Bodennährstoffe gezielt anpassen
Die Düngung gehört zu den wichtigsten Maßnahmen, um hochwertige Ernteprodukte in ausreichender Menge und Qualität zu erzeugen. Ohne gezielte Zufuhr von Nährstoffen ist eine Versorgung mit Lebensmitteln nicht sichergestellt. Um dies zu erreichen, müssen dem Boden die Nährstoffe wieder zugeführt werden, die ihm von den Pflanzen entzogen und mit der Ernte abtransportiert wurden. Die Düngung soll den Bedarf der Pflanzen decken und die langfristige Fruchtbarkeit der Böden sicherstellen, dabei aber nicht die Umwelt belasten. Nährstoffe müssen deshalb so eingesetzt werden, dass sie von landwirtschaftlichen Kulturen optimal ausgenutzt werden können. Verluste in angrenzende Umweltbereiche beziehungsweise in die Grundgewässer sollten vermieden werden.
Als Bodennährstoffe stehen, neben organischen und mineralischen Düngemitteln, auch Hilfsstoffe für Pflanzen und Boden zur Verfügung. Die wichtigsten Makronährelemente der Pflanzen sind Stickstoff, Kalium, Calcium, Magnesium, Phosphor und Schwefel. Einige Pflanzenarten benötigen zusätzlich neben Silizium auch Natrium, welches beispielsweise für das Wachstum von C4-Pflanzen wie Mais wichtig ist.
Grundlage für die Ausbringung der Bodennährstoffe ist die Düngeverordnung. Um die Anforderungen mit guter fachlicher Praxis umsetzen zu können, müssen einige Faktoren bekannt sein. Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang das Ertragsziel. Die Bodennährstoffe müssen an den geplanten Entzug der Kulturpflanzen angepasst werden. Dazu gibt es Richtwerte, mit denen sich der Bedarf in unterschiedlichen Wachstumsphasen bestimmen lässt. Zusätzlich zu den Düngemaßnahmen ist zu beachten, welches Nachlieferungspotenzial die Böden selbst vorweisen. Diese Informationen über die Bodennährstoffe lassen sich durch Bodenuntersuchungen gewinnen. Hier gibt es verschiedene Versorgungsstufen, die für eine Düngeempfehlung herangezogen werden können. Welche Eigenschaften sich aus den Böden bestimmen lassen, wird im folgenden Kapitel dargestellt
Wichtige Eigenschaften von Böden
Für Planung und Durchführung von Düngemaßnahmen sind Kenntnisse über den Boden, seine Struktur und die Verfügbarkeit der Bodennährstoffe notwendig, die wiederum durch die Bodenstruktur beeinflusst wird. Vor der Zuführung von Düngemitteln ist also zunächst fundiertes Wissen über die Eigenschaften des Bodens erforderlich.
Die Bodenstruktur beeinflusst den Wärme- und Wasserhaushalt, die Lagerungsdichte und Porengröße, die Durchwurzelbarkeit und die Aktivität der Bodenorganismen. Die Struktur des Bodens wirkt sich dabei direkt auf die verfügbaren Bodennährstoffe aus. Im Oberboden können die Eigenschaften durch Bewirtschaftungsmaßnahmen verändert werden. Günstig für die Bodennährstoffe ist ein gut durchwurzelter, intensiv belebter und nicht verdichteter Boden mit krümeliger Struktur. Dadurch kann das Oberflächenwasser leicht aufgenommen und gespeichert werden. Ein krümeliger Oberboden bietet zudem eine gute Durchwurzelbarkeit und optimale Durchlüftung. Davon profitieren Pflanzen und Bodenorganismen gleichermaßen. Eine ungünstige Oberbodenstruktur kann zu Staunässe, Stickstoffverluste sowie eine Hemmung des Wurzelwachstums und der mikrobiellen Aktivitäten führen.
Die Verfügbarkeit der Bodennährstoffe hängt von mehreren Faktoren ab. Der Quantitätsfaktor bestimmt die im durchwurzelten Bodenraum enthaltene Gesamtmenge eines Nährelements. Davon ist nur ein kleiner Teil kurzfristig pflanzenverfügbar. Wichtig für die Pflanzenernährung ist die Konzentration eines Bodennährstoffs in der Bodenlösung, beschrieben durch den Intensitätsfaktor. Die Nährstoffkonzentration ist ein direktes Maß für die pflanzenverfügbaren Nährstoffe im Boden. Dabei ist zu beachten, dass sich die Relation zwischen Nähr- und Schadelementen gegenseitig beeinflusst. So kann beispielsweise bei einer zu hohen Konzentration an Calcium und Kalium infolge einer Ionenkonkurrenz weniger Magnesium aufgenommen werden. Ähnliche Probleme entstehen bei der Konkurrenz von Aluminium, Eisen, Mangan und Zink, die die Aufnahme von Calcium und Magnesium in stark versauerten Böden negativ beeinflussen.
Für eine optimale Nährstoffverfügbarkeit ist also ein harmonisches Verhältnis der Bodennährstoffe erstrebenswert. Nur wenn alle Elemente ausreichend und in einem ausgewogenen Verhältnis pflanzenverfügbar vorliegen, wird das Ertragspotenzial des Standorts voll ausgeschöpft. Dabei gilt das Gesetz des Minimums. Nach ihm kann ein einzelner Bodennährstoff das Wachstum der Pflanzen begrenzen, selbst wenn alle übrigen Nährstoffe in ausreichender Menge vorhanden sind.
Im Boden liegt meist nur ein kleiner Teil der für das Wachstum benötigten Bodennährstoffe direkt vor. Der größere Anteil wird durch Mineralisations‑, Desorptions- und Auflösungsprozesse aus dem Vorrat bereitgestellt. Diesen Zusammenhang beschreibt der Kinetikfaktor. Die Pflanzenverfügbarkeit der Bodennährstoffe wird von der Nährstoffkonzentration, vom Bodenwassergehalt und von der Kapazität des Bodens zur Nährstoffnachlieferung beeinflusst. Diesen Zusammenhang wiederum beschreibt der Kapazitätsfaktor. Er bildet das Maß für den verfügbaren Vorrat an Bodennährstoffen.
Durch Düngungsmaßnahmen, also der gezielten Zuführung von Bodennährstoffen, wird die Nährstoffkonzentration im Boden erhöht. Da Ackerflächen kleinräumige Unterschiede aufweisen, ist es ratsam, diese Maßnahmen teilflächenspezifisch durchzuführen. Im Precision Farming lassen sich die Düngemittel über Applikationskarten bedarfsgerecht ausbringen. Der Baustein Crop View von 365FarmNet verwendet in diesem Sinne mehrjährige Satellitendaten der Schläge und identifiziert so unterschiedliche Teilflächen.
Die Nährstofflieferung zu den Pflanzenwurzeln und die Verfügbarkeit sind umso größer, je höher der Wassergehalt, die Nährstoffkonzentration und die Durchwurzelung im Boden sind.
Der Bodenwasserhaushalt entscheidet maßgeblich über die Nährstoffverfügbarkeit. Wassermangel in oberen Bodenschichten führt unter anderem zu einer niedrigen Nährstofftransportrate und einer gehemmten Nährstoffmineralisation aufgrund geringerer mikrobieller Aktivität. Wasserüberschuss hingegen hat zur Folge, dass sich der Boden schlechter erwärmt und durchlüftet und sich die Durchwurzelungstiefe verringert. Zu viel Wasser wirkt sich auch negativ auf die Mikroorganismen aus. Verdichtete Böden bedingen einen Wasserüberschuss im Oberboden. Um Staunässe zu vermeiden, sind lockere, feinkrümelige Böden notwendig.
Auch der pH-Wert im Hauptwurzelraum spielt eine wichtige Rolle. Er zeigt den Säuregrad des Bodens an. Der Begriff leitet sich ab von den lateinischen Ausdrücken „pondus hydrogenii“ (Gewicht des Wasserstoffs) und „potentia hydrogenii“ (Wirksamkeit des Wasserstoffs). Er gibt also zum einen die Wasserstoffionenkonzentration im Boden an und zum anderen deren Wirksamkeit. Diese bezieht sich auf das Verhältnis zwischen Säuren und Basen. Der pH-Wert des Bodens kann leicht mit Düngungsmaßnahmen reguliert werden. Sind die Werte durch Bodenuntersuchungen ermittelt worden, bieten sich auch hier Applikationskarten an, mit denen sich die Unterschiede der Teilflächen zielgerichtet ausgleichen lassen. Der pH-Wert ist zudem im Wesentlichen vom Ausgangsmaterial der Bodenbildung abhängig. Ist dieses Material beispielsweise carbonathaltig, weisen die Böden meist eine schwach saure bis leicht alkalische Bodenreaktion auf. In diesem Fall ist die Gefahr einer Versauerung des Bodens eher gering. Böden mit hohem Anteil an Granit, Gneis oder Sandstein sind in niederschlagsreichen Gebieten besonders versauerungsgefährdet. Ein niedriger pH-Wert erhöht die Löslichkeit von Phosphordünger, begünstigt die Freisetzung von Bodennährstoffen und verbessert die Löslichkeit sowie Verfügbarkeit der meisten Mikronährelemente. Er bedingt aber auch eine Anreicherung von Schwermetallen wie Cadmium oder Blei und kann zu erhöhten Auswaschungsverlusten führen.
Insgesamt ist die Bodenversauerung ein durch klimatische Gründe verursachter, natürlicher Prozess. Daher sind regelmäßige Kontrollen unerlässlich. Mit Bodenproben lassen sich die Bodennährstoffe exakt analysieren und gezielt anpassen. Die Ergebnisse der Untersuchungen können in Farm-Management-Informationssystemen (FMIS) als Entscheidungsgrundlage für die Durchführung pflanzenbaulicher Maßnahmen integriert und sinnvoll verwertet werden. Hier stehen auch unterschiedliche Profianwendungen zur Verfügung, welche landwirtschaftliche Prozesse digitalisieren und effizienter gestalten.
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Yasmin Moehring
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