Hintergrund und Zielsetzung

Die ökonomischen und strukturellen Bedingungen in der Landwirtschaft ändern sich: Acker- und Grünland werden intensiver genutzt, immer mehr Grünland wird zu Ackerland umgewandelt. Werden Böden mechanisch bearbeitet, und stirbt die Grasnarbe beim Grünlandumbruch oder beim Umbruch zu dessen Erneuerung ab, wirkt sich das negativ auf die Umwelt aus. So belasten etwa ausgewaschene Nitrate das Grundwasser oder durch Mineralisation organischer Bodensubstanz werden Treibhausgase frei. Wir wissen zu wenig darüber, wie unterschiedliche Verfahren der Grünlanderneuerung, der Grünlandpflege sowie des Grünlandumbruchs - je nach Standort differenziert -  auf die Prozesse der Umsetzung von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) wirken. Diese Prozesse sind aber für die Düngeplanung, die Klimaberichterstattung und den Umweltschutz relevant. In unserem Projekt untersuchen und bewerten wir unterschiedliche Verfahren der Grünlanderneuerung und des Grünlandumbruchs: Wie beeinflussen sie die Treibhausgasemission, die Nitratauswaschung sowie die Stickstoffdynamik im Boden und letztlich die Düngeplanung. 

Zielgruppe

Wissenschaft, Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Fachöffentlichkeit und Interessenverbände der Landwirtschaft und des Umweltschutzes.

Vorgehensweise

Gemeinsam mit der Landwirtschaftskammer Niedersachsen legen wir Parzellen mit unterschiedlichen Verfahren der Grünlanderneuerung an und vergleichen sie mit Dauergrünlandkulturen sowie der Grünlandumwandlung in Ackerland. Die Versuche erfolgen auf zwei Standorten mit verschiedenen Böden (Plaggenesch in Wehnen und Anmoorgley in Ihausen). Über einen Zeitraum von zwei Jahren werden wöchentlich Treibhausgasemission und Stickstoffdynamik im Boden gemessen. Folgende Varianten werden untersucht:  Kontrolle (Grünland ohne Erneuerung), Grünlandverbesserung durch Nachsaat, Pfluglose Grünlanderneuerung mittels chemischer Narbenabtötung und Direktsaat, Grünlanderneuerung durch mechanisch-chemischen Grünlandumbruch mit Pflug, Grünlandumwandlung in Ackerland (Mais) durch mechanisch-chemischen Grünlandumbruch mit Pflug.  Die Emissionen von Lachgas (N₂O), Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂) bestimmen wir mittels geschlossener Messkammern. Anhand von Isotopensignaturen sollen Bildungs- und Abbauprozesse des N₂O erfasst werden. N-Verluste durch Nitratauswaschung quantifiziern wir durch wöchentliche Messung des mineralischen Stickstoffs (Nmin) im Oberboden sowie Nmin-Tiefenprofile im Frühjahr und Herbst. Zur weiteren Aufklärung der N-Dynamik führen wir Isotopentracerversuche im Feld durch.  

Unsere Forschungsfragen

• Erhöhen die Grünlanderneuerung und die Umwandlung von Grünland zu Acker die N₂O-Emissionen?
• Lässt sich die N₂O-Emisison bei der Grünlanderneuerung vermindern, wenn man die Intensität von Eingriffen minimiert?
• Wie viel reaktiver Stickstoff geht über den Prozess der Denitrifikation verloren?
• Welche Bedeutung haben - neben den direkten N₂O-Emissionen von der Bodenoberfläche - die sogenannten indirekten Emissionen aus der Nitratauswaschung?
• Wie unterschiedlich sind die Verluste an organischer Bodensubstanz durch verstärkte Mineralisation bei verschiedenen Verfahren der Grünlanderneuerung?
• Welche Konsequenzen hat das im Hinblick auf die CO₂-Belastung der Atmosphäre und die Nitratauswaschung in das Grundwasser?
• Welche Bedeutung haben die verschiedenen Verfahren der Grünlanderneuerung auf die Ertragsbildung und die bedarfsgerechte Düngung? 

Ergebnisse

Auf den untersuchten Standorten zeigte sich nach Grünlanderneuerung und-umbruch eine verstärkte Mineralisation, welche zu einer kurzfristigen Erhöhung der N₂O Emissionen führte. Die Varianten unterschieden sich jedoch nicht in ihren mittleren Jahresemissionen. Für den Plaggenesch zeigte sich besonders im ersten Jahr nach Grünlanderneuerung und -umbruch eine erhöhte Gefahr der NO₃^- Auswaschung (indirekte Emissionen). Unter Anwendung von stabilen Isotopen konnte für den Anmoorgley hingegen eine Dominanz der N₂ Emissionen ermittelt werden (Denitrifikation). Insgesamt hat sich gezeigt, dass der Aufwand, Nutzen und die Folgen einer Grünlanderneuerung wohl abwogen sein sollen und eine rasche Bestandsentwicklung entscheidende Verluste minimiert. Hierbei ist es wichtig, die N-Mineralisation bei der Düngung mit zu berücksichtigen.

Publikationen:

Buchen C, Lewicka-Szczebak D, Fuß R, Helfrich M, Flessa H, Well R (2016) Fluxes of N₂ and N₂O and contributing processes in summer after grassland renewal and grassland conversion to maize cropping on a Plaggic Anthrosol and a Histic Gleysol. Soil Biol Biochem 101:6-19, DOI:10.1016/j.soilbio.2016.06.028

Buchen C, Well R, Helfrich M, Fuß R, Kayser M, Gensior A, Benke M, Flessa H (2017) Soil mineral N dynamics and N₂O emissions following grassland renewal. Agric Ecosyst Environ 246:325-342, DOI:10.1016/j.agee.2017.06.013.

Buchen C, Lewicka-Szczebak D, Flessa H, Well R (2018) Estimating N₂O processes during grassland renewal and grassland conversion to maize cropping using N₂O isotopocules. Rapid Comm Mass Spectrometry 32:1053-1067, DOI:10.1002/rcm.8132