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Welche Vorteile haben Zwischenfruchtmischungen? Kulturpflanzenvielfalt und Fruchtfolge

Der Zwischenfruchtanbau in Deutschland verändert sich: Während früher viele Betriebe einfach Senf oder Ölrettich angebaut haben, so sind es heute vermehrt artenreiche Mischungen. Welche Vorteile diese Zwischenfruchtmischungen haben, zeigt das Projekt CATCHY.

In dem Projekt CATCHY wird untersucht, wie sich Zwischenfrüchte bzw. Zwischenfruchtmischungen auf den Boden und dessen Biologie und damit auf die Erträge der Hauptfrüchte auswirken. Quelle: Gentsch et al.

Zwischenfrüchte haben viele positive Funktionen: Sie schützen vor Bodenabtrag durch Erosion und sichern im Herbst die Nährstoffe für das Frühjahr und die Hauptkultur. Außerdem erhöhen sie die organische Substanz im Boden und damit den Humusvorrat. Je höher die organische Substanz, umso aktiver ist das Bodenleben. Nicht zuletzt sind Zwischenfrüchte ein Rückzugsort für viele Insekten und erhöhen so die Artenvielfalt und Biodiversität auf dem Acker.

Was wurde untersucht?

Im Forschungsprojekt CATCHY wurden hoch diverse Zwischenfruchtmischungen mit Zwischenfrucht-Reinsaaten und Brache als Kontrolle verglichen. Die Wissenschaftler untersuchten in zwei unterschiedlichen Fruchtfolgen mit Weizen-Mais und mit Weizen-Ackerbohnen, wie sich Zwischenfrüchte auf den Boden und dessen Biologie sowie die Erträge der Hauptfrüchte auswirken. Verglichen wurden die Zwischenfrucht-Varianten Brache, Senf, Rauhafer, Alexandriner Klee und Phacelia als Reinsaaten sowie eine Vierer-Mischung aus diesen Komponenten und die TerraLife-Mischung MaisPro TR mit 12 unterschiedlichen Arten, darunter viele Leguminosen.

Je mehr Arten, umso mehr Aktivität im Boden

Mit der Artenvielfalt in den Zwischenfrüchten steigt auch die Wurzelbiomasse.
Quelle: Gentsch et al.

Die Ergebnisse belegen die Überlegenheit artenreicher Mischungen. So steigt zum Beispiel die Wurzelbiomasse mit der Artenvielfalt der Zwischenfrüchte. Weil die verschiedenen Arten unterschiedliche Wurzelstockwerke bedienen, nehmen sie dadurch die Nährstoffe optimal auf und speichern sie. Auch die Zwischenfruchtstreu wird besser mineralisiert, wodurch die Nachlieferung der Hauptnährstoffe Stickstoff, Phosphor, Kalium und Magnesium steigt.

Artenreiche Zwischenfruchtmischungen ermöglichen durch ihren höheren Blattflächenindex eine höhere Photosyntheseleistung. Die Photosyntheseprodukte wie beispielsweise Zucker werden schneller in den Wurzelraum transportiert und helfen hier beim Aufbau von Biomasse. Das wiederum steigert die mikrobielle Aktivität, von der insbesondere die Mykorrhiza-Pilze profitieren. Die Bakterien des Stickstoffkreislaufs nutzen besonders die energiereiche Zwischenfruchtstreu.

Dies belegen weitere Versuche: Der Bodenkunde-Wissenschaftler Dr. Norman Gentsch vom Institut für Bodenkunde der Leibniz Universität Hannover stellte in seinen Untersuchungen fest, dass bei steigender Artenvielfalt der Zwischenfrüchte der Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf optimiert wird und sich die Mineralisation der Zwischenfruchtstreu verbessert. Aufgrund des höheren Nahrungsangebotes steigen die Aktivität und die Biomasse der Mikroorganismen im Boden an.

Nachfrucht profitiert von besserer Lebendverbauung

Untersuchungen auf einem Schlag im Landkreis Nienburg belegen diese Zunahme der mikrobiellen Aktivität: Die mikrobielle Biomasse in der Brache war am niedrigsten und stieg unter den Zwischenfrucht-Varianten im Herbst von Senf über die Vierer-Mischung bis hin zur artenreichen 12er-Mischung stetig an. Die Diversität der am Streuumsatz beteiligten Mikroorganismen war umso höher, je mehr Pflanzenarten in der Mischung beteiligt waren.

Durch das optimierte Nahrungsangebot in der artenreichen Mischung wurden besonders die Bakterien stimuliert, die an der Stickstoffmineralisation beteiligt sind. Die Gründe: Jede Pflanzenart hat andere Nährstoffbedürfnisse, manche Pflanzen gehen mit Rhizobien oder Mykorrhizapilzen Symbiosen ein. Sie geben artenspezifische Wurzelausscheidungen (Exsudate) an die Rhizosphäre ab, die die Mikrobiologie zum Nähstoffaufschluss und zur Pathogenabwehr aktivieren. Darüber hinaus wird der Aufbau der sekundären Bodenstruktur mit der Lebendverbauung begünstigt, wovon wiederum die Nachfrucht profitiert.

Artenreiche Mischungen mobilisieren Nährstoffe

Die Mischung Terra Life Mais Pro TR stellen größere Mengen N ,P ,K und Mg bereit als Senf in Reinsaat oder eine Mischung aus Senf Phacelia, Alexandrinerklee und Rauhafer (Mix4). Die zusätzlichen Nährstoffe können bei der Düngung berücksichtigt werden.
Quelle: Gentsch et al.

Doch die Zwischenfrucht soll nicht nur die Bodenfruchtbarkeit erhöhen, sondern auch Nährstoffe mobilisieren und der Nachfrucht zur Verfügung stellen. Auch hier punktete die auf Maisfruchtfolgen spezialisierte hoch diverse Mischung. Im Vergleich zu Senf oder einfachen Mischungen aus vier Komponenten stellte sie 20 Kilogramm Stickstoff pro Hektar mehr zur Verfügung (insgesamt 60 kg N/ha). Dies gilt auch für die wichtigen Nährstoffe Kalium (+ 27 kg/ha) und Phosphor (+2,5 kg P/ha) im Vergleich zu der Reinsaat und dem Vierer-Mix.

Landwirtinnen und Landwirte sind nicht zuletzt durch die Düngeverordnung gefordert, vorhandene Nährstoffe effektiver zu nutzen und für die Pflanzenversorgung zu mobilisieren. Besonders Böden in den Versorgungsklassen D oder E sind auf solche natürlichen Nährstoffquellen, wie sie etwa im Mineralbestand der Böden oder im Dauerhumus gespeichert sind, angewiesen.

Dr. Norman Gentsch führt die verbesserte Nährstofffreisetzung unter anderem auf die erhöhte Wurzelbiomasse der artenreichen Mischung zurück. „Die unterschiedlichen Pflanzenarten können viel effizienter als jede Reinsaat die vorhandenen Nährstoffe aufnehmen. Gebundene Nährstoffe in Wurzelbiomasse, insbesondere in Feinwurzeln, sind schnell umsetzbar, stehen dadurch der Nachfrucht schnell zur Verfügung", erläutert der Wissenschaftler. Außerdem wirke sich die verbesserte Zusammensetzung der oberirdischen Biomasse positiv auf die Nährstofffreisetzung in der Hauptfrucht aus.

Mischungen puffern Stress ab

Eine artenreiche Zwischenfrucht – wie sie im Catchy-Projekt verwendet wurde – eignet sich ideal, um einseitige Maisfruchtfolgen aufzulockern.
Quelle: dsv

Diejenigen Pflanzenarten oder Sorten, die an bestimmte Stressbedingungen wie zum Beispiel Trockenheit, Krankheitserreger oder Schädlinge angepasst sind, puffern den Ausfall weniger angepasster Pflanzen. Dadurch stabilisieren sich die Erträge. Je vielfältiger die Artenmischung, umso stressresistenter wird das Anbausystem. Das erhöht die sogenannten Ökosystemdienstleistungen wie die natürliche Filtration und die Kohlenstoffanreicherung, es verbessert die Nährstoffflüsse und stimuliert das Bodenleben.

Hintergrund zum Projekt CATCHY

Die europäische Landwirtschaft steht aktuell vor der Herausforderung, die zunehmende Bodendegradation durch Verminderung der Biodiversität und Lebendverbauung, Zunahme der Erosion, Nährstoffauswaschungen, Versauerung, Versalzung oder Bodenverdichtungen aufzuhalten. Gleichzeitig soll die landwirtschaftliche Erzeugung nachhaltig intensiviert und an die Klimaveränderungen angepasst werden.

Die Bundesregierung startete daher 2012 einen Aufruf an die Wissenschaft zur Intensivierung der Forschung bezüglich nachhaltigerer Bodennutzung. Zehn Projekte sind im Dachprojekt „BonaRes" – Boden als nachhaltige Ressource als Langzeitstudien über neun Jahre angelegt.

2015, im „Internationalen Jahr des Bodens", wurde das Projekt CATCHY (Catch-cropping is an agrarian tool for continuing soil health and yield-increase) als BonaRes-Unterprojekt gestartet. Das Forscherteam setzte sich aus Pflanzenwissenschaftlern, Mikrobiologen, Bodenkundlern, Agrarwissenschaftlern und Wirtschaftspartnern aus der Pflanzenzüchtung, wie zum Beispiel der Deutschen Saatveredelung, zusammen. CATCHY beschäftigt sich mit der Biodiversität in Zwischenfruchtrotationen und untersucht den Einfluss der Artenvielfalt in Zwischenfruchtmischungen auf die Bodenfunktionen. Der beschriebene Projektteil lief von 2015 bis 2018.

Letzte Aktualisierung: 28.09.2023

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