Hochschule Osnabrück
Vizepräsident für Forschung, Transfer
und Nachwuchsförderung
Albrechtstr. 30
49076 Osnabrück
Distickstoffmonoxid (N2O), allgemein als Lachgas bezeichnet, zählt zu den atmosphärischen Spurengasen, die wesentlich zu anthropogen bedingten Klimaveränderungen beitragen. Eine bedeutende Quelle für N2O stellen ackerbaulich genutzte Böden dar. Insbesondere nach der Einarbeitung leicht zersetzbarer Ernterückstände können hohe Emissionen auftreten. Im Freilandgemüsebau fallen nach der Ernte häufig große Mengen stickstoffreicher Pflanzenreste an, deren Abbau im Boden die mikrobielle Aktivität stark anregt. Unter solchen Bedingungen kann N2O sowohl bei der Nitrifikation als auch bei der Denitrifikation entstehen.
Im Rahmen des Forschungsprojektes MILAGON erfolgte erstmals eine systematische Untersuchung zur Wirkung von Nitrifikationsinhibitoren auf die N2O-Emission in der Nacherntephase von Freilandgemüsekulturen. Primäres Ziel war es, einen praxisgeeigneten Ansatz zur Minderung der N2O-Emission unter Einsatz dieser Hemmstoffe zu entwickeln, ohne die pflanzenbauliche Nutzung der Flächen einzuschränken. Die vorgesehenen Maßnahmen sollten zugleich weitere Stickstoffverluste durch Denitrifikation (molekularen Stickstoff, N2) sowie durch Auswaschung von Nitrat verringern und damit die Stickstoffeffizienz bei der Erzeugung von Gemüse im Freiland erhöhen. Insgesamt zielte das Vorhaben darauf ab, die ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit gemüsebaulicher Anbauverfahren zu verbessern.
Zur Bearbeitung der Fragestellung diente ein kombinierter Ansatz aus Modell- und Freilandversuchen. Die Modellversuche fanden unter kontrollierten Laborbedingungen statt, um die N2O-Emissionen nach der Einarbeitung von Gemüseernterückständen gezielt zu untersuchen. Hierzu wurden PVC-Röhren mit homogenisiertem Bodenmaterial befüllt. Anschließend wurden getrocknete und zerkleinerte Blumenkohlblätter in die oberen Bodenschichten eingearbeitet, jeweils mit oder ohne vorherige Zugabe eines Nitrifikationsinhibitors. Zur Prüfung wesentlicher Einflussfaktoren erfolgte eine systematische Variation von Bodenfeuchte, Bodentemperatur, Nitratgehalt, pH-Wert sowie des C/N-Verhältnisses der Ernterückstände. Während der Inkubation der Bodensäulen in geschlossenen Gefäßen wurden die freigesetzten Gase in regelmäßigen Abständen beprobt und gaschromatographisch auf N2O und Kohlenstoffdioxid (CO2) analysiert. In ausgewählten Versuchen kam ergänzend die Acetylen-Inhibierungsmethode zum Einsatz, um auch die Gesamtdenitrifikation einschließlich der N2-Bildung zu ermitteln. Auf diese Weise konnten die Einflüsse einzelner Faktoren unter reproduzierbaren Bedingungen untersucht und die Wirksamkeit des Hemmstoffeinsatzes bewertet werden.
Die im Projekt durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass die Nacherntephase im Freilandgemüsebau ein besonders emissionsrelevanter Zeitraum für die N2O-Emission darstellt, deren Höhe maßgeblich durch das Zusammenwirken von Nitratverfügbarkeit, Bodenfeuchte und Temperaturverlauf bestimmt wird. Hohe Emissionsraten traten auf, wenn das wassergefüllte Porenvolumen des Bodens auf über 65 % anstieg und mehr als 30 kg Nitrat-N ha-1 in der Einarbeitungsschicht der Ernterückstände vorlagen. Je niedriger der Nitratgehalt und je höher der pH-Wert des Bodens lag, desto mehr war das N2O/N2-Emissionsverhältnis in Richtung N2 verschoben. In gleicher Weise wirkten sich Faktoren aus, die die Denitrifikation insgesamt begünstigen, wie steigende Bodenfeuchte und -temperatur. Im Freiland spiegelten sich diese Zusammenhänge durch ausgeprägte N2O-Emissionsereignisse wider, die von den nach der Einarbeitung der Ernterückstände vorherrschenden Witterungsbedingungen abhingen. Auch im Winter kam es zu temporären N2O-Emissionsspitzen, wenn gefrorene Böden auftauten.
Die Applikation von Nitrifikationsinhibitoren auf die Gemüseernterückstände vor deren Einarbeitung in den Boden führte zu einer deutlichen Reduktion der N2O-Emission. Besonders effektiv erwies sich der Wirkstoff 3,4-Dimethylpyrazolphosphat (DMPP). Die durchschnittliche Minderungswirkung betrug bei Anwendung dieses Hemmstoffs in den Modellversuchen 25 % (Spannweite 8 – 63 %) und in den Feldversuchen 47 % (Spannweite 17 – 84 %). Bereits die Standarddosierung von 2,7 L ha-1 reichte hierfür aus; eine Erhöhung der Aufwandmenge ergab keinen zusätzlichen Nutzen. Zudem zeigte sich, dass die Reduktion der N2O-Emission durch DMPP unabhängig von Standortbedingungen (sandige bis lehmige Böden) und Jahreszeiten (Sommer, Herbst, Winter) gegeben war. Bei einer DMPP-Applikation vor der Einarbeitung von Ernterückständen gegen Ende Oktober ließen sich die positiven Effekte des Hemmstoffs bis in den März des Folgejahres feststellen. Insgesamt konnte damit nachgewiesen werden, dass Nitrifikationsinhibitoren ein wirksames und praxisgeeignetes Instrument zur Minderung klimarelevanter Stickstoffverluste in der Nacherntephase des Freilandgemüsebaus darstellen.
Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse wurden im Rahmen von Fachtagungen präsentiert sowie im kontinuierlichen Dialog mit Akteuren aus der gemüsebaulichen Praxis und Herstellern von Nitrifikationsinhibitoren erörtert. Auf den Jahrestagungen der Deutschen Gartenbauwissenschaftlichen Gesellschaft e. V. (DGG) 2025 in Essen und 2026 in Erfurt wurden Versuchsergebnisse vorgestellt und diskutiert. Die Abstracts zu diesen Tagungsbeiträgen sind in der BHGL-Schriftenreihe veröffentlicht. Die Freilandversuche erfolgten auf Ackerschlägen der Mählmann Gemüsebau GmbH & Co. KG, Cappeln. Mit der CroxX GmbH & Co. KG, Münster, wurden Ergebnisse zum Nitrifikationsinhibitor DMPP, den das Unternehmen herstellt, ausgetauscht und erörtert. Die enge Zusammenarbeit zwischen Forschung, Gemüsebau und Industrie ermöglichte eine direkte Evaluierung des Verfahrensansatzes unter realen Anbaubedingungen und bildet eine wichtige Grundlage für dessen raschen Transfer in die gemüsebauliche Praxis. Auch über das Projektende hinaus werden Möglichkeiten genutzt, die erzielten Ergebnisse öffentlichkeitswirksam einem interessierten Fachpublikum vorzustellen und zu publizieren. So sind im Rahmen eines Promotionsverfahrens in Kooperation mit der Universität Osnabrück meh
Die Ergebnisse des Projekts zeigen, dass die Applikation von Nitrifikationsinhibitoren in der Nacherntephase eine wirksame und praxisgeeignete Maßnahme zur Reduktion der N2O-Emission im Gemüsebau darstellt. Nach der Einarbeitung stickstoffreicher Ernterückstände in den Boden ließ sich durch den Einsatz dieser Hemmstoffe die Freisetzung des klimarelevanten Spurengases unter Freilandbedingungen im Durchschnitt um rund die Hälfte reduzieren. Damit bietet der Ansatz ein erhebliches Potenzial zur Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit der Feldgemüseproduktion.