Auswirkungen der Grüngutapplikation auf den Stickstoffhaushalt in landwirtschaftlich genutzten Böden

Stickstoffhaushalt in landwirtschaftlich

genutzten Böden

Dissertation

zur Erlangung der Würde eines Dr. rer. nat.

an der Universität Bremen

vorgelegt von

Dipl. Ökol. MES Rostislav Neveceral

1. Gutachterin: Prof. Dr. Juliane Filser (FB 2)

2. Gutachter: Prof. Dr. Bernd Zolitschka (FB 8)

Verteidigungsdatum: 2.6.2008

Für Frau Dr. Míla Tomášová und meine Großmutter Vra

Bobková

Inhaltsverzeichnis

Danksagung ...XII

1 Einleitung und Problemstellung ...1

2 Stand der Forschung ...5

3 Kurzcharakterisierung der Versuchsstandorte ...9

3.1 Standort Hope ...9

3.2 Standort Stöckendrebber ...11

4 GGH als Versuchsmaterial ...13

5 Anlage der Feldversuche...15

5.1 Versuchsaufbau ...15

5.2 Beprobung und Messstationen ...17

5.3 Landwirtschaft ...17

5.4 Ernte...18

6 Material und Methoden ...21

6.1 Grüngutuntersuchung ...21

6.2 Bodenkundliche Untersuchungen ...23

6.3 Niederschlagswasser ...25

6.4 Pflanzenuntersuchungen ...25

6.5 Auswertung ...26

7 Ergebnisse und Diskussion ...30

7.1 Charakteristik des Grünguts...30

7.1.1 Allgemeine Kenngrößen...30

7.1.2 Lösliche und gesamte Nährstoffe ...31

7.1.3 Zufuhr an Nährstoffen mit der GGH-Aufbringung ...32

7.1.4 Schwermetallgehalte...33 7.1.5 Diskussion ...35 7.2 Nmin-Gehalt im Boden ...39 7.2.1 Standort Hope ...39 7.2.2 Standort Stöckendrebber ...48 7.2.3 Diskussion ...55

7.3 Charakteristika im Bodenwasser und N-Auswaschung ...60

7.3.1 Standort Hope ...60

7.3.2 Standort Stöckendrebber ...70

7.3.3 Diskussion ...77

7.4 Getreideentwicklung und Ernte ...86

7.4.1 Standort Hope ...86

7.4.2 Standort Stöckendrebber ...92

7.4.3 Diskussion ...96

7.5.1 Standort Hope ... 102

7.5.2 Standort Stöckendrebber ... 109

7.5.3 Diskussion ... 113

8 Gesamtdiskussion und Empfehlungen für die Landwirtschaft... 118

9 Zusammenfassung ... 125

10ILiteraturverzeichnis ... 127 11IAnhang

Abb. 3.1.1: Lageplan der Versuchsfelder Hope, Stöckendrebber und der Messstation in

Esperke; Maßstab 1: 60 000 (nach TAUBNER & TIPPKÖTTER, 2003) ... 9 Abb. 4.1.1: Grüngut auf der Sammelstelle vor und nach dem Häckseln ... 13 Abb. 5.1.1: Parzellierung der Versuchsflächen: S – Messstelle mit Saugkerzen, T – Messstelle mit Tensiometern... 15 Abb. 5.1.2: Der Großflächenstreuer des Grünguts (oben) und die verschiedenen Mengen des applizierten GGH. Standort Stöckendrebber ... 16 Abb. 7.2.1: Vergleich der Nmin-Werte unterschiedlicher GGH-Mengen zwischen den Parzellen bei verschiedenen Gülle-Gaben (Frühjahr 2000). Mittelwert und Standardabweichung (n=5). Standort Hope ... 43 Abb. 7.2.2: Unterschiedliche Nmin-Senkung (0-90 cm) der GGH-Varianten auf den Güllestufen 0, 15 und 30 m3/ha im Zeitraum 30.03.00-18.05.00. Standort Hope ... 44 Abb. 7.2.3: Vergleich der Nmin-Werte (0-90 cm) unterschiedlicher GGH-Mengen zwischen den Parzellen mit verschiedenen Gülle-Gaben (Sommer und Herbst 2000). Mittelwert und Stan-dardabweichung (n=5). Standort Hope ... 45 Abb. 7.2.4: Graphische Darstellung der Nmin-Gehalte (0-90 cm) als „Fliegender Teppich“ in Ab-hängigkeit von unterschiedlichen GGH- und Gülle-Gaben zu den Terminen Nmin8 (15.3.01), Nmin9 (2.5.01), Nmin10 (2.7.01), Nmin11 (4.9.01) und Nmin12 (7.11.01). Standort Hope ... 46 Abb. 7.2.5: Vergleich der Nmin-Werte unterschiedlicher GGH-Mengen zwischen den Parzellen bei verschiedenen Gülle-Gaben (Frühjahr 2000). Mittelwert und Standardabweichung (n=5). Standort Stöckendrebber ... 52 Abb. 7.2.6: Vergleich der Nmin-Werte (0-90 cm) unterschiedlicher GGH-Mengen zwischen den Parzellen mit verschiedenen Gülle-Gaben (Sommer und Herbst 2000). Mittelwert und Stan-dardabweichung (n=5). Standort Stöckendrebber ... 53 Abb. 7.2.7: Graphische Darstellung der Nmin-Gehalte (0-90 cm) als „Fliegender Teppich“ in Ab-hängigkeit von unterschiedlichen GGH- und Gülle-Gaben zu den Terminen Nmin8 (14.3.01), Nmin9 (30.4.01), Nmin10 (4.7.01), Nmin11 (29.8.01) und Nmin12 (9.11.01). Standort Stöckendreb-ber. Die roten Punkte zeigen jeweilige Werte der 5 Messungen auf jeder Parzelle... 54 Abb. 7.2.8: Einfluss von Verschiebungen im Intensitätsverhältnis von Nettomineralisierung und Nettomobilisierung auf das Nitrataustragspotenzial im Spätherbst (nach SCHELLER, 1993) ... 57 Abb. 7.3.1: Vergleich der Nitrat-N-Konzentrationen (n=3) der Schlüsselvarianten in der A-Tiefe (30 cm) im Bodenwasser (Sommer 2000 – Frühjahr 2001). Standort Hope ... 61 Abb. 7.3.2: Vergleich der Nitrat-N-Konzentrationen (n=3) der Schlüsselvarianten in der B-Tiefe (60 cm) im Bodenwasser (Sommer 2000 – Frühjahr 2001). Standort Hope ... 62 Abb. 7.3.3: Vergleich der Nitrat-N-Konzentrationen (n=3) der Schlüsselvarianten in der C-Tiefe (90 cm). (Sommer 2000 - Frühjahr 2001). Standort Hope ... 63 Abb. 7.3.4: Vergleich der Nitrat-N-Konzentrationen (n=3) der Schlüsselvarianten in der A-, B- und C-Tiefe (Herbst 2001). Standort Hope ... 64 Abb. 7.3.5: Vergleich der pH-Werte (n=3) der Schlüsselvarianten in der A-Tiefe (Sommer 2000 - Herbst 2001). Standort Hope ... 65 Abb. 7.3.6: Vergleich der pH-Werte (n=3) der Schlüsselvarianten in der B-Tiefe (Sommer 2000 - Herbst 2001). Standort Hope ... 66 Abb. 7.3.7: Vergleich der pH-Werte (n=3) der Schlüsselvarianten in der C-Tiefe (Sommer 2000 - Herbst 2001). Standort Hope ... 66 Abb. 7.3.8: Vergleich des Verlaufes der mittleren Werte der elektrischen Leitfähigkeit und der Nitrat-N-Konzentrationen (n=3) im Frühjahr 2000 auf der 0/0 Variante. Standort Hope ... 68

(30 cm) (Sommer 2000 – Frühjahr 2001). Standort Stöckendrebber...71 Abb. 7.3.10: Vergleich der Nitrat-N-Konzentrationen (n=3) der Schlüsselvarianten in der B-Tiefe (60 cm) (Sommer 2000 – Frühjahr 2001). Standort Stöckendrebber...71 Abb. 7.3.11: Vergleich der Nitrat-N-Konzentrationen (n=3) der Schlüsselvarianten in der C-Tiefe (90 cm) (Sommer 2000 – Frühjahr 2001). Standort Stöckendrebber...72 Abb. 7.3.12: Vergleich der mittleren Nitrat-N-Konzentrationen (n=3) der Schlüsselvarianten in der A-, B- und C-Tiefe (Herbst 2001). Standort Stöckendrebber ...73 Abb. 7.3.13: Vergleich der mittleren pH-Werte (n=3) der Schlüsselvarianten in der A-Tiefe

(Sommer 2000 - Herbst 2001). Standort Stöckendrebber ...74 Abb. 7.3.14: Vergleich der mittleren pH-Werte (n=3) der Schlüsselvarianten in der B-Tiefe

(Sommer 2000 - Herbst 2001). Standort Stöckendrebber ...75 Abb. 7.3.15: Vergleich der mittleren pH-Werte (n=3) der Schlüsselvarianten in der C-Tiefe

(Sommer 2000 - Herbst 2001). Standort Stöckendrebber ...75 Abb. 7.3.16: Stein unter der Saugkerze 2 in der B-Tiefe (60 cm) auf der 170/30-Variante (siehe Pfeil). Standort Hope ...79 Abb. 7.4.1: Lineare Beziehung zwischen der Grüngutgabe und der Höhe des Ertrags 2000 (Standort Hope) ...87 Abb. 7.4.2: Die Höhe des Kornertrags 2001 in Abhängigkeit von der Grüngut-Gabe (Standort Hope) ...91 Abb. 7.4.3: Polynomische Beziehung zwischen der Grüngut-Gabe und der Höhe des Ertrags 2000 (P = 0,001; R 2 = 0,85) (Standort Stöckendrebber) ...92 Abb. 7.5.1: Isolinienkarte für organische Substanz (in %) in der Bodentiefe (0-30 cm) in den Streifen mit unterschiedlicher GGH-Gabe . Stand vor der GGH-Aufbringung auf dem Standort Hope (nach SCHULZ, 2002)...107 Abb. 7.5.2: Isolinienkarte für den Sandgehalt (in %) in der Bodentiefe (0-30 cm) in den Streifen mit unterschiedlicher GGH-Gabe. Stand vor der GGH-Aufbringung auf dem Standort Hope

Tabellenverzeichnis

(nach TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003) ... 11

Tab. 3.2.1: Grundcharakteristik des Versuchsstandortes Stöckendrebber im Anfangszustand (nach TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003) ... 12

Tab. 3.2.2: Niederschlagsvolumen auf den Versuchsfeldern berechnet mit Hilfe von Regenfän-gern. Temperatur berechnet nach dem Tagmittel, gemessen auf der Klimastation in Esperke (nach TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003) ... 12

Tab. 5.3.1: Stickstoffdüngungsgaben auf den Versuchsparzellen... 19

Tab. 5.3.2: Weitere landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen ... 20

Tab. 6.2.1: Zeitpunkte der Nmin-Entnahmen ... 23

Tab. 7.1.1: Allgemeine Kenngrößen des GGH (n=3)... 30

Tab. 7.1.2: Korngrößenzusammensetzung des Grünguts (n=3) ... 31

Tab. 7.1.3: Lösliche und gesamte Pflanzennährstoffe in Grüngut (n=3) ... 31

Tab. 7.1.4: Mengen an löslichen Pflanzennährstoffen die mit dem GGH auf die Versuchsparzellen aufgebracht wurden (n=3) ... 32

Tab. 7.1.5: Mengen der Gesamtgehalte an Pflanzennährstoffen, die mit dem GGH auf die Versuchsparzellen aufgebracht wurden (n=3) ... 33

Tab. 7.1.6 Schwermetallgehalte in Grüngut (n=3) ... 34

Tab. 7.1.7: Jährliche Zufuhr an Schwermetallfrachten mit den GGH-Gaben alle drei Jahre (n=3)34 Tab. 7.1.8: Mindestgehalte NPK für die Sekundärrohstoffdünger (nach der Düngemittelverord-nung) im Vergleich zu gemessenen Gesamtanteilen im Grüngut ... 35

Tab. 7.2.1: Stickstoffzufuhr mit GGH auf das Versuchsfeld Hope ... 39

Tab. 7.2.2: GGH-Einfluss auf die Nmin-Werte (0-90 cm) in kg N/ha (2000 –2001) bestimmt mit Hilfe der Varianzanalyse und des Tukey-Testes (pro Variante jeweils 15 Proben; die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich, P<0,05). Standort Hope ... 40

Tab. 7.2.3: GGH-Einfluss auf die Ammonium-N- Werte (2000 – 2001) bestimmt mit Hilfe der Varianzanalyse und des Tukey-Testes (pro Variante jeweils 15 Proben; die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich, P<0,05). Standort Hope... 41

Tab. 7.2.4: GGH-Einfluss auf die Nitrat-N-Werte (2000 – 2001) bestimmt mit Hilfe der Varianz-analyse und des Tukey-Testes (pro Variante jeweils 15 Proben; die Werte mit gleichen Buch-staben sind nicht signifikant unterschiedlich, P<0,05). Standort Hope ... 42

Tab. 7.2.5: GGH-Einfluss auf die Nmin-Gehalte im Bodenprofil (0-90cm) bei verschiedenen Gül-lestufen (Jahr 2001) (n=20). Standort Hope ... 47

Tab. 7.2.6: GGH-Einfluss auf die Nmin-Werte (0-90 cm) in kg N/ha (2000 – 2001) bestimmt mit Hilfe der Varianzanalyse und des Tukey-Testes (pro Variante jeweils 15 Proben; die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich, P<0,05). Standort Stöckendrebber .. 48

Tab. 7.2.7: GGH-Einfluss auf die Ammonium-N-Werte (2000 – 2001) bestimmt mit Hilfe der Varianzanalyse und des Tukey-Testes (pro Variante jeweils 15 Proben; die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich, P<0,05). Standort Stöckendrebber... 49

Tab. 7.2.8: GGH-Einfluss auf die Nitrat-N-Werte (2000 – 2001) bestimmt mit Hilfe der Varianz-analyse und des Tukey-Testes (pro Variante jeweils 15 Proben; die Werte mit gleichen Buch-staben sind nicht signifikant unterschiedlich, P<0,05). Standort Stöckendrebber ... 50

Tab. 7.3.1: Mit der Kerzenmethode berechnete Nitratauswaschung in den Versuchsjahren 2000-2001. Standort Hope ...69 Tab. 7.3.2: Mit der Kerzenmethode berechnete Nitratauswaschung in den Versuchsjahren 2000-2001. Standort Stöckendrebber ...76 Tab. 7.4.1: GGH-Einfluss auf die Ertragsparameter der Ernte im August 2000 und 2001

bestimmt mit Hilfe der Varianzanalyse und des Tukey-Testes (n=3). Die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort Hope...87 Tab. 7.4.2: GGH-Einfluss auf die N-Ausnutzung 2000 und 2001 bestimmt mit Hilfe der

Varianzanalyse und des Tukey-Testes (n=3). Die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort Hope ...88 Tab. 7.4.3: Gülle-Einfluss auf die Ertragsparameter der Ernte im August 2000 und 2001

bestimmt mit Hilfe der Varianzanalyse und des Tukey-Testes (n=4). Die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort Hope...89 Tab. 7.4.4: Vergleich der Pflanzencharakteristika auf den Schlüsselparzellen im Frühjahr und Sommer 2001 (n=2). Standort Hope ...90 Tab. 7.4.5: GGH-Einfluss auf die Ertragsparameter der Ernte im August 2000 und 2001

bestimmt mit Hilfe der Varianzanalyse und des Tukey-Testes (n=4). Die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort Stöckendrebber...93 Tab. 7.4.6: Gülle-Einfluss auf die Ertragsparameter der Ernte im August 2000 und 2001

bestimmt mit Hilfe der Varianzanalyse und des Tukey-Testes (n=4). Die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort Stöckendrebber...93 Tab. 7.4.7: Vergleich der Pflanzencharakteristika auf den Schlüsselparzellen im Frühjahr und Sommer 2001 (n=2). Standort Stöckendrebber ...94 Tab. 7.4.8: GGH-Einfluss auf die N-Ausnutzung 2000 und 2001 bestimmt mit Hilfe der

Varianzanalyse und des Tukey-Testes (n=3). Die Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort Stöckendrebber ...95 Tab. 7.5.1: N-Bilanzierung. Standort Hope ...102 Tab. 7.5.2: Der GGH- und Gülleeinfluss auf den N-Saldo (in kg N/ha) bestimmt mittels. der ein-faktoriellen Varianzanalyse (Faktor: GGH oder Gülle) und des Tukey-Testes. Werte mit gleichen Buchstaben sind zwischen den einzelnen Varianten nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort Hope ...104 Tab. 7.5.3: Der GGH- und Gülleeinfluss auf die N-Mobilisierung und die apparente Netto-N-Mobilisierung (in kg N/ha) bestimmt mittels der einfaktoriellen Varianzanalyse (Faktor: GGH oder Gülle) und des Tukey-Testes. Werte mit gleichen Buchstaben sind zwischen den einzel-nen Varianten nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort Hope ...106 Tab. 7.5.4: Vergleich der mittleren gravimetrischen Wassergehalte (%) in der A-Tiefe zwischen den unterschiedlichen GGH-Varianten bei den Nmin-Beprobungen (Tukey-Test; pro Variante jeweils 15 Proben). Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich

(P<0,05). Standort Hope ...108 Tab. 7.5.5: N-Bilanzierung. Standort Stöckendrebber ...109 Tab. 7.5.6: Der GGH- und Gülleeinfluss auf den N-Saldo, auf die Netto-N-Mobilisierung und die apparente Netto-N-Mobilisierung (in kg N/ha) bestimmt mittels der einfaktoriellen Varianzanaly-se (Faktor: GGH oder Gülle) und des Tukey-Testes. Werte mit gleichen Buchstaben sind zwi-schen den einzelnen Varianten nicht signifikant unterschiedlich (P<0,05). Standort

Tab. 7.5.7: Vergleich der mittleren gravimetrischen Wassergehalte (%) in der A-Tiefe zwischen den unterschiedlichen GGH-Varianten bei den Nmin-Beprobungen (Tukey-Test; pro Variante jeweils 15 Proben). Werte mit gleichen Buchstaben sind nicht signifikant unterschiedlich

Symbolverzeichnis

Symbol Bedeutung Dimension

Ae Oberbodenhorizont, verarmt an Eisenoxiden

und Huminstoffen

Ah Oberbodenhorizont, mit Humus angereichert

Al Oberbodenhorizont, lessiviert (tonverarmt)

Ap Oberbodenhorizont, gepflügt

A-Tiefe Beprobungstiefe 0-30 cm

AHL Ammonnitrat-Harnstoff-Lösung kg N/ha

Bs Unterbodenhorizont, angereichert mit

Ses-quioxiden Bt Unterbodenhorizont, tonangereichert Bv Unterbodenhorizont, verwittert B-Tiefe Beprobungstiefe 30-60 cm BGK Bundesgütegemeinschaft Kompost C Untergrundhorizont C-Tiefe Beprobungstiefe 60-90 cm C/N-Verhältnis Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis dt Dezitonne 0,1 Tonne FS Frischsubstanz t, kg GGH Grünguthäcksel m3/ha ha Hektar 100 x 100 m2

KAS Kalk-Ammon-Salpeter kg N/ha

LF elektrische Leitfähigkeit μS/cm

LUFA Landwirtschaftliche Untersuchungs- und For-schungsanstalt

MD mineralische Düngung kg/ha

Symbol Bedeutung Dimension Nmik Stickstoff in der mikrobiellen Biomasse kg /ha

n.s. nicht signifikant (P > 0,05)

Nt Gesamtstickstoff kg/ha

pF/WG-Kurve Wasserspannungskurve

P-Wert Signifikanzniveau

R2 Bestimmtheitsmaß

Sg wasserstauender Horizont, haftnass, helle

und rostfleckige Matrix

SSA schwefelsaures Ammoniak kg N/ha

Stabw Standardabweichung

TKG Tausendkörnergewicht g

TS Trockensubstanz % FS

WG Wassergehalt Masse%, Vol.%

WR Winterroggen

Organisation des Projektes

Das gesamte Projekt „Ökologische und ökonomische Aspekte der direkten Grüngutverwertung auf landwirtschaftlich genutzten Flächen unter besonderer Berücksichtigung der Bodenverbes-serung und Ertragssteigerung “ (DBU-Projekt AZ 15034) entstand aus der Zusammenarbeit zwischen der Universität Bremen (UFT), Abteilung Bodenkunde und dem Maschinenring Um-weltservice GmbH (MARIUS) in Niedersachsen. Das Projekt wurde in drei Teilprojekte, die zeit-lich parallel und auf gleichen Versuchsfeldern verliefen, unterteilt. Eine enge Zusammenarbeit zwischen allen Teilprojekten war vorgesehen. Das Teilprojekt 1 „Einfluss der Grüngutapplikation auf Ertrag von Getreide“ und das Teilprojekt 2 „Beeinflussung der bodenchemischen Eigen-schaften der Bodenstruktur und der Humusdynamik durch die Applikation von Grünguthäcksel auf Ackerböden“ wurden von Prof. Dr. Tippkötter und Dr. Taubner organisiert und durchgeführt (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003). In diese Arbeit fließen Ergebnisse des Teilprojektes 3 „Auswir-kungen der Grüngutapplikation auf den Stickstoffhaushalt in landwirtschaftlich genutzten Bö-den“ (AZ 97) ein (TIPPKÖTTER& NEVECERAL, 2003), für dessen Durchführung ich verantwortlich war, sowie die Ergebnisse der Handernte- und Erntemaßnahmen (Teilprojekt 1).

Die Auswahl der Versuchsfelder, der zeitliche Verlauf des Projektes und die Spezifikation der agrarwirtschaftlichen Maßnahmen entstanden nach der Absprachen zwischen der Universität Bremen (Prof. Dr. Tippkötter, Dr. Taubner und Dipl.-Geogr. Rethemeyer), dem Niedersächsi-schen Landesverband der Maschinenringe (Herrn Ing. Pertram und Herrn Ing. Pohl) und den beteiligten Landwirten (Herrn Gade und Herrn Ing. Jendriza). Die Erkundungskartierung und die Anlage der ausgewählten Versuchsfelder inkl. der Einrichtung der Saugkerzenanlage erfolgten durch die Mitarbeiter der Abteilung Bodenkunde der Universität Bremen (Prof. Dr. Tippkötter, Dr. Taubner, Dipl.-Geogr. Rethemeyer, Dipl.-Geogr. Eickhorst und Dipl.- Geol. Schulz). Die Klimastation wurde von Prof. Dr. Tippkötter, Dr. Taubner und Dr. Bauer aufgebaut.

Das Schreddern des Grünguts wurde durch die Fa. MARIUS organisiert. Die Grünguthäcksel-streuung und Entnahme der Grüngutproben im Jahr 2000 erfolgte durch Prof. Dr. Tippkötter, Dipl.-Geogr. Rethemeyer, Dipl.-Geogr. Eickhorst, Dipl.-Geol. Schulz und Herrn Wiechmann (MARIUS). Die Gülleausbringung und Beprobung erfolgte durch Dipl.-Geogr. Rethemeyer, Dr. Bauer und Herrn Wiechmann. Düngergaben und andere pflanzliche Maßnahmen wurden durch die beteiligten Landwirte und die Fa. MARIUS ausgeführt.

Die Nmin-Beprobung im Jahr 2000 erfolgte durch Prof. Dr. Tippkötter, Dipl.-Geogr. Rethemeyer, Dipl.-Geogr. Eickhorst und Dipl.-Geol. Schulz.

Für die Organisation und Durchführung des Teilprojektes 3 war in den ersten neun Monaten Dipl.-Geogr. Rethemeyer zuständig.

und Pflanzenmaterial erfolgte durch Frau Schaefer. Die Messung der Nitrate im Boden und Bodenwasser und die Bestimmung der Schwermetall- und Gesamtnährstoffgehalte wurde von Herrn Uhde durchgeführt.

Die Klimadaten und die chemischen bzw. physikalischen Eigenschaften des Bodens auf den Versuchsfeldern wurden aus dem Teilprojekt 2 übernommen. Die Daten hinsichtlich der Korner-träge auf beiden Versuchsfeldern wurden aus dem Teilprojekt 1 zur Verfügung gestellt. Die in der Arbeit benutzten Photos wurden im Rahmen des Gesamtprojektes von Prof. Dr. Tippkötter gefertigt.

Meine Tätigkeit beinhaltete die Feldarbeiten im Jahr 2001. Dazu gehörte die Nmin-Probenahme mit weiteren Mitarbeitern des Instituts für Bodenkunde (Universität Bremen), die Bodenwasser-entnahme, die Entnahme des Regenswassers, die Messung der Wasserspannung durch Ten-siometer und die Wartung der Saugkerzenanlage in Zusammenarbeit mit Fa. Marius (Herrn Ing. Meyer) bzw. anderen Mitarbeitern des Instituts für Bodenkunde. Im Frühjahr 2001 führte ich eine Pflanzenentnahme durch und bestimmte die Pflanzendichte. Im August 2001 beteiligte ich mich an den Vorernte- und Erntemaßnahmen, sowie an der Grundstandsbeprobung der Ver-suchsfelder.

Meine Laborarbeit (2001-2002) umfasste die Extraktion der Boden-Nmin-Proben (zusammen mit anderen Mitarbeitern des Instituts für Bodenkunde). Darüber hinaus bereitete ich die Boden-wasserproben für weitere Messungen vor und maß den pH-Wert und die elektrische Leitfähig-keit. Weiter habe ich im März 2002 Grüngutproben entnommen und mit den GGH-Proben aus dem Jahr 2000 für weitere Messungen vorbereitet (Trocknung, Zerkleinerung bzw. Extraktion). Selber habe ich die Charakteristika des Grünguts wie die Trockensubstanz, die Korngrößenzu-sammensetzung, die Rohdichte, den pH-Wert und den Salzgehalt gemessen. Bei der Pflanzen-entnahme im Frühjahr habe ich die Pflanzenanzahl pro Hektar und die Trockenmasse be-stimmt. Zusammen mit einem Mitarbeiter haben wir aus den Handernteproben die Pflanzen-dichte, die Trockenmasse von Ähren und Stroh pro m2, die Wurzelmasse pro m2, die Pflanzen- und Ährenanzahl pro m2 und die Anzahl der Ähren pro Pflanze bestimmt. Bei der Ernte haben wir das Tausendkörnergewicht und den C und N-Gehalt von Korn und Stroh festgestellt. Die Rohdaten habe ich dann eingeordnet, weiter bearbeitet und zu den Endergebnissen berechnet. Die Endergebnisse wurden von mir graphisch und tabellarisch dargestellt bzw. statistisch aus-gewertet.

Danksagung

Die vorliegende Untersuchung wurde durch die finanzielle Förderung des Senators für Bau, Umwelt und Verkehr in Bremen ermöglicht.

Mein herzlicher Dank gilt Frau Prof. Dr. Juliane Filser, die die Betreuung meiner Dissertation im Februar 2007 übernommen hat. Ich danke Ihr auch für Ihre fachlichen Ratschläge hinsichtlich der Statistik und der bodenkundlichen Untersuchungen. Danke auch für Ihre Hilfe bezüglich der Struktur der Arbeit.

Herrn Prof. Dr. Zolitschka und Herrn Prof. Dr. Venzke danke ich für die Hilfe und wertvolle Ratschläge während des Promotionsverfahrens und Herrn Prof. Dr. Zolitschka für die Begutach-tung meiner Dissertation.

Mein Dank gilt auch Herrn Prof. Dr. Rolf Tippkötter, dass er mir die Möglichkeit gegeben hat, an der Universität Bremen an diesem Thema arbeiten zu dürfen. Dank auch für seine Unterstüt-zung während der Durchführung und Organisation der Untersuchungen und allen damit ver-bundenen Tätigkeiten.

Bei Frau Dr. Heidi Taubner möchte ich mich vor allem für ihre wertvollen Hinweise und Rat-schläge zu dieser Arbeit und für Ihre Gesprächsbereitschaft bedanken.

Bei Frau Dipl.-Geogr. Janet Rethemeyer bedanke ich mich für die Leitung des Teilprojektes 3 in den ersten neun Monaten.

Mein Dank gilt auch weiteren Mitarbeitern im Institut für Bodenkunde. Besonders genannt seien Frau Birgit Schaefer, Herr Peter Uhde, Herr Dipl.-Geogr. Thilo Eickhorst und Herr Dipl.-Geol. Stefan Kurtz, die sich an der analytischen Arbeit als auch an den umfangreichen Feldarbeiten beteiligten.

Der Niedersächsische Landesverband der Maschinenringe, Hannover, organisierte die land-wirtschaftliche Durchführung der Arbeit. Für gute Zusammenarbeit bedanke ich mich an dieser Stelle bei Herrn Dipl.-Ing. agr. Meyer, Herrn Dipl.-Ing. Jendriza, und Herrn Gade.

Ein besonderes Dankeschön gilt Herrn Prof. Dr. Rolf Nieder für seine Hilfsbereitschaft zum Thema Stickstoffhaushalt und Stickstoffbilanzierung. Bei Herrn Dipl.-Math. Werner Wosniok (Institut für Statistik, Universität Bremen) und bei Herrn Doc. Dr. Stuchly aus dem Statistischen Institut in Prag bedanke ich mich für die Hilfe bei den statistischen Auswertungen. Bei Herrn Prof. Dr. Friedrich Lehmann möchte ich mich für seine juristischen Hinweise bedanken. Herrn Dipl.-Ing. Falko Berger bin ich für die technische Unterstützung dankbar.

Außerdem gilt mein Dank folgenden Personen, die mir durch ihre nützlichen Hinweise zum Ab-schluss der Arbeit verholfen haben: Herr Dipl.-Geol. Harald Bethke, Frau Iren Collet, Herr Dr. Ralf Hartmann, Frau Dr. Britta Munkes, Frau Renate Schmöe, Frau Dipl. Jour. FH Antje Spitz-ner und Herr Dipl.-Geogr. Michael Thiele.

1 Einleitung und Problemstellung

Das Grüngut, der Grünschnitt oder der Grünguthäcksel (abgekürzt GGH) ist gehäckselter Baum-, Strauch- und Heckenschnitt. Direktverwertung des Grünguts heißt: Einsatz im Ackerbau ohne vorherige Kompostierung und folgende Umsetzung im Boden.

Im Landkreis Hannover ist Grüngutverwertung durch die Firma „Maschinenring Umweltservice GmbH (MARIUS)“ organisiert. Jede private Person kann die sogenannten Baum- und Strauch-schnitte zu einem ausgewählten Landwirt auf die Sammelstelle bringen, wo diese anschließend gehäckselt und direkt auf das Feld aufgebracht werden. Zum GGH gehören kein Straßenbe-gleitgrün sowie kein Bioabfall aus dem Haushalt aufgrund möglicher Kontamination durch Schadstoffe oder Schimmelpilze. Im Landkreis Hannover wird auch kein Mähgut benutzt, auf-grund des Risikos schneller Auswaschung der Nährstoffe direkt an der Sammelstelle (TIPPKÖT-TER& TAUBNER, 1998).

Seit Anfang der neunziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts wurden einige Untersuchungen des Grünguts und seiner Wirkung auf den Stickstoffhaushalt durchgeführt. Das ohne vorherige Kompostierung zugeführte Material weist einen im Verhältnis zum Stickstoffgehalt hohen Koh-lenstoffanteil und damit ein weites C/N-Verhältnis von 40 bis 80 auf (BRANDT, 1997; KLUGE& TIMMERMANN, 1999). Aus diesem Grund ist mit einer vorübergehenden Immobilisierung des verfügbaren mineralischen Stickstoffs in die mikrobielle Biomasse zu rechnen.

BRANDT(1997) stellte im Frühjahr (März/April), kurz nach der oberflächigen GGH-Aufbringung, auf einem standardgedüngten Acker (Parabraunerde-Pseudogley) eine Nmin-Senkung von ca. 25 kg N/ha bedingt durch GGH fest. Bei einem Vergleich von unterschiedlichen GGH-Schichten (100 und 200 m3/ha) fand er einen niedrigeren Nmin-Vorrat bei der stärker bestreuten Variante. Er erklärte die niedrigeren Nmin-Gehalte durch die erhöhte Inkorporierung des Stickstoffs in die mikrobielle Biomasse. Auf einem anderen Standort (Parabraunerde) mit ebenfalls bestelltem Winterweizen bestimmte er jedoch im März/April durch GGH eine umgekehrte Wirkung, nämlich eine Extramineralisation von ca. 25 kg N/ha. Er führte weitere Messungen im Mai bis August durch und stellte fest, dass auf den Varianten, wo im März/April eine erhöhte N-Immobilisierung stattfand, eine erhöhte Netto-N-Mineralisierung (Remineralisierung) folgte und umgekehrt. Er kam zum Schluss, dass eine durch GGH bedingte N-Immobilisierung in kurzer Zeit durch Re-mobilisierung ausgeglichen wird, so dass keine N-Verluste zu befürchten sind.

KLUGE & TIMMERMANN(1999) legten Feldversuche mit Grüngut auf unterschiedlichen Bodenar-ten an. Sie kamen zu einem ähnlichen Ergebnis wie BRANDT (1997). Der applizierte Grünschnitt bewirkte tendenziell im Frühjahr aber auch im Herbst eine Erhöhung der N-Immobilisierung (im Mittel 15-20 kg N/ha), so dass im Frühjahr eine zusätzliche N-Düngung zu empfehlen war.

Teil-weise stellten sie jedoch Anhebungen der Nmin-Gehalte auf den GGH-Varianten fest, wollten sie jedoch auf die GGH-Gaben nicht zurückführen.

COESTER (2000) untersuchte die GGH-Wirkung auf einem fruchtbaren Tschernosem-Pseudo-gley mit einem hohen Mineralisierungspotenzial. Es handelte sich um einen schwach- bis mit-telsandigen Lehm mit hohem Humusgehalt (3%) und niedrigem C/N Verhältnis (10:1). Nach der GGH-Aufbringung und -Einarbeitung (100 m3/ha) im Herbst beobachtete er auf der GGH-Variante im Bodenprofil (0-90 cm) eine mäßige Nmin-Abnahme, die aber nicht signifikant war. Im folgenden Frühjahr stellte er dagegen auf der Grüngutvariante eine Erhöhung der Nmin-Werte fest, die Mitte Mai signifikant war. Bei den Untersuchungen mit dem im Frühjahr oberflächlich applizierten und markierten GGH (15N) auf Raps stellte er fest, dass der Nmin-Gehalt des Bodens um den löslichen GGH-N-Anteil angereichert und von Pflanzen aufgenommen wurde. Zusätz-lich wurden noch weitere 1,2% des markierten GGH-N von den Pflanzen aufgenommen. Dies erklärte er durch die Frühjahrsmineralisation des GGH.

Durch die GGH-Wirkung auf den Nmin-Gehalt bzw. auf andere chemische und physikalische Eigenschaften dürfte sich Grüngut auf den Kornertrag auswirken. Nach KLUGE & TIMMERMANN (1999) wird der Ertrag auf Ackerland durch die regelmäßigen GGH-Gaben nicht positiv beein-flusst, sondern tendiert bei gleichem Niveau der N-Ergänzungsdüngung eher zur Ertragssen-kung. Die Ertragsminderungen bewegen sich im Bereich von ca. 3 bis 6 dt/ha. Diese negative GGH-Wirkung führen sie auf eine zeitweilige N-Immobilisierung zurück, die sich jedoch durch optimale Ergänzungsdüngung kompensieren lässt. BRANDT (1997) konnte bei der Anwendung von 100 m3 GGH/ha weder einen wesentlichen Einfluss auf die Bestandsentwicklung noch Er-tragseinbußen im Kornertrag von Winterweizen nachweisen. Bei der Anwendungsmenge von 200 m3 GGH/ha wurde jedoch die Anwendungsgrenze überschritten, woraus ein abnehmender Ertrag resultierte. COESTER (2000) führte fehlende Ertragsunterschiede zwischen den Varianten mit und ohne GGH auf eine hohe Ertragsleistung des Standortes zurück und wertete ihr Fehlen als Hinweis auf kein Auftreten einer Stickstoffsperre.

Aus diesen Arbeiten ist zu sehen, dass der GGH-Einfluss auf den Stickstoffhaushalt im Boden und auf den Pflanzenertrag schon mehrmals untersucht wurde. Es wurden Tendenzen festge-stellt, die jedoch bei verschiedenen Autoren teilweise auch unterschiedlich waren. Darüber hin-aus stellte beispielsweise BRANDT (1997) oder KLUGE & TIMMERMANN (1999) auf einigen Ver-suchsfeldern Ergebnisse fest, die mit ihren Schlussfolgerungen und besagten Tendenzen nicht im Einklang waren, wie z.B. die Nmin-Steigerung nach der GGH-Aufbringung im Frühjahr.

Die folgende Arbeit möchte sich noch detaillierter mit der GGH-Wirkung auf den Stickstoffhaus-halt beschäftigen und die Unklarheiten und die zum Teil gegensätzliche Ergebnisse der bisheri-gen Forschunbisheri-gen aufklären versuchen. Da vermutet wird, dass unterschiedliche Bodeneibisheri-gen- Bodeneigen-schaften und Grüngutmengen auf die Menge des mineralischen Stickstoffs im Boden auf

ver-schiedene Weise einwirken können, wurden großflächige Blockversuche auf zwei Getrei-destandorten mit differenter Bodentexturierung (Sandboden und Lehmboden) mit praxisnaher landwirtschaftlicher Versuchsanordnung mit vier unterschiedlichen Ausbringungsmengen von GGH und drei unterschiedlichen Düngungsgaben in Form von Gülle eingerichtet.

Gülle beinhaltet einen hohen Anteil des Stickstoffs in anorganischer Form (über 50%). Es kann damit gerechnet werden, dass der Ammoniumanteil des Güllestickstoffs kurzfristig den Pflanzen zur Verfügung steht. Gülle weist ein niedriges C/N-Verhältnis (von 5:1 bis 10:1) auf, was für eine schnelle Zersetzbarkeit spricht (AMBERGER et al., 1982; KRÜGER, 1989; FREDE& DABBERT, 1999). Darüber hinaus beinhaltet Gülle leicht zersetzbare organische Stoffe (AMBERGER et al., 1982), die im Stande sind, eine Extramineralisation (der sogenannte „priming effect“) auszulö-sen (LAURA, 1976; NIEDER, 1987; SCHELLER, 1993; HAMER& MARSCHNER, 2002). Der Mecha-nismus des „priming effects“ wurde bis jetzt nicht ganz verstanden. Einige Autoren sehen die Ursache im Anwachsen und im erhöhten Wechsel der mikrobiellen Biomasse (DALENBERG & JAGER, 1989; DENOBILIet al., 2001). KUZYAKOV et al. (2000) erklären dies durch erhöhte Aktivi-tät der mikrobiellen Biomasse nach der Zugabe des leicht zersetzbaren organischen Substrats. Dies führt zu einer erhöhten Mineralisation der organischen Substanz. Nach AZIZ enthält Gülle zehn mal mehr Bakterien als mikrobiell aktiver Boden, unter denen proteolytische und nitrifizie-rende Formen dominieren (zitiert in KRÜGER, 1989). Eine höhere mikrobielle Biomasse und Aktivität nach der Applikation organischer Dünger (z.B. Gülle, Festmist, Jauche) wird ebenfalls durch andere Forschungen bestätigt (KORIATH et al., 1975; DITTERTet al., 1998; FRIEDEL& GA-BEL, 2001). Durch die Gülle-Gabe könnte also nicht nur die vom Grüngut verursachte Stickstoff-sperre aufgehoben werden, es könnten auch die Zersetzung und Mineralisierung der Grüngut-häcksel beschleunigt werden. Eine Zusammenwirkung zwischen GGH und Gülle wurde bisher nicht untersucht.

Die Land- und auch die Wasserwirtschaft beschäftigen sich seit Jahren mit den Risiken des Stickstoffaustrages in das Grundwasser. Oft werden bei den überhöhten Stickstoffdüngergaben die gesetzlichen Vorgaben (z.B. Trinkwasserverordnung) nicht erfüllt. Es stellt sich daher die Frage, ob die Aufbringung des Grünguts ein erhöhtes Risiko hinsichtlich der Nitratverschmut-zung des Grundwassers verursacht. Nach KLUGE& WÜRFEL (1995) bedeutet die Grüngutan-wendung in Wasserschutzgebieten keine Gefahr. Der Stickstoff wird durch holzreiches Häck-selgut (weites C/N-Verhältnis) am Ende der Vegetationsperiode vorübergehend festgelegt, so dass keine erhöhte N-Auswaschung zu befürchten ist.

Die Untersuchungen des Einflusses von Grüngut auf die Nitratauswaschung wurden jedoch bisher nicht durchgeführt. Mit Hilfe der Saugkerzen/Tensiometer-Methode werden im Rahmen dieser Arbeit auf drei sogenannten Schlüsselvarianten mit und ohne GGH bzw. Gülle die N-Auswaschungen bestimmt um nachweisen zu können, ob GGH bzw. Kombination GGH x Gülle die Versickerung des Nitrats ins Grundwasser beeinflusst.

Ziel der Arbeit ist es, Empfehlungen für die Landwirtschaft herauszuarbeiten, aufgrund erzielter Ergebnisse. Unter welchen Bedingungen kann Grüngut appliziert werden, und welche GGH-Menge ist optimal? Bringt eine Kombination von GGH und Gülle der Landwirtschaft Nutzen?

In der Arbeit werden folgende Hypothesen überprüft:

1. Grüngut beinhaltet nur geringe Mengen an pflanzenverfügbarem Stickstoff bzw. an an-deren Nährstoffen, die erst langfristig mobilisiert werden. Grüngut ist daher als N- oder NPK-Dünger nicht einzusetzen.

2. Das im Frühjahr oberflächig aufgebrachte Grüngut bewirkt in den Frühjahrsmonaten und im Herbst des ersten Jahres eine erhöhte N-Immobilisierung. Durch anschließende Remobilisierung wird dieser Verlust ausgeglichen. Im zweiten Jahr wird der N-Immobilisierungeffekt geringer. Der Nmin-Gehalt wird durch den freigesetzten Grüngut-stickstoff erhöht. Die Zersetzung und Mineralisierung des Grünguts wird auf dem Lehmboden mit höherer Qualität schneller verlaufen.

3. Eine Steigerung der Grüngutgaben (ca. 50, 100 und 150 m3/ha) bewirkt im ersten Jahr eine lineare Zunahme der N-Immobilisierung. Im zweiten Jahr nimmt die N-Mobili-sierung und die Nmin-Zunahme im Boden mit steigender GGH-Gabe zu.

4. Eine Kombination von GGH und Gülle erhöht die Zersetzung und Mineralisierung des Grünguts und gleicht seinen N-Immobilisierungeffekt aus.

5. Grüngut verringert die Stickstoffverlagerung im Bodenprofil und die Nitratauswaschung. Eine Kombination von Gülle und GGH erhöht die Menge des ausgewaschenen Stick-stoffs.

6. Mit Steigerung der GGH-Schicht nimmt der Kornertrag ab. Durch die Kombination von GGH und Gülle wird dieser negative Effekt aufgehoben.

2 Stand der Forschung

Seit Anfang der neunziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts wird Grüngut in einigen land-wirtschaftlichen Betrieben im Auftrag der kommunalen Abfallentsorgungsbehörde direkt auf Ackerböden aufgebracht.

Eine wichtige Frage, die sich bei der Grüngutapplikation stellt, ist die Schnelligkeit der Zerset-zung der geschredderten Grüngutpflanzenresten und der FreisetZerset-zung des für den Pflanzenbe-stand wichtigen Nährstoffes Stickstoff. Wie Studien von CONSTANTINIDES& FOWNES(1994), DIT-TERTet al. (1998), RECOUSet al. (2001) gezeigt haben, spielt das C/N-Verhältnis der Pflanzen-reste bei der Mineralisierung im Boden eine sehr bedeutende Rolle. RECOUSet al. (2001) fan-den bei Inkubationsversuchen - Stickstoff war kein limitierender Faktor - eine hyperbolische Be-ziehung zwischen dem C/N-Verhältnis der eingearbeiteten Pflanzenreste und derer Zerset-zungs- und Humifikationsrate. Das Material mit niedrigem C/N-Verhältnis (bis ca. 20:1) wies nach kurzer Zeit eine hohe N-Mineralisierungsrate auf. Mit wachsendem C/N-Verhältnis stieg die N-Immobilisierung, die ca. 1 bis 2 Monate dauerte. Danach folgte eine Phase der mäßigen N-Mineralisierung.

NIEDER (1987) untersuchte die Zersetzbarkeit des Strohs unter Feldbedingungen mit bestell-tem Winterweizen. Er stellte fest, dass rund 70% der Ausgangs-Trockenmasse des Strohs (C/N-Verhältnis im Mittel 120:1) nach einem Jahr mineralisiert wurde. Dies bestätigte HAIDER (1998), der feststellte, dass Getreidestroh oder Blätter innerhalb eines Jahres zu 60-70% wieder zu CO2 mineralisieren. Kompaktes Holz und Nadeln werden dagegen aufgrund ihres hohen Ligninanteils innerhalb eines Jahres zu kaum mehr als 30% abgebaut. Aufgrund des höheren C/N-Verhältnisses und des höheren Cellulose-, Hemicellulose- bzw. Ligninanteiles des Strohs (NIEDER, 1987) könnte es hinsichtlich der Abbaubarkeit und des Effektes auf den Boden-Nmin-Gehalt dem Grünschnitt ähneln. Es gibt jedoch auch Unterschiede. Das Stroh ist ein homoge-nes Material mit hoher Oberfläche, die für die Zersetzbarkeit von großer Bedeutung ist. Der Grünschnitt ist nach BRANDT(1997) dagegen ein inhomogenes Material, dessen Zusammenset-zung, Inhaltsstoffe und andere Parameter stark variieren. Der Grünschnitt enthält in der Regel einen hohen Holzanteil. Die Holzstücke sind jedoch aufgrund ihres höheren Ligninanteils und ihrer im Vergleich zu Stroh viel geringeren Oberfläche schwerer abbaubar.

NIEDER (1987) erforschte unter Feldbedingungen mit bestelltem Winterweizen die Verände-rung des Nmin-Vorrates nach der Stroheinarbeitung. Er fand im Frühjahr auf den Varianten mit

Stroh eine signifikante Nmin-Abnahme (N-Immobilisierung) und führte sie auf eine N-Aufnahme durch die mikrobielle Biomasse zurück. Nach einem Jahr hingegen trat eine Nmin-Erhöhung auf der Strohvariante auf, die er durch die Remobilisierung des festgelegten Stickstoffs erklärte. Zu einem ähnlichen Ergebnis kam WIDMER (1993), der auf dem Schlag mit Stroh im Vergleich zu

der Variante ohne Stroh im April und Mai eine stark erhöhte Stickstoffmenge in der mikrobiellen Biomasse (Nmik) feststellte. Der Anteil des ausgebrachten15N-Düngers im mikrobiellen Biomas-sestickstoff war ebenfalls bei der Variante mit Stroh signifikant höher. Dies deutet auf einen er-höhten Konsum des N-Düngers durch die Mikroben nach der Stroheinarbeitung hin.

BRANDT (1997) erforschte den Nmin-Gehalt im Boden nach der Grüngutapplikation. Der

Grünschnitt wurde zwar oberflächlich appliziert, jedoch gelangte das feine Material durch die Niederschläge auf die Bodenoberfläche und stand dadurch mit ihr in Kontakt und konnte sich auf den Nmin-Gehalt einwirken. Dies ist nach SCHINNER die Voraussetzung für eine rasche Be-siedlung und Entwicklung von Mikroorganismen (zit. in BRANDT, 1997). KERSEBAUM (1989) stell-te an der Oberfläche eines abgestorbenen Ölrettichbestandes (niedriges C/N-Verhältnis im Vergleich zu GGH) eine erhöhte Mineralisation fest, was die mikrobielle Aktivität auf der Ober-fläche bestätigt. SCHMIDT (1997) gibt dagegen an, dass die Mineralisationsgeschwindigkeit bzw. die mikrobielle Aktivität auf der Oberfläche deutlich geringer ist, als die Mineralisationsge-schwindigkeit der Biomasse im Boden. Die mikrobielle Aktivität auf der Oberfläche fällt bereits nach den ersten Wochen stark ab.

Nach der Untersuchung von KLUGE& TIMMERMANN(1999) beinhaltet Grünschnitt viele Nähr-stoffe, wie z.B. N, P, K, Ca, Mg oder Na. Sie sind allerdings in hohem Ausmaß organisch ge-bunden und stehen somit den Pflanzen nicht direkt zur Verfügung. Sie stellten beispielsweise fest, dass mit 100 m3 GGH/ha auf den Acker insgesamt 100 kg N/ha aufgetragen werden, aber verfügbar wird nur 1 kg N/ha. Bei Phosphor oder Magnesium war der Anteil an der löslichen Form etwas höher, ca. 30 bzw. 15%. Nur bei Kalium kann man einen effizienten Düngereffekt von ca. 50 kg/ha erwarten, da der lösliche Anteil relativ hoch ist (im Durchschnitt 67%).

Neben dem eher mäßigen Düngereffekt bestehen die maßgeblichen Vorteile der Grüngutan-wendung in den positiven Wirkungen auf wichtige Parameter der Bodenstruktur (nach KLUGE& WÜRFEL, 1995):

- verbesserte Wasserspeicherung

- schnellere Versickerung des Wassers in den Boden - Zunahme der Bodenelastizität

- Anstieg der mikrobiologischen Aktivität - geringere Erosionsanfälligkeit

Diese Resultate werden im Bericht von TAUBNER & TIPPKÖTTER (2003) bestätigt. Sie konnten nachweisen, dass die Wasserversorgung der Pflanzen nach der Grüngutapplikation verbessert wird. Durch die Anwendung des Grünschnitts werden auch die Luftkapazität und die nutzbare Feldkapazität erhöht, das Infiltrationsvermögen steigt und die Aggregatstabilität nimmt zu, was

in der Hemmung der Erosion und der Verringerung der Verschlämmung der Bodenoberfläche resultiert. Nach BRANDT (1997) erhöht der Grünschnitt auch die organische Bodensubstanz und fördert die Aktivität und Menge der Bodenfauna, wodurch weite und mittlere Grobporen ge-schaffen werden.

Die Land- und auch die Wasserwirtschaft beschäftigen sich seit Jahren mit den Risiken des Stickstoffaustrages in das Grundwasser. Oft werden bei den überhöhten Stickstoffdüngerga-ben die gesetzlichen VorgaStickstoffdüngerga-ben (z.B. Trinkwasserverordnung) nicht erfüllt. Es stellt sich daher die Frage, ob die Aufbringung des Grünguts ein erhöhtes Risiko hinsichtlich der Nitratver-schmutzung des Grundwassers verursacht. Nach KLUGE& WÜRFEL(1995) bedeutet die Grün-gutanwendung in Wasserschutzgebieten keine Gefahr. Der Stickstoff wird durch holzreiches Häckselgut (weites C/N-Verhältnis) am Ende der Vegetationsperiode vorübergehend festgelegt, so dass keine erhöhte N-Auswaschung zu befürchten ist. TIPPKÖTTER& TAUBNER(1998) über-ließen Grünschnittgut unterschiedlicher Zusammensetzung für eine Zeit von 12 Wochen wäh-rend der Sommermonate auf einem Lößboden und einem Sandlöß den natürlichen Zerset-zungsprozessen. Mit Hilfe von Saugkerzen untersuchten sie Veränderung der Nitratgehalte in der Bodenlösung aus verschiedenen Bodentiefen unter den Grüngutsammelstellen. In dem Lößboden unabhängig von der Zusammensetzung des Grünschnittes fanden sie in keiner der beprobten Tiefen eine Erhöhung der Nitratkonzentration. Auf dem Sandlößstandort bewirkte Grüngut mit Grasschnittzugaben eine Steigerung des Nitratgehaltes in der 25 und 50 cm Bo-dentiefe. Sie war auf ca. drei Monate zeitlich begrenzt. Sie führen diese vorübergehende Nitrat-steigerung auf den Aufbrauch der leicht abbaubaren organischen Substanz des Grasschnittes zurück. Auf keinem der beiden Standorte führte Grünschnitt zu einer Zunahme der Nitratkon-zentration in der 80 cm Tiefe. Damit erscheint eine Gefährdung des Grundwasser ausgeschlos-sen. Vorsorglich empfehlen sie für die Grünschnittgutsammelplätze auf leichteren Böden einen Grasanteil von 10% nicht zu überschreiten. Auf feinkörnigen Böden kann Grünschnitt uneinge-schränkt hohe Grasschnittzugabe beinhalten.

Für die Bestimmung der Nitratverlagerung im Bodenwasser bzw. für eine indirekte Messung der Nitratauswaschung lässt sich die Saugkerzenmethode anwenden. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass die Proben ohne größeren Aufwand und ohne Zerstörung des beprobten Bo-dens beliebig häufig auf dem gleichen Standort entnommen werden können (RIEß, 1993). Da die Proben gleichzeitig aus unterschiedlichen Bodentiefen gewonnen werden können, lässt sich die Stickstoffversorgung der Pflanzen und die Stickstoffverlagerung unkompliziert beobachten. Indirekt kann durch diese Methode die Stickstoffauswaschung berechnet werden. Die Saugker-zen-Methode ist zwar einfach durchzuführen, sie ist aber auch mit einigen Schwierigkeiten ver-bunden. Aus den Untersuchungen von z.B. COCHRANet al. (1970), REHDING& DURNER (1991) oder SCHLÜTER (1997) geht hervor, dass großräumige Unterschiede der gesaugten Wasser-menge auftreten. Die Anzahl der Saugkerzenparallelen, die tatsächlich eine Bodenwasserprobe

liefern, kann von Probenahmetermin zu Probenahmetermin schwanken. Die Autoren erwähnen mehrere Ursachen für dieses Phänomen. Beispielweise kann die Funktionsfähigkeit der Saug-kerzenanlage durch den Abbau des Unterdrucks entlang der Leitungen, infolge von Undichtig-keiten im Vakuumsystem, beeinträchtigt werden. Kleinräumige Differenzen werden dann durch einen unterschiedlich guten Bodenkontakt oder durch die Porenverteilung im Einzugsbereich der Kerzen verursacht. Nach RIES(1993) liegt der Hauptgrund in den inhomogenen Bodenei-genschaften. Er stellte fest, dass Bereiche mit hoher Wasserlieferung durch hohe Sandanteile gekennzeichnet sind und umgekehrt. Der Schluffgehalt verhält sich hinsichtlich der beprobten Wassermengen gegenteilig. SCHLÜTER (1997) berichtet, dass eine unbeabsichtigte Installation von Saugkerzen in bevorzugten Wasser-Leitbahnen die Gewinnung von mehr Bodenwasser zur Folge hat als eine Entnahme mit Kerzen, die nicht in bevorzugten Leitbahnen eingebracht sind. Der präferentielle Wasserfluss (Preferential flow) ist ein anerkannter Begriff für das in Böden häufig beobachtete Phänomen des schnellen Wasser- und Stofftransportes. Seine Lokalisation ist durch unterschiedlich durchlässige Bereiche aufgrund örtlicher Variabilität, durch große Ris-se, Poren oder Löcher von Mäusen und anderen Tierarten beeinflusst.

Es wird bei vielen Autoren auch eine hohe räumliche Variabilität der Stoffgehalte in der Bo-denlösung angegeben (z.B. ANDERSON, 1986; RIEß, 1993; SCHLÜTER, 1997). Als Ursachen nen-nen sie die inhomogene Verteilung mineralischer und organischer Bodenbestandteile, die in-homogene Aktivität von Flora und Fauna, die Inhomogenitäten im Stoffeintrag (Düngung) und den inhomogenen Stofftransport mit dem Bodenwasser. Nach BOSSHART (1988) kann der Anteil der Poren unterschiedlicher Größe an den Porensystemen, die mit den Saugkerzen in Verbin-dung stehen, entsprechend unterschiedliche Zusammensetzungen der gewonnenen Boden-wasserproben hervorrufen. Nach GROSSMANN& UDLUFT (1991) stellen Saugkerzen ein brauch-bares und wichtiges Probeentnahmesystem dar, dass für einige Fragestellungen verwendbar ist. Jedoch erfordern die verschiedenen, mit dem System verbundenen Unzulänglichkeiten eine kritische Überprüfung der Ergebnisse.

3 Kurzcharakterisierung der Versuchsstandorte

Die im Rahmen der Arbeit vorgenommenen Untersuchungen wurden auf ackerbaulich ge-nutzten Böden etwa 30 Kilometer nördlich von Hannover im Raum Schwarmstedt durchgeführt (Abb. 3.1.1). Versuchsfeld Stöckendrebber Versuchsfeld Hope Messstation Esperke

Abb. 3.1.1: Lageplan der Versuchsfelder Hope, Stöckendrebber und der Messstation in Esper-ke; Maßstab 1: 60 000 (nach TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003)

Die Auswahl der Versuchsflächen erfolgte in Absprache mit den beteiligten Landwirten. Es wur-den zwei größere Ackerflächen ausgewählt und in einer bowur-denkundlich-geologischen Erkun-dungskartierung (Bohrabstand 25 m) sowie mit Hilfe von Bodenkarten und Luftbildern auf Ho-mogenität der Bodenmerkmale geprüft (TAUBNER & TIPPKÖTTER, 2003). Ende Februar 2000 standen folgende Versuchsflächen fest:

3.1 Standort Hope

Das Versuchsfeld Hope, sandig, Bestand Winterroggen, (9°44´ östliche Länge, 52° 33´nordliche Breite, 32 m über NN) breitet sich in der Nähe des Dorfes Hope aus. Der Boden

des Standortes ist in der Weichsel-Kaltzeit (Pleistozän) als fluviatile Ablagerung mit Sand und Kies (untergeordnet Schluff) entstanden (Geologische Übersichskarte CC 3918 Hannover).

Bodenkundlich gehört die Flur zu der grundwassernahen, ebenen Geest der maritimsub-kontinentalen Flachlandregion mit mittelfeuchtem Klima. Es handelt sich um frische, stellenwei-se trockene oder feuchte, grundwasstellenwei-serbeeinflusste Sandböden mit fluviatilem Sand, zum Teil Flugsand als Ausgangsmaterial der Bodenbildung. Das Relief ist eben bis wellig, gegliedert durch schmale Täler, weite Niederungen und herausragende hügelige Endmoränen- und Dü-nenzüge (Bodenkundliche Standortkarte Hannover).

Der Raum Schwarmstedt gehört geographisch zum Flachland nördlich des Mittelgebirgsrandes. Das Klima ist durch den Einfluss von Nord- und Ostsee, durch das häufige Auftreten von Wet-terfronten und durch die Nähe zu den Tiefdruckzentren geprägt. Es dominieren daher maritime und zyklonale Züge, die von Norden nach Süden sowie von Westen nach Osten kontinuierlich abnehmen. Im März überwiegen die antizyklonalen Wetterlagen mit großer Häufigkeit von Win-den aus dem Ostsektor, die Austrocknung mit sich bringen. Der März gilt als der trockenste Monat. Das Minimum der Lufttemperatur im Flachland ist im Januar, das Maximum im Juli. Der Nebel bildet sich am häufigsten im Herbst.

Aus der hydrologischen Sicht befindet sich der Standort im Flussgebiet Weser mit einer mitt-leren Lufttemperatur von 8-9 °C und einem Gebietsniederschlag von durchschnittlich 600-700 mm pro Jahr. Die jährliche aktuelle Verdunstung, berechnet nach Penman, beträgt 450-500 mm (KELLER, 1979).

Aus feinsandigem Mittelsand (mSfs) hat sich durch Auswaschungsvorgänge und Huminstoff-verlagerung ein Podsol entwickelt. Auf dem Versuchsfeld Hope wurde überwiegend folgende Horizontabfolge kartiert (SCHULZ, 2002):

AeAp (0-30 cm)/Bh (30-35 cm)/Bs (35-60 cm)/C (> 60 cm)

Anhand der Masseproben wurden chemische und physikalische Eigenschaften bestimmt (Tab. 3.1.1). In dem Ap-Horizont (0-30 cm Tiefe) wurden anhand der Tabellenwerke des VDLUFA (Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten) folgende Zustände bestimmt: Der Standort wies eine optimale Kalkversorgung auf (pH-Stufe 5,4-5,8 für Sandboden). Die Versorgung mit Phosphat war optimal (Stufe C). Der Kaliumgehalt des Ap-Horizonts fiel in Stufe C (erstrebenswert) des Bewertungsschemas. Über den C-Anteil der or-ganischen Substanz und den Gesamtstickstoffgehalt wurde für den Ap-Horizont Hope ein C/N-Verhältnis von 15:1 ermittelt. Der Gehalt an organischer Substanz war in der oberen Schicht hoch (4,2%). Mit der steigenden Tiefe sank er sich jedoch deutlich ab. Auch weitere Bodencha-rakteristika wie z.B. der pH-Wert, der Ton-, der Stickstofftot-, der Phosphat- oder der Kaliumge-halt nahmen mit steigender Tiefe ab (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Tab. 3.1.1: Grundcharakteristik des Versuchsstandortes Hope im Anfangszustand (nach T AUB-NER& TIPPKÖTTER, 2003)

Tiefe cm pH CaCl2 Ton % Schluff % Sand % organ. Subst. % Nt ‰ PO4 CAL mg/100g KCAL mg/100g 0-30 5,7 2 9 88 4,2 1,6 26,2 5,5 31-60 5,1 1 9 90 1,7 0,5 6,8 1,2 61-90 4,9 0 8 92 0,5 0,1 2,1 0,9

3.2 Standort Stöckendrebber

Das Versuchsfeld Stöckendrebber, lehmig, Bestand Winterweizen, (9°40´ östliche Länge, 52°38´ nordliche Breite, 27 m über NN) liegt beim Dorf Stöckendrebber. Etwa 200 m östlich fließt der Fluss Leine, der nach ungefähr 5 km in die Aller mündet. Der Boden wurde wie auf dem Standort Hope in der Weichsel Kaltzeit (Pleistozän) als fluviatile Ablagerung mit Sand und Kies (untergeordnet Schluff) ausgeprägt. Teilweise wurde er auch durch die fluvialen Ablage-rungen im Holozän beeinflusst, die Ton, Sand und Schluff mitgebracht haben.

Bodenkundlich ist dieser Acker den Talauen zuzuordnen. Das Klima weicht von den umlie-genden Klimaregionen ab und ist stark von Grund- und Oberflächenwasser beeinflusst. Starke Nebelbildung und Spätfrostgefährdung ist typisch für diese Region. In Talauen findet man fri-sche, in tieferen Lagen feuchte bis nasse, grundwasserbeeinflusste, fruchtbare, lehmige Schluff- und schluffige Tonböden mit Sand und Kies im Untergrund. Das Flurstück gehört wie Hope zum Flussgebiet Weser.

Aus schluffig lehmigem Material (Uls/Lu) hat sich auf dem Standort Stöckendrebber pseu-dovergleyte Braunerde (Parabraunerde) gebildet. Am häufigsten wurde folgendes Bodenpro-fil vorgefunden (SCHULZ, 2002):

Ap (0-30 cm)/SgBv (30-90 cm)/II C (90-130 cm)/III C (130-160 cm)/IV C (>160 cm)

Die Bewertung der Ap-Horizonte anhand der Tabellenwerke des VDLUFA ergab optimale Kalk-versorgung (pH-Stufe 6,1-6,7 für Lehmboden). An dem Standort lag eine optimale Versorgung mit Phosphat vor (Stufe C). Der Kaliumgehalt des Ap-Horizonts von Stöckendrebber war als hoch zu bewerten (Stufe D). Das C/N-Verhältnis im Ap-Horizont lag bei 10:1. Dies weist auf eine gute Eignung für mikrobielle Umsetzungen hin. Mit der zunehmenden Tiefe sank der pH-Wert, der Gehalt an organischer Substanz, Stickstofftot, Phosphat und Kalium (TAUBNER& TIPP-KÖTTER, 2003). Weitere Informationen über die Eigenschaften des Bodens werden in der Tabel-le 3.2.1 abgebildet.

Tab. 3.2.1: Grundcharakteristik des Versuchsstandortes Stöckendrebber im Anfangszustand (nach TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003)

Tiefe cm pH CaCl2 Ton % Schluff % Sand % organ. Subst. % Nt ‰ PO4 CAL mg/100g KCAL mg/100g 0-30 6,4 15 55 30 2,0 1,2 19,8 18,7 31-60 5,3 20 59 22 0,8 0,6 7,8 10,2 61-90 4,9 19 48 34 0,4 0,4 2,2 5,9

Die folgende Tabelle 3.2.2 zeigt Klimadaten der beiden Versuchsflächen in den Versuchsjahren 2000 und 2001:

Tab. 3.2.2: Niederschlagsvolumen auf den Versuchsfeldern ermittelt mit Hilfe von Regenfän-gern. Temperatur berechnet nach dem Tagmittel, gemessen auf der Klimastation in Esperke (nach TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003)

Niederschlagsmengen Temperatur

Hope Stöckendrebber Esperke

Zeitraum mm/Zeit mm/Zeit °C

Jahr 2000 30.05.-27.06. 21,3 38,1 16,6 27.06.-24.07. 49,7 73,9 15,0 24.07.-29.08. 82,4 103,1 17,5 29.08.-13.09. 30,2 30,7 13,8 13.09.-25.10. 48,1 56,4 10,6 25.10.-24.11. 27,6 34,0 6,9 25.11.-09.01. 67,9 74,1 3,4 Jahr 2001 10.01.-30.01. 25,8 27,8 1,1 31.01.-27.02. 33,7 44,4 2,2 28.02.-02.04. 41,0 49,5 2,8 03.04.-03.05. 65,6 61,1 7,1 04.05.-01.06. 28,8 26,9 14,0 02.06.-05.07. 68,7 72,9 14,1 06.07.-01.08. 29,1 31,4 19,2 02.08.-29.08. 72,7 82,2 18,7 30.08.-05.10. 150,9 139,2 12,1 06.10.-01.11 19,3 27,4 12,6 02.11.-27.11. 48,6 47,6 5,1 28.11.-02.01. 57,4 61,6 0,3

4 GGH als Versuchsmaterial

Das Pflanzenmaterial aus Reststoffen privater Hausgärten wird in der Praxis etwa sechs bis acht, maximal acht bis zwölf Wochen zwischengelagert (Abb. 4.1.1), damit einer möglichen Auswaschung der freigesetzten Nährstoffe entgegen gewirkt wird. In einem bodenkundlichen Gutachten (TIPPKÖTTER & TAUBNER, 1998) wurde ermittelt, ob während der Sammlung von Grüngutabfällen auf unversiegelten Lagerplätzen Umwandlungsprodukte in den Boden infiltrie-ren. Es wurde festgestellt, dass Stickstoffeinträge auf einem sandigen Standort in den Boden eintreten und das Risiko der Stickstoffverlagerung ins Grundwasser nicht auszuschließen ist.

Direkt vor der Applikation auf die Ackerflächen wurde GGH mit einem Schredder mit Nach-zerkleinerung hergestellt (Abb. 4.1.1). Die Größe des Häcksels betrug etwa 1,5 cm im Durch-messer und bis zu 10 cm in der Länge. Die Ausbringung auf die Felder wurde mit einem Groß-flächenstreuer durchgeführt (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Abb. 4.1.1: Grüngut auf der Sammelstelle vor und nach dem Häckseln (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003)

Das auf die Versuchsfelder in Hope und Stöckendrebber applizierte Grüngut (Kap. 5) wurde zunächst auf den Sammelstellen bei den Höfen in Lutter und Esperke gelagert. Auf diesen Sammelstellen wurde die Beprobung am 29.03.00 durchgeführt. Am 01.03.02 fand eine weite-re Beprobung auf den Sammelstellen Beweite-renbostel und Bweite-relingen statt. Die Entnahme der Pro-ben erfolgte nach dem Schreddern des Strauchschnittes. Um eine repräsentative Probe zu erhalten, wurden die GGH-Mieten aus mehreren Stellen beprobt und zu einer Mischprobe (etwa 50 l) vereinigt. Anschließend wurden die Proben im Labor an wichtigen Grüngutcharakteristika gemessen.

5 Anlage

der Feldversuche

5.1 Versuchsaufbau

Zwei größere Ackerflächen im Raum Schwarmstedt wurden durch eine bodenkundlich-geologische Erkundungskartierung und mit Hilfe von Bodenkarten und Luftbildern auf Homoge-nität der Bodeneigenschaften untersucht. Ende Februar 2000 wurden die Versuchsflächen Ho-pe und Stöckendrebber ausgewählt (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Auf diesen Standorten wurden großflächige Blockversuche angelegt und bezüglich den übli-chen landwirtschaftliübli-chen Maßnahmen (Düngergaben, Pflanzenschutz und Bearbeitung) gestal-tet. Eine enge Zusammenarbeit mit den Landwirten erwies sich als sinnvoll und für den wissen-schaftlichen Erfolg förderlich (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Jedes Versuchsfeld wurde in zwölf Parzellen (je 45x45 m2 bzw. 43x45 m2) mit vier unterschied-lichen GGH- und drei verschiedenen Gülle-Stufen eingeteilt (Abb. 5.1.1).

Standort Hope

Standort Stöckendreber

GGH m3/ha Gülle m3/ha GGH m 3 /ha Gülle m3/ha

122

50

0

170

165

55

0

110

15

15***

0**

0****

30

30

Abb. 5.1.1: Parzellierung der Versuchsflächen: S - Messstelle mit Saugkerzen, T - Messstelle mit Tensiometern, * zusätzliche MD (am 03.05.00: 30 kg N/ha), ** zusätzliche MD (am 12.04.00: 60 kg N/ha), *** zusätzliche MD (am 18.04.00: 20 kg N/ha),**** zusätzliche MD (am 18.04.00: 50 kg N/ha) (nach TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003)

Die Grünguthäcksel- und Gülle-Ausbringung folgten im April 2000. Die GGH-Ausbringung wurde mit Hilfe eines Großflächenstreuers durchgeführt. Durch jeweilige Wiegung des Fahr-zeuges vor und nach jeder Streifenbefahrung (Messgenauigkeit 10 kg) konnte die Menge des

ausgestreuten Grünguts erfasst werden. Aus dem gemessenen Gewicht und dem bekannten Volumen des im Lastwagen aufgeladenen Grünguts wurde vor Ort die Dichte des Grünschnittes direkt vor der Applikation bestimmt. Die verschiedenen Mengen von GGH auf den Versuchs-parzellen wurden durch eine unterschiedliche Geschwindigkeit des Streuers erzielt (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Abb. 5.1.2: Der Großflächenstreuer des Grünguts (oben) und die verschiedenen Mengen des applizierten GGH. Standort Stöckendrebber (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003)

In Abb. 5.1.2 ist der GGH-Streuer sowie die höchste und kleinste Menge des applizierten GGH zu sehen. Am Rande der Parzellen war es aus technischen Gründen nicht möglich, die gleiche

Menge wie in den mittleren Teilen der Parzellen zu applizieren. Deshalb wurden in den Rand-streifen von den Flurstücken (Breite 10 m) keine Boden- bzw. Ernteproben entnommen.

Nach der GGH-Ausbringung wurde mit einem Vakuum-Tankwagen und Schleppschlauchvertei-ler Schweinegülle auf die Versuchsflächen appliziert. Die boden- und pflanzennahe Ausbrin-gung der Gülle führt zu geringen Nährstoffverlusten und Geruchsminderung durch minimale Ammoniakausgasung und somit besserer Nährstoffausnutzung für den Pflanzenbestand. Die Dosierung für die Versuchsvarianten betrug 0, 15 und 30 m³/ha Güllevorlage für die unter-schiedlichen Varianten. Aus dem Güllebehälter wurde eine dreifache Probe für die chemische Analyse entnommen (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

5.2 Beprobung und Messstationen

In Esperke (räumlich zwischen den beiden Standorten gelegen, Abb. 3.1.1) wurde eine Klima-station aufgestellt, die stündlich Werte zu Lufttemperatur, Niederschlag, Globalstrahlung, Luft-feuchte, Niederschlag und Wind registrierte (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Informationen zum Bodenwasserhaushalt wurden auf drei Schlüsselparzellen 0/0, 170/30 und 170/0 des Standortes Hope bzw. auf den 0/0, 165/30 und 165/0 Parzellen des Versuchsfeldes Stöckendrebber über die Matrixpotentiale anhand von Tensiometern (Abb. 5.1.1) gewonnen. Auf jeder Schlüsselparzelle wurden hierzu in vier Tiefen (20, 50, 80, 100 cm) je zwei Tensiome-ter als Parallelen installiert (TAUBNER & TIPPKÖTTER, 2003). Zur qualitativen und quantitativen Analytik wurden auf diesen Varianten Bodenlösungen mit der Saugkerzenanlage aus drei Tie-fen (30, 60 und 90 cm) gewonnen.

Da im Besonderen bei Niederschlägen von einer heterogenen räumlichen Verteilung auszu-gehen ist, wurden zur Erfassung der Situation im Feld pro Standort je zwei Niederschlagsfänger außerhalb des Bestandes zur Registrierung des Freilandniederschlags aufgestellt (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Die Beobachtung des Nmin-Vorrates im Boden erfolgte durch die Nmin-Methode (Kap. 6.2). Zu

verschiedenen Zeitpunkten wurde auf beiden Versuchsfeldern eine kreuzweise durchgeführte flächenhafte Probennahme an jeweils fünf Stellen pro Parzelle in drei Tiefen A (0-30 cm), B (30-60 cm) und C ((30-60-90 cm) durchgeführt.

5.3 Landwirtschaft

Beide Versuchsfelder wurden im Herbst 1999 und 2000 mit Wintergetreide bestellt und in der üblichen Weise bewirtschaftet. Das heißt, dass reguläre N-Düngermengen aufgebracht wor-den sind. Die im April 2000 applizierte Güllegabe wurde in der Düngerplanung berücksichtigt. In

Tab. 5.3.1 werden alle N-Düngergaben angegeben. Tab. 5.3.2 beinhaltet weitere Maßnahmen wie Aussaat, Ernte und Bodenbearbeitung.

Darüber hinaus erfolgte auf dem Standort Hope am 19.03.00 eine Herbizidbehandlung. Um frische Nährstoffe wie Phosphat und Kalium zu düngen, wurde am 25.04.01 3,4 dt/ha Re-KaPhos gestreut. Diese Düngungsmaßnahme enthält ca. 38 kg/ha Phosphat und 75 kg/ha Kali-um. Am 30.04.01 wurden 0,5 kg/ha Unix, 0,5 l/ha Harvesan, 0,3 l/ha Moddus sowie 3 kg/ha Bittersalz appliziert. Diese Maßnahme beinhaltet neben einer fungiziden Wirkung auch einen wachstumsregelnden Effekt auf die Kultur. Am 25.05.01 wurde die Abschlussbehandlung im Roggen durchgeführt. Neben 0,6 l/ha Amistar (Fungizid) wurden 0,15 l/ha Karate (Insektizid) und 3 kg/ha Bittersalz mit der Pflanzenschutzspritze appliziert (MEYER, 2001).

Auf dem Standort Stöckendrebber wurden außer den N-Gaben ebenfalls andere pflanzliche Maßnahmen durchgeführt. Die Herbizidanwendung wurde mit 0,85 l Fenikan und 0,85 l Arelon (am 30.10.99) aufgebracht. Die Einkürzung des Weizens erfolgte mit 1,2 l Cycocel (CCC) im Einklang mit einer Insektizidmaßnahme am 10.04.00 mit 0,1 l Karate. Die erste Fungizidmaß-nahme mit 0,5 l Juwel Top und 0,5 l CCC als Wachstumsregulator wurde am 29.04.00 nachge-legt. Mitte Mai 2000 wurden 0,4 l/ha Amistar, 0,7 l/ha Pronto Plus und 3 kg/ha Schwefelsaures-Ammoniak für die Bekämpfung von pilzlichen Weizenkrankheiten appliziert. Die Fungizidbe-handlung vom 03.06.00 brachte die Pflanzenschutzmaßnahmen im Weizenbestand für das Anbaujahr 1999/2000 zum Abschluss. Die Herbizidmaßnahme am 27.10.00 mit 0,85 l/ha Feni-kan und 0,85 l/ha Arelon beendete die pflanzenbaulichen Maßnahmen auf dem Standort Stö-ckendrebber. Am 12.04.01 wurde die erste halmverkürzende Maßnahme mit 1,2 l/ha CCC durchgeführt. Am 02.05.01 wurden 0,4 l/ha Starane, 0,4 l/ha CCC, 0,5 l/ha Juwel Top, 0,07 l/ha Fastac SC und 0,1 l/ha E-Forte als Pflanzenschutzbehandlung appliziert. Am 23.05.01 wurden 0,35 l/ha Amistar, 0,4 l/ha Gladio, 0,1 l/ha Karate und 0,1 l/ha E-Forte gespritzt. Die Abschluss-spritzung im Weizen erfolgte am 13.06.01 mit 0,3 l/ha Amistar, 0,75 l/ha Caramba sowie 1 kg/ha Nutrimix (MEYER, 2001).

5.4 Ernte

Jahr

2000

Zur Erfassung der Ertragsparameter wurde vor dem Dreschen am 24.07.00 die Handernte in Hope und am 08.08.00 die Handernte in Stöckendrebber mit drei Parallelen (je 0,5 m²) pro Par-zelle durchgeführt (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Zur Ertragserfassung der unterschiedlichen Parzellen wurden Mähdrescher eingesetzt. Das Strohmaterial verblieb als gehäckseltes Stroh auf den einzelnen Parzellen und ist durch Stop-pelbearbeitungsmaßnahmen dem Rotteprozess zugeführt worden.

Die Roggenernte auf dem Standort Hope erfolgte am 10.08.00, die Weizenernte auf dem Standort Stöckendrebber am 16.08.00. Um Randeffekte zwischen den Parzellen bei der Ermitt-lung der Gesamterträge auszuschließen, wurde eine Kernbeerntung der Parzellen durchgeführt und anschließend einzeln verwogen. Die Genauigkeit der festgestellten Parzellenerträge be-trägt +/- 10 kg pro Ertrag (TAUBNER& TIPPKÖTTER, 2003).

Tab. 5.3.1: Stickstoffdüngungsgaben auf den Versuchsparzellen (MEYER, 2001)

1)

AHL: Ammonnitrat-Harnstoff-Lösung, KAS: Kalk-Ammon-Salpeter, SSA: Schwefelsaures Am-moniak

2)

Grüngut wies nur vernachlässigbare Menge an pflanzenverfügbarem Stickstoff auf

3)

54 und 108 kg N/ha entsprechen Güllegaben von 15 und 30 m3/ha

4)

Zusätzliche mineralische Düngung (MD) wurde in Hope am 12.04.00 nur auf den Parzellen ohne Gülle aufgebracht. In Stöckendrebber wurden auf den Parzellen mit 15 m3 Gülle/ha 20 kg N/ha aufgebracht und auf den Parzellen ohne Gülle 50 kg N/ha gedüngt. Diese zusätzlichen Düngungsmengen wurden von den Landwirten gefordert

5)

Am 03.05.00 wurden nur auf den Parzellen mit 15 m3 Gülle/ha 30 kg N/ha über KAS gedüngt

6)

Zusammengerechnet für die Parzellen ohne Gülle

Hope Stöckendrebber

Datum Menge

(kg N/ha)

Form Datum Menge

(kg N/ha) Form 29.10.99 20 AHL1) 19.03.00 50 AHL 21.03.00 50 AHL 03.04.00 GGH2) 04.04.00 GGH 10.04.00 54, 108 Schweingülle3) 10.04.00 54, 108 Schweingülle 12.04.00 60 AHL4) 18.04.00 20, 50 AHL4) 21.04.00 20 AHL 02.05.00 50 Harnstoff 03.05.00 30 KAS5) 22.05.00 50 KAS1) Jahr 2000 (Gesamtmenge6)) 180 Jahr 2000 (Gesamtmenge6)) 200 05.03.01 52 AHL 28.02.01 21 SSA1) 07.03.01 40 SSA 20.03.01 35 Harnstoff 07.04.01 71 Harnstoff 10.04.01 60 Harnstoff 05.05.01 35 Harnstoff 30.08.01 25 Hühner-Kot Jahr 2001 (Gesamtmenge) 123 Jahr 2001 (Gesamtmenge) 216

Jahr 2001

Im Jahr 2001 fand die Handernte mit zwei Parallelen (je 0,7 m²) pro Parzelle am 26.07.01 in Hope und am 14.08.01 in Stöckendrebber statt. Bei den Mähdrescherernten wurde nach der

gleichen Vorgehensweise des Vorjahres verfahren. Die Kernbereiche der Parzellen wurden einzeln abgeerntet und anschließend mit einer Genauigkeit von +/- 10 kg verwogen. Das Stroh wurde dabei gehäckselt auf den Parzellen verteilt. Von jeder Parzelle wurden sowohl die gedro-schenen Körner als auch das Häckselstroh beprobt. Die Roggenernte auf dem Standort Hope erfolgte am 15.08.01, die Weizenernte auf dem Standort Stöckendrebber am 22.08.01.

Tab. 5.3.2: Weitere landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen (MEYER, 2001)

Standort Hope Standort Stöckendrebber

Datum Maßnahme Datum Maßnahme

Ende des Jahres 99 Ende des Jahres 99

29.09.99 Bodenbearbeitung und Einarbeitung

der Möhren-Blätter (Vorfrucht)

02.08.99 Bodenbearbeitung und Raps-Blätter

(Vorfrucht) Einarbeitung

16.08.99 Vertiefung der Bodenbearbeitung

15.09.99 Vertiefung der Bodenbearbeitung

07.10.99 Pflügen 05.10.99 Pflügen

08.10.99 Aussaat des Winterroggens (WR) 09.10.99 Bestellung von Winterweizen (WW)

Jahr 2000 Jahr 2000

10.08.00 Ernte 16.08.00 Ernte

17.08.00 Stoppelbearbeitung 19.08.00 Grundbodenbearbeitung und

Strohein-arbeitung

02.09.00 Vertiefung der Stoppelbearbeitung 30.08.00 Vertiefung der Bodenbearbeitung

15.09.00 Vertiefung der Bodenbearbeitung

11.09.00 Pflügen 07.10.00 Pflügen

16.09.00 Aussaat von WR 11.10.00 Aussaat von WW

Jahr 2001 Jahr 2001

10.08.01 Ernte 22.08.01 Ernte

25.08.01 Einarbeitung des Strohs

26.10.01 Pflügen 20.09.01 Pflügen

6

Material und Methoden

6.1 Grüngutuntersuchung

Die auf den Sammelstellen entnommenen GGH-Proben (Kap. 4) wurden in einer Kühlbox bei 2°C ins Labor transportiert. Im Labor wurden sofort der Wassergehalt und die Rohdichte be-stimmt. Anschließend wurden die Proben gefroren (-15°C) um Mineralisationsprozesse zu ver-meiden. Am nächsten Tag wurden die Proben aufgetaut, homogenisiert und weiter auf weniger als 1 cm zerkleinert. Von jeder Sammelstelle wurden Proben mit dreifacher Wiederholung ge-messen. Die GGH-Untersuchungen erfolgten entsprechend der BGK-Nr. 222/98 Methodik (BGK, 1998). Folgende Charakteristika des Grünguts wurden gemessen: Wassergehalt, Korn-größenzusammensetzung, Rohdichte, pH-Wert, Salzgehalt, lösliche Pflanzennährstoffe, Glüh-verlust, Schwermetalle im Königswasseraufschluss und Gesamtgehalte an Pflanzennährstoffen.

Wassergehalt

Die repräsentativen Proben wurden im frischen Zustand eingewogen und anschließend im Ofen bei 105°C zur Gewichtskonstanz getrocknet. Nach dem Trocken erfolgte die Rückwiegung und die Wassergehaltsbestimmung, die auf die Frischsubstanz bezogen wurde.

Korngrößenzusammensetzung

Die frischen Proben wurden gewogen und durch Siebe der Maschenweite 20, 8, 4 und 2 mm fraktioniert. Jede Kornfraktion wurde auf die Gesamtmasse der frischen Probe bezogen.

Rohdichte

Ein Messzylinder (1 l) wurde mit der frischen Probe befüllt und mit Hilfe der Fallvorrichtung 10 mal aus 10 cm Höhe senkrecht auf eine Gummiunterlage fallengelassen. Das Volumen wurde abgelesen und die Probe gewogen. Aus diesen gemessenen Kenngrößen ergab sich die Roh-dichte der Frischsubstanz.

pH-Wert

Die Bestimmung des pH-Wertes der frischen Probe erfolgte elektrometrisch in 0,01 M CaCl2-Lösung.

Salzgehalt

Das frische Probenmaterial wurde mit der Hand zerkleinert (FS<10 mm), zwei Stunden mit des-tilliertem Wasser geschüttelt und anschließend filtriert. Aus der gemessenen Leitfähigkeit des Extraktes wurde die entsprechende Kaliumchloridkonzentration (in mg pro 100 mg frischer Sub-stanz) berechnet.

Lösliche Pflanzennährstoffe

Das frische Probenmaterial wurde mit der Hand zerkleinert (FS<10 mm). Nitrat, Ammonium und Magnesium wurden nach der Extraktion in 0,0125 molarem CaCl2-Extrakt bestimmt. Die Nitrat-konzentrationen wurden spektralphotometrisch und die AmmoniumNitrat-konzentrationen colori-metrisch gemessen. Die Bestimmung des Magnesiums erfolgte mittels Atomabsorpti-onsspektrometer (AAS, Fa. Perkin Elmer). Phosphat und Kalium wurden mit einer Calcium-Acetat-Laktat-Lösung extrahiert und anschließend Phosphat colorimetrisch und Kalium mittels AAS bestimmt.

Glühverlust

Der Glühverlust entspricht dem Gehalt an organischer Substanz (BGK, 1998). Das Probenma-terial wurde dazu bei 105°C getrocknet und mit der Stahlmühle (Fa. Kika Werke) auf weniger als 0,25 mm zerkleinert. Anschließend sind die eingewogenen Proben bei 550°C im Muffelofen bis zur Gewichtskonstanz verglüht worden. Nach der Zurückwaage wurde der Glühverlust, be-zogen auf die Trockenmasse, berechnet.

Schwermetalle

Die Schwermetalle Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel und Zink wurden mit Königswasser aufgeschlossen. Nach der Trocknung (105°C) der Grüngutproben folgte eine Zerkleinerung auf weniger als 0,25 mm. Es wurde die Planeten-Schnellmühle (Firma Retsch, Typ PM 4) benutzt, die keine Schwermetalle beinhaltet, wodurch das Risiko der Anreicherung der Proben mit Schwermetallen während des Mühlganges ausgeschlossen wird. Nach dem Aufschluss im Kö-nigswasser erfolgte die quantitative Bestimmung der einzelnen Schwermetalle mittels AAS (Fa. Perkin Elmer).

Gesamtgehalte an Pflanzennährstoffen

Die Gesamtgehalte an Phosphor, Kalium, Magnesium und Calcium wurden in gleicher Weise wie die Schwermetalle im Königswasser extrahiert. Kalium, Magnesium und Calcium wurden dann mittels AAS und Phosphor spektralphotometrisch bestimmt. Die Bestimmung der C- und