Die Entwicklung des Ertragsniveaus im „Ewigen Roggenbau“ in Halle/S. seit 1879

Development of the level of yields in Eternal Rye Trial in Halle/S. (Germany) since 1879

Bei der Anlage des Versuches betrug die Parzellengröße je 1000 m² (11,75 m × 85,15 m). Aufgrund einer starken Ausbreitung von Ackerschachtelhalm (Equisetum arvense), besonders auf dem nördlichen Versuchsteil, wurde die Fläche 1961 in drei Großteilstücke (Abt. A, B, C) mit dazwischen liegenden Schwarzbracheflächen geteilt, um den Ackerschachtelhalm auf den stark befallenen Teil­flächen besser mechanisch bekämpfen zu können. Seitdem werden neben Winterroggen auch Mais (Silomais) in Monokultur und Kartoffeln im Fruchtwechsel mit Winterroggen angebaut. Die Parzellengröße beträgt seither 290 m² (11,75 m × 24,75 m). Bei Winterroggen und Mais wird bei der Ernte die gesamte oberirdische Pflanzenmasse von den Parzellen abgefahren, während bei den Kartoffeln das Kraut am Feld verbleibt.

Im Versuchsverlauf sind einige Prüfvarianten verändert worden, um aktuellen Fragestellungen gerecht zu werden. Die wichtigsten Veränderungen sind in Tab. 1 auf­geführt. Der aktuelle Versuchsplan liegt in Abb. 1 vor und die ausgebrachten Düngermengen sind in Tab. 2 enthalten. Der zum Einsatz kommende Stallmist ist Rinderdung. Der Mineralstickstoff wurde bis 1948 als Ammonstickstoff je zur Hälfte im Herbst und Frühjahr verabfolgt. Danach wurden 15 kg N/ha im Herbst als Ammonsulfat und der Rest im Frühjahr als Kalkammonsalpeter gedüngt. Seit 2000 wird die gesamte N-Menge (60 kg N/ha) im Frühjahr als Kalkammonsalpeter verabreicht. Bis 1994 wurde K als Kainit, P bis 1925 als Thomasphosphat und später als Superphosphat gegeben. Seither wird K als granuliertes Kali und P als granuliertes Doppelsuperphosphat verabreicht.

Abb. 1. Aktueller Versuchsplan ab 1990.

Current trial design since 1990

Eine Kalkung der Versuchsparzellen war vom Versuchsbegründer J. Kühn nicht vorgesehen, wurde aber 1949 und 1985 zur Vermeidung einer übermäßigen Versauerung auf der Grundlage der hydrolytischen Azidität des Bodens für die einzelnen Parzellen in einem unterschiedlichen Umfang vorgenommen. Chemische Pflanzenschutzmittel kamen ab 1966 auf der Grundlage der neuesten Erkenntnisse und einer guten fachlichen Praxis zum Einsatz, z.B. ab 1966 „Hedolit“ (Dinitrophenol), ab 1974 „Trazalex“ (Nitrofen + Simazin), ab 1988 „Uvon Kombi“ (Prometryn), ab 1992 der Halmstabilisator „Camposan“ (Ethephon), ab 1996 „Mikado“ (Sulcotrione) und ab 2001 „Artett (Bentazon + Terbuthylazin)“. Die eingesetzten Winterroggen-, Mais- und Kartoffelsorten weist Tab. 3 aus.

In die Betrachtung der Ergebnisse werden nur die Varianten einbezogen, die im Versuchsverlauf keine Veränderungen (ohne Düngung und PK-Düngung) bzw. nur geringfügige Veränderungen (Stallmist- und NPK-Düngung) erfahren haben.

Die Darstellung der Ertragsergebnisse erfolgt gemäß den jüngsten Auswertungen (Merbach und Deubel, 2007; Herbst und Schmidt, 2009) für alle angebauten Frucht­arten als Dekadenmittel. Dadurch sollen die großen Jahresschwankungen, welche vor allem durch die Witterung verursacht worden sind und die unberücksichtigt bleiben sollen, ausgeglichen werden. Beim Vergleich der Erträge von Winterroggen in Monokultur und mit Fruchtwechsel fließen wie bei den Kartoffeln in die Dekadenmittel jeweils nur fünf Anbaujahre ein. Dazu werden aus Abt. C (Monokultur) nur die ungeraden Jahreszahlen herangezogen, in welchen in Abt. B (Fruchtwechsel) auch Winterroggen angebaut wurde. Die Winterroggenerträge in Abt. C (Monokultur) der Jahre 1989 und 1990 werden bei der Darstellung der Zeitreihe nicht berücksichtigt. Der Grund dafür liegt in den Versuchsänderungen im Herbst 1990 und der Fortsetzung von Dekadenmittelwerten ab 1991. Anderenfalls hätte vor 1990 ein 12-jähriges Mittel gebildet werden müssen. Aus den gleichen Erwägungen kommt bei den Maiserträgen von 1982 bis 1990 nur ein 9-jähriger Mittelwert zur Anwendung. Ein ebenfalls nur 9-jähriges Mittel liegt bei Winterroggen von 1960 bis 1968 vor, weil im Herbst 1958 kein Roggen ausgesät wurde aufgrund der mechanischen Bekämpfung des Ackerschachtelhalmes bis Sommer 1959.

Die Witterungsdaten im Versuchszeitraum (Niederschlag, Lufttemperatur) stammen von der naheliegenden Wetterstation des Deutschen Wetterdienstes in Halle-Kröllwitz (Döring, 2015) und sind entsprechend den Dekaden der Ertragsdaten zusammengefasst worden.

Zur Deutung der Beziehungen zwischen der Ertragsbildung und Witterungsfaktoren wurden die linearen Korrelationskoeffizienten mit dem Programm „Excel“ ermittelt.

Abb. 2. Entwicklung der Winterroggenerträge als Deka­denmittel (Abt. C, Monokultur).

Development of winter rye yields as decade means (Abt. C, monoculture)

Abb. 3. Entwicklung der Maiserträge als Dekadenmittel (Abt. A, Monokultur).

Development of maize yields as decade means (Abt. A, monoculture)

Abb. 4. Entwicklung der Kartoffelerträge (Abt. B, Frucht­wechsel).

Development of potato yields (Abt. B, crop rotati­on)

Beim Winterroggen (Abb. 2) ist es von 1879 bis ca. 1920 zu einem andauernden Absinken der Erträge gekommen. Danach blieben sie bis in die 1960er Jahre etwa konstant und stiegen nachfolgend bis zur Gegenwart wieder kontinuierlich. Von dieser Entwicklung sind alle vier dargestellten Varianten in gleicher Weise betroffen. Der Anstieg der letzten Jahrzehnte war jedoch bei den Volldüngungsva­rianten (Stallmist, NPK) tendenziell stärker als bei den Mangelvarianten. Bei der ungedüngten Variante betrug das Dekadenmittel des Kornertrages nach Versuchsbeginn 22,7 dt/ha, fiel bis in die 1920er Jahre bis auf 10,7 dt/ha ab und stieg ab Ende der 1960er Jahre bis zur letzten Dekade (2001–2010) wieder auf 22,2 dt/ha an.

Bei den Maiserträgen (Abb. 3) kam es von Versuchs­beginn (1962) bis ca. 1990 zu keinen wesentlichen Veränderungen im Ertragsniveau. Danach nahmen die Erträge bei den NPK- und Stallmist-Düngung stark zu, während sie bei PK-Düngung und ohne Düngung auf etwa dem gleichen Niveau stagnierten.

Bei den Kartoffeln (Abb. 4) blieben die Erträge bei der ungedüngten Variante von Versuchsbeginn (1962) an relativ konstant auf einem niedrigen Niveau. Bei den gedüngten Varianten ist es bis ca. 1980 zu einem Abfall der Erträge gekommen. Dieses Ergebnis ist jedoch bei nur 5 Messwerten pro Dekade stark beeinträchtigt durch den fast völligen Ertragsausfall im Jahre 1976 wegen starker Trockenheit im Sommer. Danach stiegen die Erträge bis ca. 2000 geringfügig an und fielen im letzten Jahrzehnt wieder ab.

Der Vergleich der Ertragsentwicklung des Winterroggens mit den Witterungsdaten im Versuchszeitraum anhand von Dekadenmittelwerten lässt weder zur Niederschlagsmenge (Tab. 4) noch zur Lufttemperatur (Tab. 5) eine enge Beziehung erkennen. Die Korrelationskoeffi­zienten liegen zur Niederschlagsmenge nur bei 0,14 bzw. 0,40 und zur Temperatur zwischen 0,06 und 0,21. Auch bei Zugrundelegung der jährlichen Messwerte (nicht aufgeführt) werden keine engeren Beziehungen festgestellt. Dies bedeutet, dass die Niederschläge und die Lufttemperatur bei der vorgenommenen Auswertung keinen entscheidenden Einfluss auf die dargestellte Ertragsentwicklung ausgeübt haben. In der über 130-jährigen Versuchszeit zeichnet sich bei beiden Witterungsparametern keine Tendenz zu einer Zu- oder Abnahme der Messwerte ab.

In der Tab. 6 sind die Ergebnisse zur Entwicklung der Winterroggenerträge bei Monokultur (Abt. C) und Fruchtwechsel (Abt. B) aufgeführt. Der wechselnde Anbau mit Kartoffeln hat bei allen Varianten zu einem deutlichen Ertragsanstieg des Roggens geführt. Im Mittel des Versuchszeitraumes von 1963 bis 2009 wurden durch den Fruchtwechsel ohne Düngung etwa 10 dt Korn/ha mehr geerntet. Bei der NPK- und Stallmistdüngung lag der Mehrertrag im Mittel des Versuchszeitraumes noch höher.

Schmidt et al. (2000) legten bei der lokal angepassten funktionalen Approximation die Dekadenmittel des Korn­ertrages von 1879 bis 1989 zu Grunde und ermittelten bis 1989 die gleichen Veränderungen des Ertragsniveaus wie Lezovic (1998). Außerdem wiesen die Autoren mit der „Piecewise Regression“ anhand der Jahreserträge einen Bruchpunkt im Ertragsniveau zwischen 1921 und 1922 für die fünf ursprünglichen Prüfvarianten nach. Ein zweiter Bruchpunkt wurde zwischen 1958 und 1960 ermittelt, jedoch nur bei der PK-Düngung.

Die Darstellungen von Römer und Ihle (1925) nach 40 Versuchsjahren sowie von Böhme (1930) und Scheffer (1931) nach 50 Versuchsjahren ergaben bis zu diesem Zeitpunkt anhand von Dekadenmitteln einen Ertragsrückgang bei allen Versuchsvarianten.

In den darauf folgenden Auswertungen wurden von Merker (1956) nach 75 Versuchsjahren sowie Kolbe und Stumpe (1969) nach 90 Versuchsjahren bei Heranziehung von Pentadenmitteln über den gesamten Versuchsverlauf ein Rückgang der Kornerträge festgestellt, der bei der Stallmistvariante am geringsten war. Rauhe und Lehne (1966) haben bis 1958 unter Nutzung der Jahreswerte und der Anwendung der Regressionsanalyse für die ungedüngte Variante und die NPK-Düngung einen Ertragsabfall ermittelt, und zwar sowohl von Versuchsbeginn bis 1958 als auch für den Zeitraum von 1924 bis 1958. Demgegenüber blieb der Ertrag bei der Stallmistparzelle in beiden Zeiträumen fast konstant. Schmalfuss und Kolbe (1966) bewerteten das Ergebnis von Rauhe und Lehne (1966) bezüglich des Vergleiches der NPK- und Stallmistvarianten kritisch und verwiesen darauf, dass mit 120 dt Stallmist/ha ca. 65 kg N/ha und mit der NPK-Düngung nur 40 kg N/ha jährlich zugeführt worden sind. Deshalb ist ein Vergleich nur begrenzt möglich und kann das Ergebnis nicht verallgemeinert werden. Die N-Düngedifferenz zwischen der NPK- und Stallmistvariante war bei der 1990 erfolgten Versuchsänderung Anlass, die in beiden Varianten zugeführte N-Menge anzugleichen (60 kg N/ha).

Der Versuchsbegründer Kühn (1901) hatte in seiner Aus­wertung nach 21 Versuchsjahren nicht auf die Abnahme der Kornerträge hingewiesen, was in der darauf folgenden Auswertung von Römer und Ihle (1925) ausdrücklich kritisiert wurde.

Bei der Betrachtung von ebenfalls langjährigen Dauerdüngungsversuchen an anderen Standorten zeigen sich ähnliche Ertragsentwicklungen wie beim „Ewigen Roggenbau“. Im 1843 angelegten Versuch in Rothamsted mit Winterweizen in Monokultur weist die Darstellung von Dekadenmitteln aus, dass der Ertrag sowohl bei der ungedüngten Variante als auch bei Volldüngung bis in die 1960er Jahre relativ konstant blieb. Danach kam es in Folge des Einsatzes neuer Sorten und von Herbiziden sowie Fungiziden zu einem Ertragsanstieg (Powlson und Poulton, 1998). Im 1902 installierten Statischen Düngungsversuch in Bad Lauchstädt mit einer 4-feldrigen Fruchtfolge und jährlichem Anbau von Winterweizen nahmen dessen Kornerträge bei Darstellung von Regressionsgeraden bis nach 100 Versuchsjahren bei allen Versuchsvarianten einschließlich der ungedüngten Variante kontinuierlich zu (Körschens et al., 2002). Der 1958 auf dem Hanninghof bei Dülmen angelegte Dauerdüngungsversuch mit einer 3-jährigen Fruchtfolge ergibt bei Bildung von langjährigen, zeitlich unterschiedlichen Mittelwerten bis 2007 bei den ungedüngten und mit PK-gedüngten Varianten keine Veränderung des Ertragsniveaus von Winterroggen, wohingegen bei der NPKMg-gedüngten Variante ein kontinuierlicher Anstieg des Ertrages zu verzeichnen ist (Jate, 2010).

Diese Ergebnisse lassen nicht nur den Einfluss der Versuchsbedingungen auf die Ertragsentwicklung erkennen. Es wird auch der Effekt der unterschiedlichen Mittelbildung und der verschiedenen Auswertemethoden deutlich, was die früheren Auswertungen zum „Ewigen Roggenbau“ ebenfalls zeigen. Zur Mittelbildung gilt grundsätzlich, dass die Ergebnisse von extremen Versuchsjahren umso weniger Einfluss auf das Mittel ausüben, je mehr Versuchsjahre dafür herangezogen werden. Dadurch lässt sich ein Trend sicherer abschätzen.

Als Ursachen für die Abnahme der Kornerträge nach Versuchsbeginn bis ca. 1920 kommen vor allem in Betracht:

Ab Anfang der 1920er Jahre fielen in der dargestellten Auswertung und denen von Lezovic (1998) und Schmidt et al. (2000) die Erträge nicht weiter ab und blieben bis in die 1960er Jahre relativ konstant. Verantwortlich dafür waren vermutlich der Anbau der Sorte ‘Petkuser‘ und der Einsatz von zugekauftem Saatgut aus der Erhaltungszüchtung. Dadurch konnten offensichtlich die negativen Wirkungen der Monokultur ausgeglichen werden.

Seit den 1960er Jahren wird in allen Auswertungen ein kontinuierlicher Anstieg der Erträge bei Winterroggen bei allen Prüfvarianten deutlich. Als Ursache dafür kommen mehrere Faktoren in Betracht, deren Anteil an der Ertragssteigerung aber nicht quantifiziert werden kann. Die nachfolgende Reihenfolge der Auflistung der mög­lichen Ursachen stellt eine gewisse Bewertung ihrer Bedeutung beim Ertragsanstieg dar:

Eine Ursache für die ermittelte ausbleibende Wirkung der Witterungsfaktoren auf die Ertragsbildung (Tab. 4 und 5) könnte darin zu sehen sein, dass bei den Niederschlägen eine Summenbildung und bei der Temperatur eine Mittelbildung für lange Zeiträume vorgenommen wurde. Dabei werden die kurzen Entwicklungsabschnitte des Winterroggens, in denen die Witterungsbedingungen eine größere Rolle für die Ertragsbildung gespielt haben könnten, überdeckt. Mit der Einstufung einer Vielzahl von kurzen Zeiträumen kann dem entgegengewirkt werden, was von Mäde (1968) und Lezovic (1998) vorgenommen wurde. Eine solche Auswertung war aber nicht der Gegenstand dieser Arbeit.

Der Ertragsanstieg bei der PK-Düngung in der 9. und 10. Dekade (1959–1978) hängt mit einer sprunghaften Ausbreitung legumer Unkräuter als Folge des anhaltenden N-Mangels zusammen (Garz et al., 1996). Nach ihrer Bekämpfung durch Herbizidanwendung normalisierten sich die Verhältnisse wieder.

Bei der Ertragsentwicklung von Mais und Kartoffeln bestehen im Vergleich zum Winterroggen zwei wesentliche Unterschiede:

Erstens setzte beim Winterroggen der Ertragsanstieg bereits in den 1960er Jahren ein, bei Mais und Kartoffeln dagegen erst in den 1980er Jahren. Die Gründe dafür könnten in Folgenden liegen:

Der zweite Unterschied besteht darin, dass bei Mais und Kartoffeln ein wesentlicher Ertragsanstieg nur bei den NPK- und Stallmist-Parzellen und nicht auch bei den Varianten ohne Düngung und mit PK-Düngung vorliegt. Als Ursache dafür kommt neben dem Anbau von Intensivsorten ein erneutes starkes Auftreten von Ackerschachtelhalm seit den 1990er Jahren in Betracht. Davon betroffen sind bis zur Gegenwart besonders der Anbau von Mais und Kartoffeln und dabei hauptsächlich die Parzellen ohne Düngung und mit PK-Düngung. Die Gründe dafür liegen offensichtlich vor allem darin, dass der Winterroggen durch seinen Anbau bereits im Herbst den Ackerschachtelhalm stärker unterdrückt als Mais und Kartoffeln, die erst im späten Frühjahr gelegt werden. Andererseits breitet sich der Ackerschachtelhalm vor allem dort verstärkt aus, wo nährstoffbedingt das geringste Pflanzenwachstum vorliegt, d.h. ohne Düngung und bei einseitiger PK-Düngung. Als Schlussfolgerung ergibt sich hieraus, dass vermutlich der Ackerschachtelhalm wegen seiner Nährstoff- und Wasserkonkurrenz bei Mais und Kartoffeln bei den Parzellen ohne Düngung und mit PK-Düngung trotz verbesserter agro­technischer Bedingungen seit den 1990er Jahren keinen wesentlichen Ertragsanstieg zugelassen hat.

Der Vergleich der Ertragsentwicklung bei den drei Fruchtarten lässt den Schluss zu, dass es in den letzten Jahrzehnten bei Winterroggen und Mais offensichtlich einen größeren züchterischen Fortschritt in Bezug auf die Ertragsbildung gegeben hat als bei Kartoffeln. Bei Kartoffeln kam es bei extremer Sommertrockenheit zu höheren Ertragseinbußen als bei Winterroggen und Mais. Bei der ungedüngten Variante reagierten Mais und Kartoffeln wesentlich stärker mit Ertragsrückgang als Winterroggen (Schmidt et al., 2000). Bei den Volldüngungsvarianten (Stallmist, NPK) ist bei der C4-Pflanze Mais im letzten Jahrzehnt ein deutlich höherer Trockenmasseertrag erreicht worden als bei den C3-Pflanzen Winterroggen und Kartoffeln, auch bei Berücksichtigung der Massebildung des Strohes bzw. Kartoffelkrautes. Dabei ist die Vegetationszeit des Maises nur etwa halb so lang wie bei Winterroggen. Beim Winterroggen kamen jedoch bisher im Gegensatz zum Mais keine Hybridsorten zum Einsatz. Zum Mais im „Ewigen Roggenbau“ ist weiterhin bemerkenswert, dass es bei dem mehr als 50-jährigen Anbau in Monokultur bisher zu keinem ertragsbeeinflussenden Auftreten von Schaderregern, wie z.B. Maiszünsler, gekommen ist (Herbst et al., 2013). Von ausschlaggebender Bedeutung hierfür könnte sein, dass nach der Ernte die Maisstoppeln stets untergepflügt wurden.

Der Mehrertrag des Winterroggens bei Fruchtwechsel mit Kartoffeln gegenüber der Monokultur liegt gemessen am absoluten Ertrag tendenziell bei den NPK- und Stallmistdüngung höher als ohne Düngung und PK-Düngung (Tab. 6). Dagegen ist der prozentuale Ertragsanstieg bei Fruchtwechsel bei der ungedüngten Variante deutlich höher als bei den Düngungsvarianten. Während des Versuchszeitraumes ist keine Tendenz zu einer Zu- oder Abnahme des Mehrertrages durch den Fruchtwechsel erkennbar. Als Ursachen für den Mehrertrag kommen vor allem in Betracht:

Die Ergebnisse zum „Ewigen Roggenbau“ veranschaulichen, dass aus diesem Feldversuch vielfältige Erkenntnisse nicht nur zu Düngungsmaßnahmen, sondern auch zum Anbau verschiedener Fruchtarten und zu weiteren agrotechnischen Maßnahmen gewonnen werden können, die eine Weiterführung dieses und ähnlicher Versuche notwendig machen.