Sortenfinder
Die großen, langfristigen Klima- und Wettertrends sind bekannt und gut erforscht: Die Sommer werden heißer und trockener, die Winter milder und feuchter. Gerrit Hogrefe, N.U. Agrar, erläutert, welche weitreichenden Konsequenzen sich für die Nährstoffdynamik im Boden und damit für die Ernährung unserer Kulturpflanzen ergeben.
Die Witterung beeinflusst maßgeblich die für die Nährstoffverfügbarkeit und -aufnahme zentralen Bodenparameter wie Temperatur und Wassergehalt. Dabei stellt sich der Optimalbereich durch zunehmend lang anhaltende Großwetterlagen immer seltener ein.
Anionenverlagerung – es geht nicht nur um Nitrat
Die offensichtlichsten Probleme treten in den Wintermonaten auf. Im Vergleich zum langjährigen Mittel fielen in der letzten Dekade ca. 30 % mehr Niederschlag in der weitgehend vegetationsfreien Zeit von Ende November bis Ende Februar. Diese Niederschläge fallen mittlerweile fast ausschließlich in flüssiger Form, da die Temperaturen auch im Winter fast durchgängig oberhalb des Gefrierpunktes liegen. Sublimation (direkter Phasenübergang von fest zu gasförmig) von Schnee an sonnig-kalten Wintertagen bleibt damit die absolute Ausnahme. Damit muss die gesamte Niederschlagsmenge durch den Boden aufgenommen und abgeführt werden. Da Äcker über Winter zunehmend bewachsen bleiben oder Ernte- und Zwischenfruchtrückstände zur Erosionsvermeidung erst im Frühjahr eingearbeitet werden, hat sich der oberflächliche Run-off reduziert und die Infiltration in den Boden erhöht.
Insbesondere auf sandigen und gleichzeitig niederschlagsreichen Standorten im Westen und im Süden ist die Speicherkapazität der Böden schnell erreicht. Überschüssiges Wasser wird dann dem Grundwasser oder den Drainagen zugeführt. Mit diesem Wasser gehen auch darin gelöste Nährstoffe verloren. Das betrifft in erster Linie Anionen (negativ geladene Nährstoffe), die sich nicht an ebenfalls negativ geladenen Ton- oder Humuspartikeln im Boden festhalten können. Neben Nitrat werden auch Sulfat, Borat und Molybdat ausgewaschen. Lediglich das ebenfalls negativ geladene Phosphat bleibt aufgrund seiner Molekülgröße davon unberührt.
Wie weit Nitrat in Abhängigkeit von Bodenart und Niederschlagsmenge verlagert werden kann, zeigt Tab. 1. In der Praxis können grob folgende Faustzahlen Verwendung finden: Niederschlagsmenge dividiert durch 2 (sandige Böden), durch 3 (lehmige Böden) oder durch 4 (tonige Böden) entspricht der Verlagerung von Anionen in cm.
Im katastrophal nassen Herbst 2023 fielen fast deutschlandweit in den Monaten Oktober und November im Vergleich zum langjährigen Mittel 150 % bis 200 % Niederschlag. Für die nordwestdeutsche Tiefebene bedeutete dies in absoluten Zahlen circa 250 mm. Die dort vorherrschenden sandigen Böden können zwischen 80 und 100 mm Wasser speichern und wurden damit theoretisch einmal aufgefüllt und zweimal durchgewaschen. Die Nährstoffe wurden so auf über 1 m Tiefe verlagert – und dann begann erst der Winter.
Doch es gibt auch Profiteure dieser Entwicklung. Die ostdeutschen Bördegebiete litten in der Vergangenheit wiederholt darunter, dass die Niederschläge in Herbst und Winter nicht ausreichten, um die Böden aufzufüllen. Da es dort auch im Frühjahr nicht ausreichend regnet, ist jeder zusätzliche Millimeter Niederschlag im Winter 1:1 ertragswirksam, insbesondere wenn späträumende Vorfrüchte wie Zuckerrüben dem nachfolgenden Weizen einen restentleerten Bodenwasserspeicher hinterließen. Die Nährstoffverlagerung in tiefere Bodenschichten ist auf diesen Standorten eher gewünscht als gefürchtet – bleiben doch die tieferen Bodenbereiche im Frühjahr länger feucht und die Nährstoffe damit gelöst, mobil und für die Pflanze aufnehmbar.
Von „kalt und nass“ zu „heiß und trocken“ – das N-Mobilisierungs-Dilemma
Von den je nach Region feuchten bis übernassen Wintern geht es dann in trocken-warme Frühjahre. Zwar zeigen die Statistiken auch für das Frühjahr eine leichte Niederschlagszunahme, aber aufgrund der ebenfalls höheren Temperaturen mit höherem Sättigungsdefizit der Luft, bleibt der gefühlte Eindruck der zunehmenden Frühjahrstrockenheiten richtig. Auf vielen Standorten kommen wir dann bei Einsetzen des Streckenwachstums der Winterkulturen und der damit verbundenen Zunahme von Blatt- und Transpirationsfläche schnell von den zunächst noch nasskalten Böden in zu trockene Bedingungen. Der Optimalbereich aus „frisch“ (50–60 % nFK) und „warm“ (15–20 °C) herrscht je nach Region und Boden nur einige Tage bis wenige Wochen vor. Diluvial beeinflusste Standorte im Nordosten erreichen diesen „Sweet-Spot“ der Nährstoffmineralisation meist gar nicht mehr.
Wie hoch die Mineralisationsrate in Abhängigkeit von den Bodenbedingungen ist, kann Tab. 2 entnommen werden. Um aus den relativen Betrachtungen absolute Werte in kg N/ha und Tag abzuleiten, muss die potenzielle Gesamt-Mineralisation bekannt sein. Diese setzt sich aus dem Bodenhumus, den Ernterückständen von Vor- und Zwischenfrüchten sowie eventueller langjähriger organischer Düngung zusammen. Bei umsetzungstätigen Böden (mittlere bis hohe Humusgehalte, enge C/N-Verhältnisse), vorteilhafter Vorfrucht (Raps, Ackergras, Leguminosen) und regelmäßiger organischer Düngung, sind 100 kg N/ha Nachlieferungspotenzial über die Vegetationsperiode keine Seltenheit. Unter besten Mineralisationsbedingungen können pro Tag 3 % dieser Gesamt-Nachlieferung mobilisiert werden. Das können im Idealfall dann 3–4 kg N/ha sein – in etwa die Größenordnung, die ein Getreidebestand im Schossen täglich aufnimmt.
Dieser Vergleich zeigt eindrucksvoll, welchen immensen Einfluss die Mineralisationsbedingungen und damit letztlich die Witterung bspw. auf die Einhaltung von Stickstoffrestriktionen haben kann.
Wetterextreme behindern Nährstoffaufnahme
Ungünstige Bodenbedingungen infolge extremer Witterung verursachen nicht nur Probleme in der Verfügbarkeit von Nährstoffen, sondern auch bei deren Aufnahme. Offensichtlich wird das Problem bei durch Übernässe geschädigten Pflanzenbeständen. Infolge des Sauerstoffmangels sterben zunächst die sensiblen Feinwurzeln ab. Die Wurzeldichte nimmt dramatisch ab. Wenig mobile Nährstoffe wie Phosphor, Kupfer oder Zink, die aktiv von den Wurzeln „erwachsen“ werden müssen (Interzeption), können nicht mehr in ausreichendem Maße aufgenommen werden.
Bei Trockenheit hingegen sind vor allem Nährstoffe betroffen, die mittels Diffusion zur Wurzel „angeliefert“ werden. Hierzu zählen bspw. Kalium und Ammonium. Die Wurzel nimmt diese Nährstoffe aktiv auf. Dabei verringert sich deren Konzentration rund um die Wurzel. Das entstehende Konzentrationsgefälle gleicht sich wieder aus, indem Nährstoffe „nachfließen“. Diese passive Anlieferung von Nährstoffen zur Wurzel geschieht über den Wasserfilm rund um die Bodenpartikel. Verringert sich dieser Wasserfilm durch Abtrocknung des Bodens, wird aus der sechsspurigen Autobahn ein schmaler Feldweg – mit dementsprechenden Folgen für den „Nährstoffverkehr“.
Wie müssen wir unsere Düngung anpassen?
Höhere Nährstoffkonzentrationen im Boden beschleunigen die Diffusion mobiler Nährstoffe und verlängern damit die Zeiträume mit optimaler bzw. noch ausreichender Versorgung für die Pflanzen. So sollten die Kaliumgehalte im Boden (in mg K pro 100 g Boden) mindestens so hoch sein wie der Tongehalt des Bodens (in %). Insbesondere kalibedürftige Kulturen wie Zuckerrüben und Mais überraschen bei Trockenheit auf sehr gut versorgten Standorten immer wieder mit überproportional hohen Erträgen. Bei wenig mobilen Nährstoffen wie Phosphor, Kupfer und Zink bietet sich eine platzierte Düngung (Unterflur-, Unterfuß- oder Kontaktdüngung) an, um partiell hohe Konzentrationen mit anhaltend guter Verfügbarkeit zu schaffen. Nach Auswaschungswintern gilt es, die entsprechenden Anionen wieder in ausreichender Menge zur Verfügung zu stellen. Eine erhöhte Schwefeldüngung brachte in den vergangenen Jahren wiederholt gesicherte Mehrerträge.
Zu diesem Thema gibt es noch eine Podcastfolge in praxiscast.agrar. Einfach mal reinhören!!
Schnell gelesen (Kurzfassung):
Die Wetterbedingungen beeinflussen wichtige Bodenfaktoren wie Temperatur und Wassergehalt, wodurch optimale Bedingungen für die Pflanzenentwicklung seltener vorliegen.
In den Wintermonaten gibt es häufiger Probleme, wenn in der letzten Dekade viel mehr Niederschlag als früher fällt, der meist zudem in flüssiger Form auftritt. Der Boden muss dieses Wasser aufnehmen und wieder abführen, was zu einer Erhöhung der Infiltration führt. Besonders sandige Böden in niederschlagsreichen Gebieten können das Wasser nicht gut speichern, wodurch Nährstoffe ins Grundwasser geschwemmt werden. Dies betrifft besonders negativ geladene Nährstoffe wie Nitrat, Sulfat und Borat, während Phosphat aufgrund seiner Größe wenig betroffen ist.
Nach dem nassen Herbst 2023 gab es in vielen Regionen extrem hohe Niederschläge, was zu einer starken Nährstoffverlagerung führte. In Regionen, in denen zuvor tiefere Bodenschichten sehr trocken waren, konnte zusätzlicher Niederschlag dort jedoch Nährstoffe mobilisieren. Ein weiteres Problem sind die Extremwetterbedingungen, die die Nährstoffaufnahme der Pflanzen behindern. Übernässe schädigt besonders Feinwurzeln, was die Aufnahme von Nährstoffen wie Phosphor und Zink erschwert. Bei Trockenheit wird die passive Nährstoffanlieferung an die Wurzeln durch verringerten Wasserfilm stark eingeschränkt.
Zukunftsorientierte Maßnahmen sind nötig, um die negativen Effekte von Wetterextremen auf die Nährstoffverfügbarkeit und -aufnahme abzufedern.
