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Sibylle Krickel
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Weltacker Blog: Bodenforschung

Letzte Woche waren Christine Beusch und Wilhelm van Husen vom Fachbereich Bodenkunde der TU Berlin auf dem Weltacker und haben sogenannte SIAs (Abkürzung für self-integrating accumulators) aus dem Weizen- und dem Reisfeld ausgegraben. SIAs sind zylinderförmige Messinstrumente, die Aufschluss darüber geben, wieviel Stickstoff aus dem Ackerboden durch Regen oder Bewässerung in tiefere Erdschichten ausgewaschen wird.

SIAs-Messzylinder (Foto: Christine Beusch)

SIAs-Messzylinder zur Messung von Stickstoffauswaschung auf dem Weltacker (Foto: Christine Beusch)

Stickstoff ist natürliche Nahrung für Pflanzen: er wird in der Natur aus Biomasse, wie Pflanzenteilen oder Tierausscheidungen, freigesetzt. Bodenbakterien wandeln Stickstoff in Nitrat um. In dieser Form wird er wieder von Pflanzen aufgenommen.

Überdüngung belastet Boden und Umwelt

Allerdings sorgen intensive Landwirtschaft und Überdüngung mit Mineraldünger oder Gülle dafür, dass die Nitratwerte des Grundwassers in vielen Regionen bedenklich steigen. In hohen Mengen zugeführter Stickstoff wird nicht vollständig von den Pflanzen aufgenommen und durch Bewässerung oder Regen aus den oberen Erdschichten ausgewaschen.

Nitratauswaschung ist ebenfalls im Biolandbau ein Thema, auch wenn hier die ungenutzt ausgewaschene Menge weitaus geringer ist als im konventionellen Landbau. Im Biolandbau soll Stickstoffauswaschung vor allem vermieden werden, um Nährstoffe in der oberen Erdschicht zu halten und den Ackerpflanzen langfristig als Nahrung verfügbar zu machen.

Laut dem Umweltbundesamt überschreiten 18 Prozent des Grundwassers in Deutschland den geltenden Schwellenwert von 50 Milligramm Nitrat je Liter.

Für den Menschen sei das zwar bisher kein Problem – da der Nitratgehalt in unserem Trinkwasser durch die Wasserbetriebe reduziert wird – für Boden und Umwelt hat der hohe Nitratwert allerdings gravierende Folgen! Ackerboden versauert schneller und büßt an Fruchtbarkeit ein. Nitratüberschuss beeinflusst die Biodiversität in der Umgebung landwirtschaftlicher Flächen, da stickstoffliebende Pflanzen dort schneller wachsen und andere Arten verdrängen. Durch Nitratüberschuss im Grundwasser werden natürliche Gewässer mit Nährstoffen übersättigt und damit zu einer lebensfeindlichen Umgebung für Tiere und Pflanzen. Auch das Klima leidet durch die Überdüngung von Äckern. Wenn Mist, Jauche und Gülle auf dem Acker ausgebracht werden, entstehen feinstaubbildender Ammoniak und das Treibhausgas Lachgas.

Nitratauswaschung auch auf dem Weltacker?

Unser Weltacker wird biologisch bewirtschaftet und weder mit Kunstdünger noch mit Gülle gedüngt und vor allem nicht überdüngt. Allerdings musste zur Vorbereitung der IGA im Jahr 2015 am Standort unseres Ackers der schadstoffbelastete Boden ausgetauscht werden. Da das neue Substrat über einen relativ hohen Gehalt an Stickstoff verfügt, entstehen durch Mineralisierungsprozesse höhere Mengen an Nitrat, die, wenn sie nicht von Pflanzen aufgenommen werden, leicht ausgewaschen werden können.

 

Bodenforschungsprojekt der TU Berlin

Christine und Wilhelm möchten deshalb erforschen, wie verhindert werden kann, dass größere Mengen Nitrat von Ackerflächen in das Grundwasser gelangen. Hierfür haben sie vor einem Jahr SIA-Messgeräte auf unserem Weltacker im Weizen- und Reisfeld in 30cm Tiefe eingebaut. Diese beiden Flächen wurden ausgewählt, weil sie zum einen unterschiedlich bepflanzt wurden und die Ackerflächen dadurch mehr oder weniger dicht durchwurzelt sind. Zum anderen werden die Flächen unterschiedlich bewässert. Durch eine stärkere Durchwurzelung wird mehr Nitrat von den Pflanzen aufgenommen, welches daraufhin nicht mehr ausgewaschen werden kann. Eine stärkere Bewässerung führt dagegen zu einer Zunahme der Auswaschung.

Weizen muss nicht viel bewässert werden. Da Weizen breit ausgesät wird und die Wurzeln der Pflanzen die gesamte Fläche abdecken und dort Nährstoffe aufnehmen, sickert hier vermutlich wenig Nitrat in untere Erdschichten. Bevor der Weizen gesät wurde, wurde der Boden mit Kleegras als Gründüngung darauf vorbereitet. Als der Weizen dann im Juli abgeerntet wurde, sollte das Feld nicht bis zum Wintereinbruch brachliegen. Gerd pflanzte dort also Lupinen als Zwischenfrucht. Diese beiden Schritte sollten dafür sorgen, dass vorhandene Nährstoffe auch dann in der oberen Erdschicht gebunden bleiben, wenn gerade keine Weizenpflanzen auf der Fläche stehen.

Reis braucht eine stärkere Bewässerung als der Weizen. Zudem muss im Gegensatz zum Weizen der Reis in Reihen und in größeren Abständen gepflanzt werden. Der Boden des Reisfelds war also nicht so gut geschützt, wie auf den anderen Getreidefeldern. Daher wurden hier im Verlauf des Jahres wesentlich mehr Nährstoffe ausgespült als auf dem Weizenfeld.

Die in diesen beiden Flächen eingegrabenen SIAs erfassen Stickstoff in Form von Nitrat und Ammonium, der durch versickerndes Regen- oder Bewässerungswasser aus dem Oberboden gelöst und in tiefere Bodenschichten ausgewaschen wird.

Bereits im letzten Jahr hatten die Bodenforscher diese Messungen auf unserem Weltacker durchgeführt und herausgefunden, dass unter dem Reisfeld zehnmal mehr Stickstoffnitrat  ausgewaschen wurde als unter dem Weizenfeld!

Hülsenfrüchtler halten Nährstoffe im Boden

Eine Verminderung der Nitratauswaschung lässt sich also erreichen, wenn zwischen Ernte und der erneuten Bepflanzung einer Fläche bestimmte Pflanzen als Zwischenfrüchte oder Gründüngung ausgesät werden. Zwischenfrüchte schützen den sonst brachliegenden Boden vor der Auswaschung vorhandener Nährstoffe; Gründüngung macht Boden wieder fruchtbar. Für beide Zwecke sind Leguminosen (Hülsenfrüchtler), wie Kleegras und Lupinen, bestens geeignet. Sie binden Stickstoff aus der Atmosphäre und fixieren ihn im Boden an ihren Wurzeln. Bevor die nächste reguläre Ackerfrucht auf das Feld kommt, wird die Zwischenfrucht oder Gründüngung untergepflügt oder abgemäht und als Tierfutter weiterverwendet. Ihre Wurzeln und der daran gebundene Stickstoff bleiben im Boden und machen ihn fruchtbar.

Erste Forschungsergebnisse im nächsten Jahr

Bis die Messergebnisse von diesem Jahr feststehen, müssen die Nitratwerte der SIAs allerdings noch in einem aufwändigen Verfahren ausgewertet werden. Wir hoffen, dank dieses Forschungsprojekts im nächsten Jahr erfahren zu können, ob Kleegras und Lupine dafür gesorgt haben, dass das Nitrat dortbleibt, wo es als Nahrung für unseren Weizen gebraucht wurde, statt ungenutzt ins Grundwasser zu versickern.