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Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen

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Inhalt: Nährstoffversorgung und Düngestrategien

Von den Pflanzen aufgenommenen Nährstoffe werden mit der Ernte vom Feld gebracht. Sie müssen daher gezielt nachgeliefert werden, um stabile und ausreichend hohe Ernteerträge zu sichern. Doch auch die Qualität des Erntegutes und die Widerstandskraft der Pflanze gegenüber abiotischen (z. B. Hitze und Trockenheit) und biotischen (Krankheiten und Schädlinge) Stressoren hängt maßgeblich von ihrem Nährstoff-Versorgungszustand ab.

Die Forschung am JKI beschäftigt sich mit grundsätzlichen Fragen der Pflanzenernährung, um den Versorgungszustand von landwirtschaftlichen Böden mit Nährstoffen sowie deren Pflanzenverfügbarkeit einzuschätzen und entsprechende Düngeempfehlungen abzuleiten. Darüber hinaus geht es auch um alternative Wege, Nährstoffe bereitzustellen und unerwünschte Nebeneffekte der Düngung auf die Umwelt zu minimieren. Die Forschungsarbeiten zur Pflanzenernährung konzentrieren sich aktuell auf die Makronährstoffe Stickstoff (N) und Phosphor (P).

Pflanzennährstoffe: Wichtige Makronährstoffe für das Pflanzenwachstum sind Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium und Schwefel. Spurennährstoffe wie etwa Eisen, Zink, Bor, Molybdän oder Mangan werden in geringeren Mengen benötigt. Der Nährstoffbedarf ist von Kultur zu Kultur unterschiedlich.

Stickstoff (N)

Stickstoff ist für das Pflanzenwachstum unverzichtbar. N-Emissionen und Nitrat-Auswaschungen als Folge der Stickstoffdüngung belasten jedoch die Umwelt. Das JKI-Fachinstitut für Pflanzenbau und Bodenkunde arbeitet daran, die Stickstoffeffizienz in pflanzenbaulichen Systemen zu verbessern. Dazu werden unter anderem der Düngebedarf ermittelt und die Effekte unterschiedlicher Fruchtfolgen, von Zwischenfrüchten, Bodenbearbeitung oder Applikationsverfahren auf Emissionen und agronomische Kennzahlen ermittelt.

Gasförmige N-Verluste

In den vergangenen Jahren konnten die N-Emissionen in der Landwirtschaft verringert werden. Dennoch müssen gasförmige Verluste bei der Lagerung und beim Ausbringen stickstoffhaltiger Düngemittel im Sinne eines nachhaltigen Pflanzenbaus weiter gesenkt werden. In Feldversuchen prüft das Fachinstitut für Pflanzenbau und Bodenkunde Effekte verschiedener pflanzenbaulicher Maßnahmen (s.o.) auf die N-Emissionen.

Nitrat-Auswaschung

Nicht von den Pflanzen aufgenommener Stickstoff kann als Nitrat mit dem Sickerwasser aus dem Wurzelraum ausgetragen werden und so ins Grundwasser gelangen. Das JKI erforscht die Effekte der landwirtschaftlichen Bearbeitung und politischer Düngevorgaben auf die Grundwasserbelastung mit Nitrat und arbeitet daran, die hier immer noch vorhandenen Wissenslücken zu schließen.

Um verlässliche Aussagen über die Dünge-Umwelt-Zusammenhänge treffen zu können, entwickeln wir unter anderem Indikatoren für die standortbedingte Stickstoffemission nach verschiedenen Bewirtschaftungsmaßnahmen, die Effizienz des Stickstoffeinsatzes oder die Belastung von Sicker- und Dränagewasser mit Nitrat.

Nationale Nährstoffbilanz Stickstoff (N)

Was ist eine Nährstoffbilanz?

Eine Nährstoffbilanz ist die Differenz zwischen der Nährstoffzufuhr – hauptsächlich durch organische und mineralische Düngemittel – und der Nährstoffabfuhr mit dem Erntegut innerhalb eines Bilanzzeitraumes. Eventueller Nährstoffüberschuss gibt einen Hinweis darauf, wie hoch der potentielle Verlust des Nährstoffes je Flächeneinheit ausfallen könnte.

Stickstoffbilanzen werden unter anderem von Wissenschaft, Agrar- und Umweltpolitik verwendet, um die Nährstoffversorgung der Agrarflächen zu beschreiben. Dauerhaft hohe N-Überschüsse deuten auf eine Umweltbelastung z.B. durch Nitratauswaschung in Gewässer hin. Doch auch eine negative N-Bilanz gefährdet die Ressource Boden, weil sie zu einer verringerten Bodenfruchtbarkeit führen kann.

Die Stickstoff-Gesamtbilanz wird jährlich vom JKI-Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde in Kooperation mit dem Institut für Landschaftsökologie und Ressourcenmanagement der Universität Gießen berechnet und vom BMEL in den statistischen Monatsberichten veröffentlicht. Sie setzt sich aus der Flächenbilanz (Pflanzenproduktion), Stallbilanz (Tierische Erzeugung) und der Biogasbilanz (Biogas in landwirtschaftlichen Biogasanlagen) zusammen. Die verwendeten Daten werden auf Grundlage der Düngeverordnung (DÜV) von den landwirtschaftlichen Betrieben erhoben.

Hier geht es zu den Statistischen Monatsberichten des BMEL.

Phosphor (P)

Unter den organischen Düngemitteln sind vor allem Wirtschaftsdünger tierischer Herkunft (Gülle, Jauche, Festmist) gute Phosphorlieferanten. Sie fallen in großen Mengen auf tierhaltenden Betrieben an, können jedoch bei unsachgemäßer Verwendung ökologisch problematisch sein: Je höher die Viehbesatzdichte einer Region, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass hohe Mengen Wirtschaftsdünger ausgebracht werden. Dadurch steigt die Gefahr, dass die Phosphorzufuhr auf die umliegenden landwirtschaftlichen Flächen die P-Aufnahme der Kulturpflanzen übersteigt, was zur Auswaschung oder Erosion des Makronährstoffes in umliegende Gewässer führt und so zur Eutrophierung beiträgt. Je bessere bekannt ist, wie gut die verschiedenen P-Formen im Boden für Pflanzen verfügbar sind, desto besser kann eine Überdüngung von landwirtschaftlich genutzten Flächen vermieden werden. Am JKI wird daher untersucht, wie der Versorgungszustand von landwirtschaftlichen Böden mit Phosphor (und anderen Nährstoffen) sowie dessen Pflanzenverfügbarkeit ermittelt und beurteilt werden kann. Dieses Wissen kann für angepasste Düngeempfehlungen und einen nachhaltigen Umgang mit Nähstoffen genutzt werden

Im Fokus:

Phosphor-Recyclingdünger

Mineralische Phosphordünger werden aus Rohphosphaten hergestellt. Phosphatlagerstätten sind jedoch endlich, und darüber hinaus werden Rohphosphate zu einem großen Teil aus politisch instabilen Ländern oder aus Ländern mit einem hohen Eigenbedarf importiert. Die Herstellung von Recyclingdüngern aus organischen, P-reichen Reststoffen und Nebenprodukten ist ist daher ein wichtiger Ansatz, um unabhängiger von Rohstoffimporten zu werden.

Mit den in Gülle, Klärschlamm, Knochenmehlen und Biogas-Gärrückständen enthaltenen Phosphormengen könnte der Bedarf der deutschen Landwirtschaft gedeckt werden. Allerdings sind aus diesen Ausgangsstoffen hergestellte Recyclingprodukte häufig mit Schadstoffen und Krankheitserregern belastet. Außerdem können sie Verbindungen enthalten, die zu einer teilweise deutlich reduzierten P-Verfügbarkeit für die Pflanze führen.

Am Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde wird daher die pflanzenphysiologische Wirkung von Recyclingdüngern und deren Einfluss auf die Bodenfruchtbarkeit, auch im Vergleich zu mineralischen Düngern, erforscht. Basierend auf diesen Ergebnissen werden Kriterien zur Bewertung handelsfähiger Recyclingdünger entwickelt, um diese gezielt und nachhaltig einzusetzen.

Zuständiges Institut