Projekt 12409/01

Verfahren zur Reduktion umweltbelastender Stickstoffausträge im Rapsanbau

Projektträger

Georg-August-Universität GöttingenInstitut für Agrikulturchemie
Carl-Sprengel-Weg 1
37075 Göttingen
Telefon: 0551/39-5575

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der moderne Körnerrapsanbau ist nach der Rapsernte und im darauffolgenden Herbst/Winter vielfach von hohen Stickstoffemissionen (Nitratverlagerung mit dem Sickerwasser, Freisetzung des klimarelevanten Spurengases N2O ) begleitet. Dies ist - besonders im Hinblick auf die Erzeugung von Raps als nachwachsendem Rohstoff - unerwünscht. Nach heutigem Kenntnisstand ist sowohl für die Nitratauswaschung als auch für die N2O-Emission nach dem Rapsanbau die Mineralisation organischer Stickstoffverbindungen aus Vegetations- und Ernterückständen von besonderer Bedeutung. Ziel des Projektes ist die Prüfung eines alternativen Anbaukonzeptes für Raps hinsichtlich seines Potentials zur Verringerung umweltbelastender Stickstoffausträge.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFeldversuch mit folgenden Versuchsgliedern:
1. Fruchtfolgepaar Winterraps ¾ Winterweizen mit mehrfach intensiver Stoppelbearbeitung und Grundbodenbearbeitung (Pflug) zur Winterweizenbestellung
2. Wie 1, aber Ersatz des Pfluges durch den Grubber
3. Alternative Fruchtfolge Winterraps ¾ Ausfallraps-Zwischenfrucht ohne Bodenbearbeitung im Herbst ¾ Sommerung (Hafer) nach Bodenbearbeitung im Frühjahr
4. Fruchtfolgepaar Winterweizen ¾ Wintergerste
5. Dauerwiese ohne N-Düngung
Untersuchungen (Auszug):
· Berechnung der N2O-Emissionen aus dem N2O-Gehalt ereignisbezogen, aber mindestens einmal wöchentlich mittels Bodenhauben gewonnener Gasproben (closed-chamber-method)
· Nmin-Gehalte feldfeuchter Bodenproben (0-15 und 15-30 cm Bodentiefe), zeitlich parallel zu den Spurengasmessungen
· N-Netto-Mineralisation des Bodens in-situ mittels der Röhrenmethode unter Verwendung des Differenzansatzes nach RAISON et al. (1987) sowie STENGER et al. (1996)
· Kornertragserhebungen mittels Parzellenmähdrescher


Ergebnisse und Diskussion

Das Ausmaß der Stickstoff-Nettomineralisation (NNM) im Pflughorizont nach der Ernte bis zum nächsten Frühjahr wurde entscheidend durch die Zeitspanne Ernte bis Anfang Dezember geprägt. Bis zu diesem Termin betrug die NNM nach Winterraps bei intensiver Bodenbearbeitung, Pflugeinsatz und ortsüblicher Aussaatzeit des Winterweizens im Mittel 55 kg ha-1. Sie sank mit abnehmender Bearbeitungsintensität bis auf 34 kg ha-1 bei Bodenruhe, lag damit aber immer noch deutlich über derjenigen nach Vorfrucht Winterweizen. Die größte NNM wurde nach Abfuhr des Rapsstrohs gemessen. Im Versuchsmittel hatten die obersten 15 cm des Bodens den weitaus größten Anteil an der gesamten Stickstofffreisetzung innerhalb des Pflughorizonts.
Infolge der NNM stiegen nach der Winterrapsernte die Nmin-Mengen im Boden in den ersten beiden, nicht jedoch im dritten Versuchsjahr deutlich über diejenigen der Vergleichsflächen nach Wintergerste und Winterweizen. Die maximalen Werte erreichten 1997 120 und 85 kg N ha-1 90 cm-1 im Jahr 1998. Gegenüber den Varianten mit Bodenbearbeitung nach der Rapsernte wiesen die Parzellen mit Bodenruhe und Bedeckung durch Ausfallraps in den beiden Jahren die niedrigsten Nmin-Werte im Herbst auf. Sie lagen damit in derselben Größenordnung wie die Varianten mit Getreidevorfrucht. Der Ersatz des Pfluges durch den Grubber führte im Herbst zu geringfügig niedrigerem Nmin.
Die N2O-Spurengasmessungen zeigten, daß es zu fruchtartspezifischen N2O-Emissionen des Bodens kam. Die Jahresemission 1998/99 des Winterrapses lag mit 2,9 kg N2O-N ha-1 um rund 1 kg N2O-N ha-1 höher als die der anderen Fruchtarten. Der Unterschied war unabhängig von der Düngungsintensität. Bezogen auf die applizierte Düngermenge lag die N2O-Emission aller Fruchtarten zwischen 1 und 1,7%. Während der Vegetationszeit von März bis Juli wurden für alle Fruchtarten die höchsten N2O-Emissionen und auch die größten Unterschiede zwischen den Fruchtarten der Fruchtfolge registriert. Die N2O-Emissionen der Vegetationsperioden des Winterrapses (1998 2,0 kg N2O-N ha-1; 1999 6,5 kg N2O-N ha-1) übertrafen die der anderen Fruchtarten um 0,6 bis 6,2 kg N2O-N ha-1. Diese erhöhten N2O-Emissionen hingen vor allem mit den hohen Nmin-Gehalten nach der Düngung und kurzzeitigen Niederschlagsereignissen zusammen. Die Unterschiede zwischen den Fruchtarten und in der Fruchtart zwischen den Jahren wurden maßgeblich durch die unterschiedliche Aufteilung der Düngergaben beeinflußt. Eine Vorfruchtwirkung des Winterrapses auf die N2O-Emissionen nach der Ernte im Herbst und Winter konnte nicht nachgewiesen werden. Nach der Winterrapsernte bis in den Winter hinein lagen die Nmin-Gehalte kaum über 50 kg N ha-1 30 cm-1 und entsprechend traten auch keine erhöhten N2O-Emissionen auf. Die Emissionen im Herbst - Winter stellten maximal 35 % der Jahresemission dar. Die Bodenbearbeitungsvarianten haben für die N2O-Emission am Standort Marienstein keine Unterschiede gebracht.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Neben häufigeren informellen Gesprächen mit einzelnen Kooperationspartnern wurden zwei Informations- und Diskussionsveranstaltungen in Göttingen (Präsentation der Zwischenergebnisse mit Feldbesichtigung im Juni 1999 und Abschlusstreffen im Januar 2000) durchgeführt, bei denen die Bewirtschaf-tungsstrategien hinsichtlich ihres Zielerreichungsgrades und ihrer Umsetzbarkeit in der landwirtschaftlichen Praxis erörtert wurden. Im Zentrum des Interesses stand dabei die Vermeidung der Nitratausträge, während die N2O-Emissionen aus agronomischer Sicht bislang kaum eine Bedeutung haben. Neben den unten genannten Veröffentlichungen konnten die Nitrat-Problematik nach Raps und unsere Lösungsansätze auf der Tagung der Fachkommission Raps der UFOP (Union zur Förderung von Öl- und Proteinpflanzen e.V., Bonn; Vorsitz: Prof. Dr. N. Lütke Entrup) Vertretern von Pflanzenzüchtungsunternehmen und der Offizialberatung im Februar 2000 vorgestellt werden.
Bereits veröffentlichte (Teil-)Ergebnisse des Versuchsvorhabens:
LICKFETT, T. (1999): In situ-Bestimmung der Stickstoff-Nettomineralisation im Herbst/Winter nach Rapsanbau. In: Merbach, W. und Körschens, M. (Hrsg.): Dauerdüngungsversuche als Grundlage für nachhaltige Landnutzung und Quantifizierung von Stoffkreisläufen. UFZ-Bericht Nr. 24/1999, ISSN 0948-9452, S. 313-316.
LICKFETT, T. (1999): N net mineralization in autumn/winter following cultivation of oilseed rape. Abstracts of the 10th Nitrogen Workshop, 23.-26.8.1999 in Copenhagen, Vol. 2.


Fazit

Die Bodenruhe nach der Rapsernte stellt häufig die wirkungsvollste Maßnahme zur Vermeidung hoher Nitratgehalte des Bodens im Herbst dar. Damit sinkt das Risiko sowohl für gelöste als auch gasförmige N-Austräge. Daneben könnte eine noch enger dem Pflanzenbedarf angepasste N-Düngung im Frühjahr zu einer niedrigen N2O-Emission aus Winterrapsflächen führen. Die durch die Bodenruhe im Herbst bedingte Einführung einer Sommerung als Winterraps-Nachfrucht ist mit ökonomischen Problemen verknüpft, die jedoch in Niedersachsen auf hoch bis sehr hoch austragsgefährdeten Böden von Wasserschutzgebieten durch Ausgleichszahlungen abgemildert werden.