Agrarforschung
Weiterentwicklung des Integrierten Gemüsebaus

Gudrun Matitschka, Frauke Wagner und H.-P. Liebig, Universität Hohenheim, Institut für Obst-, Gemüse Weinbau
1994 - 1996

Problemstellung

Aufgabe der Forschung für die integrierte Produktion muß es sein, Maßnahmen und Strategien vorzuschlagen, die es den Pflanzenproduzenten ermöglichen, in jeder Situation die bestmögliche Kombination von Anbaumaßnahmen zu wählen. Bevor jedoch bestimmte Maßnahmen vorgeschlagen werden können, müssen zunächst die bestehenden Produktionssysteme untersucht werden. Die größten Effekte können erzielt werden, wenn innerhalb der Produktionssysteme zunächst die Bereiche untersucht werden, die am wenigsten zielkonform sind. Bezogen auf den Pflanzenbau kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, daß die Bereiche Pflanzenschutz und Düngung am kritischsten zu bewerten sind. Zur Thematik Pflanzenschutz wurden nicht nur viele Untersuchungen durchgeführt, sondern es haben sich bereits verschiedene Maßnahmenpakete in der Praxis durchgesetzt. Zur Thematik der Düngung, insbesondere von Stickstoff gibt es ebenfalls bereits Untersuchungen, jedoch weisen die Kenntnisse insbesondere über Umsetzungsvorgänge von stickstoffhaltigen Verbindungen in gärtnerisch genutzten Böden noch erhebliche Lücken auf. Daher sollte es in diesem Bereich Ziel der Forschung sein, die Faktoren zu untersuchen, die die Umsetzungsvorgänge von Nährstoffen im Boden beeinflußen um Möglichkeiten zu finden das aktuelle Nährstoffangebot und den Nährstoffbedarf der Pflanzen in Übereinstimmung zu bringen.

Ziel

Mit dem Jahr 1996 endete die seit gut zwei Jahren bestehende Förderung des Ministeriums für Ländlichen Raum, Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Baden-Württemberg für das Forschungsprojekt "Weiterentwicklung des Integrierten Gemüsebaus". Im Bereich des Freilandgemüsebaus wurde die kurzfristige Stickstoffdynamik nach unterschiedlichen Düngungsmaßnahmen untersucht, die mittelfristige Stickstoffdynamik bei der Verwendung von Mulchmaterialien und die Fähigkeiten verschiedener Pflanzenarten zur Nährstoffaufnahme bei der Nutzung als Grüneinsaat. Im Bereich des geschützten Anbaus von Gemüse wurden zwei Themenkomplexe untersucht. Zum Einen standen bei der Auswertung der Aktion 4 ("Gewächshäuser in Wasserschutzgebieten") eher langfristig wirkende Faktoren im Vordergrund, zum Anderen wurde anhand von Stickstoffdüngungsversuchen versucht, Konzepte zur dosierten Stickstoffdüngung für zwei Beispielkulturen (Gurke und Paprika) zu entwickeln.

Untersuchungsmethoden und Ergebnisse

1. Weiterentwicklung des Integrierten Gemüsebaus im Freiland

Einfluß verschiedener Faktoren auf die Stickstoffmineraliserung im Boden

In den Jahren 1993 bis 1996 wurden am Institut für Obst-, Gemüse- und Weinbau der Universität Hohenheim bei 11 Anbausätzen Kopfsalat und einem Gefäßversuch die Stickstoffmineralisierung des Bodens untersucht. Bei 8 Anbausätzen wurden parallel die Varianten Mulchfolie, Mulchpapier und unbedeckte Kontrolle untersucht, bei 3 Anbausätzen waren Düngerart und/oder -menge variiert. Insgesamt wurden in 132 Parzellen ungefähr 2500 Bodenproben gezogen und analysiert. In einem Teil der Versuche konnten sogenannte "priming-Effekte" gefunden werden. Darunter wird die Erhöhung des Gehaltes an Mineralstickstoff im Boden nach einer Düngung verstanden, die deutlich höher ist, als sich durch die gedüngte Stickstoffmenge erklären läßt.

Bei sechs der 12 Versuche konnte ein "priming-Effekt" festgestellt werden. Bei den übrigen Versuchen war entweder kein Effekt zu erwarten (keine N-Düngung) oder die Termine der Probenahme lagen zu weit auseinander um eine sichere Aussage zu gewähren.

Es lassen sich verschiedene Einflußfaktoren auf den "priming-Effekt" zeigen, z.B. Mulchmaterialien, Humusgehalt des Bodens, Löslichkeit des Düngers. Insgesamt haben sich in den dargestellten Versuchen zwar Hinweise auf einzelne Faktoren ergeben, die das Auftreten eines "priming-Effektes" modifizieren aber es kann nicht sicher vorausgesagt werden, ob ein Effekt nach der Stickstoffdüngung auftreten wird.

Eignung von Grüneinsaaaten als Stickstoffspeicher

In den Jahren 1995 und 1996 wurden zunächst 36 später 17 Pflanzenarten auf ihre Eignung als Grüneinsaat überprüft. Die höchsten Erträge erzielten Sonnenblume, Buchweizen, Ölrettich und Winterraps. Aufgrund des unterschiedlichen Stickstoffgehaltes in der Trockensubstanz war der Stickstoffentzug aus dem Boden am höchsten bei Sonnenblume, Futtererbse und Winterraps.

Für die vier Arten Buchweizen, Phacelia, Winterroggen und Weidelgras wurde die Stickstoff-aufnahme im Kulturverlauf untersucht. Bei allen vier Arten entspricht der Verlauf des Stickstoffentzuges in etwa dem sigmoiden Verlauf des Aufwuchses. Im Vergleich der Arten entzog Winterroggen dem Boden die größte Stickstoffmenge (70 kg N/ha in 8 Wochen) und Weidelgras die geringste Stickstoffmenge (40 kg N/ha in 8 Wochen).

Im Verlauf des Forschungsprojektes wurden zudem bei den Kulturen Buchweizen und Winterroggen Daten zur Entwicklung eines Wachstumsmodells erhoben. Derartige Modelle könnten im Rahmen eines Expertensystems eingesetzt werden, das aufgrund der für die Zwischenkultur zur Verfügung stehenden Zeit und mittleren Wetterdaten die voraussichtlich festgelegte Stickstoffmenge abschätzt.

Das CULTAN-Verfahren

Das Wirkungsprinzip des CULTAN-Verfahrens ist im Abschlußbericht ausführlich dargestellt. Die ersten Untersuchungen bestätigen die Erfahrungen aus Gemüsebaubetrieben, daß mit diesem Düngungssystem hohe Erträge guter Qualität erzielt werden können. Erhöhte Erträge von im CULTAN-Verfahren gedüngten Varianten gegenüber mit Kalkammonsalpeter gedüngten Varianten konnten nicht festgestellt werden, obwohl Praktiker und Versuchsansteller davon berichten. Dabei ist jedoch zu beachten, daß die angegebenen Vorteile der CULTAN-Düngung nur dann zu erwarten sind, wenn der Boden einen geringen Mineralstickstoffgehalt zu Versuchsbeginn sowie eine niedrige Mineralisationsleistung während der Kultur aufweist. Beides ist auf überwiegend gemüsebaulich genutzten Böden selten der Fall. Bei den Berichten von sehr hohen Erträgen nach CULTAN-Düngung aus der Praxis ist zu beachten, daß die eingesetzten Stickstoffmengen zum Teil sehr hoch sind.

Ein Einfluß der CULTAN-Düngung auf den Gehalt an insbesondere kurzkettigen Kohlenhydraten ist zu erwarten (dies könnte u.a. die Anfälligkeit für Krankheiten/Schädlinge beeinflussen), konnte jedoch in den hier vorgestellten Untersuchungen nicht nachgewiesen werden. Insgesamt ist bei der Interpretation der Versuche zur CULTAN-Düngung zu beachten, daß es sich bislang nur um einjährige Düngungsversuche handelt.

2. Weiterentwicklung des Integrierten Gemüsebaus im Gewächshaus

Auswertung der Aktion 4/96 (Gewächshäuser in Wasserschutzgebieten" 1996)

Die Ergebnisse der Aktion 4/96 zeigen, daß die Mineralstickstoffgehalte in den Gewächshäusern in Wasserschutzgebieten immer noch weit über dem von der SchALVO geforderten Wert von 90 kg N/ha in 0-90 cm liegen. Es ist aber von 1992 bis 1996 eine kontinuierliche Abnahme der Gehalte zu erkennen. Sicherlich ist auch in den nächsten zehn Jahren nicht mit einem mittleren Mineralstickstoffgehalt von 90 kg N/ha in 0-90 cm in Gewächshausböden zu rechnen. Vor allem die relativ hohen Mineralstickstoffgehalte von ungefähr 90 kg N/ha in der Schicht 60-90 cm können von den meisten Kulturen nicht genutzt werden. Wichtig ist daher, daß sich der Mineralstickstoffgehalt von Flächen in den unteren Bodenschichten nicht erhöht. Außerdem sollte der Mineralstickstoffgehalt in den oberen Bodenschichten auch weiterhin verringert werden. Dies kann mit 2 Maßnahmen erreicht werden, zum einen der Loslösung vom gewachsenen Boden zum anderen mit einer streng bedarfsgerechten Düngung und Bewässerung.

Bei der bedarfsgerechten Düngung gibt es verschiedene Problembereiche:

Stickstoffaufnahmekurven für Gewächshauskulturen sind nur begrenzt vorhanden, sie fehlen insbesondere für Schnittblumen. Die Sollwerte für Schnittblumen (im Mittel 200 kg N/ha in 0-60 cm) erscheinen verglichen mit denen für Gemüsekulturen sehr hoch.

Die Angaben zur Düngungshöhe auf den Erhebungsbögen (Angabe der Konzentration der Düngerlösung in Prozent) zeigen, daß im Schnittblumenanbau die Bewässerungsdüngung zur Zeit eine weit verbreitete Düngungsstrategie ist. Häufig wird dabei jedoch der Bedarf der Kulturen überschritten und/oder die Verteilung des Düngers im Kulturverlauf ist nicht optimal. In der Folge davon kommt es zu einer Anreicherung von Mineralstickstoff im Boden.

Die starke Streuung der Mineralstickstoffgehalte zwischen 6 und 7500 kg N/ha in 0-90 cm bei gleicher Kultur zeigt, daß der Mineralstickstoffgehalt in Gewächshäusern sehr stark durch die Kulturführung und nur sekundär durch bestimmte "Problem-kulturen" bewirkt wird. Niedrige Mineralstickstoff-gehalte einzelner Flächen zeigen, daß eine grundwasserschonende Kulturführung in Gewächshäusern im gewachsenen Boden möglich ist. Eine intensive Düngeberatung der Betriebe ist nach wie vor sehr wichtig.

Die Stickstoffnachlieferung aus der organischen Substanz des Bodens ist eine sehr schwierig zu kalkulierende Größe und wird nur selten bei der Düngebemessung beachtet. Aussagen über die Netto-Mineralisierung in Abhängigkeit vom Humusgehalt können aus einer einmaligen Messung nicht gezogen werden.

Insgesamt läßt sich aus den Daten der Aktion 4 feststellen, daß sich allein aus hohen Humusgehalten, einer bestimmten Nutzungsart der Gewächshäuser oder aber dem Alter und der Größe der Gewächshäuser nicht die Höhe der aktuellen Mineralstickstoffgehalte erklären läßt.

Konzeptionen für grundwasserschonende Bodenkulturen im Gewächshaus sollten auch Verbesserungen der Bewässerungssteuerung beinhalten. Ein Großteil der Gewächshausflächen wird manuell bewässert. Eine Bewässerungssteuerung kann die Möglichkeit bieten, neben der Nährstoffauswaschung auch die Versickerung anderer Stoffe wie zum Beispiel Pflanzenschutzmittel oder Wachstumsregulatoren zu verhindern. Bewässerungssteuerungen können nach verschiedenen Meßgrößen erfolgen (Erfahrung, Zeitintervalle, Lichtsumme Messung der Bodenfeuchte). Sie können für manuelle, halbautomatische oder vollautomatische Bewässerung unabhängig vom Bewässerungssystem eingesetzt werden. Die beiden erstgenannten Bewässerungssteuerungsarten scheinen in Wasserschutzgebieten in Baden-Württemberg derzeit die Regel zu sein. Diese Konzeptionen können in der Praxis jedoch zu einer Überschußbewässerung führen. Darauf deuten vor allem die hohen Mineralstickstoffgehalte in den unteren Bodenschichten bei halbautomatischer Bewässerung hin. Bei allen Bewässerungssystemen ist eine Kontrolle der ausgebrachten Wassermengen sowie eine Messung der Bodenfeuchte oder der Saugspannung des Bodens wichtig.

Bei der Integrierten Produktion in Wasserschutzgebieten sollte folgendes beachtet werden:

Die Höhe der Wassergaben müßten stärker als bisher kontrolliert werden.

Topfpflanzenstellflächen müssen so verschlossen werden, daß ein Eintrag von Düngelösung in den Boden ausgeschlossen werden kann.

Vor allem für Schnittblumenkulturen müssen Aufnahmekurven für Stickstoff erarbeitet werden um eine bedarfsgerechte Düngung zu gewährleisten. Hierbei ist auch der Wuchstyp innerhalb der Pflanzenart zu beachten und die Sollwerte sind entsprechend anzupassen.

Die Nettonachlieferung im Boden in Abhängigkeit vom Humusgehalt und der Kulturführung muß speziell für Gewächshausböden stärker untersucht werden.

Vor allem in den oberen Bodenschichten muß der Mineralstickstoffgehalt noch weiter reduziert werden, in der Schicht unter 60 cm dürfen die Mineralstickstoffgehalte zumindestens nicht ansteigen. Dies ist durch eine bedarfsgerechte Düngung unter Berücksichtigung der Mineralstickstoffangebots des Bodens und der Nettomineralisation möglich.

Konzepte zur Stickstoffernährung in der integrierten Produktion von Gewächshausgurke und -paprika

Die Bewässerung bei Gurken unter Glas in Bodenkultur ist sowohl mit Tropfbewässerung als auch mit von Düsenrohren (Unterblattbewässerung) praxisüblich. An der LVG Heidelberg wurden 1995 und 1996 Versuche zur Auswirkung der Bewässerung auf Ertrag und Qualität von Salatgurken sowie auf ihre Auswirkung auf eine Nährstoffverlagerung im Boden überprüft.

In den Versuchen wurde in der Kombination Düsenbewässerung / Nmin-Sollwertsystem weniger Stickstoff gedüngt als bei Tropfbewässerung-/Mengenkonzept. Gleichzeitig war die Mineralisationsrate bei Düsenbewässerung mit 8 kg N/ha und Woche etwa doppelt so hoch wie bei Tropfbewässerung. Die Mineralstickstoffgehalte des Bodens zu Kulturende waren bei beiden Bewässerungssystemen gleich, ebenso die Gurkenerträge. Bei gleichem Bewässerungszeitpunkt (Tensiometer in 20 cm Tiefe, Schaltpunkt 70 hPa) wurde mit Düsenbewässerung 15 % mehr Wasser benötigt als mit Tropfbewässerung um den gleichen Ertrag zu erzielen. Bei beiden Bewässerungssystemen bildete sich in der Tiefe von 40 cm eine Trockenzone aus, so daß eine Auswaschung von mineralischem Stickstoff in den Untergrund ausgeschlossen werden kann. Eine Erhöhung der Tropfstellendichte von 3,3 Tropfstellen/m² auf 9,9 Tropfstellen/m² führte nicht zu einer Erhöhung der Erträge.

Der Mineralstickstoffgehalt in der Tropfstelle scheint eher den Entzug der Pflanzen widerzuspiegeln als der Mineralstickstoffgehalt am Beetrand. In allen untersuchten Betrieben war zu beobachten, daß der Mineralstickstoffgehalt am Beetrand sinkt, sobald der Mineralstickstoffgehalt in der Tropfstelle unter eine Niveau von 100 kg N/ha sinkt. Ob die Gurke den Mineralstickstoffgehalt am Beetrand aufnimmt oder ob es zu Immobilisierung kommt, kann aus dieser Untersuchung nicht abgeleitet werden. Die Bestimmung des Stickstoffgehaltes von Gurkenblättern mit dem Hydro-N-Tester noch nicht so ausgereift, daß es zur Düngungsdosierung eingesetzt werden kann.

Die Nährstoffaufnahme für Paprika wurde in dem einjährigen Versuch mit 27 g N/m², 2,4 g P/m², 39 g K/m² und 4,0 g Mg/m² als Gesamtentzug bei einem Ertrag von 9 kg Früchte/m² gemessen. Bei Paprika kann der Hydro-N-Tester ein geeignetes Instrument zur Steuerung der Düngung sein. Eine Düngungsempfehlung müßte dazu noch erarbeitet werden. Eine andere einfache Methode, die Düngung bei Tropfbewässerung zu steuern, könnte darin bestehen, den Nährstoffentzug abhängig von Sproßlänge und Ertrag zu berechnen. Für Paprika ergaben sich folgende Werte je Pflanze: 0,061 g N/cm, 0,003 g P/cm, 0,11 g K/cm und 0,013 g Mg/cm. Der Paprika wurde zweitriebig aufgeleitet, die Werte sind auf einen Höhenzuwachs der gesamten Pflanze von jeweils einem Zentimeter bezogen.

Konsequenzen für die Praxis

Auch wenn weiterhin betont werden muß, daß eine so komplexe Fragestellung wie sie im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsprojektes bearbeitet wurde, nicht abschließend beantwortet werden kann, soll an dieser Stelle der Versuch unternommen werden, einige Schlüsse aus den Versuchsergebnissen zu ziehen:

Werden bei einer einmaligen Untersuchung des Mineralstickstoffgehaltes im Boden extrem hohe Werte gemessen, so kann daraus nicht zwingend geschlossen werden, daß die Fläche nicht ordnungsgemäß bewirtschaftet wurde.

Auf manchen Böden, vor allem sehr schweren Böden, kann nach mineralischer Düngung ein "priming-Effekt" auftreten. Dies kann dazu führen, daß die Düngerbemessung zum Kopfdüngungstermin nach dem KNS-System unzureichende Ergebnisse ergibt.

Die Anwendung spezieller Düngungssysteme (zum Beispiel CULTAN-Verfahren) kann zu guten Erträgen führen. Wie umweltfreundlich diese Verfahren mittel und langfristig sind und wie sie eventuell verbessert werden können, dazu sind weitergehende Untersuchungen erforderlich.

Als Zwischenkultur oder Überwinterungskultur können Grüneinsaaten effektiv Nährstoffe aufnehmen und dadurch vor Auswaschung schützen. Die in der SchALVO angegebene Liste ist um einige Pflanzenarten, die nicht zur Familie der Brassicaceae gehören zu erweitern (z.B. Futtererbse, Sonnenblume, Buchweizen).

Zur langfristigen Kontrolle des Auswaschungsrisikos für Stickstoff sind schlagbezogene Stickstoffbilanzen aufzustellen. Unabhängig vom System der Düngerbemessung und des Ausbringungssystems müssen die Bilanzen langfristig ausgeglichen sein.

Es sind weitere Untersuchungen zur Optimierung des Stickstoffmanagements erforderlich. Durch ein besseres Verständnis der Stickstoffdynamik im Boden, insbesondere dem Zusammenhang zwischen Art der organischen Substanz (C/N-Verhältnis, Kohlenhydratzusammensetzung) und der Mineralisierung von Stickstoff im Boden, können bisherige Düngungsstrategien verbessert oder neue Strategien entwickelt werden. Langfristiges Ziel muß sein, den Grad der Ausnutzung des gedüngten Stickstoffs zu steigern, denn so kann bei gleichem Ertrag/Qualität die zu düngende Stickstoffmenge gesenkt werden. Kurz- und mittelfristig kann das Stickstoffmanagement eventuell durch Anwendung neuer Düngungssysteme, wie zum Beispiel dem CULTAN-Verfahren, verbessert werden.

Die Versuche zur Integrierten Produktion von Gemüse in Gewächshäusern verdeutlichen, daß auch im Boden ein umweltschonender Anbau von Gemüse möglich ist. Die Richtlinien zur Integrierten Produktion sollten um folgende Punkte ergänzt oder verändert werden:

In Gewächshäusern sollte die Wasserbewegung im Boden kontrolliert werden. So ist eine Verlagerung in tiefere Bodenschichten festzustellen und kann über veränderte Bewässerungssteuerung vermieden werden.

Die einzelnen Wassergaben sind im Gewächshaus auf 10 mm zu begrenzen, sofern flachwurzelnde Kulturen wie zum Beispiel Radies oder Feldsalat angebaut werden.

Der Einsatz von Tropfbewässerung ist bei den Hauptkulturen anzustreben um Wasser zu sparen und die Nährstoffe mit der Bewässerung gezielt an die Pflanzen zu bringen.

Die kulturspezifischen Anlagen in der Richtlinie sollten bei den Gewächshauskulturen um den Stickstoffbedarf ergänzt werden.

Bei einer Düngung über die Tropfbewässerung ist eine Kontrolle der Düngung über Bodenproben in der Tropfstelle notwendig. Steigt der Mineralstickstoffgehalt in der Tropfstelle kontinuierlich an, so ist die Düngung auszusetzen oder zu reduzieren. Der Mineralstickstoffgehalt des Bodens in der Tropfstelle sollte langfristig nicht über 80-100 kg N/ha ansteigen.

Andere Verfahren zur Steuerung der Düngung bei einer Bewässerungsdüngung, wie zum Beispiel das Abschätzen des Entzuges über die Sproßlänge oder die Steuerung der Düngung über einen Chlorophyllmeßwert bedürfen noch einer intensiveren Untersuchung und können in der integrierten Produktion noch nicht empfohlen werden. Hier besteht ein zusätzlicher Forschungsbedarf.

Literatur
Siehe Abschlußbericht

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