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Steigerung der Stickstoffausnutzung: Ein Blick in den Boden lohnt sich!

Die Einhaltung der Stickstoffbilanz ist nur bei hoher Stickstoffausnutzung zu schaffen

Die neue Düngeverordnung schreibt vor, dass der Stickstoffsaldo künftig maximal bei 50 Kilogramm N/ha liegen darf. Zugleich ist die maximal zu düngende Stickstoffmenge an den mittleren Ertrag der letzten drei Jahre gekoppelt. Ist die Stickstoffausnutzung schlecht - wird also wenig des gedüngten Stickstoffs in Ertrag umgesetzt und abgefahren - dann besteht die Gefahr, langfristig in eine ertragliche Abwärtsspirale zu geraten.

Aus der Praxis wissen wir, dass selbst Betriebe, die innerhalb einer Region wirtschaften, also bei gleichen Temperatur- und Niederschlagsverhältnissen, ähnlichen Bodenzahlen und sogar bei gleichen Applikationstechniken, oft untereinander deutliche Unterschiede in der Stickstoffbilanz aufweisen. Einige schaffen die Bilanz von 50 Kilogramm N/ha seit jeher, andere eben nicht. Wenn es also nicht an den allgemeinen Standortbedingungen und auch nicht an der Applikationstechnik liegt, woran dann? Worin gründen die Unterschiede, was sind die Stellschrauben?

Die Ursachen für die unterschiedliche Stickstoffausnutzung sind dann häufig im Boden, der die Grundlage der pflanzlichen Produktion darstellt, zu suchen. Die nachfolgenden Abschnitte fokussieren daher auf Aspekte der Bodenfruchtbarkeit, sprechen einige Ursachen für eine unzureichende Stickstoffausnutzung an und stellen zudem Vorschläge für Lösungsansätze vor.

 
Die Bodenfeuchte im Frühjahr für die Stickstoffdüngung nutzen

Pflanzen können nur diejenigen Nährstoffe aufnehmen, die ihnen unmittelbar über die Bodenlösung zugänglich sind. Kann ein Stickstoffdünger nach der Applikation aufgrund mangelnder Bodenfeuchte in der Krume nicht in Lösung gehen, so steht der zugeführte Stickstoff der Pflanze nicht zur Verfügung und es kann Stickstoffmangel auftreten. Von Bedeutung ist dies besonders in Gebieten mit ausgeprägter Vorsommertrockenheit wie beispielsweise im mitteldeutschen Trockengebiet. Erfolgt aufgrund später in der Vegetationsperiode einsetzender Niederschläge eine Lösung des Düngers, so kommt der Stickstoff der Pflanze mitunter nicht mehr zugute. Wegen des späten Stickstoffschubes erhöhen sich die Gefahren von Abreifeverzögerung, Lagerneigung und Qualitätseinbußen.

Kurzum: Selbst bei bedarfsorientierter Düngung steht der Stickstoff nicht „fristgerecht“ zur Verfügung. Eine Applikation unmittelbar zum Zeitpunkt des Bedarfs führt also in diesem Fall nicht zum gewünschten Erfolg. Abhilfe kann geschaffen werden, indem gleich zu Vegetationsbeginn, wenn noch genügend Bodenfeuchte vorhanden ist, eine über den aktuellen Bedarf hinausgehende Stickstoffmenge appliziert wird. Auf diese Weise kann im Boden ein gewisser Vorrat aufgebaut werden, welcher dann – selbst bei austrocknendem Oberboden – von den Pflanzenwurzeln aufgenommen werden kann. Die stabilisierte Stickstoffdüngung, mit welcher der größte Teil des Bedarfs gleich zu oder kurz vor Vegetationsbeginn appliziert werden kann, bietet hierfür ideale Strategien.

Kaliumarme Tonböden fixieren Ammoniumstickstoff

Das Kaliumion (K+) und das Ammoniumion (NH4+) sind ähnlich groß. Beide Ionen weisen daher im Boden ein ähnliches Bindungsverhalten auf und werden auf tonreichen Böden in den Zwischenschichten der Tonminerale fixiert. Ist ein tonreicher Boden stark an Kalium verarmt, dann besteht nach NH4+-Düngung die Gefahr einer sogenannten tonmineralogischen NH4+-Fixierung. Erst durch eine sehr deutliche Absenkung der Lösungskonzentration geben die Tonminerale das NH4+ allmählich wieder frei; die Stickstoffausnutzung ist dann aber in jedem Falle herabgesetzt. Eine Wiederfreisetzung von tonmineralogisch gebundenen NH4+ findet nur dann statt, wenn die Lösungskonzentration von NH4+ und K+ gering ist – kann also nur durch Pflanzenaufnahme oder Nitrifikation erreicht werden. Eine nachträgliche Kaliumdüngung führt auf solchen Standorten hingegen nicht zu einer verstärkten NH4+-Freisetzung. Durch eine optimale Kaliumversorgung der Böden kann man diesem Problem rechtzeitig vorbeugen.

 

Bodenverdichtungen und Störschichten schränken die Stickstoffausnutzung ein

Auch massive Verdichtungen des Bodens, die durch zu schwere Fahrzeuge besonders unter feuchten Bedingungen entstehen, schränken die Stickstoffeffizienz maßgeblich ein. Dies kann einmal direkt auf den Umstand zurückgehen, dass Verdichtungen verständlicherweise eine mechanische Barriere für die Wurzeln darstellen – der durchwurzelbare Raum wird also kleiner. Ein Boden, der nicht von der Wurzel erschlossen werden kann, kann selbst bei hohem Nährstoffgehalt nicht zur Pflanzenernährung beitragen. Auf der anderen Seite können Verdichtungen aber auch den Wasser- und Gasaustausch zwischen Boden und Atmosphäre behindern. Eine Verdichtung oder Verschlämmung direkt an der Bodenoberfläche kann eine Anreicherung von CO2 im Wurzeltraum zur Folge haben, was sich dann wiederum negativ auf die Wurzelbildung auswirkt.

Ein „echter Klassiker“ sind Störschichten, wie sie besonders auf schweren Böden unter feucht-schmierigen Bedingungen beim Pflügen oder Grubbern mit breiten Scharen oder aber auch infolge mangelhafter Stroheinarbeitung entstehen können. Sie mindern einerseits den Wurzeltiefgang und unterbinden andererseits vertikale Wasser- und Luftbewegungen im Boden. Das führt dazu, dass Pflanzen den Boden sowie dessen Nährstoff- und Wasservorräte unterhalb der Störschicht nicht erschließen können. Andererseits ist aus gleichem Grund der kapillare Wasseraufstieg mitsamt gelöster Nährstoffe behindert. Hinsichtlich der Stickstoffdüngung im Frühjahr könnte man nun denken, dass eine Störschicht auch eine Barriere für eine mögliche Stickstoffverlagerung nach unten darstellt, was auch nicht abwegig ist. Haben wir aber einen tiefgründigen, besseren Standort in einem Trockengebiet, dann ist der erste ertragslimitierende Faktor zumeist das Wasser.

Ein Beispiel: Ein tiefgründiger Bördeboden kann bei einer Mächtigkeit von einem Meter durchaus 200 bis 250 Liter Wasser je Quadratmeter speichern, welche von Getreide oder Rüben in störungsfreien Böden auch ohne weiteres erschlossen werden können. Bei einer Störschicht in 25 bis 30 cm Tiefe, stehen den Pflanzen bei gleichmäßiger vertikaler Wasserverteilung, davon aber rein rechnerisch nur 50 bis 75 Liter zur Verfügung. Bei längeren Trockenphasen brechen dann die Bestände wegen Wassermangels zusammen, obwohl im Boden genügend Nährstoffe und unterhalb der Verdichtung auch genügend Wasser vorhanden sind. Eine Pflanze, die verdurstet, kann keine Nährstoffe effizient nutzen – eine schlechte Stickstoffeffizienz ist hier vorprogrammiert. Auf der anderen Seite führen derartige Verdichtungen zu einer geringeren Regenverdaulichkeit und daher bei ausgiebigen Niederschlägen zu oft langanhaltender Staunässe. Dies führt dann zu Sauerstoffarmut bei gleichzeitiger Anreicherung von Kohlensäure, mit der Folge eines verminderten Wurzelwachstums. Ferner bildet sich unter solchen Bedingungen ausgehend vom Nitrat Lachgas, das zum einen als klimarelevantes Gas die Umwelt belastet und zum anderen einen Stickstoffverlust bedeutet.

Frost- und Trockengare sind die „natürlichen Gegenspieler“ von hausgemachten Verdichtungen – aber die brauchen Zeit, oft Jahre. Wichtiger ist hier die Vorbeugung: Konsequente Vermeidung von Verdichtungen, also kein Befahren und erst recht keine Bodenbearbeitung bei zu hoher Bodenfeuchte. Ferner sollte die Pflugtiefe von Jahr zu Jahr variiert und auch auf eine gleichmäßige Verteilung und Einarbeitung von Ernteresten geachtet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht im Anbau tiefwurzelnder Zwischenfrüchte, welche die Bodenstruktur auch in tieferen Schichten sanieren und dort zugleich Nährstoffe erschließen können. Hier sollte man allerdings keine Wunder erwarten, denn Effekte werden dadurch nur längerfristig erzielt.

Bislang sind wir darauf eingegangen, wie wichtig die Terminierung der Düngung, die Kaliumversorgung besonders von tonreichen Böden und die Vermeidung von Bodenverdichtungen für eine effiziente Ausnutzung von Stickstoffdüngern und analog auch von allen anderen Nährstoffen bzw. Düngern sind. Damit diese Maßnahmen jedoch nachhaltig zum Erfolg führen können, müssen im Boden die Voraussetzungen für eine optimale Krümelstruktur geschaffen werden. Wie hierauf positiv Einfluss genommen werden kann, erklären wir im Beitrag der kommenden Woche.

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