N-Management im ökologischen Landbau (Futterleguminosengras, Bodenbearbeitung, Fruchtfolge)

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1 Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. Institut für Landnutzungssysteme Naturland Ackerbautagung Nord-Ost 18. Feb Johann Bachinger, Ralf Bloch, Moritz Reckling N-Management im ökologischen Landbau (Futterleguminosengras, Bodenbearbeitung, Fruchtfolge)

2 Gliederung Überblick zu N-Flüsse und N-Pools im ökologischen Betrieb innerbetriebliche N-Verluste und Einflussgrößen der N-Mineralisierung Überblick über die Arbeiten am ZALF zu Stickstoffmanagement im ÖL (Versuchen, Planungsgrundlagen, Planungswerkzeuge Modellentwicklungen) Futterleguminosenanbau und N 2 -Fixierung Schätzverfahren und modelle Internettools, Versuche Anbauverfahrensentwicklung Möglichkeiten zur verbesserten Abstimmung von N-Mineralisierung und N-Aufnahme (Aussaattermin Wintergetreide, Zwischenfruchtanbau, Zweinutzungsverfahren bei Silomais, Bodenbearbeitung) Standortsspezifischen Fruchtfolgeplanung (N-Bilanzen inklusive N- Austräge, Kalkulationsbeispiele des Fruchtfolgeplaners ROTOR)

3 Justus v. Liebig zum Thema Stickstoff Es haben Millionen Menschen seit Jahrtausenden geglaubt und Millionen glauben es noch, daß die Sonne sich um die Erde bewege, weil der Augenschein dafür spricht. In gleicher Weise haben Tausende von Landwirten geglaubt und Tausende glauben es noch, daß sich alle Interessen der praktischen Agrikultur um den Stickstoff" bewegen, und dennoch ist diese Ansicht niemals wissenschaftlich begründet worden, noch wird sie jemals wissenschaftlich begründet werden können, weil alle Fortschritte und alle Verbesserungen in der Landwirtschaft sich um den Boden bewegen. (Über Theorie und Praxis in der Landwirtschaft,1856, Braunschweig)

4 Standortabhängige Hauptfragen des N-Managements Im Ökologischen Landbau 1. Habe ich auf meinen Flächen zumindest ein ausgeglichenes N- Saldo? (Dabei Nitrat-Austräge und Lagerungsverluste bei Wirtschaftsdünger mit berücksichtigen; Zielerträge) 2. Nach welcher Vor- bzw. Vorvorfrucht kann ich auf meinem Standort wann mit wieviel N-Mineralisation rechnen? 3. Mit welcher Fruchtart und mit welchem Anbauverfahren kann ich den N-Aufnahme mit der N-Mineralisation aus synchronisieren? (Bodenbearbeitung, Striegeln / Hacken; Zwischenfruchtanbau; Aussaat, Saatzeitpunkt, Sorte, Saatstärke, organische Düngung, Art, Menge, Zeitpunkt) Schwerpunkt: strategische, langfristige Planungebene

5 N-Pools und N-Flüsse in Produktionssystemen des Ökologischen Landbaus Futterzukauf N 2 Verkauf gasförm. Lagerverluste Verkauf Körnerleg. Zukaufsdünger Tierbesatz Biogas Dunglager Spross Wurzel Spross Wurzel Tiere Pflanzen Leguminosen Nichtleguminosen Verkauf gasförm. Ausbring.- Verluste Biogasgülle! Organ. Substanz leicht / schwer zersetzbar 100 : Nitratauswaschung N min NO 3 NH 3 Denitrifikation mikrob. Biomasse Bakterien / Pilze Protozoen 2-5 jede N-Mineralisierung nur durch intrazellulären Mikrobenstoffwechsel leicht mineralisierbare org. Substanz (C:N-Verhältnis) ausreichend Wasser / O 2 / Temp / ph physikalische Zugänglichkeit Boden Produktionssystem

6 Die Höhe der mikrobiellen N-Freisetzung hängt ab: 1. von der Menge an mineralisierbarer organischer Substanz im Boden (Pflanzenrückstände, organische Dünger, Humus) 2. deren C:N-Verhältnis 3. ph-wert 4. deren mikrobieller Verfügbarkeit (physikalische Zugänglichkeit) 5. Bodenwassergehalt 6. Bodensauerstoffgehalt 7. Bodentemperatur Temperaturerhöhung um 10 C 2-3fach schnellerer Umsatz

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8 Modellrechnung zur Größenordnung von Stickstoffgehalten und jährlicher Mineralisation in Abhängigkeit der Bodengüte Annahmen: - Humus - Humus = 1,724 = C org 1,724 mit C/N C10/1 org mit C/N 10/1-2 % jährliche Abbaurate von C org org mm NS Winterhalbjahr

9 Verbesserung der N-Flüsse in Anbausystemen des ÖL (leichte Standorte) Gerade leichten Standorte bedürfen wegen ihrer begrenzten Wasser und Nährstoffverfügbarkeit einer konsequenten Gestaltung der Anbausysteme. Im Mittelpunkt stehen dabei: 1. Wie optimiere ich standortspezifisch den Leguminosen-Grasanbau in Hinblick auf die N 2 - Fixierung? 2. Wie gestalte ich die Anbauverfahren (Bodenbearbeitung, Aussaatzeitpunkt, Zwischenfrucht) der einzelnen Fruchtarten und die Fruchtfolge, um N- Mineralisierung und N-Aufnahme zeitlich aneinander anzupassen?

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11 Einfluss von Ertrag und Leguminosenanteil bei Leguminosen- Gras-Beständen auf N 2 -Fixierung und N-Saldo Klee-Luzerne- Gras TM-Ertrag [dt ha -1 a -1 ] Leguminosenanteil in TM [%] N 2 -Fixierung / N-Saldo (20% Ernteverluste) [kg N ha -1 a -1 ] 45 (250 dt FM) 63 (350 dt FM) 81 (450 dt FM) 65 / / / / / / / / / 90

12 Vorfruchteffekt von Kleegras: N-Menge, Ernterückstands-N-Konzentration (Kleeanteil) Kornertrag Weizen [dt TM ha -1 ] Winkelhalbierende Regressionskurve Winterweizen nach Kleegras 1996 y = 22,82 + 0,252646x -0,000514x 2 B = 0,50*** n = Ernterückstands-N-Menge [kg N ha -1 ] Kornertrag Weizen [dt TM ha -1 ] Winkelhalbierende Regressionsgerade Winterweizen nach Kleegras 1996 y = 20, ,4416x B = 0,80*** n = Ernterückstands-N-Konzentration [% d. OM] Hauptertragsfaktor: C:N-Verhältnis der Ernterückstände (Kleeanteil) (Loges, 1996)

13 Für die Stickstoffbilanz von Futterleguminosengemengen relevante Einflussfaktoren - Ertrag - Leguminosenanteil - Ernte- und Bröckelverluste 1. PC-Trainingsprogrammes zur Abschätzung des Leguminosenanteils 2. N-Saldorechner für Futterleguminosen-Gras-Gemenge

14 Leguminosen-Schätztrainer

15 N-Saldo-Rechner einzelner Aufwüchse von Futterleguminosen-Gras-Gemenge

16 Futterleguminosengrasgemenge Optimierung von Anbau und Nutzungverfahren Wahl der Ansaatpartner Nährstoffversorgung (ph-wert, Molybdän, Zink, Schwefel ) Ansaatart (Blank- Untersaat in Winter bzw. Sommergetreide) Ansaattechnik Nutzung (Schnitthöhe und zeitpunkt)

17 Optimierung Leguminosengrasanbau - Mischungpartner Streifenversuch 1. Hauptnutzungsjahr Varianten: Rotklee-Gras Rotklee-Luzerne Luzerne-Gras Luzerne-Gras 16.Mai 2006

18 28. Juni 2006

19 30. Aug. 2006

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21 Teilflächspezifische Kalkung Standortflexible Leguminosengrasgemenge

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23 dt TM/ha 35,1 Luz 7,8% Klee 79,3% Gras 12,9% Untersaat in Winterroggen Foto: Ernte: dt TM/ha 35,4 Luz 34,3% Klee 33,1% Gras 32,6% Untersaat in Hafer Foto: Ernte:

24 Anpassung von Anbauverfahren zur besseren Abstimmung von N-Aufnahme und N-Mineralisation Frühsaaten bei Wintergetreide (Winterroggen;Triticale) Untersaaten und Zwischenfrüchte (bei/nach Körnerleguminosen) Bodenbearbeitungsintensität Zweitfruchtsysteme (Leguminosengras / Silomais)

25 Wintergetreidefrühsaat: Winterroggen & Triticale Winterroggen Aussaattermine: 3. Sept. / 21. Sept.

26 Prof. Alkämper: Grundregel der Unkrautbekämpfung: Der Kulturpflanze einen Entwicklungsvorsprung zu verschaffen 38 dt/ha 32 dt/ha Winterroggen Aussaattermine/-stärke: 3. Sept. / 240 Köm Sept. / 310 Köm -2

27 23 dt/ha 32 dt/ha Triticale Aussaattermine/-stärke: 21. Sept. / 280 Köm Sept. / 140 Köm -2

28 Nitrat-N-Gehalte zu Vegetationsende bzw. Vegetationsbeginn unter Winterroggen nach Winterweizenvorfrucht in Abhängigkeit vom Aussaattermin 100 a b b cm cm 0-30 cm 60 Mitte November Ende April kg N/ha a a a Sept. 26. Sept. 16. Oct. 6. Sept. 26. Sept. 16. Oct.

29 Einfluss des Aussaattermins auf den N-Gehalt in der oberirdischen Einfluss dces Biomasse Aussaattermins zu Vegetationsende auf den N-Gehalt in und der oberirdischen den Kornertrag Biomasse zu Vegetationsende von Winterroggen und den Kornertrag von Winterroggen a b c a a b kg N* ha dt*ha N in oberirdischer Biomasse Mitte November Kornertrag 14% TM Sept. 26. Sept. 16. Oct. 6. Sept. 26. Sept. 16. Oct. 0

30 N-Verlustminimierung nach Körnerleguminosenanbau durch Untersaaten / Stoppelsaaten

31 Erträge der Folgefrucht Hafer nach Untersaatvarianten bei Erbsen b [dt ha -1 ] a a a a 10 0 ohne KG KG/WG WG WG/KG Wi.- Rübsen KG KG/WG WG WG/KG Feuchter Frühsommer KG = Knaulgras; WG = ausdauerndes Weidelgras Trockener Frühsommer

32 Vorteile der reduzierten Bodenbearbeitung (?) Reduzierung der Bodenerosion Verringerung unproduktiver Verdunstung (Bestand, Stoppel) Verbesserung der Durchwurzelbarkeit & -tiefe Erhöhung der Infiltrationsleistung Verbesserung der Befahrbarkeit (Frühjahr, Starkniederschläge) Foto: J. Bachinger 32

33 Mechanische Bestandesabtötung Wassersparende Stoppelbearbeitung 33

34 Verdunstungsreduktion durch flache nichtwendende Stoppelbearbeitung 34

35

36 Haferanbau vor Winterweizen nach zweijährigem Luzerne- Kleegras (Gut Wilmersdorf 2010)

37 Haferanbau vor Winterweizen nach zweijährigem Luzerne- Kleegras (Gut Wilmersdorf 2010) Bodenbearbeitung Bestandesdichte Halme/m 2 Ertrag (86% TM dt/ha) Max. Biomasse Unkraut/Legum. (TM dt/ha) Pflug Ringschneider

38 Silomais Frühsaat ohne Leguminosengrasernte Pflug / Ringschneider 8.Mai 6.Juni

39 Silomais Spätsaat nach Leguminosengrasernte Pflug / Ringschneider

40 Ringscheider, Aussaat 8. Mai

41 Pflug, Aussaat 8. Mai

42 Silomais + 1. Schnitt Leguminosengras Ertrag Trockenmasse 2013 Leguminosenanteil: 85 % N 2 -Fixierung: 140 kg N / ha

43 Nach Silomais (Pflug / Ringschneider)

44 Nach Silomais (Pflug / Ringschneider)

45 Verdunstungsreduktion durch mechanische Unkrautbekämpfung

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47 Ertragseinfluss der Bodenbearbeitung Pflug/Ringschneider bei Wintergetreide

48 Zwischenschwad-Stoppelbearbeitung & Zwischenfruchtaussaat [TM dt ha-1] Zwischenfruchtaufwuchs a b 0 Grubber Rings chneider Foto: R. Bloch 48

49 Aus folgenden Gründen spielt die Fruchtfolgeplanung im Ökologischen Landbau eine zentrale Rolle: - N-Versorgung weitgehend aus N 2 -Fixierung der Leguminosen - Ertragskalkulation für die betriebliche Futterversorgung - Regelung des Beikrautdruckes - Berücksichtigung phytosanitärer Restriktionen Deshalb wurde ein regelbasiertes Fruchtfolgemodell für zwei Anwendungsbereiche entwickelt: PC-gestütztes Planungswerkzeug (ROTOR) für den Praxiseinsatz zur strategischen und taktischen Fruchtfolgeplanung im ÖL

50 Fruchtfolgeplanung mit dem Computerprogramm ROTOR Kalkulation der Stickstoffbilanz N 2 -Fixierung, standort-, vorfrucht- und düngungs- abhängige Ertragsabschätzung & N-Austräge Abschätzung von Verunkrautungsrisiken mehrjährige, sommer- und winterannuelle Unkräuter Beachtung von Anbauobergrenzen einzelner Fruchtarten zur Vermeidung von bodenbürtigen Pflanzenkrankheiten Anbau von Untersaaten und Zwischenfrüchten und deren Bewertung hinsichtig N-Bilanz und Verunkrautungsrisiken

51 Bedeutung der standortabhängigen N-Bilanzen in der Fruchtfolgeplanung N-Entzüge (Fruchtfolgepaner ROTOR) Fruchtfolgen für viehlose Betriebe (525 mm Jahres-NS) Nitrat-Austrag [kg N *ha -1 *a -1 ] N-Effizienz ~ 1.5 N-Effizienz ~ nitrate-leaching [kg N *ha -1 *a -1 ] Nitrat-Austrag [kg N *ha -1 *a -1 ] N-Entzug [kg N *ha -1 *a -1 ] N-Entzug [kg N *ha -1 *a -1 ] 30 Ackerzahl: 25 Ackerzahl: 38 7f-FF 6f-FF 5f-FF 4f-FF 3f-FF Nitrat-Austrag [kg N *ha -1 *a -1 ] kg N-Auswaschung / ha*a N-Effizienz ~ 3 Ackerzahl: 50 Nitrat-Austrag [kg N *ha -1 *a -1 ] N-Effizienz ~ 4 Ackerzahl: N-Entzug [kg N *ha -1 *a -1 ] N-Entzug [kg N *ha -1 *a -1 ]

52 Verunkrautungsrisiken bei Getreide Fruchtart Verunkrautungsrisiko * perennierende annuelle Unkräuter Unkräuter sommer winter Winterroggen Winterweizen Wintergerste Triticale Hafer Sommergerste Sommerweizen Nichtwendende Bodenbearbeitung * - 4 bis +4: Negative Werte stehen für Verringerung und positive für Erhöhung des Verunkrautungsrisikos (wisssensbasiert)

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56 Leguminosenanteil 40%

57 Leguminosenanteil 60%

58 Fruchtfolge N-Salden mit Fruchtfolgeplaner ROTOR kalkuliert AZ 38 Fruchtart Ertrag [dt/ha] N 2 - Fixierung N- Entzug [kg N /ha] N- Austrag N-Saldo Stilllegung mit Legum.-Gras 2 x Mulchen 70% Leguminosen Winterraps Winterweizen Hafer/Erbse Triticale Legum.-Gras-US Fruchtfolgesalden:

59 Verbesserung der N-Flüsse im ÖL durch Gestaltung von Anbauverfahren und Fruchtfolgen 1. Optimierung des N-Inputs Erhöhung der N 2 -Fixierung durch standortangepassten Leguminosengrasanbau, standortangepasste/flexible Saatmischungen, ph-wert,.. 2. Minimierung der Nitrat-Verluste im Winter und nach der Ernte Zwischenfruchtanbau, Untersaaten, Aussaattermin Wintergetreide 3. Standortangepasste Synchronisierung von N-Mineralisation und N- Aufnahme / Bedarf Früchtefolgen, Zwischenfruchtwahl, Aussaattermine, Bodenbearbeitung 4. Optimierung der N-Mineralisierung im Frühjahr (Kalkung, Einarbeitungstiefe von organischer Düngung, Beregnung, Verdunstungsreduktion: Striegeln, Hacken, effektive Unkrautkontrolle) 5. Mindestens ausgeglichenes N-Saldo der Fruchtfolge unter Berücksichtigung a) des Leguminosenanteils im Leguminosengras b) potenzieller Nitrat-Austräge

60 Ökologischer Landbau Beratungsmaterialien für den Ökologischen Landbau 1 downloads/seiten/oekolandbau.aspx

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