Gewässerschutz
Zehn Jahre Stickstoff-Monitoring
An 214 Standorten in Bayern wurden die Auswirkungen unterschiedlicher Bewirtschaftung auf die Nmin-Gehalte im Boden nach der Ernte, zum Vegetationsende (Mitte November) und zum Vegetationsbeginn (vor der ersten N-Gabe) untersucht. Die seit 1991 durchgeführten Untersuchungen zeigen über alle Fruchtarten hinweg tendenziell eine Abnahme in den Nmin-Gehalten. Besonders ausgeprägt war die Abnahme bei der Fruchtart Mais. Die geringsten Nmin-Mengen wurden nach Rüben und Getreide ermittelt, die höchsten nach Mais, Raps und Kartoffel. Durch den Anbau von Zwischenfrüchten, eine späte Bodenbearbeitung oder Verzicht auf eine wendende Bodenbearbeitung lässt sich der Nmin-Gehalt zum Vegetationsende deutlich verringern. Hinsichtlich der N-Düngung wurden keine Unterschiede im Nmin-Gehalt zwischen suboptimaler und optimaler Düngemenge festgestellt. Erst bei über Optimum hinaus gehender N-Düngemenge war eine deutliche Erhöhung der Nmin-Gehalte im Boden erkennbar.
Hintergrund
Seit langem werden Untersuchungen zum jahreszeitlichen Verhalten von Nitrat in Böden unter landwirtschaftlicher Nutzung durchgeführt (Baumann und Maaß 1957; Gutser und Teicher 1976; Diez und Sommer 1979). Sie dienten hauptsächlich dem Ziel, Kulturpflanzen in Hinsicht auf Menge und Zeit optimal mit Stickstoff zu versorgen (Scharpf und Wehrmann 1977; Hege 1983). Mit in Krafttreten der Trinkwasserverordnung von 1986 und der darin enthaltenen Senkung des Grenzwertes von 90 auf 50 mg NO3/l wurde die Landwirtschaft verstärkt gefordert, den Nitrataustrag zu minimieren. Durch jährliche mehrmalige Messung der Restnitratmengen wird einer der wichtigsten Umweltparameter landwirtschaftlicher Tätigkeit im Rahmen des N-Monitoringprogrammes repräsentativ erfasst und ausgewertet. Die vorliegende Publikation ist eine Trendanalyse für den Zeitraum 1991 bis 2000.
Zielsetzung
Um die jahreszeitlichen Schwankungen und die standort- bzw. fruchtartspezifischen Einflüsse besser einschätzen und bei der Stickstoffdüngung (N-Düngung) berücksichtigen zu können, ist es erforderlich, gesicherte Aussagen über die N-Dynamik über einen längeren Zeitraum zu treffen. Aus diesem Grunde wurde die Bayerische Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau (LBP) im Jahr 1990 vom Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF) beauftragt, ein Forschungsprogramm zur N-Dynamik der landwirtschaftlich genutzten Böden Bayerns (N-Monitoringprogramm) durchzuführen. Ein Einfluss auf die Bewirtschaftung der Flächen erfolgte nicht. Die Landwirte erhielten lediglich, aufbauend auf den Bodenuntersuchungsergebnissen, eine N-Düngeempfehlung im Rahmen des Düngeberatungssystems für Stickstoff (DSN).
Das N-Monitoringprogramm hat folgende Zielsetzung:
- Erfassung der Restmengen an löslichem Stickstoff (Nmin) nach der Ernte der Hauptfrüchte
- Erfassung der Veränderung des Nitratgehaltes in der Zeit zwischen nach der Ernte und Vegetationsende sowie zwischen Vegetationsende und Vegetationsbeginn zur Abschätzung des Auswaschungspotentiales sowie der Mineralisierung
- Evaluierung der Einflüsse des Standortes
- Erfassung der Auswirkung acker- und pflanzenbaulicher Maßnahmen
- Optimierung der organischen und mineralischen Düngung durch Ableitung von Düngeempfehlungen aus den Daten der N-Dynamik
Material und Methoden
Anzahl und Verteilung der Monitoringflächen
Zoombild vorhanden
Abb. 1: Räumliche Verteilung der Standorte
Die Auswahl der Flächen erfolgte nach folgenden Kriterien:
Gleichmäßige Verteilung über ganz Bayern (Abbildung 1), Lage in der Nähe einer Wetterstation und Repräsentanz hinsichtlich Betriebsorganisation und Standortverhältnissen.
Insgesamt wurden auf 214 Ackerschlägen Monitoringflächen eingerichtet.
Die Tabellen 1 - 3 belegen einen hohen Grad der Repräsentativität der Monitoringflächen. Deutliche Abweichungen sind lediglich beim Viehbesatz der landwirtschaftlichen Betriebe (höherer Anteil viehstarker Betriebe, Tabelle 1) und beim Fruchtartenanteil (höherer Hack- bzw. Blattfruchtanteil, Tabelle 2) gegeben. Diese Abweichungen waren durchaus erwünscht, um eine ausreichende Anzahl an Monitoringflächen für die einzelnen Auswertungsgruppen sicherzustellen.
Gleichmäßige Verteilung über ganz Bayern (Abbildung 1), Lage in der Nähe einer Wetterstation und Repräsentanz hinsichtlich Betriebsorganisation und Standortverhältnissen.
Insgesamt wurden auf 214 Ackerschlägen Monitoringflächen eingerichtet.
Die Tabellen 1 - 3 belegen einen hohen Grad der Repräsentativität der Monitoringflächen. Deutliche Abweichungen sind lediglich beim Viehbesatz der landwirtschaftlichen Betriebe (höherer Anteil viehstarker Betriebe, Tabelle 1) und beim Fruchtartenanteil (höherer Hack- bzw. Blattfruchtanteil, Tabelle 2) gegeben. Diese Abweichungen waren durchaus erwünscht, um eine ausreichende Anzahl an Monitoringflächen für die einzelnen Auswertungsgruppen sicherzustellen.
| Viehbesatz des Betriebes GV/ha | Anteil der Monitoringflächen in % | Anteil aller Betriebe in Bayern in % 1) |
| 27 | 20 | |
| 25 | 54 | |
| 1,1 bis 1,5 | 27 | 20 |
| 1,6 bis 2,0 | 15 | 4 |
| 2,1 bis 2,5 | 4,5 | ca. 1 |
| > 2,5 | 1,5 | ca. 1 |
1) nach Bayerischer Agrarbericht 2000
Probenahme und Untersuchungsmethodik
Die Flächen wurden zu drei Terminen im Jahr auf Nmin untersucht und zwar:
- Bei Vegetationsbeginn
- Nach Ernte der Hauptfrucht, vor einer Bodenbearbeitung und vor einer Düngung. (Erfolgte die Ernte nach dem 25. Oktober, dann wurden für die Termine Vegetationsende und nach der Ernte der Hauptfrucht nur eine Probe gezogen)
- Zu Vegetationsende zwischen Mitte und Ende November
Die Beprobung erfolgte in der Regel in 3 Schichten bis 90 cm Tiefe. Die Untersuchungsparameter waren Nitrat und Wassergehalt, ab 1994 auch Ammonium in der Bodenschicht 0-30 cm. Die Untersuchung erfolgte im Labor der Bayerischen Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (LWG). Die Durchführung der Probenahme und der Probentransport oblagen dem Landeskuratorium für pflanzliche Erzeugung (LKP).
| Fruchtartgruppe | Anteil auf den Monitoringflächen in % 1) | Anteil an der AF in Bayern in % 2) |
| Getreide | 52 | 57 |
| Hack-, Blattfrucht | 40 | 27 |
| Sonstige | 8 | 16 |
1) Mittel der Jahre 1991 - 2000
2) nach Bayerischer Agrarbericht 2000
2) nach Bayerischer Agrarbericht 2000
| Bodenartenklasse | Monitoringflächen in % | AF in Bayern in % 1) |
| leichte Böden (S – lS) | 14 | ca. 20 |
| mittlere Böden (sL – t’L) | 76 | ca. 70 |
| schwere Böden (tL – T) | 10 | ca. 10 |
1) Schätzung nach Dr. Diez
Ergebnisse und Diskussion
Im Rahmen dieser Veröffentlichung werden in erster Linie die Nmin-Werte bei den Probenahmeterminen „nach der Ernte“ und „Vegetationsende“ diskutiert. Die Nmin-Gehalte im Frühjahr und die Veränderung der Werte während der Wintermonate bleiben einer späteren Veröffentlichung vorbehalten.
Erläuterungen zu Abbildungen
Entwicklung der Nmin-Gehalte aller Monitoringflächen
Im Laufe des Untersuchungszeitraumes von 1991 bis 2000 war im Mittel aller Fruchtarten eine signifikante Abnahme der Nmin-Gehalte nach der Ernte und zum Vegetationsende festzustellen (Abbildung 2 und 3). Der auffallend niedrige Gehalt im Jahr 1998 bei Vegetationsende dürfte auf die enormen Niederschläge im Herbst dieses Jahres zurückzuführen sein. Im Oktober fielen in Freising 250 % (120 mm) und in Würzburg 400 % (175 mm) der langjährigen Niederschlagsmenge.
Entwicklung der Nmin-Gehalte nach der Ernte und zum Vegetationsende in Abhängigkeit von der Vorfrucht
Die Abbildung 4 zeigt die Entwicklung der Nmin-Gehalte nach den Vorfrüchten Getreide (gewichtetes Mittel der Fruchtarten Weizen, Gerste, Hafer, Roggen, Triticale, Dinkel, Durum), Zuckerrübe, Mais, Kartoffel und Raps. Wie aus den Regressionsgleichungen zu erkennen ist, war bei allen Fruchtarten ein zum Teil deutlicher Rückgang im Nmin-Gehalt gegeben. Am ausgeprägtesten war die Abnahme bei Mais, signifikant bei Getreide, Zuckerrübe und Mais bei beiden Probenahmeterminen. Der Grund für die kontinuierliche Abnahme der Gehalte dürfte vor allem in einem verbesserten Düngemanagement der Betriebe zu suchen sein. Bei Raps und Kartoffel (Probenahme „Vegetationsende“) ist die Abnahme statistisch nicht absicherbar. Eine Erklärung für die stark streuenden Werte bei Raps und Kartoffel in den einzelnen Jahren bei beiden Probenahmeterminen konnte bislang nicht gefunden werden.
Nmin-Gehalte in Abhängigkeit von Standortfaktoren
In der Abbildung 5 ist der Gehalt an Nitrat – Stickstoff als Medianwert über den Betrachtungszeitraum 1991-2000 für die drei Probenahmetermine in Abhängigkeit von der Ackerzahl, der Bodenart, dem Gesamtkohlenstoff- und dem Gesamtstickstoffgehalt dargestellt. Die Antennen markieren das 25 und 75 % Percentil.
Ackerzahl
Die Ackerzahl hat offensichtlich einen relativ geringen Einfluss auf den Nitratgehalt im beprobten Profil von 0-90 cm. Bei der Beprobung „nach der Ernte“ und „Vegetationsende“ ist ein leichter Abfall der Gehalte von den schlechteren zu den besseren Böden zu erkennen, während bei der Frühjahrsbeprobung der Trend genau umgekehrt zu beobachten war. Dass die Nmin-Gehalte auf den besseren Böden im Frühjahr höher liegen, deckt sich mit den 12jährigen Ergebnissen, die im Rahmen des Düngeberatungssystems für Stickstoff, mit jährlich 15.000 bis 20.000 Untersuchungen, festgestellt wurden.
Die Ackerzahl hat offensichtlich einen relativ geringen Einfluss auf den Nitratgehalt im beprobten Profil von 0-90 cm. Bei der Beprobung „nach der Ernte“ und „Vegetationsende“ ist ein leichter Abfall der Gehalte von den schlechteren zu den besseren Böden zu erkennen, während bei der Frühjahrsbeprobung der Trend genau umgekehrt zu beobachten war. Dass die Nmin-Gehalte auf den besseren Böden im Frühjahr höher liegen, deckt sich mit den 12jährigen Ergebnissen, die im Rahmen des Düngeberatungssystems für Stickstoff, mit jährlich 15.000 bis 20.000 Untersuchungen, festgestellt wurden.
Bodenart
Bei den Bodenartenklassen leicht (S, lS) und mittel (sL-t’L) waren Unterschiede nur tendenziell vorhanden. Die Gehalte auf den schweren Böden (tL-T) lagen gegenüber den leichteren Böden, insbesondere bei Vegetationsende und Vegetationsbeginn, deutlich höher.
Bei den Bodenartenklassen leicht (S, lS) und mittel (sL-t’L) waren Unterschiede nur tendenziell vorhanden. Die Gehalte auf den schweren Böden (tL-T) lagen gegenüber den leichteren Böden, insbesondere bei Vegetationsende und Vegetationsbeginn, deutlich höher.
Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt des Bodens
Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt (Humus) bzw. Stickstoffgehalt des Bodens war bei allen drei Terminen eine Zunahme des pflanzenverfügbaren Stickstoffs feststellbar.
Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt (Humus) bzw. Stickstoffgehalt des Bodens war bei allen drei Terminen eine Zunahme des pflanzenverfügbaren Stickstoffs feststellbar.
Nmin-Gehalte in Abhängigkeit von Bewirtschaftungsfaktoren
Fruchtarten
Die Nmin-Gehalte nach der Ernte und bei Vegetationsende zeigen in Abhängigkeit von der Hauptfrucht große Unterschiede (Abbildung 6). Die niedrigsten Gehalte waren bei Zuckerrüben festzustellen. Die Ursache hierfür dürfte in der weitgehend optimierten Stickstoffdüngung bei Zuckerrüben liegen. Die höchsten Gehalte wurden bei Raps, Mais und Kartoffeln gemessen. Eine Erklärung dafür könnte in der N-Freisetzung aus Stroh oder Wirtschaftsdüngern und oder einer intensiven Belüftung des Bodens bei der Ernte mit einer entsprechenden Mineralisation und Nitrifikation liegen.
Die Nmin-Gehalte nach der Ernte und bei Vegetationsende zeigen in Abhängigkeit von der Hauptfrucht große Unterschiede (Abbildung 6). Die niedrigsten Gehalte waren bei Zuckerrüben festzustellen. Die Ursache hierfür dürfte in der weitgehend optimierten Stickstoffdüngung bei Zuckerrüben liegen. Die höchsten Gehalte wurden bei Raps, Mais und Kartoffeln gemessen. Eine Erklärung dafür könnte in der N-Freisetzung aus Stroh oder Wirtschaftsdüngern und oder einer intensiven Belüftung des Bodens bei der Ernte mit einer entsprechenden Mineralisation und Nitrifikation liegen.
Neben den absoluten Werten bei den einzelnen Fruchtarten sind die Veränderungen im Nmin-Gehalt zwischen den Probenahmeterminen von Bedeutung (Tabelle 4). Im Zeitraum „nach Ernte“ bis „Vegetationsende“ war in aller Regel eine Zunahme im Nmin-Gehalt festzustellen. Diese Zunahme war allerdings sehr unterschiedlich. Während bei Raps (+ 28 kg N/ha) und Winterweizen (+ 17 kg N/ha) die Zunahme sehr hoch lag, war diese bei Zuckerrüben, Mais, Kartoffel und Gerste gering, bei Kartoffeln sogar negativ. Die Gründe für die geringe Veränderung dürften im engen Zeitraum zwischen „nach der Ernte“ und „Vegetationsende“ und bei Gerste im häufig anzutreffenden Zwischenfruchtanbau liegen. Die starke Zunahme der Gehalte bei Raps und Winterweizen dürften aus der N-Freisetzung aus Stroh (Raps) oder der N-Spätdüngung (Winterweizen) resultieren. Die Abnahme der Nmin-Gehalte über den Winter ist mit der N-Verlagerung in tiefere Schichten zu erklären. Bei der Fruchtart Zuckerrübe, mit einer Zunahme von 16 kg Nmin/ha, wird deutlich, dass die N-Freisetzung aus dem Rübenblatt und sonstigen Ernterückständen wesentlich höher lag als die N-Verlagerung. Diese um knapp 20 kg N/ha höher liegenden Nmin-Gehalte bei Einarbeitung des Rübenblattes gegenüber einer Rübenblattabfuhr rechtfertigen eine um diesen Betrag verminderte mineralische N-Düngung zur Nachfolgefrucht.
| Fruchtart | Nach Ernte/ Vegetationsende | Vegetationsende/ Frühjahr |
| Alle Früchte | + 10 | - 7 |
| Getreide | + 11 | - 4 |
| Winterweizen | + 17 | - 9 |
| Wintergerste | + 8 | - 12 |
| Sommergerste | + 3 | ± 0 |
| Kartoffel | - 5 | - 26 |
| Mais | + 1 | - 16 |
| Raps | + 28 | - 20 |
| Zuckerrüben alle | + 3 | + 15 |
| Zuckerrüben ohne Blattbergung | + 3 | + 16 |
| Zuckerrüben mit Blattbergung | +2 | - 2 |
Stickstoffdüngung
Hinsichtlich der Gesamtstickstoffdüngemenge (mineralisch und anrechenbarer Teil aus organischen Düngern) ergaben sich keine Unterschiede im Nmin-Gehalt zwischen suboptimaler (< 100 kg N/ha) und optimaler (100 - 200 kg N/ha) N-Versorgung der Bestände. Erst bei über das Optimum hinausgehender N-Düngemenge war eine deutliche Erhöhung der Nmin-Gehalte im Boden erkennbar.
Hinsichtlich der Gesamtstickstoffdüngemenge (mineralisch und anrechenbarer Teil aus organischen Düngern) ergaben sich keine Unterschiede im Nmin-Gehalt zwischen suboptimaler (< 100 kg N/ha) und optimaler (100 - 200 kg N/ha) N-Versorgung der Bestände. Erst bei über das Optimum hinausgehender N-Düngemenge war eine deutliche Erhöhung der Nmin-Gehalte im Boden erkennbar.
Intensität der Viehhaltung
Der Einfluss der Viehhaltung auf die Nmin-Gehalte wird in Abbildung 8 wiedergegeben. In viehhaltenden Betrieben lagen die Gehalte um 10-20 kg N/ha über dem der viehlosen Betriebe.
Der Einfluss der Viehhaltung auf die Nmin-Gehalte wird in Abbildung 8 wiedergegeben. In viehhaltenden Betrieben lagen die Gehalte um 10-20 kg N/ha über dem der viehlosen Betriebe.
Zwischenfruchtanbau
Der Anbau von Zwischenfrüchten nach Getreide führte zu deutlichen im Mittel um 25 kg N/ha niedrigeren Nmin-Gehalten bei Vegetationsende. Mit Zwischenfruchtanbau konnte folglich das N-Verlagerungspotential deutlich vermindert werden.
Der Anbau von Zwischenfrüchten nach Getreide führte zu deutlichen im Mittel um 25 kg N/ha niedrigeren Nmin-Gehalten bei Vegetationsende. Mit Zwischenfruchtanbau konnte folglich das N-Verlagerungspotential deutlich vermindert werden.
Bodenbearbeitung
Der Einfluss der Bodenbearbeitung, wendend oder nicht wendend sowie der Zeitpunkt der wendenden Bodenbearbeitung (Pflug) auf die Nmin-Gehalte ist in Abbildung 10 und 11 dargestellt. Nichtwendende Bodenbearbeitung führte gegenüber der Bearbeitung mit dem Pflug ebenso wie der späte Pflugzeitpunkt (November, Dezember) gegenüber dem Oktobertermin zu deutlich geringeren gemessenen NO3-N Gehalten.
Der Einfluss der Bodenbearbeitung, wendend oder nicht wendend sowie der Zeitpunkt der wendenden Bodenbearbeitung (Pflug) auf die Nmin-Gehalte ist in Abbildung 10 und 11 dargestellt. Nichtwendende Bodenbearbeitung führte gegenüber der Bearbeitung mit dem Pflug ebenso wie der späte Pflugzeitpunkt (November, Dezember) gegenüber dem Oktobertermin zu deutlich geringeren gemessenen NO3-N Gehalten.