Agrarforschung

Einfluß der Bodenbewirtschaftung des Ökologischen Landbaus auf die Stickstoff - Mineralisierungs - Immobilisierungs - Dynamik, die organische Bodensubstanz und bodenmikrobielle Eigenschaften unter besonderer Berücksichtigung der Umstellungsphase

J. K. Friedel, K. Stahr, Universität Hohenheim, Institut für Bodenkunde und Standortslehre
1995 bis März 1998

Problemstellung

Der Stickstoffhaushalt hat im ökologischen Landbau eine besondere Bedeutung, da die Stickstoff (N)-Mineralisierung aus der organischen Bodensubstanz bei Nichtleguminosen ein wesentlicher ertragsbegrenzender Faktor ist. Weitgehend ungeklärt ist die Frage der Beziehungen zwischen mikrobiellem Stickstoff und der N-Mineralisierung bzw. N-Mobilisierung im Jahresgang unter den Bedingungen ökologischer Bodenbewirtschaftung. Bei Paarvergleichen von ökologisch bewirtschafteten mit konventionellen Nachbarflächen wurden geringe Konzentrationen leichtverfügbarer Nährstofffraktionen (z.B.: PCAL, KCAL) sowie eine erhöhte mikrobielle Biomasse und bodenbiologische Aktivität festgestellt. Mit zunehmender Dauer ökologischer Bodenbewirtschaftung scheinen die leicht verfügbaren P- und K-Fraktionen abzunehmen während es zu der Entwicklung bodenbiologischer Eigenschaften keine gesicherten Ergebnisse gibt. In der Praxis beobachtete verstärkte Ertragsdepressionen nach der Umstellungsphase könnten auf eine bereits eintretende Erschöpfung des leicht verfügbaren Nährstoffpools zurückzuführen sein, während andererseits das bodenbiologische Aktivitätspotential noch nicht entsprechend entwickelt ist.

Ziele

Entsprechend der Problemstellung gliedert sich das Forschungsvorhaben in die beiden Schwerpunkte "Stickstoffdynamik" und "Einfluß unterschiedlich langer ökologischer Bodenbewirtschaftung auf Nährstoffverfügbarkeit, die Organische Boden-substanz und bodenbiologische Eigenschaften". Im Stickstoffkreislauf sollten die folgenden Annahmen geprüft werden: (i) der leicht umsetzbarer C- und N-Pool ist unter mehrjähriger ökologischer Bewirtschaftung größer als auf den Umstellungsflächen; (ii) dieser Stoffpool kann durch eine für ökologisch wirtschaftende Betriebe typische Gestaltung der Fruchtfolge im Untersuchungszeitraum verändert werden; (iii) der mikrobielle N-Umsatz (N-Fluß durch mikrobielle Biomasse) ist unter mehrjährig ökologischer Bewirtschaftung größer als auf Umstellungsflächen; (iv) die N-Mineralisierungsdyna-mik "in situ" ist eng mit der Dynamik des mikrobiellem N gekoppelt.

Zum Einfluß der Bodenbewirtschaftung des Ökologischen Landbaus auf Nährstoffhaushalt, organische Bodensubstanz und bodenbiologische Eigenschaften sollten die folgenden Annahmen getestet werden: (i) leichtlösliche Nährstoffraktionen verringern sich mit zunehmender Dauer ökologischer Bewirtschaftung; (ii) bodenbiologische Eigenschaften (mikrobielle Biomasse und Aktivität, Regenwurmpopulation) erhöhen sich mit zunehmender Dauer ökologischer Bewirtschaftung; (iii) die Abnahme der Nährstoffverfügbarkeit nach Bewirtschaftungsumstellung erfolgt rascher und ist ausgeprägter als die Erhöhung bodenbiologischer Eigenschaften.

Aus den Untersuchungsergebnissen sollten Empfehlungen abgeleitet werden, wie die Nährstoff-verfügbarkeit (insbesondere Stickstoff) und die bodenbiologische Aktivtät während und nach der Umstellungsphase durch Bewirtschaftungsmaß-nahmen optimiert werden können.

Untersuchungsmethodik

Untersucht wurden bodenkundlich weitgehend homogene Teilstücke von Umstellungsflächen der Domäne Kleinhohenheim (Versuchsstation der Universität Hohenheim) und von länger (9 und 41 Jahre) ökologisch bewirtschafteten Praxisschlägen in der Umgebung (pseudovergleyte Parabraunerden aus Lößlehm). Die Flächen wurden feldbodenkundlich (Bohrstockansprache, Profilansprache) und anhand von bodenkundlichen Grunderhebungen (Körnung, Lagerungsdichte, Bodenreaktion, Humusgehalt) charakterisiert. Während der dreijährigen Untersuchungsperiode war die Fruchtfolge auf allen Flächen Kleegras (ein- oder zweijährig) - Winterweizen - Hafer.

Untersuchungsmethoden zum Teil Nährstoffverfügbarkeit und bodenbiologische Eigenschaften:

pH-Wert (CaC 12 ), Corg-, Nr, Nmin-, PCAL- und Kc@Gehalte; Bodenstruktur (Spatenprobe), Aggregatstablilität (Perkolationsstabilität), Kohlenstoff (C)-Mineralisierungspotential im Brutversuch, Dichtefraktionierung, C und N in mikrobieller Biomasse (Chloroform-Fumigations-Extraktionsmet-hode), Respiration im Brutversuch, Proteaseaktivität, Phosphataseaktivität, Regenwurmabundanz und -biomasse (Kombination von Elektromethode und Handauslese).

Untersuchungsmethoden zum Teil Stickstoffdynamik:

Wassergehalt, Bodentemperatur, Saugspannung, Sickerwasser, Bodenwasserbilanz, NminGehalte in Bodenproben und im Sickerwasser, in situ Netto-N-Mineralisierung (Brutversuche in Polyethylenbeuteln), N-Mineralisierungspotential im Brutversuch, Umsatzrate und Fluß des mikrobiellen N.

Ergebnisse

Der leicht umsetzbare C-Pool war unter langjähriger ökologischer Bewirtschaftung gegenüber den Umstellungsflächen etwas erhöht. Für den umsatzaktiven N-Pool konnte keine entsprechende Beeinflussung festgestellt werden. Während des Untersuchungszeitraums hatten Kleegras und Bodenruhe auf den meisten Umstellungsparzellen einen positiven Einfluß auf die Gehalte von mikrobiellem C und N, nicht jedoch auf die Gehalte von mineralisierbarem C und N. Der mikrobielle N-Umsatz (N-Fluß durch mikrobielle Biomasse) unterschied sich nicht zwischen den Umstellungsflächen und den länger ökologisch bewirtschafteten Flächen. Eine Abhängigkeit der N-Mineralisierungsdynamik in situ von der Dynamik des mikrobiellen N ließ sich nicht nachweisen.

In der Krume (0-30 cm) nahmen die PCAL- und KCAL-Gehalte in den ersten drei Jahren ökologischer Bewirtschaftung um durchschnittlich etwa 10% bzw. 20% ab. Auf den länger ökologisch bewirtschafteten Flächen lagen die Gehalte mit etwa 20 mg P kg -1 bzw. etwa 60 mg K kg -1 bei nur etwa 50% der mittleren Gehalte der Umstellungsflächen. Das Verhältnis von mikrobiellem C zum gesamten organischen C der Frühjahrsproben zeigte während der Umstellungsphase eine positive Tendenz (+11%) in der Unterkrume (10-30cm). In dieser Schicht war dieses Verhältnis bei 41-jähriger - nicht jedoch bei 9-jähriger - ökologischer Bewirtschaftung deutlich erhöht (+36%). Bei der Proteasenaktivität und der Regenwurmpopulation waren die flächenspezifischen Unterschiede größer als der Einfluß unterschiedlicher Bewirtschaftung. Die Aktivität alkalischer Phosphatasen war bei 41jähriger ökologischer Bewirtschaftung deutlich erhöht. Die Abnahme der leicht verfügbaren P- und K-Fraktionen mit zunehmender Dauer ökologischer Bewirtschaftung war rascher und deutlicher als der Anstieg der Werte der untersuchten bodenmikro-biologischen Eigenschaften.

Konsequenzen für die Praxis

Die Ergebnisse zur Stickstoffdynamik deuten auf eine Pflanzen-induzierte N Mobilisierung während der Hauptwachstumsphase von Winterweizen unter Bedingungen geringer Nmin-Verfügbarkeit (Ökolo-gischer Landbau) hin. Diese induzierte Mobi-lisierung organischer N-Verbindungen wird durch die "in situ" Messungen der N Mineralisierung nicht erfaßt und daher bisher bei der Abschätzung der N-Nachlieferung aus der organischen Substanz (Düngebedarfsermittlung) nicht berücksichtigt. Das Auftreten und der Umfang dieses Effekts sollte unter kontrollierten Bedingungen mit markierten Substanzen geprüft werden. Dann erst könnte er gezielt in der Praxis des Ökologischen Landbaus (z.B. bei der Optimierung der Düngermenge oder des Düngungstermins) berücksichtigt werden.

Bodenmikrobielle Eigenschaften reagieren anscheinend i.a. weniger stark und weniger rasch auf die Umstellung auf Ökologischen Landbau als die untersuchten leicht löslichen Nährstofffraktionen. Während und nach der Umstellung sollte daher die bodenbiologische Aktivität verstärkt durch entsprechende Bewirtschaftungsmaßnahmen (z.B. futterbaureiche Fruchtfolge, Stallmistdüngung, die Bodenstruktur stabilisierende Kombination aus Bodenbearbeitungsmaßnahmen und Zwischenfruchtanbau) gefördert werden.

Literatur
Abschlußbericht vom Juni 1998

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