Aufgrund von veränderten physikalischen und thermischen Verhältnissen im Bodenprofil kommt es bei der Anwendung pflugloser Verfahren kurz- und mittelfristig zu einer veränderten Mineralisierungsdynamik. Bei pfluglosen Verfahren kann es insbesondere zu einer markanten Reduzierung der Mineralisierung bei Vegetationsbeginn im Frühjahr kommen. Nitrat ist als Endprodukt der Stickstoffmineralisierung die pflanzenverfügbare Form von Stickstoff im Boden. Als leicht lösliche Verbindung ist Nitrat in vegetationslosen Zeiten und bei Überschuss aber auch auswaschungsgefährdet. Die Nitratgehalte des Bodens geben daher in Abhängigkeit von der Jahreszeit (Bodenbedeckung, Niederschlagsverhältnisse) und Bewirtschaftungsart Auskunft über den für die Pflanzen verfügbaren Stickstoff sowie das Stickstoff-Auswaschungspotential.

Der geringere Mischungsgrad organischer Substanz mit dem Boden verringert die Mineralisierung

Jegliche Art von Bodenbearbeitung greift mechanisch in die Struktur des Bodens ein und setzt damit die organische Substanz der Mineralisierung aus. Die Abbaurate organischer Substanz hängt vom Kontakt zwischen Ernterückständen und Boden und der Stickstoffverfügbarkeit der Mikroorganismen ab (Thevenet, 2001). Bei pflugloser Bodenbearbeitung ist die Abbaugeschwindigkeit organischer Substanz dementsprechend verlangsamt. Labreuche & Bodet (2001) berichten von einer Halbierung der Abbaugeschwindigkeit bei pflugloser Bearbeitung in Boigneville.  Die Mineralisations- und Humifizierungskoeffizienten nehmen bei pflugloser Bodenbearbeitung ab (Labreuche & Bodet, 2001; Germon et al., 1994; Dowdell & Cannell, 1975). Die höhere Lagerungsdichte, die Versauerung der obersten Bodenschicht und die besonders im Frühjahr merklich verzögerte Erwärmung des Bodens verstärken die insgesamt geringere Mineralisierung unter pfluglosen Verfahren (Germon et al., 1994). Schulze & Grimm (2000) finden ca. 10 kg/ha weniger Stickstoff zur Verfügung bei Mulchsaat und Direktsaat im Vergleich zu Pflugbewirtschaftung. Im Systemvergleich Bodenbearbeitung Baden-Württemberg (Waldorf & Grimm 2003) wurde im Mittel über sieben Jahre und über 13 bzw. 15 Versuchsflächen ein durchgängig höherer Nitratgehalt bei Pflugbewirtschaftung nachgewiesen.

Jahreszeitliche Schwankungen der Mineralisierung und der Nitratgehalte

 


Pflug Mulchsaat Direktsaat
50. Kalenderwoche (Winter)
42 - 31 kg N/ha 35 - 26 kg N/ha 33 - 22 kg N/ha
Hauptmineralisation 65 kg N/ha 63 kg N/ha 56 kg N/ha
Nach der Ernte 36 kg N/ha 35 kg N/ha 31 kg N/ha
Spätherbst 36 kg N/ha 32 kg N/ha 31 kg N/ha

Tabelle 1: Stickstoffgehalte im Boden in Abhängigkeit vom Bearbeitungsverfahren. Daten nach SCHULZE & GRIMM (2000)

Geringere winterliche Nitratgehalte vermindern N-Auswaschungspotential bei pfluglosen Verfahren

Im Winter (50. KW) stellten SCHULZE & GRIMM (2000) bei Pflugbewirtschaftung höhere Reststickstoffgehalte und damit ein höheres N-Auswaschungspotential gegenüber Mulchsaat oder Direktsaat fest. Die Reststickstoffgehalte nahmen über den Winter ab, was auf eine Auswaschung hindeutet. Diese Aussage wir von vielen Autoren, die Untersuchungen zu Nitratverlagerung in Abhängigkeit von der Bodenbearbeitung durchführten, bestätigt, während HEß (1989) hinsichtlich der N-Konservierung über Winter keine eindeutigen Effekte zwischen den Varianten flacher Pflug, tiefer Pflug und Grubber fand.

In Untersuchungen von SCHULZE et al. (2000) hatte die Variante Mulchsaat die niedrigsten Nitratwerte im Herbst und über den Winter. In dieser Zeit besteht bei voller Sättigung der Wasserkapazität der Böden die
höchste Auswaschungsgefahr.

Reduzierter mechanischer Eingriff und geringere Bodentemperatur verzögern die Stickstoffmineralisierung im Frühjahr

Im zeitigen Frühjahr stellt die Pflugbewirtschaftung schneller und mehr Stickstoff zur Verfügung als pfluglose Verfahren (SCHULZE & GRIMM, 2000). Die Tatsache, dass durch das Pflügen die Mineralisierung schneller in Gang kommt, wird auch von anderen Autoren bestätigt. Die verzögerte und insgesamt geringere Mineralisierung unter pfluglosen Verfahren im Frühjahr ist eine Folge der langsameren Erwärmbarkeit und schlechteren Abtrocknung des Bodens (Germon et al., 1994).

Erhöhte Nitrifikation in der Vegetationsperiode, gerade auch in Trockenperioden

Für den Zeitraum von März bis November wurde im Horizont 0 - 5 cm bei pflugloser Bodenbearbeitung eine höhere Nitrifizierungsaktivität nachgewiesen, die auf eine bessere Verfügbarkeit von Ammonium-Ionen, eine höhere Bodenfeuchtigkeit und einem günstigeren pH-Wert zurückzuführen ist, wobei in der Tiefe keine Unterschiede feststellbar waren (Angle et al., 1993; Groffman, 1984). Bei pflugloser Bodenbearbeitung ist wegen der höheren Bodenfeuchte die Nitrifikation auch in Trockenperioden höher (Rice & Smith, 1983). Auf einem sandigen Lehm mit Mais ist die Mineralisierung unter der Reihe um 50% höher als zwischen den Direktsaat-Reihen. Bei flachgründiger Bodenbearbeitung zeigt sich keine Auswirkung auf die Saat. In der Wachstumsperiode ist die Mineralisierung bei Direktsaat stärker als bei flachgründiger Bodenbearbeitung (Staley et al., 1988).

Nitratgehalte im Herbst

PRONIN (2003) stellte bei Direktsaat höhere Nitratgehalte im Herbst gegenüber gepflügten Flächen fest. Diese werden auf niedrigere Erträge und dadurch bedingte verminderte Düngerentzüge zurückgeführt. Es wird auf das Risiko der Stickstoffverlagerung hingewiesen, wenn erwartete Erträge nicht realisiert werden können. Es empfiehlt sich eine gründliche Stickstoffkontrolle speziell während der Umstellungsphase.

Gesamtmenge mineralisierten Stickstoffs - weniger Schwankungen

Die andersartige Mineralisierungsdynamik bei pflugloser Bodenbearbeitung (verzögerte und weniger starke Mineralisierung im Frühjahr im Vergleich zum Pflug, bei Trockenheit bessere Mineralisierung wegen höherer Bodenfeuchte) bedingt eine von Jahr zu Jahr zwischen Pflug und pfluglos wechselnde Menge an gelöstem Nitrat, letztendlich sind die mineralisierten Mengen aber ähnlich (Doran, 1980; Germon et al, 1994; Reinhard et al., 2001; Baker, 1985). DieTrägheit der Systeme der reduzierten Bodenbearbeitung ist größer (Follett & Schimel, 1989). Für Maillard (1992) sind die Bodenvorräte an mineralisiertem Stickstoff unabhängig von der Art der Bodenbearbeitung. Im übrigen ist wegen der biologischen Aktivität der Mikroorganismen die Phosphorverfügbarkeit verbessert.

Bei Versuchen, die über 11 Jahre im Kraichgau durchgeführt wurden, konnte gezeigt werden, dass Schwankungen der Gehalte an mineralisiertem Stickstoff im Frühjahr bei den Verfahren mit dem Pflug deutlich höher (12-123 kg/ha) waren als bei Mulchsaaten (Amplituden von 15-70 kg/ha). Mit reduzierter Bodenbearbeitung ließen sich also auch bessere Vorhersagen treffen, wodurch eine effiziente und bedarfsgerechte Düngerbemessung erleichtert wird.

Potentiell mineralisierbare Vorräte

Eine Zunahme des potentiell mineralisierbaren Vorrats steht einer Abnahme der Mineralisierung gegenüber (Dowdell & Cannell, 1975). Die Mineralisierung und das Wachstum der Pflanzen dürften im Laufe der Zeit die Unterschiede in der Verteilung im Boden sowie der Stickstoffverwertung zwischen einer Direktsaat und einer flachen Bodenbearbeitung reduzieren (Carter & Rennie, 1987).

Zwischenfrüchte und Mineralisierung

Der Verzicht auf den Pflug im Herbst oder im zeitigen Frühjahr hat eine verminderte Mineralisierung des zwischenfruchtgebundenen Stickstoffs zur Folge. Bei Pflugverzicht erfolgt im Herbst/Winter meist nur eine oberflächliche Bearbeitung des Bodens (Stoppelbearbeitung) und systembedingt meistens die Aussaat einer Zwischenfrucht oder einer Winterkultur. Damit wird die Mineralisierung im Vergleich zum Pflügen weniger angeregt und gleichzeitig Reststickstoff von der neuen Kultur aufgenommen, was eine Reduktion der winterlichen Stickstoffgehalte bewirkt.

Nitratgehalte in Abhängigkeit von Standorteigenschaften

SCHULZE & GRIMM (2000) führten eine vertiefte Auswertung von Nitratgehalten bei verschiedenen Bodenbearbeitungsverfahren in Abhängigkeit von den Standorteigenschaften durch. Zur Hauptmineralisation stand an den tiefer gelegenen Versuchsstandorten des „Systemvergleichs Bodenbearbeitung Baden-Württemberg" bei Pflugbewirtschaftung ca. 10kg/ha mehr Stickstoff zu Verfügung als bei Mulchsaat oder Direktsaat. In den Untersuchungen zeigten sich an den Orten unter 500 m ü. NN mit einer Jahresmitteltemperatur von mehr als 8°C im Spätherbst stärkere Unterschiede des Auswaschungspotentials zwischen Pflug (35 kg N/ha), Mulchsaat (29 kg N/ha) und Direktsaat (27 kg N/ha) als an den Orten über 500 m Höhenlage und einer Jahresmitteltemperatur unter 8°C. Die Autoren führen die Zunahmen und Abnahmen neben der Auswaschung auch auf andere, je nach Standort und Bearbeitungsvariante unterschiedlich ablaufende Prozesse wie Mineralisierung, Festlegung, Denitrifikation oder Entzug durch Pflanzen zurück.

Weiterlesen:

Pflanzenverfügbarer Stickstoff und praktische Konsequenzen für das Stickstoffmanagement

Nitratgehalte und Auswaschungspotential (Zusammenspiel von mineralisierten Nährstoffen und Wasserhaushalt)
Strohdüngung

Vorstehend zitierte Autoren und deren Versuchsbedingungen

RE (Angle et al., 1993) USA, sandig-toniger Lehm; Winter- und Sommergetreide
RG (Baker, 1985) Zusammenstellung von 8 US-Versuchen, GB
RE (Blevins et al., 1983) Mais nach 50 Jahren Wiese - Direktsaat/Pflug - kalkhaltiger, drainierter lehmiger Sand - 10 Jahre
RG (Carter & Rennie, 1987) Kanada - 3 Jahre - Direktsaat/flachgründige Bearbeitung - Braunerde
RE (Doran, 1980) USA
RG (Dowdell & Cannell, 1975) USA
RE (Follett & Schimel, 1989) USA
M (Germon et al., 1994) Frankreich (ITCF-Versuch)
RL (Groffman, 1984)
RE (Kockmann et al., 1991)
RE (Labreuche & Bodet, 2001) F-Boigneville 28 Jahre - Dauerversuch
RE (Langlet & Rémy, 1976) F-Boigneville
RE (Maillard, 1992) F-Boigneville
RE (Pronin, 2003) Lehmiger Sand und Schwarzerde (D-Brandenburg und RU-Novosibirsk)
RE (Reinhard et al., 2001) CH-Zollikofen - Versuchsperiode: 1994-1999
RE (Rice & Smith, 1983) USA
RE (Schulze & Grimm, 2000) D - Baden-Württemberg - 13 Standorte
RE (Staley et al., 1988) USA - Mais auf sandigem Lehm - Direktsaat/Pflug - 3 Jahre
M (Thevenet, 2001) Frankreich (ITCF-Versuche)

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