Einfluss mineralischer P- und K-Düngung auf die Ertragsreaktion der Fruchtarten in Abhängigkeit von der Nährstoffversorgung des Bodens unter den Anbaubedingungen des ökologischen Landbaus in Deutschland

Mineral P and K fertilization effect on crop yield response as a function of soil nutrient supply under the cultivation conditions of organic farming in Germany

Journal für Kulturpflanzen, 71 (6). S. 161–181, 2019, ISSN 1867-0911, DOI: 10.5073/JfK.2019.06.02, Verlag Eugen Ulmer KG, Stuttgart

Kontaktanschrift

Dr. Hartmut Kolbe, Altes Dorf 19, 04435 Schkeuditz, E-Mail: hartmutkolbe@yahoo.de

Zur Veröffentlichung angenommen

am 22. Januar 2019

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Es konnten nur Versuche aufgenommen werden, in denen bestimmte Grundsätze eingehalten worden sind. Neben der langjährigen Erfüllung der Anbaubedingungen des Ökolandbaus durften lediglich in dieser Anbau­form erlaubte oder in wissenschaftlicher Prüfung befindliche Düngemittel verwendet werden. Aus Gründen der Einhaltung der Ceteris-Paribus-Regel konnten keine organischen Düngemittel, sondern nur gewöhnliche mineralische Einnährstoff-Düngemittel Verwendung finden, was in der Regel auch eingehalten werden konnte. Die in einigen geprüften Düngemitteln enthaltenen Begleitelemente (S, Mg) weisen oft geringere Konzentrationen oder Düngewirkungen auf, so dass aus den Erfahrungen vergleichbarer Düngungsversuche meistens mit keiner bedeutenden Beeinflussung der erhaltenen Ertragsergebnisse zu rechnen ist (Schachtschabel, 1963; Kuchenbuch und Buczko, 2011). Außerdem musste jede Versuchsanlage mindestens eine Standard-Variante enthalten, in der keine Düngung erfolgte. Von allen Varianten mussten jährliche Ertragsdaten an Hauptfrüchten (oder an Gesamt-Erträgen aus Einzelernten bzw. an Haupt- und Nebenfrüchten) der angebauten Fruchtarten vorliegen. In den meisten Versuchen wurden folgende Düngemittel verwendet:

Die als pflanzenverfügbar anzusehenden Nährstoffanteile wurden entweder als DL-lösliches Phosphat (DL-P) und Kalium (DL-K) nach Egner und Riehm (1955) oder als CAL-lösliches Phosphat und Kalium (CAL-P, CAL-K) nach Schüller (1969) an Bodenproben aus jeweils 0–20 cm Bodentiefe extrahiert. In der Regel waren die Daten in jedem Versuchsjahr nach beiden Methoden ermittelt worden. Von einem kleinen Umfang an Werten lagen jedoch nur die DL-löslichen Nährstoffe vor. Diese Ergebnisse wurden mit Hilfe von einfachen statistischen Gleichungen jeweils in CAL-Werte umgerechnet, die aus den vorliegenden Analysewerten beider Methoden ermittelt worden sind (Tab. 1 und Tab. 2). In den Vergleichskalkulationen wurden die Mittelwerte der Wiederholungen der erhaltenen CAL-löslichen Werte verwendet: Phos­phat als P in mg/100 g und Kalium als K in mg/100 g Boden.

Bei den P-Versuchen konnten Standorte aus insgesamt neun Bundesländern berücksichtigt werden, die nach Reichsbodenschätzung über Böden aus Sand (S) bis tonigem Lehm (tL) mit Bodenpunkten von annähernd 20 bis über 95 aufwiesen. Die K-Versuche stammten aus sieben Bundesländern unter Berücksichtigung von Bodenarten der Güte Sand (S) bis tonigem Lehm (tL) und Bodenpunkten zwischen ungefähr 20 – 95 (Tab. 1 und Tab. 2). Es wurden die in den jeweiligen Bundesländern gebräuchlichen Bezeichnungen für die Bodenarten dokumentiert. Für die spätere Charakterisierung und Zusammenfassung der Böden wurden folgende Bezeichnungen verwendet (Schluffböden sind unter mittleren – schweren Böden eingeordnet):

In den erfassten Dauerversuchen wurden in der Regel alle Fruchtarten gewöhnlicher ökologischer Fruchtfolgen beprobt, in den Versuchen mit Ortswechsel nur die in den jeweiligen Untersuchungsjahren angebauten Fruchtarten (Tab. 1 und Tab. 2). Zur Verrechnung wurden die Ertragswerte der Fruchtarten als Relativ-Erträge der Düngungs­varianten in Relation zu den Erträgen der Standardvarianten ohne Düngung (= 100%) ausgewiesen. Ein Relativwert wurde auf diese Weise mindestens aus einem Standardertrag mit keiner oder geringer Düngung und einem Ertragswert aus Varianten mit Düngung bzw. mit höherer Düngung ermittelt. Die Standardwerte konnten für mehrere Düngungsvarianten Verwendung finden. Es wurden die Mittelwerte über die untersuchten Wiederholungen verwendet. Durch diese Vorgehensweise konnten in einer Auswertung die nährstoffbedingten Ertragsunterschiede von den erfassten Fruchtarten gemeinsam ausgewertet werden.

Bei den Phosphat-Versuchen wurden folgende Fruchtarten angebaut:

Bei den Kalium-Versuchen wurden folgende Fruchtarten angebaut:

In den Tabellen 1–2 wurden die Einzelwerte der Fruchtarten-Erträge der Standardvarianten in Trockenmasse (TM) ausgewiesen. Die erhaltenen relativen Ertragsdifferenzen jeder Fruchtart in jedem Anbaujahr wurden schließlich den ermittelten Bodengehalten an CAL-löslichem Phosphat bzw. Kalium in graphischen Abbildungen gegenübergestellt. Mit Hilfe der in den Tabellen angegebenen Gleichungen wurden von einer geringen Anzahl an Erhebungsdaten die DL-löslichen Werte in CAL-Werte umgerechnet.

Die Bewertung der erhaltenen Ergebnisse wurde in Anlehnung an das VDLUFA-Klassifizierungssystem für Bodenuntersuchungsergebnisse vorgenommen: A = sehr niedrig, B = niedrig, C = mittel, optimal, D = hoch, E = sehr hoch (Spiegel et al., 2014). Die Untergliederung der einzelnen Klassen erfolgte an Hand der erhobenen statistischen Merkmale.

Die statistische Auswertung der Versuchsdaten erfolgte mit dem Statistik-Software-Paket SPSS bzw. mit dem Programm EXCEL. Es wurden Regressionsanalysen, Korrelationen (r), Scatterplots, Boxplots, Median, Mittelwert (MW), Perzentile, Anzahl (n), die Standardabweichung (s) und das Bestimmtheitsmaß (R²) gerechnet. Signifikanzniveaus: p = 10% (*), 5%*, 1%**, 0,1%***.

Ergebnisse

Die in den Versuchsanstellungen angebauten und untersuchten Fruchtarten stammten in der Regel aus typischen ökologischen Fruchtfolgen, in denen zur N-Versorgung Leguminosen in gewöhnlichem Umfang angebaut worden und organische Düngemittel in geringer Höhe zum Einsatz gekommen sind. Im Vergleich zu den Leguminosenparzellen war die Position der geprüften Fruchtarten in den Versuchen mit Ortswechsel unterschiedlich in den Fruchtfolgen angesiedelt, in den Dauerversuchen wurden vollständige Fruchtfolgen inklusive der Leguminosen geprüft.

Von den Standardvarianten ohne mineralische Düngung wurden die TM-Erträge der Hauptprodukte der Frucht­arten erfasst und in Tabelle 3 für die P-Versuche dargestellt. Die Mittelwerte der Erträge und deren Schwankung weisen ein im Ökolandbau übliches mittleres Niveau auf, sie werden deutlich von den Standortfaktoren, z.B. von der Bodenart, geprägt (Tab. 1 und Tab. 3).

Von allen Varianten wurden im Vergleich zu den jeweiligen Standarderträgen (= 100%) die Einzelerträge der angebauten Fruchtarten der P-Düngungsvarianten ins Verhältnis gesetzt. Es wurden Erträge von z.T. weit über 100%, aber auch deutlich niedrigere Erträge als in den Standardvarianten berechnet. Die auf diese Weise erhaltenen relativen Ertragsergebnisse wurden dann den in den jeweiligen Anbaujahren vorgefundenen mittleren Bodenuntersuchungsergebnissen an CAL-löslichen P-Gehalten des Bodens gegenübergestellt und graphisch abgebildet (Abb. 1).

Abb. 1. Einfluss der Versorgung mit löslichem Phosphor des Bodens auf die rela­tive Ertragsdifferenz an Fruchtarten durch mine­ralische P-Düngung im Vergleich zu keiner Düngung (= 100%)

Die Wahl einer Potenzgleichung war dem Punkteverlauf am besten angepasst und führte zu einer sehr hohen statistischen Absicherung (r = 0,377***). Aus der Abbildung wird dennoch eine erhebliche Streuung der einzelnen ermittelten Ertragswerte deutlich. In einem Versorgungsbereich an löslichem Phosphat zwischen 5–12 mg P/100 g Boden verläuft die Regressionskurve in etwa in dem Bereich der 100-%-Linie. Hieraus kann erkannt werden, dass in diesem Versorgungsbereich im Durchschnitt der Varianten bzw. Anbaujahre es durch die zusätzliche P-Düngung zu keiner Ertragsreaktion der geprüften Frucht­arten gekommen ist. Die absolute Schwankung bewegt sich in diesem Bereich um nicht mehr als ± 13% Ertragsdifferenz.

In Richtung niedrigerer P-Versorgung schließt sich ein Bereich an, in dem die Wahrscheinlichkeit langsam zunimmt, dass im Durchschnitt vieler Versuchsvarianten es zunächst zu sehr geringen, bei weiter abnehmender P-Versorgung des Bodens dann zu deutlicheren mittleren Ertragsreaktionen im Vergleich zu keiner Düngung kommt. In dem Versorgungsbereich von unter 3,5 mg P/100 g Boden sind im Vergleich zu keiner Düngung (100%) nicht mehr so starke negative Ertragsschwankungen aufgetreten, während die positiven Abweichungen immer deutlicher zutage treten. In diesem Bereich ist eine ausgeprägte Krümmung der Regressionskurve hin zu höheren relativen Ertragswerten zu erkennen (Abb. 1).

In Abbildung 2 ist eine Aufgliederung der Ertragsreaktionen nach Fruchtartengruppen vorgenommen worden. Es ist deutlich zu erkennen, dass die unterschiedliche P-Versorgung des Bodens kaum zu einer differenzierenden Ertragsreaktion der Fruchtarten geführt hat, obwohl die dargestellten Gruppen Regressionskurven mit hoher statistischer Absicherung aufweisen. Auf Grund der hohen Anzahl an Untersuchungsvarianten kann festgestellt werden, dass besonders bei geringer P-Versorgung des Bodens es zu keiner Unterscheidung in der Ertragsreaktion der Fruchtartengruppen kommt. Eine zusätzliche Aufgliederung der Leguminosen zwischen Futterleguminosen–Gemengen und den Körnerleguminosen brachte kein anderes Ergebnis, die Kurve der Körnerleguminosen war zudem nicht signifikant (nicht dargestellt).

Abb. 2. Einfluss der P-Versor­gung des Bodens auf die relativen Ertragsdiffe­renzen von Frucht­­artengruppen durch zusätzliche minerali­sche P-Düngung im Vergleich zu keiner Düngung (= 100%)

Eine ähnlich geringe Unterscheidung zwischen den durchschnittlichen Ertragsreaktionen der Fruchtarten konnte ebenfalls ermittelt werden, wenn eine Gruppenbildung der Ergebnisse nach unterschiedlichen Boden­arten erfolgt ist (Abb. 3). Eine Differenzierung zwischen leichten bis mittleren Böden und den schweren Böden führte nur zu geringen Unterschieden in der Art, dass auf schweren Böden bei sehr niedriger P-Versorgung es im Durchschnitt zu tendenziell höheren relativen Ertragsdifferenzen kommen kann. Die Anzahl an Versuchsergebnissen auf leichten Böden (S–sL) war aber bei niedriger P-Versorgung zu gering, um eine sichere Aussage ableiten zu können.

Abb. 3. Einfluss der P-Versor­gung des Bodens und zusätzlicher minerali­scher P-Düngung im Vergleich zu keiner Düngung (= 100%) auf die relativen Ertragsdif­ferenzen der Fruchtar­ten, geerntet auf leichten bis mittleren und auf schweren Böden

Zwischen den ermittelten pH-Werten der Versuchsfelder und den P-Düngemitteln bestand eine Wechselwirkung. Während mit steigenden pH-Werten die auf Rohphosphaten basierten Düngemittel (n = 151, r = –0,125(*)) zu einer leicht abnehmenden Ertragswirkung führten, kam es bei Verwendung der anderen P-Düngemittel (vor allem Thomasphosphat, Ulophos, n = 88, r = 0,502***) zu einer Zunahme der durchschnittlichen Ertragswirkung. Gegenüber den Standardvarianten waren besonders bei pH-Werten von über 7,0 diese geprüften Produkte durch eine Ertragsdifferenz von ca. +10% von Vorteil, dagegen waren die Rohphosphate nur noch durch eine geringe Wirkung von durchschnittlich + 2% gekennzeichnet.

Die erhaltenen Ertragsdifferenzen wurden darüber hinaus in Gruppen unterschiedlicher Bodengehaltsbereiche an löslichen Nährstoffen eingeteilt, in denen die Ergebnisse entsprechend ihrem Grad an Übereinstimmung zusammengefasst worden sind (Tab. 4). Entsprechend der P-Versorgung konnten auf diese Weise 4 Gruppen in Boxplots verrechnet werden, die in Anlehnung an die Vorgehensweise des VDLUFA als Gehaltsklassen ausgewiesen worden sind.

Bei einer Versorgung mit weniger als 1,5 mg P/100 g Boden (Tab. 4) werden im Durchschnitt der Fruchtarten Mehrerträge von 9% im Vergleich zu keiner Düngung festgestellt (Median 7%), wenn eine zusätzliche P-Düngung zum Anbau verabreicht wird. In dieser Versorgungsgruppe mit 43 Versuchsvarianten werden die höchste Streuung und die größte Spannweite an Ertragswerten der gesamten P-Versuche erzielt. Diese Gruppe könnte mit der Versorgungsklasse A des VDLUFA-Systems gleich­gesetzt werden.

Zwischen 1,5–2,5 mg P/100 g Boden schließt sich eine große Gruppe mit 119 Versuchsvarianten und etwas geringerer, aber immer noch deutlicher Ertragswirkung von durchschnittlich 7% (Median 6%) an. Die Spann­weite und die Anzahl mit deutlich positiven Ertragsdifferenzen nehmen ab. Diese Gruppe kann der Klasse B gleichgesetzt werden. Daran anschließend kann bei weiter zunehmender Nährstoffversorgung zwischen 2,5–4,5 mg P/100 g Boden ein Versorgungsbereich ausgewiesen werden, in dem nach zusätzlicher P-Düngung nur noch geringe Mehrerträge von nicht ganz 3% (Median 1%) erzielt werden (Tab. 4). Diese Gruppe könnte einem Versorgungsbereich C entsprechend der VDLUFA-Klassifikation zugeschrieben werden.

Bei noch höherer Bodenversorgung mit CAL-löslichem Phosphat von über 4,5 mg P/100 g Boden werden im Durchschnitt dann keine Ertragsreaktionen mehr durch Zusatzdüngung ausgewiesen. In diesen Versuchen kommt es im Vergleich zu keiner Düngung (= 100%) zu einer mittleren Ertragsdifferenz von 99% und im Median zu einem Wert von genau 100%. Die 57 zusammengestellten Versuchsvarianten dieser Gruppe weisen eine Spannweite der Einzelwerte und eine Standardabweichung von etwas über 7% auf. In diesem Versorgungsbereich des Bodens führt eine P-Düngung zu keiner zusätzlichen Ertragswirkung. Daher kann diese Gruppe den VDLUFA-Klassen D und E zugeordnet werden.

Dieses Ertragsniveau der Standardvarianten (= 100%) kann ebenfalls durch eine unterschiedlich hohe Kaliumdüngung verändert werden (Abb. 4). Auch bei den Ergebnissen der K-Versuche ist eine erhebliche Streuung der Einzelwerte zu erkennen. Der gesamte Versuchsansatz lässt einen hochsignifikanten nicht‑linearen Gesamt­zusammenhang zwischen den K-Bodengehalten und den Ertragsdifferenzen erkennen (r = 0,327***).

Abb. 4. Einfluss der Versorgung mit löslichem Kalium des Bodens auf die rela­tive Ertragsdifferenz an Fruchtarten durch zu­sätzliche mineralische K-Düngung im Vergleich zu keiner Düngung (= 100%)

Bei sehr niedriger Versorgung mit CAL-löslichem Kalium im Boden kommt es zu einer durchschnittlichen Erhöhung der Fruchtartenerträge von ungefähr 10%. In Abhängigkeit von den Standort- und Umweltbedingungen können aber auch 40% höhere Erträge, in Einzelfällen auch noch deutlich höhere Ertragssteigerungen festgestellt werden (Abb. 4). Im Bereich bis ungefähr 8 mg K/100 g Boden werden tendenziell noch durchschnittliche positive Ertragsdifferenzen von 5% im Vergleich zu den Standardvarianten gefunden. Obwohl bei sehr hoher K-Versorgung zwischen ungefähr 10 mg und 30 mg K/100 g Bodenversorgung eine große Heterogenität der Streuung vorliegt, ist im Durchschnitt keine Ertragswirkung mehr erkennbar, wie aus dem Verlauf der Regressionskurve abgelesen werden kann.

Während bei den P-Versuchen keine unterschiedlichen Ertragsdifferenzen bei den Fruchtarten ermittelt werden konnten (Abb. 2), waren in den K-Versuchen z.T. deut­liche Wirkungen zu verzeichnen (Abb. 5). Die Unterschiede traten jedoch nur bei relativ niedriger Bodenversorgung mit Kalium auf. Während die untersuchten Getreidearten nur eine geringe durchschnittliche Ertragswirkung zeigten, waren bei den Ackerfutterarten und den Hackfrüchten 10–20% und bei den Körnerleguminosen durchschnittliche positive Werte von 20–30% Ertragsdifferenzen vorzufinden.

Abb. 5. Einfluss der Versorgung mit löslichem Kalium des Bodens auf die rela­tiven Ertragsdifferenzen verschiedener Fruchtar­tengruppen durch zu­sätzliche mineralische K-Düngung im Ver­gleich zu keiner Düngung (= 100%)

Eine ähnliche differenzierende Wirkung war in den Versuchen zu ermitteln, wenn die Einzelwerte entsprechend den unterschiedlichen Bodenarten gruppiert worden sind (Abb. 6). Während auf leichten bis mittleren Böden (S–sL) durch sehr geringe K-Versorgung des Bodens kaum Ertragswirkungen durch eine zusätzliche mineralische K-Düngung aufgetreten sind, konnten z.T. deutliche Ertragsdifferenzen auf schweren Böden (L–T) ermittelt werden. Eine separate Ausweisung der mittleren Böden brachte in der Tendenz ebenfalls einen durchschnitt­lichen mittleren Ertragsanstieg von bis zu 10% und die Datensätze der leichten Böden von 0–5%, doch waren beide Regressionen nicht signifikant (ohne Darstellung).

Abb. 6. Einfluss der K-Versor­gung des Bodens und zusätzlicher minerali­scher K-Düngung im Vergleich zu keiner Düngung (= 100%) auf die relativen Ertragsdif­ferenzen der Fruchtar­ten, geerntet auf leichten bis mittleren und auf schweren Bö­den

Auch die ermittelten Ertragsdifferenzen der K-Ver­suche können an Hand der CAL-löslichen Bodengehalte in Gruppen unterschiedlicher Ertragswirkung eingeteilt (Tab. 5) und zur besseren Handhabung in der landwirtschaftlichen Praxis entsprechend der VDLUFA-Klassifizierung gekennzeichnet werden. Bei einer K-Versorgung von unter 4,5 mg K/100 g Boden liegt hiernach ein Bereich mit deutlicher Unterversorgung vor, da durch eine mineralische K-Zufuhr Mehrerträge im Durchschnitt der Frucht­arten von 12% erzielt werden. In diesem Versorgungs­bereich, in dem die Ergebnisse aus 66 Versuchsvarianten eingegangen sind, werden mit fast 16% die höchste Streuung der Ertragswerte und eine extrem hohe Spannweite der Ergebnisse erzielt. Die Abnahme der Anzahl negativer Ertragsreaktionen ist jedoch nur schwach ausgeprägt. Diese Gruppe kann somit mit der VDLUFA-Klasse A gleichgesetzt werden.

In der mit etwas höherer Versorgung anschließenden Gruppe von 4,5–6,5 mg K/100 g Boden können im Vergleich zu keiner Düngung noch sehr hohe Ertragsdifferenzen auftreten. Die Streuung der Einzelwerte hat mit fast 15% jedoch bereits abgenommen. In dieser Gruppe mit 50 Varianten wird immerhin noch eine durchschnittliche positive Ertragsdifferenz von 8% (Median 7%) berechnet. Dieser Versorgungsbereich kann entsprechend Versorgungsklasse B zugeordnet werden.

In der anschließenden Gruppe von 6,5–10,0 mg K/100 g an CAL-löslicher Bodenversorgung wird durch eine zusätzliche mineralische K-Düngung nur noch ein tendenzieller Ertragsanstieg von 2% (Mittelwert) und 0% (Median) im Vergleich zu keiner Düngung ermittelt. Die Standard­abweichung und die Spannweite der Versuchsergebnisse haben in dieser Gruppe mit 38 Varianten bereits deutlich abgenommen, wodurch es zu einer entsprechenden Zunahme der Ertragssicherheit kommt. Daher können die Ergebnisse dieser Gruppe einer VDLUFA-Versorgungs­klasse C zugeordnet werden.

Bei noch höherer Versorgung als 10 mg K/100 g Boden kommt es durch zusätzliche K-Düngung zu keinen messbaren Ertragseffekten mehr (insgesamt 47 Versuchsvarianten). Die Versuchsstreuung pendelt sich auf Werte von etwas unter 7% und einer Spannweite der Ertragsdifferenzen von 32% ein und ist damit vergleichbar mit der Streuung in den untersuchten P-Feldversuchen (Tab. 4 und Tab. 5). Die erlangten Ergebnisse dieser Gruppe können somit den Versorgungsklassen D und E des VDLUFA-Systems zugeordnet werden, in denen durch zusätzliche Düngungsmaßnahmen keine Ertragseffekte mehr erzielt werden können.

Bei sehr niedriger P- und K-Versorgung wurden auf diese Weise mittlere Ertragswirkungen von 9% in den P- und von 12% in den K-Versuchen und eine sehr hohe Streubreite der Werte ermittelt. In den z.B. von Köster und Schachtschabel (1983), Baumgärtel (1988), Kerschberger und Schröter (1998) und Kuchenbuch und Buczko (2011) zusammengefassten konventionellen Versuchen mit einer vergleichsweise hohen Anzahl an Varianten waren es z.T. deutlich höhere Werte. In Versuchen mit geringerer Variantenanzahl wurden dagegen oft vergleichbare Mehrerträge im P- und K-Mangelbereich gefunden (Köhnlein und Knauer, 1965; Graß, 1988; Jungk, 1993; Jungk et al., 1993; Hege und Offenberger, 1996, 1998; Früchtenicht und Steffens, 1996; Fischer und Apel, 1998).

In den eigenen und den zitierten Versuchsergebnissen ist in diesem sehr niedrigen Versorgungsbereich die Wahrscheinlichkeit deutlich erhöht, dass im Durchschnitt vieler Varianten bzw. Anbaujahre bei Unterlassung einer Düngung mit den jeweiligen Nährstoffen die Ertragsausfälle z. T. stark ansteigen können. Auf Grund der hohen Streubreite der registrierten Ertragswerte kann angenommen werden, dass je nach den konkreten Standort- und Wetterbedingungen nur in diesem unzureichenden Versorgungsbereich die für die Pflanzen vorzufindenden Ernährungsbedingungen sehr große Unterschiede aufweisen. An Hand von detaillierten statistischen Auswertungen von Dauerversuchen konnten Kolbe und Köhler (2008) und Kuchenbuch und Buczko (2011) einige verantwortliche Faktoren für diese Zusammenhänge etwas deutlicher aufdecken (Schachtschabel, 1963; Niederbudde, 1985, 1987).

Unter den Verhältnissen der praktischen Landwirtschaft sind einige wichtige Einflussfaktoren, wie z.B. die zu erwartenden Wetterverhältnisse, weitgehend unbekannt oder es kann keine rechtzeitige Reaktion erfolgen, so dass eine Berücksichtigung bei der Düngungsbemessung kaum möglich erscheint. Im ökologischen Landbau wird zudem bei der Grunddüngung nicht die einzelne anzubauende Fruchtart direkt gedüngt, wie es im konventionellen Landbau heute üblich ist. Die Düngungs­bemessung sollte vielmehr im Durchschnitt mehrerer Fruchtarten, am besten im Rahmen der Fruchtfolge verabreicht werden (Kolbe und Köhler, 2008). Da im Durchschnitt im ausgewiesenen P- und K-Mangelbereich mit deutlichen Ertragsausfällen zu rechnen ist wenn eine entsprechende Düngung unterbleibt, ist die festgestellte hohe Streubreite der Ertragsdifferenzen im Mangelbereich bei diesem Anbausystem von untergeordneter Bedeutung.

Ziel des Nährstoffmanagements ist es, eine Bodenversorgung mit Nährstoffen zu erreichen, die ein möglichst ungestörtes Pflanzenwachstum gewährleisten kann. Diese ausreichenden Gehalte führen in der Regel noch zu geringen Ertragserlösen bei entsprechender zusätzlicher Düngung, liegen daher nicht auf einem Niveau, bei dem keine Ertragseffekte mehr festzustellen sind (maximales Ertragsniveau). Entsprechend dem Gesetz vom abnehmenden Ertragszuwachs wird daher ein optimales Ertragsniveau an Fruchtarten angestrebt (Versorgungsklasse C).

Aus diesen Versuchsergebnissen tritt der abnehmende Ertragszuwachs deutlich hervor, wenn z.B. die Y-Achsen mit den Ertragsdifferenzen der Abbildungen 1 und 4 spiegelbildlich dargestellt werden. Es können dann die unterschiedlichen Ertragsbereiche in Folge der Bodenversorgung im Ökolandbau und auch nach entsprechender Datenaufbereitung in konventionellen Anbausystemen relativ eindeutig veranschaulicht werden (Munk und Bärmann, 1977, 1978; Munk, 1988; Kerschberger und Schröter, 1998; Munk et al., 2005).

Nach VDLUFA-Vorgaben liegt das optimale Versorgungsniveau unter konventionellen Bedingungen für Phosphor bisher im Bereich zwischen 4,5 mg/100 g und 9,0 mg P/100 g (Kerschberger et al., 1997) bzw. zwischen 3,1 mg/100 g und 6,0 mg P/100 g Boden (Wiesler et al., 2018) und für Kalium auf mittleren Böden zwischen 8,0 mg/100 g und 17,0 mg K/100 g Boden (Kerschberger und Hege, 1998; Baumgärgel et al., 1999). In den hier vorgestellten Versuchen des ökologischen Landbaus können diese optimalen Versorgungsbereiche jedoch in etwa mit Werten zwischen 2,5–4,5 mg P/100 g und 6,5–10,0 mg K/100 g Boden umschrieben werden. Detaillierte Vergleichsauswertungen dieser graphischen Darstellungen unter konventionellen und ökologischen Anbau­bedingungen der hier präsentierten Ergebnisse lassen daher deutlich erkennen, dass die Bodengehalte zur Erlangung optimaler Erträge sowie die daraus abgeleiteten Nährstoffklassen auf z.T. deutlich unterschiedlichen Versorgungsbereichen liegen.

Entgegen diesen Unterschieden zwischen den beiden Landbausystemen, liegt die Streuung der Ertragswerte in hohen Nährstoffversorgungsbereichen, in denen keine Ertragseffekte durch zusätzliche Düngung mehr festgestellt werden, auf sehr ähnlichem Niveau. So können in den eigenen Versuchen Werte in der Spannweite der Ertragsdifferenzen um 30% (P = 27%, K = 32%, Tab. 4 und Tab. 5) und in der Standardabweichung von ungefähr 7% ermittelt werden. Unter Beachtung des höheren Ertragsniveaus können in den zusammengefassten Versuchen von Kuchenbuch und Buczko (2011) und anderen Arbeiten im hohen Versorgungsbereich Spannweiten für Ergebnisse aus P-Versuchen um 15 – 25% und für K-Versuche um 20 – 30% abgelesen werden (Köster und Schachtschabel, 1983; Baumgärtel, 1988; Jungk, 1993; Früchtenicht und Steffens, 1996; Fischer und Apel, 1998; Hege und Offenberger, 1998). Diese dokumentierten Werte können somit der gewöhnlich vorzufindenden Versuchsstreuung gleichgesetzt werden.

Auch die Abnahme des Umfangs negativer Ertrags­differenzen im Bereich einer sehr niedrigen Nährstoff­versorgung, wie sie besonders bei den P-Versuchen in Erscheinung traten, können durch Versuchsergebnisse aus dem konventionellen Landbau bestätigt werden (Graß, 1988; Früchtenicht und Steffens, 1996; Fischer und Apel, 1998; Kuchenbuch und Buczko, 2011).

In den zusammengefassten P-Versuchen wurden keine deutlichen Zusammenhänge zwischen der zugrunde­liegenden Bodenversorgung und den Ertragsdifferenzen ermittelt, die auf den Einfluss unterschiedlicher Bodenarten oder Fruchtarten zurückgeführt werden konnten. In den Auswertungen eines ökologischen Dauerver­suches von Farack et al. (2019) konnten lediglich geringe Tendenzen einer unterschiedlichen Wirkung bestimmter Pflanzenarten ermittelt werden.

Diesen Ergebnissen stehen die Analysen von Römer und Lehne (2004) entgegen, die in Gefäßversuchen bei niedrigen P-Gehalten des Bodens nach P-Düngung deutliche Ertragseffekte z.B. bei Futterleguminosen nach­gewiesen haben. Diese Ergebnisse können somit durch die vielen Versuchsvarianten der vorliegenden Feldver­suche unter dem Einfluss des praktischen ökologischen Landbaus eindeutig nicht bestätigt werden. Auch aus konventionellen Versuchen traten kaum Wechselwirkungen zwischen der Bodenart oder den Fruchtarten und der P-Bodenversorgung auf die Ertragsdifferenzen in Erscheinung (Schwerdt und Jessen, 1961; Schachtschabel, 1963; Schachtschabel und Köster, 1985; Wendt, 1991; Baumgärtel, 1996).

Hingegen diesen Untersuchungen führten die hier präsentierten Auswertungen zu den ökologischen K-Versuchen zu deutlichen Abhängigkeiten der Versuchsergebnisse sowohl von den zugrundeliegenden Bodenarten als auch von den untersuchten Pflanzenarten. Die Ergebnisse aus dem K-Steigerungsversuchen von Farack et al. (2019) weisen in die gleiche Richtung. Während bei niedrigen K-Gehalten des Bodens bei den Getreidearten nur geringe Ertragseffekte gemessen worden sind, wurden bei Kartoffeln und Ackerbohnen deutliche Ertragsunterschiede nach zusätzlicher K-Düngung ermittelt. Auch Versuchsauswertungen des konventionellen Landbaus kamen zu ähnlichen Erkenntnissen (Kuhlmann und Wehrmann, 1984; Schachtschabel, 1985; Baumgärtel, 1998).

Aus den zusammengestellten Daten geht weiterhin hervor, dass es bei den ökologischen Versuchsbedingungen bei niedriger CAL-löslicher K-Versorgung des Bodens auf den leichten Böden zu einer geringeren Ertragswirkung kommt als bei einem Anbau auf den schwereren Böden. Hieraus kann die Folgerung bestätigt werden, dass mit steigender Textur z.B. im Tongehalt des Bodens eine jeweils höhere Versorgung mit Kalium vorzusehen ist, und dass auch der Bereich einer optimalen Versorgung bei jeweils höheren Kaliumwerten im Boden anzusiedeln ist. Hierzu lassen sich aus der experimentellen Arbeit unter den konventionellen Bedingungen ebenfalls einige Arbeiten nennen, aus denen diese Zusammenhänge herausgearbeitet werden konnten (Schachtschabel, 1963; von Braunschweig, 1980; Früchtenicht, 1993; Kolbe und Köhler, 2008) und Eingang gefunden haben in die VDLUFA-Beschreibungen zur K-Düngung (Baumgärgel et al., 1999).

Aus der Überprüfung des Nährstoffmanagements vieler Betriebe aus Deutschland und angrenzenden Ländern geht jedoch auch hervor, dass auf Grund langjährig z.T. deutlich negativer Nährstoffsalden es zu einer stetigen Abnahme der Gehalte wichtiger Grundnährstoffe im Boden gekommen ist (Schulte und Schröder, 1996; Kolbe, 2015; Cooper et al., 2018). Aus den hier zusammen­geführten Versuchsergebnissen aus dem ökologischen Landbau geht eindeutig hervor, dass die Wahrscheinlichkeit von Ertragsschwankungen und Ertragsausfällen im Ökolandbau zunehmen, wenn bestimmte Konzentra­tionen an verfügbaren Nährstoffen in den Ackerschlägen unterschritten werden. Diese kritischen Gehalte, die eine Unter- oder sogar Mangelversorgung kennzeichnen, werden beim Phosphat durch Unterschreitung der Werte von 2,5 mg P/100 g und beim Kalium je nach Bodenart bei Werten unterhalb von 6–7 mg K/100 g eines mittelschweren Bodens erreicht.

Die Abnahme der Nährstoffversorgung weist daher auch im ökologischen Landbau Grenzen auf, die durch das Gesetz vom Minimum umschrieben werden, wodurch eine Kompensation von fehlenden einzelnen Nährstoffen durch verbesserte alternative pflanzenbauliche Maßnahmen gar nicht oder nur in geringem Umfang möglich ist. Damit in Zukunft nicht einzelne Nährstoffe ins Minimum gelangen, wodurch die Gefahr von Ertragsausfällen weiter zunehmen und es zu einer Abnahme der Nährstoff­effizienz kommen würde, ist somit ein aktives Nährstoffmanagement auf jeder Acker- und Grünlandfläche auf den Betrieben des ökologischen Landbaus erforderlich.

Aus den Versuchsauswertungen geht hervor, dass auf Grund der insgesamt geringeren Nährstoffzufuhr an Hauptwachstumsfaktoren (in der Regel Stickstoff) und dem damit zusammenhängenden geringeren Ertrags­niveau es für den Ökolandbau vorteilhaft ist, ein eigenes Versuchswesen zum Nährstoffmanagement zu etablieren. Die bereits bestehenden Systeme zum Nährstoff­management der ökologischen landwirtschaftlichen Praxis sind durch ein ständiges Versuchswesen zu überprüfen und ggf. zu verbessern und sollten auf den Betrieben auf Basis der Schlagkarteiaufzeichnung auf periodisch durchzuführender Bodenuntersuchung, Nährstoffbilanzierung und Düngungsbemessung mit den erlaubten mineralischen und organischen Düngemitteln beruhen.

Für die Einordnung der gefundenen Bodenunter­suchungsergebnisse ist in der praktischen Durchführung ein Bewertungssystem erforderlich, dass an dem bekannten und bewährten fünfstufigen System des VDLUFA ausgerichtet werden sollte. Aus den präsentierten Ergeb­nissen können hierzu experimentell unterlegte Vor­schläge zu beiden Nährstoffen unterbreitet werden. Für das CAL-lösliche Phosphat sollten die Versorgungs­klassen in etwa folgende Bereiche umfassen (mg P/100 g Boden):

Bisher wurde für den Ökolandbau der Versorgungsbereich der Klasse B des konventionellen Landbaus zwischen 2,1–4,4 mg P/100 g als optimaler Bereich für den Ökolandbau beziffert (Kolbe und Köhler, 2008). Für den konventionellen Landbau lag die optimale Klasse C zwischen 4,5–9,0 mg P/100 g Boden (Kerschberger et al., 1997; Kolbe et al., 2015). Damit ist der optimale Bereich der neuen C-Klasse im Ökolandbau in etwa identisch mit der alten B-Klasse.

Neue Vorschläge des VDLUFA für die P-Versorgungsklassen weisen im konventionellen Landbau einen optimalen C-Bereich von 3,1–6,0 mg P/100 g Boden auf (Hege und Offenberger, 2001, 2008; Römer et al., 2005; Wiesler et al., 2018). Entgegen den bisher gültigen Werten von Kerschberger et al. (1997) ist eine deutliche Herabsetzung der Werte festzustellen. Damit bewegen sich die als optimal angesehenen P-Gehalte im konven­tionellen Landbau auf die jetzt vorgeschlagenen Werte im ökologischen Anbaubereich zu. Sie weisen aber immer noch einen höheren Versorgungsbereich auf, eine zusammenfassende experimentelle Absicherung dieser konventionellen Werte steht jedoch noch aus.

Auf Grund der erlangten Ergebnisse könnten die Versorgungsklassen für das CAL-lösliche Kalium auf den mittleren (bis schweren) (lS–L) Böden folgender Maßen formuliert werden (mg K/100 g Boden):

In der Praxis und Beratung des Ökolandbaus wurden bisher ausreichende Bereiche an Kalium zwischen 6,5–8,5 mg K/100 g Boden angenommen. Aus ersten experimentellen Ableitungen wurden Versorgungsbereiche abgeleitet, die der bisherigen Klasse B des konventionellen Systems entsprechen (Kolbe und Köhler, 2008; Kolbe et al., 2015). Im Vergleich zu diesen gebräuchlichen Werten gibt es ebenfalls eine relativ hohe Übereinstimmung zu dem jetzt vorgeschlagenen Versorgungsbereich der Klasse C von 6,5–10 mg K/100 g Boden. Es kann angenommen werden, dass bei einer neuen Justierung der konventionellen Bewertungsklassen ebenfalls mit einer Herabsetzung des optimalen Versorgungsbereichs der Klasse C zu rechnen ist (Hege und Offenberger, 2001; Römer et al., 2005; Hege et al., 2008; Kuchenbuch und Buczko, 2011).

Im Ökolandbau steht die Fruchtfolgedüngung im Vordergrund einer praktischen Anwendung. Die Grunddüngung sollte hierbei, wie z.B. beim Kalium aufgeführt, zu den bedürftigen Fruchtarten (Leguminosen, Hackfrüchte, Feldgemüse) bevorzugt verabreicht werden. Darüber hinaus hat sich allgemein bei der praktischen Umsetzung gezeigt, dass eine Düngungsbemessung auf Basis des Nährstoffentzuges von Fehlern behaftet ist, wenn verhältnismäßig geringe Fruchtartenerträge vorliegen. Für eine genauere Berechnung der Düngermengen zur Erreichung und Sicherung der Nährstoffzielgehalte des Bodens haben sich daher im Ökolandbau mathematische Methoden bewährt, die auf experimentell begründeten Relationen zwischen den Salden und den Bodenänderungen der Nährstoffe beruhen, wobei Eigenschaften der Nachlieferung und Festlegung berücksichtigt werden (Kolbe und Köhler, 2008; Kolbe, 2010).