Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der Einsatz von Stickstoffd\u00fcngern in der Landwirtschaft hat den Stickstoffumsatz im globalen \u00d6kosystem mehr als verdoppelt. Damit hat die Menschheit einen der f\u00fcr das Funktionieren \u00f6kologischer Systeme empfindlichsten Stoffkreisl\u00e4ufe um mehr als 100 % ausgelenkt. Dies w\u00e4re unproblematisch, wenn der Stickstoff (N) aus mineralischer und organischer D\u00fcngung vollst\u00e4ndig in den landwirtschaftlichen Produktionssystemen verbleiben und in Pflanzenertr\u00e4ge umgesetzt w\u00fcrde. Weltweite Inventuren zeigen jedoch, dass die N-Nutzungseffizienz von Getreide jdeutlich unter 50 % liegt. Weit mehr als die H\u00e4lfte des reaktiven Stickstoffs verbleibt damit in der Umwelt und belastet das \u00d6kosystem. Dies f\u00fchrt u.a. zu einer Beschleunigung des Klimawandels durch Abgabe von Lachgas (N2O) in die Atmosph\u00e4re, zum Biodiversit\u00e4tsverlust durch Eutrophierung nat\u00fcrlicher \u00d6kosysteme sowie zu einer Gesundheitsgef\u00e4hrdung durch zu hohe Mengen an Nitrat (NO3-) im Grundwasser, aus dem Trinkwasser gewonnen wird. Im Konzept der planetaren Belastbarkeitsgrenzen gilt der Eingriff des Menschen in den globalen N-Kreislauf daher als eine der heute bedeutendsten Umweltauswirkungen menschlicher Aktivit\u00e4t, noch vor dem anthropogenen Klimawandel.
\nAufgrund der unzureichenden N-Nutzungseffizienz und den damit verbundenen hohen N-D\u00fcngerverlusten stellen die Steigerung der N-Nutzungseffizienz und die Minderung von N-Verlusten in der Landwirtschaft eine der aktuell gr\u00f6\u00dften Herausforderungen f\u00fcr die Entwicklung einer nachhaltig funktionierenden Landwirtschaft dar. Daher m\u00fcssen alle verf\u00fcgbaren Ma\u00dfnahmen und Techniken eingesetzt werden, um diese Probleme zu l\u00f6sen. Dies beginnt mit der Reduzierung gasf\u00f6rmiger N-Emissionen bei der Tierhaltung (Stallemissionen) sowie der Lagerung und Ausbringung von Wirtschaftsd\u00fcngern. Auch bei der Ausbringung von mineralischen N-D\u00fcngern m\u00fcssen Verluste minimiert werden. Weiter m\u00fcssen Ausbringungszeitpunkte und Aufteilung der N-Gaben optimiert werden (Raun & Johnson, 1999). Dar\u00fcber hinaus m\u00fcssen die Bodeneigenschaften eine bestm\u00f6gliche N-Aufnahme durch die Kulturpflanzen gew\u00e4hrleisten. Hier setzt unser Vorhaben an.
\nIn \u00dcbereinstimmung mit Fageria & Baligar (2005) sehen wir einen Ansatz zur weiteren Steigerung der N-Effizienz und Verringerung von N-Verlusten in der Schaffung von f\u00fcr das Pflanzenwachstum optimalen chemischen und physikalischen Bodenbedingungen. Entscheidend ist dabei die bodenartspezifisch optimale Bodenstruktur, denn sie verbessert die N\u00e4hrstoffeffizienz, indem sie eine gleichm\u00e4\u00dfige, tiefgr\u00fcndige Durchwurzelung des Bodens f\u00f6rdert, die Wasserspeicherf\u00e4higkeit des Bodens erh\u00f6ht, reduktive Bodenzonen, die zu Stickstoffverlusten f\u00fchren, minimiert und auch erosionsbedingte N\u00e4hrstoffaustr\u00e4ge verringert. Da neben der organischen Bodensubstanz der \u0084Kalkzustand\u0093 des Bodens f\u00fcr den Aufbau und die Stabilit\u00e4t der Bodenstruktur entscheidend ist, soll die Untersuchung und Quantifizierung der Wirkung von Kalkung auf die N-Effizienz und die Minderung von Stickstoffverlusten im Mittelpunkt unseres Vorhabens stehen.
\nZwar wurden die Effekte der Kalkung auf die N\u00e4hrstoffverf\u00fcgbarkeit und Bodenstruktur bereits grundlegend untersucht, und auch die Themenkomplexe Stickstoffeffizienz und -verluste h\u00e4ufig bearbeitet; eine ganzheitliche Betrachtung der vielseitigen Ber\u00fchrungspunkte der Kalkwirkungen (chemisch, physikalisch und biologisch) auf Strukturbildung sowie Stabilit\u00e4t des Bodens und dessen N-Dynamik liegt bisher jedoch nicht vor. Auch eine Quantifizierung der N-D\u00fcngungsverluste bei unterschiedlicher Kalkversorgung und Bodenstruktur mittels neuer, innovativer Methoden liefert neue Erkenntnisse zu dieser aktuellen Thematik.
\nUnser Vorhaben soll neben grundlegenden Erkenntnissen auch die wissenschaftliche Begr\u00fcndung f\u00fcr eine fundierte Fachberatung zur standortspezifisch optimierten Kalkversorgung von Ackerb\u00f6den liefern. Wir streben damit eine Neudefinition des optimalen Kalkzustandes unter integrativer Ber\u00fccksichtigung von N\u00e4hrstoff- (insbesondere N) und Wasserverf\u00fcgbarkeit sowie Aspekten des Bodenschutzes an.
\nLetztlich zielt das Vorhaben darauf ab, durch Optimierung des Kalkzustandes der Ackerb\u00f6den einen konkreten und substanziellen Beitrag zur L\u00f6sung des Problems des N-Bilanz\u00fcberschusses und der N-D\u00fcngerverluste zu liefern. Um einen Wissensgewinn zu erzielen, der nah an der landwirtschaftlichen Praxis ist, und um die neuen Erkenntnisse anschlie\u00dfend auch zu vermitteln, erfolgt eine enge Zusammenarbeit mit Landwirtschaftskammern.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs werden praxisnahe Kalkungsversuche in Kombination mit einer Stickstoffsteigerung auf insgesamt sieben lehmigen und tonigen Ackerstandorten, verteilt \u00fcber Deutschland (Schleswig-Holstein, Nordrhein-Westfalen, Brandenburg (Uckermark), Hessen und Bayern) durchgef\u00fchrt. In Zusammenarbeit mit den zust\u00e4ndigen Landwirtschaftskammern werden dort kalkbed\u00fcrftige Ackerschl\u00e4ge f\u00fcr die Versuche identifiziert werden. Auf den Fl\u00e4chen werden Versuchsparzellen (6 x 10, bzw. 6 x 18 m) f\u00fcr die jeweils in vierfacher Wiederholung durchgef\u00fchrten D\u00fcngungsexperimente festgelegt.<\/p>\n
F\u00fcr den Pr\u00fcffaktor \u0084Kalk\u0093 gelten folgende Stufen: Kalk-0- (Kontrolle, keine Kalkung), Kalk-I- (Kalkung nach VDLUFA-Standpunkt \u0093Bestimmung des Kalkbedarfs von Acker-und Gr\u00fcnlandb\u00f6den\u0094, 2000) sowie Kalk-II-Variante (Kalkung nach VDLUFA * 1,5). Es wird praxis\u00fcblicher, lokal verf\u00fcgbarer, feinvermahlener kohlensaurer Kalk verwendet werden. <\/p>\n
F\u00fcr den Pr\u00fcffaktor \u0084Stickstoff\u0093 gelten folgende Stufen: N0 (Nullvariante, kein Stickstoff), N100 (bedarfsgerechte D\u00fcngung nach Nmin-Untersuchung), N80 (wie N100, abz\u00fcglich 30-40 kg N je ha), N120 (wie N100, zuz\u00fcglich 30-40 kg N je ha). Die N-Stufen entsprechen denen, die in der landwirtschaftlichen Versuchspraxis \u00fcblich sind. Sie wurden in enger Abstimmung mit den beteiligten Landwirtschaftskammern Schleswig-Holstein und Nordrhein-Westfalen festgelegt.<\/p>\n
Der Untersuchungszeitraum umfasst vier Vegetationsperioden (2017 bis 2020). In den praxis\u00fcblichen Fruchtfolgen dominiert Weizen. Langzeitwirkungen der Kalkung werden zus\u00e4tzlich auf einer Kalk-Dauerversuchsfl\u00e4che der Stickstoffwerke Priesterizt (SKW) in Cunnersdorf bei Leipzig untersucht. Somit ergeben sich Informationen \u00fcber die Auswirkungen einer Kalkung auf verschiedenen r\u00e4umlichen und zeitlichen Ebenen und die M\u00f6glichkeit, langfristige Prognosen f\u00fcr die Feldskala vorzunehmen.
\nDie Effekte der Kalkung auf die bodenphysikalischen Parameter werden von der Kieler Arbeitsgruppe (Horn\/Zimmermann) sowohl in situ als auch im Labor an Proben, die ungest\u00f6rt entnommen wurden, untersucht. Im Feld werden Infiltrationsmessungen zur Absch\u00e4tzung der erosionsmindernden Effekte der Kalkung durchgef\u00fchrt, im Labor Untersuchungen zur Wasserretention, Strukturfunktionalit\u00e4t und mechanischen Stabilit\u00e4t der B\u00f6den.
\nDie Stickstoffdynamik wird von der Berliner Arbeitsgruppe (Kaupenjohann\/van Husen) quantifiziert. Dazu werden s\u00e4mtliche Glieder der N-Bilanz (D\u00fcngung, Entz\u00fcge, Auswaschung und Ausgasung) in situ gemessen, bzw. modelliert Aufgrund des hohen Aufwands k\u00f6nnen die einzelnen N-Verlustpfade nur exemplarisch auf ausgew\u00e4hlten Versuchsstandorten in einzelen Jahren gemessen werden. F\u00fcr die \u00dcbertragung auf s\u00e4mtliche Fl\u00e4chen und Vegetationsperioden wird das Modell Expert-N eingesetzt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Kalkung erh\u00f6ht erwartungsgem\u00e4\u00df die pH-Werte der B\u00f6den. Damit einhergehend steigt die Basens\u00e4ttigung der Kationenaustauscher in den B\u00f6den an. Signifikante Effekte auf die Wasserstabilit\u00e4t von Makroaggregaten, die Gehalte an organischem C und die Anteile unterschiedlicher Fraktion in der organischen Bodensubstanz k\u00f6nnen nicht festgestellt werden. <\/p>\n
Eine Verbesserung der bodenphysikalischen Eigenschaften zeigt sich meist durch Erh\u00f6hung der Luftkapazit\u00e4t sowie der nutzbaren Feldkapazit\u00e4t. Die Effekte auf die bodenphysikalischen Parameter sind jedoch nicht nachhaltig. Es zeigen sich auch kaum signifikante Zusammenh\u00e4nge zwischen der Verbesserung der bodenphysikalischen Eigenschaften und den Ertr\u00e4gen.<\/p>\n
Eine Verbesserung der Ausnutzung des ged\u00fcngten Stickstoffes (NUE) ist immer dann gegeben, wenn infolge der Kalkung Ertragssteigerungen erreicht wurden. Kurzfristig k\u00f6nnten diese durch eine erh\u00f6hte N-Mineralisation bedingt worden sein, die durch die Kalkung verursacht wird. <\/p>\n
\u0084Langfristige\u0093 Ertragserh\u00f6hungen treten parallel mit verbesserten bodenchemischen Eigenschaften (vor allem pH-Wert und S-Wert) auf. Die durchschnittlich erreichte Erh\u00f6hung des N-Entzuges, die durch eine optimierte Kalkversorgung erzielt werden kann, liegt bei 5,0 kg N ha-1 Jahr-1, was einer Reduktion von 6,5 % des derzeitigen N-\u00dcberschusses der Fl\u00e4chenbilanz in Deutschland entspricht, wenn ein konstanter Boden-N-Pool angenommen wird. Die h\u00f6chste auf einem Standort gemessene Reduktion des N-\u00dcberschusses liegt bei 9,9 kg N ha-1 Jahr-1, die niedrigste bei 1,3 kg N ha-1 Jahr-1.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse der Forschung stehen der wissenschaftlichen \u00d6ffentlichkeit in Form der Dissertationen von Frau Dr. Tina Frank und Herrn Dr. Wilhelm van Husen, sowie der im Rahmen der Arbeiten entstandenen Publikationen zur Verf\u00fcgung.
\nDie landwirtschaftliche Praxis wird \u00fcber Vortr\u00e4ge auf einschl\u00e4gigen Fachtagungen (z.B. D\u00fcngekalk-Tagung am 27. und 28. M\u00e4rz 2023 in Fulda) sowie \u00fcber Artikel in landwirtschaftlichen Fachzeitschriften informiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die positiven Wirkungen auf den chemischen Bodenzustand werden best\u00e4tigt. Diese f\u00fchren im Mittel \u00fcber alle sieben Versuchstandorte und vier Versuchsjahre hinweg zu einer Erh\u00f6hung der N-Aufnahme um 5,0 kg N ha-1 yr-1. Unter der Annahme, dass der N-Vorrat des Bodens unver\u00e4ndert bleibt bedeutet diese Erh\u00f6hung eine Verringerung des N-\u00dcberschusses um den gleichen Betrag, was einer Verringerung des durchschnittlichen deutschen N-\u00dcberschusses um 6,5 % entspricht.
\nDie Modellierungen mit Expert-N lassen erwarten, dass die durch Kalkung verringerten N-Verluste vor allem zu einer Reduzierung der N2O-Emissionen f\u00fchren. Unsere Hochrechnungen deuten darauf, dass die durch mineralische N-D\u00fcngung in Deutschland bedingten Emissionen dieses hochwirksamen Klimagases durch Optimierung der Kalkversorgung der Ackerb\u00f6den um mehr als ein Drittel verringert werden k\u00f6nnten.
\nDeutschlandweit sind nahezu 40 % der Ackerbo\u00f6den kalkbed\u00fcrftig. Kalkung dieser B\u00f6den kann einen bedeutenden Beitrag zu Verringerung der negativen Auswirkungen der N-D\u00fcngung auf diesen B\u00f6den leisten. Deshalb sollte in der landwirtschaftlichen Praxis deutlicher als bisher auf optimalen Kalkzustand der B\u00f6den geachtet werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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