In den vergangenen Jahren konnten nach Kartoffeln häufig erhöhte Nmin-Werte gemessen werden. Diese Beobachtung deckt sich mit den Erfahrungen anderer in Hessen tätigen WRRL-Maßnahmenträger. Aus diesem Grund wird maßnahmenraumübergreifend ein auf mehrere Jahre angelegtes Monitoring von Kartoffelflächen durchgeführt.

Neben der Höhe der N-Düngung zu Kulturbeginn scheint es noch weitere ausschlaggebende Faktoren für erhöhte Herbst-Nmin-Gehalte zu geben. Häufig weisen die berechneten Schlagbilanzen sehr niedrige oder sogar negative N-Bilanz-Salden auf. Des Weiteren konnten auf drei Demoflächen in 2020 (0-60 cm Bodentiefe) kurz vor der Kartoffelernte lediglich leicht erhöhte Nmin-Gehalte im Boden festgestellt werden (Abbildung 1). Dies deutet darauf hin, dass die relativ hohen Herbst-Nmin-Werte nach Kartoffeln überwiegend auf Faktoren zurückzuführen sind, die zur bzw. nach der Ernte zum Tragen kommen. Als ein wichtiger Faktor wäre die Kartoffelrodung zu nennen. Bei der Rodung wird der Boden intensiv bewegt und durchlüftet. Dies führt zu guten Mineralisationsbedingungen im Boden. Auf den drei Demoflächen konnte eine Zunahme des Nmin-Gehalts von ca. 30 kg N/ha nach der Rodung nachgewiesen werden (Abbildung 1). Zudem verbleibt der oberirdische Aufwuchs auf der Fläche. Nach und nach wird dieser mineralisiert und bewirkt eine Erhöhung des Nmin-Gehalts im Boden. Weitere Bodenbearbeitungsgänge und die Vorbereitung für das Saatbett für die Folgekultur können Mineralisationsschübe mit einem Anstieg des Nmin-Gehalts im Boden verursachen. Als Folgefrucht wird oftmals Winterweizen nach Kartoffeln angebaut. Winterweizen weist eine geringe N-Aufnahme über den Winter im Vergleich zu anderen Winterungen auf. Hohe Nmin-Gehalte im Boden können deshalb häufig nicht komplett durch den Winterweizen aufgenommen werden.

Abbildung 1: Vor- und Nachernte-Nmin-Messungen bei drei Kartoffelflächen in 0-60 cm Bodentiefe

Als Folge dieser Beobachtungen kann festgehalten werden, dass das Nacherntemanagement nach Kartoffeln eine entscheidende Bedeutung für die Erzielung von möglichst niedrigen Herbst-Nmin-Werten hat.

Aus diesem Grund wurde 2020 eine Nachernte-Nmin-Messreihe auf einer Demofläche nach Kartoffeln mit Folgefrucht Winterweizen durchgeführt (Abbildung 2). Ziel der Messreihe war es den Nmin-Verlauf nach der Rodung zu erfassen und mögliche Lösungsstrategien zur Vermeidung erhöhter Nmin-Gehalte zu erarbeiten. Für die Messreihe wurden zwei Parzellen (jeweils 12 m x 20 m) angelegt. Eine Parzelle wurde betriebsüblich (BÜ) bewirtschaftet. Die zweite Parzelle wurde grundwasserschutzoptimiert d.h. mit Aussaat einer Zwischenfrucht vor dem Winterweizen angelegt.

In regelmäßigen Abständen wurden in beiden Parzellen ab KW 33 (kurz vor der Rodung) bis KW 49 Bodenproben in 0-30 cm Bodentiefe entnommen und auf Nmin analysiert. Zu Beginn der Messreihe erfolgte die Nmin-Beprobung im wöchentlichen Turnus, da davon ausgegangen wurde, dass gerade in den ersten Wochen nach der Rodung eine erhebliche N-Dynamik im Boden beobachtet werden kann. Ab KW 37 wurden die Parzellen in einem zwei- bzw. vier-wöchigen Rhythmus beprobt.

Kurz vor der Rodung in KW 33 wurden beide Parzellen erstmalig auf Nmin untersucht (Abbildung 2). Dabei wies die Parzelle „Zwischenfrucht“ mit 35 kg N/ha (0-30 cm) einen um 20 kg N/ha höheren Nmin-Gehalt im Boden auf als die betriebsübliche Parzelle. Zeitnah nach der Rodung wurde in der Parzelle „Zwischenfrucht“ mit flachlaufendem Grubber und aufgesatteltem Schneckenkornstreuer ein Gemenge aus 11 kg/ha Senf und 3 kg/ha Ramtillkraut eingesät. In der betriebsüblichen Variante hingegen erfolgte die erste Bodenbearbeitung etwas später in KW 35 mit einem tieferlaufenden Schwergrubber.

Abbildung 2: Nachernte-Nmin-Messreihe nach Kartoffeln in 0-30 cm Bodentiefe in zwei Parzellen.
Parzelle ZF: Aussaat einer Zwischenfrucht nach der Rodung;
Parzelle BÜ: betriebsüblich d.h. ohne Zwischenfrucht
 

Nach der Rodung in KW 33 stieg der Nmin-Gehalt im Oberboden bis zur Nmin-Messung in KW 34 bei beiden Varianten um ca. 30 kg N/ha an. Dies deckt sich mit den Beobachtungen in Abbildung 2, dass die Rodung eine Erhöhung des Nmin-Gehalts um ca. 30 kg N/ha bewirkt. In KW 35 konnte in der Zwischenfruchtvariante ein weiterer Anstieg des Nmin-Gehalts auf über 80 kg N/ha gemessen werden, während in der betriebsüblichen Variante eine leichte Abnahme dokumentiert werden konnte. Der unterschiedliche Verlauf der beiden Varianten lässt sich ggf. damit erklären, dass bereits durch die flache Bodenbearbeitung zur Aussaat der Zwischenfrucht die N-Mineralisation in Gang gesetzt wurde. Unter Umständen könnte der Oberboden der Zwischenfruchtvariante auch ein etwas höheres Mineralisationsvermögen besitzen, so dass es in den ersten zwei Wochen nach der Rodung zu einem höheren Nmin-Anstieg gekommen ist. Der kurz vor der Rodung ermittelte höhere Nmin-Gehalt könnte dafür einen Hinweis geben. Zum anderen hinterließ der Grubber zur Zwischenfruchtaussaat im Vergleich zum Schwergrubber in der betriebsüblichen Variante eine etwas feinere Bodenstruktur. Es kann daher möglich sein, dass in der Zwischenfruchtparzelle zum Zeitpunkt der Probenahme in KW 35 bessere Mineralisationsbedingungen vorlagen. In der Folge verblieb der Nmin-Gehalt im Oberboden in der betriebsüblichen Variante bis KW 37 auf relativ gleichem Niveau bei etwa 40 kg N/ha. In der Zwischenfruchtparzelle nahm der Nmin-Gehalt in diesem Zeitraum von gut 80 kg N/ha auf knapp über 70 kg N/ha leicht ab. Diese Abnahme kann vermutlich auf die beginnende N-Aufnahme der Zwischenfrucht zurückgeführt werden.

Ab KW 37 bis KW 39 kann in der betriebsüblichen Variante eine drastische Zunahme des Nmin-Gehalts festgestellt werden. Ein Grund für die Zunahme dürfte die zweite Bodenbearbeitung mit folglich erhöhter Nmin-Freisetzung sein. Der Nmin-Gehalt der Zwischenfruchtvariante hingegen reduzierte sich in diesem Zeitraum weiterhin konstant und lag in KW 39 erstmalig unterhalb der betriebsüblichen Variante.

Ab KW 39 bis 41 konnte in beiden Parzellen eine Abnahme des Nmin-Gehalts dokumentiert werden. Jedoch fiel die Abnahme jeweils unterschiedlich stark aus. In der betriebsüblichen Variante fiel der Rückgang mit ca. 12 kg N/ha gegenüber der Zwischenfruchtvariante mit 36 kg N/ha vergleichsweise gering aus. Während die leichte Abnahme in der betriebsüblichen Variante ggf. auf eine beginnende Verlagerung des Stickstoffs durch einsetzende Herbstniederschläge hindeuten könnte, kann die starke Abnahme in der Zwischenfruchtvariante auf den relativ großen Massezuwachs mit folglich hoher Nährstoffaufnahme zurückgeführt werden. Zur Überprüfung der N-Aufnahme der Zwischenfrucht wurden in KW 43 (21.10.2020) Ernteschnitte entnommen und die Stickstoffaufnahme der Zwischenfrucht ermittelt. Im Beobachtungszeitraum lag die durchschnittliche N-Aufnahme der Zwischenfrucht bei 64 kg N/ha. Dies entspricht im Wesentlichen auch der Abnahme des Nmin-Gehalts von 85 kg N/ha in KW 35 bis auf 23 kg N/ha in KW 41.

Unmittelbar nach den Zwischenfrucht-Ernteschnitten in KW 43 erfolgte eine Bodenbearbeitung über die ganze Fläche in deren Folge die Zwischenfrucht eingearbeitet und der Winterweizen gesät wurde. In der Parzelle „Zwischenfrucht“ konnte im Anschluss bis in KW 49 eine erhebliche Zunahme des Nmin-Gehalts im Oberboden beobachtet werden. Es kann daher vermutet werden, dass der Umbruch der Zwischenfrucht zu einer Mineralisation des im Aufwuchs gebundenen Stickstoffs führte. Es besteht daher das Risiko, dass dieser freigewordene Stickstoff über den Winter in tiefere Bodenschichten verlagert wird. Durch eine Nmin-Bodenprobe im Frühjahr 2021 soll überprüft werden, ob zumindest ein Teil des Stickstoffs aus der Zwischenfrucht für die Folgefrucht konserviert werden konnte.

In der Parzelle ohne Zwischenfrucht nahm der Nmin-Gehalt im gleichen Zeitraum hingegen konstant ab. Aufgrund der bereits etwas kühleren Bodentemperaturen und folglich schlechteren Mineralisationsbedingungen scheint daher die Bodenbearbeitung in KW 43 nicht mehr so einen großen Einfluss auf den Nmin-Gehalt ausgeübt zu haben. Die konstante Abnahme des Nmin-Gehalts lässt vermuten, dass es durch einsetzende Herbstniederschläge bereits zu einer Verlagerung des Stickstoffs in tiefere Bodenschichten kam. Die N-Aufnahme durch den Winterweizen ist in diesem Zeitraum als eher gering einzuschätzen.

Fazit:

Die N-Düngung zu Kartoffeln sollte zur Vermeidung von zu hohen Rest-Nmin-Gehalten nach der Ernte optimal auf die Ertragserwartung und somit an den Kulturbedarf abgestimmt sein. Für die Erzielung von möglichst niedrigen Herbst-Nmin-Gehalten muss zudem das Nacherntemanagement besonders beachtet werden. Die Kartoffelrodung bewirkt einen Nmin-Anstieg im Oberboden von mindestens 30 kg N/ha. Weitere Bodenbearbeitungsgänge nach der Rodung tragen in der Regel zu einer Erhöhung des Nmin-Gehalts bei und sollten daher in der Häufigkeit und Intensität möglichst reduziert werden. Bodenbearbeitungsgänge zu einem späteren Termin (Spätherbst) führen aufgrund der kühleren Bodentemperaturen und folglich schlechteren Mineralisationsbedingungen zu einem geringeren Nmin-Anstieg und sollten daher, wenn betrieblich umsetzbar, bevorzugt werden.

Der Anbau einer Zwischenfrucht nach Kartoffeln kann zu einer beträchtlichen Abnahme des Nmin-Gehalts im Boden führen. Eine relativ frühe Einarbeitung beispielsweise zur Aussaat des Winterweizens im Oktober kann jedoch bereits zu einer Mineralisation des im Aufwuchs gebundenen Stickstoffs bis zur Vegetationsruhe führen. Es besteht daher das Risiko, dass dieser freigewordene Stickstoff über den Winter in tiefere Bodenschichten verlagert wird. Aus Grundwasserschutzsicht wäre es daher wünschenswert, wenn die Zwischenfrucht über Winter auf der Fläche verbleiben und eine Sommerung folgen würde. Aufgrund der Fruchtfolge ist das betrieblich nicht immer umsetzbar. Durch den Anbau einer Zwischenfrucht vor der Winterung besteht die Chance, dass ein Teil des zunächst im Aufwuchs gebundenen Stickstoffs vor einer Verlagerung über den Winter in tiefere Bodenschichten geschützt wird.