Bioland Bayern e.v., Wintertagung Plankstetten, den 2. Februar 216 Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Fakultät Landbau/Umwelt/Chemie FG Ökologischer Landbau schmidtke@htw-dresden.de Entwicklung der Nährstoffsituation im Biolandbau von Prof. Dr. Knut Schmidtke Entwicklung der Nährstoffsituation im Biolandbau 1. Nährstoffversorgung langjährig ökologisch bewirtschafteter Acker- und Grünlandböden 2. Nährstoffbilanz langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden 3. Strategien der Verbesserung der Nährstoffversorgung im ökologischen Ackerbau Römer & Lehne 24 1
Nährstoffversorgung langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Tab. 1: Einstufung in Versorgungsklassen pflanzenverfügbarer Nährstoffe in bis 2 cm von 156 Ackerschlägen der Bofru-Projektbetriebe (Schmidt, 213) Anteil in Versorgungsklasse in % Kennwert A B C bis E ph-wert 2,5 4,5 57, Nährstoffversorgung langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Tab. 1: Einstufung in Versorgungsklassen pflanzenverfügbarer Nährstoffe in bis 2 cm von 156 Ackerschlägen der Bofru-Projektbetriebe (Schmidt, 213) Anteil in Versorgungsklasse in % Kennwert A B C bis E ph-wert 2,5 4,5 57, P-Gehalt 7,6 41,6 5,8 K-Gehalt 1,9 26,2 71,9 Mikronährstoffe Mn, Cu, B, Zn jeweils > 9 % in Versorgungsklasse C und E 2
Nährstoffversorgung langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Tab. 2: Einstufung in Versorgungsklassen pflanzenverfügbarer Nährstoffe in bis 2 cm der untersuchten Ackerfläche in Sachsen* (Schmidtke et al. 216) Anteil in Versorgungsklasse in % Kennwert A B C bis E ph-wert 1,9 23,1 75, *6742 ha Ackerfläche 81 Ackerschläge Nährstoffversorgung langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Tab. 3: Einstufung in Versorgungsklassen pflanzenverfügbarer Nährstoffe in bis 2 cm der untersuchten Ackerfläche in Sachsen (Schmidtke et al. 216) Anteil in Versorgungsklasse in % Kennwert A B C bis E ph-wert 1,9 23,1 75, P-Gehalt 9,6 35,2 55,2 K-Gehalt 7,9 29,6 62,5 Mikronährstoffe Mn, Cu, B, Zn jeweils < 5 % in Versorgungsklasse A 3
Messparzellenertrag [dt/ha] 8.2.216 Konsequenzen geringer Nährstoffversorgung für den Erbsenertrag 8 6 4 n = 36 n = 37 2 A, - B C 1, - D P-Versorgungsstufe Abb. 1: Box-Plot des Erbsenkornertrages in den Messparzellen der Erbsenschläge der Bofru-Praxisbetriebe (Schmidt, 213) Schlussfolgerungen Nährstoffversorgung im Boden 1. 25 bis 4 % der langjährig ökologisch bewirtschafteten Ackerböden weisen einen zu geringen ph-wert auf 2. Nur 8 bis 1 % der Ackerböden sind mit P und K deutlich unterversorgt, zugleich liegen zwischen 3 und 4 % der Böden bei P und K in der Gehaltsklasse B, die bei einigen Kulturen limitierend auf Ertrag wirken 3. Versorgung der Ackerböden mit Mikronährstoffen Mn, Cu, Zn, B scheint eher gut zu sein 4
Nährstoffversorgung langjährig ökologisch bewirtschafteter Grünlandböden Tab. 3: Einstufung in Versorgungsklassen des ph-wertes in bis 2 cm der untersuchten Grünlandfläche in Sachsen* (Schmidtke et al. 216) Anteil in Versorgungsklasse in % Kennwert A B C bis E ph-wert 1,2 24,1 74,7 *12 ha Grünlandfläche 25 Grünlandflächen Nährstoffversorgung im langjährig ökologisch bewirtschaftete Grünlandböden Tab. 4: Einstufung in Versorgungsklassen ph-wert und Nährstoffe in bis 2 cm der untersuchten Grünlandfläche in Sachsen* (Schmidtke et al. 216) Anteil in Versorgungsklasse in % Kennwert A B C bis E ph-wert 1,2 24,1 74,7 P-Gehalt 5,4 14,1 35,5 K-Gehalt 1,5 32,3 66,2 *12 ha Grünlandfläche 25 Grünlandflächen 5
Schlussfolgerungen Nährstoffversorgung im Boden 1. 25 bis 4 % der langjährig ökologisch bewirtschafteten Ackerböden weisen einen zu geringen ph-wert auf 2. Nur 8 bis 1 % der Ackerböden sind mit P und K deutlich unterversorgt, zugleich liegen zwischen 3 und 4 % der Böden bei P und K in der Gehaltsklasse B, die bei einigen Kulturen limitierend auf Ertrag wirken 3. Versorgung der Ackerböden mit Mikronährstoffen Mn, Cu, Zn, B scheint eher gut zu sein 4. 25 % der langjährig ökologisch bewirtschafteten Grünlandböden in Sachsen weisen einen zu geringen ph-wert auf 5. 5 % der langjährig ökologisch bewirtschafteten Grünlandböden in Sachsen sind hinsichtlich P deutlich unterversorgt Ist das Erhalt der Bodenfruchtbarkeit? mg P je 1g Boden 14 12 1 8 6 4 P-Gehalt im Boden (CAL-Methode) Schlag 1 Schlag 2 Schlag 3 Schlag 4 Schlag 5 P-Versorgungsklasse B 2 1995 2 25 21 Jahr Abb. 2: Entwicklung des pflanzenverfügbaren P-Gehaltes im Boden in fünf Ackerschlägen eines Betriebes des ökologischen Landbaus in Sachsen 6
25 K-Gehalt im Boden (CAL-Methode) Ist das Erhalt der Bodenfruchtbarkeit? mg K je 1 g Boden 2 15 1 5 Schlag 1 Schlag 2 Schlag 3 Schlag 4 Schlag 5 1995 2 25 21 Jahr Abb. 3: Entwicklung des pflanzenverfügbaren K-Gehaltes im Boden in fünf Ackerschlägen eines Betriebes des ökologischen Landbaus in Sachsen K-Versorgungsklasse B Tab. 5: Gewogenes Mittel* der Humusbilanzsalden auf 81 Ackerschlägen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Angaben in kg HÄQ je und Jahr, Schmidtke et al. 216) Teilbilanz Pflanze Humusbilanz langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Teilbilanz Wirtschaftsdüngemittel *Gewogenes Mittel aller untersuchten Ackerschläge (= 6742 ha) der Jahre 26 bis 211 Gesamtbilanz +137,6 +79,9 +217,5 7
Humusbilanzsaldo [kg HÄQ je ha und Jahr] 1 8 6 4 2-2 -4 Erhalt der Bodenfruchtbarkeit! 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Betrieb Abb. 4: Box-Wisker-Plot der Humusbilanzsalden der Ackerflächen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Schmidtke et al. 216) Nährstoffbilanz langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Tab. 6: Gewogenes Mittel* der N-, P- und K-Flächenbilanzsalden auf 81 Ackerschlägen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Angaben in kg je ha und Jahr, Schmidtke et al. 216) N-Saldo -11, *Gewogenes Mittel aller untersuchten Ackerschläge (= 6742 ha) der Jahre 26 bis 211 8
N-Schlagbilanzsaldo [kg N je ha und Jahr] 15 1 5-5 -1-15 N-Bilanz langjährig ökologisch Bewirtschafteter Ackerböden 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Betrieb Abb. 5: Box-Plot der N-Flächenbilanzsalden der Ackerflächen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Mittel 6 Jahre, Schmidtke et al. 216) N-Zufuhr [kg je ha und Jahr] 18 16 14 12 1 8 6 4 2 N-Zufuhr Wirtschaftsdüngemittel Zwischenfruchtleguminosen Hauptfruchtleguminosen im Mittel 22 kg/ha 56 kg/ha 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Betrieb Abb. 6: Quellen und Mengen der N-Zufuhr in ökologisch bewirtschaftete Ackerflächen in 32 Betrieben in Sachsen (Mittel 6 Jahre, Schmidtke et al. 216) 9
1 Anteil N-Zufuhr [%] 8 6 4 2 N-Zufuhr Wirtschaftsdüngemittel Zwischenfruchtleguminosen Hauptfruchtleguminosen im Mittel = 27,5% = 72,5% 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Betrieb Abb. 7: Quellen der N-Zufuhr in ökologisch bewirtschaftete Ackerflächen in 32 Betrieben in Sachsen (Mittel 6 Jahre, Schmidtke et al. 216) N-Schlagbilanzsaldo [kg N je ha und Jahr] 4 2-2 -4-6 Positives N-Bilanzsaldo erreichen? r =,394, P =,252 n = 32 2 4 6 8 1 Symbiotsche N 2 -Fixierleistung [kg N je ha und Jahr] Abb. 7: Korrelation symbiotisch fixierte N-Menge und N-Schlagbilanzsalden in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen 1
N-Schlagbilanzsaldo [kg N je ha und Jahr] 4 2-2 Positives N-Bilanzsaldo erreichen? -4 y = -23,41 +,5868x r² =,288; P =,15 n = 32-6 1 2 3 4 5 6 7 N-Zufuhr über organische Düngemittel [kg N je ha und Jahr] Abb. 8: Einfluss der Höhe der N-Zufuhr über organische Düngung auf den mittleren N-Schlagbilanzsaldo in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen N-Schlagbilanzsaldo [kg N je ha und Jahr] 4 2-2 Positives N-Bilanzsaldo erreichen? -4 y = -4,25 +,3883x r² =,3688; P =,2 n = 32-6 25 5 75 1 125 15 175 N-Zufuhr über symbiotische N 2 -Fixierung und organische Düngemittel [kg N je ha und Jahr] Abb. 9: Einfluss der Höhe der N-Zufuhr über organische Düngung und der symbiotischen N 2 -Fixierung auf den mittleren N-Schlagbilanzsaldo in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen 11
Nährstoffbilanz langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Tab. 6: Gewogenes Mittel* der N-, P- und K-Flächenbilanzsalden auf 81 Ackerschlägen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Angaben in kg je ha und Jahr, Schmidtke et al. 216) N-Saldo P-Saldo -11, -9, *Gewogenes Mittel aller untersuchten Ackerschläge (= 6742 ha) der Jahre 26 bis 211 im ökologischen Ackerbau Sachsens ist kein geschlossener P-Kreislauf vorhanden P-Bilanz langjährig ökologisch bewirtschaftete Ackerböden P-Schlagbilanzsaldo [kg P je ha und Jahr] 2 1-1 -2 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Betrieb Abb. 1: Box-Plot der P-Flächenbilanzsalden der Ackerflächen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Mittel 6 Jahre, Schmidtke et al. 216) 12
P-Zufuhr [kg je ha und Jahr] 2 P-Zufuhr Mineraldüngemittel Wirtschaftsdüngemittel 18 16 14 12 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Betrieb im Mittel,3 kg/ha 5,8 kg/ha Abb. 11: Quellen und Mengen der P-Zufuhr in ökologisch bewirtschaftete Ackerflächen in 32 Betrieben in Sachsen (Mittel 6 Jahre, Schmidtke et al. 216) P-Schlagbilanzsaldo [kg P je ha und Jahr] 2-2 -4-6 -8-1 -12 Positives P-Bilanzsaldo erreichen? -14 y = -12,13 +,74x -16 r² =,5445, P <,1 n = 32-18 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 P-Zufuhr über organische Düngemittel [kg P je ha und Jahr] Abb. 12: Einfluss der P-Zufuhr über organische Düngung auf den P-Flächenbilanzsaldo in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen 13
Nährstoffbilanz langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Tab. 6: Gewogenes Mittel* der N-, P- und K-Flächenbilanzsalden auf 81 Ackerschlägen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Angaben in kg je ha und Jahr, Schmidtke et al. 216) N-Saldo P-Saldo K-Saldo -11, -9, -38,9 *Gewogenes Mittel aller untersuchten Ackerschläge (= 6742 ha) der Jahre 26 bis 211 im ökologischen Ackerbau Sachsens ist kein geschlossener K-Kreislauf vorhanden K-Schlagbilanzsaldo [kg K je ha und Jahr] 15 1 5-5 -1-15 -2 K-Bilanz langjährig ökologisch bewirtschaftete Ackerböden -25 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Betrieb Abb. 13: Box-Plot der K-Flächenbilanzsalden der Ackerflächen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Mittel 6 Jahre, Schmidtke et al. 216) 14
K-Zufuhr [kg je ha und Jahr] 12 K-Zufuhr Mineraldüngemittel Wirtschaftsdüngemittel 1 8 6 4 2 im Mittel 1,4 kg/ha 32 kg/ha 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Betrieb Abb. 14: Quellen und Mengen der K-Zufuhr in ökologisch bewirtschaftete Ackerflächen in 32 Betrieben in Sachsen (Mittel 6 Jahre, Schmidtke et al. 216) Nährstoffbilanz langjährig ökologisch bewirtschafteter Ackerböden Tab. 6: Gewogenes Mittel* der N-, P- und K-Flächenbilanzsalden auf 81 Ackerschlägen in 32 Betrieben des ökologischen Landbaus in Sachsen (Angaben in kg je ha und Jahr, Schmidtke et al. 216) N-Saldo P-Saldo K-Saldo -11, -9, -38,9 *Gewogenes Mittel aller untersuchten Ackerschläge (= 6742 ha) der Jahre 26 bis 211 im ökologischen Ackerbau Sachsens ist kein geschlossener Nährstoff- Kreislauf vorhanden 15
Schlussfolgerungen Nährstoffflächenbilanz 1. N-, P- und K-Flächenbilanzsaldo im ökologischen Ackerbau ist im Mittel häufig negativ 2. N-Zufuhr erfolgte im Mittel zu 56 kg/ha und Jahr über Leguminosen (= 72,5 %), zu 22 kg/ha und Jahr über Wirtschaftsdüngemittel (= 27,5 %) 3. Mineralische P- und K-Düngemittel werden nur in geringen Mengen eingesetzt, Wirtschaftsdüngemittel sind für P- und K-Düngung wesentlich bedeutender (> 9 % der Zufuhr) 4. Innerhalb eines Betriebes schwankt der Nährstoffflächenbilanzsaldo bei N, P und K zwischen einzelnen Schlägen sehr stark, so dass zur Behebung ein schlagspezifisches Management erforderlich ist Nährstoffkreisläufe schließen: konsequent düngen! Konsequenzen einer langjährigen Bewirtschaftung ohne Düngung betriebsfremder Dünge- und Futtermittel im ökologischen Landbau Beispiel: Gemischtbetrieb in Südniedersachsen Gehalt an pflanzenverfügbaren Nährstoffen in Löss-Parabraunerde nach 3 Jahren ökologischer Bewirtschaftung aus: Römer & Lehne 24 16
Tab. 7: ph-wert und Gehalt an pflanzenverfügbaren Nährstoffen im Boden (Löss-Parabraunerde) nach 3 Jahren ökologischer Bewirtschaftung ohne Nährstoffrückführung über importierte Futter- oder Düngemittel ph (CaCl 2 ) Kalium (CAL, mg je 1 g Boden) Phosphor (CAL, mg je 1 g Boden) Wert 5,4 11,5,5 Gehaltsklasse B C A Wirkt eine P-Düngung auf Ertrag, P und N- Aufnahme von Rotklee? aus: Römer & Lehne 24 Tab. 8: Varianten der Düngung zu Rotklee im Gefäßversuch (Nährstoffgaben in mg je 1 g Boden) Kontrolle (ohne Düngung) Rohphosphat Bioabfallkompost Triplesuperphosphat + Kaliumsulfat P-Düngung 6,7 6,7 6,7 K- Düngung 23,3 16,7 aus: Römer & Lehne 24 17
TM- und Nährstoffertrag [in % zur Kontrolle] 4 TM-Ertrag P-Ertrag K-Ertrag 3 N-Ertrag 2 1 Kontrolle ohne Düngung Rotklee Rohphosphat Bioabfall- Kompost Triplesuperphosphat + Kaliumsulfat Abb. 15: Einfluss verschiedener Düngemittel auf den Spross-Ertrag und die Nährstoffmenge im Spross von Rotklee auf einem P-armen Boden (Kontrolle = 1 %) aus: Römer & Lehne 24 TM- und Nährstoffertrag [in % zur Kontrolle] 4 3 2 1 TM-Ertrag P-Ertrag K-Ertrag N-Ertrag Kontrolle ohne Düngung Rotklee Rohphosphat Bioabfall- Kompost Triplesuperphosphat + Kaliumsulfat Abb. 16: Einfluss verschiedener Düngemittel auf den Spross-Ertrag und die Nährstoffmenge im Spross von Rotklee auf einem P-armen Boden (Kontrolle = 1 %) aus: Römer & Lehne 24 18
TM- und Nährstoffertrag [in % zur Kontrolle] 4 TM-Ertrag P-Ertrag K-Ertrag 3 N-Ertrag 2 1 Kontrolle ohne Düngung Rotklee Rohphosphat Bioabfall- Kompost Triplesuperphosphat + Kaliumsulfat Abb. 17: Einfluss verschiedener Düngemittel auf den Spross-Ertrag und die Nährstoffmenge im Spross von Rotklee auf einem P-armen Boden (Kontrolle = 1 %) aus: Römer & Lehne 24 TM- und Nährstoffertrag [in % zur Kontrolle] 4 TM-Ertrag P-Ertrag K-Ertrag 3 N-Ertrag 2 1 Kontrolle ohne Düngung Folgefrucht Hafer Rohphosphat Bioabfall- Kompost Triplesuperphosphat + Kaliumsulfat Abb. 18: Einfluss der Düngung zu Rotklee auf den Spross-Ertrag und die Nährstoffmenge im Spross der Folgefrucht Hafer auf einem P-armen Boden (Kontrolle = 1 %) aus: Römer & Lehne 24 19
Bioland Bayern e.v., Wintertagung Plankstetten, den 2. Februar 216 Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Fakultät Landbau/Umwelt/Chemie FG Ökologischer Landbau schmidtke@htw-dresden.de Entwicklung der Nährstoffsituation im Biolandbau von Prof. Dr. Knut Schmidtke Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 2