Neue Strategien zur Verwertung von Kleegras als Düngemittel von Prof. Dr. Knut Schmidtke

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1 Gäa-Wintertagung bis Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Fakultät Landbau/Umwelt/Chemie FG Ökologischer Landbau Herausforderung Düngen im ökologischen Landbau Neue Strategien zur Verwertung von Kleegras als Düngemittel von Prof. Dr. Knut Schmidtke

2 Leistungsfähige Fruchtfolge im ökologischen Landbau Rotklee(-gras) 1. Winterroggen Winterweizen Ackerbohne Mais 4. Wintertriticale

3 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) 2 (2005) LKG 3 (2006) Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen 6 (2009) Winterroggen

4 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) Marktfrucht mit Grünbrache Hafer 2 (2005) LKG Grünbrache LKG 3 (2006) Winterweizen Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen Erbsen 6 (2009) Winterroggen Winterroggen

5 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) Marktfrucht mit Grünbrache Hafer 2 (2005) LKG Grünbrache LKG Marktfrucht ohne Grünbrache Hafer Ackerbohnen 3 (2006) Winterweizen Winterweizen Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln Kartoffeln Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen Erbsen Erbsen 6 (2009) Winterroggen Winterroggen Winterroggen Ackerflächenverhältnis Futterleguminosen 33,3 % 16,7 % 0 %

6 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) Marktfrucht mit Grünbrache Hafer 2 (2005) LKG Grünbrache LKG Marktfrucht ohne Grünbrache Hafer Ackerbohnen 3 (2006) Winterweizen Winterweizen Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln Kartoffeln Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen Erbsen Erbsen 6 (2009) Winterroggen Winterroggen Winterroggen Ackerflächenverhältnis Futterleguminosen 33,3 % 16,7 % 0 % Körnerleguminosen 0 % 16,7 % 33 %

7 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) Marktfrucht mit Grünbrache Hafer 2 (2005) LKG Grünbrache LKG Marktfrucht ohne Grünbrache Hafer Ackerbohnen 3 (2006) Winterweizen Winterweizen Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln Kartoffeln Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen Erbsen Erbsen 6 (2009) Winterroggen Winterroggen Winterroggen Ackerflächenverhältnis Futterleguminosen 33,3 % 16,7 % 0 % Körnerleguminosen 0 % 16,7 % 33 % Hackfrucht 16,7 % 16,7 % 16,7 % Getreide 50 % 50 % 50 %

8 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) Marktfrucht mit Grünbrache Hafer 2 (2005) LKG Grünbrache LKG Marktfrucht ohne Grünbrache Hafer Ackerbohnen 3 (2006) Winterweizen Winterweizen Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln Kartoffeln Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen Erbsen Erbsen 6 (2009) Winterroggen Winterroggen Winterroggen Leistungen Ertrag (dt TM je ha) 98 (= 100 %) 89 (90 %) 73 (75 %)

9 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) Marktfrucht mit Grünbrache Hafer 2 (2005) LKG Grünbrache LKG Marktfrucht ohne Grünbrache Hafer Ackerbohnen 3 (2006) Winterweizen Winterweizen Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln Kartoffeln Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen Erbsen Erbsen 6 (2009) Winterroggen Winterroggen Winterroggen Leistungen Ertrag (dt TM je ha) 98 (= 100 %) 89 (90 %) 73 (75 %) N im Aufwuchs (kg je ha) 191 (= 100%) 166 (87 %) 140 (73 %)

10 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) Marktfrucht mit Grünbrache Hafer 2 (2005) LKG Grünbrache LKG Marktfrucht ohne Grünbrache Hafer Ackerbohnen 3 (2006) Winterweizen Winterweizen Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln Kartoffeln Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen Erbsen Erbsen 6 (2009) Winterroggen Winterroggen Winterroggen Leistungen Ertrag (dt TM je ha) 98 (= 100 %) 89 (90 %) 73 (75 %) N im Aufwuchs (kg je ha) 191 (= 100%) 166 (87 %) 140 (73 %) N im Boden (kg je ha und Jahr) Humusvorrat (t je ha) 93 (= 100 %) 88 (95 %) 83 (89%)

11 Tab. 1: Ökologischer Ackerbauversuch Gladbacherhof (Leithold et al. 2015) Fruchtfolge- Feld (Jahr) Gemischt (Rinder) 1 (2004) Luzerne-Kleegras (LKG) Marktfrucht mit Grünbrache Hafer 2 (2005) LKG Grünbrache LKG Marktfrucht ohne Grünbrache Hafer Ackerbohnen 3 (2006) Winterweizen Winterweizen Winterweizen 4 (2007) Kartoffeln Kartoffeln Kartoffeln 5 (2008) Winterweizen Erbsen Erbsen 6 (2009) Winterroggen Winterroggen Winterroggen Leistungen Betriebszweigergebnis ohne Prämie ( je ha u. a) Betriebszweigergebnis mit Prämie ( je ha u. a)

12 Futtermittel Verwertung von Futterleguminosen

13 Tab. 2: Spross- und Wurzel-TM-Ertrag sowie symbiotisch fixierte N 2 -Menge in Spross und Wurzel von Luzerne, Rotklee und Persischem Klee im 1. Hauptnutzungsjahr (Jung, 2003) TM-Ertrag [dt TM/ha ] Luzerne 1) 207 Rotklee 1) 186 Persischer Klee 2) 103 1) nach Blanksaat im August des vorhergehenden Jahres 2) nach Blanksaat im April des Hauptnutzungsjahres

14 Tab. 2: Spross- und Wurzel-TM-Ertrag sowie symbiotisch fixierte N 2 -Menge in Spross und Wurzel von Luzerne, Rotklee und Persischem Klee im 1. Hauptnutzungsjahr (Jung, 2003) TM-Ertrag [dt TM/ha ] N 2 -Fixierleistung [kg N/ha] Luzerne 1) Rotklee 1) Persischer Klee 2) ) nach Blanksaat im August des vorhergehenden Jahres 2) nach Blanksaat im April des Hauptnutzungsjahres

15 N-Flächenbilanzsaldo Tab. 3: Symbiotisch fixierte N 2 -Menge, Schnittgut-N und N-Saldo von Luzerne, Rotklee und Persischem Klee im 1. Hauptnutzungsjahr (Jung, 2003) N 2 -Fixierleistung [kg N/ha] N im Schnittgut [kg N/ha] N-Saldo 3) [kg N/ha] Luzerne 1) (+82) Rotklee 1) (+29) Persischer Klee 2) (-52) 1) nach Blanksaat im August des vorhergehenden Jahres 2) nach Blanksaat im April des Hauptnutzungsjahres 3) In Klammern : N-Saldo einschließlich Rhizodepositions-N (0,10 der N 2 -Fixierleistung nach Landgraf 2016) Maßnahme: Wenn immer möglich überjährigen statt einjährigen Futterleguminosenanbau mit Luzerne oder Rotklee vorsehen

16 Futtermittel Verwertung von Futterleguminosen

17 Verwertung von Futterleguminosen Futtermittel Grünbrache

18 Tab. 4: N 2 -Fixierleistung eines Luzerne-Gras-Bestandes bei Schnittnutzung und Grünbrachenutzung (Loges, 2002) Abfuhr Schnittgut Grünbrache (Mulchen) N 2 -Fixierleistung [kg je ha]

19 3 2,5 2 1,5 1 [g N H 3 -N /m ²] G ra s * m it 2,9 8 % N G ra s + m it 0,9 2 % N K o n tro lle o h n e G ra s Rotklee-Saatgut TKG = 2 bis 3 g Grasmulch mit 2,98 % N + 1 6,4 k g N /h a 0,5 Rotklee-Keimpflanze - 6,5 7 k g N /h a T a g e * 53 dt TM Grasmulch, der insgesamt 157,9 kg N beinhaltet + 93 dt TM Grasmuch, der insgesamt 85,4 kg N beinhaltet Grasmulch mit 0,92 % N Abb. 1: Kumulative NH 3 -N-Abgasung aus Grasmulch (Lolium perenne L.) in Windtunneln (Whitehead & Lockyer 1989)

20 Verwertung von Futterleguminosen Futtermittel Grünbrache

21 Verwertung von Futterleguminosen Futtermittel Gärsubstrat Grünbrache

22 Tab. 5: Nährstoffentzug durch die Abfuhr von 100 dt TM/ha Schnittgutertrag (= 500 dt FM/ha) von Luzerne und Rotklee N [kg/ha] P [kg/ha] Luzerne Rotklee

23 Tab. 6: Nährstoffentzug durch die Abfuhr von 100 dt TM/ha Schnittgutertrag (= 500 dt FM/ha) von Luzerne und Rotklee N [kg/ha] P [kg/ha] K [kg/ha] S [kg/ha] Luzerne Rotklee Nährstoffwert (nur P + K) des Entzuges: ca. 0,6 * je dt FM = 300 /ha Fazit: Nährstoffexport bei Verkauf/Abgabe von Futterleguminosenschnittgut ist konsequent zu berücksichtigen * Michel et al. 2010

24 Verwertung von Futterleguminosen Futtermittel Gärsubstrat Grünbrache

25 Verwertung von Futterleguminosen Futtermittel Gärsubstrat Grünbrache Vegetabiles Düngemittel

26 Verwertung von Futterleguminosen als Düngemittel Cut and Compost

27 Cut and Compost Bioland Betrieb Hans Pfänder (Foto: Lindauer 2011)

28 Cut and Compost Erforderliche Substrate zur Kompostierung von Kleegras - Futterleguminosen(-gras)schnittgut - etwas Boden oder Kompost - Strukturstabiles Material mit weitem C/N-Verhältnis, z.b. Stroh - Ziel: Mittleres C/N-Verhältnis von > 30 in der zu kompostierenden Biomasse Überwachung von Feuchtigkeit, Temperatur und des ph-wertes, zum Abschluss auch die Verträglichkeit auf Pflanzenwachstum (Kressetest) Nährstoffwirkung des Kompostes: Schnelle Kaliumwirkung, geringe kurzfristige N-Wirkung (Fotos: Lindauer 2011)

29 Verwertung von Futterleguminosen als Düngemittel Cut and Compost

30 Tab. 3: Symbiotisch fixierte N 2 -Menge, Schnittgut-N und N-Saldo von Luzerne, Rotklee und Persischem Klee im 1. Hauptnutzungsjahr (Jung, 2003) N 2 -Fixierleistung [kg N/ha] N im Schnittgut [kg N/ha] Luzerne 1) Rotklee 1) Persischer Klee 2) ) nach Blanksaat im August des vorhergehenden Jahres 2) nach Blanksaat im April des Hauptnutzungsjahres

31 Verwertung von Futterleguminosen als Düngemittel Cut and Compost Cut and Carry

32 System Cut and Carry Foto: Christoph Stumm, IOL Uni Bonn Kosten: ca. 120 /ha Häckseln + Transport + 5 /t für Ausbringen mit Kompoststreuer

33 Ziel: Bodenschutz, Unkrautunterdrückung, Nährstoffzufuhr Nährstoffwirkung des Mulches: Schnelle Kaliumwirkung kurzfristige N-Wirkung nur bei engem C/N-Verhältnis des Mulches (< 12) Bei engem C/N-Verhältnis im Mulch: hohe Verluste an N über Ammoniak (> 15 % von Gesamt-N) (Foto: randenhof.ch)

34 Abb. 2: Einfluss des C/N-Verhältnis auf die N-Freisetzung aus organischen Düngemittel, Literaturangaben aus Feld-,Gefäß- und Bebrütungsversuchen (Möller & Schultheiß 2014)

35 3 2,5 2 1,5 1 [g N H 3 -N /m ²] G ra s * m it 2,9 8 % N G ra s + m it 0,9 2 % N K o n tro lle o h n e G ra s Rotklee-Saatgut TKG = 2 bis 3 g Grasmulch mit 2,98 % N + 1 6,4 k g N /h a 0,5 Rotklee-Keimpflanze - 6,5 7 k g N /h a T a g e * 53 dt TM Grasmulch, der insgesamt 157,9 kg N beinhaltet + 93 dt TM Grasmuch, der insgesamt 85,4 kg N beinhaltet Grasmulch mit 0,92 % N Abb. 1: Kumulative NH 3 -N-Abgasung aus Grasmulch (Lolium perenne L.) in Windtunneln (Whitehead & Lockyer 1989)

36 Foto: Christoph Stumm, IOL Uni Bonn System Cut and Carry

37 Tab. 7: Einfluss organischer Düngung (120 kg N/ha) auf den Kornertrag von Winterraps (Angaben in dt/ha, Stumm 2017) Kontrolle 19,4 25,4 Haarmehlpellets 26,4 45,4 Gärrest 22,2 40,9 Kleegrassilage 25,3 25,7 Kleegras 24,7 41,0

38 Verwertung von Futterleguminosen als Düngemittel Cut and Compost Cut and Carry

39 Optionen zum Einsatz von Futterleguminosen Cut and Carry Rotklee(-gras) 1. Winterraps 2. Schnitt Winterweizen 1. Schnitt Ackerbohne Mais 4. Wintertriticale 3. Schnitt

40 Verwertung von Futterleguminosen als Düngemittel Cut and Compost Cut and Carry

41 Verwertung von Futterleguminosen als Düngemittel Cut and Compost Cut and Carry Cut and Dry

42 Entwicklung und Erprobung eines neuartigen, aus dem ökologischen Landbau stammenden stickstoffreichen Düngemittels für den ökologischen Gemüsebau (Scheffler & Schmidtke 2016)

43 1. Schritt: Test 9 verschiedener Futterleguminosenarten hinsichtlich C/N-Verhältnis im Schnittgut, Ertragsleistung (TM und N) bei 4 bis 7 Schnitten/Jahr - Alexandrinerklee - Gelbklee - Hornklee - Luzerne - Persischer Klee - Rotklee - Schwedenklee - Weißer Steinklee - Weißklee

44 TM-Ertrag in dt je ha u. a Rotklee Weißklee Schwedenklee Alexandrinerklee Persischer Klee Alexandrinerklee Steinklee, Luzerne Gelbklee Hornklee, Gelbklee Hornklee Luzerne Perserklee Rotklee Schwedenklee Steinklee Weißklee Jun Jul Aug Sep Oct Nov Abb. 3: Kumulierter Schnittgut-TM-Ertrag im Jahr 2013 (Scheffler & Schmidtke 2016)

45 C/N-Verhältnis im Schnittgut Jun Jul Aug Sep Oct Nov Persischer Klee Alexandrinerklee Hornklee Schwedenklee Rotklee Gelbklee Weißklee Alexandrinerklee Gelbklee Hornklee Luzerne Perserklee Rotklee Schwedenklee Steinklee Weißklee Abb. 4: C/N-Verhältnisse im Schnittgut im Jahr 2013 (Scheffler & Schmidtke 2016)

46 Test auf Pflanzenverträglichkeit

47 Keimtest 100 normal gekeimt nicht normal gekeimt nicht gekeimt Anteil der Samen [%] ub.k. Al Ge Ho Lu Pe Ro Sc St We Al Ge Ho Lu Pe Ro Sc St We Al Ge Ho Lu Pe Ro Sc St We Pflanzenmaterial des II. Schnitttermins Pflanzenmaterial des III. Schnitttermins Pflanzenmaterial des letzten Schnitttermins Abb. 5: Keimung von Kressesamen auf Filterpapier unter Zugabe von 0,2 g TM vermahlenem Leguminosenschnittguts je Petrischale mit 50 Samen (Abkürzungen: ub.k.- unbehandelte Kontrolle, Al- Alexandrinerklee, Ge- Gelbklee, Ho- Hornklee, Lu- Luzerne, Pe- Persischer Klee, Ro- Rotklee, Sc-Schwedenklee, St- Steinklee, We- Weißklee) (Scheffler & Schmidtke 2016)

48 Testung der drei im Vortest besten Futterleguminosen: Weißklee, Rotklee Schwedenklee Abb. 6: Versuchsanlage Futterleguminosen 03. Juli 2014 unmittelbar vor dem sechsten Schnitt (Foto Scheffler 2014)

49 TM-Ertrag dt je ha u. a Rotklee Schwedenklee Weißklee 0 Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Rotklee Weißklee Schwedenklee Abb. 7: Kumulierter Schnittgut-TM-Ertrag in 2014 (Scheffler & Schmidtke 2016)

50 kumuliete N-Abfuhr in kg je ha u.a Rotklee Schwedenklee Weißklee 0 Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Rotklee Weißklee Schwedenklee Abb. 8: Kumulierte Stickstoffabfuhr im Schnittgut-TM-Ertrag in 2014 (Scheffler & Schmidtke 2016)

51 11.5 gewichtetes C:N Verhältnis b* a* a* Weißklee Schweden- Rotklee klee Weißklee Schwedenklee Rotklee Abb. 9: Gewichtetes C/N-Verhältnis des Leguminosenschnittguts in 2014 (unterschiedliche Kleinbuchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede, Tukey-Test, α<0,05, Scheffler & Schmidtke 2016)

52 Feldversuch Düngung von Spinat Tab. 8: Charakterisierung der eingesetzte Düngemittel Düngerart N-Gehalt im Dünger [%] C/N- Verhältnis Dünger-TM [dt/ha] Hornmehl 14,1 3 12/ 24 Maltaflor* 4,9 8 34/ 68 Rotklee 4, / 74 Weißklee 4, / 71 Weißklee-Pellet 3, / 105

53 Abb. 10: Nach der Ausbringung von Hornmehl links und Weißklee rechts

54 Abb. 11: Düngungsversuch zu Spinat, Taucha 2015 (Foto: Scheffler 2015)

55 Ertrag dt FM je ha Variante Kontrolle Hornmehl Maltaflor Rotklee Weißklee Weißklee-Pellet kg N/ha 166 kg N/ha 332 kg N/ha Stollsdorf 0 kg N/ha 166 kg N/ha 332 kg N/ha Taucha Abb. 12: Einfluss der Düngung auf den Spinat-FM-Ertrag an zwei Standorten am 12. bzw

56 N-Aufnahmein kg N je ha Variante Hornmehl Maltaflor Rotklee Weißklee Weißklee-Pellet 0 kg N/ha 166 kg N/ha 332 kg N/ha Stollsdorf 0 kg N/ha 166 kg N/ha 332 kg N/ha Taucha Abb. 13: Einfluss der Düngung auf die Stickstoffaufnahme von Spinat an zwei Standorten (Scheffler & Schmidtke 2016)

57 scheinbare N-Ausnutzung in% Hornmehl Rotklee Weißklee Weißklee-Pellet 8mm 0 Düngung: Düngestufe 166 kg N/ha Düngung: Düngestufe 332 kg N/ha Abb. 14: Scheinbare Stickstoffausnutzung des gedünten Stickstoff durch Spinat am Standort Taucha (Scheffler & Schmidtke 2016)

58 grünerdüngen GmbH Dresden

59 30 28 Kornertrag Raps [dt ha -1 ] a a a a a a a 16 0 Kontrolle Breit Reihe Zwischenraum Biogasgülle Breit Reihe Zwischen -raum Grünmehlpellets Abb. 15: Kornertrag des Rapses in Abhängigkeit von der Düngung im Mittel über vier Umwelten, zweifaktoriell, keine signifikanten Wechselwirkungen Umwelt Düngung vorhanden (Lux et al. 2018)

60 Fazit Neue Strategien zur Verwertung von Kleegras als Düngemittel Um mit dem Schnittgut von Klee eine gute Düngewirkung des gedüngten Stickstoffs zu erzielen, sollten: 1. Rot- oder Weißklee genutzt werden, 2. die Pflanzen sehr jung geschnitten werden: C/N: 10, 3. das Schnittgut zur Minderung von gasförmigen N-Verlusten eingearbeitet werden, 4. und kostengünstige Konservierungsverfahren erarbeitet werden.

61 Verwertung von Futterleguminosen als Düngemittel Cut and Compost Cut and Carry Cut and Dry Cut and Conserve?

62 Gäa-Wintertagung bis Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Fakultät Landbau/Umwelt/Chemie FG Ökologischer Landbau Herausforderung Düngen im ökologischen Landbau Neue Strategien zur Verwertung von Kleegras als Düngemittel von Prof. Dr. Knut Schmidtke Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit!