Sommerzwischenfrüchte für verbessertes Stickstoff- und Beikrautmanagement in ökologischen Anbausystemen mit reduzierter Bodenbearbeitung in den gemäßigten Breiten
Summer cover crops for improved nitrogen- and weed management in organic cropping systems with reduced tillage in temperate climates
Journal für Kulturpflanzen, 70 (6). S. 173–183, 2018, ISSN 1867-0911, DOI: 10.1399/JfK.2018.06.01, Verlag Eugen Ulmer KG, Stuttgart
Zwischenfrüchte spielen in ökologischen Anbausystemen mit reduzierter Bodenbearbeitung eine wesentliche Rolle. In dieser Übersichtsarbeit werden Ergebnisse aus einer ausführlichen Literaturrecherche hinsichtlich des N-Lieferungs- und Beikrautunterdrückungspotenzials von Zwischenfrüchten dargestellt. Die N-Aufnahme- und Biomasseertragsdaten verschiedener Zwischenfruchtarten und -artenmischungen werden tabellarisch wiedergegeben. Sie unterliegen – auch innerhalb einer Art – einer großen Spannbreite. Die N-Aufnahme ist dabei weitgehend – auch artübergreifend – vom Biomasseertrag abhängig. Gründe für ein gutes N-Aufnahmevermögen werden diskutiert. Die Steuerung der Mineralisierung durch die Wahl des Einarbeitungszeitpunkts wird erörtert. Mechanismen der Beikrautunterdrückung und Möglichkeiten zur Optimierung der Beikrautkontrolle durch Zwischenfrüchte werden beschrieben. Der Anbau von Zwischenfruchtmischungen wird dargestellt. Dieser kann eine höhere Ertragssicherheit bieten als der Anbau einer einzelnen Art.
Stichwörter: Zwischenfruchtanbau, Gründüngung, Zwischenfruchtarten, Zwischenfruchtmischungen, ökologischer Landbau, reduzierte Bodenbearbeitung, N-Aufnahme, Beikrautunterdrückung, Einarbeitungszeitpunkt
Cover crops are important tools in organic cropping systems with reduced tillage. In this paper results of an extensive literature review regarding the N-supply potential and the ability of weed suppression by cover crops are presented. N-uptake and biomass yield data of different cover crop species and mixtures are given in tables. They are – even within one species – highly fluctuating. N uptake is – also across species – strongly dependent on biomass yield. Reasons for a good N-uptake ability are discussed. The control of the mineralisation through the choice of the incorporation date is considered. Mechanisms of weed control and possibilities to optimize weed control through cover crops are described. The cultivation of cover crop mixtures is presented. Compared to sole cropping, mixed cropping may offer higher yield stability.
Key words: Cover crop cultivation, green manures, cover crop species, cover crop mixtures, organic farming, reduced tillage, N-uptake, weed suppression, incorporation time
Der Zwischenfruchtanbau hat eine Schlüsselfunktion in der Fruchtfolge, um die Bodenstruktur, das Bodenleben und damit die Bodenfruchtbarkeit zu verbessern (Lütke Entrup, 2001). Er kommt dem ganzheitlichen Ansatz des ökologischen Anbaus entgegen, da durch den Anbau von Zwischenfrüchten längerfristige Auswirkungen auf das gesamte Anbausystem auftreten (Rayns und Lennartsson, 1995; König, 1996; Bàrberi, 2002; Teasdale et al., 2007). Eine besonders wichtige Rolle spielt die Integration von Zwischenfrüchten in ökologischen Anbausystemen mit reduzierter Bodenbearbeitung. Der Anbau von Zwischenfrüchten kann hier sowohl der besseren Stickstoff (N)-Versorgung (Drinkwater et al., 2000) als auch der Beikrautkontrolle dienen (Bàrberi, 2002; Peigné et al., 2007; Price und Norsworthy, 2013). So kann ein fachkundiger Anbau von Zwischenfrüchten dazu beitragen, Ertragseinbußen, die durch reduzierte Bodenbearbeitung entstehen können, zu minimieren oder ganz zu vermeiden. Gleichwohl gibt es auch Forscher, die eine wendende und mischende Bodenbearbeitung im Ökologischen Landbau für eine effiziente Nutzung bodenbürtiger Nährstoffe, insbesondere bei niedrigen Gehalten, als in der Regel unverzichtbar einschätzen (Köpke, 2003).
Winterzwischenfrüchte sind aufgrund des Nicht-Abfrierens im Ökolandbau nur bedingt für pfluglose Systeme geeignet. Deren Terminierung ohne Herbizide ist zwar nicht unmöglich, aber dadurch, dass der passende Zeitpunkt z.B. für ein mechanisches Walzen oder Mulchen getroffen werden muss, eine Herausforderun g (Leavitt et al., 2011; Reberg-Horton et al., 2012). Daher werden in dieser Übersichtsarbeit abfrierende Sommerzwischenfrüchte näher betrachtet. Dabei soll der Stand der Literatur zu folgenden Fragen aufgezeigt werden:
• Welche Zwischenfruchtarten oder Zwischenfruchtmischungen eignen sich in Ackerbaufruchtfolgen am besten, um Stickstoff in den Boden zu bringen? |
• Wie kann man die Mineralisierung der pflanzlichen Zwischenfrucht-Biomasse durch die Wahl des Zeitpunkts und der Intensität der Einarbeitung steuern? |
• Mit welchen Zwischenfruchtarten oder -mischungen lassen sich Beikräuter am effektivsten unterdrücken? |
• Was sind die Vor- und Nachteile von Zwischenfruchtmischungen im Vergleich zu Zwischenfrüchten in Reinsaat? |
Verschiedene Zwischenfruchtarten haben bedingt durch unterschiedliche Eigenschaften ein unterschiedliches Potenzial zur N-Aufnahme aus Boden bzw. Luft und Boden. Dieses steht in Wechselwirkung mit den Anbaubedingungen. Nicht-Leguminosen haben eine N konservierende Wirkung, d. h. sie speichern den aufgenommenen N und können ihn so über die Wintermonate im Boden halten (engl. „Catch Crops“) und vor Auswaschung schützen (Heß, 1989; Thorup-Kristensen und Nielsen, 1998; Baggs et al., 2000; Blombäck et al., 2003; Dabney et al., 2007; Urbatzka et al., 2009). Legume Zwischenfrüchte bringen durch ihre Fähigkeit, symbiotisch Luftstickstoff zu assimilieren, zusätzlichen N in den Boden.
Das Wurzelwerk hat einen Einfluss auf das N-Aufnahmevermögen. Dies gilt vor allem für den Unterboden. Nicht-legume dikotyle Arten hatten in Versuchen von Thorup-Kristensen (2001) ein schnelleres und in 1 m Bodentiefe wesentlich intensiveres Wurzelsystem als die untersuchten monokotylen Arten. In einer Bodentiefe von 100–150 cm zeigte Ölrettich (Raphanus sativus) die mit Abstand effektivste Nitrataufnahme (Thorup-Kristensen, 2001).
Ein weiterer Einflussfaktor auf das Aufnahmevermögen der Zwischenfrucht von Boden-N kann das Wachstumsstadium sein, das die Zwischenfrucht vor Einbruch des Winters erreicht. In einer Studie von Thorup-Kristensen (1994) mit verschiedenen Zwischenfrüchten, die alle am 01.08. gesät worden waren, fingen insbesondere Phacelia und Gelbsenf, aber auch Hafer und Lupine Anfang Oktober zu blühen an. Ölrettich fing erst wesentlich später an zu blühen und war in der N-Aufnahme den anderen Arten überlegen. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass ein später Blühbeginn die Dauer der N-Aufnahme verlängern kann (Thorup-Kristensen, 1994).
Die N2-Fixierleistung von Leguminosen wird angeregt, wenn wenig pflanzenverfügbarer N im Boden vorhanden ist. Daher kann z. B. die Art der Bodenbearbeitung zum Leguminosenanbau einen Einfluss auf die Fixierleistung haben. Reduzierte Bodenbearbeitung bis hin zur Direktsaat kann eine verringerte Mineralisation zur Folge haben und daher die N2-Fixierung der nach derartiger Saatbettbereitung gesäten Leguminose erhöhen (Schmidtke, 2008).
Um die Kapazität verschiedener Zwischenfruchtarten und -mischungen zu vergleichen, werden in der folgenden Tab. 1 Daten zu deren N-Aufnahme und Biomasseertrag aus der Literatur wiedergegeben. Die Tabelle ist in die folgenden Gruppen unterteilt:
• Reinsaat – Leguminosen |
• Reinsaat – Nicht-Leguminosen |
• Mischungen aus Leguminosen |
• Mischungen aus Nicht-Leguminosen |
• Mischungen aus Leguminosen und Nicht-Leguminosen. |
Tab. 1. Biomasseertrag und N-Aufnahme in der oberirdischen Biomasse verschiedener Zwischenfruchtarten und Zwischenfruchtmischungen
Zwischenfrucht | N- | Biomasse- ertrag (oberirdisch) | Ort | Quelle |
Leguminosen (in Reinsaat) |
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Ackerbohne (Vicia faba) | 204 | 75 | Changins, Schweiz | |
Alexandrinerklee (Trifolium alexandrinum) | 188 | 66 | Changins, Schweiz | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 176 | 44 | Zollikofen, Schweiz | |
Ackerbohne (Vicia faba) | 172 | 78 | Changins, Schweiz | |
Ackerbohne (Vicia faba) | 169 | 63 | Zollikofen, Schweiz | |
Erbse (Pisum sativum) | 166 | 55 | Changins, Schweiz | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 164 | 46 | Changins, Schweiz | |
Saat-Platterbse (Lathyrus sativus) | 161 | 40 | Changins, Schweiz | |
Sojabohne (Glycine max) | 143 | 48 | Changins, Schweiz | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 143 | 35 | Changins, Schweiz | |
Perserklee (Trifolium resupinatum) | 140 | 35 | Aarslev, Dänemark | |
Erbse (Pisum sativum) | 139 | 45 | Zollikofen, Schweiz | |
Saat-Platterbse (Lathyrus sativus) | 129 | 30 | Zollikofen, Schweiz | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 124 | 30 | Frankenhausen, Deutschland | |
Erbse (Pisum sativum) | 120 | 33 | Changins, Schweiz | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 115 | 26 | Aarslev, Dänemark | |
Alexandrinerklee (Trifolium alexandrinum) | 114 | 29 | Aarslev, Dänemark | |
Linse (Lens culinaris) | 108 | 32 | Zollikofen, Schweiz | |
Linse (Lens nigricans) | 98 | 28 | Changins, Schweiz | |
Blaue Lupine (Lupinus angustifolius)* | 97 | 29 | Aarslev, Dänemark | |
Ungarische Wicke (Vicia pannonica) | 96 | 20 | Zollikofen, Schweiz | |
Bockshornklee (Trigonella foenum-graecum) | 90 | 38 | Changins, Schweiz | |
Sommerwicke (Vicia sativa)* | 90 | 26 | Viehhausen, Deutschland | |
Erbse (Pisum sativum)* | 89 | 25 | Viehhausen, Deutschland | |
Weiße Lupine (Lupinus albus) | 88 | 56 | Changins, Schweiz | |
Perserklee (Trifolium resupinatum) | 85 | 26 | Zollikofen, Schweiz | |
Alexandrinerklee (Trifolium alexandrinum) | 85 | 20 | Aarslev, Dänemark | |
Alexandrinerklee (Trifolium alexandrinum) | 81 | 32 | Zollikofen, Schweiz | |
Ungarische Wicke (Vicia pannonica) | 80 | 19 | Changins, Schweiz | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 80 | 16 | Aarslev, Dänemark | |
Alexandrinerklee (Trifolium alexandrinum) | 76 | 32 | Changins, Schweiz | |
Perserklee (Trifolium resupinatum) | 74 | 21 | Griesheim, Deutschland | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 73 | 15 | Frankenhausen, Deutschland | |
Blaue Lupine (Lupinus angustifolius) | 70 | 25 | Griesheim, Deutschland | |
Linse (Lens culinaris) | 67 | 22 | Changins, Schweiz | |
Perserklee (Trifolium resupinatum) | 65 | 17 | Griesheim, Deutschland | |
Platterbse (Lathyrus) | 64 | 12 | Roda, Deutschland | |
Perserklee (Trifolium resupinatum) | 62 | 22 | Changins, Schweiz | |
Sojabohne (Glycine max) | 60 | 34 | Zollikofen, Schweiz | |
Weiße Lupine (Lupinus albus) | 59 | 47 | Zollikofen, Schweiz | |
Bodenfrüchtiger Klee (Trifolium subterraneum) | 59 | 17 | Changins, Schweiz | |
Blaue Lupine (Lupinus angustifolius) | 54 | 19 | Griesheim, Deutschland | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 51 | 18 | Griesheim, Deutschland | |
Sommerwicke (Vicia sativa) | 50 | 18 | Griesheim, Deutschland | |
Bodenfrüchtiger Klee (Trifolium subterraneum) | 43 | 15 | Zollikofen, Schweiz | |
Bockshornklee (Trigonella foenum-graecum) | 33 | 18 | Zollikofen, Schweiz | |
Perserklee (Trifolium resupinatum) | 23 | 6 | Frankenhausen, Deutschland | |
Kichererbse (Cicer arietinum) | 22 | 11 | Changins, Schweiz | |
Perserklee (Trifolium resupinatum)* | 15 | 5 | Roda, Deutschland | |
Kichererbse (Cicer arietinum) | 9 | 4 | Zollikofen, Schweiz | |
Nicht-Leguminosen (in Reinsaat) |
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Ölrettich (Raphanus sativus)* | 167 | 57 | Aarslev, Dänemark | |
Sonnenblume (Helianthus annuus) | 157 | 103 | Changins, Schweiz | |
Phacelia (Phacelia tanacetifolia)* | 147 | 47 | Aarslev, Dänemark | |
Gelbsenf (Sinapis alba)* | 144 | 55 | Aarslev, Dänemark | |
Winterrettich (Raphanus sativus longipinnatus) | 139 | 63 | Changins, Schweiz | |
Phacelia (Phacelia tanacetifolia) | 132 | 63 | Changins, Schweiz | |
Ramtillkraut (Guizotia abyssinica) | 129 | 76 | Changins, Schweiz | |
Rauhafer (Avena strigosa) | 123 | 65 | Changins, Schweiz | |
Chia (Salvia hispanica) | 116 | 60 | Changins, Schweiz | |
Lein (Linum usitatissimum) | 114 | 54 | Changins, Schweiz | |
Brauner Senf (Brassica juncea) | 112 | 66 | Changins, Schweiz | |
Echter Hanf (Cannabis sativa) | 108 | 48 | Changins, Schweiz | |
Ölrettich (Raphanus sativus oleiformis) | 102 | 64 | Changins, Schweiz | |
Sudangras (Sorghum sudanense) | 100 | 58 | Changins, Schweiz | |
Gelbsenf (Sinapis alba) | 90 | 67 | Changins, Schweiz | |
Kolbenhirse (Setaria italica) | 90 | 45 | Changins, Schweiz | |
Rübsen (Brassica rapa campestris) | 90 | 44 | Changins, Schweiz | |
Hafer (Avena sativa)* | 85 | 32 | Aarslev, Dänemark | |
Gelbsenf (Sinapis alba)* | 84 | 31 | Roda, Deutschland | |
Ölrettich (Raphanus satius)* | 83 | 33 | Viehhausen, Deutschland | |
Sommerraps (Brassica napus) | 76 | 24 | Griesheim, Deutschland | |
Phacelia (Phacelia tanacetifolia) | 74 | 55 | Zollikofen, Schweiz | |
Sommerraps (Brassica napus)* | 74 | 19 | Roda, Deutschland | |
Phacelia (Phacelia tanacetifolia)* | 64 | 18 | Roda, Deutschland | |
Sommerraps (Brassica napus) | 61 | 23 | Griesheim, Deutschland | |
Buchweizen (Fagopyrum esculentum)* | 59 | 26 | Roda, Deutschland | |
Sommerraps (Brassica napus) | 57 | 21 | Griesheim, Deutschland | |
Phacelia (Phacelia tanacetifolia) | 55 | 52 | Changins, Schweiz | |
Sommerraps (Brassica napus) | 52 | 20 | Griesheim, Deutschland | |
Buchweizen (Fagopyrum esculentum) | 46 | 28 | Changins, Schweiz | |
Gelbsenf (Sinapis alba) | 43 | 17 | Frankenhausen, Deutschland | |
Gelbsenf (Sinapis alba) | 35 | 21 | Frankenhausen, Deutschland | |
Mischungen aus Leguminosen |
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Ackerbohne/Erbse/Lupine/Sommerwicke | 111 | 32 | Griesheim, Deutschland | |
Ackerbohne/Erbse/Lupine/Sommerwicke | 92 | 25 | Griesheim, Deutschland | |
Blaue/Weiße Lupine* | 89 | 24 | Roda, Deutschland | |
Erbse/Platterbse/Sommerwicke | 80 | 25 | Großenzersdorf, Österreich | |
Mischungen aus Nicht-Leguminosen |
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Ölrettich/Phacelia/Stoppelrübe | 60 | 30 | Großenzersdorf, Österreich | |
Phacelia/Senf* | 32 | 14 | Gülzow, Deutschland | |
Phacelia/Senf | 22 | 8 | Neu-Eichenberg, Deutschland | |
Mischungen aus Leguminosen und Nicht-Leguminosen |
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Erbse/Hafer | 113 | 35 | Griesheim, Deutschland | |
Erbse/Ölrettich/Phacelia/Platterbse/Sommerwicke/Stoppelrübe | 110 | 40 | Großenzersdorf, Österreich | |
Ölrettich/Sommerwicke* | 108 | 33 | Viehhausen, Deutschland | |
Erbse/Hafer | 93 | 30 | Griesheim, Deutschland | |
Erbse/Ölrettich* | 78 | 29 | Viehhausen, Deutschland | |
Buchweizen/Perserklee/Phacelia/Platterbse* | 71 | 25 | Roda, Deutschland | |
Erbse/Hafer | 55 | 20 | Griesheim, Deutschland | |
Erbse/Hafer | 51 | 18 | Griesheim, Deutschland | |
Senf/Sommerwicke | 40 | 15 | Gülzow, Deutschland | |
Erbse/Sommerwicke/Sonnenblume* | 33 | 11 | Gülzow, Deutschland | |
Perserklee/Phacelia* | 17 | 7 | Gülzow, Deutschland | |
* Mittelwert aus zwei oder mehr Jahren | ||||
In jeder Gruppe sind die Zwischenfruchtarten bzw. Mischungen nach deren N-Aufnahme in der oberirdischen Biomasse absteigend sortiert.
Die N-Aufnahme und Biomasseerträge der Zwischenfrüchte unterliegen einer großen Spannbreite (Tab. 1). Die höchste N-Aufnahme wurde bei einer Leguminose gemessen (Ackerbohne mit 204 kg N ha–1 bei 75 dt ha–1 TM Ertrag). Auch bei Nicht-Leguminosen gab es hohe N-Aufnahmen (Maximum Ölrettich mit 167 kg N ha–1 bei 57 dt ha–1 TM Ertrag), was aber ein hohes N-Ausgangsniveau des Bodens voraussetzt (Einsatz als „Catch-Crop“).
Die N-Aufnahme hängt weitgehend vom Biomasseertrag ab. Eine Überprüfung der Abhängigkeit der N-Aufnahme vom Biomasseertrag wurde jeweils für Leguminosen, Nicht-Leguminosen und Mischungen durch eine lineare Regression durchgeführt. Sie ergab ein Bestimmtheitmaß R² von 0,7 für Leguminosen, von 0,6 für Nicht-Leguminosen und von 0,87 für Mischungen (Abb. 1bis 3). Damit konnte das Ergebnis von Baresel et al. (2003), der in Versuchen mit verschiedenen Leguminosenarten herausfand, dass deren N-Mengen im Aufwuchs bei N-Gehalten zwischen 2 und 2,4% in erster Linie von der Biomasse abhängen, sogar für einen weiteren Bezugsrahmen bestätigt werden.
Abb. 1. N-Aufnahme der legumen Zwischenfrüchte in Abhängigkeit von ihrem Biomasseertrag (n = 50).
Abb. 2. N-Aufnahme der nicht-legumen Zwischenfrüchte in Abhängigkeit von ihrem Biomasseertrag (n = 32).
Abb. 3. N-Aufnahme der Zwischenfruchtmischungen in Abhängigkeit von ihrem Biomasseertrag (n = 18).
Es ist davon auszugehen, dass die Zwischenfrüchte wesentlich mehr N als die in Tab. 1 zitierten N-Mengen aufnehmen und zum N-Kreislauf beitragen, da die Wurzelmasse einen bedeutenden Speicher für N darstellt. Diese N-Mengen konnten hier mangels Daten in der Literatur nicht wiedergegeben werden. Darüber hinaus ist auch N, der von den Zwischenfrüchten als Rhizodeposition an die Wurzelumgebung abgegeben wird, eine nicht zu vernachlässigende Größe (Kanders et al., 2017).
Bezüglich der Zwischenfruchtarten geht aus Tab. 1 hervor, dass dieselbe Art sowohl einen sehr hohen N- und Biomasseertrag aufweisen kann als auch einen sehr niedrigen, wie zum Beispiel Perserklee (140 kg N ha–1 – 15 kg N ha–1). Insbesondere bei Perserklee wurde in verschiedenen Quellen von Totalausfällen bzw. minimalen Aufwüchsen berichtet (König, 1996; Kolbe et al., 2004; Gruber und Thamm, 2005; Grosse et al., 2014b). Als Gründe für die Schwankungen in den Erträgen werden bei Baresel et al. (2003) die Anbaubedingungen, speziell die Wasserversorgung, und die Anbautechnik und in der Folge der Feldaufgang genannt. Kolbe et al. (2004) haben aber in mehrjährigen Versuchen festgestellt, dass der oberirdische Ertrag der Zwischenfrucht nicht immer entscheidend für den Ertrag der nachfolgenden Hauptfrucht ist. So können feinsamige Leguminosen wie der Perserklee, die abhängiger von der Witterung sind als großkörnige Leguminosen, auch in Jahren mit sehr geringer Massebildung Ertragszuwächse bei der nachfolgenden Hauptfrucht ermöglichen (Kolbe et al., 2004).
Die N-Aufnahme- und Ertragsdaten in Tab. 1 sagen wenig darüber aus, wieviel N der Folgekultur zur Verfügung steht, da es darauf ankommt, dass die Mineralisierung zum richtigen Zeitpunkt N freisetzt. So kann bei abfrierenden Leguminosen aufgrund des eher engen C/N-Verhältnisses die Mineralisierung schon früh einsetzen, was zu N-Verlusten durch Auswaschung führen kann (Thorup-Kristensen, 1994) und andererseits kann die Mineralisierung bei einem weitem C/N-Verhältnis zu spät einsetzen und Boden-N immobilisieren (Baggs et al., 2000). Neben dem C/N-Verhältnis spielt auch der Ligningehalt für den Verlauf der Mineralisierung eine entscheidende Rolle (Thorup-Kristensen, 1994).
Der Verlauf der Mineralisierung lässt sich durch die Wahl des Einarbeitungszeitpunktes beeinflussen. Grundsätzlich ist die natürliche N-Dynamik des Bodens im Jahresverlauf von mehreren Mineralisierungsphasen gekennzeichnet (Scheller, 1993). Diese Dynamik wird durch Temperatur und Bodenfeuchte ausgelöst und durch Bodenbearbeitung beeinflusst bzw. verstärkt. Die Steuerung der Stickstoffdynamik zielt auf die Erhöhung der N-Verfügbarkeit im Frühjahr und die Nitratfixierung im Herbst (Reents und Möller, 2001). Für die Erreichung dieser Ziele ist neben der Wahl der Zwischenfrucht oder Zwischenfruchtmischung der Zeitpunkt der Einarbeitung von entscheidender Bedeutung (Thorup-Kristensen und Dresbøll, 2010).
In einigen Quellen wird lediglich zwischen einem Einarbeitungszeitpunkt im Herbst oder im Frühjahr differenziert. Um N-Verluste durch Nitratverlagerung zu vermeiden wird empfohlen, wenn die Bodenart dies erlaubt, die Zwischenfrüchte erst im Frühjahr umzubrechen (Nieder, 1998). Allerdings ist laut König (1996) auf schweren Böden im Hinblick auf die Nitratverlagerung auch ein Herbstumbruch vertretbar. Aus einer Studie von Möller und Reents (2009) geht hervor, dass ein Herbstumbruch (Anfang Oktober) zwar zu einer höheren Nitratverlagerung führte, allerdings überwiegend nur bis zu einer Tiefe von 1,5 m, so dass ein Großteil des Nitrats vom nachfolgenden Winterweizen wieder aufgenommen werden konnte. Als Ursache kommen sowohl der kapillare Wiederaufstieg von nitrathaltigem Sickerwasser in der Vegetationsperiode als auch das Erwachsen tieferer Bodenschichten ab Mai in Betracht. Da die Nitratauswaschung im Herbst nach Leguminosen in Reinsaat (Erbsen, Sommerwicke, Winterwicke) am höchsten war, schließen die Autoren, dass die untersuchten Nicht-Leguminosen und Leguminosen-Nicht-Leguminosen-Mischungen (Ölrettich, Ölrettich + Erbsen, Ölrettich + Sommerwicke) ihren Zweck auch bei einem Herbstumbruch erfüllen können; Leguminosen in Reinsaat sollten aber sinnvollerweise erst im Frühjahr umgebrochen werden (Möller und Reents, 2009).
In anderen Quellen wird zwischen einem um wenige Wochen verschobenen Termin im Herbst oder Frühjahr unterschieden. Thorup-Kristensen und Dresbøll (2010) beobachteten bei einer Verschiebung des Einarbeitungszeitpunkts von Grünroggen nach hinten einen Einfluss auf verschiedene Faktoren, die in Verbindung mit der N-Verfügbarkeit für die nachfolgende Hauptfrucht stehen. Eine spätere Einarbeitung im Herbst lässt den Zwischenfrüchten mehr Zeit, N aufzunehmen. Da außerdem die N-Mineralisierung später beginnt, ist das Auswaschungsrisiko vermindert (Thorup-Kristensen et al., 2003). Beides kann zu einer höheren N-Verfügbarkeit für die folgende Hauptfrucht führen; ein späterer Einarbeitungstermin im Herbst kann also – wo möglich – empfohlen werden. Eine Studie von Rayns und Lennartsson (1995) kommt zu dem Ergebnis, dass ein frühes Einarbeiten im Frühjahr von Zwischenfrüchten mit weitem C/N-Verhältnis anzustreben ist. So war es auf deren Versuchsstandort (Bodenart: sandiger Lehm) von Vorteil, nach der Einarbeitung von Grünroggen etwa einen Monat mit der Aussaat einer Nachfrucht zu warten. Es setzte sofort nach der Einarbeitung, die Mitte April stattgefunden hatte, eine leichte Mineralisierung des umgebrochenen Grünroggens ein, die jedoch erst gut einen Monat später ihren vorläufigen Höhepunkt mit rund 60 kg N/ha in 0–15 cm Bodentiefe erreichte (Rayns und Lennartsson, 1995). Ähnliches gilt für den Umbruch von Ölrettich bei Umbruchterminen am Anfang Februar versus Ende März und Anfang Mai (Renius et al., 1992). Bei Zwischenfrüchten mit engerem C/N-Verhältnis setzt die Mineralisierung dagegen schneller ein und kann schon zwei Wochen nach der Einarbeitung einen ersten Höhepunkt erreichen (Rayns und Lennartsson, 1995).
Allerdings sollten auf einem stark auswaschungsgefährdeten Standort vorzugsweise überwinternde Zwischenfrüchte oder zumindest eine Mischung aus abfrierenden und überwinternden Zwischenfrüchten angebaut werden, da eine abfrierende Sommerung auch ohne Umbruch sukzessiv N abgibt (König, 1996). Dies ist vor allem dann der Fall, wenn es einen frühen Frosteinbruch mit anschließender milder Witterung gibt (Heß, 1989).
Befürchtungen Beikräuter nicht ausreichend kontrollieren zu können sind häufig das größte Hemmnis für ökologisch wirtschaftende Landwirte, eine konservierende Bodenbearbeitung umzusetzen (Carr et al., 2012). Zwischenfrüchte können einem zunehmenden Beikrautaufkommen entgegenwirken. Aufgrund ihrer Konkurrenzkraft können sie Beikraut unterdrückende Wirkung zeigen (Bàrberi, 2002; Shrestha et al., 2002; Peigné et al., 2007; Teasdale et al., 2007). Zwischenfrüchte können sowohl während ihrer Wachstumsperiode als auch in abgestorbenem Zustand eine Beikraut unterdrückende Wirkung haben. Durch die Absorption von Licht sowie die Konkurrenz um Wasser, Nährstoffe und Raum hat in der Regel die noch lebende Zwischenfrucht eine bessere Beikraut unterdrückende Wirkung als die abgestorbene Pflanzenmasse (Teasdale et al., 2007). Eine schnelle Bodenbedeckung und eine hohe Biomasseproduktion der Zwischenfrucht sind daher wichtige Eigenschaften zur Beikrautunterdrückung (Stadler et al., 2009; Brust et al., 2011; Dorn et al., 2011; Dorn et al., 2013;). Nicht nur die oberirdische Biomasse sondern auch die Wurzelmasse der Zwischenfrüchte ist im Hinblick auf eine effiziente Nährstoff- und Wasserkonkurrenz gegenüber den Beikräutern von Bedeutung (Brust et al., 2011).
Eine Mulchschicht aus abgestorbenem Pflanzenmaterial kann als physikalische Barriere gegen keimende Beikräuter wirken (Bond und Grundy, 2001). Außerdem kann sie Umweltreize, die die Keimruhe beenden, abschwächen (Mirsky et al., 2013).
Zwischenfrüchte können nicht nur das Wachstum von Beikräutern verhindern oder erschweren, sondern auch die Samenproduktion. Oft korreliert die Biomasse von Beikräutern positiv mit ihrer Samenproduktion (Lutman, 2002). Daher können Zwischenfrüchte, die zu einer Verringerung der Biomasse der Beikräuter führen, auch eine Verringerung der Samenproduktion bewirken (Kruidhof et al., 2008). Ferner kann die Förderung von samenfressenden Prädatoren durch den Zwischenfruchtanbau eine Verringerung der Beikrautsamenbank bewirken (Teasdale et al., 2007). Darüber hinaus können manche Zwischenfruchtarten sowohl während ihres Wachstums als auch in abgestorbenem Zustand durch die Abgabe allelopathischer Substanzen eine Beikraut unterdrückende Wirkung haben. Dies ist z. B. für Grünroggen und Hafer (Altieri et al., 2011), aber auch für Lupine, Luzerne und Raps (Kruidhof et al., 2008) bekannt.
Eine höhere Saatstärke kann eine höhere Biomasseproduktion zur Folge haben. In einer Studie von Brennan und Boyd (2012) war dies der Fall für eine Leguminosen-Roggen-Mischung (bestehend aus 10% Roggen, 35% Ackerbohne, 25% Erbse, 15% Sommerwicke und 15% Purpurwicke (V. benghalensis)). Es wurde die einfache mit der dreifachen Saatstärke verglichen (einfache Saatstärke 140 kg ha–1); die Verdreifachung führte zu einer ungefähr 2,7-fach höheren Bestandesdichte. Die höhere Bestandesdichte resultierte in einer höheren Biomasseproduktion vor allem der legumen Mischungspartner. Auf die Biomasseproduktion von Grünroggen (einfache Saatstärke 90 kg ha–1) und einer Senfmischung (einfache Saatstärke 11 kg ha–1) hatte die Verdreifachung der Saatstärke jedoch kaum einen Effekt (Brennan und Boyd, 2012).
Allerdings ist es auch möglich, dass eine höhere Saatstärke zwar nicht zu einer höheren Biomasse führt, aber zu einer höheren Bodendeckung in einem frühen Entwicklungsstadium der Zwischenfrucht, was einen positiven Effekt für die Beikrautkontrolle hat (Ryan et al., 2011; Mirsky et al., 2013). In der Studie von Ryan et al. (2011) wurden drei verschiedene Saatstärken von Grünroggen verglichen: 90, 150 und 210 kg ha–1. Die höhere Saatstärke führte nicht zu einer höheren Biomasse des Grünroggens, jedoch zu einer reduzierten Biomasse des Beikrauts. Besonders im Stadium der Keimung sind die Beikräuter sehr konkurrenzempfindlich. In diesem Stadium genügen schon geringe Deckungsgrade von Zwischenfrüchten, um einen Konkurrenzeffekt zu erzielen. Wachsen die Beikräuter über dieses konkurrenzempfindliche Stadium hinaus, nimmt der Bekämpfungserfolg rapide ab (Kolbe et al., 2004). Aus diesem Grund kann außer einer höheren Saatstärke der Anbau von großkörnigen Zwischenfruchtarten im Vergleich zu kleinsamigen Zwischenfruchtarten einen Vorteil in der Beikrautunterdrückung haben. So erreichten in Versuchen von Uchino et al. (2011) großkörnige Zwischenfruchtarten früher eine gute Bodendeckung und damit eine bessere Beikrautunterdrückung als feinsamige Arten. Dies führen die Autoren zum einen auf die größere Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen der großkörnigen Arten zurück, zum anderen auf den größeren Deckungsgrad pro Keimpflanze (Uchino et al., 2011).
Eine aktive Beikrautregulierung durch eine flache, meist mehrmalige Bodenbearbeitung vor der Aussaat der Zwischenfrüchte oder der nächsten Hauptfrucht ist bei pfluglos arbeitenden Landwirten ein bewährtes Verfahren (Wilhelm, 2011). Dieses Vorgehen wird auch „falsches Saatbett“ genannt, da im Boden befindliche Beikrautsamen zum Keimen angeregt werden. Auch für das Bekämpfen von Wurzelbeikräutern ist dieses Vorgehen hilfreich. So ist eine mehrmalige flache Bearbeitung besonders wichtig, wenn sich Cirsium arvense auf der Fläche befindet (Wilhelm, 2011). Bei diesem Verfahren muss allerdings auf Zwischenfrüchte zurückgegriffen werden, die sich für einen späten Saattermin eignen (Kruidhof et al., 2008).
Nach einer guten Bodenvorbereitung erübrigen sich in der Regel direkte Regulierungsmaßnahmen (Kolbe et al., 2004).
Soll nach Zwischenfrüchten in einer im Mulchsaatverfahren gesäten Hauptfrucht eine mechanische Beikrautregulierung betrieben werden, ist der herkömmliche Striegel schon ab einer Mulchbedeckung von 16% dafür ungeeignet (Hänsel, 2010). Ein Rollstriegel, dessen Wirkung mehr auf einem Verschüttungseffekt als auf einem Ausreißen der Beikräuter beruht, ist dagegen für den Einsatz in Mulchsaaten aufgrund seiner Unempfindlichkeit gegenüber Pflanzenrückständen auf der Bodenoberfläche gut geeignet (Rumpler, 2011).
Die wichtigsten Merkmale der Zwischenfrüchte für eine effektive Beikrautunterdrückung sind eine gute Bodendeckung und eine schnelle Jugendentwicklung. Beim Vergleich von monokotylen Arten mit Leguminosen in einer Studie von Nelson et al. (1991) zeigte sich in beiden Eigenschaften eine Überlegenheit der monokotylen Arten. In Versuchen von Stadler et al. (2009) bedeckten Brassicaceaen, monokotyle Arten und Standard-Saatmischungen den Boden schneller und produzierten mehr Biomasse als Leguminosen und andere dikotyle Arten. Eine schnelle Jugendentwicklung kann die wesentliche Eigenschaft für die Beikrautunterdrückung sein; bei einer Grünroggen-Zwischenfrucht erwies sie sich als noch wichtiger als eine hohe Biomasseproduktion (Bàrberi und Mazzoncini, 2001). Die grundsätzlicheren Aussagen von Andersen et al. (2007) zu Wettbewerbsvorteilen durch frühe Keimung und Auflaufen unterstützen dies.
Bei einem Anbau der Zwischenfrucht vor einer Sommerkultur sollte sie idealerweise sowohl im Herbst als auch im Frühjahr eine Beikraut unterdrückende Wirkung haben. In einer Studie von Kruidhof et al. (2008) reduzierte Ölrettich (TM zwischen 35 und 72 dt ha–1) die Beikrautbiomasse im Herbst stark, war aber nicht effektiv in der Beikrautkontrolle im Frühjahr. Weiße Lupine hatte eine sehr schwache Konkurrenzkraft im Herbst, reduzierte aber das Aufkommen von Beikräutern im Frühjahr vermutlich durch die Abgabe allelopathischer Substanzen beträchtlich (Kruidhof et al., 2008). Jedoch kann eine gute Konkurrenzkraft im Herbst allein schon durch eine Verminderung des Beikrautsamenaufkommens eine positive Wirkung auf das Anbausystem zeigen.
In einer anderen Studie zeigte jedoch gerade Ölrettich (TM zwischen 32 und 55 dt ha–1) auch im Frühjahr eine gute Beikraut unterdrückende Wirkung (Lounsbury und Weil, 2014). Die Autoren dieser Studie sahen es als Vorteil, dass Ölrettich eher kleine Mengen an Biomasse hinterlässt, die daher nicht schwierig handzuhaben sind. Als weiteren Vorzug von Ölrettich gaben sie an, dass er leicht durch Abmähen zum Absterben gebracht werden kann, falls er nicht vollständig abgefroren ist.
Auch in mehreren anderen Studien zeigten sich Brassica-Arten wie Gelbsenf und Ölrettich vielversprechend (Stadler et al., 2009; Brust et al., 2011; Dorn et al., 2013; Wittwer et al., 2013; Brust et al., 2014a). Sommerwicke erzielte in verschiedenen Studien ebenfalls gute Ergebnisse (Dorn et al., 2011, Wittwer et al., 2013; Grosse et al., 2014a, 2014b). Die in Deutschland noch wenig angebauten Zwischenfrüchte Tatarischer Buchweizen (Fagopyrum tataricum L. Gaertn.) und Futterrettich (Raphanus sativus L. var. Longipinnatus) haben das Potenzial für eine schnelle Bodenbedeckung und hohe Biomasseproduktion und eine damit einhergehende gute Beikrautkontrolle (Brust et al., 2014a). Eine in Deutschland ebenfalls relativ neue Zwischenfruchtart ist der Rau- oder Sandhafer (Avena strigosa Schreb.). Bedingt durch sein gutes Wurzelwachstum ist er konkurrenzstark gegenüber Beikräutern (Brust et al., 2011; Brust und Gerhards, 2012).
Grundsätzlich bieten Artenmischungen Vorteile für den Anbau, da sie sich resilienter gegenüber Klimaschwankungen, Witterungseinflüssen und Managementfehlern erweisen und daher eine höhere Ertragsstabilität haben (Finckh, 2008; Wortman et al., 2012; Szerencsits und Erhart, 2015). Das mögliche Aussaatfenster und die Biomasseerträge lassen sich durch den Anbau von Mischungen erhöhen (Schmidt und Gläser, 2013). Ferner kann die Nährstoffmobilisation in verschiedenen Bodentiefen und deren Konservierung optimiert werden (Schmidt und Gläser, 2013). Auch für die Beikrautunterdrückung zeigen sich Vorteile, wenn sich in der Mischung schnellkeimende sowie frostunempfindlichere Arten befinden (Brust et al., 2014b; Schmidt und Gläser, 2013). Eine ausgeklügelte Zusammensetzung einer Zwischenfruchtmischung kann weitere Vorteile sowohl für das N-Management als auch für die Beikrautunterdrückung bieten.
Der Anbau von Mischungen aus Leguminosen und Nicht-Leguminosen wird von verschiedenen Seiten empfohlen (Sainju, 1997; Sainju et al., 2002; Rinnofner et al., 2005a; Rinnofner et al., 2005b; Sainju et al., 2007; Dabney et al., 2007; Campiglia et al., 2011; Schmidt und Gläser, 2012). Leguminosen eignen sich besser dafür, die Nachfrucht mit N zu versorgen, während Nichtleguminosen besser geeignet sind, Nitratauswaschung zu verhindern. Durch die langsamere Mineralisierung der Nicht-Leguminosen im Vergleich zur Leguminose kann es zu einer längerfristigen Vorfruchtwirkung kommen (Beckmann, 1998). Die Leguminosenpartner in einer Mischung vermindern die Konkurrenz um Nmin. Rankenden Leguminosen können aufrecht stehende Arten als Stützfrucht dienen. Eine ausgewogene Mischung kann die Vorteile der verschiedenen Arten bei im Vergleich zu Leguminosen eher kostengünstigerem Saatgut in sich vereinen (Beckmann, 1998; Schmidt und Gläser, 2013).
Das Wachstum einer Art in einer Mischung muss jedoch nicht zwangsläufig dem in Reinkultur entsprechen, und je nach Zusammensetzung der Mischung können sich eine andere N-Mineralisierung, N-Aufnahme und ein anderer Biomasseertrag ergeben. Die oberirdische Architektur der Pflanzen muss zusammenpassen und die Wurzelwerke der Mischungspartner sollten sich ergänzen. Außerdem muss die Mischung für die Fruchtfolge und für die angestrebten Ziele (hier N-Akkumulation und Beikrautunterdrückung) geeignet sein. Ferner haben die Arten bezüglich des Aussaatzeitpunkts und der Saattechnik unterschiedliche Ansprüche. Daher wird für die erfolgreiche Zusammenstellung von Mischungen ein großes Fachwissen benötigt. Zwischenfruchtanbau von einer Zwischenfruchtart in Reinkultur ist in der Ökologischen Landwirtschaft in Europa immer noch weit verbreitet (Peigné et al., 2014). Der zusätzliche Nutzen von fachkundig zusammengestellten Zwischenfruchtmischungen sollte gegenüber Landwirten verstärkt kommuniziert werden. Übersichtliche Kriterien, welche Arten zu welchem Zweck sinnvoll in Mischungen zusammengestellt werden können und welche Mischungen zu welchen Fruchtfolgen passen, sollten für Landwirte, die selber mischen wollen, zur Verfügung stehen. Bemühungen dieser Art werden teilweise von Beratern, Landwirtschaftskammern, Landes- und Anbauverbänden unternommen. Auch finanzielle Anreize können einer weiteren Verbreitung von Zwischenfruchtmischungen dienen und einen eventuellen Mehraufwand durch das Zusammenstellen der Mischung oder eventuell höhere Ausgaben durch den Kauf einer fertigen Mischung ausgleichen.
Sowohl bei Leguminosen als auch bei nicht-legumen Arten hängt die Höhe der N-Aufnahme weitgehend von der Biomasseproduktion ab. Das C/N-Verhältnis beeinflusst den Verlauf der Mineralisierung. Die Wahl des Einarbeitungszeitpunkts kann steuernd darauf einwirken.
Insbesondere eine schnelle Bodendeckung, aber auch eine hohe Biomasseproduktion der Zwischenfrüchte sind ausschlaggebend für ein gutes Beikrautunterdrückungsvermögen.
Mischungen können mehr Sicherheit im Auflaufen und in der Biomasseproduktion bieten; daher bieten sie gegenüber dem Anbau einer Reinkultur Vorzüge hinsichtlich der N-Aufnahme und Beikrautunterdrückung.
Forschungsbedarf besteht bezüglich der Zusammenstellung optimaler Mischungen für verschiedene Standortbedingungen. Auch zur Bestimmung des Einflusses der Saattechnik auf die Ertragssicherheit könnte weitere Forschung sinnvoll sein.
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