbedingt zu berücksichtigen, dass die einzelnen Düngestufen erst nach erfolgter Umstellung auf den ökologischen Landbau zur Aussaat des Winterroggens im Herbst 2015 angelegt wurden. Somit zeigen die P- und K-Gehalte des Bodens der verschiedenen Prüfglieder in den Jahren 2014 und 2015 die Situation auf der Versuchsfläche vor Beginn der Düngungsmaßnahmen an, wo zwischen den einzelnen Prüfgliedern die zufällige Variabilität insbesondere auch des P- und K-Gehaltes im Boden trotz Anlage des Feldversuches in vierfacher Wiederholung sichtbar wird.

Beim Vergleich der Prüfglieder P0 K0, P50 K0, P100 K0 und Stalldung in Abbildung 4 traten starke jahresbedingten Schwankungen im P-Gehalt in der gesamten Zeit der Versuchsanlage bis 2022 zutage. Die positive P-Bilanz der Prüfglieder P100 K0 und Stalldung am Ende der zweiten Rotation ist bis 2022 nicht in erhöhten P-Bodengehalten sichtbar geworden. Eine statistische Verrechnung steht aber noch aus. Ein Trend in den dargestellten Prüfgliedern der mit P ungedüngten und mineralisch gedüngten Prüfglieder zur Verringerung des P-Gehaltes im Boden ist erkennbar - auch in den Düngevarianten mit mineralischer P-Zufuhr auf 100 Prozent Pflanzenentzug. Die anfänglich in Bodengehaltsklasse „C“ für P entsprechend VDLUFA-Standpunkt 2018 befindlichen P-Gehalte des Bodens aller gezeigten Prüfglieder sind mittlerweile in die Gehaltsklasse „B“ gerutscht.

Der pH-Wert der Versuchsfläche über alle Prüfglieder hat sich dabei von 2014 mit 4,8 zu 2022 mit 5,0 nicht wesentlich verändert. Der pH-Wert ist bekannter Weise sehr entscheidend für die Pflanzenverfügbarkeit von Phosphor im Boden. Das Optimum liegt bei einem pH-Wert von 6 bis 7. Somit sollte mit dem Start der dritten Rotation eine Aufkalkung der Versuchsfläche erfolgen, um negative Effekte auf die P-Verfügbarkeit im Boden durch einen zu niedrigen pH-Wert ausschließen zu können.

Wie aus Abbildung 5 ersichtlich ist, waren auch die K-Gehalte des Bodens der einzelnen Prüfglieder P0 K0, P0 K50, P0 K100 und Stalldung starken jahresbedingten Schwankungen unterworfen. Hier jedoch ist in den gedüngten Prüfgliedern - insbesondere in den Düngevarianten P0 K00 und Stalldung - ein Trend zu ansteigenden K-Gehaltwerten im Boden im Vergleich zur Nullvariante zu beobachten, der allerdings noch nicht statistisch überprüft werden konnte. Für die Düngevariante Stalldung spiegelt sich die fehlende Gabe von Stallmist in 2019 zu Kleegras in einer deutlichen Reduzierung des Bodengehaltes an K wieder. In Verbindung mit dem Aufwärtstrend der K-Gehaltswerte können nun die Prüfglieder P0 K00 und Stalldung, die sich beim Start des Versuches in der Bodengehaltsklasse "B" für K entsprechend VDLUFA-Rahmenschema 1997 befanden, in die Bodengehaltsklasse „C“ eingeordnet werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass in der zweiten Rotation des beschriebenen Versuches keine auf die Düngemaßnahmen signifikant abstellbaren Ertragszuwächse bei den einzelnen Prüfgliedern beobachtet werden konnten und die Ergebnisse vor allem durch die witterungsbedingten beziehungsweise aus der starken Verunkrautung resultierenden Ertragsausfälle – insbesondere bei Kleegras und Silomais – beeinflusst wurden.

Die P-Gehalte im Erntegut zeigten keine wesentlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Düngevarianten zur Nullvariante. Der Gehalt an Kalium in Pflanzenertrag von Kleegras und Silomais war jeweils im Vergleich zur ungedüngten Variante in dem auf 100 Prozent Pflanzenentzug gedüngten Prüfglied P0 K00 signifikant höher und bei Mais auch im Stalldung-Prüfglied.

Die P-Bilanz über die gesamte zweite Rotation war bedingt durch die Ertragsausfälle bei Kleegras 2019 und Silomais 2021 in den Prüfgliedern Düngung auf 100 Prozent Pflanzenentzug Phosphor von einem P-Überhang geprägt, der sich aber nicht im P-Gehalt im Boden bis 2022 widerspiegelt. Eine Aufkalkung der gesamten Versuchsfläche sollte zum Start der dritten Rotation erfolgen, um negative Effekte in der P-Verfügbarkeit im Boden aufgrund eines zu niedrigen pH-Wertes ausschließen zu können.

Auch bei der K-Bilanz wurden deutliche Überschüsse in den Düngevarianten P0 K100, P100 K100 und Stalldung insgesamt durch die geringeren erzielten Erträge gegenüber dem geplanten Zielwert bei Kleegras und Silomais beobachtet. Ein Trend, dass in den mit Kalium gedüngten Prüfgliedvarianten die K-Werte im Boden ansteigen, ist erkennbar. Die K-Gehalte im Boden sind bei den auf 100 Prozent Pflanzenentzug mit Kalium mineralisch gedüngten Varianten beziehungsweise der Stalldung-Düngungsvariante von der Gehaltsklasse „B“ in die Gehaltsklasse „C“ gestiegen.

Mit der dritten Fruchtfolgerotation wird sich zeigen, ob die bisherigen Ergebnisse bestätigt werden können beziehungsweise wie sie sich weiterentwickeln.