Abteilung Grünland und Futterbau/Ökologischer Landbau

Nitratauswaschung

Nitratauswaschung unter Silomais in Abhängigkeit von der Bewirtschaftungsform und der N-Düngungsintensität – Ergebnisse aus dem N-Projekt Karkendamm

von M. Büchter, M. Wachendorf und F. Taube 

1. Einleitung

Die Bewertung pflanzenbaulicher Landnutzungssysteme im Futterbau hinsichtlich Leistung und ökologischer Effekte ist ein Ziel des „N-Projektes Karkendamm“, welches 1997 etabliert wurde. Basis des Forschungsvorhabens ist die quantitative Erfassung der wesentlichen N-Flüsse im System Boden-Pflanze-Tier im spezialisierten Milchvieh-/Futterbaubetrieb. Die in der landwirtschaftlichen Praxis zur Grundfuttergewinnung angebauten Kulturarten Grünland und Silomais stellen dabei den Kernbereich der in der ersten Projektphase erfolgten Untersu­chungen dar (Taube & Wachendorf 2000).

Aus den erhobenen Daten können zum einen Kriterien für umweltverträgliche Landnutzungs­systeme aufgestellt und zum anderen unvermeidbare und damit zu tolerierende ökologische Belastungen abgeleitet werden (Wachendorf & Taube 1999; Jovanovic et al. 2000).

In der Bundesrepublik Deutschland ist am 1. Oktober 1986 die „Verordnung über Trinkwas­ser und über Wasser für Lebensmittelbetriebe“ (Trinkwasser-VO) in Kraft getreten, die u. a. einen zulässigen Höchstwert für Nitrat von 50mg NO3 l-1 beinhaltet (Bundesregierung 1986). Dadurch gerät die öffentliche Wasserversorgung in zunehmende Schwierigkeiten, da die NO3-Belastung des Grundwassers, dessen Anteil an der Trinkwassergewinnung bundesweit über 73% beträgt, diesen häufig übersteigt (Rohmann & Sontheimer 1985; UBA 1996). Diese Problematik der Nitratanreicherung im Grund- und Trinkwasser infolge landwirtschaftlicher Produktionsmaßnahmen ist ein Schwerpunkt der aktuellen Umweltdis­kussion.

Seit langem werden Untersuchungen zum jahreszeitlichen Muster der Nitratkonzentrationen unter landwirtschaftlich genutzten Flächen durchgeführt. Mit der Einführung der „Verord­nung über die Grundsätze der guten fachlichen Praxis beim Düngen“ (Dünge-VO) vom 26. Januar 1996 (Bundesregierung 1996) sind landwirtschaftliche Betriebe ab 10 ha landwirtschaftlicher Nutzfläche dazu verpflichtet Bodenuntersuchungen zu erheben und jährliche Nährstoffvergleiche für Stickstoff zu erstellen. Die seit 1999 zulässigen Maximalmengen organischer Dünger von 170 kg N ha-1 Jahr-1 werden aber weiterhin zu wasserwirtschaftlichen Problemen führen, zumal bei den organischen Düngemitteln 30 % als Stickstoffverlust angerechnet werden dürfen (UBA 1996). Eine wesentliche Ursache der N-Bilanzüberschüsse ist eine häufig dem Pflanzenbedarf nicht angepasste Mineraldüngung. Hinzu kommt noch die Akkumulation des Stickstoff durch die geringe N-Verwertung in der Nutztierhaltung, da nur 16 % des eingesetzten Futterstickstoffs vom Tier retiniert werden (Fleischer 1998). Durch eine angepasste Stickstoffdüngung sowie durch eine verringerte Beweidungsintensität durch eine integrierte Schnittnutzung können Nitratausträge auf Grünland vermindert werden (Büchter 2000). Hinsichtlich der hohen Nitratverluste auf dem Grünland kommt dem Silomais als „ guter Stickstoffverwerter“ eine neue Ansichtsweise zu. Der Maisanbau stellt aufgrund seiner langsamen Jugendentwicklung verbunden mit einer geringen Stickstoffaufnahme eine potentielle N-Auswaschungsgefahr dar. Dies ist besonders der Fall, wenn es durch zu hohe mineralische Düngegaben zu überhöhten bodenbürtigen Nitratgehalten kommt (Severin & Förster 1988). Die Stickstoffgehalte an einem Standort zu Beginn der Grundwasserneubildungsperiode sowie Mineralisation und Witterung im Winter sind von entscheidender Bedeutung für den Umfang der Nitratverluste mit dem Sickerwasser (Van der Ploeg et al. 1995).

2. Material und Methoden

Der zugrundeliegende Feldversuch wurde auf dem Versuchsbetrieb Karkendamm des Institutes für Tierzucht und Tierhaltung der Universität Kiel (Übergangsgebiet der Niederen zur Hohen Geest, Æ-Jahresniederschlag 823,6 mm, Æ-Jahrestemperatur 8,4 °C, Bodenart/-typ: hS (h4)/ Podsol-Gley aus weichseleiszeitlichen Sanden mit 18 bis 25 Bodenpunkten) im Jahr 1997 angelegt. In den beiden Untersuchungsjahren 1998 und 1999 fielen im Mittel 824mm Niederschlag. Die klimatische Wasserbilanz betrug im Mittel der beiden Jahre 350mm.

Der Versuch wurde in Form einer dreifaktoriellen Spaltenanlage angelegt. Die Stickstoffdüngung wird durch Rindergülle mit 0 m3, 20 m3 (Ø der Jahre = 56 kg Gesamt-N ha-1) sowie 40 m3 ha-1 (Ø der Jahre = 112 kg Gesamt-N ha-1) und durch die N-Mineral­düngerintensitäten von 0, 50, 100 und 150 kg N ha-1 variert. Der dritte Versuchsfaktor stellt die Untersaat (ohne / mit 6 kg ha-1 Deutschem Weidelgras) dar. Die Maissorte war Naxos (S 220, Kompakttyp), der Reihenabstand betrug 75 cm.

Das Sickerwasser wurde mittels keramischer Saugkerzen aus 50-60cm Bodentiefe während der Sickerwasserperioden (November – April) gewonnen (Mullit, Länge des Keramikkörpers 50mm, Ø 20mm, max Porengröße 1μm, Unterdruck 400 hPa). Die Sickerwasserprobennahme fand im wöchentlichen Rhythmus statt, die Proben wurden im Labor umgehend auf Nitrat analysiert.

Bei den im Ergebnisteil dargestellten Konzentrationen und Frachten handelt es sich um Jahresmittelwerte über die gemessenen 2 Sickerwasserperioden (1998/99 u. 1999/2000). Die statistische Auswertung erfolgte in Form einer Kovarianzanalyse mit den Faktoren Untersaat (US) und Gülledüngung (G) als Klassifizierungsvariable und der mineralischen Düngung (N) als Regressionsvariable. Als Ergebnis sind die signifikanten gesicherten Interaktionen dargestellt. Die Berechnungen erfolgten mit dem Softwarepaket SAS® (SAS Institute 1996). Die Berechnung der Frachten erfolgte mittels der kumulativen klimatischen Wasserbilanz (Wendling 1995), wobei eine Gewichtung entsprechend der Sickerwassermenge in den einzelnen Jahre berücksichtigt wurde.

3. Ergebnisse und Diskussion

Ausschlaggebend für den Sickerungsverlauf und somit für die Nitratverlagerung im Boden ist die Höhe und Verteilung der Niederschläge während der Sickerwasserperiode im Winterhalb­jahr. Unter Berücksichtigung der nutzbaren Feldkapazität (nFK) von 94 mm wurde im Mittel der beiden dargestellten Versuchsjahre 1998 und 1999 eine kummulative Wasserbilanz von 350 mm berechnet. Bei einer Sickerwassermenge von 350 mm entspricht der Grenzwert von 50 mg NO3 l-1 einer Fracht von 40 kg N ha-1.

Der Silomaisanbau kann trotz der hohen N-Verwertung durch die Maispflanze kritische Werte aufweisen, die eine Belastung für das Grundwasser darstellen können. Besonders in den mit mehr als 150 kg N ha-1 Jahr-1 gedüngten Varianten ohne Untersaat wurden Auswaschungsverluste größer 40 kg N ha-1 Jahr-1 gemessen. Im Vergleich zu den dreijährigen Untersuchungen auf dem Dauergrünland (Büchter 2000) zeigen die gemessenen Nitratkonzentrationen des Sickerwassers unter Silomais ähnliche Verläufe wie unter Grünland bei Schnittnutzung auf. Dieses Korrespondiert mit den Bilanzsalden, wie sie Ingwersen (2000) für die Grünland-Schnittsysteme und Jovanovic (2000) für den Silomaisanbau anhand der Bilanzüberschüsse, die maximal 80 kg N ha-1 erreichten, dokumentierten.

Die Sickerwasseruntersuchungen belegen, dass sowohl eine zunehmende Gülle- als auch mineralische N-Düngung das Potential eines N-Austrages erhöhen (GxN p<0,001). Durch das Ausbringen einer Untersaat konnten die N-Frachten reduziert werden (USxN² p<0,001), welches die Wirkungsbeziehung zwischen N-Dünger und der durch Deutschem Weidelgras gebundene N-Menge widerspiegelt. Die gemessenen Konzentrationen der Untersaatvarianten liegen im gesamten N-Intensitätsspektrum unter dem Grenzwert der Trinkwasserverordnung und stellen somit nur eine minimale Belastung des Grundwassers hinsichtlich dar.

Abb. 1: N-Fracht und NO3-Konzentrationen im Sickerwasser unter Silomais in Monokultur in Abhängigkeit von der Gülle- und mineralischen N-Düngung sowie der Untersaat mit Deutschem Weidelgras (Mittel der Jahre 1998 und 1999) 

 

4. Schlußfolgerung

Grundlage dieses Berichtes sind die ersten beiden Untersuchungsjahre des „Karkendamm-Projektes“. Für die mehrjährig mit Silomais bestellten landwirtschaftlichen Nutzflächen zeigen diese Untersuchungen mit einem Stickstoffgesamtinput von bis zu 150 kg N ha-1 nur geringe Nitratbelastungen auf. Die mit Untersaat angebauten Maisflächen der sandigen Geeststandorte unterschreiten über den gesamten geprüften Düngungsbereich den Grenzwert der Trinkwasser-Verordnung.

Im Maisanbau ist daher bei einer optimierten bedarfsgerechten Düngung selbst auf sorptionsschwachen Böden nicht mit relevanten Nitratbelastungen zu rechnen. Hinsichtlich der aber im Untersuchungsgebiet anzutreffenden Hoftorbilanzen mit Überschüssen von bis zu 200 kg N ha-1 zeichnet sich aber für die Milchvieh- und Futterbaubetriebe der schleswig-holsteinischen Geest mit den niederschlagsreichen Winterhalbjahren Handlungsbedarf ab. Besondere Betrachtung bedarf hierbei die Gewinnung eines Futterertrages mit hoher verdaulicher Energie. Bei der gegenwärtigen Betriebsorganisation werden diese Effekte nicht effizient ausgenutzt. Deshalb werden in der zweiten Projektphase Strategien geprüft, die die Grundfutterproduktion gewährleisten, aber die Risiken der N-Austräge senken (Wachendorf 2000).

5. Literatur

  • Büchter, M., m. Wachendorf & F. Taube 2000: Nitratauswaschung unter Grünland in Abhängigkeit von der Bewirtschaftungsform und der N-Düngungsintensität.AG Grünland und Futterbau –Tagungsband 44. 197-200.
  • Bundesregierung 1986: Verordnung über Trinkwasser und über Wasser für Le­bensmittelbetriebe (Trinkwasserverordnung), vom 22.05.1986, Teil I, 760-773.
  • Bundesregierung 1996: Verordnung über die Grundsätze der guten fachlichen Praxis beim Düngen (Düngeverordnung), vom 26. Januar 1996, Teil I Nr.6, 118-121.
  • Fleischer, E. 1998: Nutztierhaltung und Nährstoffbilanzen in der Landwirtschaft. Angewandte Umweltforschung 10. 1. Aufl., Analytica, Berlin.
  • Ingwersen, B., M. Wachendorf & F. Taube 2000: N-Bilanz und –Effizienz von Dauergrünland bei unterschiedlicher Bewirtschaftung. .AG Grünland und Futterbau -Tagungsband 44. 193-196.
  • Jovanovic, J.-N.., M. Wachendorf and F. Taube 2000: N-Bilanz und –Effizienz von Silomais bei variierter N- und Gülledüngung. .AG Grünland und Futterbau –Tagungsband 44. 189-192.
  • Jovanovic, J.-N., M. Wachendorf and F. Taube 2000: Impact of a grass understorey on the performance of silage maize. Proceedings of the 18th General Meeting of the European Grassland Federation, Aalborg, May 22-25, EGF Vol. 5 , 446-448.
  • Rohmann, U. & H. Sontheimer 1985: Nitrat im Grundwasser – Ursachen, Bedeutung, Lösungswege; DVWG-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut der Univ. Karlsruhe (TH).
  • SAS Institute 1996: SAS/STAT User’s Guide, Release 6.12 Edition. Cary, NC: SAS Institute Inc.
  • Severin, K. & P. Förster 1988: Standortspezifische Nitrat- und Ammoniumuntersuchungen in Niedersachsen von 1985-1988. Mitteilgn. Dtsch. Bodenkundl. Ges. 57, 113-118.
  • Taube, F. & M. Wachendorf 2000: The Karkendamm Project: A system approach to optimize nitrogen use efficiency on the dairy farm. Proceedings of the 18th General Meeting of the European Grassland Federation, Aalborg, May 22-25,EGF Vol. 5 ,449-451.
  • UBA, Umweltbundesamt 1996: Daten zur Umwelt. Schmidt, Berlin.
  • Van der Ploeg, R.R., G. Machulla & H. Ringe 1995a: Ein Mischzellenmodell zur Abschätzung der Nitratauswaschung aus landwirtschaftlich genutzten Böden im Winterhalbjahr. – Z. Pflanzenernähr. Bodenk. 158, 365-373.
  • Wachendorf, M. & f. Taube 1999: Nitrogen fertilizer management of grassland and maize for an improved nitrogen use efficiency on dairy farms. Proceedings of the COST 814 Workshop „Nitrogen USE Efficiency“ June 1999, Ghent, Belgium, 57-66.
  • Wachendorf, M., H. Trott, K. Volkers & F. Taube 2000: Steigerung der N-Effizienz im spezialisierten Milchvieh-/Futterbaubetrieb – Konzept der zweiten Phase des N-Projektes Karkendamm. AG Grünland und Futterbau –Tagungsband 44. 225-228.
  • Wendling, U. 1995: Berechnung der Gras-Referenzverdunstung mit der FAO Penman-Monteith-Beziehung. Wasserwirtschaft, 85. 602-604.

 

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