Ökologische Landwirtschaft

Einjährige (annuelle) Arten schließen ihren Lebenszyklus innerhalb eines Jahres ab. Hierzu gehören drei Gruppen. Die sommerannuellen Arten wie z. B. der Ackersenf (Sinapis arvensis) und die Hühnerhirse (Echinochloa crus-galli) keimen im Frühjahr oder Frühsommer, vor allem in Sommerungen, blühen und fruchten noch im gleichen Jahr und sterben dann ab. Ihre Samen überwintern im Boden. Winterannuelle Arten keimen im Herbst (z. B. zur Wintergetreidesaat), überdauern den Winter als Jungpflanzen und blühen und fruchten dann im folgenden Jahr. Hierzu gehören z. B. der Windhalm (Apera spica-venti), der Klatschmohn (Papaver rhoeas) und die Kornblume (Centaurea cyanus). Annuelle ohne Jahreszeitenbindung keimen, blühen, und fruchten das ganze Jahr über, mit Ausnahme der Frostperioden. Hierzu zählen z. B. die Vogelmiere (Stellaria media) und das Hirtentäschelkraut (Capsella bursa-pastoris) und das Einjährige Rispengras (Poa annua) Eine weitere Gruppe bilden die mehrjährigen (ausdauernden, perennierenden) Arten, welche mehrere Vegetationsperioden überdauern, wie z. B. die Ackerkratzdistel (Cirsium arvense), die Quecke (Elymus repens) und der Ackerschachtelhalm (Equisetum arvense).

Durch Monokultur (Definition s. Kap. 1.2.1) wird eine Selektion auf die Beikrautarten ausgeübt, die gut an die jeweilige Kultur angepasst sind. Die Populationen dieser Beikrautarten steigen dann über die Zeit stark an. Vielfältige Fruchtfolgen, insbesondere der Wechsel von Sommerungen und Winterungen, führen dagegen dazu, dass die für einige Arten günstigen Bedingungen immer wieder von ungünstigen Bedingungen unterbrochen werden.

Beispiel 4: Kleegras – Kleegras – Winterweizen – Hafer- bzw.Körnerleguminosen-Gemenge (Zwischenfrucht) – Kartoffeln oder Futterrüben – Winterroggen (Untersaat: Kleegras)

Im Beispiel 4, einer 6-feldrigen Fruchtfolge, werden nach dem Kleegras zu gleichen Teilen Winterungen, d. h. Kulturen mit Herbstsaat (Winterweizen, Winterroggen), und Sommerungen, d. h. Kulturen mit Frühjahrssaat (Hafer bzw. Körnerleguminosen, Kartoffeln, Futterrüben), gestellt.

Wegen der unterschiedlichen Keimzeiten der Beikrautarten kann ein Wechsel von Winter- und Sommerkulturen eine einseitige Verunkrautung vermindern. Dies gilt vor allem für die sommerannuellen und winterannuellen Arten, weniger jedoch für die annuellen Arten ohne Jahreszeitenbindung. Auch sind insbesondere die mehrjährigen Arten wie Ackerkratzdistel und verschiedene Ampferarten in der ÖL problematisch, unter anderem weil sie einen Fruchtartenwechsel eher überstehen als annuelle Arten.

In der Fruchtfolgegestaltung, d. h. sowohl für die Auswahl der Fruchtarten als auch für deren Reihenfolge, ist es weiterhin von Bedeutung, dass sich verschiedene Kulturpflanzenarten erheblich in ihrer Konkurrenzkraft gegenüber Beikräutern unterscheiden. Die Erbse hat z. B. eine geringe Unkrautunterdrückung im Vergleich zu vielen anderen Kulturen und lässt wegen der Rankenbildung nur ein geringes Bearbeitungsfenster zum Striegeln offen. Möhren sind extrem anfällig gegen Früh-Verunkrautung wegen ihrer langsamen Jugendentwicklung. Zu den Kulturarten mit relativ geringer Unkrautunterdrückung gehören weiterhin Lein, Sojabohnen, Steinklee im ersten Ansaatjahr und Platterbse. Arten mit guter Unkrautunterdrückung sind dagegen u. a. Hafer und Roggen aufgrund ihrer relativ großen Pflanzenhöhe, Gerste durch ihre starke Bestockung, sowie Hanf und Buchweizen.

In Fruchtfolgen der ÖL spielen mehrjährige Gemenge aus Gräsern und Futterleguminosen (Kleegras) unter anderem für die Bereitstellung von Stickstoff eine herausragende Rolle (s.u.). Daneben hat diese Phase in der Fruchtfolge auch eine wichtige Bedeutung für die Regulation der Beikrautpopulationen. Vor allem einjährige Beikrautarten können durch das Kleegras wirksam unterdrückt werden. Zwar keimen diese Beikrautarten bei der Kleegrasansaat aus und treten dann in der Phase der Bestandesetablierung noch in Konkurrenz mit den angesäten Arten. Jedoch überleben die meisten annuellen Beikrautarten den ersten Schnitt oder eine Beweidung nicht, während die Futterleguminosen und Gräser weiterwachsen. Dieser Wachstumsvorsprung der angesäten Arten führt im weiteren Verlauf dazu, dass annuelle Beikrautarten einen deutlichen Konkurrenznachteil haben.

Fruchtfolgewirkungen auf Beikräuter sind nicht nur vom Artenspektrum der Beikräuter abhängig, sondern auch von etlichen anderen Faktoren, u. a. der Intensität und Art der mechanischen Beikrautbekämpfung. So sind Fruchtfolgeeffekte auf Beikräuter vor allem bei Aussetzen mechanischer Beikrautregulierung (z. B. Stoppelbearbeitung) sichtbar. Umgekehrt können in einseitigen Fruchtfolgen Maßnahmen mechanischer Unkrautregulierung über die Zeit an Effektivität verlieren, da sich die Artenzusammensetzung hin zu solchen Arten verschiebt, welche an die entsprechenden Maßnahmen gut angepasst sind.

Wirkungen auf den Boden und die Pflanzenernährung. Neben Effekten auf Pflanzenkrankheiten, Schädlinge und Beikräuter haben Fruchtfolgen umfassende und langfristige Wirkungen auf den Boden. Von den Bodeneigenschaften sind sowohl die physikalischen (z. B. das Bodengefüge), als auch die chemischen (z. B. der Nährstoffhaushalt) und die biologischen (z. B. die Mykorrhizapilze) durch diese Fruchtfolgewirkungen betroffen. Die genannten Bodeneigenschaften sind dabei nicht isoliert zu betrachten, da sie miteinander in einem komplexen Wirkungsgefüge stehen. So werden z. B. sowohl das Bodengefüge als auch der Nährstoffhaushalt stark von der biologischen Aktivität des Bodens beeinflusst.

Für die Fruchtfolgegestaltung sind zwei zeitliche Planungshorizonte von Bedeutung. Zum einen müssen die unmittelbaren, d. h. relativ kurzfristigen Wirkungen einzelner Fruchtarten auf die jeweilige Nachfrucht beachtet werden. Diese können als Vorfruchtwirkung erfasst werden und hängen von verschiedenen Eigenschaften der Vorfrüchte ab. Zu den artspezifischen Vorfruchteigenschaften gehören unter anderem die Fähigkeit zur Stickstoff-Fixierung, die Bodenbedeckung und Vegetationszeit, die Durchwurzelungstiefe, die Menge an Ernte- und Wurzelrückständen, sowie die chemische Zusammensetzung der Pflanzenreste. Zum anderen gilt es, langfristige Wirkungen der gesamten Fruchtfolge über mehrere Rotationen einzuschätzen, d. h. die Fruchtfolgewirkung. Hierzu liefern vor allem landwirtschaftliche Dauerversuche wertvolle Datengrundlagen. Im Folgenden werden einige unmittelbare Vorfruchtwirkungen auf den Boden besprochen sowie beispielhaft verschiedene Fruchtfolgen hinsichtlich ihrer langfristigen Wirkungen auf den Boden verglichen.

In der ÖL ist eine der wichtigsten intendierten Vorfruchtwirkungen die Bereitstellung von Stickstoff durch Leguminosen, d. h. durch Pflanzenarten der Familie der Schmetterlingsblütler (Fabaceae). Durch ihre Fähigkeit, in der Symbiose mit Knöllchenbakterien Luftstickstoff (N2) zu fixieren, stellen sie die einzige größere Stickstoffquelle dar, welche nicht direkt oder indirekt auf externe Inputs zurückgeht. Im Vergleich zur biologischen N2-Fixierung ist die atmosphärische Deposition von N gering (Abb. 1.9). An den Wurzeln werden je nach Leguminosenart unterschiedlich geformte knöllchenartige Auswüchse gebildet, in denen die Knöllchenbakterien leben. Diese Bakterien werden im Austausch für die energieintensive Konversion von Luftstickstoff in Ammonium von der Pflanze mit Kohlenhydraten aus der Photosynthese versorgt. Für die Vorfruchtwirkung der Leguminosen sind hinsichtlich Stickstoff drei Fragen entscheidend: Wieviel Stickstoff wird fixiert? Welcher Anteil des fixierten Stickstoffs wird mit den Ernteprodukten vom Feld entfernt? Und wie schnell und zu welchem Anteil wird der in den Leguminosen gebundene Stickstoff wieder mineralisiert, so dass er der Nachfrucht zur Verfügung steht?

Abb. 1.9 Vereinfachtes Schema zum Stickstoffkreislauf auf einem Ökologischen Gemischtbetrieb (verändert nach Küstermann et al., 2010)

Die N2-Fixierungsleistung der Leguminosen ist von etlichen biotischen und abiotischen Faktoren abhängig. Zu den biotischen Faktoren zählt die Symbiose zwischen den Leguminosen und den Knöllchenbakterien, den sogenannten Rhizobien. Diese Symbiose ist teilweise wirtsartspezifisch. So bilden z. B. Kleearten (Gattung Trifolium) Symbiosen mit bestimmten Rhizobienstämmen aus der Art Rhizobium leguminosarum, während die Luzerne und der Gelbklee (Gattung Medicago) Symbiosen mit Rhizobien der Gattung Ensifer eingehen. Voraussetzung für die biologische Stickstoff-Fixierung ist daher das Vorhandensein geeigneter Rhizobienstämme im Boden. In den meisten Böden in Mitteleuropa sind die für die gängigen Futter- und Körnerleguminosen spezifischen Rhizobienstämme vorhanden. In anderen Fällen, insbesondere bei erstmaligem Sojaanbau wird eine Beimpfung (Inokulation) des Saatgutes mit verkäuflichen Rhizobienpräparaten empfohlen. Andere biotische Faktoren sind der Krankheits- und Schädlingsbefall, sowie der Beikrautbesatz. Diese können durch Hemmung des Leguminosenwachstums die Menge an fixiertem Stickstoff negativ beeinflussen. Hier sind beispielhaft die Larven der Blattrandkäfer (Gattung Sitona) zu nennen, die im Boden leben und direkt an den Knöllchen der Leguminosen fressen.

Die Fixierungsleistung hängt weiterhin stark von der Menge an mineralischem Stickstoff im Boden ab. So wird bei hohen Nitratwerten im Boden die Symbiose gehemmt und die Leguminose nimmt einen größeren Anteil des Stickstoffs direkt aus dem Boden auf, die Fixierungsleistung kann daher zurückgehen. Weitere abiotische Faktoren, die eine Rolle für die Gesamtmenge an fixiertem Stickstoff spielen, sind insbesondere die Wasserverfügbarkeit sowie Verfügbarkeit verschiedener Pflanzennährstoffe. Bei Futterleguminosen, jedoch nicht bei Körnerleguminosen, haben Feldversuche eine positive Wirkung von Schwefeldüngung auf den Gesamtstickstoffertrag ergeben (Becker et al., 2011; Urbatzka et al., 2014).

Aufgrund der Vielzahl an schwer zu steuernden Einflussgrößen, welche auf die N2-Fixierungsleistung der Leguminosen wirken, ist es außerordentlich schwierig, verlässliche Vorhersagen über die Menge an fixiertem Stickstoff zu machen. Angaben über die potenzielle bzw. realisierte N2-Fixierungsleistung bei Leguminosen schwanken teils um mehrere Hundert kg Stickstoff je Hektar. Für Ackerbohnen werden von verschiedenen Quellen Durchschnittswerte von etwa 160–170 kg/ha fixiertem Stickstoff angegeben (Köpke U., Nemecek, 2010; Anglade et al., 2015), die Spanne für diese Art liegt jedoch bei ca. 100 bis über 300 kg N/ha. Kahnt (2008) gibt als Maximum für die Ackerbohne sogar 400 kg N/ha an. Für Rotklee wurde von Anglade et al. (2015) ein Gesamtmittelwert von 252 kg N/ha als Fixierungsleistung berechnet, mit einer Standardabweichung von 100 kg N/ha. Trotz der großen Schwankungsbreiten sind einige über mehrere Studien robuste Ergebnisse festzuhalten: So weisen Ackerbohnen im Durchschnitt eine höhere N2-Fixierungsleistung als Erbsen auf. Unter den Futterleguminosen nimmt im Durchschnitt die N2-Fixierungsleistung in der Reihenfolge Luzerne → Rotklee → Weißklee ab. Auf den Einzelfall lässt sich darauf jedoch nicht schließen.

Wegen der großen Schwankungsbreite der N2-Fixierungsleistung der Leguminosen sind verschiedene Modelle entwickelt worden, welche in der Praxis eine Abschätzung der N-Fixierung und N-Salden erlauben sollen, z. B. das LeNiBa-Modell. Dabei ist der N-Saldo die N-Fixierung abzüglich des N-Entzuges über die Ernteprodukte. Jedoch bleiben bei diesen Modellen teilweise große Unsicherheiten. Insbesondere für Erbsen zeigte ein Abgleich mit experimentellen Daten, dass N-Salden durch das LeNiBa-Modell oft überschätzt werden (Kolbe, 2009). N-Salden können für Körnerleguminosen durchaus nahe Null liegen oder sogar negativ sein, da ein großer Teil des in der Pflanze gebundenen Stickstoffs im Korn konzentriert ist und damit nach der Ernte vom Feld entfernt wird. Geschlossen wird der N-Kreislauf nur, wenn in diesem Beispiel die Körner betriebsintern verfüttert werden und ein Teil des Stickstoffs über die tierischen Ausscheidungen als organischer Dünger wieder auf das Feld verbracht wird.

Nach dem Anbau von Leguminosen und dem Einarbeiten der Ernte- und Wurzelrückstände in den Boden wird der fixierte und in Biomasse gebundene Stickstoff abgebaut und durch Bodenmikroorganismen mineralisiert, d. h. insbesondere in Nitrat umgewandelt. Auch vorher schon gelangt durch abgestorbene Wurzelzellen und organische Wurzelausscheidungen der Leguminosen Stickstoff in den Boden. An der N-Gesamtmenge macht diese Rhizodeposition jedoch einen geringeren Anteil aus als die in den Ernte- und Wurzelrückständen gebundene Menge. Erst durch die Mineralisierung des aus einer Leguminosen-Vorfrucht stammenden Stickstoffs wird dieser Nährstoff der nächsten Feldfrucht verfügbar. Für die Vorfruchtwirkung entscheidend ist dabei, wie die Mineralisierung des Stickstoffs über die Zeit abläuft. Bei zu schneller Mineralisierung besteht die Gefahr, dass die folgende Kultur in der pflanzlichen Jugendentwicklung den verfügbaren Stickstoff nur unvollständig aufnehmen kann. Eine Folge ist, dass die Gefahr der Nitratauswaschung steigt. Diese Stickstoffverlagerung in tiefere Bodenschichten führt dazu, dass der Nährstoff nicht mehr von den Pflanzenwurzeln erreicht werden kann. Erfolgt die Mineralisierung dagegen zu langsam, so steht der wachsenden Folgefrucht zu den Zeiten des höchsten Bedarfs nicht genug Stickstoff zur Verfügung. Bestimmend für die Dynamik der Mineralisierung sind neben Bodentemperatur, Bodenfeuchte und pH-Wert vor allem das C/N-Verhältnis und der Ligningehalt der Ernte- und Wurzelrückstände. Aus diesen Überlegungen folgt, dass die zeitliche Passung von N-Bereitstellung aus einer Leguminosen-Vorfrucht und dem N-Bedarf der folgenden Kultur durch eine Reihe von Maßnahmen gesteuert werden kann. Hierzu gehören die Auswahl der Leguminosenarten nach C/N-Verhältnis und Gehalt an Lignin, die Zeit des Kleegrasumbruchs, die Bodenbearbeitung, die Auswahl der Nachfrucht und der Zwischenfruchtanbau (vgl. Kap. 1.2.6).

Neben Stickstoff ist als weiterer Makronährstoff, der durch die Vorfruchtwahl beeinflusst wird, der Phosphor zu nennen (vgl. a. Kap. 1.2.2 u. 6.2.2). Dieses Nährelement wird von der Pflanze als Orthophosphat (H2PO4–, HPO4–) über die Wurzel aufgenommen. Die Aufnahme ist dabei nicht nur vom P-Bodenvorrat abhängig, sondern wird wesentlich auch durch Temperatur, Bodenstruktur und pH-Wert beeinflusst. Diese und etliche andere Faktoren bestimmen, ob an Mineralien gebundenes Phosphat in Lösung geht und damit pflanzenverfügbar wird. In der Fruchtfolge kann die Wahl der Vorfrucht vor allem durch zwei Prozesse auf die Phosphorverfügbarkeit Einfluss nehmen, nämlich

 über die Pumpwirkung tief wurzelnder Kulturen und

 über die Förderung oder Hemmung von Mykorrhizapilzen, welche die Phosphorverfügbarkeit erhöhen.

Tiefwurzelnde Arten können aus dem Unterboden Phosphor aufnehmen, der dann zum Teil nach der Ernte über die Ernte- und Wurzelrückstände in den Oberboden gelangt. Dort ist der Phosphor für die folgende Frucht eher verfügbar als im Unterboden. Zu den tief wurzelnden Kulturen gehören unter den Leguminosen z. B. Lupinen, Luzerne und Steinklee, flachwurzelnde Arten sind u. a. Weißklee und Inkarnatklee. Bei den Nicht-Leguminosen gilt die Kartoffel mit ihrem schwach ausgeprägten Wurzelsystem als flach wurzelnd, Wintergetreide und Mais wurzeln erheblich tiefer.

Mykorrhizapilze leben im Boden in Symbiose mit vielen Kulturpflanzenarten. In der Symbiose werden die Mykorrhizapilze von der Pflanze mit Kohlenhydraten versorgt. Die Pflanze profitiert insbesondere dadurch, dass die Aufnahme von Phosphor durch eine Mykorrhizainfektion der Wurzel erhöht wird. Daneben verbessert eine Mykorrhizierung aber auch die Wasseraufnahme und verringert den Befall mit Nematoden und anderen Schaderregern. Die für landwirtschaftliche Kulturen wichtigste Form der Mykorrhizapilze ist die so genannte Vesikuläre Arbuskuläre Mykorrhiza (VAM). Wenige Millimeter hinter den Wurzelspitzen bilden die VAM-Pilze Anschwellungen (Vesikel) aus Pilzfäden (Hyphen), sowie bäumchenförmige Verzweigungen (Arbuskeln). Zu den Kulturarten, die keine Symbiose mit Mykorrhizapilze ausbilden können, gehören die Arten aus der Familie der Kreuzblütler (Brassicaceae), d. h. z. B. Raps, Rübsen und Rettich. Auch Lupinen, Buchweizen, Zuckerrüben und Amarant bilden keine Mykorrhiza-Symbiose. Da Raps und Zuckerrüben als Hauptfrüchte in der ÖL einen geringen Anbauumfang haben, ist die Frage nach der Mykorrhizierung vor allem bei der Wahl der Zwischenfrüchte sowie bei Dauer und Zusammensetzung der Grünbrache zu beachten. Generell wird empfohlen, den Boden nicht unbedeckt zu lassen (d. h. keine Schwarzbrache), sondern konsequent Vegetationslücken durch Zwischenfrüchte zu schließen. Daneben sollen auf Nicht-Mykorrhizapflanzen immer Mykorrhizapflanzen folgen. Eine längere Grünbrache wirkt sich günstig auf die Mykorrhiza aus. So wurde gefunden, dass Winterweizen nach einer zweijährigen Luzerne stärker als nach einjähriger Luzerne mykorrhiziert (Gollner, 2007).

Für die Fruchtfolgegestaltung ist wichtig, neben den Vorfruchtwirkungen auf die Pflanzennährstoffe (N, P und weitere) auch den Gehalt an organischem Kohlenstoff im Boden zu berücksichtigen. Kohlenstoff kommt im Boden sowohl mineralisch (in Karbonaten wie z. B. CaCO3) als auch organisch gebunden vor. Von zentraler Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit ist der organische Kohlenstoff, oft als Corg abgekürzt, der Bestandteil der organischen Bodensubstanz (OBS) ist. Die OBS wird auch als Humus bezeichnet. Früher wurde für die Umrechnung von Corg-Gehalten in Humusgehalte ein fester, standortunabhängiger Faktor von 1,72 angenommen. Nach neueren Erkenntnissen ist aber der Kohlenstoffanteil im Humus nicht konstant und es ist daher einfacher und eindeutiger, den Corg-Gehalt des Bodens direkt anzugeben.

Von der Pflanze wird Kohlenstoff hauptsächlich im Prozess der Photosynthese aus der Luft als CO2 aufgenommen. Geringe Mengen an Kohlenstoff können aber auch über die Wurzel aus dem Boden aufgenommen werden. Trotzdem hat der organische Kohlenstoff im Boden für das Pflanzenwachstum in indirekter Weise eine große Bedeutung.

Humus bindet viele wichtige Nährstoffe (Ca, K, Mg u. a.) und vermindert Auswaschungsverluste. Vor allem auf Böden mit hohem Sand- und geringem Tonanteil ist dies von Bedeutung, da ein Großteil der Kationenaustauschkapazität auf den Humus zurückgeht. Ferner puffern hohe Humusgehalte gegenüber pH-Schwankungen und verbessern die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens. Vor allem aber ist der organisch gebundene Kohlenstoff Teil organischer Moleküle, die mit Stickstoff, Phosphor und Schwefel auch Pflanzennährstoffe enthalten. Werden die organischen Moleküle im Boden durch Mikroorganismen abgebaut, so wird einerseits der Kohlenstoff mineralisiert und als CO2 freigesetzt, andererseits werden durch den Abbau aber auch die Pflanzennährstoffe in pflanzenverfügbare Formen umgewandelt. Gerade für die ÖL hat die organische Bodensubstanz daher einen hohen Stellenwert. So besteht zwischen dem Humusgehalt und dem Ertrag von Nichtleguminosen unter Bedingungen der ÖL eine engere Beziehung als unter konventioneller Bewirtschaftung (Brock et al., 2013). Zweitens ist der Humus eng mit physikalischen Parametern der Bodenfruchtbarkeit verbunden. Hohe Humusgehalte fördern unter anderem die Aggregatstabilität des Bodens, d. h. Bodenkrümel bleiben bei Wasserzugabe länger stabil.

Um die Wirkungen einzelner Fruchtfolgefelder oder ganzer Fruchtfolgen hinsichtlich des Humusgehaltes zu bewerten, werden Humusbilanzen gerechnet (VDLUFA, 2014). Die Humusbilanz H für eine Fläche ergibt sich aus der Humuszufuhr D durch organische Düngung (etwa durch Stroh, Gründüngung, Stallmist, Gülle oder Kompost), der Humusreproduktionsleistung R der humusmehrenden Fruchtartenden sowie dem Humusreproduktionsbedarf B der humuszehrenden Fruchtarten: H = D + R + B.

Die Berechnung erfolgt von tabellierten Humusäquivalenten (Häq), deren Werte auf Ergebnissen langjähriger Dauerversuche abgeleitet wurden (Tab. 1.4). Die Humusäquivalente selbst sind dimensionslos, werden aber in der Einheit Häq ha–1 a–1 dann auf Fläche (Hektar) und Zeit (Jahr) bezogen. Demnach gelten Kartoffeln und andere Hackfrüchte als Humuszehrer (s. a. Kap. 1.2.6), Futter- und Körnerleguminosen sowie Zwischenfrüchte als Humusmehrer. Hätte die Fruchtartenabfolge eine negative Humusbilanz zur Folge, so können zur langfristigen Erhaltung des Humusgehaltes organische Dünger eingesetzt werden. Diese unterscheiden sich stark in ihrer Humusreproduktionsleistung (Tab. 1.5) (VDLUFA, 2014).

Als Rechenbeispiel 5 dient eine Fruchtfolge, die ein ökologischer Gemischtbetrieb in Hessen für einen seiner Schläge angibt (Schmidt, 2010):

Beispiel 5: Kleegras – Kleegras – Winterweizen – Triticale (Zwischenfrucht) – Ackerbohne – Winterweizen

Der Betrieb düngt 20 m3 Gülle zu Getreide und 20 t Mist je Rotation. Das Stroh wird hier komplett abgefahren. Wegen der im mäßigen bis mittleren Bereich schwankenden Ackerzahlen (32 bis 50) auf dem Schlag werden sowohl die oberen als auch die unteren Werte zur Berechnung herangezogen.

Laut Tab. 1.4 ergeben sich hier zunächst ohne Einbeziehung von organischen betriebseigenen Düngemitteln folgende untere Werte in der Einheit Häq/ha /a: Die Humusreproduktion übernehmen das Kleegras (Ansaatjahr und zwei Hauptnutzungsjahre: 1300), die Ackerbohnen (160) und die Zwischenfrucht vor Ackerbohnen (140). Dem steht ein Humusbedarf aus zweimal Winterweizen und einmal Triticale (–1560) gegenüber. Über die gesamte Rotation folgt daraus eine Humusbilanzsumme von 40 Häq/ha. Dieser Wert wird noch einmal durch die Anzahl der Jahre in der Fruchtfolge geteilt, so dass sich 40/6 = 6,7 Häq/ha /a ergeben. Werden die jeweils oberen Werte aus der Tabelle zur Berechnung verwendet, ist der Humussaldo entsprechend etwas höher (81,7 Häq/ha /a). In der Spanne zwischen 0 und 300 Häq/ha /a gilt ein Humussaldo als ausgeglichen, im Bereich zwischen 301 und bis 500 als hoch (VDLUFA, 2014).

Werden die organischen Düngemittel im Beispiel mit herangezogen (Mist: 207 Häq/ha /a; Gülle: = 120 Häq/ha /a) so ist der Humussaldo mit 333 bzw. 408 Häq/ha /a als hoch zu bewerten. Anhand der tabellierten Richtwerte gerechnete Humusbilanzen haben aber immer nur orientierenden Charakter und sollten auf jeden Fall durch Bodenuntersu­chungen ergänzt werden. Auf dem Beispielschlag wurde der Gehalt an organischer Bodensubstanz im Oberboden (0–30 cm) mit 2,5–2,6 % bestimmt und für die Bodenart und den Standort als im normalen Bereich bewertet (Schmidt, 2010).

Wichtiger als Momentaufnahmen sind jedoch langfristige Beobachtungen. Daher wurde in mehreren Dauerversuchen eingehend untersucht, wie sich verschiedene Fruchtfolgen der ÖL langfristig auf den Kohlenstoffgehalt im Boden auswirken. Am Standort Gladbacherhof, dem ökologisch bewirtschafteten Versuchsbetrieb der Universität Gießen, wurden drei 6-feldrige Fruchtfolgen verglichen:

Beispiel 6: Luzerne/Gras (2 Jahre) – Winterweizen – Kartoffeln – Winterweizen – Winterroggen

Beispiel 7: Ackerbohne – Winterweizen – Kartoffeln – Erbsen – Winterroggen – Hafer

Beispiel 8: Luzerne/Gras (1 Jahr) – Winterweizen – Kartoffeln – Erbsen – Winterroggen – Hafer

Die Fruchtfolge in Beispiel 6 steht dabei repräsentativ für einen Gemischtbetrieb, die Fruchtfolge 7 für einen Marktfruchtbetrieb ohne Viehhaltung; in der Fruchtfolge 8 ist das System viehlos, die erste Körnerleguminose ist jedoch durch eine gemulchte Grünbrache aus Luzerne/Gras ersetzt (Schulz et al., 2014). Der organische Kohlenstoffvorrat im Oberboden, d. h. in 0–30 cm Tiefe, wurde über mehrere Jahre untersucht. In Fruchtfolge 7, die auf den Feldfutteranbau verzichtet, ergab sich trotz Einsatz von Zwischenfrüchten nach den Winterungen über die Zeit von 1998 bis 2009 eine signifikante Abnahme dieses Kohlenstoffvorrats um gut 400 kg organischer Kohlenstoff je Hektar und Jahr, dies entspricht einer Abnahme um 8,4 % über den genannten Zeitraum (Abb. 1.10). Dagegen war in Fruchtfolge 6 mit zweijähriger Luzerne/Gras eine tendenzielle, jedoch nicht signifikante Zunahme des Kohlenstoffvorrats zu verzeichnen.

Abb. 1.10 Organischer Kohlenstoffvorrat im Oberboden (0–30 cm Tiefe, in Tonnen je Hektar) in drei Fruchtfolgen auf dem Versuchsbetrieb Gladbacherhof: Gemischtbetrieb (durchgezogene Linie): Luzerne/Gras (2 Jahre) – Winterweizen – Kartoffeln – Winterweizen – Winterroggen. Marktfruchtbetrieb (gepunktete Linie): Ackerbohne – Winterweizen – Kartoffeln – Erbsen – Winterroggen – Hafer.

Viehloser Betrieb mit Luzernegras (gestrichelte Linie): Hat im Vergleich zum Marktfruchtbetrieb die Ackerbohne durch einjährige Luzerne bzw. Gras ersetzt, ansonsten sind die Fruchtfolgen gleich.

Eine signifikante Abnahme des Kohlestoffvorrates ergab sich in der Untersuchung nur für die Fruchtfolge des Marktfruchtbetriebs (Schulz et al., 2014)

Weitere Langzeitversuche zeigen, dass dramatische Abnahmen des organischen Kohlenstoffgehaltes im Boden vor allem in hackfruchtreichen Fruchtfolgen zu beobachten sind.

Außer den besprochenen Auswirkungen von Fruchtfolgen auf die vorrangig chemischen Bodeneigenschaften (u. a. N, P, u. C), sind auch die physikalischen Eigenschaften der Böden stark von Fruchtfolgen bzw. Fruchtarten beeinflusst. Zu diesem Komplex gehören die Bodenstruktur mit Anteil an Grob-, Mittel- und Feinporen, die Krümelstabilität, die Verschlämmungsneigung, das Erosionsrisiko, sowie die Wasserspeicherkapazität.

Generell gilt, dass die Dauer und Vollständigkeit der Bodenbedeckung durch Pflanzen günstig auf Bodenstruktur und andere physikalische Aspekte der Bodenfruchtbarkeit wirkt. Mais als wärmeliebende Sommerung mit relativ später Saat und langsamer Jugendentwicklung bedeckt den Boden nur unvollständig und ist daher mit hohem Erosionsrisiko verbunden.

Der Zusammenhang von Bodenbedeckung und Erosion hat mehrere Ursachen. Erstens schützt Pflanzenbewuchs den Boden vor der kinetischen Energie der Regentropfen und damit vor Wassererosion. Auch Winderosion wird durch direkte Bremsung der Windgeschwindigkeit in Bodennähe sowie durch Festhalten des Bodens durch die Pflanzenwurzeln vermindert. Darüber hinaus wird mit längerer Bodenbedeckung auch der Anteil durchgängiger Grobporen größer, was zu einer besseren Infiltration führt und den oberflächlichen Abfluss und damit den Bodenabtrag durch Wasser vermindert. Schließlich führt eine längere bzw. vollständigere Bodenbedeckung zu stabileren Bodenkrümeln. Dies liegt unter anderem an einem Verwachsen von Bodenpartikeln mit Haarwurzeln, Pilzmyzel, Bakterienkolonien. Aus diesen Zusammenhängen geht hervor, dass insbesondere eine längere Phase der Bodenruhe mit Gemengen aus Gräsern und Futterleguminosen für die Bodenstruktur außerordentlich günstig ist.

Abschließend seien noch Bodenverdichtungen als ein wesentlicher Aspekt der Bodenstruktur genannt, welche auch durch die Fruchtfolgegestaltung beeinflusst werden. Schädliche Verdichtungen des Bodens entstehen einerseits im Pflughorizont (als Pflugsohle) (s. Kap. 1.2.3), andererseits durch schwere Maschinen, insbesondere bei der Kartoffel- und Rübenernte. Eine Auflockerung durch tiefwurzelnde Kulturen wie Luzerne, sowie durch eine Förderung der biologischen Bodenaktivität, insbesondere der Regenwürmer, mag hier den Schädigungen teilweise entgegenwirken.

Gesamtwirkungen: Erträge, Qualitäten und Ökonomie. Wie oben ausgeführt, haben Fruchtfolgen bzw. einzelne Vorfrüchte etliche Wirkungen auf Boden, Pflanzenernährung und Pflanzengesundheit. Diese Einzelwirkungen fließen zusammen in einer integrativen Gesamtwirkung auf den Ertrag und die Qualitäten der Ernteprodukte. Wie zuvor lassen sich dabei unmittelbare Vorfruchtwirkungen von den Gesamtwirkungen ganzer Fruchtfolgen unterscheiden. Um die Gesamtwirkungen von Vorfrüchten auf gegebene Nachfrüchte beurteilen zu können, wird ein sogenanntes Vorfruchtnomogramm angegeben. Dieses zeigt für jede Vorfrucht-Nachfrucht-Kombination wie günstig oder ungünstig diese zu beurteilen ist (Tab. 1.6).

Hierbei sind nicht nur die Zugehörigkeit der Fruchtarten zu biologischen Arten zu beachten, sondern auch die je nach Sorten unterschiedlichen Verwendungsrichtungen (z. B. bei Getreide) und die Reifegruppen (z. B. bei Kartoffeln). So werden für Brauweizen und Braugerste von der abnehmenden Hand geringe Proteingehalte im Korn gefordert. Wegen der Abhängigkeit der Proteingehalte von der Stickstoffversorgung empfiehlt es sich daher, in der Fruchtfolge Brauweizen und Braugerste nicht direkt nach Leguminosen zu stellen. Dagegen werden für Backweizen hohe Proteingehalte im Korn gefordert, so dass dieser vornehmlich nach Futter- oder Körnerleguminosen steht. Bei Kartoffeln als Vorfrucht ist auch die Reifegruppe entscheidend, da z. B. ein früher oder mittlerer Erntetermin der Kartoffeln noch eine Saat von Wintergerste oder Winterroggen zulässt. Spätkartoffeln machen eine termingerechte Saat dieser Wintergetreide jedoch unmöglich.