Stickstoffmineralisierung unter Exkrementstellen:

¹⁵N-Signatur verschiedener N-Fraktionen

Christine Wachendorf¹, Hagen Trott² und Friedhelm Taube²

¹Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg, Allendeplatz 2, 20146 Hamburg

² Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung -Grünland und Futterbau/Ökologischer Landbau Christian-Albrechts-Universität Kiel, 24098 Kiel

Problemstellung

Während der Beweidung von Grünland werden 75 bis 90 % des aufgenommenen Stickstoffs durch das Weide­tier wieder ausgeschieden und in den folg­enden Aufwüchsen von den Pflanzen zu unter­schiedlichen Anteilen aufgenom­men. Nach einer Beweidung im Herbst treten, bedingt  durch geringe Wachstumsraten der Pfllanzen und hohe Sicker­wasser­raten räumlich heterogen unterschied­lich hohe Stick­­stoff­­verluste auf. Bezogen auf die gesamte Vegetationsperiode besteht ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Beweidungsintensität und der Nitratauswaschung unter Dauergrünland (Büchter et al., 2000; Ingwersen et al., 2000). Dem­entsprechend werden in Gebieten mit spezialisierter Milchviehhaltung und intensiver Grünlandwirtschaft hohe Nitratkonzentrationen im oberflächennahen Grundwasser gemessen.

Ziel der Unter­suchung ist es, exkrement­bedingte N-Ver­luste mit dem Sickerwasser nach einer Herbst­beweidung mittels ¹⁵N markierten Kot- und Urin­flecken zu quantifizieren.

Material und Methoden

Im Oktober 2000 wurden ¹⁵N in situ markierter Urin und Kot (1,6 und 2 atom %) entsprechend einer N-Menge von 913 und 1029 kgN ha^-1 auf Lysimetern (Ø 35 cm; 80 cm tief) und auf benachbarten Klein­parzellen (Bodenart: mSfs; 4% Corg) in je 4facher Wieder­­holung ausgebracht. Eine Beweidung wurde durch Schnittnutzung der Lysimeter und der Par­zellen simuliert. Die Bewirtschaftung erfolgte  praxis­üblich mit einer Düngung von 200 kg N ha^-1 und einer  5maligen Nutzung zur Weidereife. Die Boden­lösung wurde wöchent­lich gesammelt und photo­metrisch auf Ammonium, Nitrat und organischen Stickstoff untersucht. Die ¹⁵N-Anreicherung der Sicker­­wässer wurde mittels Mikrodiffusion (Goerges und Dittert, 1999) und anschließender Verbrennung im Elementanalysator mit Kopplung an ein Isotopen-Massen­spektrometer (Delta Plus, Finnigan) bestimmt. Die pflanzliche Biomasse (Wurzeln, Stop­peln und erntbare Masse) im Exkrementfleck wurde zu 2 Terminen im Winter und der ober­irdische Auf­wuchs wurde zur Weidereife während der Vege­tations­periode beprobt und anschließend exkrement­bürtige N-Mengen massen­spektro­me­trisch erfasst. 

Ergebnisse

 

4 Monate nach Exkrementausbringung  werden 7 % des Urinstickstoffs als Ammonuim und 31 % als Nitrat aus­gewaschen. Ein deutlicher Anstieg von Exkrem­ent­stickstoff ist in der Nitratfraktion erst 2 Monate nach Ausbringung zu verzeichnen (Abb. 2c). Der Trinkwassergrenzwert für Nitrat von 11,25 mg N l^-1

wird in den Lysimetersickerwässer auch noch im Mai überschritten (Abb. 2b). Durch die langsame Minerali­sierung des Kotstickstoffs ist die Auswaschung von Nitrat unter Kotstellen von geringer Bedeutung.

Die durchschnittliche Wieder­findung des Exkrement­stickstoffs in Wurzeln, Stoppeln und Aufwuchs bis zum Beginn der Vegetationsperiode beträgt im Mittel nur 2 %, wobei Wurzeln die höchste Wieder­findungsrate aufweisen. Nach einer simulierten Herbstbeweidung nehmen die Pflanzen unter Urinstellen während des Winters noch 10 kg Exkrement-N ha^–1 auf, der Stickstoff in der oberirdischen Biomasse der Urinflecken ist somit zu 40% exkrementbürtig (Abb. 1). Zu Vegetationsbeginn werden in Wurzeln im Umkreis von bis zu 15 cm um den Fleck ebenfalls noch 1 % des Exkrement­stickstoffs analysiert. Die Ausnutzung von Exkrementstickstoff beträgt 4%.

Weitere N-Verluste im Sickerwasser werden über die Analyse der DON-Fraktion ermittelt. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass über 16% der gesamtlöslichen N-Fraktion in Form von DON ausgewaschen wird, wobei die Auswaschung von partikulärem N keine Rolle spielt.

 

Literatur

• Büchter, M., M. Wachendorf, and F. Taube (2000): Nitratauswaschung unter Grünland in Abhängigkeit von der Bewirtschaftungsform und der N-Düngungsintensität. 44.  Jahrestagung der Arbeits­gemeinschaft für Grünland und Futterbau in der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften vom 24. bis 26. August 2000 in Kiel, 2: 197-200.

• Goerges, T. und K. Dittert (1998): Improved Technique for ¹⁵N:¹⁴N Analysis of ammonium and nitrate from aqueous samples by stable isotope spectrometry. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 29, 361-368.
• Ingwersen b., M. Wachendorf and f. Taube (2000): Comparison of yield, nutritive value and botanical composition of grazed swards and cut swards used by simulated grazing. Proceedings of the 18^th General Meeting of the European Grassland Federation, Aalborg, May 22-25, 452-454.

 

Dank

• Die Fütterung der Versuchstiere und Sammlung der in situ markierten Exkremente wurde dankens­werterweise von Herrn Egbers durchgeführt und von Herrn Dr. Neff der Hessischen Landes­versuchs­anstalt für Landwirtschaft ermöglicht.
• Das Projekt WA 1483/1-1 wird von der DFG gefördert.