N-Fixierung – was können Leguminosen leisten?

Im Hinblick auf die bevorstehende Novellierung der DüV sowie auf die ab 2017 verschärften Restriktionen der Biokraft-NachV1 werden Einsparpotenziale bei der N-Düngung gesucht. Können Körnerleguminosen vor Raps den gebundenen Stickstoff in die Nachfrucht transferieren? Zu diesem Thema liegen nun 3-jährige Ergebnisse eines vom BMEL geförderten und von der Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern (LFA MV) durchgeführten Projektes vor.

Bereits vor über 100 Jahren gelang es den Wissenschaftlern Fritz Haber und Carl Bosch, den Stickstoff der Luft für die Synthese von Ammoniak, dem Ausgangsstoff für N-basierte Düngemittel, zu nutzen. Doch so bedeutsam dieses Haber-Bosch-Verfahren für die Welternährung und das enorme Wachstum der Weltbevölkerung war und ist, die Synthese ist sehr energieaufwendig. Außerdem entstehen bei der N-Düngerproduktion und bei der Düngung auf dem Feld schädliche Treibhausgase, die es zu vermeiden gilt. Auch die agrarpolitischen Anforderungen an den Energiepflanzenbau – in Form sehr präziser Grenzwerte, die nachhaltig zertifizierte Ware einhalten muss – werden eine überhöhte N-Düngung zukünftig nicht mehr zulassen.

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Die Gratisleistung der Natur nutzen

Statt nur auf chemische und technische Innovationen zu setzen, sollten auch die Gratisleistungen der Natur wieder vermehrt genutzt werden. In verschiedenen Untersuchungen haben Körnerleguminosen eine Gesamtfixierleistung von 50–300 kg/ha N erbracht, wobei im Durchschnitt von ca. 100 kg/ha N abzüglich des Eigenbedarfs auszugehen ist. Die leguminosenbedingte Erhöhung der Nährstoffverfügbarkeit in der Fruchtfolge führt häufig zu Mehrerträgen in der Nachfrucht (Abb. 1). Diese Mehrerträge waren im Mittel der Jahre zwar nur bei geringem Düngeniveau statistisch signifikant, jedoch kann sich bereits ein tendenzieller Mehrertrag bei gleichzeitiger N-Einsparung finanziell lohnen.

Bei einer N-Düngung im Bereich des ökonomischen Optimums führte die Blaue Lupine als Vorfrucht zu Raps zu einer 2 %-igen Erhöhung der N-kostenfreien Leistung im Vergleich zu Raps nach Weizenvorfrucht. Damit verbunden war ein um 16 kg/ha reduzierter N-Düngerbedarf (Tab. 1). In Teilversuchen konnten sogar mehr als 30 kg/ha N nach Leguminosenvorfrucht eingespart werden.

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Grenzwerte lassen sich ohne finanzielle Verluste einhalten

Die bevorstehende Novellierung der Düngeverordnung wird voraussichtlich einige Veränderungen mit sich bringen, wie z. B. eine Begrenzung des zulässigen N-Saldos ab 2018 auf 50 kg/ha N. Dass diese erhöhte Anforderung an die Düngepraxis nicht utopisch ist, zeigen die vorliegenden Untersuchungsergebnisse (Tab. 2). Basierend auf den Ertragsfunktionen mit Düngestufen zwischen 0 und 240 kg/ha N und den entsprechenden N-Entzügen wurden die Erträge und N-kostenfreien Erlöse bei einem N-Saldo von 50 kg/ha N berechnet. Bei einer Düngung von ca. 180 kg/ha N wurden höhere Gewinne erzielt als bei einem Düngeniveau von 240 kg/ha N, das nur geringfügig höher angesetzt war als in der Praxis üblich.

Somit lassen sich tatsächlich Ressourcen (N-Dünger) sparen und boden- und gewässerschutzrelevante Grenzwerte der DüV einhalten, ohne dass finanzielle Verluste in Kauf genommen werden müssen.

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N-Transferleistung ist nur schwer erfassbar

Wie viel N von den Leguminosen in Vorfruchtstellung tatsächlich fixiert wird und von der Folgefrucht nutzbar ist, lässt sich nur schwer bemessen. Die anhand der Versuchsergebnisse durchgeführte N-Bilanzierung sollte einen Anhaltspunkt geben (Abb. 2) . Danach wies Raps nach Leguminosenvorfrucht in allen Düngestufen zumindest eine tendenziell erhöhte N-Aufnahme in Korn und Stroh auf. Auch der N-Saldo war vor dem Hintergrund zu reduzierender N-Überhänge in fast allen Düngestufen nach Leguminosenvorfrucht positiv zu bewerten. Im vorfruchtabhängigen N-Optimum blieb der N-Saldo unterhalb von 50 kg/ha N.

Als N-Transferleistung wurde die N-Menge bezeichnet, die der Raps abzüglich der N-Düngemenge für das Wachstum und die N-Aufnahme (in Korn und Stroh) zur Verfügung hatte. Negative Transferleistung signalisiert, dass die N-Aufnahme der Pflanze geringer war als die Höhe der N-Düngung und somit eine N-Transferleistung der Vorfrucht gar nicht wirksam werden konnte. Beim N-Optimum konnte der Raps nach Lupinenvorfrucht 39 kg/ha N für die Aufnahme mehr nutzen als über die Düngung zur Verfügung gestellt wurde, während Raps nach Weizen über die gedüngte Menge hinaus nur noch 17 kg/ha N (aus dem N_min-Vorrat des Bodens) nutzen konnte (Abb. 2).

Fazit Die Bewertung der Vorfruchtwirkung von Körnerleguminosen ist keine einfache Plus-Minus-Rechnung. Auch wenn in den Versuchen das ökonomische Optimum bei Raps nach Lupinenvorfrucht mit einer geringeren N-Düngung (verbunden mit leicht höheren N-kostenfreien Erlösen) erreicht wurde als nach Weizenvorfrucht, so ist dies rein ökonomisch betrachtet keine Gewinngarantie. Vermutlich würde dieser leguminosenbedingte Gewinn aufgezehrt, wenn die Deckungsbeiträge der Vorfrüchte in den Vergleich mit einbezogen würden. Andererseits werden Leguminosen nachgewiesenermaßen neben ihrer N-Fixierungsleistung auch positive bodenchemische und -physikalische Effekte auf die 1. und 2. Folgefrucht zugeschrieben, die monetär nur unzureichend erfassbar sind. Außerdem ist eine ökonomische Bewertung des Rapsanbaus an die Dünge- und Rapspreise gebunden, die von der energiebasierten Weltwirtschaft beeinflusst werden. Bei veränderten Rahmenbedingungen könnte es sich stärker bezahlt machen, Leguminosen in die Fruchtfolge zu integrieren. Mit den verschärften Anforderungen der Biokraft-NachV ab 2017 wird es ohnehin nur mittels drastischer Reduzierung des N-Düngeniveaus möglich sein, Raps als nachhaltige Ware für die Biodieselproduktion zu vermarkten.

Anmerkung: Der hier beschriebene Versuch wurde gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines beschlusses des Deutschen Bundestages.