Verminderte Auswaschungsgefahr im Winter und Frühjahr wegen reduzierter Mineralisierung

Gegenüber Pflugbewirtschaftung ist das Risiko einer Nitratbelastung des Grundwassers in der vegetationslosen Zeit nach Aussagen zahlreicher Fachleute bei Mulchsaat, v.a. aber bei Direktsaat, geringer. Die Direktsaat von Wintergetreide hat über drei Jahre eine Verminderung der Nitratauswaschung gegenüber dem Pflügen erlaubt, mit Ausnahme von einem Jahr (schlechter Feldaufgang), in dem sie höher lag (15% des Herbst-Nmin und 50% des Frühjahrs-Nmin ausgewaschen) (Dowdell et al., 1987).

Pflugverzicht regt Mineralisierung im Herbst / Winter weniger an

Der höhere Restnitragehalt im Bodenprofil nach dem Pflugeinsatz im Herbst (DOWDELL & CANNELL 1975; GOSS 1990; VIAUX 2001) bringt über Winter die Auswaschung einer gewissen Sticktoffmenge mit sich (das Pflügen regt die Mineralisierung an). In dieser Zeit besteht bei voller Sättigung der Wasserkapazität der Böden die höchste Auswaschungsgefahr.

SCHULZE & GRIMM (2000) stellten im Winter (50. KW) bei Pflugbewirtschaftung höhere Reststickstoffgehalte fest als bei Mulchsaat und bei Direktsaat. Sie nahmen über den Winter ab, was auf eine Auswaschung hindeutet. Diese Aussage wird 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) in Baden-Württemberg hatte die Variante Mulchsaat die niedrigsten Nitratwerte im Herbst und über den Winter.

 

Bei Versuchen, die über 11 Jahre im Kraichgau durchgeführt wurden, konnte außerdem gezeigt werden, dass Mulchsaaten bei gleichen oder sogar höheren Erträgen zu einer deutlichen Abnahme der vorwinterlichen Nitratgehalte gegenüber den Pflugverfahren geführt hatten. Außerdem waren Schwankungen der Gehalte an mineralisiertem Stickstoff im Frühjahr bei den Verfahren mit dem Pflug deutlich höher (12-123 kg/ha) 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.
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. Es wurde festgestellt, „dass an den Terminen, von denen eine potenzielle Auswachungsgefährdung ausgeht (Winter, nach der Ernte, Spätherbst), sowohl die Mulch- als auch besonders die Direktsaat zu geringeren Nitratwerten führt als dies bei Einsatz des Pfluges der Fall ist" (Waldorf & Grimm 2003).

Zwischenfrüchte spielen eine Rolle

Der Verzicht auf den Pflug im Herbst oder im zeitigen Frühjahr hat eine verminderte Mineralisierung des zwischenfruchtgebundenen N zur Folge. Auf geeigneten Böden ist der Verzicht auf das Pflügen (z. B. Mulchsaat nach Abfrieren der Zwischenfrucht) im Sinne des Grundwasserschutzes deshalb sehr sinnvoll, wie durch Arbeiten IfuL Müllheim (inzwischen LTZ) gezeigt werden konnte. (z.B. Lindemann 1999).
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.

Verzögerte Mineralisierung auf pfluglosen Böden im Frühjahr

Die Verlangsamung der Nitrifizierung bzw. der Mineralisierung bei pflugloser Bodenbearbeitung infolge geringerer Bodentemperatur und -erwärmung, geringerer Bodendurchlüftung und niedrigerer pH-Werte an der Bodenoberfläche (auch Denitrifizierung) führt nach GERMON et al (1994) und JORDAN et al. (2000) zu einer geringeren Menge an auswaschbarem Stickstoff im Frühjahr.

Schnelle Infilitration über Makroporen kann unter günstigen Bedingungen die Nitrat-Auswaschung reduzieren

Verstärkt wird dieser für das Grundwasser positive Effekt (weniger auswaschbares Nitrat) durch die kontinuierlichen Makroporen, die sich nach merhjährigem Pflugverzicht einstelllen und bis in eine Tiefe von 2 m reichen können (EHRMANN 1998). Je nach Bodeneigenschaften kann ein Großteil des Wassers über diese schnell dränenden Poren direkt in die Tiefe abgeleitet werden, ohne dabei nenneswerte Mengen Nitrat auszuwaschen (FREDE & DABBERT, 1999). Dadurch sickert weniger Niederschlagswasser durch die Bodenmatrix (Matrixsickerung), in der Nitrat gelöst ist, und weniger Nitrat wird verlagert. Existieren solche stabilen biogenen Makroporen nicht, wie dies bei Pflugbewirtschaftung der Fall ist, führt ein Starkregen dazu, dass das Niederschlagswasser durch die Bodenmatrix abgeleitet wird und dabei das darin gelöste Nitrat mit ausgewaschen wird.

Tritt ein Starkregen allerdings kurz nach dem Ausbringen des Düngemittels auf, kann es grundsätzlich passieren, dass die Düngerpartikel noch nicht im Bodenwasser gelöst sind, und stattdessen direkt über die Makroporen in die Tiefe gespült werden. So erhöht anderen Autoren zufolge die Existenz solcher Vorrangpfade (Regenwurmröhren) die Nitratverluste durch Infiltration in die Tiefe, vor allem im Frühjahr (jedoch Verlagerung von eher geringen Mengen). Die Kontinuität der Makroporen bringt eine Auswaschung in Dränperioden mit sich, welche von den Niederschlägen abhängt (Dowdel et al., 1987; Eck & Jones, 1992; Kandeler & Bohm, 1996; Kanwar, 1997; Fawcett, 1995; Goss, 1990) und der Düngung der Oberfläche zum Nachteil gereicht (Germon et al., 1994)

Verringerung von Verlusten durch Oberflächenabfluss wegen besserer Infiltrationseigenschaften pfluglos bewirtschafteteter Boden

Dadurch, dass mehr Niederschlagswasser in kurzer Zeit vor allem über Makroporen abgeführt wird, wird der erosionswirksame Oberflächenabfluss bei pfluglos bearbeiteten Böden effektiv vermindert. Auch wirkt die Mulchdecke und der Gehalt organischer Substanz im nicht-gepflügten Boden förderlich für die Wasseraufnahme des Bodens und damit für die Verzögerung des Oberflächenabflusses.

So haben Angle et al. (1984) 6 - 8 Mal niedrigere Verluste an im Oberflächenabflusswasser gelöstem Stickstoff gemessen, weil die Abflussmenge reduziert ist.  Andere Autoren fanden weniger eindeutige Ergebnisse (Baker, 1985; Goss, 1990). Die Erosion kann zu einem Verlust von 0,7 kg N/ha führen (Viaux, 2001).

Vorstehend zitierte Autoren und deren Versuchsbedingungen

RE (Angle et al., 1984) USA - Maïs - 6% Neigung im Einzugsgebiet
RG (Baker, 1985) USA - Zusammenfassung von 8 Versuchen
RE (Baker & Laflen, 1983) USA
RE (Ball et al., 1997) GB-Schottland - Pflug 20 cm/Direktsaat - Gerstenmonokultur
RE (Dowdell & Cannell, 1975) GB
RE (Dowdell et al., 1987) GB - Direktsaat/Pflug - Winterungen - 4 Jahre - Lehm
M (Eck et Jones, 1992) USA
M (Fawcett, 1995) USA
RG (Frede & Dabbert, 1998) Deutschland
RE (Gaynor, 1995) Kanada - Mais - Pflug/flache Bearbtg./Direktsaat - tonig-lehmig - 3 Jahre
M/RG (Germon et al., 1994) Frankreich
RE (Gilley, 1995) Europa
M/RE (Goss, 1990) GB - Wintergetreide - Pflug/flachgründig/Direktsaat - tonig, drainiert - 8 Jahre
M (Jordan et al., 2000) USA
M (Kanwar, 1997) USA
M (Kandeler & Bohm, 1996) USA
RE (Rasmussen, 1999) Skandinavien
RE (Soileau et al., 1994) Europa
RG (Viaux, 2001) Frankreich

 

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