Schwerpunkt
Bodenfruchtbarkeit durch Rottemist und Präparate
Was sagt der Langzeitdüngungsversuch in Darmstadt?
von Meike Oltmanns,
Forschungsring für Biologisch-Dynamische Wirtschaftsweise e.V.,
Brandschneise 5, 64295 Darmstadt, http://www.forschungsring.de
Im Biologisch-Dynamischen Landbau spiegelt die Bodenfruchtbarkeit, neben der Gesamtheit der physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften eines Bodens, den ganzen Betriebsorganismus wider. Boden wird als Organ des Betriebes verstanden und so liegt das Augenmerk eines Landwirts oder Gärtners auf der Erhaltung und Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit. Man unterscheidet prinzipiell zwischen der statischen Bodenfruchtbarkeit, die durch Ausgangsgestein, Relief und klimatische Verhältnisse vorgegeben ist und der erworbenen Bodenfruchtbarkeit, die durch die Bewirtschaftung entsteht. Da eine Wechselbeziehung zwischen Bodenfruchtbarkeit, organischer Substanz und Bodenaktivität besteht, bedeutet dies, dass die organische Substanz im Boden nicht nur durch ihre molekularen Substanzeigenschaften erhalten oder erhöht wird, sondern eine Leistung der Ökosystem-Eigenschaften darstellt.
Die tote organische Substanz im Boden, der Humus, wird als Gehalt an organischem Kohlenstoff (Corg) bestimmt. Der Corg-Gehalt ist der meistgenannte Indikator für die Bodenfruchtbarkeit. Zudem hat er Einfluss auf andere Indikatoren, wie Aggregatstabilität, Nährstoffretention und -verfügbarkeit sowie den Nährstoffkreislauf. Oft dauert es je nach Bodentyp mehrere Jahre oder Dekaden bis der Corg-Gehalt des Bodens auf geänderte Bewirtschaftungsmaßnahmen wie z. B. Düngung, Bodenbearbeitung, Präparateanwendung und Fruchtfolge reagiert. Daher werden noch andere Parameter benötigt, die kurzfristig die Wirksamkeit von Managementänderungen beschreiben.
Die Biomasse und die Aktivität der Mikroorganismen im Boden sind solche schneller reagierende Kenngrößen der Bodenfruchtbarkeit. Die mikrobielle Biomasse im Boden macht nur ca. 1 bis 5 % der organischen Substanz aus. „Die mikrobielle Biomasse ist das Nadelöhr, das alles natürliche, organische Material, das in den Boden eintritt, passieren muss“ (Jenkinson, 1977). Durch den ständigen Aufbau, Umbau und Abbau der Streu- und Huminstoffe produzieren die Bodentiere und Mikroorganismen immer neue Verbindungen, sie zersetzen organische Schadstoffe und durch die Mineralisation setzten sie Pflanzennährstoffe frei.
Langzeitdüngungsversuch Darmstadt
Da Veränderungen der Bodenfruchtbarkeit nur langsam erfolgen, ist es notwendig, die Eingriffe auf den Boden in einem Langzeitversuch zu beobachten (Polwson und Johnston, 1994), um die Nachhaltigkeit einer Bewirtschaftungsmaßnahme zu beurteilen. Der Forschungsring hat bis zum Jahr 2009 den Einfluss der Düngung und die Anwendung der Präparate auf die Bodenfruchtbarkeit im Darmstädter Langzeitversuch untersucht. Dieser Versuch wird aus finanziellen Gründen nicht mehr weitergeführt.
Das Versuchsgelände liegt ca. 10 km südlich von Darmstadt (100 m NN, 49° nördl. Breite, 8° östl. Länge). Die durchschnittliche Jahresniederschlagssumme beträgt 590 mm (Beregnung ist möglich, allerdings nur in relativ geringen Mengen), die mittlere Jahrestemperatur liegt bei 9,5 °C. Der Boden ist eine Braunerde aus Flugsand (22 Bodenpunkte).
Der Versuch beinhaltete Stallmistvarianten mit und ohne Anwendung der biologisch-dynamischen Präparate sowie eine Vergleichsvariante mit Mineraldüngung (MIN). Der Stallmist wurde von einem Bioland-Betrieb geliefert und in verschiedenen Mieten aufgesetzt. Die eine Hälfte bekam die biodynamischen Kompostpräparate (Variante RMBD) und die Fläche dann die biodynamischen Feldspritzpräparate, die andere wurde nicht präpariert (RM). Jede Düngungsart wurde in drei Mengenstufen gegeben. Die mittlere Dosis (100 kg N/ha) stellte das praxisübliche Niveau dar. Das Getreidestroh wurde auf den MIN-Parzellen eingearbeitet und von den mistgedüngten Parzellen entfernt, da dort die Stallmistdüngung Stroh zurück brachte. Bis auf die Düngung sind alle Anbaumaßnahmen in allen Varianten gleich und entsprechen den im ökologischen Landbau üblichen.
Ergebnisse: Rottemist und Präparate fördern die Bodenfruchtbarkeit
Der organische Kohlenstoffgehalt blieb bei den Rottemistvarianten höher als bei Mineraldüngung, durch den Zusatz der Kompostpräparate und Anwendung der Spritzpräparate konnte der höchste Gehalt erreicht werden (Abb. 1). Die Düngung mit Rottemist hat offensichtlich dazu geführt, dass das Bodenleben die organische Substanz anders verarbeitet hat, so dass mehr Humus erhalten blieb.
Parameter der biologischen Aktivität, wie z. B. die Protease- und Dehydrogenaseaktivität sowie die mikrobielle Biomasse, waren in den langjährig mit Rottemist gedüngten Parzellen stärker ausgeprägt als im mineralisch gedüngten Boden, und in einigen Fällen war sie in der Präparatevariante höher als ohne Präparate. Dabei spielte die Düngermenge keine Rolle, sondern nur die Düngungsart. Das bedeutet, dass die Qualität der zugeführten organischen Substanz ausschlaggebend war und nicht die Menge.
Bei ungünstigen Wachstumsbedingungen wie Trockenheit reagierten mit Stallmist gedüngte Pflanzen mit geringeren Ertragseinbußen als mineralisch gedüngte, wahrscheinlich wegen ihres effektiveren Wurzelsystems (Abb. 2). Die langfristige Ertragssicherheit ist damit bei organischer Düngung besser.
| Mikrobielle Biomasse | Ergosterol | Basalatmung | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Behandlung | C | N | P | S | CO2-C | CO2-C | O2 |
| μg g-1 Boden | μg g-1 Boden | μg d-1 g-1 | |||||
| RM | 149a | 18b | 8,0a | 2,9b | 0,48b | 5,0b | 17,6a |
| RMBD | 149a | 20ab | 7,2a | 2,7b | 0,52b | 5,4a | 18,0a |
| MIN | 136b | 21a | 7,0a | 4,2a | 0,70a | 5,3ab | 17,9a |
Tab. 1: Mittelwerte von mikrobiellerBiomasse C, N, P und S, Ergosterol und Basalatmung (geändert nach Heinze 2009). Verschiedene Buchstaben in einer Spalte kennzeichnen signifikante Unterschiede
Aktiveres Bodenleben durch Mist und Präparate
Auch andere Wissenschaftler haben unsere Böden untersucht und kamen zu ähnlichen Ergebnissen. Im Rahmen des DFG-Graduiertenkolleg 1397, „Steuerung von Humus- und Nährstoffhaushalt in der Ökologischen Landwirtschaft“, untersuchte Heinze (2009) die Interaktionen von Bodeneigenschaften, oberirdischer Biomasse und unterirdischen mikrobiologischen Eigenschaften. Bei mineralischer Düngung lagen die Gehalte an organischem Kohlenstoff signifikant unter denen mit Rottemistdüngung. Die Stoffgehalte in der mikrobiellen Biomasse Cmic (Kohlenstoff) und Nmic (Stickstoff) wurden durch die organische Düngung gefördert. Dagegen führte mineralische Düngung zu einem 50 % höheren Smic (Schwefel) und 40 % höheren Ergosterol-Gehalt (Tab.1). Ergosterol dient als Maß für die pilzliche Biomasse, demnach wurde durch mineralische Düngung und die Stroheinarbeitung die pilzliche Biomasse im Boden gefördert.
Der metabolische Quotient (qCO2; Basalatmung/Cmic) gibt die Effizienz der mikrobiellen Substratnutzung wieder. Hohe Werte deuten auf schlechte Lebensbedingungen für die Mikroorganismen hin. Bei mineralischer Düngung war der metabolische Quotient signifikant höher als bei Rottemist, die Präparatevariante nahm eine Mittelstellung ein und unterschied sich nicht von den beiden anderen Düngungsarten. Das Verhältnis mikrobieller Kohlenstoff zu Stickstoff Cmic/Nmic war in der Variante RMBD am niedrigsten, das deutet auf eine relativ bakterienreichere und damit oft auch umsetzungsfreudigere Bodenaktivität hin.
In einer anderen Arbeit untersuchten Ngosong et al. (2010) die Diversität der Bodenmikroorganismen. Um die Struktur von bodenmikrobiellen Lebensgemeinschaften und ihre potenziellen Veränderungen zu erfassen, sind Messungen von Phospholipidfettsäuren (PFLA) als Biomarker für diverse Bodenorganismengruppen geeignet. Phospholipide sind Hauptbestandteile in den Zellmembranen der Mikroorganismen und machen einen konstant hohen Anteil an deren Biomasse aus. Ihre taxonomische Bedeutung erhalten sie durch die am Glyceringerüst angehängten Phospholipidfettsäuren. Daher können sie als Marker für bestimmte Mikroorganismengruppen herangezogen werden.
Ngosong et al. (2010) fand bei mit Rottemist gedüngten Varianten eine höhere Konzentration an PFLA, mit steigender Düngung stieg der Gehalt im Boden unter Sommerweizen besonders in den Präparatevarianten an und nahm in den mineralischen ab. Bei allen drei Düngungsarten dominierten Bakterien die mikrobielle Gemeinschaft. Die beiden Stallmistvarianten unterschieden sich untereinander nicht in der Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften im Oberboden (0 bis 5 cm). Bei Mineraldüngung setzte sich diese signifikant anders zusammen. Für die Unterschiede waren besonders saprotrophe Pilze verantwortlich: diese ernähren sich von toter organischer Substanz, wie die Ergebnisse von Heinze (2009) bestätigen, die bei Mineraldüngung eine höhere pilzliche Biomasse feststellte. Die angebaute Kultur, Weizen oder Amaranth, hatte einen höheren Effekt auf die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften als die Düngung. Das deutet darauf hin, dass Wurzelausscheidungen und Wurzelmorphologie der Kulturpflanzen einen aktiven Einfluss auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Biomasse haben.
Eine weitere Untersuchung im Rahmen des DFG-Graduiertenkolleg 1397 beschäftigt sich zur Zeit mit dem Unterboden des Langzeitversuches, es werden Bodenproben von 0 bis 100 cm auf ihre mikrobiologischen Eigenschaften hin untersucht. Die Ergebnisse werden demnächst veröffentlicht.
Fazit
Gemessen an den Langzeiteffekten ist die Stallmistdüngung plus den biologisch-dynamischen Präparaten die beste Wahl, um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten und zu verbessern. Die richtige Fruchtfolge und schonende Bodenbearbeitung darf dabei natürlich nicht vergessen werden.
Quellen
Bachinger, J. (1996): Der Einfluß unterschiedlicher Düngungsarten (mineralisch, organisch, biologisch-dynamisch) auf die zeitliche Dynamik und die räumliche Verteilung von bodenchemischen und -mikrobiologischen Parametern der C- und N-Dynamik sowie auf das Pflanzen- und Wurzelwachstum von Winterroggen. Diss. Univ. Gießen. Schriftenreihe Bd. 7, IBDF Darmstadt
Heinze, S. (2009): Organische Düngung und reduzierte Bodenbearbeitung als Steuerungsfaktoren für die C-, N-, P- und S-Speicherung von Mikroorganismen. Dissertation am Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften der Universität Kassel
Jenkinson, D.S., (1977): The soil biomass. In: Brookes, P.C., 2001. The soil microbial biomass: Concept, Measurement and Applications in soil ecosystem research. Microbes and Environment 16, 131-140.
Ngosong, Ch.; Jarosch, M.; Raupp, J.; Neumann, E., Ruess, L. (2010): The impact of farming practice on soil microorganisms and arbuscular mycorrhiza fungi: Crop type versus long-term mineral and organic fertilization. Applied Soil Ecology 46, 134-142
Powlson, D.S. und Johnston, A.E., (1994): Long-term field experiments: their importance in understanding sustaiable land use. In: Widmer, F., Rasche, F., Hartmann, M., Fliessbach, A., 2006. Community structures and substrate utilization of bacteria in soils from organic and conventional farming systems of the DOK long-term field experiment. Appl. Soil Ecolo. 33, 294-307.
Raupp, J.; Oltmanns, M. (2006): Soil properties, crop yield and quality with farmyard manure with and without biodynamic preparations and with inorganic fertilizers. In: Raupp, J.; Pekrun, C.; Oltmanns, M.; Köpke, U. (Eds.); Long-term Field Experiments in Organic Farming. ISOFAR Scientific Series 1; Verlag Dr. Köster, Berlin; 135-155