Teilprojekt Puch Acker
In diesem Teilprojekt wurde der Frage nachgegangen, ob und inwieweit sich bei einer Winterweizen-Silomais-Fruchtfolge durch unterschiedliche Varianten des Zwischenfruchtanbaus vor Mais die Stickstoff- und Phosphorausträge aus dem Wurzelraum vermindern lassen. Tabelle 2 zeigt hierbei die vier Varianten und deren Ergebnisse. In Bezug auf die Mittelwerte ist zu vermerken, dass es sich hierbei um die jeweiligen Fruchtfolgemittel handelt.
Dabei sind einer Variante (Herbstfurche, konventionelle Maissaat) mit Strohdüngung (Gülle) ohne Zwischenfrucht drei Zwischenfruchtvarianten mit Mulchsaat des auf Weizen folgenden Maises gegenübergestellt. In zwei Fällen war die Zwischenfrucht Senf, in einem Fall Winterrübsen. In einer der beiden Senfvarianten ersetzte eine angepasste Mineraldüngergabe die Gülledüngung.
Die N- und P-Austräge wurden dahingehend bestimmt, dass bei den in 130 cm Bodentiefe installierten Saugkerzen die Nährstoffgehalte im aufgefangenen Bodenwasser unter den Parzellen laufend ermittelt wurden – die Ergebnisse der in 60 cm Tiefe liegenden (also sich noch im Wurzelraum befindenden) Saugkerzen gingen bei den Ackerparzellen nicht in die Auswertung ein. Ausgehend vom Mittel der Konzentrationen und der Sickerwassermenge während der Untersuchungsperiode (Mai 2001 bis April 2003) wurden für den zweijährigen Zeitraum die N/P-Frachten abgeleitet. Dabei lagen für den Probenzeitraum 200 - 300 Messergebnisse pro Variante zugrunde; die unterschiedliche Zahl erklärt sich aus differierenden Schüttungen der einzelnen Saugkerzen.
Nitratkonzentrationen
Die gemessenen Nitratkonzentrationen im aufgefangenen Bodenwasser lagen im zweijährigen Mittel mit 13-17 mg Nitrat pro Liter weit unter dem Grenzwert für Trinkwasser (50 mg NO3/l). Der niedrigste Mittelwert wurde dabei bei der Variante „Winterrübsen und Mulchsaat" gemessen. Anhand eines Sickerwasseranfalles von 760 mm errechnete sich ein N-Austrag unter den vier Versuchsgliedern von 22-29 kg N/ha für den gesamten Untersuchungszeitraum (Mai 2001 bis April 2003), woraus ein jährlicher durchschnittlicher N-Austrag von 11-15 kg Stickstoff pro Hektar und Jahr (siehe auch Tabelle 7) abgeleitet wurde.
Ausgesprochene Nitratspitzen waren hingegen im Zeitraum Mai bis August 2001 unter Mais zu verzeichnen. Tabelle 3 zeigt, dass hierbei die Konzentrationen im dränenden Bodenwasser in den einzelnen Varianten 37 - 74 mg NO3/l Wasser erreichten und damit wesentlich stärkere Differenzierungen als die zweijährigen Mittel aufwiesen.
Die höchsten Nitrat-Gehalte wurden bei der konventionellen Technik (Strohdüngung und Herbstfurche) gemessen – es ist zudem davon auszugehen, dass in den Wintermonaten ein weiterer Teil des mineralisierten Stickstoffs ausgewaschen wurde. Die niedrigsten Gehalte traten im Frühjahr bis Sommer bei denjenigen Parzellen auf, bei denen Mais nach Winterrübsen im Mulchsaatverfahren gesät wurde. Hierbei lagen die Werte um 50 % niedriger als bei der konventionellen Technik. Die Ergebnisse der beiden Varianten mit Senf zeigen, dass eine abfrierende Zwischenfrucht vor Mais im Sinne der N-Konservierung und somit des Gewässerschutzes zwar deutlich günstiger zu werten ist als der völlige Verzicht auf Zwischenfruchtanbau. Die gegenüber Winterrübsen jedoch deutlich höheren Werte weisen aber auch auf die Grenzen einer abfrierenden Zwischenfrucht hin. Diese erklären sich dadurch, dass hier der vor Winter gebundene Stickstoff nach Frostsprengung der Zellen mit dem austretenden Sickersaft in den Boden eindringt, dort schnell mineralisiert und verlagert wird.
Gerade diese Ergebnisse belegen, welche Vorteile Winterrübsen vor Mais als stickstoffspeichernde überwinternde Zwischenfrüchte für den vorbeugenden Grundwasserschutz bringen. Peretzki und Heigl (2005) verweisen darauf, dass ein Zwischenfruchtanbau mit Mulchsaat nur einen geringen Mehraufwand an Technik, jedoch mehr pflanzenbauliches Fingerspitzengefühl gegenüber der konventionellen Maissaat erfordert, dabei aber letztlich der erhöhte Erosionsschutz, die bessere N-Ausnutzung und vor allem der Aspekt des Gewässerschutzes als wesentlicher Fortschritt zu werten sind. Dies trägt nach Meinung der o. g. Autoren „mit Sicherheit zu einem Imagegewinn für den gesamten Maisanbau bei", wobei – neben Winterrübsen – auch andere überwinternde Zwischenfrüchte, wie z. B. Weidelgras, Winterroggen oder Raps denkbar sind und sich somit für den einzelnen Betrieb mehrere Möglichkeiten ergeben, sich die passende Zwischenfrucht auszuwählen.
P-Konzentration
Die mittlere P-Konzentration im aufgefangenen Bodenwasser unter den Ackerparzellen lag bei 0,07-0,12 mg P/l. Im Messzeitraum Mai 2001 bis April 2003 ergab sich ein hochgerechneter P-Austrag aus der Fläche von 0,5 bis 0,9 Kilogramm Phosphor pro Hektar. Dies entspricht unter der gewählten Fruchtfolge (WW-Zwfr.-SM) einem jährlichen durchschnittlichen P-Austrag von 0,25-0,45 kg/ha bzw. ca. 0,6-1,0 kg P2O5/ha.
Im Gegensatz zu den Nitratwerten blieb im Zeitraum Mai bis August 2001 der P-Gehalt mit 0,06-0,11 mg P/l relativ unbeeinflusst (siehe Tabelle 3). Insgesamt jedoch deuteten sich auch hinsichtlich der P-Belastung des Sickerwassers bzw. beim P-Austrag aus dem Wurzelraum bei der Variante „Winterrübsen und Mulchsaat" tendenzielle Vorteile an. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass selbst im Falle optimierter Produktionstechnik die P-Konzentrationen im Sickerwasser wesentlich höher als 20 mg P/l waren und damit die anzustrebenden Werte, wie sie für sensible Oberflächengewässer empfohlen werden, deutlich überstiegen.
Teilprojekt Puch Grünland
Das Saugkerzenfeld der Versuchsanlage in Puch/Fürstenfeldbruck umfasst nicht nur Varianten mit Acker-, sondern auch solche mit Grünlandnutzung. Dies gestattet einen Vergleich Acker/Grünland in Bezug auf die Höhe der Nährstoffausträge während desselben Zeitraums. So sind Tabelle 4 und Tabelle 5 (Grünland) im Zusammenhang mit den Tabellen 2 und 3 (Acker) zu diskutieren, wobei allerdings korrekterweise noch hinzuzufügen ist, dass die ausgebrachten Düngermengen bei beiden Teilversuchen nicht identisch waren.
Die Grünlandparzellen enthalten vier Düngungsvarianten. Einer ungedüngten Kontrollvariante stehen drei gedüngte Versuchsglieder gegenüber, davon eines mit ausschließlicher Mineraldüngung, eines mit Gülledüngung und PK-Ergänzung und eines mit ausschließlicher Stallmistgabe.
Wichtig für die Diskussion der Ergebnisse ist die Tatsache, dass insgesamt der Pflanzenbestand in Puch – im Gegensatz zu Kempten – keine sehr dichte Grasnarbe bildete. Deutsches Weidelgras war zu 50 - 70 %, Knaulgras zu 10 - 20 % und Gemeine Rispe zu 10 - 15 % in der Grünmasse vertreten. Insbesondere bei der ungedüngten, sehr mageren Parzelle wurden deutliche Lücken (ca. 10 %) festgestellt, auch die Mineraldüngervariante wies etwas Lücken (ca. 4 %) auf. Auf diesen beiden Versuchsgliedern war der Weidelgrasanteil im Versuch wesentlich geringer als bei den organisch gedüngten Parzellen. Letztere hingegen hatten einen höheren Kleebesatz (4 - 14 %), vor allem die Stallmistparzelle. Die ungedüngte Variante war wesentlich kräuterreicher (Spitzwegerich, Löwenzahn) als die übrigen Versuchsglieder. Auf der gesamten Grünlandfläche waren Mäuse ein immer wiederkehrendes Problem.
Nitratkonzentration
Die gemessenen Nitratkonzentrationen im aufgefangenen Bodenwasser unter den Grünlandparzellen lagen im zweijährigen Mittel mit rund 2 - 4 mg Nitrat pro Liter weit unter denen der Ackerparzellen (13 - 17 mg Nitrat pro Liter). Anhand eines für das Grünland dieser Region abgeschätzten langjährigen Sickerwasseranfalles von 600 mm (Maidl und Brunner, 1998) wurde ein N-Austrag unter den vier Versuchsgliedern von 3 - 6 kg N/ha für den Untersuchungszeitraum (Mai 2001 bis April 2003) veranschlagt, woraus ein jährlicher mittlerer N-Austrag unter Grünland von ca. 2 - 3 kg Stickstoff pro Hektar und Jahr (siehe auch Tabelle 7) abgeleitet wurde.
So deutet sich für die Grünlandflächen in Puch (trotz ihrer teilweisen Lückigkeit) eine nur rund ein Fünftel so hohe Nitratbelastung als bei der gewählten Ackerfruchtfolge an, womit auch in diesem Versuch die – allgemein bekannte – Bedeutung des Grünlandes als Nitratsenker bestätigt wird.
Im Gegensatz zu den Ackerparzellen traten beim Grünland ausgesprochene Nitratspitzen im Zeitraum Mai bis August 2001 nicht auf, wohl aber waren die Werte auch hier in diesen Monaten gegenüber dem zweijährigen Mittel leicht erhöht. Insbesondere trifft dies auf die organisch gedüngten Varianten (11 - 16 mg NO3/l) zu. Interessanterweise lagen bei der ungedüngten Kontrollparzelle die Nitratkonzentrationen in den Sommermonaten (siehe Tabelle 5) nicht niedriger als bei der Mineraldüngervariante. Die Erklärung hierfür dürfte in der stärkeren Lückigkeit der ungedüngten Grasnarbe und somit deren geringern Nährstoffaufnahme liegen.
P-Konzentration
Die mittlere P-Konzentration im aufgefangenen Bodenwasser unter den Grünlandparzellen lag bei 0,16 - 0,36 mg P/l. Im Messzeitraum Mai 2001 bis April 2003 ergab sich ein hochgerechneter P-Austrag aus der Fläche von 1,0 bis 2,2 Kilogramm Phosphor pro Hektar. Dies entspricht einem kalkulierten jährlichen P-Austrag von 0,5 - 1,1 kg P/ha bzw. ca. 1,1 - 2,5 kg P2O5/ha. Damit lag auf dem Standort Puch unter Grünland im zweijährigen Untersuchungszeitraum sowohl die Höhe der P-Belastung als auch deren Spannweite deutlich höher als bei den Ackerparzellen (0,07 - 0,12 mg P/l). Bei den beiden organisch gedüngten Grünlandvarianten wurde mit 33 - 36 mg P/l eine doppelt so hohe P-Konzentration als bei den Kontroll- und der Mineraldüngerparzellen (0,16 mg P/l) festgestellt.
Die Ergebnisse in Tabelle 5 zeigen, dass im Zeitraum Mai bis August 2001 der P-Gehalt im Sickerwasser bei den Gülle- und Stallmistparzellen mit 0,54 bzw. 0,58 mg P/l sehr stark erhöht war. In wesentlich geringem Ausmaß traf dies auch für die Kontrollvariante (0,23 mg P/l) zu. Kein P-Anstieg war hingegen bei mineralischer Düngung zu verzeichnen. Somit lagen gerade bei organischer Düngung im Sickerwasser die P-Konzentrationen um etwa das 25-fache und selbst bei fehlender Düngung um etwa das 11-fache höher als der für (sensible) Oberflächengewässern bereits zitierte empfohlene P-Gehalt von 0,02 mg P/l. Die festgestellten P-Anstiege beruhen vermutlich auf einem Makroporenfluss (z. B. Mäuselöcher) nach auf Güllegaben auftretenden Niederschlägen. Der im Vergleich zur Mineraldüngerparzelle höhere Wert bei der ungedüngten Kontrollvariante könnte dadurch verursacht sein, dass hier ein wesentlich dünnerer Pflanzenbestand vorlag und außerdem der im Boden durch Mineralisierungsprozesse gelöste Phosphor der Bodenmatrix der Auswaschung unterlag.
Gerade wegen der teilweise erheblichen Diskrepanz zwischen den in Puch gemessenen P-Werten unter landwirtschaftlicher Nutzung – vor allem bei den Grünlandflächen – und den bereits zitierten Anforderungen an den P-Gehalt von Gewässern (ca. 0,02 - 0,2 mg P/l) aus Sicht der Wasserwirtschaft müssen die P-Konzentrationen bzw. P-Austräge im Kontext mit anderen Untersuchungen gesehen werden. Diepolder et al. (2005) berichten von P-Austrägen von 0,6 kg P/ha bei einem grünlanddominierten Einzugsgebiet eines Stausees in der Oberpfalz und zeigten anhand von mehrjährigen Messergebnissen an Drainagen, dass ein einzelnes Starkregenereignis direkt nach Gülledüngung zu Grünland (Worst-Case-Situation) bereits zu einem Anteil von 20 - 50 % der gesamten jährlichen durchschnittlichen P-Fracht führen kann. Hierbei wurden im Drainagewasser selbst bei ungedüngten Varianten eine P-Konzentration von durchschnittlich 0,85 mg P/l gemessen, die sich im Falle von konventioneller flächiger Gülledüngung (Prallteller) kurz vor einem Starkregenereignis auf 12,02 mg P/l erhöhte und sich durch Gülleinjektion auf 3,89 mg P/l verringern ließ.
Am Hopfensee bei Füssen im Allgäu, der mit 0,07 mg P/l zu den am stärksten belasteten Seen Bayerns gehört, nennen Pommer und Neyer (1997) P-Konzentrationen seiner Zuflüsse (ca. 75 % Grünland im Einzugsgebiet) von ca. 0,09 mg P/l und verweisen ebenfalls auf die Bedeutung des sogenannten „Zwischenabflusses" über Grobporen und Draine als P-Hauptaustragspfad.
Ziel eines laufenden EuRegio-Projektes mit Beteiligung der LfL ist es, u. a. durch landwirtschaftliche Maßnahmen, den mit ca. 0,03 mg P/l eutrophen Zustand des Waginger Sees zu mindern. In dessen Einzugsgebiet wurde bei zwei, den See speisenden Zuflüsse im Jahre 2001 eine mittlere jährliche (sehr hohe) P-Konzentration von ca. 0,28 mg P/l festgestellt. Hierbei traten Minima von ca. 0,015 mg P/l und Maxima von über 2,35 mg P/l auf (Buchmaier, 2003). Aus der Fläche des Einzugsgebietes beider Zuflüsse wurden daraus P-Austräge von 1,6 - 2,5 kg P/ha errechnet (Buchmaier, 2003). Maßnahmen zur Verringerung der P-Belastung werden derzeit in engem Dialog mit der Landwirtschaft und regionalen Entscheidungsträgern diskutiert.
Teilprojekt Kempten Grünland
In Tabelle 6 sind die Ergebnisse des Grünlanddüngungsversuches der Saugkerzenanlage am Spitalhof in Kempten beschrieben.
Dieser Standort unterscheidet sich von Puch durch wesentlich höhere Niederschläge und Sickerwasserraten. Geprüft wurden fünf Versuchsglieder: Einer ungedüngten Kontrollparzelle (1) standen zwei Varianten (2, 3) mit ausschließlich mineralischer Düngung (bei unterschiedlicher Höhe der N-Bemessung), ein Versuchsglied mit Gülldüngung und P-Ergänzung (4) sowie eine Stallmistparzelle (5) gegenüber.
Der Pflanzenbestand in Kempten war auf den gedüngten Parzellen mit ca. 75 - 80 % in der Frischmasse stark gräserdominiert, wobei Deutsche Weidelgras im Mittel der Untersuchungsjahre mit ca. 65 - 70 % dominierender Hauptbestandsbildner war. Die Kleeanteile lagen bei 10 - 15 %, die Kräuteranteile unter 10 %. Die gedüngten Parzellen repräsentierten eine für den Voralpenraum typische, intensiv genutzte Weidelgraswiese mit dichter, geschlossener untergrasreicher Grasnarbe und hohem Ertragsniveau bei entsprechender Düngung, was sich in Tabelle 6 bei Variante 3 abzeichnet. Fehlte hingegen die Düngung (Variante 1), so nahm der Grasanteil durch Schwund des Deutschen Weidelgrases schnell ab, während Kräuter (v. a. Spitzwegerich) die Gräser ersetzten. In diesem Fall setzte sich im mehrjährigen Mittel der Aufwuchs aus nur 55 % Grasanteil (45 % Deutsches Weidelgras), 25 % Kräuter und 20 % Klee zusammen. Der Trockenmasse-Ertrag nahm um ca. 50 % ab (Var. 1 vs. Var. 3).
Nitratkonzentration
Die Nitratkonzentrationen im aufgefangenen Bodenwasser lagen indes bei allen Varianten, auch bei Versuchglied 3 mit einer mineralischen N-Gabe von 4x75 kg N/ha (KAS) auf einem äußerst niedrigen Niveau von ca. 1 - 2 mg Nitrat/l aufgefangenem Bodenwasser. Dabei gingen in die Mittelwert pro Variante ca. 1.100 Wasserproben ein. Dieses Ergebnis erscheint umso bemerkenswerter, da Leitungswasserproben an der Versuchsstation einen durchschnittlichen Nitratgehalt von 8mg Nitrat/l aufwiesen! Insgesamt wurde am Standort Kempten unter Dauergrünland eine N-Fracht von 1 - 3 kg N/ha abgeleitet. Trotz der unterschiedlichen Standortverhältnisse mit doppelt so hoher Sickerwasserrate lag diese auf etwa gleichem Niveau wie in Puch (siehe Tabelle 7).
Sehr niedrige Nitratgehalte von deutlich unter 10 mg Nitrat/l unter Dauergrünland werden auch in einer früheren mehrjährigen Versuchsserie am Spitalhof bestätigt (Diepolder, 2000). Hier wurden sowohl bei mineralischer als auch güllebetonter Düngung durchschnittliche Gehalte von 4 - 8 mg NO3/l bzw. ein mittlerer N-Austrag von ca. 8 kg N/ha ermittelt, wobei eine nennenswerte Differenzierung zwischen der Nitratbelastung im Winter- und Sommer nicht erkennbar war. Grünland – auch gedüngtes Intensivgrünland – kann daher als Nitratsenke angesehen werden – oder etwas umgangsprachlich ausgedrückt: „Grünland schont unser Grundwasser"! Anhand von mehrjährigen Versuchen auf dem gleichen Standort in den 80er Jahren stellte Rieder (1988) fest, dass bei Nährstoffgleichheit die Gülledüngung den Nitratgehalt des Bodenwassers weitaus weniger als die mineralische Düngung beeinflusste, jedoch ein Zusammenhang zwischen N-Bilanz und Nitratgehalt im oberflächennahen Bodenwasser nicht abzuleiten war. Während bei (unterbilanzierten) Güllegaben von 3 x 25 m3 unter fünfmal pro Jahr geschnittenen Grünlandparzellen mittlere Nitratkonzentrationen von ca. 3 mg/l während des ca. fünfjährigen Messzeitraums gemessen wurden, stieg der durchschnittliche Nitratgehalt bei Verdoppelung der Menge (3 x 50 m3) nur um ca. 1,5 mg/l an. Hier lag unter den Versuchsbedingungen eine relativ ausgeglichene Nährstoffbilanz vor. Auch bei deutlich positiver N-Bilanz mit gezielt praxisfremden Güllegaben von 3 x 75 m3 Gülle erreichte im Versuch der mittlere Nitratgehalt nur knapp 15 mg/l. Auch östereichische Autoren wie Eder (2000) und Galler (2003) nennen – gestützt u. a. auf langjährige Lysimeteruntersuchungen unter alpenländischen Niederschlagsverhältnissen – eine niedrige Nitratkonzentrationen im Sickerwasser unter Dauergrünland in Höhe von ca. 1 - 10 mg/l bzw. N-Austräge in Höhe von rund 2 - 8 kg N/ha. Ebenfalls verweisen die Autoren darauf, dass der N-Auswaschung unter Dauergrünland aufgrund seiner ständigen Bodendurchwurzelung sehr niedrig und praktisch unabhängig von der Düngungsintensität ist, wobei Eder (2000) hinzufügt, dass bei nicht mehr bewirtschaftetem Grünland bzw. bei Grünbrache die N-Austräge gegenüber einer normalen Bewirtschaftung ansteigen können.
P-Konzentration
Auffällig am Spitalhof waren jedoch die gegenüber Puch um ca. 70 % - 85 % niedrigeren P-Konzentrationen im Saugkerzenwasser unter Grünland. Während in Puch die P-Gehalte im Jahresmittel bei 0,16 - 0,36 mg P/l lagen, betrugen diese am Spitalhof nur 0,04 - 0,06 mg P/l. Sie wiesen zudem eine wesentlich engere Spannweite auf und zeigten – im Gegensatz zu Puch – keine gerichtete Differenzierung zwischen den einzelnen Varianten; d. h. Stallmist und Gülledüngung erwiesen sich nicht als problematischer als Mineraldüngung. Dass allerdings auch in Kempten die ungedüngten Parzellen (Variante 1) keine niedrigere P-Belastung als die gedüngten aufwiesen, dürfte gleichfalls mit dem leistungsschwächeren Pflanzenbewuchs, der dünneren Grasnarbe sowie dem Vorhandensein an gelöstem mineralischen Bodenstickstoff zu erklären sein.
Somit deutet sich in Hinblick auf die Verringerung der P-Austräge aus Grünland an: Pflanzenbaulich sollte eine dichte Grasnarbe angestrebt und erhalten werden, was entsprechende Düngung und ggf. auch Nachsaat lückiger Bestände voraussetzt. So wurde in Kempten trotz wesentlich höherer Sickerwasserraten ein P-Austrag von 0,3 - 0,4 kg P/ha (0,7 - 0,9 kg P2O5) abgeleitet, der damit rund 40 % bis 60 % niedriger als in Puch lag (siehe Tabelle 7).