Read the book: «Ökologische Landwirtschaft»

Michael Wachendorf, Andreas Bürkert, Rüdiger Graß (Hrsg.)

Ökologische Landwirtschaft

87 Abbildungen

12 Steckbriefe

59 Tabellen

Inhaltsverzeichnis

Cover

Haupttitel

Die UTB-Reihe

Inhaltsverzeichnis

Über die Herausgeber

Über die Autoren

Impressum

Vorwort

Gemäßigte Klimate

1Pflanzliche Erzeugung

1.1Pflanzenzüchtung

1.1.1Rahmen und Kriterien der Pflanzenzüchtung für und in der Ökologischen Landwirtschaft

1.1.2Züchtungsmethoden, die für die Ökologische Landwirtschaft abgelehnt oder als problematisch angesehen werden

1.1.3Züchtungsmethoden, die besonders in der Ökologischen Züchtung eingesetzt werden

1.1.4Pflanzeneigenschaften, die besonders für die Ökologische Landwirtschaft wichtig sind

1.2Anbausysteme im Ackerbau

1.2.1Fruchtfolgegestaltung

1.2.2Nährstoffmanagement und Humuswirtschaft

1.2.3Bodenbearbeitung

1.2.4Pflanzenschutz

1.2.5Beikrautregulierung

1.2.6Steckbriefe der Ackerfrüchte

1.3Feldgemüsebau

1.3.1Anbausysteme

1.3.2Abiotischer und biotischer Ressourcenschutz

1.3.3Steckbriefe ausgewählter Feldgemüsearten

1.4Grünland

1.4.1Definition und Bedeutung

1.4.2Merkmale wichtiger Grünlandpflanzen

1.4.3Etablierung

1.4.4Pflege

1.4.5Nährstoffe, Düngung und pH-Wert des Bodens

1.4.6Nutzung und Konservierung

1.4.7Qualität und Verwertung des Grünlandfutters

1.4.8Ökosystemleistungen

1.5Bioenergieproduktion

1.5.1Direkte Verbrennung und Agrarholzanbau

1.5.2Biogas

1.5.3Wirkungen im (Betriebs-)System

2Tierische Erzeugung

2.1Tierhaltung

2.1.1Rechtliche Grundlagen

2.1.2Sozioökonomische Aspekte

2.1.3Verbrauchererwartungen

2.1.4Tierschutz

2.1.5Beurteilung des Tierwohls

2.1.6Umwelt- und Naturschutzaspekte

2.2Tierzucht

2.2.1Ziele

2.2.2Determinanten des Zuchtfortschritts

2.2.3Genotyp-Umwelt-Interaktionen

2.2.4Zuchtziele

2.2.5Neue Herausforderungen: Genomische Selektion

2.3Tierernährung

2.3.1Grundsätze der Tierernährung

2.3.2Nährstoffverfügbarkeiten

2.3.3Produktionsziele

2.3.4Tiergerechte Fütterung

2.3.5Fütterungsstrategien

2.3.6Qualitätserzeugung

2.4Tiergesundheit

2.4.1Stellenwert der Tiergesundheit in der Ökologischen Landwirtschaft

2.4.2Biologische Grundlagen der Anpassung

2.4.3Konkurrenz und Kooperation zwischen lebenden Systemen

2.4.4Gesundheit und Krankheit

2.4.5Facetten der Tiergesundheit in der Nutztierhaltung

2.4.6Lebensumwelt von Nutztieren

2.4.7Grenzen der Anpassungsfähigkeit

2.4.8Gesetzliche Vorgaben und Rahmenbedingungen

2.4.9Ökologische Nutztierhaltung und Produktionskrankheiten

2.4.10Tiergesundheitsmanagement

2.5Umweltwirkungen der Ökologischen Tierhaltung

2.5.1Wirkungskategorien

2.5.2Wirkungen von Nutztieren auf Gewässer

2.5.3Wirkungen von Nutztieren auf den Boden

2.5.4Wirkungen von Nutztieren auf die Atmosphäre

2.5.5Wirkungen von Nutztieren auf die Biodiversität

2.5.6Wirkungen von Nutztieren auf die Landschaft

3Betriebswirtschaft

3.1Systemverständnis ökologisch wirtschaftender Unternehmen

3.2Betriebswirtschaftliche Charakteristika

3.3Intensität, Produktivität und Effizienz

3.4Produktionsfaktor Arbeit

3.5Produktionsfaktor Boden

3.6Produktionsfaktor Kapital

3.7Produktionsplanung und Controlling

3.8Umstellung auf Ökologische Landwirtschaft

4Unternehmensführung und -kommunikation

4.1Theoretisch-konzeptionelle Perspektiven

4.2Vertrauensbildung in der Ökologischen Landwirtschaft

4.2.1Vertrauen aus Erwartungshaltung

4.2.2Glaubwürdigkeit

4.2.3Label

4.3Herausforderungen in der Vertrauensbildung

4.3.1Entkopplung der Lebensmittelproduktion vom Konsumenten

4.3.2Mediale und skandalbasierte Kommunikation

4.3.3Systembezogene Öko-Skandale

4.3.4Systemimmanente Vertrauensrisiken

4.3.5Nachhaltige Ökologische Landwirtschaft

4.4Implikationen für die Unternehmensführung und -kommunikation

4.4.1Proaktive und dialogorientierte Steuerung von Stakeholderbeziehungen

4.4.2Erweiterung des Verantwortungsbereichs

4.4.3Rechenschaftslegung und Transparenz

5Marketing

5.1Situationsanalyse des Unternehmens im derzeitigen und künftigen Markt

5.2Marketingziele

5.3Marketingstrategien

5.4Marketinginstrumente

5.4.1Produktpolitik

5.4.2Preispolitik

5.4.3Distributionspolitik

5.4.4Kommunikationspolitik

5.5Marketingmanagement und -kontrolle

Tropische und subtropische Klimate

6Pflanzenproduktion

6.1Anbausysteme

6.1.1Grundsätzliche Bedeutung von Standorteigenschaften

6.1.2Annuelle Kulturen

6.1.3Dauerkulturen und Agroforstsysteme

6.2Spezielle Probleme der Pflanzenernährung

6.2.1N-Versorgung durch annuelle und perennierende Leguminosen

6.2.2Phosphatverfügbarkeit und Düngung

6.2.3Versorgung mit weiteren Nährstoffen einschließlich Mikronährstoffen bzw. Spurenelementen

7Tierhaltungssysteme

7.1Klassifikation

7.1.1Weidebasierte Systeme

7.1.2Gemischtbetriebe

7.2Ressourcennutzung und -effizienz

7.3Zertifizierte Ökologische Tierhaltung

7.4Herausforderungen für die Tierernährung

7.4.1Raufuttergewinnung und Aufbereitung

7.4.2Konzentratfütterung und tierische Leistung

7.5Zertifizierungsmöglichkeiten und -probleme

7.5.1Öko-Zertifizierung als Herausforderung für die Nutztierhaltung

7.5.2Grundlagen und praktische Aspekte

7.5.3Kontrollverfahren

7.5.4Kontrolle in anderen Ländern

7.5.5Zertifizierung von Produkten aus der Nutztierhaltung in den Tropen und Subtropen

Übergeordnete Themen

8Geschichte, Grundlagen und Organisation

8.1Begriffsdefinition

8.2Geschichte

8.3Prinzipien

8.4Rechtliche Grundlagen

8.5Kontrollverfahren

8.5.1Wer wird kontrolliert?

8.5.2Wie wird kontrolliert?

8.5.3Kontrolle der Umstellung

8.5.4Auswahl der Kontrollstelle

8.6Produktkennzeichnung

8.7Verbände und Strukturen

8.7.1Anbauverbände in Deutschland

8.7.2Nationale und internationale Dachorganisationen

9Zertifizierung, Richtlinien und Zukunftsfragen

9.1Die Anfänge der Zertifizierung

9.2Die Phase der Normierung der Ökologischen Landwirtschaft

9.2.1Die privaten Richtlinien

9.2.2Staatliche Ökoverordnungen

9.2.3Konformität und Gleichwertigkeit von gesetzlichen Standards

9.2.4Kontrolle und Zertifizierung

9.2.5Akkreditierung von Kontrollstellen

9.3Ökologische Landwirtschaft – in der Normierung gefangen? Zukunftsfragen

9.3.1Kritik am System der externen Audits

9.3.2Kooperation mit anderen Nachhaltigkeitsstandards

9.3.3Zukünftige Methoden der Qualitätssicherung

10Carbon-Footprint landwirtschaftlicher Produkte

Über die Herausgeber

Prof. Dr. Michael Wachendorf, geb. 1963 in Plochingen, Studium der Allgemeinen Agrarwissenschaften in Hohenheim und Kiel, 1995 Promotion in Kiel, 2002 Habi­litation für das Fach Pflanzenbau und Grünlandwirtschaft in Kiel. Danach Oberassistent am Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Seit 2004 Professor für Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe am Fachbereich für Ökologische Agrarwissenschaften der Universität

Kassel.

Prof. Dr. Andreas Bürkert, geb. 1961 in Schwäbisch Hall, Studium der Allgemeinen Agrarwissenschaften in Hohenheim, Fulbright Stipendium und MSc in International Agricultural Development an der University of California, Davis (USA), 1995 Promotion im Fach Pflanzenernährung in Hohenheim, 2001 Habilitation für das Fach Pflanzenbau und Pflanzenernährung in den Tropen und Subtropen in Hohenheim. Seit 2004 Professor für Ökologischen Pflanzenbau und Agrarökosystemforschung in den Tropen und Subtropen am Fachbereich für Ökologische Agrarwissenschaften der Universität Kassel.

Dr. Rüdiger Graß, geb. 1971 in Gießen, Studium der Agrarwissenschaften in Göttingen und Kassel. 2003 Promotion im Fach Pflanzenbau an der Universität Kassel. Danach wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften, seit 2007 am Fachgebiet Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe.

Über die Autoren

Michael Wachendorf

Prof. Dr.

Fachgebiet Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe Universität Kassel

Steinstraße 19

37213 Witzenhausen

mwach@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/agrar/gnr

Andreas Bürkert

Prof. Dr.

Fachgebiet Ökologischer Pflanzenbau und Agrarökosystemforschung in den Tropen und Subtropen

Universität Kassel

Steinstrasse 19

37213 Witzenhausen

buerkert@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/opats/startseite.html

Rüdiger Graß

Dr.

Fachgebiet Grünlandwissenschaft und Nachwachsende Rohstoffe

Universität Kassel

Steinstraße 19

37213 Witzenhausen

rgrass@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/agrar/gnr

Gunter Backes

Prof. Dr.

Fachgebiet Ökologische Pflanzenzüchtung und Agrarbiodiversität (BOP)

Universität Kassel

Nordbahnhofstraße 1a

37213 Witzenhausen

gbackes@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/fachgebiet-oekologische-pflanzenzuechtung-und-agrarbiodiversitaet-dach/oekologische-pflanzenzuechtung-und-agrarbiodiversitaet/startseite.html

Tobias Bandel

Managing Partner des Unternehmens Soil & More International BV Arbeitsbereich Bodenfruchtbarkeit und Nachhaltigkeit

c/o projektquartier

Buttstraße 3

22767 Hamburg

tobias.bandel@soilandmore.com

www.soilandmore.com

Klaus Dittert

Prof. Dr.

Abteilung Pflanzenernährung und Ertragsphysiologie

Department für Nutzpflanzenwissenschaften

Georg-August-Universität

Göttingen

Carl-Sprengel-Weg 1

37075 Göttingen

klaus.dittert@agr.uni-goettingen.de

www.plantnutrition.uni-goettingen.de

Thomas Döring

Dr.

Fachgebiet Acker- und Pflanzenbau

Lebenswissenschaftliche Fakultät

Humboldt-Universität zu Berlin

Albrecht-Thaer-Weg 5

14195 Berlin-Dahlem

thomas.doering@agrar.hu-berlin.de

https://www.agrar.hu-berlin.de/de/mitarbeiter/1686769

Maria Finckh

Prof. Dr.

Fachgebiet Ökologischer Pflanzenschutz

Universität Kassel

Nordbahnhofstraße 1a

37213 Witzenhausen

mfinckh@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/oekologischer-pflanzenschutz/startseite.html

Peter von Fragstein und Niemsdorff

Prof. Dr.

Fachgebiet Ökologischer Gemüseanbau am Fachgebiet Ökologischer Land- und Pflanzenbau (bis 2016)

Universität Kassel

Nordbahnhofstraße 1a

37213 Witzenhausen

pvf@uni-kassel.de

Jasmin Godemann

Prof. Dr.

Professur Kommunikation und Beratung in den Agrar-, Ernährungs- und Umwelt­wissenschaften

Justus-Liebig-Universität Gießen

Senckenbergstr. 3

D-35390 Gießen

Jasmin.Godemann@fb09.uni-giessen.de

http://www.uni-giessen.de/fbz/fb09/institute/wdh/kommunikation

Ulrich Hamm

Prof. Dr.

Fachgebiet Agrar- und Lebensmittelmarketing

Universität Kassel

Steinstraße 19

37213 Witzenhausen

hamm@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/agrar-und-lebensmittelmarketing/startseite.html

Christian Herzig

Prof. Dr.

Fachgebiet Management in der internationalen Ernährungswirtschaft

Universität Kassel

Steinstraße 19

37213 Witzenhausen

herzig@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/go/minte

Rainer Georg Jörgensen

Prof. Dr.

Fachgebiet Bodenbiologie und Pflanzenernährung

Universität Kassel

Nordbahnhofstraße 1a

37213 Witzenhausen

joerge@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/bodenbiologie-und-pflanzenernaehrung/startseite.html

Ute Knierim

Prof. Dr.

Fachgebiet Nutztierethologie und Tierhaltung

Universität Kassel

Nordbahnhofstraße 1a

37213 Witzenhausen

uknierim@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/agrar/fnt/

Sven König

Prof. Dr.

Professur für Tierzüchtung

Fachbereich Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement

Justus-Liebig-Universität

Ludwigstraße 21B

35390 Gießen

tierzucht@agrar.uni-giessen.de

https://www.uni-giessen.de/fbz/fb09/institute/ith/ag-koenig

Detlev Möller

Prof. Dr.

Fachgebiet Betriebswirtschaft

Universität Kassel

Steinstraße 19

37213 Witzenhausen

d.moeller@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/betriebswirtschaft/startseite.html

Urs Niggli

Prof. Dr.

Forschungsinstitut für Ökologischen Landbau

Ackerstraße 113

CH-5070 Frick

urs.niggli@fibl.org

www.fibl.org/de/startseite.html

Gerold Rahmann

Prof. Dr.

Thünen-Institut für Ökologischen Landbau

Honorarprofessur an der Universität Kassel für Ökologische Schaf- und Ziegenhaltung

Trenthorst 32

23847 Westerau

gerold.rahmann@thuenen.de

https://www.thuenen.de/de/ol/

Helmut Saucke

Dr.

Fachgebiet Ökologischer Pflanzenschutz

Universität Kassel

Nordbahnhofstraße 1a

37213 Witzenhausen

hsaucke@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/oekologischer-pflanzenschutz/startseite.html

Eva Schlecht

Prof. Dr.

Fachgebiet Animal Husbandry in the Tropics and Subtropics

Universität Kassel und Universität Göttingen

Steinstraße 19

37213 Witzenhausen

schlecht@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/animal-husbandry-in-the-tropics-and-subtropics/home.html

Albert Sundrum

Prof. Dr.

Fachgebiet Tierernährung und Tiergesundheit

Universität Kassel

Nordbahnhofstraße 1a

37213 Witzenhausen

sundrum@uni-kassel.de

www.uni-kassel.de/fb11agrar/fachgebiete-einrichtungen/tierernaehrung-und-tiergesundheit/startseite.html

Uli Zerger

Dr.

Stiftung Ökologie & Landbau

Weinstr. Süd 51

67098 Bad Dürkheim

zerger@soel.de

www.soel.de

Impressum

Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

© 2018 Eugen Ulmer KG

Wollgrasweg 41, 70599 Stuttgart (Hohenheim)

E-Mail: info@ulmer.de

Internet: www.ulmer.de

Lektorat: Sabine Mann

Herstellung: Jürgen Sprenzel

Umschlagbild: von unten nach oben, von links nach rechts, Mitte:

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© Astrid Gast/Shutterstock.com; © photographyfirm/Shutterstock.com;

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Umschlaggestaltung: Atelier Reichert, Stuttgart

Satz, Zeichnungen und Repro: Bernd Burkart; www.form-und-produktion.de

Druck und Bindung: Graphischer Großbetrieb Friedr. Pustet, Regensburg

Printed in Germany

UTB Band-Nr. 4863

ISBN 978-3-8252-4863-5 (Print)

ISBN 978-3-8463-4863-5 (E-Book)

Vorwort

Die Ökologische Landwirtschaft hat sich zu einer stark wissensbasierten Wirtschaftsweise entwickelt. Für eine erfolgreiche Beschäftigung mit und in ihr braucht es neben dem Spezialwissen der Boden-, Pflanzenbau-, Nutztier-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften auch Kenntnisse über die Querbeziehungen zwischen diesen Gebieten sowie zur Organisation ganzer (Betriebs-)Systeme. In der gebotenen Kürze möchte dieses Buch für Bachelorstudierende der Agrarwissenschaften und angrenzender Studienrichtungen eine Einführung in all diese Wissensgebiete geben.

Angesichts der zunehmenden Bedeutung von Produkten aus tropischen und subtropischen Regionen für den weltweiten Konsum von Erzeugnissen der Ökologischen Landwirtschaft, beleuchtet dieses Werk auch die aktuellen Themen und Bedingungen der dortigen Produktion.

Dieses Buch hat viele Autoren, was ihm zum Vor- und Nachteil gereicht. Einerseits ermöglicht es den in Amt und Beruf stehenden Fachspezialisten aktuellstes Wissen in überschaubarem Umfang zusammenzutragen, andererseits lässt sich dadurch kaum ein durchgängig einheitlicher Stil verwirklichen. Die Verantwortung für die inhaltliche Gestaltung der einzelnen Kapitel liegt ausschließlich bei den Autoren.

Das Stichwortverzeichnis soll dabei helfen, über die Querverweise hinaus den Leser schnell an die entscheidende Stelle zu führen. Die Liste der weiterführenden Literatur soll weniger ein Quellennachweis sein, als vielmehr Anregungen zu weiteren, vertiefenden Studien geben.

Das Buch verwendet zur sprachlichen Vereinfachung das generische Maskulinum (z. B. Agraringenieur) worin die weibliche Form (Agraringenieurin) ausdrücklich eingeschlossen ist.

Mögen die folgenden Kapitel dazu dienen, den Studierenden die faszinierend vielfältigen Wissensgebiete der Ökologischen Landwirtschaft in kom­pakter Form etwas näher zu bringen.

Witzenhausen im Herbst 2017

Michael Wachendorf

Andreas Bürkert

Rüdiger Graß

Gemäßigte Klimate

1Pflanzliche Erzeugung
1.1Pflanzenzüchtung

G. Backes

Dieses Kapitel erhebt nicht den Anspruch, das Thema Pflanzenzüchtung vollständig darzustellen, denn dazu gibt es hinreichende und ausführliche Lehrbücher. Ziel ist vielmehr, darzustellen, welche Besonderheiten für die Pflanzenzüchtung und vor allem innerhalb der Ökologischen Landwirtschaft (ÖL) gelten. Generell kann man bei den Pflanzensorten, die in der ÖL verwendet werden, unterscheiden (s. Abb. 1.1):

Abb. 1.1 Herkunft der Sorten in der Ökologischen Landwirtschaft

 Sorten, die für den konventionellen Anbau gezüchtet wurden, aber Eignung für die ÖL besitzen.

 Sorten, die in konventionellen Züchtungsbetrieben für den Markt der ÖL gezüchtet werden. Meist werden geeignete Pflanzentypen in frühen Selektionsgenerationen als für die ÖL geeignet identifiziert und dann in späteren Selektionsgenerationen unter typischen Bedingungen der ÖL oder zumindest unter „Low-Input“-Kriterien selektiert. Häufig fällt die Wahl hier auf Pflanzen, die auf Grund höherer Biomasse-Entwicklung eine bessere Beikrautkonkurrenz erwarten lassen.

 Sorten, die in Züchtungsbetrieben gezüchtet wurden, die nach den Kriterien der ÖL wirtschaften. Hier wird der gesamte Züchtungsprozess unter ökologischen Bedingungen durchgeführt. Man könnte bei den Sorten, die innerhalb der ÖL gezüchtet wurden, weiterhin die Sorten, die unter biologisch-dynamischen Bedingungen gezüchtet wurden, von denen unterscheiden, die unter biologisch-organischen Bedingungen entstanden sind, insbesondere was spezifische Qualitätskriterien in der Selektion bei biologisch-dynamischen Sorten anbelangt.

1.1.1Rahmen und Kriterien der Pflanzenzüchtung für und in der Ökologischen Landwirtschaft

Die Internationale Dachgesellschaft für Organisationen des Ökologischen Landbaus IFOAM (International Federation of Organic Agriculture Movements) definiert Ökologische Landwirtschaft als „(…) ein Produktions­system, das die Gesundheit der Böden, der Ökosysteme und der Menschen stärkt und erhält. (…)“ (IFOAM 2008a). Damit hebt sich die Ökologische Landwirtschaft also auf Prozessebene und nicht über Unterschiedlichkeit der Produkte von der konventionellen Landwirtschaft ab, obwohl natürlich erwartet wird, dass sich die Unterschiede auf Prozessebene auch auf Unterschiede in den Produkten widerspiegeln. Um festzulegen, wie Prozesse innerhalb der ÖL gestaltet sein sollen, um ihren Kriterien zu entsprechen, hat die IFOAM einerseits die bereits erwähnte Definition erarbeitet. Über die ÖL heißt es dort weiter: „(…) Sie ist eher an ökologische Prozesse, die Biodiversität und lokal angepasste Kreis­­­-läufe gebunden, als an mit nachteiligen Auswirkungen verbundene externe Betriebsmittel und Einträge (…)“. Andererseits hat die IFOAM vier Grundsätze aufgestellt (IFOAM 2008b), auf denen ÖL ruhen sollte: Gesundheit, Ökologie, Gerechtigkeit und Sorgfalt, die allerdings weiterer Erklärung bedürfen:

 Der Grundsatz der Gesundheit bedeutet: „Öko-Landbau soll die Gesundheit des Bodens, der Pflanzen, der Tiere, des Menschen und des Planeten als ein Ganzes und Unteilbares bewahren und stärken.“ Zum einen wird also die Gesundheit von Individuen nicht von der Gesundheit von Ökosystemen getrennt, zum anderen wird Gesundheit als die Ganzheit und Integrität von lebendigen Systemen definiert. Für die Pflanzenzüchtung heißt das, dass Prozesse, die die Integrität von Pflanzen verletzen, diesen Grundsatz verletzen würden. Innerhalb der IFOAM dominiert die Auffassung, dass alle Prozesse, die unterhalb der Zellebene in die Pflanze eingreifen oder die Fortpflanzungsfähigkeit der Pflanze stark einschränken, die Integrität der Pflanze verletzen.

 Der Grundsatz der Ökologie bedeutet: „Öko-Landbau soll auf lebendigen Ökosystemen und Kreisläufen aufbauen, mit diesen arbeiten, sie nachahmen und stärken.“ Prozesse, die die Stabilität von Ökosystemen stärken, sind also in Einklang mit diesem Prinzip. Prozesse, die Ökosysteme anfällig gegen Störungen machen, verstoßen gegen dieses Prinzip. Was die Züchtung anbelangt, so kann man im Allgemeinen davon ausgehen, dass eine höhere Vielfalt sowohl zwischen den Arten als auch innerhalb der Arten innerhalb eines Ökosystems zu einer höheren Stabilität des Ökosystems führt, und zwar vor allem bei der Resilienz des Systems (System kehrt nach Störungen wieder in seinen Ausgangszustand zurück). Für die Pflanzenzüchtung bedeutet das, dass eine breite Palette von Nutzpflanzen zur Verfügung stehen sollte (höhere Diversität auf der Fläche und in der Fruchtfolge eines Betriebes), dass ein erhöhter Fokus auf Artenmischungen und die Eignung der Sorten dafür gesetzt werden sollte und dass Sorten, die eine höhere Diversität aufweisen, eher mit diesem Grundsatz im Einklang stehen als Sorten, die sehr homogen sind. Weiterhin wird von diesem Prinzip auch abgeleitet, dass ein ganzheitlicher Ansatz, der den gesamten Organismus (in diesem Fall also die ganze Pflanze) einbezieht, einem reduktionistischem Ansatz, der sich auf einzelne Eigenschaften konzentriert, vorzuziehen sei.

 Der Grundsatz der Gerechtigkeit bedeutet: „Öko-Landbau soll auf Beziehungen aufbauen, die Gerechtigkeit garantieren im Hinblick auf die gemeinsame Umwelt und Chancengleichheit im Leben.“ Gerechtigkeit bezieht sich auf Menschen ebenso wie auf Tiere und Pflanzen und umfasst bezogen auf Menschen gute Lebensqualität, Ernährungssouveränität und Reduzierung der Armut, aber auch die Freiheit der Wahl. Wird durch Pollenverbreitung genetisch-modifizierter Pflanzen die Wahl anderer Landwirte eingeschränkt, ihre Pflanzen frei vom Einfluss genetisch-modifizierter Organismen zu halten, so wird dieses Prinzip verletzt.

 Der Grundsatz der Sorgfalt bedeutet: „Ökologische Landwirtschaft soll in einer vorsorgenden und verantwortungsvollen Weise betrieben werden, um die Gesundheit und das Wohlbefinden der jetzigen und folgenden Generationen zu bewahren und um die Umwelt zu schützen.“ Das bedeutet u. a., dass bestehende und vor allem neue Methoden in ihrer Wirkung auf Ökosysteme bewertet werden müssen, wobei hier angesichts des bisher noch geringen Verständnisses für die Funktion von Ökosystemen Vorsicht und Verantwortung vorherrschen müssen. Das gilt auch für die Pflanzenzüchtung, wo z. B. gentechnische Methoden nach der Berechenbarkeit ihrer Ergebnisse und der möglichen Risiken bewertet werden müssen.

In der ÖL steht am Ende des Prozesses, dessen Bewertung diesen Grundsätzen unterworfen werden soll, das Produkt. Idealerweise sollten nicht nur die Prozesse, die direkt zu diesem Produkt führen, den Grundsätzen der ÖL entsprechen, sondern auch die vorgelagerten („up-stream“-)Prozesse, die zu den Betriebsmitteln führen, die in dem eigentlichen Produktionsprozess verwendet wurden, und ggf. auch die Betriebsmittel, die zur Produktion dieser Betriebsmittel eingesetzt werden usw. Es ist klar, dass dieses Ideal nicht sinnvoll zu erfüllen ist. Bewertungskriterien, die hier einfließen, sind (s. Abb. 1.2):

Abb. 1.2 Bewertungskriterien für die Anerkennung von Prozessen in der Ökologischen Land­wirtschaft

 In welchem Maße entspricht oder widerspricht der entsprechende Prozess den oben erwähnten Grundsätzen der ÖL? Prozesse, die genetischer Modifi­kation entsprechen, werden zum Beispiel als im starken Widerspruch zu einigen der Prinzipien empfunden.

 Wie groß ist der Einfluss des Prozesses auf das endgültige Produkt? Saatgut und damit die Sorten haben einen hohen Einfluss auf das pflanzliche Produkt, und damit ist es relativ wichtig, wie sie produziert wurden. Auf der anderen Seite haben z. B. die Gummistiefel des Landwirtes einen geringen Einfluss; deswegen ist es weitaus weniger wichtig, wie sie produziert wurden.

 Auf welcher Ebene im Gesamtprozess liegt der zu beurteilende Prozess? Je weiter „up-stream“ die Prozessebene liegt, umso weniger wichtig ist, dass der Prozess den Grundsätzen des ÖL entspricht.

 Sind überhaupt Alternativen vorhanden, die den Grundsätzen der ÖL entsprechen? Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von konventionell produziertem Saatgut, wenn kein entsprechendes ökologisch produziertes Saatgut verfügbar ist.

Bei den in der Einleitung erwähnten Stufen der Pflanzensorten für die ÖL sind natürlich die Kriterien für die ökologisch gezüchteten Sorten strenger als bei konventionell gezüchteten Sorten; im ersten Fall greifen die Prinzipien direkt auf der Prozessebene des Betriebes, während die Pflanzensorten im zweiten Fall ein Betriebsmittel sind, also auf der vorgelagerten Ebene beurteilt werden.

1.1.2Züchtungsmethoden, die für die Ökologische Landwirtschaft abgelehnt oder als problematisch angesehen werden

Die Züchtungsmethode, die innerhalb der ÖL am klarsten abgelehnt wird, ist horizontaler Gentransfer, also artübergreifender Transfer von Genen in die Kulturart, was man als genetische Modifikation im engeren Sinne bezeichnen könnte. Der Eingriff liegt hier unterhalb der Zellebene, greift also in die Integrität der Pflanze ein, womit das Gesundheitsprinzip verletzt wird. Dabei fällt das Überschreiten der Artgrenze erschwerend ins Gewicht. Weiterhin können beim benachbarten Anbau von genetisch modifizierten und nicht modifizierten Sorten Probleme durch Verkreuzung auftreten, die das Gerechtigkeitsprinzip verletzen. Geht man davon aus, dass man noch nicht genug von der Wirkung dieser Gene in einem komplexen System wie einer Pflanze und in dem noch komplexeren umgebenden Ökosystem weiß, so wird auch das Sorgfalts­prinzip verletzt. Weiterhin indirekt mit dem horizontalen Gentransfer verbunden ist der Verlust des Verfügungsrechts über das Saatgut sowohl beim Landwirt als auch bei Pflanzenzüchtern durch die meist damit einhergehende Patentierung sowie dem häufig damit verbundenen Diversitätsverlust. Verlust von Diversität innerhalb der Kulturart kann dadurch entstehen, dass Erstellung und Genehmigung von genetisch-modifizierten Pflanzen relativ teuer ist und sich nur bezahlt macht, wenn die entsprechende(n) Sorte(n) weite Verbreitung finden.

Etwas weniger eindeutig ist der cis-Transfer, also genetischer Transfer innerhalb einer Art, oder verschiedene Methoden des „Genome-Editing“, bei denen gezielt bestimmte Gensequenzen verändert werden und die Mutationen ähnlich sind. Meist ist dann im Endprodukt nicht mehr ersichtlich, ob diese Veränderung durch natürliche Weise entstanden ist oder durch einen gezielten Eingriff auf DNA-Ebene, in deren Verlauf auch der temporäre Transfer von Fremd-DNA eine Rolle gespielt hat. Folgt man der Argumentation, dass ÖL prozessual und nicht vom Ergebnis her definiert wird, so gilt hier eine ähnliche Argumentation und Einschätzung wie beim horizontalen Gentransfer; problematisch ist hier allerdings die häufig fehlende Nachweismöglichkeit im Endprodukt.

Ungerichtete Mutationen durch Strahlung oder Chemikalien hingegen werden in konventionell gezüchteten Sorten für den ÖL anerkannt, da Sie den natürlichen Prozess lediglich beschleunigen. Für Züchtung innerhalb der ÖL wäre der Einsatz von radioaktiver Strahlung oder mutagenen Chemikalien allerdings nicht akzeptabel.

Ähnliches gilt für die Anwendung der Dihaploiden-Technik, also der Produktion von homozygoten Individuen aus haploiden Gameten. Kritikpunkte sind u. a. der Verlust an Diversität gegenüber der traditionellen Produktion homozygoter Linien durch rekombinante Inzucht­linien.

Von vielen Verbänden abgelehnt werden Hybriden, bei deren Erstellung cytoplasmatische männliche Sterilität (CMS) zur Vermeidung von Selbstung in der Massenkreuzung zur Erstellung der Hybride eingesetzt wurde. Als problematisch wird hier gesehen, dass das cmS-System im Fall von Kohl und Zichorie meist aus Zellfusion in die Kulturart eingebracht wurde und dass die so entstandene Linie nicht mehr fortpflanzungsfähig ist, was beides Eingriffe in die Integrität der Pflanze darstellt und damit das Gesundheitsprinzip verletzt. Weiterhin weisen Hybriden gegenüber anderen bei fremdbefruchtenden Kulturarten üblichen Sortentypen, wie Populationssorten oder synthetischen Sorten, eine deutlich herabgesetzte Diversität auf, was dem Ökologieprinzip wiederspricht. Schließlich sind Hybriden nicht ohne weiteres nachbaubar, da die nächste Generation sehr stark aufspaltet.

Eine ausführliche Bewertung verschiedener Züchtungsmethoden aus ökologischer Sicht ist von Messmer (2011) zusammengetragen worden.

1.1.3Züchtungsmethoden, die besonders in der Ökologischen Züchtung eingesetzt werden

Besondere Methoden, die in der Ökologischen Züchtung eingesetzt werden, erklären sich einmal durch (a) den erhöhten Bedarf an Diversität um eine erhöhte Resilienz der Agrarökosysteme zu erreichen, (b) die erhöhte Notwendigkeit, eine spezifische Standortanpassung zu erreichen und (c) eine geringere Verfügbarkeit von Sorten, die an die Anforderungen der ÖL angepasst sind.

Eine erhöhte Diversität lässt sich sowohl durch Artenmischungen als auch durch erhöhte Diversität innerhalb einer Sorte erreichen. Strebt man Artenmischungen an, so sind häufig die Sorten, die standortbedingt in einer Monokultur optimal sind, auch die besten in einer spezifischen Artenmischung. Idealerweise sollte man daher hier eine Ko-Züchtung, also gemeinsame Züchtung der beiden Arten durchführen, um optimale Partner zu erhalten. Das wird allerdings in der Praxis auch in der Ökologischen Züchtung sehr selten durchgeführt.

Eine Möglichkeit der Züchtung von Sorten mit erhöhter Diversität sind Mehrlinien-Sorten, also Sorten, die aus mehreren Linien bestehen. Diese Komponenten sind weitgehend ähnlich im Erscheinungsbild, unterscheiden sich aber in besonderen Eigenschaften, z. B. Resistenzen gegen Krankheiten, so dass eine breitere Resistenz erreicht wird. Radikaler im Ansatz sind Evolutionsramsche, auch als Composite-Cross-Populationen (CCPs) bezeichnet (Dawson und Goldringer 2012). Hier wird ganz auf das einheitliche Bild der Sorte verzichtet. Eine Anzahl Linien wird hier miteinander verkreuzt, und die entstehende diverse Population entwickelt sich dann in den folgenden Generationen (durch Selbstung bei Selbstbefruchtern) und wird in verschiedenen Umwelten selektiert (Abb. 1.3). Die Elternlinien können, müssen aber nicht notwendigerweise in allen Kreuzungskombinationen vorkommen. Eine Variante, bei der statt der anfänglichen Durchkreuzung eine hierarchische Kreuzung durchgeführt wird, bezeichnet man als mit der engl. Bezeichnung „Magic Population“. Die Möglichkeiten des Sortenschutzes und des legalen Inverkehrbringens von Evolutionsramschen unter dem Begriff „Populationen“ sind zurzeit in einer begrenzten Erprobung.

Abb. 1.3 Evolutionsramsche

Eine wichtige Rolle spielen komplexe Sorten im Konzept der partizipativen Pflanzenzüchtung, das zum einen eine Antwort auf die Anforderung an eine lokale Anpassung von Sorten ist, zum anderen auch auf das Problem der geringen Verfügbarkeit geeigneter Sorten (Desclaux et al., 2012). In diesem Konzept findet die Züchtung nicht mehr allein beim Züchter statt, sondern Landwirte sind am Prozess der Züchtung mehr oder weniger stark beteiligt. Im Fall von komplexen Sorten könnten sie bereits in der Elternauswahl beteiligt sein, nach der Kreuzung würde jeder der daran beteiligten Landwirte die so entstandene Population erhalten, sie als Ramsch weiter anbauen und unter den Bedingungen des spezifischen Betriebs selektieren. Ausgangspunkt könnte entweder ein privater Pflanzenzüchter, eine öffentliche oder gemeinnützige Institution oder eine Genossenschaft von Landwirten sein (Abb. 1.4). In Sonderfällen, wie der Kartoffelzüchtung in den Niederlanden, spielen partizipative Ansätze auch eine Rolle in der konventionellen Pflanzenzüchtung. Sie sind in jedem Fall eine gangbare Lösung, wenn das Marktvolumen einer Kulturart nicht groß genug ist, um eine Pflanzenzüchtung überhaupt ökonomisch sinnvoll zu betreiben.

Abb. 1.4 Verschiedene partizi­pative Ansätze in der Pflanzenzüchtung

Da das Artenspektrum im Sinne einer diversifizierten Fruchtfolge in der ÖL größer sein sollte als in der konventionellen Landwirtschaft und z. B. im Gemüsebau für viele fremdbefruchtende Kulturarten neue Sorten fast ausschließlich Hybriden sind, hat auch die Erhaltung alter Sorten, die Erhaltungszucht (nicht zu verwechseln mit der Erhaltungszüchtung, die die Erhaltung einer angemeldeten Sorte mit ihren typischen Eigenschaften im Züchtungsbetrieb ist) einen wichtigen Platz in der Ökologischen Pflanzenzüchtung. In Deutschland kann das sowohl alte Landsorten wie auch ehemals angemeldete Sorten umfassen, die seit mindestens zwei Jahren nicht mehr in der Sortenliste enthalten sind. Nach geltenden Regeln sind die finanziellen Schwellen der Anmeldung einer Erhaltungsorte geringer als die einer neuen Sorte, allerdings gibt es Einschränkungen in der Vermarktung. Auf die Regeln soll hier nicht eingegangen werden, da sie Änderungen unterworfen und nationalspezifisch sind. Häufig aber, insbesondere wenn die Diversität der Sorte dies zulässt, finden neben der reinen Vermehrung auch Selektion auf verschiedene relevante Eigenschaften, z. B. Ertrag, Krankheitsresistenz und Geschmack, statt.

1.1.4Pflanzeneigenschaften, die besonders für die Ökologische Landwirtschaft wichtig sind

Resistenzen gegen Krankheiten und Schädlinge (s. a. Kap. 1.2.4) sind natürlich auch wichtig für die konventionelle Landwirtschaft, haben aber in der ÖL durch den bewussten Verzicht auf Fungizide und Insektizide eine größere Bedeutung. Ziel ist in der ÖL durch Ausnutzung von Ökosystemfunktionen zu vermeiden, dass Krankheiten den Bestand so stark schädigen, dass es zu starken Ertragseinbußen kommt. Beiträge der Pflanzenzüchtung sind hierbei genetische Resistenzen und eine erhöhte Diversität, die die Verbreitung der Krankheitserreger (Pathogene) bzw. Schädlinge im Bestand bzw. großflächig im Betrieb erschwert. Neben der höheren Gewichtung ist auch die Art der Resistenzen unterschiedlich. Blattkrankheiten, die durch obligate Pilzpathogene hervorgerufen werden, wie z. B. echter Mehltau oder Rostkrankheiten, bevorzugen häufig dichte Bestände mit hoher Stickstoffversorgung, was in der ÖL eher selten anzutreffen ist. Dagegen spielen saatgutübertragene Krankheiten durch die Beizung des Saatgetreides im konventionellen Sektor nahezu keine Rolle. Sie sind aber dadurch, dass sie, zumindest bei Nachbau eigenen Getreides, von Anbaujahr zu Anbaujahr höheren Befall aufbauen, von sehr großer Bedeutung im Ökologischen Landbau. Weiterhin werden im Allgemeinen quantitative, polygene und horizontale Resistenzen im Ökologischen Landbau gegenüber qualitativen, monogenen und vertikalen Resistenzen bevorzugt (s. Abb. 1.5 zu Kategorien von Krankheitsresistenzen). Die zweite Gruppe erzeugt weniger evolutionären Druck auf das Pathogen, die Resistenz zu überwinden, weil dieser, wenn auch in geringerem Umfang, überleben und sich vermehren kann. Quantitative Resistenzen regulieren also eher den Bestand der Krankheitserreger, die auch als Bestandteil des Agrarökosystems gesehen werden, als ihn mehr oder weniger vollständig zu eliminieren. Weiterhin sind Resistenzen dieser Gruppe durch die Polygenität, die das Pathogen dazu zwingen würde, mehrere Resistenzgene gleichzeitig zu überwinden und die Horizontalität, also die Wirkung gegen mehrere Pathotypen, schwieriger durch genetische Veränderungen auf Seite des Pathogens zu überwinden. Dadurch sind quantitative, polygene und horizontale Resistenzen nachhaltiger und entsprechen eher dem ökologischen Gedanken als qualitative, monogene und vertikale Resistenzen, sind aber züchterisch schwieriger zu handhaben (Döring et al., 2012).

Abb. 1.5 Kategorien von Krankheitsresistenzen

Weiterhin ist in der ÖL die Konkurrenzfähigkeit gegenüber Beikräutern und Beigräsern (s. a. Kap. 1.2.5) von deutlich größerer Bedeutung als in der konventionellen Landwirtschaft (KL). Das liegt größtenteils auf dem Verzicht der Anwendung von Herbiziden, aber auch daran, dass ökologische Bestände durch den Verzicht auf mineralische Düngung meist weniger dicht sind als konventionelle Bestände. Daher wird in der ÖL meist ein anderer Pflanzentyp bevorzugt als in der KL. Der von der KL bevorzugte Pflanzentyp ist typischerweise an hohe Bestandsdichten mit hoher Nährstoffversorgung angepasst und zielt auf einen hohen Ernteindex, also relativ viel erntbare Biomasse im Vergleich zur (oberirdischen) Gesamtbiomasse. Diese Ziele resultieren in relativ kurzen Pflanzen (Zwerg- oder Halbzwergmutanten), die auch bei hohen Stickstoffgaben nicht ins Lager gehen und weniger Biomasse produzieren. Vertikale Blattstellungen (erektophiler Pflanzentyp) wie auch schmale Blätter werden bevorzugt, da sie die Beschattung von Nachbarpflanzen, aber auch die von Beikräutern und Beigräsern, reduzieren. In der ÖL ist eine hohe Stickstoffverfügbarkeit eher selten und Stroh wird im Zusammenhang mit der Tierhaltung benötigt, weswegen diese Argumente für kurze Sorten entfallen. Dagegen haben höhere Sorten mit mehr Biomasse eine stärkere Konkurrenzfähigkeit gegen Beikräuter und -gräser, weil sie diese mehr beschatten. Aus dem gleichen Grund werden planophile, also eher horizontale Blattstellungen und breitere Blätter bevorzugt. Verluste in der Erntemenge durch verringerten Ernteindex und erhöhte Selbstbeschattung werden zu Gunsten der Konkurrenzfähigkeit in Kauf genommen. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist eine frühe und dichte Bestandsentwicklung, die den Bestand früh schließt und dadurch Beikräuter und -gräser durch Beschattung in ihrer Entwicklung frühzeitig benachteiligt (Hoad et al., 2012).

Völlig anders wirken allelopathische Eigenschaften von Kulturpflanzen. Allelopathie beschreibt die Einflussnahme (meist Hemmung) von einer Pflanzenart auf eine andere durch die Ausscheidung spezifischer Chemikalien. In Reis wurden Momolaktone als allelopathisch aktive Substanzen gefunden (Kato-Noguchi et al., 2010), in Gerste sind verschiedene Alkaloide und Phenolsäuren für die allelopathische Aktivität verantwortlich (Kremer et al., 2009). Auch für Roggen, Weizen und Triticale wurde Allelopathie nachgewiesen. Häufig ist die allelopathische Aktivität in alten Sorten höher als in modernen Züchtungen.

In der ÖL sind Pflanzen abhängig von der Mobilisierung von Nährstoffen aus der organischen Substanz und den Mineralien des Bodens, während Pflanzen in der KL mit leicht verfügbaren mineralischen Nährstoffen versorgt werden. Dadurch ist die Nährstoffaneignungs- und –nutzungseffizienz in der ÖL viel wichtiger als in der KL, auch wenn die konventionelle Züchtung mehr und mehr Augenmerk darauf richtet, weil Umweltauflagen und begrenzte Ressourcen zur Verminderung der Gaben an Mineraldünger führen. Der Mangel an Nährstoffen ist am gravierendsten in den Jugendphasen der Pflanzen, wenn die Wurzeln noch schwach entwickelt sind und niedrige Bodentemperaturen die Mineralisierung der Nährstoffe begrenzen (Messmer et al., 2012).

Eine wichtige Komponente für eine gute Nährstoffaneignungseffizienz ist ein möglichst großer und gut erschlossener Wurzelraum. Hier sind positive Eigenschaften eine schnelle Wurzelentwicklung, ein großes durchwurzeltes Erdvolumen und eine hohe Durchwurzelungsdichte durch zahlreiche Seitenwurzeln und Wurzelhärchen (Ausstülpungen von Zellen der äußeren Wurzelepidermis). Ein großes durchwurzeltes Erdvolumen lässt sich durch verschiedene Kombinationen von breiter und tiefer Durchwurzelung erreichen, die art- und sortenspezifisch ist. Durch Kombination von Sorten bzw. Arten mit unterschiedlicher Durchwurzelungsstrategie lässt sich eine Optimierung der Ausnutzung des Wurzelraums erreichen. Ein Problem bei der Züchtung auf Wurzelausprägung ist die zeit- und arbeitsaufwendige Messung. Direkte Methoden sind das Ausgraben und Auswaschen der Wurzeln einzelner Pflanzen oder das Beobachten des Wachstums in transparenten Töpfen oder eingegrabenen durchsichtigen Röhren. Indirekte Messmethoden wie z. B. der Widerstand beim Herausziehen oder die elektrische Kapazität der Wurzel sind problematisch, weil sie sehr stark von Umweltfaktoren abhängen (Messmer et al., 2012).

Da Phosphor besonders bei hohen pH-Werten sehr stark im Boden immobilisiert ist, erhöhen die meisten Pflanzen dessen Verfügbarkeit durch die Ausscheidung von organischen Säuren oder Phosphatasen durch die Wurzeln (Messmer et al., 2012).

Eine andere Methode von Pflanzen, die Durchwurzelungsdichte zu erhöhen und schwer lösliche Nährstoffe, also besonders Phosphor besser verfügbar zu machen, ist die Symbiose mit spezifischen Pilzen im Wurzelraum der Mykorrhiza. Fast alle Kulturarten (Kreuzblütler ausgeschlossen) sind im Stande, diese Symbiose einzugehen, wobei die Pflanze Assimilate (Kohlenhydrate) an den Pilz weitergibt, während der Pilz eine größere Oberfläche und vor allem eine bessere Phosphorverfügbarkeit bietet. Da diese Symbiose auch Assimilate verbraucht, ist sie für die Pflanze bei hoher Phosphorverfügbarkeit eher ertragsmindernd, weswegen in der konventionellen Züchtung eher gegen genotypische Vorteile bei der Mykorrhiza-Besiedelung und Symbiose selektiert wird (Messmer et al., 2012).

Lediglich bei Leguminosen findet sich eine weitere Symbiose, hier mit Knöllchenbakterien (Rhizobien), anaerobe Bakterien, die in Wurzelknöllchen der Pflanze leben und Luftstickstoff zu Ammonium reduzieren. Die Pflanze versorgt die Rhizobien mit Kohlenhydraten. Genotypunterschiede auf der Wirtsseite gibt es bezüglich der Besiedelung (Nodulation) und der Effizienz der Stickstoff-Fixierung (Messmer et al., 2012).

Komponenten der Nährstoffnutzungseffizienz, die auch in der KL eine große Rolle spielt, sind:

 Umwandlung in die Transportform, z. B. durch Bindung an organische Substanzen, oder durch Detoxifizierung, z. B. durch Bindung von pflanzentoxischem Ammonium in Aminosäuren

 Transport in der Wurzel zum Xylem, wobei der wasserundurchlässige Caspary-Streifen durch aktive Prozesse überwunden werden muss

 Transport vom Xylem zur Verwendung bzw. Lagerung

 Lagerungskapazität für den entsprechenden Nährstoff

Verwendete Literatur

Bertholdsson, N.-O. (2010): Breeding spring wheat for improved allelopathic potential. Weed Research 50, 1, 49–57.

Dawson, J., Goldringer, I. (2012): Breeding for genetically diverse populations: variety mixtures and evolutionary populations. In: Lammerts van Bueren, E. T., Myers, J. R. (Hrsg.): Organic Crop Breeding, John Wiley and Sons, Chichester, 99–123.

Desclaux, D., Ceccarelli, S., Navazio, J., Coley, M., Trouche, G., Aguirre, S., Weltzien, E., Lançon, J. (2012): Centralized or decentralized breeding: The potential of participatory approaches for low-input and organic agriculture. In: Lammerts van Bueren, E. T., Myers, J. R. (Hrsg.): Organic Crop Breeding, John Wiley and Sons, Chichester, 77–98.

Döring, T. F., Pantasso, M., Wolfe, M., Finckh, M. (2012): Pest and disease management in organic farming: implications and inspirations for plant breeding. In: Lammerts van Bueren, E. T., Myers, J. R. (Hrsg.): Organic Crop Breeding, John Wiley and Sons, Chichester, 39–59.

Hoad, S. P., Bertholdsson, N.-O., Neuhoff, D., Köpke, U. (2012): Approaches to breed for improved weed suppression in organically grown cereals. In: Lammerts van Bueren, E. T., Myers, J. R. (Hrsg.): Organic Crop Breeding, John Wiley and Sons, Chichester, 61–76.

IFOAM (2008a): Definition of Organic Agriculture, German Translation, Bonn. Erhältlich über: infohub.ifoam.org/sites/default/files/page/files/doa_german.pdf

IFOAM (2008b): Prinzipien des Ökolandbaus, Bonn. Erhältlich über: :ifoam.org/sites/default/files/poa_folder_german.pdf

Kato-Noguchi, H., Hasegawa, M., Ino, T., Ota K., Kujime, H. (2010): Contribution of momilactone A and B to rice allelopathy. Journal of Plant Physiology 167, 10, 787–791.

Kremer, R. J., Ben-Hammouda, M. (2009): Allelopathic Plants. 19. Barley (Hordeum vulgare L). Allelopathy Journal 24, 2, 225–241.

Messmer, M. (2011): Dossier zur Beschreibung und Beurteilung von Züchtungsmethoden für den ökologischen Landbau, Forschungsinstitut für biologischen Landbau, Frick, 89 S.

Messmer, M., Hildermann, I., Thorup-Kristensen, K., Rengel, Z. (2012): Nutrient management in organic farming and consequences for direct and indirect selections strategies. In: Lammerts van Bueren, E. T., Myers, J. R. (Hrsg.): Organic Crop Breeding, John Wiley and Sons, Chichester, 15–38.

Weiterführende Literatur

Becker, H. (2011): Pflanzenzüchtung (2. Aufl.). Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart.

Miedaner, T. (2010): Grundlagen der Pflanzenzüchtung. DLG-Verlag, Frankfurt a.M.

Miedaner, T. (2011): Resistenzgenetik und Resistenzzüchtung, DLG-Verlag, Frankfurt a.M.

Lammerts von Bueren, E., Myers, J. R. (2012) Organic Crop Breeding, Wiley-Blackwell. Chichester.

1.2Anbausysteme im Ackerbau
1.2.1Fruchtfolgegestaltung

T. Döring

Einleitung

Die Fruchtfolge ist, allgemein formuliert, die zeitliche Abfolge von Feldfrüchten auf einem gegebenen Stück Land. Besonders für die ÖL gilt, dass eine gut geplante Fruchtfolge eine der zentralen Voraussetzungen für eine gelingende Pflanzenproduktion ist.

Dieses Kapitel hat zum Ziel, für die ÖL innerhalb der gemäßigten Klimazone zu erläutern,

 was die wesentlichen Beweggründe für das Einhalten von Fruchtfolgen sind,

 welche Wirkungen von verschiedenen Fruchtfolgen ausgehen und

 welche Regeln es für die Gestaltung von Fruchtfolgen gibt.

Obwohl der Schwerpunkt dabei auf Aspekten der pflanzlichen Erzeugung liegt, insbesondere auf Anbausystemen im Ackerbau, wird dieses Kapitel auch zeigen, dass gerade in der ÖL die Fruchtfolge eng mit der Tierproduktion zusammenhängt.

Als Einstieg für dieses Kapitel dient eine in Oberbayern durchgeführte Langzeitstudie, in der unterschiedliche Fruchtfolgen verglichen werden (Schneider et al., 2013). Seit 1997 werden auf der Versuchsstation Viehhausen der Technischen Universität München insgesamt sechs unterschiedliche Fruchtfolgen in einem Feldexperiment unter Bedingungen der ÖL untersucht. Die Bodenart am Standort ist ein lehmiger Sand, die langjährigen Mittel für Lufttemperatur und jährliche Niederschlagshöhe betragen 7,8 °C bzw. 786 mm. Drei der untersuchten Fruchtfolgen sind für viehhaltende Betriebe konzipiert, die anderen drei für viehlose Betriebe. Hier soll für jeden der beiden Betriebstypen jeweils ein Beispiel herausgegriffen werden:

Beispiel 1 (viehlos): Sojabohne – Winterweizen – Sommergerste

Beispiel 2 (viehhaltend): Kleegras – Kleegras – Kartoffeln – Winterweizen – Winterroggen

Im Beispiel 1 steht an erster Stelle (Jahr 1) die Sojabohne (Abb. 1.6a), gefolgt von zwei Jahren, in denen Getreide angebaut wird. Die Sojabohne wird am Versuchsort im späten Frühjahr (Ende April bis Anfang Mai) gesät und im Spätsommer bis Früherbst (Mitte September bis Mitte Oktober) geerntet. Auf die Sojabohnenernte folgt der typischerweise im Oktober gesäte Winterweizen, der bis zur Ernte im folgenden Sommer (meist Anfang August) im Feld steht (Jahr 2). In der zweiten Märzhälfte des darauffolgenden Jahres wird die Sommergerste gesät, die dann im Juli geerntet werden kann (Jahr 3). Der Zyklus dieser 3-feldrigen Fruchtfolge beginnt dann erneut im Frühjahr des vierten Jahres mit der Sojabohnensaat.

Abb. 1.6 Sojabohne (a) und Kleegras (b) am Standort Viehhausen (Oberbayern), September 2013 (Photo: T. Döring)

Das Beispiel 2 stellt eine 5-feldrige Fruchtfolge dar und beginnt mit einem zweijährigen Kleegras (Jahr 1 und 2) (Abb. 1.6b). Im Frühjahr darauf (Jahr 3) wird das Kleegras umgebrochen, d. h. untergepflügt. Anschließend, meist ca. Mitte April, werden dann die Kartoffeln gepflanzt. Die Ernte der Kartoffeln erfolgt abhängig von der Reifegruppe der verwendeten Sorte meist zwischen August und September. An diese sogenannte Sommerung schließen sich mit Winterweizen und Winterroggen zwei Winterungen an (Jahr 4 und 5). Das Kleegras wird dann als Stoppelsaat, d. h. unmittelbar nach der Winterroggenernte im August des fünften Jahres gesät. Damit steht das Kleegras insgesamt etwas über zweieinhalb Jahre im Feld, nämlich 3 bis 4 Monate ab der Saat bis zum Ende des fünften Jahres, 24 Monate in den Jahren 1 und 2, sowie zusätzlich 3 bis 4 Monate im Vorlauf der Kartoffeln im Jahr 3.

Für eine erste Charakterisierung dieser und anderer Fruchtfolgen ist es sinnvoll, vier einfache Fragen zu stellen; diese können auch als Leitfragen zur Gestaltung von Fruchtfolgen dienen:

 Welche Arten an Kulturpflanzen werden angebaut?

 Welche Anteile nehmen diese einzelnen Pflanzenarten in der Fruchtfolge ein?

 In welcher Reihenfolge tauchen die Arten auf?

 Welche Anbaumaßnahmen erfolgen mit den jeweiligen Fruchtarten?

Anhand dieser Fragen sind bereits einige zentrale Charakteristika von typischen Fruchtfolgen der ÖL bei den beiden Beispielfruchtfolgen herauszuheben:

 Zu 1.: Arten: Durch ihre Fähigkeit zur Stickstoff-Fixierung spielen Leguminosen (Familie Fabaceae) eine außerordentlich wichtige Rolle im Ökolandbau und sind als tragendes Element in praktisch jeder ökologisch geführten Fruchtfolge vorhanden. Körnerleguminosen wie die Sojabohne aus Beispiel 1 werden als Marktfrüchte oft von viehlosen Betrieben den Futterleguminosen (z. B. Kleegras) vorgezogen. Statt Sojabohne werden allerdings häufiger andere Arten von Körnerleguminosen eingesetzt, v. a. Erbse und Ackerbohne, daneben auch Lupinen (s. Kap. 1.2.6). Im Beispiel 2 besteht das Kleegras aus einer Mischung von Gräsern und Futterleguminosen (s. Kap. 1.2.6), z. B. verschiedenen Kleearten. Diese Futterleguminosen stehen repräsentativ für die Leguminosen in Fruchtfolgen viehhaltender Betriebe der ÖL. Jedoch bauen auch viehlose oder viehschwache Betriebe Futterleguminosen an, dann allerdings in meist geringeren Anteilen an der Fruchtfolge.

 Zu 2.: Anteile: Die Leguminosen machen in Beispiel 1 einen Anteil an der Fruchtfolge von einem Drittel aus. In Beispiel 2 sind zwei Hauptnutzungsjahre den Leguminosen zuzurechnen, d. h. 40 %. Diese Werte sind als relativ typisch für die ÖL anzusehen. Wesentlich geringere Anteile der Leguminosen an der Fruchtfolge würden dazu führen, dass insgesamt nicht genug Stickstoff für die anderen Fruchtarten bereitgestellt werden kann. Wesentlich höhere Anteile der Leguminosen könnten demgegenüber – v. a. bei Körnerleguminosen – zu Problemen mit Krankheiten und Schädlingen führen (s. Kap. 1.2.1 u. 1.2.4).

 Zu 3.: Reihenfolge: In Beispiel 1 steht der Winterweizen als relativ anspruchsvolle Kulturart an erster Stelle nach der Leguminose (Sojabohne), um den Stickstoff, den diese hinterlässt, bestmöglich zu nutzen. In Beispiel 2 steht der vergleichsweise anspruchslose Winterroggen am Ende der Fruchtfolge. Vor allem auf eine höhere Stickstoffversorgung reagiert der Winterroggen weniger stark mit erhöhten Erträgen als der Winterweizen. Daher ist es sinnvoll, den aus dem Kleegras nach den Kartoffeln noch im Boden verbleibenden Stickstoff zunächst mit dem Winterweizen zu nutzen. Dies gilt insbesondere, weil bei der Ernte der Kartoffeln eine vergleichsweise starke Mineralisierung von Stickstoff aus der organischen Bodensubstanz erfolgt.

 Zu 4.: Anbaumaßnahmen: Zu den beiden Beispielfruchtfolgen gehören neben den oben angesprochenen Saat- und Erntezeiten auch weitere Anbaumaßnahmen, insbesondere die Bodenbearbeitung und der Einsatz von Zwischenfrüchten. Insbesondere in Beispiel 1 fällt auf, dass im Herbst und Winter vor den Sommerungen (d. h. vor der Sommergerste bzw. vor der Sojabohne) jeweils keine Hauptkultur angebaut wird. Ohne Zwischenfrüchte, z. B. in der Zeit nach der Sommergerste und vor der Sojabohne wäre somit der Boden unbedeckt, was u. a. zu einem erhöhten Erosionsrisiko führen würde. Insofern ist die Fruchtfolge erst mit den jeweils zugehörigen Zwischenfrüchten vollständig (Abb. 1.7, Kap. 1.2.1 u. 1.2.6).

Im weiteren Verlauf dieses Kapitels werden die hier in Kürze besprochenen Aspekte weiter erläutert. Zunächst werden dafür einige Begriffe geklärt, die für die Fruchtfolgegestaltung wichtig sind (Kap. 1.2.1). Danach werden die vielfältigen Wirkungen von Fruchtfolgen besprochen (Kap. 1.2.1). Diese Wirkungen beziehen sich auf Pflanzenkrankheiten, Schädlinge, Unkräuter, verschiedene Bodeneigenschaften, Pflanzenerträge, sowie weitere ökologische und ökonomische Aspekte. Im darauffolgenden Kapitel 1.2.1 werden dann Fruchtfolgeregeln und konkrete Beispiele ausgeführt.

Begriffsbestimmungen

Die oben angegebene Definition der Fruchtfolge ist nur eine erste Näherung, da sie die zugehörigen Anbaumaßnahmen nicht angemessen berücksichtigt. Demnach kann eine Fruchtfolge besser definiert werden als geordnete Abfolge von Fruchtarten auf einem gegebenen Stück Land, inklusive aller zu diesen Fruchtarten gehörenden Anbauverfahren und -techniken. Hierzu zählen u. a. Saat- und Erntezeiten, Düngung, etwaige Pflanzenschutzmaßnahmen, Bodenbearbeitung, sowie der Einsatz von Zwischenfrüchten. Die Fruchtfolge ist damit der planmäßige Anbauablauf in einem bestimmten Bereich der Feldflur. Sie bestimmt wesentlich die zeitliche und räumliche Struktur eines landwirtschaftlichen Bodennutzungssystems.

Abb. 1.7 Anbauablauf für Fruchtfolgebeispiel 1 für das Fruchtfolgepaar Sommergerste-Sojabohne

Bei der Einteilung und Charakterisierung von Fruchtarten innerhalb von Fruchtfolgen werden oft folgende Begriffe verwendet:

Die Blattfrüchte sind alle Nichtgetreidearten (z. B. Leguminosen, Kartoffeln, Kreuzblütler), sowie Grünmais und Silomais, Ackergras und Kleegras sowie weitere Gemenge aus Gräsern und Futterleguminosen. Blattfrüchte werden traditionell auch als tragende Früchte bezeichnet.

Als Halmfrüchte gelten alle Getreide einschließlich Körnermais, sowie die Menggetreide (insbesondere Artenmischungen von Getreide und Körnerleguminosen, wobei der Anteil der Leguminosen weniger als 30 % betragen muss). Die Halmfrüchte werden auch als abtragende Früchte bezeichnet. Diese alte Nomenklatur der tragenden und abtragenden Früchte suggeriert, dass ein Auf- bzw. Abbau von Bodenfruchtbarkeit mit diesen Gruppen einhergeht. Dies ist aus heutiger Sicht so nicht mehr haltbar. So tragen z. B. insbesondere Kartoffeln als humuszehrende Kultur (vgl. Kap. 1.2.1) nicht zu einer Mehrung der Bodenfruchtbarkeit bei.

Eine weitere Unterscheidung stellt die Hauptfrüchte den Zwischenfrüchten gegenüber:

Hauptfrüchte stehen den gesamten oder überwiegenden Teil der Vegetationszeit auf der Fläche und werden in jedem Fall geerntet. Alle in den Fruchtfolge-Beispielen 1 und 2 genannten Fruchtarten sind Hauptfrüchte.

Zwischenfrüchte werden zwischen zwei Hauptfrüchten angebaut, schließen Vegetationslücken während des Jahres und führen damit zu einer besseren Ausnutzung der Vegetationszeit und dienen dem Schutz des Bodens. Zwischenfrüchte, insbesondere wenn sie nur für kurze Zeit im Feld stehen, werden oft nicht geerntet. Die gebildete Biomasse dient dann insbesondere der Gründüngung. Typische Zwischenfrüchte sind Phacelia und Senf. Eine ausführliche Beschreibung von Zwischenfrüchten ist in Kapitel 1.2.6 gegeben.

Zweitfrüchte sind Fruchtarten, die im Frühjahr nach einer Winterzwischenfrucht angebaut werden.

Hinsichtlich der Fruchtfolgestellung und Fruchtfolgewirkungen werden folgende Begriffe verwendet:

Die Vorfrucht ist die einer Hauptfrucht auf einer Fläche vorausgehende Hauptfrucht. Im Beispiel 1 (s. Kap. 1.2.1.) ist die Sommergerste die Vorfrucht der Sojabohne. Im Beispiel 2 ist der Winterweizen die Vorfrucht des Winterroggens.

Die Nachfrucht ist demgegenüber die einer Hauptfrucht auf der gleichen Fläche folgende Hauptfrucht.

Die Vorfruchtwirkung ist die Gesamtwirkung einer Vorfrucht auf die folgende Hauptfrucht.

Der Vorfruchtanspruch dagegen ist die Gesamtheit der Anforderungen der nachfolgenden Hauptfrucht an die vorher angebaute Hauptfrucht, insbesondere bezüglich agrotechnischer Termine (z. B. Saat), Bodenzustand und phytosanitärer Bedingungen. So hat in den oben genannten Beispielen 1 und 2 der Winterweizen die Anforderung, dass die vorhergehende Hauptfrucht – hier die Sojabohne bzw. die Kartoffel – geerntet ist, bevor der Saattermin des Winterweizens ansteht.

Bei der Gestaltung und Beschreibung von Fruchtfolgen wird unterschieden zwischen Fruchtfolgefeld und Fruchtfolgeglied:

Das Fruchtfolgefeld ist nicht identisch mit der genutzten Ackerfläche, sondern ist die kleinste Gliederungseinheit der Fruchtfolge. Damit entspricht das Fruchtfolgefeld einer Hauptfrucht mitsamt den zugeordneten Zwischen- oder Zweitfrüchten in einem Anbaujahr der Fruchtfolge.

Das Fruchtfolgeglied ist dagegen die Aufeinanderfolge von Fruchtfolgefeldern. Das Fruchtfolgeglied beginnt mit dem ersten tragenden Feld, d. h. mit der ersten Blattfrucht (BF) und endet mit dem letzten abtragenden Feld, d. h. der letzten Halmfrucht (HF) vor der nächsten Blattfrucht. Das Beispiel 1 (BF-HF-HF) besteht, ebenso wie das Beispiel 2 (BF-BF-BF-HF-HF) aus nur einem Fruchtfolgeglied.

Würden im Beispiel 2 Kartoffeln und Winterweizen getauscht, so ergäben sich damit zwei Fruchtfolgeglieder, nämlich das erste vom Kleegras bis einschließlich zum Winterweizen (BF-BF-HF) und das zweite von der Kartoffel bis zum Winterroggen (BF-HF). Abb. 1.8 gibt ein weiteres Beispiel zur Benennung von Teilen einer Fruchtfolge. In der Notation von Fruchtfolgen besteht die Konvention, mit einer Blattfrucht zu beginnen. Ökologische Fruchtfolgen, die ein Kleegras-Fruchtfolgefeld enthalten, werden in der Notation meist mit diesem begonnen (vgl. Beispiele 2 u. 3). Der einmalige Durchlauf einer Fruchtfolge wird als Rotation bezeichnet.

Beispiel 3: Kleegras – Kleegras – Kleegras – Winterweizen – Winterroggen – Ackerbohne – Winterweizen – Sommergerste

Im Beispiel 3 steht an erster Stelle als Blattfrucht ein dreijähriges Kleegras, darauf folgen zwei Halmfrüchte (Winterweizen und Winterroggen). Mit der Ackerbohne als weiterer Blattfrucht beginnt das zweite Fruchtfolgeglied, welches dann mit der Sommergerste endet. Die Fruchtfolge ist somit 8-feldrig und 2-gliedrig.

Abb. 1.8 Benennung von Fruchtfolgeeinheiten. Die dargestellte Fruchtfolge besteht aus fünf Fruchtfolgefeldern und zwei Fruchtfolgegliedern. Jeweils zwei zeitlich aneinandergrenzende Fruchtfolgefelder bilden ein Fruchtfolgepaar.

US = Untersaat, ZF = Zwischenfrucht

Die Anbaukonzentration (auch als Anbauverhältnis oder Ackerflächenverhältnis bezeichnet) beschreibt den prozentualen Anteil einer Fruchtart an der Ackerfläche oder an der landwirtschaftlichen Nutzfläche eines Betriebes. Die Anbaukonzentration kann sich auch auf Betriebsteile oder Rotationsbereiche beziehen. Üblicherweise wird die Anbaukonzentration über eine vollständige Fruchtfolge betrachtet. In diesem Fall können Flächenanteile und zeitliche Anteile gleichgesetzt werden. In den Beispielen hat dann der Winterweizen eine Anbaukonzentration von 33 % (Beispiel 1), 20 % (Beispiel 2), bzw. 25 % (Beispiel 3). Für den ökologischen Weizenanbau kann international eine Anbaukonzentration von ca. 30 % als typischer Wert angesehen werden (Döring, 2017). In 15 ökologisch wirtschaftenden Betrieben in Hessen fanden Brock et al. (2013) im Mittel ein Ackerflächenverhältnis von 54 % für Getreide, 10 % für Körnerleguminosen und Gemenge, 11 % für Hackfrüchte und 24 % für Futterleguminosen. Die gewünschte Anbaukonzentration bildet oft einen betriebswirtschaftlich wichtigen Ausgangspunkt der Fruchtfolgeplanung.

Tab. 1.1 Empfohlene Anbaupausen für verschiedene Kulturarten, d. h. notwendiger Mindestabstand in Jahren bis zum Wiederanbau der Kultur auf derselben Fläche
Leguminosen		Nicht-Leguminosen
Fruchtart	Anbaupause	Fruchtart	Anbaupause
Erbse, weißblühend	6–10	Nicht-Getreide
Luzerne	5–7	Sonnenblumen	7–8
Esparsette	5–7	Lein	6–8
Rotklee	5–7	Zwiebeln	5–6
Erbse, buntblühend	5–6	Beta-Rüben	4–6
Linse	5	Raps	3–5
Wicke	4–6	Möhren	3–4
Ackerbohne	3–6	Kohl	3–4
Inkarnatklee	4–5	Kartoffeln	3–4
Blaue Lupine	4–5
Gelbe Lupine	4–5	Getreide
Weiße Lupine	4–5	Hafer	3–5
Alexandrinerklee	3–4	Winterweizen	2–3
Perserklee	3–4	Wintergerste	2–3
Soja	1–4	Silomais	2–3
Schwedenklee	2–3	Roggen	1–2
Weißklee	2–3	Sommergerste	1–2
Serradella	1–2	Körnermais	1–2

Begrenzt wird die maximal mögliche Anbaukonzentration u. a. durch die sogenannte Anbaupause. Diese ist definiert als notwendige Mindestzeitspanne in Jahren, die als Anbauabstand bis zum Wiederanbau derselben Fruchtart auf demselben Feld einzuhalten ist. Durch Einhaltung der Anbaupausen kann insbesondere die Gefahr der Schädigung durch bodenbürtige Schaderreger verringert werden (s. Kap. 1.2.1 u. 1.2.4). Die realisierte Anbaupause im Beispiel 1 für Sojabohne ist 2 Jahre. Im Beispiel 2 beträgt sie für die Kartoffel vier Jahre. Tabelle 1.1 gibt einen Überblick über empfohlene Anbaupausen für wichtige Kulturen. Dabei ist zu beachten, dass es kaum systematische Untersuchungen zu Anbaupausen im Ökolandbau gibt. Die Angaben beruhen zum großen Teil auf Erfahrungswerten. Zudem unterscheiden sich in verschiedenen Quellen angegebene Anbaupausen voneinander. Dies ist unter anderem auf regionale Unterschiede zurückzuführen. So wird für Hafer in Mitteleuropa eine Anbaupause von 3–5 Jahren als notwendig erachtet, in Schottland erfolgt der Haferanbau jedoch wesentlich dichter aufeinander.

Einige Kulturen, wie z. B. der Roggen gelten (je nach Quelle) als selbstverträglich, d. h. sie haben eine notwendige Anbaupause von Null Jahren. Bei solchen selbstverträglichen Kulturen kann ein zweijähriger Nacheinanderbau erfolgen, d. h. eine sogenannte einmalige Selbstfolge. Ein mehr als 5-jähriger wiederholter Anbau der gleichen Fruchtart wird als Monokultur bezeichnet. Damit unterscheidet sich die so im Zusammenhang von Fruchtfolgegestaltung definierte Monokultur von der umgangssprachlichen Verwendung des Wortes (‚großflächiger Anbau derselben Fruchtart‘). Der Begriff der Monokultur wird teilweise auch als Synonym für ‚Reinkultur‘ im Gegensatz zum Gemengeanbau verwendet.

Wirkungen und Funktionen der Fruchtfolge

Eine sinnvoll gestaltete Fruchtfolge hat etliche positive Wirkungen in ackerbaulicher, ökologischer und ökonomischer Hinsicht. Diese Vorteile lassen sich vor allem im Vergleich zum langjährigen Nacheinanderbau derselben Fruchtart, d. h. zu Monokulturen zeigen.

Als Beispiel sei eine Kartoffel-Monokultur angenommen. Ökonomisch betrachtet ist die Kartoffel als Fruchtart gerade für viele Ökolandwirte attraktiv, u. a. weil sie sich gut zur Direktvermarktung eignet. Allerdings bringt der Anbau von Kartoffeln auch etliche Nachteile mit sich. Durch die intensive Belüftung des Bodens bei der Pflanzung, der Dammpflege und der Ernte der Kartoffeln (vgl. Kap. 1.2.6) kommt es zum Abbau von Humus im Boden. Auch werden bestimmte bodenbürtige Schaderreger, z. B. Nematoden, durch eine zu hohe Anbaukonzentration von Kartoffeln gefördert (s.u.). Zudem sind bestimmte Arten von Beikräutern wie z. B. der Weiße Gänsefuß (Chenopodium album) relativ gut an den Anbau von Hackfrüchten wie die Kartoffel angepasst. Bei Kartoffel-Monokultur würden sich daher die Populationen dieser Beikräuter massiv vermehren. Wegen solcher sich über die Zeit verstärkenden Negativwirkungen ist es nicht sinnvoll, Kartoffeln in zu kurzer Folge auf demselben Feld oder gar in Monokultur anzubauen.

Ähnliches gilt auch für andere Kulturarten. Zwar bereitet z. B. der Winterweizen keine Probleme mit übermäßigem Humusabbau, Kartoffel-Nematoden oder Weißem Gänsefuß, eine Winterweizen-Monokultur ist jedoch aus anderen Gründen nicht sinnvoll. In diesem Fall würden nämlich andere Schaderreger wie z. B. der Halmbrucherreger (Tapesia yallundae) und andere Beikrautarten wie z. B. Klatschmohn (Papaver rhoeas) von der hohen Anbaukonzentration des Weizens profitieren. Mittel- und langfristig würde damit der erreichbare Ertrag des Weizens deutlich gemindert.

Als ein wichtiges Ziel der Fruchtfolgegestaltung gilt somit, den Nachteilen von Monokulturen durch das Abwechseln unterschiedlicher Fruchtarten entgegenzuwirken. Dies wird erreicht, indem Fruchtfolgen die funktionellen Unterschiede verschiedener Fruchtarten ausnutzen. Diese funktionellen Unterschiede beziehen sich, wie in den folgenden Absätzen erläutert wird, auf:

 Pflanzenkrankheiten, Schädlinge und Unkräuter

 Wirkungen auf den Boden und auf die Nährstoffdynamik

 Gesamtwirkungen auf den Ertrag sowie ökonomische und ökologische Kosten und Leistungen.

Die erwünschten Gesamtwirkungen der Fruchtfolge umfassen dabei unter anderem ausreichend hohe und sichere Erträge, eine hohe Qualität des Erntegutes, sowie die langfristige Erhaltung und Mehrung der Bodenfruchtbarkeit. In der Fruchtfolgegestaltung geht es dann darum, auf diese Ziele hin die Anbaukonzentration, die Anbaupausen und die Reihenfolgen unterschiedlicher Feldfrüchte zu optimieren.

Wirkungen auf Pflanzenkrankheiten und Schädlinge. Die Grundidee zur Regulation von Pflanzenkrankheiten und Schädlingen durch Fruchtfolgegestaltung ist einfach: Durch ein vorübergehendes Aussetzen des Anbaus einer bestimmten Fruchtart wird dem Schaderreger zeitweise seine Wirtspflanze entzogen (vgl. Kap. 1.2.4). Durch eine Anbaupause können daher vor allem solche Schaderreger reduziert werden, die eine starke Spezialisierung auf ihre Wirtspflanze aufweisen. Schaderreger mit geringer Nahrungsspezialisierung, d. h. mit breitem Wirtspflanzenspektrum, können bei Wegfall der einen Kulturart auf eine andere Art ausweichen.

Ein Beispiel für eine stark spezialisierte Insektenart ist der Kartoffelkäfer (Leptinotarsa decemlineata). Die Larven und adulten Käfer dieser Blattkäferart ernähren sich von wenigen Arten der Nachtschattengewächse (Familie Solanaceae), zu denen auch die Kartoffel gehört. Da Tabak, Aubergine, Paprika und Tomaten als alternative Nahrungspflanzen aus derselben Pflanzenfamilie in Mitteleuropa keine Rolle als ackerbaulich genutzte Kulturen spielen, nutzen Kartoffelkäfer und ihre Larven hier nahezu ausschließlich Kartoffelpflanzen als Nahrungsquelle. Durch den Entzug der Wirtspflanze, d. h. z. B. eine Anbaupause von vier bis fünf Jahren bei Kartoffeln, lassen sich daher die Populationen von Kartoffelkäfern indirekt reduzieren.

Ein Beispiel für einen Schadorganismus mit geringer Spezialisierung und breitem Wirtspflanzenkreis ist der Erreger der Wurzeltöterkrankheit der Kartoffel, welche von dem Pilz Rhizoctonia solani verursacht wird. Zusätzlich zu dem breiten Wirtspflanzenkreis besteht eine Schwierigkeit darin, dass der Pilz in der Lage ist, sich saprophytisch , d. h. von abgestorbenen Pflanzenresten ernähren zu können.

Die Strategie des zeitlichen Wirtspflanzenentzuges durch Fruchtwechsel kann aber auch bei spezialisierten Schadorganismen an Grenzen stoßen. Da adulte Kartoffelkäfer flugfähig und relativ mobil sind, können sie von ihrer Überwinterungsfläche aus im neuen Vegetationsjahr auf benachbarte Kartoffelflächen umsiedeln. Aus diesem Grund sind Fruchtwechsel zur Reduktion von Schaderregern vor allem dann wirksam, wenn die Schaderreger bodenbürtig und wenig mobil sind (vgl. Tab. 1.2).

Tab. 1.2 Beispiele für Schaderreger, die durch zu kurze Anbaupausen gefördert werden
Fruchtart	Schaderregerart bzw. Krankheit	Organismengruppe
Kartoffel	Kartoffelschorf (Streptomyces scabies)	Bakterien
Winterweizen	Halmbruch (Tapesia yallundae)	Pilze
	Schwarzbeinigkeit (Gaeumannomyces graminis var. tritici)	Pilze
	Sattelgallmücke (Haplodiplosis marginata)	Insekten
Raps, Kohl	Kohlhernie (Plasmodiophora brassicae)	Pilze
Hafer	Getreidezystenälchen (Heterodera avenae)	Nematoden
Erbse	Ascochyta-Komplex (verschiedene Arten)	Pilze
Weiß-, Rotklee, Luzerne	Kleekrebs (Sclerotinia trifoliorum)	Pilze

Dies ist vor allem bei zwei bodenbürtigen Getreidekrankheiten der Fall: Schwarzbeinigkeit (Gaeumannomyzes graminis var. tritici) und Halmbruch (Pseudocercosporella herpotrichoides, Synonym: Tapesia yallundae). Diese Fußkrankheiten befallen unter den Getreidearten vor allem den Winterweizen. Winterroggenist dagegen weniger anfällig. Da sie vor allem bei enger Getreidefolge auftreten, werden diese Krankheiten als typische Fruchtfolgekrankheiten angesehen. Insbesondere bei Weizen sollten Anbaupausen daher nicht zu kurz sein. Ähnliches gilt für Hafer zur Minderung der bodenbürtigen und wenig mobilen Hafernematoden (Heterodera avenae).

Obwohl Fruchtwechsel vor allem gegen bodenbürtige, wenig mobile Schaderreger wirken, hat auch bei mobileren Arten eine längere Anbaupause indirekt eine regulative Wirkung. Dies liegt daran, dass bei längerer Anbaupause notwendigerweise auch die räumliche Anbaukonzentration der Wirtspflanzenart vermindert wird. Damit wird auf dem Betrieb ein größerer Abstand zwischen den Flächen der gleichen Kulturart erreicht. Gleichzeitig wird die Wahrscheinlichkeit einer Besiedelung durch Schädlinge vermindert, die ausgehend von Flächen aus dem Vorjahr in die Kultur einwandern.

Aus der Logik des Wirtspflanzenentzugs folgt auch, dass Fruchtfolgen dann gegenüber Schaderregern besonders effektiv sind, wenn deren Lebenszyklus einjährig ist. Je länger Schaderreger in der Lage sind, im Boden zu überdauern bis die Wirtspflanze wieder angebaut wird, desto weniger kann der Fruchtwechsel als Regulativ greifen. Dies ist auch einer der Gründe dafür, dass einige bodenbürtige Pilzkrankheiten der Körnerleguminosen eine besondere Herausforderung im ÖL darstellen. Körnererbsen können vor allem bei feuchter Witterung durch den pilzlichen Ascochyta-Komplex stark geschädigt werden. Zu diesem Erregerkomplex gehören drei Arten (Ascochyta pisi, Mycosphaerella pinodes und Phoma medicaginis). Die Sporen der beiden letztgenannten Erreger, die außer Erbsen auch noch Lupinen und Wicken befallen, können bis zu zehn Jahre im Boden überdauern. Daher sind gerade bei Erbsen die bisher empfohlenen Anbaupausen von 5 bis 6 Jahren oft zu kurz, insbesondere bei den weißblühenden Erbsensorten, die eine höhere Anfälligkeit gegenüber den genannten Pilzkrankheiten aufweisen (vgl. Tab. 1.1).

Außer Nahrungsspezialisierung, Mobilität und Lebenszyklus haben auch natürliche Gegenspieler der Schaderreger einen Einfluss darauf, wie effektiv Fruchtfolgen im indirekten Pflanzenschutz eingesetzt werden können. Ein gut untersuchtes Beispiel ist die Schwarzbeinigkeit des Getreides (Weller et al., 2002). Zur Minderung dieser Krankheit werden meist etwa zwei Jahre Anbaupause empfohlen. Wenn Jahr für Jahr Weizen nach Weizen angebaut wird, so wird auch zunächst ein Ansteigen des Krankheitsbefalls beobachtet, da das Inokulum des Pathogens mit dem wiederholten Anbau der anfälligen Wirtspflanze zunimmt. Überraschenderweise setzt dann jedoch bei längerem Weizenanbau (mehr als 4 bis 6 Jahre) teilweise ein Rückgang des Befalls mit Schwarzbeinigkeit ein. Dieses Phänomen, das nach dem englischen Namen der Krankheit als „take-all decline“ bezeichnet wird, geht unter anderem mit einem Ansteigen bestimmter Populationen der Bakteriengattung Pseudomonas einher. Diese Bakterien produzieren einen Stoff (2,4-Diacetylphloroglucinol), welcher auf den Erreger der Schwarzbeinigkeit hemmend wirkt. Voraussetzung für diesen Effekt ist allerdings eine hohe biologische Aktivität des Bodens. Weiterhin wird die Suppressivität des Bodens gegenüber Schwarzbeinigkeit, d. h. sein Vermögen, den Schaderreger zu unterdrücken, vermindert, wenn die Weizen-Monokultur durch eine Nicht-Wirtspflanze unterbrochen wird, d. h. gerade durch einen Fruchtwechsel. Trotzdem kann das Beispiel nicht als Argument für eine Weizen-Monokultur gelten, da eben auch andere Schadpilze (z. B. der Halmbrucherreger) sowie Beikräuter bei Aussetzen eines Fruchtwechsels verstärkt ertragsmindernd wirken würden.

Die genannten Beispiele zeigen, dass Fruchtfolgen nicht in jedem Fall vermögen, Krankheiten und Schädlinge zu vermindern. Vielmehr ist die Fruchtfolgewirkung von etlichen Faktoren abhängig: Spezialisierung auf die Wirts- bzw. Nahrungspflanze, Mobilität und Überdauerungsfähigkeit der Schaderreger, räumliche Distanz zur Vorjahresfläche, sowie natürliche Gegenspieler. Eine genaue Kenntnis der Biologie der Schaderreger ist daher wichtig, um Fruchtfolgen für den Pflanzenschutz effektiv zu gestalten.

Wirkungen auf die Ackerbegleitflora. Eine wichtige Funktion von Fruchtfolgen ist die gezielte Beeinflussung von wildwachsenden Pflanzenarten (Beikräutern) im Feld (vgl. Kap. 1.2.5). Insbesondere in der ÖL ist hier die Doppelfunktion der Beikräuter im Auge zu behalten – einerseits als wertgebende Ackerbegleitflora und andererseits in ihrer Konkurrenz gegenüber Kulturpflanzen. Daher kann es nicht in jedem Fall Ziel sein, durch die Fruchtfolgegestaltung eine Minimierung der Beikrautpopulationen zu erreichen. Vielmehr ist die Zielstellung je nach Artenzusammensetzung der Beikrautflora zu entscheiden. So ist ein Besatz mit Ackerkratzdisteln (Cirsium arvense) oder Stumpfblättrigem Ampfer (Rumex obtusifolius) anders zu bewerten als ein Bestand mit dem Ackerfilzkraut (Filago arvensis) oder der Ackerröte (Sherardia arvensis). Während die beiden erstgenannten Pflanzenarten mehrjährig sind, sehr häufig auftreten und ein großes Schadpotenzial haben, d. h. eine starke Konkurrenz gegenüber den Kulturpflanzen ausüben können, sind Ackerfilzkraut und Ackerröte gefährdete Arten mit Schutzstatus und geringer Konkurrenzkraft.

Beikräuter sind oft durch Erzeugung großer Samenmengen, durch eine schnelle Entwicklung und Generationenfolge sowie durch eine leichte Verbreitung (z. B. sehr leichte Samen oder Flugapparate) gekennzeichnet. Darüber hinaus sind sie durch ihren Lebenszyklus in unterschiedlicher Weise an den Bewirtschaftungsrhythmus der Kulturpflanzen angepasst (Tab. 1.3).

Tab. 1.3 Gruppierung von Ackerbeikrautarten
	Sommerannuelle	Winterannuelle	Annuelle ohne Jahreszeitenbindung	Ausdauernde (mehrjährig)
Keimung	Frühjahr	Herbst	das ganze Jahr über	unterschiedlich
Kulturen	Hackfrüchte	Wintergetreide	Alle Ackerkulturen	Alle Ackerkulturen
	Sommergetreide			Grünland
Beispielarten	Ackersenf	Windhalm	Vogelmiere	Ackerkratzdistel
	Hühnerhirse	Klatschmohn	Hirtentäschel	Quecke

Einjährige (annuelle) Arten schließen ihren Lebenszyklus innerhalb eines Jahres ab. Hierzu gehören drei Gruppen. Die sommerannuellen Arten wie z. B. der Ackersenf (Sinapis arvensis) und die Hühnerhirse (Echinochloa crus-galli) keimen im Frühjahr oder Frühsommer, vor allem in Sommerungen, blühen und fruchten noch im gleichen Jahr und sterben dann ab. Ihre Samen überwintern im Boden. Winterannuelle Arten keimen im Herbst (z. B. zur Wintergetreidesaat), überdauern den Winter als Jungpflanzen und blühen und fruchten dann im folgenden Jahr. Hierzu gehören z. B. der Windhalm (Apera spica-venti), der Klatschmohn (Papaver rhoeas) und die Kornblume (Centaurea cyanus). Annuelle ohne Jahreszeitenbindung keimen, blühen, und fruchten das ganze Jahr über, mit Ausnahme der Frostperioden. Hierzu zählen z. B. die Vogelmiere (Stellaria media) und das Hirtentäschelkraut (Capsella bursa-pastoris) und das Einjährige Rispengras (Poa annua) Eine weitere Gruppe bilden die mehrjährigen (ausdauernden, perennierenden) Arten, welche mehrere Vegetationsperioden überdauern, wie z. B. die Ackerkratzdistel (Cirsium arvense), die Quecke (Elymus repens) und der Ackerschachtelhalm (Equisetum arvense).

Durch Monokultur (Definition s. Kap. 1.2.1) wird eine Selektion auf die Beikrautarten ausgeübt, die gut an die jeweilige Kultur angepasst sind. Die Populationen dieser Beikrautarten steigen dann über die Zeit stark an. Vielfältige Fruchtfolgen, insbesondere der Wechsel von Sommerungen und Winterungen, führen dagegen dazu, dass die für einige Arten günstigen Bedingungen immer wieder von ungünstigen Bedingungen unterbrochen werden.

Beispiel 4: Kleegras – Kleegras – Winterweizen – Hafer- bzw.Körnerleguminosen-Gemenge (Zwischenfrucht) – Kartoffeln oder Futterrüben – Winterroggen (Untersaat: Kleegras)

Im Beispiel 4, einer 6-feldrigen Fruchtfolge, werden nach dem Kleegras zu gleichen Teilen Winterungen, d. h. Kulturen mit Herbstsaat (Winterweizen, Winterroggen), und Sommerungen, d. h. Kulturen mit Frühjahrssaat (Hafer bzw. Körnerleguminosen, Kartoffeln, Futterrüben), gestellt.

Wegen der unterschiedlichen Keimzeiten der Beikrautarten kann ein Wechsel von Winter- und Sommerkulturen eine einseitige Verunkrautung vermindern. Dies gilt vor allem für die sommerannuellen und winterannuellen Arten, weniger jedoch für die annuellen Arten ohne Jahreszeitenbindung. Auch sind insbesondere die mehrjährigen Arten wie Ackerkratzdistel und verschiedene Ampferarten in der ÖL problematisch, unter anderem weil sie einen Fruchtartenwechsel eher überstehen als annuelle Arten.

In der Fruchtfolgegestaltung, d. h. sowohl für die Auswahl der Fruchtarten als auch für deren Reihenfolge, ist es weiterhin von Bedeutung, dass sich verschiedene Kulturpflanzenarten erheblich in ihrer Konkurrenzkraft gegenüber Beikräutern unterscheiden. Die Erbse hat z. B. eine geringe Unkrautunterdrückung im Vergleich zu vielen anderen Kulturen und lässt wegen der Rankenbildung nur ein geringes Bearbeitungsfenster zum Striegeln offen. Möhren sind extrem anfällig gegen Früh-Verunkrautung wegen ihrer langsamen Jugendentwicklung. Zu den Kulturarten mit relativ geringer Unkrautunterdrückung gehören weiterhin Lein, Sojabohnen, Steinklee im ersten Ansaatjahr und Platterbse. Arten mit guter Unkrautunterdrückung sind dagegen u. a. Hafer und Roggen aufgrund ihrer relativ großen Pflanzenhöhe, Gerste durch ihre starke Bestockung, sowie Hanf und Buchweizen.

In Fruchtfolgen der ÖL spielen mehrjährige Gemenge aus Gräsern und Futterleguminosen (Kleegras) unter anderem für die Bereitstellung von Stickstoff eine herausragende Rolle (s.u.). Daneben hat diese Phase in der Fruchtfolge auch eine wichtige Bedeutung für die Regulation der Beikrautpopulationen. Vor allem einjährige Beikrautarten können durch das Kleegras wirksam unterdrückt werden. Zwar keimen diese Beikrautarten bei der Kleegrasansaat aus und treten dann in der Phase der Bestandesetablierung noch in Konkurrenz mit den angesäten Arten. Jedoch überleben die meisten annuellen Beikrautarten den ersten Schnitt oder eine Beweidung nicht, während die Futterleguminosen und Gräser weiterwachsen. Dieser Wachstumsvorsprung der angesäten Arten führt im weiteren Verlauf dazu, dass annuelle Beikrautarten einen deutlichen Konkurrenznachteil haben.

Fruchtfolgewirkungen auf Beikräuter sind nicht nur vom Artenspektrum der Beikräuter abhängig, sondern auch von etlichen anderen Faktoren, u. a. der Intensität und Art der mechanischen Beikrautbekämpfung. So sind Fruchtfolgeeffekte auf Beikräuter vor allem bei Aussetzen mechanischer Beikrautregulierung (z. B. Stoppelbearbeitung) sichtbar. Umgekehrt können in einseitigen Fruchtfolgen Maßnahmen mechanischer Unkrautregulierung über die Zeit an Effektivität verlieren, da sich die Artenzusammensetzung hin zu solchen Arten verschiebt, welche an die entsprechenden Maßnahmen gut angepasst sind.

Wirkungen auf den Boden und die Pflanzenernährung. Neben Effekten auf Pflanzenkrankheiten, Schädlinge und Beikräuter haben Fruchtfolgen umfassende und langfristige Wirkungen auf den Boden. Von den Bodeneigenschaften sind sowohl die physikalischen (z. B. das Bodengefüge), als auch die chemischen (z. B. der Nährstoffhaushalt) und die biologischen (z. B. die Mykorrhizapilze) durch diese Fruchtfolgewirkungen betroffen. Die genannten Bodeneigenschaften sind dabei nicht isoliert zu betrachten, da sie miteinander in einem komplexen Wirkungsgefüge stehen. So werden z. B. sowohl das Bodengefüge als auch der Nährstoffhaushalt stark von der biologischen Aktivität des Bodens beeinflusst.

Für die Fruchtfolgegestaltung sind zwei zeitliche Planungshorizonte von Bedeutung. Zum einen müssen die unmittelbaren, d. h. relativ kurzfristigen Wirkungen einzelner Fruchtarten auf die jeweilige Nachfrucht beachtet werden. Diese können als Vorfruchtwirkung erfasst werden und hängen von verschiedenen Eigenschaften der Vorfrüchte ab. Zu den artspezifischen Vorfruchteigenschaften gehören unter anderem die Fähigkeit zur Stickstoff-Fixierung, die Bodenbedeckung und Vegetationszeit, die Durchwurzelungstiefe, die Menge an Ernte- und Wurzelrückständen, sowie die chemische Zusammensetzung der Pflanzenreste. Zum anderen gilt es, langfristige Wirkungen der gesamten Fruchtfolge über mehrere Rotationen einzuschätzen, d. h. die Fruchtfolgewirkung. Hierzu liefern vor allem landwirtschaftliche Dauerversuche wertvolle Datengrundlagen. Im Folgenden werden einige unmittelbare Vorfruchtwirkungen auf den Boden besprochen sowie beispielhaft verschiedene Fruchtfolgen hinsichtlich ihrer langfristigen Wirkungen auf den Boden verglichen.

In der ÖL ist eine der wichtigsten intendierten Vorfruchtwirkungen die Bereitstellung von Stickstoff durch Leguminosen, d. h. durch Pflanzenarten der Familie der Schmetterlingsblütler (Fabaceae). Durch ihre Fähigkeit, in der Symbiose mit Knöllchenbakterien Luftstickstoff (N2) zu fixieren, stellen sie die einzige größere Stickstoffquelle dar, welche nicht direkt oder indirekt auf externe Inputs zurückgeht. Im Vergleich zur biologischen N2-Fixierung ist die atmosphärische Deposition von N gering (Abb. 1.9). An den Wurzeln werden je nach Leguminosenart unterschiedlich geformte knöllchenartige Auswüchse gebildet, in denen die Knöllchenbakterien leben. Diese Bakterien werden im Austausch für die energieintensive Konversion von Luftstickstoff in Ammonium von der Pflanze mit Kohlenhydraten aus der Photosynthese versorgt. Für die Vorfruchtwirkung der Leguminosen sind hinsichtlich Stickstoff drei Fragen entscheidend: Wieviel Stickstoff wird fixiert? Welcher Anteil des fixierten Stickstoffs wird mit den Ernteprodukten vom Feld entfernt? Und wie schnell und zu welchem Anteil wird der in den Leguminosen gebundene Stickstoff wieder mineralisiert, so dass er der Nachfrucht zur Verfügung steht?

Abb. 1.9 Vereinfachtes Schema zum Stickstoffkreislauf auf einem Ökologischen Gemischtbetrieb (verändert nach Küstermann et al., 2010)

Die N2-Fixierungsleistung der Leguminosen ist von etlichen biotischen und abiotischen Faktoren abhängig. Zu den biotischen Faktoren zählt die Symbiose zwischen den Leguminosen und den Knöllchenbakterien, den sogenannten Rhizobien. Diese Symbiose ist teilweise wirtsartspezifisch. So bilden z. B. Kleearten (Gattung Trifolium) Symbiosen mit bestimmten Rhizobienstämmen aus der Art Rhizobium leguminosarum, während die Luzerne und der Gelbklee (Gattung Medicago) Symbiosen mit Rhizobien der Gattung Ensifer eingehen. Voraussetzung für die biologische Stickstoff-Fixierung ist daher das Vorhandensein geeigneter Rhizobienstämme im Boden. In den meisten Böden in Mitteleuropa sind die für die gängigen Futter- und Körnerleguminosen spezifischen Rhizobienstämme vorhanden. In anderen Fällen, insbesondere bei erstmaligem Sojaanbau wird eine Beimpfung (Inokulation) des Saatgutes mit verkäuflichen Rhizobienpräparaten empfohlen. Andere biotische Faktoren sind der Krankheits- und Schädlingsbefall, sowie der Beikrautbesatz. Diese können durch Hemmung des Leguminosenwachstums die Menge an fixiertem Stickstoff negativ beeinflussen. Hier sind beispielhaft die Larven der Blattrandkäfer (Gattung Sitona) zu nennen, die im Boden leben und direkt an den Knöllchen der Leguminosen fressen.

Die Fixierungsleistung hängt weiterhin stark von der Menge an mineralischem Stickstoff im Boden ab. So wird bei hohen Nitratwerten im Boden die Symbiose gehemmt und die Leguminose nimmt einen größeren Anteil des Stickstoffs direkt aus dem Boden auf, die Fixierungsleistung kann daher zurückgehen. Weitere abiotische Faktoren, die eine Rolle für die Gesamtmenge an fixiertem Stickstoff spielen, sind insbesondere die Wasserverfügbarkeit sowie Verfügbarkeit verschiedener Pflanzennährstoffe. Bei Futterleguminosen, jedoch nicht bei Körnerleguminosen, haben Feldversuche eine positive Wirkung von Schwefeldüngung auf den Gesamtstickstoffertrag ergeben (Becker et al., 2011; Urbatzka et al., 2014).

Aufgrund der Vielzahl an schwer zu steuernden Einflussgrößen, welche auf die N2-Fixierungsleistung der Leguminosen wirken, ist es außerordentlich schwierig, verlässliche Vorhersagen über die Menge an fixiertem Stickstoff zu machen. Angaben über die potenzielle bzw. realisierte N2-Fixierungsleistung bei Leguminosen schwanken teils um mehrere Hundert kg Stickstoff je Hektar. Für Ackerbohnen werden von verschiedenen Quellen Durchschnittswerte von etwa 160–170 kg/ha fixiertem Stickstoff angegeben (Köpke U., Nemecek, 2010; Anglade et al., 2015), die Spanne für diese Art liegt jedoch bei ca. 100 bis über 300 kg N/ha. Kahnt (2008) gibt als Maximum für die Ackerbohne sogar 400 kg N/ha an. Für Rotklee wurde von Anglade et al. (2015) ein Gesamtmittelwert von 252 kg N/ha als Fixierungsleistung berechnet, mit einer Standardabweichung von 100 kg N/ha. Trotz der großen Schwankungsbreiten sind einige über mehrere Studien robuste Ergebnisse festzuhalten: So weisen Ackerbohnen im Durchschnitt eine höhere N2-Fixierungsleistung als Erbsen auf. Unter den Futterleguminosen nimmt im Durchschnitt die N2-Fixierungsleistung in der Reihenfolge Luzerne → Rotklee → Weißklee ab. Auf den Einzelfall lässt sich darauf jedoch nicht schließen.

Wegen der großen Schwankungsbreite der N2-Fixierungsleistung der Leguminosen sind verschiedene Modelle entwickelt worden, welche in der Praxis eine Abschätzung der N-Fixierung und N-Salden erlauben sollen, z. B. das LeNiBa-Modell. Dabei ist der N-Saldo die N-Fixierung abzüglich des N-Entzuges über die Ernteprodukte. Jedoch bleiben bei diesen Modellen teilweise große Unsicherheiten. Insbesondere für Erbsen zeigte ein Abgleich mit experimentellen Daten, dass N-Salden durch das LeNiBa-Modell oft überschätzt werden (Kolbe, 2009). N-Salden können für Körnerleguminosen durchaus nahe Null liegen oder sogar negativ sein, da ein großer Teil des in der Pflanze gebundenen Stickstoffs im Korn konzentriert ist und damit nach der Ernte vom Feld entfernt wird. Geschlossen wird der N-Kreislauf nur, wenn in diesem Beispiel die Körner betriebsintern verfüttert werden und ein Teil des Stickstoffs über die tierischen Ausscheidungen als organischer Dünger wieder auf das Feld verbracht wird.

Nach dem Anbau von Leguminosen und dem Einarbeiten der Ernte- und Wurzelrückstände in den Boden wird der fixierte und in Biomasse gebundene Stickstoff abgebaut und durch Bodenmikroorganismen mineralisiert, d. h. insbesondere in Nitrat umgewandelt. Auch vorher schon gelangt durch abgestorbene Wurzelzellen und organische Wurzelausscheidungen der Leguminosen Stickstoff in den Boden. An der N-Gesamtmenge macht diese Rhizodeposition jedoch einen geringeren Anteil aus als die in den Ernte- und Wurzelrückständen gebundene Menge. Erst durch die Mineralisierung des aus einer Leguminosen-Vorfrucht stammenden Stickstoffs wird dieser Nährstoff der nächsten Feldfrucht verfügbar. Für die Vorfruchtwirkung entscheidend ist dabei, wie die Mineralisierung des Stickstoffs über die Zeit abläuft. Bei zu schneller Mineralisierung besteht die Gefahr, dass die folgende Kultur in der pflanzlichen Jugendentwicklung den verfügbaren Stickstoff nur unvollständig aufnehmen kann. Eine Folge ist, dass die Gefahr der Nitratauswaschung steigt. Diese Stickstoffverlagerung in tiefere Bodenschichten führt dazu, dass der Nährstoff nicht mehr von den Pflanzenwurzeln erreicht werden kann. Erfolgt die Mineralisierung dagegen zu langsam, so steht der wachsenden Folgefrucht zu den Zeiten des höchsten Bedarfs nicht genug Stickstoff zur Verfügung. Bestimmend für die Dynamik der Mineralisierung sind neben Bodentemperatur, Bodenfeuchte und pH-Wert vor allem das C/N-Verhältnis und der Ligningehalt der Ernte- und Wurzelrückstände. Aus diesen Überlegungen folgt, dass die zeitliche Passung von N-Bereitstellung aus einer Leguminosen-Vorfrucht und dem N-Bedarf der folgenden Kultur durch eine Reihe von Maßnahmen gesteuert werden kann. Hierzu gehören die Auswahl der Leguminosenarten nach C/N-Verhältnis und Gehalt an Lignin, die Zeit des Kleegrasumbruchs, die Bodenbearbeitung, die Auswahl der Nachfrucht und der Zwischenfruchtanbau (vgl. Kap. 1.2.6).

Neben Stickstoff ist als weiterer Makronährstoff, der durch die Vorfruchtwahl beeinflusst wird, der Phosphor zu nennen (vgl. a. Kap. 1.2.2 u. 6.2.2). Dieses Nährelement wird von der Pflanze als Orthophosphat (H2PO4–, HPO4–) über die Wurzel aufgenommen. Die Aufnahme ist dabei nicht nur vom P-Bodenvorrat abhängig, sondern wird wesentlich auch durch Temperatur, Bodenstruktur und pH-Wert beeinflusst. Diese und etliche andere Faktoren bestimmen, ob an Mineralien gebundenes Phosphat in Lösung geht und damit pflanzenverfügbar wird. In der Fruchtfolge kann die Wahl der Vorfrucht vor allem durch zwei Prozesse auf die Phosphorverfügbarkeit Einfluss nehmen, nämlich

 über die Pumpwirkung tief wurzelnder Kulturen und

 über die Förderung oder Hemmung von Mykorrhizapilzen, welche die Phosphorverfügbarkeit erhöhen.

Tiefwurzelnde Arten können aus dem Unterboden Phosphor aufnehmen, der dann zum Teil nach der Ernte über die Ernte- und Wurzelrückstände in den Oberboden gelangt. Dort ist der Phosphor für die folgende Frucht eher verfügbar als im Unterboden. Zu den tief wurzelnden Kulturen gehören unter den Leguminosen z. B. Lupinen, Luzerne und Steinklee, flachwurzelnde Arten sind u. a. Weißklee und Inkarnatklee. Bei den Nicht-Leguminosen gilt die Kartoffel mit ihrem schwach ausgeprägten Wurzelsystem als flach wurzelnd, Wintergetreide und Mais wurzeln erheblich tiefer.

Mykorrhizapilze leben im Boden in Symbiose mit vielen Kulturpflanzenarten. In der Symbiose werden die Mykorrhizapilze von der Pflanze mit Kohlenhydraten versorgt. Die Pflanze profitiert insbesondere dadurch, dass die Aufnahme von Phosphor durch eine Mykorrhizainfektion der Wurzel erhöht wird. Daneben verbessert eine Mykorrhizierung aber auch die Wasseraufnahme und verringert den Befall mit Nematoden und anderen Schaderregern. Die für landwirtschaftliche Kulturen wichtigste Form der Mykorrhizapilze ist die so genannte Vesikuläre Arbuskuläre Mykorrhiza (VAM). Wenige Millimeter hinter den Wurzelspitzen bilden die VAM-Pilze Anschwellungen (Vesikel) aus Pilzfäden (Hyphen), sowie bäumchenförmige Verzweigungen (Arbuskeln). Zu den Kulturarten, die keine Symbiose mit Mykorrhizapilze ausbilden können, gehören die Arten aus der Familie der Kreuzblütler (Brassicaceae), d. h. z. B. Raps, Rübsen und Rettich. Auch Lupinen, Buchweizen, Zuckerrüben und Amarant bilden keine Mykorrhiza-Symbiose. Da Raps und Zuckerrüben als Hauptfrüchte in der ÖL einen geringen Anbauumfang haben, ist die Frage nach der Mykorrhizierung vor allem bei der Wahl der Zwischenfrüchte sowie bei Dauer und Zusammensetzung der Grünbrache zu beachten. Generell wird empfohlen, den Boden nicht unbedeckt zu lassen (d. h. keine Schwarzbrache), sondern konsequent Vegetationslücken durch Zwischenfrüchte zu schließen. Daneben sollen auf Nicht-Mykorrhizapflanzen immer Mykorrhizapflanzen folgen. Eine längere Grünbrache wirkt sich günstig auf die Mykorrhiza aus. So wurde gefunden, dass Winterweizen nach einer zweijährigen Luzerne stärker als nach einjähriger Luzerne mykorrhiziert (Gollner, 2007).

Für die Fruchtfolgegestaltung ist wichtig, neben den Vorfruchtwirkungen auf die Pflanzennährstoffe (N, P und weitere) auch den Gehalt an organischem Kohlenstoff im Boden zu berücksichtigen. Kohlenstoff kommt im Boden sowohl mineralisch (in Karbonaten wie z. B. CaCO3) als auch organisch gebunden vor. Von zentraler Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit ist der organische Kohlenstoff, oft als Corg abgekürzt, der Bestandteil der organischen Bodensubstanz (OBS) ist. Die OBS wird auch als Humus bezeichnet. Früher wurde für die Umrechnung von Corg-Gehalten in Humusgehalte ein fester, standortunabhängiger Faktor von 1,72 angenommen. Nach neueren Erkenntnissen ist aber der Kohlenstoffanteil im Humus nicht konstant und es ist daher einfacher und eindeutiger, den Corg-Gehalt des Bodens direkt anzugeben.

Von der Pflanze wird Kohlenstoff hauptsächlich im Prozess der Photosynthese aus der Luft als CO2 aufgenommen. Geringe Mengen an Kohlenstoff können aber auch über die Wurzel aus dem Boden aufgenommen werden. Trotzdem hat der organische Kohlenstoff im Boden für das Pflanzenwachstum in indirekter Weise eine große Bedeutung.

Humus bindet viele wichtige Nährstoffe (Ca, K, Mg u. a.) und vermindert Auswaschungsverluste. Vor allem auf Böden mit hohem Sand- und geringem Tonanteil ist dies von Bedeutung, da ein Großteil der Kationenaustauschkapazität auf den Humus zurückgeht. Ferner puffern hohe Humusgehalte gegenüber pH-Schwankungen und verbessern die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens. Vor allem aber ist der organisch gebundene Kohlenstoff Teil organischer Moleküle, die mit Stickstoff, Phosphor und Schwefel auch Pflanzennährstoffe enthalten. Werden die organischen Moleküle im Boden durch Mikroorganismen abgebaut, so wird einerseits der Kohlenstoff mineralisiert und als CO2 freigesetzt, andererseits werden durch den Abbau aber auch die Pflanzennährstoffe in pflanzenverfügbare Formen umgewandelt. Gerade für die ÖL hat die organische Bodensubstanz daher einen hohen Stellenwert. So besteht zwischen dem Humusgehalt und dem Ertrag von Nichtleguminosen unter Bedingungen der ÖL eine engere Beziehung als unter konventioneller Bewirtschaftung (Brock et al., 2013). Zweitens ist der Humus eng mit physikalischen Parametern der Bodenfruchtbarkeit verbunden. Hohe Humusgehalte fördern unter anderem die Aggregatstabilität des Bodens, d. h. Bodenkrümel bleiben bei Wasserzugabe länger stabil.

Um die Wirkungen einzelner Fruchtfolgefelder oder ganzer Fruchtfolgen hinsichtlich des Humusgehaltes zu bewerten, werden Humusbilanzen gerechnet (VDLUFA, 2014). Die Humusbilanz H für eine Fläche ergibt sich aus der Humuszufuhr D durch organische Düngung (etwa durch Stroh, Gründüngung, Stallmist, Gülle oder Kompost), der Humusreproduktionsleistung R der humusmehrenden Fruchtartenden sowie dem Humusreproduktionsbedarf B der humuszehrenden Fruchtarten: H = D + R + B.

Die Berechnung erfolgt von tabellierten Humusäquivalenten (Häq), deren Werte auf Ergebnissen langjähriger Dauerversuche abgeleitet wurden (Tab. 1.4). Die Humusäquivalente selbst sind dimensionslos, werden aber in der Einheit Häq ha–1 a–1 dann auf Fläche (Hektar) und Zeit (Jahr) bezogen. Demnach gelten Kartoffeln und andere Hackfrüchte als Humuszehrer (s. a. Kap. 1.2.6), Futter- und Körnerleguminosen sowie Zwischenfrüchte als Humusmehrer. Hätte die Fruchtartenabfolge eine negative Humusbilanz zur Folge, so können zur langfristigen Erhaltung des Humusgehaltes organische Dünger eingesetzt werden. Diese unterscheiden sich stark in ihrer Humusreproduktionsleistung (Tab. 1.5) (VDLUFA, 2014).

Als Rechenbeispiel 5 dient eine Fruchtfolge, die ein ökologischer Gemischtbetrieb in Hessen für einen seiner Schläge angibt (Schmidt, 2010):

Beispiel 5: Kleegras – Kleegras – Winterweizen – Triticale (Zwischenfrucht) – Ackerbohne – Winterweizen

Der Betrieb düngt 20 m3 Gülle zu Getreide und 20 t Mist je Rotation. Das Stroh wird hier komplett abgefahren. Wegen der im mäßigen bis mittleren Bereich schwankenden Ackerzahlen (32 bis 50) auf dem Schlag werden sowohl die oberen als auch die unteren Werte zur Berechnung herangezogen.

Tab. 1.4 Richtwerte für anbau- und fruchtartspezifische Humusäquivalente (Häq, je ha u. Jahr) für die Ökologische Landwirtschaft nach VDLUFA (2014)
Gruppe	Fruchtart	Häq/ha /a
Humuszehrend	Zuckerrübe, Futterrübe,	–1840
	Kartoffeln, Sonderkulturen 1	–1240
	Silomais, Körnermais, Sonderkulturen 2	–1040
	Getreide (Körnernutzung), Öl- und Faserpflanzen, Sonnenblumen, Sonderkulturen 3	–520
Humusmehrend	Körnerleguminosen	160
	Mehrjähriges Feldfutter
	im Hauptnutzungsjahr	600–800
	im Ansaatjahr
	als Frühjahrsblanksaatbei Gründeckfruchtals Untersaatals Sommerblanksaat	400–500300–400200–300100–150
	Zwischenfrüchte, Aufwuchs abgefahren
	Winterzwischenfrüchte	140
	Stoppelfrüchte	100
	Untersaaten	250
Sonderkulturen (Auswahl):Gruppe 1: Blumenkohl, Brokkoli, Chinakohl, Gurke, Knollensellerie, Kürbis, Porree, Rotkohl, Stangensellerie, Weißkohl, Wirsingkohl, ZucchiniGruppe 2: Kohlrübe, Möhre, Pastinake, Schwarzwurzel, ZuckermaisGruppe 3: Kräuter, Salate, Buschbohne, Erdbeere, Faserpflanzen, Grünerbse, Grünkohl, Hopfen, Kohlrabi, Mangold, Ölfrüchte, Radies, Rettich, Rote Rübe, Schnittlauch, Spinat, Stangenbohne, Wurzelpetersilie, Zwiebel

Laut Tab. 1.4 ergeben sich hier zunächst ohne Einbeziehung von organischen betriebseigenen Düngemitteln folgende untere Werte in der Einheit Häq/ha /a: Die Humusreproduktion übernehmen das Kleegras (Ansaatjahr und zwei Hauptnutzungsjahre: 1300), die Ackerbohnen (160) und die Zwischenfrucht vor Ackerbohnen (140). Dem steht ein Humusbedarf aus zweimal Winterweizen und einmal Triticale (–1560) gegenüber. Über die gesamte Rotation folgt daraus eine Humusbilanzsumme von 40 Häq/ha. Dieser Wert wird noch einmal durch die Anzahl der Jahre in der Fruchtfolge geteilt, so dass sich 40/6 = 6,7 Häq/ha /a ergeben. Werden die jeweils oberen Werte aus der Tabelle zur Berechnung verwendet, ist der Humussaldo entsprechend etwas höher (81,7 Häq/ha /a). In der Spanne zwischen 0 und 300 Häq/ha /a gilt ein Humussaldo als ausgeglichen, im Bereich zwischen 301 und bis 500 als hoch (VDLUFA, 2014).

Werden die organischen Düngemittel im Beispiel mit herangezogen (Mist: 207 Häq/ha /a; Gülle: = 120 Häq/ha /a) so ist der Humussaldo mit 333 bzw. 408 Häq/ha /a als hoch zu bewerten. Anhand der tabellierten Richtwerte gerechnete Humusbilanzen haben aber immer nur orientierenden Charakter und sollten auf jeden Fall durch Bodenuntersu­chungen ergänzt werden. Auf dem Beispielschlag wurde der Gehalt an organischer Bodensubstanz im Oberboden (0–30 cm) mit 2,5–2,6 % bestimmt und für die Bodenart und den Standort als im normalen Bereich bewertet (Schmidt, 2010).

Tab. 1.5 Richtwerte für die Humusreproduktionsleistung von organischen Düngemitteln, in Humusäquivalenten (Häq) je t Frischmasse; nach VDLUFA (2014)
Gruppe	Organischer Dünger	TM (%)	Häq/ha /a
Pflanzenmaterialien	Stroh	86	100
	Gründüngung, Rübenblatt, Grünschnitt	1020	816
Stallmist	Frisch	2030	2840
	Verrottet	2535	4056
	Kompostiert	3555	6296
Gülle	Schwein	48	48
	Rind	410	612
	Geflügel (Kot)	1535	1230
Bioabfall	Frischkompost	3050	4066

Wichtiger als Momentaufnahmen sind jedoch langfristige Beobachtungen. Daher wurde in mehreren Dauerversuchen eingehend untersucht, wie sich verschiedene Fruchtfolgen der ÖL langfristig auf den Kohlenstoffgehalt im Boden auswirken. Am Standort Gladbacherhof, dem ökologisch bewirtschafteten Versuchsbetrieb der Universität Gießen, wurden drei 6-feldrige Fruchtfolgen verglichen:

Beispiel 6: Luzerne/Gras (2 Jahre) – Winterweizen – Kartoffeln – Winterweizen – Winterroggen

Beispiel 7: Ackerbohne – Winterweizen – Kartoffeln – Erbsen – Winterroggen – Hafer

Beispiel 8: Luzerne/Gras (1 Jahr) – Winterweizen – Kartoffeln – Erbsen – Winterroggen – Hafer

Die Fruchtfolge in Beispiel 6 steht dabei repräsentativ für einen Gemischtbetrieb, die Fruchtfolge 7 für einen Marktfruchtbetrieb ohne Viehhaltung; in der Fruchtfolge 8 ist das System viehlos, die erste Körnerleguminose ist jedoch durch eine gemulchte Grünbrache aus Luzerne/Gras ersetzt (Schulz et al., 2014). Der organische Kohlenstoffvorrat im Oberboden, d. h. in 0–30 cm Tiefe, wurde über mehrere Jahre untersucht. In Fruchtfolge 7, die auf den Feldfutteranbau verzichtet, ergab sich trotz Einsatz von Zwischenfrüchten nach den Winterungen über die Zeit von 1998 bis 2009 eine signifikante Abnahme dieses Kohlenstoffvorrats um gut 400 kg organischer Kohlenstoff je Hektar und Jahr, dies entspricht einer Abnahme um 8,4 % über den genannten Zeitraum (Abb. 1.10). Dagegen war in Fruchtfolge 6 mit zweijähriger Luzerne/Gras eine tendenzielle, jedoch nicht signifikante Zunahme des Kohlenstoffvorrats zu verzeichnen.

Abb. 1.10 Organischer Kohlenstoffvorrat im Oberboden (0–30 cm Tiefe, in Tonnen je Hektar) in drei Fruchtfolgen auf dem Versuchsbetrieb Gladbacherhof: Gemischtbetrieb (durchgezogene Linie): Luzerne/Gras (2 Jahre) – Winterweizen – Kartoffeln – Winterweizen – Winterroggen. Marktfruchtbetrieb (gepunktete Linie): Ackerbohne – Winterweizen – Kartoffeln – Erbsen – Winterroggen – Hafer.

Viehloser Betrieb mit Luzernegras (gestrichelte Linie): Hat im Vergleich zum Marktfruchtbetrieb die Ackerbohne durch einjährige Luzerne bzw. Gras ersetzt, ansonsten sind die Fruchtfolgen gleich.

Eine signifikante Abnahme des Kohlestoffvorrates ergab sich in der Untersuchung nur für die Fruchtfolge des Marktfruchtbetriebs (Schulz et al., 2014)

Weitere Langzeitversuche zeigen, dass dramatische Abnahmen des organischen Kohlenstoffgehaltes im Boden vor allem in hackfruchtreichen Fruchtfolgen zu beobachten sind.

Außer den besprochenen Auswirkungen von Fruchtfolgen auf die vorrangig chemischen Bodeneigenschaften (u. a. N, P, u. C), sind auch die physikalischen Eigenschaften der Böden stark von Fruchtfolgen bzw. Fruchtarten beeinflusst. Zu diesem Komplex gehören die Bodenstruktur mit Anteil an Grob-, Mittel- und Feinporen, die Krümelstabilität, die Verschlämmungsneigung, das Erosionsrisiko, sowie die Wasserspeicherkapazität.

Generell gilt, dass die Dauer und Vollständigkeit der Bodenbedeckung durch Pflanzen günstig auf Bodenstruktur und andere physikalische Aspekte der Bodenfruchtbarkeit wirkt. Mais als wärmeliebende Sommerung mit relativ später Saat und langsamer Jugendentwicklung bedeckt den Boden nur unvollständig und ist daher mit hohem Erosionsrisiko verbunden.

Der Zusammenhang von Bodenbedeckung und Erosion hat mehrere Ursachen. Erstens schützt Pflanzenbewuchs den Boden vor der kinetischen Energie der Regentropfen und damit vor Wassererosion. Auch Winderosion wird durch direkte Bremsung der Windgeschwindigkeit in Bodennähe sowie durch Festhalten des Bodens durch die Pflanzenwurzeln vermindert. Darüber hinaus wird mit längerer Bodenbedeckung auch der Anteil durchgängiger Grobporen größer, was zu einer besseren Infiltration führt und den oberflächlichen Abfluss und damit den Bodenabtrag durch Wasser vermindert. Schließlich führt eine längere bzw. vollständigere Bodenbedeckung zu stabileren Bodenkrümeln. Dies liegt unter anderem an einem Verwachsen von Bodenpartikeln mit Haarwurzeln, Pilzmyzel, Bakterienkolonien. Aus diesen Zusammenhängen geht hervor, dass insbesondere eine längere Phase der Bodenruhe mit Gemengen aus Gräsern und Futterleguminosen für die Bodenstruktur außerordentlich günstig ist.

Abschließend seien noch Bodenverdichtungen als ein wesentlicher Aspekt der Bodenstruktur genannt, welche auch durch die Fruchtfolgegestaltung beeinflusst werden. Schädliche Verdichtungen des Bodens entstehen einerseits im Pflughorizont (als Pflugsohle) (s. Kap. 1.2.3), andererseits durch schwere Maschinen, insbesondere bei der Kartoffel- und Rübenernte. Eine Auflockerung durch tiefwurzelnde Kulturen wie Luzerne, sowie durch eine Förderung der biologischen Bodenaktivität, insbesondere der Regenwürmer, mag hier den Schädigungen teilweise entgegenwirken.

Gesamtwirkungen: Erträge, Qualitäten und Ökonomie. Wie oben ausgeführt, haben Fruchtfolgen bzw. einzelne Vorfrüchte etliche Wirkungen auf Boden, Pflanzenernährung und Pflanzengesundheit. Diese Einzelwirkungen fließen zusammen in einer integrativen Gesamtwirkung auf den Ertrag und die Qualitäten der Ernteprodukte. Wie zuvor lassen sich dabei unmittelbare Vorfruchtwirkungen von den Gesamtwirkungen ganzer Fruchtfolgen unterscheiden. Um die Gesamtwirkungen von Vorfrüchten auf gegebene Nachfrüchte beurteilen zu können, wird ein sogenanntes Vorfruchtnomogramm angegeben. Dieses zeigt für jede Vorfrucht-Nachfrucht-Kombination wie günstig oder ungünstig diese zu beurteilen ist (Tab. 1.6).

Hierbei sind nicht nur die Zugehörigkeit der Fruchtarten zu biologischen Arten zu beachten, sondern auch die je nach Sorten unterschiedlichen Verwendungsrichtungen (z. B. bei Getreide) und die Reifegruppen (z. B. bei Kartoffeln). So werden für Brauweizen und Braugerste von der abnehmenden Hand geringe Proteingehalte im Korn gefordert. Wegen der Abhängigkeit der Proteingehalte von der Stickstoffversorgung empfiehlt es sich daher, in der Fruchtfolge Brauweizen und Braugerste nicht direkt nach Leguminosen zu stellen. Dagegen werden für Backweizen hohe Proteingehalte im Korn gefordert, so dass dieser vornehmlich nach Futter- oder Körnerleguminosen steht. Bei Kartoffeln als Vorfrucht ist auch die Reifegruppe entscheidend, da z. B. ein früher oder mittlerer Erntetermin der Kartoffeln noch eine Saat von Wintergerste oder Winterroggen zulässt. Spätkartoffeln machen eine termingerechte Saat dieser Wintergetreide jedoch unmöglich.

In die Gesamtbewertung von Fruchtfolgen gehört auch eine betriebsspezifische Betrachtung der ökonomischen Leistungen und Kosten der Fruchtarten. Dies illustriert eine Studie zu zwei ökologisch geführter Fruchtfolgen an zwei Standorten (Viehhausen und Puch) in Bayern (Castell et al., 2014). Insbesondere wurden Kleegras und Sojabohne als alternative Vorfrüchte zu Getreide untersucht. Kleegras war hier im Vergleich mit Sojabohne zwar als Vorfrucht zu Winterweizen und Sommergerste hinsichtlich Ertrag und Qualität des Getreides günstiger, jedoch lagen die Deckungsbeiträge der Fruchtfolge mit Soja in Viehhausen wesentlich über denen der Kleegras-Fruchtfolge. In Puch führte hoher Unkrautdruck zu geringen Sojaerträgen. Trotz der ökonomischen Überlegenheit der Soja-Fruchtfolge in Viehhausen, ist jedoch zu bezweifeln, ob diese Fruchtfolge auch langfristig die günstigere ist. Insbesondere zeigte sich, dass die Humusgehalte als wichtiger Gradmesser der Bodenfruchtbarkeit in der Fruchtfolge mit Kleegras über die Zeit zunahmen, während sie sich in der Fruchtfolge mit Soja verringerten.

Ein weiterer Aspekt der Fruchtfolgegestaltung ist die zeitliche Verteilung der Feldarbeiten im Jahr. Eine vielfältige Fruchtfolge kann dazu beitragen, eine möglichst gleichmäßige Nutzung des Arbeitspotenzials zu erreichen. Bei geringer Fruchtartenvielfalt kommt es dagegen zu Arbeitsspitzen, z. B. witterungsbedingte während der Erntezeit.

Neben ökonomischen Gesamtwirkungen von Fruchtfolgen sind auch ökologische Wirkungen wichtig. So führt eine längere und vielfältigere Fruchtfolge zu größerer Fruchtartenvielfalt zu jedem Zeitpunkt, da das Nacheinander der Feldfrüchte immer übersetzt ist in ein Nebeneinander. Dies kann vor allem für Bestäuber von Bedeutung sein, welche insbesondere durch die Blüten verschiedener Blattfruchtarten (Leguminosen, Sonnenblumen, Kreuzblütler) gefördert werden.

Regeln für die Gestaltung von Fruchtfolgen in Ackerbausystemen
Arbeitsschritte bei der Projektierung von Fruchtfolgen

Zur Gestaltung von Fruchtfolgen ist es sinnvoll, einem geregelten Schema für den Ablauf der Arbeitsschritte zu folgen:

 Flächeninventur: Welche Flächen sind für die Fruchtfolge vorgesehen? Wie groß ist die Gesamtgröße in ha?

 Standortbeschreibung, Anbaueignung der für verschiedene Fruchtarten: Welche Boden- und Geländeeigenschaften liegen vor? Gibt es Flächen, die z. B. aufgrund von Hängigkeit oder Tongehalt nicht für bestimmte Kulturarten geeignet sind?

 Zusammenstellung der beabsichtigten Anbaukonzentrationen für den Betrieb. Welche Fruchtarten sollen zu welchen ungefähren Anteilen im Betrieb erzeugt werden? Dies richtet sich unter anderem nach dem Bedarf an betriebseigenem Futter und/oder dem Bedarf an Material für etwaige Biogasanlagen. Auch muss nach Anbaueignung und ökonomischer Lage entschieden werden, welche Fruchtarten geeignet sind. Raps nimmt z. B. in der ÖL wegen Problemen mit Schädlingen, hohem Stickstoffbedarf während der Jugendentwicklung sowie wegen eines hohen Verunkrautungsrisikos nur geringe Anbaukonzen­trationen ein, fällt daher als regelmäßige Komponente in Frucht­folgen der ÖL derzeit aus. Auch Zuckerrübe ist wegen der schwierigen Vermarktungssituation keine attraktive Fruchtart in der Fruchtfolge. Für ökologisch angebauten Dinkel und Soja besteht dagegen eine relativ große Nachfrage.

 Zusammenstellen von geeigneten Rotationsbereichen. Welche Flächen können aufgrund ähnlicher Eigenschaften zu Bereichen mit separaten Fruchtfolgen zusammengefasst werden?

 Festlegung des Ackerflächenverhältnisses in den einzelnen Rotationen. Welche (ungefähren) Anteile der einzelnen Fruchtarten ergeben sich unter Beachtung der notwendigen Anbaupausen und maximalen Anbaukonzentration innerhalb der Rotationsbereiche?

 Aufstellen der Fruchtfolgen. In welcher Reihenfolge sollen die einzelnen Fruchtarten in den Rotationsbereichen stehen? Wie können die Vegetationslücken am besten mit Zwischenfrüchten gefüllt werden?

 Einordnen von Maßnahmen zur Sicherung der Reproduktion der organischen Substanz im Boden. Wie können Humusbilanzen durch organische Dünger ausgeglichen werden? Reichen die im Betrieb vorhandenen organischen Düngemengen aus?

 Jährliches Anpassen der „festen“ Fruchtfolgen an die jeweiligen ökonomischen und ökologischen Rahmenbedingungen.

Regeln zur Fruchtfolgegestaltung bei ackerbaulichen Kulturen. Die in den vorangegangenen Abschnitten besprochenen Wirkungen der Fruchtfolge können in Fruchtfolgeregeln übersetzt werden (Abb. 1.11):

Abb. 1.11 Regeln und Ziele der Fruchtfolgegestaltung

 Auswahl der Arten an den Standort anpassen. Manche Kulturarten wie Raps sind in der ÖL relativ schwierig zu führen (s.o.), oder sind ökonomisch nicht attraktiv. Vor allem aber müssen die Standortbedingungen bei der Auswahl der Fruchtarten berücksichtigt werden. So sollten auf tonigen, nassen oder zu hängigen Böden aus pflanzenbaulichen Gründen und zum Schutz des Bodens z. B. keine Kartoffeln angebaut werden. Auf sandigen Böden wird Roggen dem Weizen vorzuziehen sein. Die Standortfrage ergibt sich auch bei der Auswahl der Futterleguminosen und Futtergräser. Angaben zur Standorteignung sind im Kapitel 1.2.6 zusammengestellt.

 Empfohlene Anbaupausen einhalten. Da der ökologische Landbau in hohem Maße auf präventive und indirekte Maßnahmen des Pflanzenschutzes angewiesen ist, gilt es, Anbaupausen an empfohlenen Werten auszurichten, um Schädlinge und Pflanzenkrankheiten einzudämmen (Tab. 1.1).

 Ausgeglichene Nährstoffbilanzen anstreben. Insbesondere für Stickstoff, aber auch für die anderen Makro- sowie für die Mikronährstoffe sollten über die Fruchtfolge die Nährstoffbilanzen ausgeglichen sein. Potenzielle Verluste, etwa durch Auswaschung sollten weitestgehend minimiert werden (vgl. Abb. 1.9).

 Ausreichenden Leguminosenanteil einbeziehen. Für Stickstoff erfordern ökologisch geführte Fruchtfolgen für eine möglichst geringe Einbeziehung externer Stickstoffquellen einen ausreichenden Anteil an Leguminosen in der Fruchtfolge. Dieser Anteil sollte etwa ein Drittel sein, darunter wird die N-Versorgung der Nichtleguminosen in vielen Fällen nicht ausreichen, bei wesentlich höheren Anteilen kann es jedoch, vor allem beim Einsatz von Körnerleguminosen, zu Problemen mit Pflanzenkrankheiten kommen.

 Humussalden ausgleichen. Humuszehrende Kulturen sollten nur einen geringen Anteil der Fruchtfolge ausmachen und sollten durch den Anbau humusmehrender Fruchtarten ausgeglichen werden (Tab. 1.4). Um ausgeglichene Humusbilanzen zu erreichen, sollte auch möglichst durchgehend von Zwischenfrüchten Gebrauch gemacht werden, welche die vorhandenen Vegetationslücken schließen.

 Herbst- und Frühjahrssaat abwechseln. Die Fruchtfolge sollte möglichst einen Wechsel von Sommerungen und Winterungen vorsehen, insbesondere zur Regulierung von Beikräutern. Vor den Sommerungen sind Vegetationslücken durch Zwischenfrüchte aufzufüllen.

 Aussaat- und Erntetermine beachten. Für die Reihenfolge der Arten müssen die Aussaat und Erntetermine zeitlich benachbarter Kulturen zusammenpassen.

 Vegetationslücken mit Zwischenfrüchten füllen. Die Zwischenfrüchte übernehmen für die Beikrautregulierung, die Kontrollen von Pflanzenkrankheiten und Schädlingen und für den Bodenschutz eine wichtige Funktion.

Zum Abschluss dieses Kapitels seien noch drei Beispiele für Fruchtfolgen von ökologisch wirtschaftenden Betrieben besprochen:

Beispiel 9: Ackerfutter – Ackerfutter – Winterweizen – Winterroggen (ZF) – Hafer (ZF) –Ackerbohne – Dinkel – (ZF) Sommergerste (Blanksaat: Ackerfutter)

Das Beispiel 9 stammt von einem Rinderhaltenden Betrieb. In dieser 8-feldrigen, 2-gliedrigen Fruchtfolge folgen nach 2-jährigem Ackerfutter (mit Futterleguminosen) sechs einjährige Kulturen mit jährlichem Umbruch. Für alle Arten werden die empfohlenen Anbaupausen eingehalten. Die Leguminosen machen rechnerisch einen Anteil von 3/8 = 37,5 % an der Fruchtfolge aus. Winterungen (Winterweizen, Winterroggen und Dinkel) und Sommerungen (Ackerbohne, Sommergerste und Hafer) wechseln einander ab. Wird das Getreidestroh abgefahren, so liefert die Fruchtfolge selbst noch keine ausgeglichene Humusbilanz. Der Ausgleich muss dann durch die Zufuhr organischer Dünger aus der Rinderhaltung erfolgen.

Beispiel 10: Luzerne – Luzerne – Winterweizen (ZF) – Körnermais – Sommergerste (Zwischenfrucht) – Erbse (ZF) – Winterweizen – Winterroggen (Untersaat: Luzerne)

Das Beispiel 10, ebenfalls eine 8-feldrige, 2-gliedrige Fruchtfolge stammt aus Österreich, von einem viehlosen Betrieb östlich von Wien (mittlere Jahrestemperatur: 9,8 °C, mittlere Niederschlagssumme: 520 mm) (Surböck, 2007). Die Fruchtfolge wurde als Leitfruchtfolge nach Umstellung auf ÖL entworfen. Obwohl der Betrieb viehlos ist, wird ein Viertel der Fruchtfolge auf die Luzerne als Futterleguminose verwendet. Obwohl die Luzerne gute Vorfruchtwirkungen hat und insbesondere für den Boden günstig ist, stellt sich hier die Frage nach einer ökonomisch direkteren Verwertung dieser Fruchtart. Um dies näher zu beleuchten, wurden auf dem Betrieb unter anderem zwei alternative Düngungsvarianten geprüft. Bei der Variante A („Gründüngung“) wurde die Luzerne gemulcht und verblieb als Gründüngung auf der Fläche. Die Variante B („Stallmist“) entspricht einer virtuell überbetrieblichen Kooperation mit einem viehaltendem Betrieb. Hier wurde die Luzerne als Grundfutter und das Stroh für die Einstreu im Stall von der Fläche abgefahren. Für eine angenommene Mutterkuhherde mit umgerechnet 0,5 GVE/ha wurde der so erzeugte Mistanfall berechnet und jährlich auf zwei Parzellenversuche aufgeteilt. Im Versuch zeigte sich in Variante B trotz bekannter positiver Effekte von Stallmist eine Ertragsminderung von Winterweizen nach der Luzerne. In Variante B wurde mit der Biomasse auch Stickstoff von der Fläche abgefahren (im Durchschnitt 250 kg N je ha und Jahr). Dem Winterweizen stand daher weniger N zur Verfügung als in der gemulchten Variante. Zudem wurde vermutet, dass die Bedeckung des Bodens mit Luzernemulch die Wasserverdunstung reduzierte und damit in dem durch Trockenheit geprägten Klima die Wasserversorgung des Weizens in Variante A besser war.

Beispiel 11: Kleegras – Kleegras – Kleegras – Kartoffeln – Winterweizen (ZF: Sonnenblume + Wicke) – Rote Beete – Winterweizen

Im Beispiel 11, einer 7-feldrigen, 2-gliedrigen Fruchtfolge liegt der (zeitliche) Leguminosenanteil rechnerisch bei 43 % (ohne Berücksichtigung der Wicke in der Zwischenfrucht). Die nur einjährige Anbaupause zwischen dem ersten und dem zweiten Winterweizen ist knapp bemessen (vgl. Tab. 1.1), wird aber teils dadurch ausgeglichen, dass nach dem zweiten Winterweizen am Ende der Fruchtfolge bis zum Wiederanbau des Weizens in der nächsten Rotation vier Jahre liegen. Das Beispiel 10 stammt vom DOK-Versuch in Therwil in der Schweiz (Fließbach et al., 2007), welcher konventionelle, biologisch-organische und biodynamische Wirtschaftsweise bei gleicher Fruchtfolge miteinander vergleicht. Der zugrundeliegende Feldversuch wurde 1978 angelegt und wird als Dauerversuch bis heute fortgeführt. In den ersten beiden Rotationsdurchläufen wurde das Kleegras nur zweijährig genutzt. Eine Humusbilanz nach VDLUFA (s. Kap. 1.2.1) über die drei Rotationen von 1978 bis 1998 zeigt einen leicht negativen Saldo. Bodenuntersuchungen zum organischen Kohlenstoff-Gehalt (Corg) im Pflughorizont (0–20 cm) be­stätigen sinkende Corg-Werte in den Versuchsvarianten ohne zusätzliche organische Düngung. Aber auch bei organisch-biologischer Wirtschaftsweise wurde trotz organischer Düngung eine leichte Abnahme der Corg-Werte über die Zeit beobachtet (Fließbach et al., 2007).

Zusammenfassung und Ausblick

Die Gestaltung von Fruchtfolgen stellt eine der wichtigsten Steuerungsmöglichkeiten in der ÖL dar. Fruchtfolgen dienen vielfältigen Funktionen, u. a. der langfristigen Ertragssicherung, der Regulierung von Pflanzenkrankheiten, Schädlingen und Beikräutern sowie der Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit. Grundlegende Voraussetzung für das Funktionieren einer geplanten Fruchtfolge ist die zeitliche Passung der saisonal feststehenden Termine (Bodenbearbeitung, Saat, Ernte). Daneben stellen Anbaupausen eine wesentliche Komponente der Fruchtfolgeplanung dar. Sie schwanken je nach Nutzpflanzenart von 1 bis 2 Jahren bei Winterroggen, bis weit über 6 Jahre bei Erbse.

Typische Fruchtfolgen in der ÖL sind relativ lang (meist zwischen fünf und acht Jahren) und artendivers, u. a. wegen der einzuhaltenden Anbaupausen. Sie weisen einen hohen Anteil an Leguminosen auf. Die Stickstoffzufuhr innerhalb der Fruchtfolge wird sichergestellt über Futterleguminosen, z. B. Kleearten im Kleegras (v. a. in Gemischtbetrieben) und über Körnerleguminosen, z. B. Ackerbohnen und Erbsen (v. a. in Marktfruchtbetrieben). Jedoch kann eine hohe Konzentration von Leguminosen problematisch sein, u. a. wegen bodenbürtiger Pilzkrankheiten bei Körnerleguminosen. Humusbilanzen sind ein wichtiges Mittel, um die Nachhaltigkeit von Fruchtfolgen hinsichtlich Bodenfruchtbarkeit zu ermitteln.

Im Kontext der Fruchtfolgegestaltung ergeben sich für die ÖL in Zukunft drei große Herausforderungen. Erstens müssen Fruchtfolgen und die sie bestimmenden Produktions- und Konsumptionssysteme die zugrundeliegenden Nährstoffkreisläufe so weit wie möglich schließen. Exporte und Verluste von N, P, K und anderen Nährstoffen aus dem Betrieb sind unter anderem wesentlich abhängig von Fruchtarten und Fruchtfolge. Während N-Exporte prinzipiell über die Fruchtfolge, d. h. den Einsatz von Leguminosen wieder ausgeglichen werden können, ist die Situation für P und K schwieriger. Hier ist die Rückführung von Nährstoffen nach dem Verbrauch landwirtschaftlich erzeugter Nahrungsmittel unabdingbar. Zweitens müssen Wege gefunden werden, die notwendigerweise langfristigen Planungshorizonte bei der Aufstellung von Fruchtfolgen vor den ökonomischen Zwängen des Marktes zu schützen, insbesondere da nachteilige Fruchtfolgeeffekte oft erst über lange Zeiträume spürbar werden, dann aber nicht einfach reversibel sind. Drittens wird der Klimawandel neue Möglichkeiten, aber auch neue Grenzen für die Fruchtfolgegestaltung bedeuten. Insbesondere die Verschiebung von Vegetationszeiten vieler Kulturarten wird es notwendig machen, an veränderte klimatischen Bedingungen besser angepasste Fruchtfolgen zu gestalten.

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Weiterführende Literatur

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Chongtham, I. R., Bergkvist, G, Watson, C. A., Sandström, E. Bengtsson, J. Öborn, I. (2017): Factors influencing crop rotation strategies on organic farms with different time periods since conversion to organic production. Biological Agriculture & Horticulture 33, 14–27.

Freyer, B. (2003): Fruchtfolgen – Konventionell, Integriert, Biologisch. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 230 S.

1.2.2Nährstoffmanagement und Humuswirtschaft

R. G. Jörgensen

Mineralische Düngung

Leicht lösliche und synthetische Mineraldünger (Finck, 2007; Schubert, 2011) sind in der ÖL verboten. Das gilt insbesondere für die N-Düngemittel. Die übrigen Nährstoffe dürfen aber bei nachgewiesenem Bedarf durch mineralische Düngemittel zugeführt werden. Spezifische Aspekte und Probleme der Versorgung mit Nährstoffen werden auch in den Kapiteln 1.2.1, 1.2.3, 1.2.4 u. 1.2.5 sowie in den Kapiteln 1.3.1, 1.3.3, 1.4.5, 2.5.3, 3.5 u. 6.2 behandelt.

Mineralische Stickstoff-Dünger sind meist NH4NO3, (NH4)2SO4 und KNO3. Diese synthetischen N-Dünger werden aus NH3 und HNO3 hergestellt. Salpetersäure wird technisch wiederum durch katalytische Oxidation ebenfalls aus NH3 gewonnen. Die Synthese von NH3 beruht auf dem Haber-Bosch-Verfahren, bei dem ein Gasgemisch aus H2 und N2 an einem Eisenoxid-Mischkatalysator bei 250–350 bar Druck und 450–550 °C zur Reaktion gebracht wird. Weitere wichtige leicht lösliche synthetische N-Düngemittel sind aber auch Harnstoff (CO(NH2)2), Kalkstickstoff (CaCN2) und Kalkammonsalpeter (Mischung aus 76 % NH4NO3 und 24 % CaCO3). Physiologisch sauer wirkende Düngemittel wie (NH4)2SO4 und Harnstoff senken den Boden-pH und beeinflussen dadurch die Bodenfruchtbarkeit negativ. Hohe Konzentrationen von NH4+ und insbesondere NH3 können toxisch auf Bodenorganismen wirken. Eine mineralische N-Düngung hat aber vor allem indirekte negative Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit:

 Bewirtschaftungsfehler, z. B. Verdichtung, werden verdeckt.

 Mineralische N-Düngemittel werden zur Beschleunigung der Jugendentwicklung im Überschuss gegeben. Die nicht von den Pflanzen aufgenommene N-Menge wird in das Grundwasser ausgewaschen und kann damit potenziell Trinkwasser belasten.

 Hohe N-Gaben führen zu einem lockeren Pflanzengewebe, das leichter von parasitischen Pilzen befallen wird, die mit Fungiziden behandelt werden müssen.

 Zum Erhöhen der Standfestigkeit müssen die Halme von Getreidepflanzen kurz gespritzt werden.

 N-reiche Pflanzen sind häufig auch attraktiver für parasitische Insekten, wie Blattläusen, die mit Insektiziden behandelt werden müssen.

Phosphor kommt in Böden und Organismen überwiegend als Phosphat vor (PO43–). Organisch gebundene Phosphonate sind sehr selten (PO33–). Als Mineraldüngemittel sind in der ÖL nur die schwer löslichen Rohphosphate erlaubt. P-Düngung führt generell zu einer Anreicherung von Uran und Cadmium (Cd) im Boden. So können biogene Rohphosphate, die aus Knochenlagerstätten entstanden sind, 20–100 mg Cd/kg enthalten, während magmatische Rohphosphate besonders arm an Cd sind. In diesen ist allerdings die P-Konzentration häufig niedriger als in biogenen Rohphosphaten. Wie stark die Bodenfruchtbarkeit durch die Uran- und Cd-Zufuhr mit der mineralischen P-Düngung beeinträchtigt wird, ist nicht genau bekannt.

Die Elemente Kalium und Magnesium sind in der Natur weit verbreitete Mineralstoffe, die für alle Organismen unentbehrlich sind. Kalisalze werden nach wie vor auch in Deutschland im Bergbau gewonnen und zu KCl oder zu K2SO4 als Düngemittel aufbereitet. Eine ausreichende K-Versorgung im Boden erhöht die Wassernutzungseffizienz von Pflanzen, d. h. der unproduktive Wasserverbrauch sinkt und Pflanzen können Trockenperioden besser überstehen. Hohe K-Gehalte im Boden verbessern die Regulation der Spaltöffnungen (Stomata) in den Blättern, erhöhen aber auch die mittlere Durchwurzelungsgeschwindigkeit. K-Mangel in Verbindung mit N-Überschuss erhöht die Schädlings- und Krankheitsanfälligkeit von Pflanzen. Zu hohe Gaben von K zu Lösslehmen fördert die Verschlämmung dieser Böden, insbesondere weil K-Düngemittel auch relative hohe Na-Gehalte aufweisen können. Auf leichten Sandböden ist dagegen zu beachten, dass K leicht ausgewaschen wird.

K2SO4 darf in der ÖL bei K-Mangel eingesetzt werden und verbessert gleichzeitig die S-Versorgung, während KCl verboten ist. Die meisten Obst- und Gemüsekulturen sind Chlorid empfindlich und reagieren insbesondere während der Keimung und Jugendentwicklung sensibel auf ein hohes Chloridangebot. Insbesondere im Stärkekartoffelanbau wird K2SO4 als Dünger eingesetzt, wo dieser den Assimilattransport von den Blättern in die Knollen ungestört ablaufen lässt. Zum Stabilisieren der Ernteerträge, aber auch zum Erhalt der Bodenfruchtbarkeit, ist auf eine ausreichende Versorgung der Pflanzen mit K- und Mg-Düngemitteln, z. B. mit Magnesia-Kainit zu achten.

Schwefel ist ein gelber, nichtmetallischer Feststoff, der in einer Vielzahl von Modifikationen vorkommt. In der Natur kommt S in den meisten Fällen als Sulfat (SO42–) aber auch als Sulfid (S2–) vor. S ist in den Aminosäuren Cystein, Cystin und Methionin, im Koenzym A, in Fe-haltigen Kofaktoren sowie in den Vitaminen B1 und B7 enthalten. Viele Mikroorganismen können bei anaeroben Verhältnissen in Böden aus der Reduktion von SO42– zu H2S Energie gewinnen. Durch die Rauchgasentschwefelung sind S-Einträge in Deutschland stark gesunken. Während Anfang der 1980er Jahre die Immissionen noch über 50 kg S/ha/Jahr betrugen, ist der Eintrag heute ca. auf 10 kg S/ha/Jahr gesunken. In der ÖL wird der S-Versorgung zu wenig Beachtung geschenkt. Der häufig beobachtete Rückgang der Leguminosenerträge kann daher an S-Mangel liegen, da speziell mehrschnittige Futterleguminosen einen hohen S-Bedarf haben. Aus diesem Grund führte eine S-Düngung auch auf Lehmböden zu einer Steigerung der Trockenmassebildung von Luzerne. Eine S-Düngung von 60–100 kg S/ha/a verbessert und stabilisiert die Erträge von Leguminosen, was auf einer erheblich verbesserten N2-Fixierungsleistung der Knöllchenbakterien beruht. Da SO4 relativ mobil ist und damit auch leicht ausgewaschen werden kann, muss eine S-Düngung hinsichtlich Zeitpunkt und Menge an die Standortverhältnisse angepasst werden. Bei einer Düngung mit elementarem Schwefel sollte aber bedacht werden, dass dieser durch seine Oxidation im Boden physiologisch sehr sauer wirkt und zu einer sehr starken Reduzierung des pH-Werts führt. Diese Reduzierung könnte manchmal, z. B. bei der Mobilisierung von P aus Rohphosphaten, erwünscht sein.

Organische Düngung

In organischen Düngemitteln liegen die zu düngenden Nährstoffe in C-haltigen Verbindungen gebunden vor (Finck, 2007; Schubert, 2011). Organische Dünger sind meist Abfallstoffe tierischen oder pflanzlichen Ursprungs aus der Landwirtschaft, d. h. Wirtschaftsdünger (z. B. Stallmist, Jauche, Gülle und Stroh). Sie können aber auch außerhalb der Landwirtschaft zum Teil in großen Mengen anfallen, das sind dann Sekundärrohstoffdünger (z. B. Kompost, Grünguthäcksel, Gärreste, Biogasgülle, Leguminosenschrote, Hornmehle). Damit organisch gebundene Nährstoffe eine wachstumsfördernde Wirkung haben können, müssen die organischen Düngemittel von den Bodenorganismen mineralisiert werden, d. h. in eine pflanzenverfügbare Form überführt werden. So muss Eiweiß zu Aminosäuren abgebaut und dann zu NH4+ und NO3– umgewandelt werden. Neben der Nährstoffwirkung haben organische Düngemittel in der Regel auch eine Humuswirkung, d. h., sie erhöhen potenziell die Humusgehalte von Böden (s. Kap. 1.2.1 u. Tab. 1.5). Weiterhin fördern organische Düngemittel als Nahrungsgrundlage generell das Bodenleben, sowohl hinsichtlich der Mikroorganismen, als auch der Bodentiere.

Organische Düngemittel entfalten ihre Wirkung auf Pflanzen langfristiger und werden in der Regel weniger schnell ausgewaschen als mineralische Dünger. Eine wichtige Kennzahl für die N-Freisetzung aus organischen Düngemitteln ist das C/N-Verhältnis. Neben dem N-Gehalt (Tab. 1.7) sind aber auch die Gehalte an den anderen Makronährstoffen P, S, K, Ca und Mg von Bedeutung. Auch Mikronährstoffe wie Zn, Cu und Fe werden dem Boden durch organische Dünger zugeführt. In einigen organischen Düngemitteln können diese im Übermaß vorhanden sein und so als Schwermetalle auch die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen. Weitere Qualitätskenngrößen sind die Abwesenheit von organischen Schadstoffen sowie krankheitserregenden Mikroorganismen (Pathogene: z. B. Viren, Salmonellen, Parasiten). Auch Unkrautsamen sollen nicht in großen Mengen in organischen Düngemitteln vorkommen.

Wirtschaftsdüngemittel. Stallmist ist die bei der Viehhaltung in Ställen anfallende Mischung von festen und flüssigen Bestandteilen der Exkremente (Dung und Urin) von Tieren mit der Einstreu als Bindemittel. Diese Einstreu besteht meistens aus Stroh, manchmal auch aus Holzspänen oder Holzhackschnitzeln, heute selten aus Laubstreu, oft vermischt mit dem vom Vieh nicht verzehrten Futter. Zahlreiche Langzeitversuche haben gezeigt, dass eine Düngung mit Stallmist oder Stallmistkompost die Humusgehalte von Ackerböden steigert und dadurch die Bodenfruchtbarkeit nachhaltig fördert (s. Kap. 1.2.1 u. Tab. 1.5).

Bei der Heißrotte auf dem Misthaufen werden Krankheitserreger abgetötet und insbesondere die Zusammensetzung der Mikroorganismen-Gemeinschaft in einer Weise geändert, die auch nach der Ausbringung auf Ackerböden Bestand hat. Fäkalkeime aus den Exkrementen und schnell wachsende Stroh abbauende Pilze werden durch langsam wachsende Actinobakterien verdrängt. Diese gram-positiven Bakterien bilden Myzel-artige Kolonien und sind daher im deutschen Sprachraum auch als „Strahlenpilze“ bekannt. Actinobakterien sind typische Bodenmikroorganismen und wichtige Gegenspieler von Pilzen, insbesondere von parasitischen Pilzen, aber auch von Fäkalkeimen aus dem Dung. Während der Heißrotte auf dem Misthaufen (bis 70 °C) werden auch Huminstoffe gebildet, die in Böden als Dauerhumus nur langsam umgesetzt werden. Auch die ausgeglichenen Verhältnisse von N, P und S im Stallmist führen dazu, dass dieser eine Humus aufbauende Wirkung hat. Die direkte Nährstoffwirkung von Stallmist auf das Wachstum von Pflanzen ist, insbesondere im Vergleich zu Jauche und Gülle, relativ gering.

Die Mistqualität hängt insbesondere vom Stroh/Dung-Verhältnis ab und von der Tierart, die diesen Dung liefert. Ein niedriger Strohanteil führt zu niedrigeren Temperaturen während der Heißrotte, wodurch die Hygienisierung des Stallmistes beeinträchtigt wird. Ein niedriger Strohanteil kann auch anaerobe Bereiche im Miststapel erzeugen, wodurch Fäulnisprozesse, z. B. Eiweißgärungen durch anaerobe Bakterien (z. B. Clostridium perfringens und andere) begünstigt werden. Dabei entstehen unangenehme Gerüche, die durch die Bildung von z. B. Buttersäure und flüchtigen Aminen verursacht werden. Wirtschaftsdünger von Wiederkäuern haben niedrigere Gehalte an Cellulose, N, S und P, aber einen höheren K-Gehalt als die von Schweinen und Hühnern (Tab. 1.7). Der Dung von Pferden hat einen sehr viel höheren Cellulosegehalt als der von Rindern, aber ähnliche Nährstoffgehalte. Ein höherer Cellulosegehalt fördert Aktivität und Wachstum von Bodenmikroorganismen, wodurch vorübergehend auch Stickstoff in ihrer Körpersubstanz festgelegt werden kann, was zur N-Immobilisierung führt. Langzeitversuche wurden und werden vor allem mit Rindermist durchgeführt. In welchem Ausmaß andere Mistqualitäten die Bodenfruchtbarkeit in einer anderen Art und Weise als Rindermist beeinflussen, ist nicht genau bekannt.

Stallmist sollte gut ausgreift oberflächlich in einer dünnen Schicht ausgebracht werden, wenn dieser als Regenwurmfutter, Verdunstungs-, Verschlämmungs- und Erosionsschutz dienen soll. Zum Aktivieren der Bodenmikroorganismen können auch größere Mengen an Stallmist flach eingearbeitet werden. Auf keinen Fall sollte Stallmist in über 15 cm Tiefe in tonige Böden oder in über 20 cm Tiefe in lehmige Böden eingearbeitet werden, da dieser dort durch seinen hohen Sauerststoffbedarf zu anaeroben Gärungsprozessen führen würde. Dabei entsteht neben belastenden organischen Säuren (z. B. Essig- und Buttersäure) auch der für Pflanzen und die meisten Bodenorganismen giftige Schwefelwasserstoff (H2S). Die Düngung mit Stallmist kann zu einer erheblichen Zunahme an mikrobieller Biomasse in Böden führen, insbesondere wenn diesen lange Zeit kein Stallmist zugeführt wurde. Diese Zunahme kann auch zu einer gewissen N-Festlegung und damit zu einer leichten Ertragsdepression von Nutzpflanzen führen, die nachlässt und sich sogar umkehrt, wenn sich durch regelmäßige Stallmistzufuhr ein neues Gleichgewicht einstellt. Weitere Probleme einer Düngung mit Stallmist sind Nährstoffverluste während der Lagerung. Stickstoff geht vor allem gasförmig als NH3 verloren, während K leicht ausgewaschen wird, wenn die Mistlagerstätte nicht überdacht ist. Auswaschungsverluste gibt es insbesondere bei einer Lagerung von Stallmist auf Feldmieten.

Die in Gruben gesammelten flüssigen Exkremente von Nutztieren, vor allem Urin, werden in der Landwirtschaft als Jauche bezeichnet. Diese ist in der Regel das Nebenprodukt der Stallmistaufstallung. Die Jauche wird gelegentlich mit einem Saugrohr in Jauchefässer oder andere Behälter abgepumpt und als Dünger auf Acker und Grünland verteilt. Gülle weist höhere K- und N-Gehalte als Jauche auf (Tab. 1.7). Die Nährstoffe werden durch Gärprozesse zu einem erheblichen Teil mineralisiert. So wird organisch gebundener Stickstoff zu NH4+ abgebaut und ist damit für die Pflanzen sofort verfügbar. Jauche kann daher ähnlich wie ein mineralischer N-Dünger eingesetzt werden, wodurch sie ähnliche Vor- und Nachteile für die Bodenfruchtbarkeit aufweist.

Gülle ist ein Wirtschaftsdünger, der aus einem Gemisch von Urin und Kot landwirtschaftlicher Nutztiere besteht, die ohne Einstreu auf Spaltenböden gehalten werden. Hohe Gehalte an N, P, K und anderen Nährstoffen können Gülle zu einem wichtigen Dünger machen (Tab. 1.7). Da Gülle ständig anfällt, ihre Verwertung jedoch nur zeitweilig erfolgen kann, ist ihre mehrmonatige Zwischenlagerung erforderlich. Die Lagerung erfolgt in offenen Systemen, den Güllebehältern, in denen durch Absetzvorgänge verklumpte Schwimm- und Sinkschichten entstehen können. Diese müssen mit Rührwerken vor der Ausbringung zerteilt werden. Die Ausbringung auf die Bodenoberfläche ist mit Nährstoffverlusten verbunden. Vor allem NH3 kann verloren gehen. Die Gülle sollte daher unmittelbar nach der Ausbringung und am besten direkt beim Ausbringen in den Boden eingearbeitet werden. Entsprechende technische Vorrichtungen sind Schleppschlauch- und Schlitzschuhverteiler an den Güllefässern. Diese vermindern neben Nährstoffverlusten auch Geruchsbelästigungen.

Tab. 1.6 Mittlere Trockenmasse- und Nährstoffgehalte von Wirtschaftsdüngemitteln (KTBL, 2009)
		TM (%)	Nt (kg/t FM)	NH4-N (kg/t FM)	P (kg/t FM)	K (kg/t FM)
Stroh		85			1.4	11.6
Festmist	Rind	20	4,8		1,2	6,6
	Schwein	22	7,0		2,9	6,0
	Schaf	25	8,0	0,6	1,3	5,8
	Pferd	30	3,9		1,4	5,8
	Huhn	48	27,0	7,0	7,5	13,4
Jauche	Rind	2,0	1,7	1,2	0,1	3,8
	Schwein	1,5	2,8	2,5	0,2	2,7
Gülle	Rind	10	4,9	2,5	0,9	6,0
	Schwein	5	6,5	4,5	1,4	2,7

Wenn Gülle im Übermaß oder in Jahreszeiten ausgebracht wird , in denen die Vegetation die enthaltenen Nährstoffe nicht aufnehmen kann, so steigt die Gefahr der Nährstoffauswaschung in tiefere Bodenschichten bis zum Grundwasser und der Abschwemmung in Oberflächenwasser. NH4+, NO3– sowie PO43– können Gewässer mit Nährstoffen überfrachten (eutrophieren) und dadurch unter anderem Algenblüten verursachen und Fischsterben auslösen. Es bestehen nach der Düngeverordnung also aus gutem Grund grundsätzliche Ausbringverbote bei überschwemmten, wassergesättigten, tiefgefrorenen und schneebedeckten Böden, sowie in der winterlichen Kernsperrzeit vom 1. November bis 31. Januar auf Ackerflächen bzw. vom 15. November bis 31. Januar auf Grünland. Für den Gemüse- und Obstbau verbietet sich die Gülledüngung grundsätzlich, da über den Tierkot Krankheitserreger (z. B. Salmonellen) in die Erde gelangen können.

Wie mineralische N-Dünger ziehen auch hohe Gaben an Gülle entsprechende Pflanzenschutzmaßnahmen nach sich. In den 1970er und 1980er Jahren war in Deutschland und weiteren Ländern ein erheblicher Anstieg der Nitratgehalte im Grundwasser zu verzeichnen. Eine der Hauptursachen war die Zunahme der Gülledüngung in Kombination mit exzessiver Mineraldüngung. Strengere Regelungen zur Ausbringung mit Ausbringungsverboten außerhalb der Vegetationszeit sowie die Verpflichtung der Landwirte, ausreichende Lagerkapazitäten vorzuhalten, konnten das Problem eingrenzen und eine allmähliche Senkung der Nährstoffgehalte im Grundwasser einleiten. Die NH3-Ausgasung aus Güllebehälter in die Atmosphäre führt zu einer großen Umverteilung des Nährstoffs Stickstoff, worunter insbesondere Wälder und Moore leiden, die keine Stickstoffeinträge vertragen. Gülle steht in der Öffentlichkeit für eine nicht artgerechte Massentierhaltung und für eine Überfrachtung der Umwelt mit Nähr- und Schadstoffen. Die Güllewirtschaft ist damit zu einem Symbol für die nicht-nachhaltige Intensivlandwirtschaft geworden, die zudem auch durch das Heranzüchten von Antibiotika resistenten Bakterienstämmen die Gesundheit der Allgemeinheit zu bedrohen scheint. Die Akzeptanz der Güllewirtschaft wird noch dadurch weiter gesenkt, dass das Ausbringen von Gülle zu einer ganz erheblichen Geruchsbelästigung im ländlichen Raum führt. Häufig ist die Massentierhaltung damit verbunden, dass die Gülle nicht gleichmäßig auf alle Ackerflächen eines Betriebes verteilt wird, sondern Stall nah konzentriert ausgebracht wird.

Eine zu selten beachtete Gefahr für die Bodenfruchtbarkeit ist die Ausbringung der Gülle auf die landwirtschaftliche Nutzfläche mit den Gülletankwagen. Dies erfolgt insbesondere im Frühjahr, wenn die Böden durch einen hohen Wassergehalt sehr druckempfindlich sind. Die Kombination von schneller Straßenfahrt und Feldfahrt auf wenig tragfähigen Böden unter Last stellt eine Herausforderung für das Landbau-Management dar. Es sollte geprüft werden, ob Straßentransport und Ausbringung auf dem Feld mit getrennten Fahrzeugen erfolgen oder ob eine Reifendruckregelanlage eingesetzt werden kann.

Ob eine Düngung von Gülle gemeinsam mit der Einarbeitung von Stroh eine Humus aufbauende Wirkung wie Stallmist hat, ist bis jetzt nicht genau geklärt (s. Kap. 1.2.1, Tab. 1.5). Die Möglichkeit besteht, wenn Gülle gleichzeitig mit Stroh in einer Art Flächenkompostierung gemeinsam eingearbeitet wird. In der Praxis erfolgen aber die Ausbringung von Gülle und das Einarbeiten von Stroh häufig zu verschiedenen Zeitpunkten. Die Mikroorganismen-Gemeinschaft der Gülle besteht hauptsächlich aus anaeroben und mikroaeroben Fäkalkeimen, die negative Auswirkungen auf die Lebewelt von Böden haben können. Diese hemmende Wirkung der Gülle auf Bodenorganismen kann unter Umständen zu einer Humusanreicherung führen, da die Aktivität und der Umsatz der Bodenmikroorganismen reduziert sind.

Stroh verbleibt mit einer Menge von 5–10 t/ha Trockensubstanz (TS) nach der Ernte auf der Ackerfläche, wenn es nicht abgefahren wird. Dies entspricht einer N-Menge von 50–220 kg/ha, einer P-Menge von 15–50 kg/ha und einer K-Menge von 40–100 kg/ha (Tab. 1.7). Die wichtigsten Qualitätsfaktoren des Strohs für den Abbau sind der Lignin- und Stickstoffgehalt sowie die mikrobielle Besiedlung während des Abreifens (Jörgensen, 2011). Mit zunehmendem Gehalt an Lignin wird Stroh langsamer abgebaut. Häufig haben Ernterückstände von Pflanzen mit einem engen C/N-Verhältnis (z. B. Raps und Luzerne) bei einem hohen Eiweißgehalt auch einen niedrigen Ligningehalt und können entsprechend schnell abgebaut werden. Dieser Unterschied könnte aber auch auf die wesentlich intensivere Besiedlung mit Pilzen zurückzuführen sein. Der Strohabbau an einem Standort hängt vor allem von der Witterung, und hier insbesondere von den Niederschlägen und den daraus folgenden Wassergehalten im Boden. Der September ist in den meisten Regionen Deutschlands ein relativ trockener Monat. Die Lignin-Cellulose-Komplexe in den Zellwänden des Strohs werden vor allem durch Weißfäulepilze (z. B. Trichocladium-Arten) abgebaut, welche einen hohen Anspruch an die Wasserversorgung haben. Andererseits hat der Abbau der Lignin-Cellulose-Komplexe einen hohen Sauerstoffbedarf, so dass zu hohe Wassergehalte hemmend wirken. Regenwürmer, insbesondere der große Tauwurm (Lumbricus terrestris), spielen in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle, denn sie ziehen Stroh aus der Mulchschicht aktiv in ihre Gänge hinein, wo genügend Feuchtigkeit und Sauerstoff für die Stroh zersetzenden Pilze vorhanden sind. Von diesen Pilzen ernährt sich dann der Regenwurm.

Wenn genügend Feuchtigkeit vorhanden ist, fördern höhere Temperaturen natürlich den Strohabbau, aber es werden auch zwischen 0 und 4 °C signifikante Mengen abgebaut, insbesondere von den leicht verfügbaren organischen Fraktionen, wie z. B. Eiweiß. Bei gleicher Temperatur und optimalen Wassergehalten unterscheiden sich Böden nicht in ihrer Fähigkeit zum Strohabbau, d. h. weder pH-Wert noch Ton- und Humusgehalte haben einen Einfluss. Allerdings kann der Witterungsverlauf dann doch den Strohabbau bodenspezifisch sehr unterschiedlich beeinflussen. Ein Starkregenereignis kann in einem Sandboden optimale Abbaubedingungen schaffen, in einem Lösslehm aber zu oberflächlicher Verschlämmung und dadurch zu Luftmangel führen, während in einem Tonboden die Regenmenge vielleicht nicht ausreichen kann, um ihn genügend anzufeuchten. Im Gegensatz zu den physikalischen (Tongehalt) und chemischen (Humusgehalt, pH-Wert) Bodeneigenschaften haben die biologischen einen sehr großen Einfluss auf den Strohabbau, was sowohl für die Bodentiere wie den Regenwurm, als auch für die Mikroorganismen gilt. Der Strohabbau erfolgt in einem Boden, in den regelmäßig Stroh eingearbeitet wurde, mit einer deutlich höheren Rate als in einem Boden, der nur mit Stallmist gedüngt wurde. Pilze, die tote organische Substanz als Nahrung nutzen, stehen im Verdacht, in hohem Maße auch Humus abzubauen. Durch regelmäßige Strohzufuhr wird im Boden die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft so verändert, dass sich die Abbauintensität von Stroh drastisch erhöht.

Die wichtigsten Maßnahmen, die Landwirte zur Förderung des Strohabbaus durchführen können, sind:

 Stroh kurz häckseln (möglichst kleiner 5 cm),

 Stoppellänge so kurz wie möglich (möglichst kleiner 10 cm),

 gleichmäßige Verteilung der Ernterückstände auf die Arbeitsbreite des Mähdreschers,

 Bodenbearbeitung zur besseren Strohverteilung schräg zur Mährichtung,

 möglichst flaches Einarbeiten (5–8 cm). Flachere Einarbeitung bei geringen Strohmengen und trockenen Bedingungen; tiefere Einarbeitung bei hohen Strohmengen und nachfolgenden Bearbeitungsgängen und

 bei ungleichmäßigen Voraussetzungen Korrektur durch Strohmulcher, Striegel bzw. flache Bearbeitung mit der Kurzscheibenegge.

Eine Ablage von Stroh mit dem Pflug in 20–30 cm Tiefe ist ungünstig, da die Sauerstoffdiffusion bis in diese Tiefe nicht immer ausreichend gewährleistet ist. Dadurch kann es zu anaeroben Verhältnissen mit reduziertem Strohabbau (Strohmatten) kommen. Die gleichzeitige Gabe von Gülle und Jauche führt zu einer erhöhten Festlegung durch Bodenmikroorganismen und damit eventuell zu einer erhöhten Humusreproduktion. Generell wird die Humus reproduzierende Wirkung der Einarbeitung von Stroh überschätzt. Es gibt aber auch Versuche, die zeigen, dass das Einarbeiten von Stroh langfristig, insbesondere auf Sandböden, zu einem Humusabbau führt.

Sekundärrohstoffmittel. Die Kompostierung ist ein biologischer Prozess, bei dem eine Mischung von leicht verwertbarem organischem Material unterschiedlichster Herkunft aerob von Bakterien und Pilzen abgebaut wird. Dabei entsteht auch ein hoher Anteil an stabilen organischen Verbindungen, die den Humusgehalt von Böden steigern können. Heute erzeugt die Abfallwirtschaft in großtechnischen Kompostierungsanlagen aus Küchen- und Gartenabfällen, Bioabfall und Grünschnitt Komposte, die bei guter Qualität immer die Bodenfruchtbarkeit steigert. Durch seinen Nährstoffgehalt ist ausgereifter Kompost ein vollwertiger (Tab. 1.8), aber häufig sehr langsam fließender Nährstoffdünger, insbesondere wenn er das erste Mal auf einer Fläche eingesetzt wird.

Der Kompostierungsprozess kann aufgrund des Temperaturverlaufs in mehrere Phasen unterteilt werden. In der Anlaufphase der Kompostierung herrschen die mesophilen Organismen vor, die in einem Temperaturbereich von 10–45 °C in den ersten 12 bis 24 Stunden aktiv sind. Bei einer Selbsterwärmung über 45 °C werden ihre Keimzahlen wieder geringer und die Anzahl der thermophilen Organismen steigt bis zu einer Temperatur von 55 °C stark an. Werden über mehrere Tage Temperaturen von über 60 °C gehalten , kann von einer Hygienisierung des Kompostmaterials ausgegangen werden, d. h. pathogene Bakterien, Pilze und Unkrautsamen sterben ab. In der Abkühlungsphase unter 45 °C vermehren sich insbesondere die Actinobakterien, aber auch das Wachstum von Pilzen setzt wieder ein. Die Abbaugeschwindigkeit verlangsamt sich mit zunehmender Rottezeit und es treten gegen Ende vermehrt Umbauprozesse zu Huminstoffen auf. Bei Bioabfall kann innerhalb eines Zeitraums von zwölf Wochen mit einer Abbaurate von 40–70 % gerechnet werden. Grünabfälle, die einen hohen Anteil an Ast- und Heckenschnitt enthalten, erreichen im gleichen Zeitraum Abbauraten, die unter 30 % liegen können.

Das C/N-Verhältnis im Kompostmaterial ist für die Vermehrung der Mikroorganismen und somit für die Abbaugeschwindigkeit wichtig. Die Mikroorganismen benötigen Stickstoff für die Bildung neuer Zellsub­stanz. Bei einem Stickstoffüberschuss (enges C/N-Verhältnis), so kann es zur Bildung von NH3 kommen, wodurch sich auch der pH-Wert für den Abbau ungünstig nach oben verschiebt und das NH3 verloren geht. Ist dies der Fall, können z. B. Stroh oder Sägespäne mit einem weiten C/N-Verhältnis beigemischt werden. Wenn das C/N-Verhältnis zu hoch ist, können stickstoffreiche Materialien, wie z. B. Grasschnitt, zugeschlagen werden. Ein durchschnittliches C/N-Verhältnis von 20 bis 25 der Ausgangskomponenten hat sich als günstig für den Kompostierungsprozess erwiesen. Weitere Qualitätskriterien für Kompost sind die Abwesenheit von Schwermetallen und Störstoffen (z. B. Verpackungsmaterial aus Kunststoffen).

Qualitätskomposte steigern nicht nur die mikrobielle Aktivität in Böden, sondern viele der im Kompost vorkommenden Mikroben haben sogar eine unterdrückende Wirkung auf bodenbürtige Pflanzenkrankheiten (s. Kap. 1.2.4). Zahlreiche Bakterien und Pilze, die im Kompost vorkommen, sind natürliche Gegenspieler von Fusarien und Ascochyta-Erregern. Sie drängen die Erreger zurück und können sie zum Teil sogar abtöten. Dadurch werden die Pflanzen deutlich gesünder. Diese suppressiven Komposteffekte sind für eine Reihe von Krankheiten und Erregern beschrieben: wie z. B. für die Wurzeltöterkrankheit (Rhizoctonia solani) bei Kartoffeln, für Pythium-Arten als Erreger der Umfallkrankheit an Rote Beete und Rüben, wie auch für Keimlings- und Wurzelkrankheiten an Erbsen, Bohnen und Lein. Die Wirkung des Kompostes ist umso besser, je höher der Anteil im Boden ist. Im Ackerbau kann dieses Problem gelöst werden, indem der Kompost nur dort konzentriert ausgebracht wird, wo er gegen die Pilzkrankheiten wirken soll, also dicht am Keimling.

Als Grünguthäcksel werden die nicht kompostierten Garten- und Parkabfälle bezeichnet, d. h. vor allem Rasen-, Ast- und Heckenschnitt. In Abhängigkeit vom Holzanteil liegt das C/N-Verhältnis von Grünguthäcksel zwischen 30 und 60. Bei der maximal erlaubten jährlichen Ausbringmenge von 15 t Grünguthäcksel je Hektar werden ungefähr 10 kg P, 45 kg K, 13 kg Mg und 9 kg S in den Boden eingebracht (Tab. 1.8). Dabei ist der Nährstoffgehalt von den verwendeten Gehölzarten und dem Grünanteil im Häckselgut abhängig. Der Gehalt an Schwermetallen liegt meist unter den Werten von Bioabfallkompost. Aufgrund eines relativ weiten C/N-Verhältnis im Grünguthäcksel und einer damit verbundenen möglichen temporären N-Festlegung im Boden nach der Einarbeitung des Materials ist eine Ausbringung zu Leguminosen sinnvoll. Ein Einsatz von Grünguthäcksel bei Getreide kann sich aufgrund der N-Festlegung negativ auf die Ertragsbildung auswirken. Grünguthäcksel kann vor oder nach der Saat mit einem Kompoststreuer oder einem modifizierten Miststreuer appliziert werden. Obwohl holzreiches Grünguthäcksel in Getreide keine Düngewirkung hat, kann es durch den zusätzlichen Verdunstungsschutz, eine gesteigerte Infiltration von Niederschlägen und die Unkraut unterdrückende Wirkung zu Mehrerträgen kommen. Entscheidend für die Unterdrückung von Unkraut durch Grünguthäcksel ist eine flaches Einarbeiten und ein hoher Anteil an Nadelgehölz am Häckselgut. Nadelhölzer haben einen hohen Anteil an Harzen und Polyphenolen, die keimhemmend wirken. Die Saattiefe der Kultur sollte unter der Grünhäckselschicht liegen, da eine Beeinflussung der Keimung nicht ausgeschlossen werden kann.

Organische Handelsdünger. Es gibt eine ganze Reihe organischer Handelsdünger tierischer und pflanzlicher Herkunft, z. B. Horn- und Haarmehle, Maltaflor, Luzernemehl, Leguminosen-Schrote und andere, die insbesondere im ökologischen Gartenbau eingesetzt werden (Tab. 1.8). Über die langfristigen Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit ist wenig bekannt, es ist aber wahrscheinlich, dass sie eher positive als ne­gative Effekte haben, wenn sie nicht im Übermaß gegeben werden. In diesem Fall hätten sie alle negativen Wirkungen einer übermäßigen N-Düngung, da die meisten dieser organischen Handelsdünger einen hohen Gehalt an leicht mineralisierbaren organischen N-Verbindungen haben. Die N-Wirkung erfolgt in Abhängigkeit von Bodentemperatur, -feuchtigkeit, -durchlüftung und der Korngröße der eingesetzten Düngemittel in ein bis zwei Wochen bis zu mehreren Monaten. Trotz der hohen Gehalte an organischer Substanz von 85 % und mehr, ist die humussteigernde Wirkung dieser organischen Düngemittel gering, da deren organische Substanz leicht abbaubar ist.

Tab. 1.7 Mittlere Trockenmasse- und Nährstoffgehalte von organischen Düngemitteln (KTBL, 2009)
	TM (% FS)	N (kg/t FM)	P (kg/t FM)	K (kg/t FM)
Bioabfall-Kompost	60	18	2,6	12
Grünguthäcksel	40	3,2	0,9	1,7
Klärschlamm, dünnflüssig	5	1,3	0,7	0,2
Klärschlamm, dickflüssig	10	2,5	1,4	0,3
Kläschlamm, trocken	33	8,3	4,7	0,8
Hornmehl	85	130	36	31
Maltaflor	85	5	1,3	4,2
Luzernemehl	85	26,8	2,0	26
Leguminosenschrote	85	50	5,2	13
Agrobiosol	85	70	4,3	13
Bio-Vegetal	86	70	17	13
Neemkuchen	85	50	13	8,3
Phytoperls	85	65	26	8,3
Rapsschrot	85	55	11	13
Rhizinusschrot	85	55	8,7	13
Rüben-Vinasse	85	41,6	2,5	3,5
Umrechnung P2O5 = P x 2,3 und K2O = K x 1,2

Die gebräuchlichsten organischen Handelsdünger tierischer Herkunft sind Haarmehl, gemahlene Schweineborsten und Hornmehl, eine gemahlene Mischung aus Kopf- und Klauenhorn von Rindern. Die Vielfalt an organischen Handelsdünger pflanzlicher Herkunft ist sehr viel größer, so sind z. B. Rapsschrot (Rückstand, d. h. Presskuchen bei der Ölgewinnung), Rizinusschrot (Rückstand bei der Ölgewinnung), Erbsenschrot (geschrotete Erbsenkörner), Lupinenschrot (geschrotete Lupinenkörner), Bio-Vegetal (fermentierte Pilzbiomasse aus der Hefeherstellung + Roh-phosphat und Kaliumsulfat), Maltaflor (Rückstände aus der Malzproduktion + Vinasse), Neemkuchen (Samenteile des indischen Neembaums), Guano (abgelagerter Kot von Seevögeln), Phytoperls (Rückstände aus der Maisverarbeitung) und Vinasse (fermentierte Melasse aus der Zuckerrübenverarbeitung) als Düngemittel erhältlich. Bei einigen ist zu beachten, dass sie frisch ausgebracht aufgrund eines hohen Gehalts an sekundären Inhaltsstoffen, d. h. Substanzen, die weder im Energie- noch im Baustoffwechsel eine Funktion haben, eine stark keimhemmende Wirkung haben, was insbesondere für Rizinus-, Lupinen-, Erbsen-, aber auch Rapsschrot gilt. Maltaflor und besonders Bio-Vegetal setzen mehr Nährstoffe frei als die anderen pflanzlichen und tierischen organischen Handelsdünger.

Mikroorganismenpräparate. Keine Düngemittel im Sinne der Düngemittelverordnung sind Mikroorganismenpräparate, die zum Teil zur Förderung des Pflanzenwachstums ausgebracht werden, da die ausgebrachten Nährstoffmengen nicht sehr groß sind. Solche Mikroorganismenpräparate werden häufig als Mischungen, z. B. als „effektive“ Mikroorganismen oder als „Plant Growth Promoting Rhizobacteria“ (PGR) angeboten, manchmal auch als definierte Einzelpräparate, z. B. Bacillus subtilis und Bacillus amyloliquefaciens zur Förderung der Pflanzengesundheit, oder definierte Rhizobienstämme (Knöllchenbakterien) zur Förderung der N2-Fixierung von Leguminosen. Wenn seltene und standortfremde Leguminosen auf einer Ackerfläche angebaut werden sollen (z. B. Sojabohne), dann sollte das Saatgut unbedingt mit den entsprechenden Knöllchenbakterien beimpft werden. Wenn im Gartenbau mit gedämpften Böden oder Kultursubstraten gearbeitet wird, dann ist auch ein Beimpfen mit Mycorrhizastämmen sinnvoll. Sonst ist die Vielfalt der im Boden lebenden Mikroorganismen immer so groß, dass von außen keine Organismen zugeführt werden müssen, um die notwendigen biologischen Prozesse im Boden auszuführen. In Laborfermentern angezogene Bakterien sind an das energiearme Leben im Boden nicht angepasst und sterben sofort ab, wenn sie auf den Boden gelangen. Das Ausbringen der Bakteriensuspension ist ein weiteres Problem. Wenn lebende Mikroorganismen mit Feldspritzen ausgebracht werden, können sie in den Boden nicht eindringen und werden dann sofort durch das Sonnenlicht abgetötet. Nur Sporensuspensionen von gram-positiven Bakterien haben das Potenzial, sich im Boden bei geeigneten Lebensbedingungen auszubreiten.

Kalkung

Unter Kalkung oder auch Kalkdüngung versteht man eine Maßnahme zur Erhöhung des pH-Werts eines Bodens durch Verteilung von basisch wirkenden Calciumverbindungen (Abb. 1.12). Eine Kalkung wird durchgeführt, um der Bodenversauerung entgegenzuwirken. Sie ist eine der zentralen Maßnahmen, um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten und zu fördern.

Abb. 1.12 Kalkung (Foto: Christian Mühlhausen/www.landpixel.de)

Böden unter landwirtschaftlicher Nutzung versauern aus verschiedenen Gründen. In den meisten Regionen Deutschlands regnet es mehr als die Pflanzen verdunsten. Das überschüssige Wasser versickert in den Wintermonaten ins Grundwasser. Mit dem Sickerwasser werden Nährstoffe, insbesondere Calcium, als Ca(HCO3)2 ausgewaschen. Das HCO3– stammt aus der Atmung der Bodenmikroorganismen, aber auch aus der Atmung der Wurzeln und der Bodentiere. In Marktfruchtbetrieben, wo ein großer Teil des oberirdischen Aufwuchses verkauft wird, kann der Basenentzug durch Ernteprodukte ebenfalls erheblich zur Versauerung der Böden beitragen. Das muss auch bei der Produktion von Maissilage für die Biogasproduktion bedacht werden, wenn große Mengen an Nährstoffen mit der Biogasgülle nicht gleichmäßig auf die Herkunftsflächen der Biomasse zurückgeführt wird. Die Kalkung sollte insbesondere auch in der ÖL nicht vernachlässigt werden. Dafür gib es eine ganze Reihe von Gründen:

 Die meisten unserer Kulturpflanzen, Weizen und Gerste, insbesondere aber Leguminosen (Erbsen, Klee, Luzerne) haben einen hohen Ca-Bedarf. Eine Kalkung führt dadurch zu einer Förderung des Wachstums dieser Kulturpflanzen. Im Grünland führt ein Absinken des pH-Werts zu einer Verdrängung der Leguminosen und der wertvolleren Futtergräser mit hohem Ertragspotenzial.

 Austauschbare Kationen sind für Pflanzen sehr leicht verfügbar und nicht in dem Ausmaß auswaschungsgefährdet wie die Nährstoffe, die sich in der Bodenlösung befinden. Zur Kationenaustauschkapazität (KAK) tragen die Tonminerale und der Humus in den meisten unserer landwirtschaftlich genutzten Böden zu jeweils ungefähr 50 % bei. Die KAK von Humus weist allerdings eine ausgeprägte pH-Variabilität auf, d. h., sie nimmt mit steigendem pH-Wert zu und nimmt mit sinkendem pH-Wert ab. Eine Kalkung erhöht deshalb die KAK von Böden und verbessert damit die Nährstoffverfügbarkeit für Pflanzen.

 Die Oberfläche der Tonteilchen ist negativ geladen und auch die Oberfläche von Humus ist oberhalb eines pH-Wertes von 5 negativ geladen. Für die Bildung von Ton-Humus-Komplexen ist zweiwertiges Calcium notwendig, das durch seine Brückenbildung den Humus vor weiterem Abbau und Auswaschung schützt (Abb. 1.13, Tab. 1.9).

 Die Anwesenheit von Calcium führt dazu, dass sich aus Tonteilchen Kartenhaus ähnliche Flocken bilden, die die Struktur von tonreichen Böden auflockern.

 Ein pH-Wert im Bereich des Neutralpunkts (pH 7) fördert Aktivität und Wachstum von Mikroorganismen, so dass Nährstoffe durch die Zersetzung von frisch eingearbeiteten Ernteresten und frisch abgestorbenen Wurzeln schnell freigesetzt werden. Auch die N-Mineralisierung und im Anschluss die Nitrifikation wird durch Kalkung gefördert.

 Ein neutraler pH-Wert fördert die Aktivität und Biomasseentwicklung von Regenwürmern, da sie die Eiweißbestandteile ihrer Nahrung nicht mit Säure, sondern mit Hilfe kalziumhaltiger Abscheidungen verdauen. Auch der Schleim, den Regenwürmer zur Unterstützung der Hautatmung und dem Erleichtern der Bodenpassage ausscheiden, enthält relativ viel Calcium. Aus diesem Grund hat der humusange­reicherte Boden der Grabgänge (Regenwurmtapete) in Lösslehmen einen deutlich höheren pH-Wert als der umgebende Boden.

Abb. 1.13 Einfluss des pH-Werts auf den Corg-Gehalt eines Sandbodens (Darmstadt: 85% Sand, 10% Schluff, 5% Ton), Variante vegetabile Dünger (Heinze et al., 2011)

Kalkdünger werden häufig als Naturkalke abgebaut (z. B. Muschelkalk, Kreide, Kalkmergel, Mergel, Dolomit, Algenkalk u. a.) und sind weit verbreitet. Sie werden ergänzt durch Industriekalke, wie z. B. Hüttenkalk aus der Stahlindustrie und Carbokalk aus der Zuckerrübenverarbeitung. Fein vermahlene Naturkalke haben als kohlensaurer Kalk (CaCO3) eine langsame und nachhaltige Wirkung im Boden und sind für die Bodenorganismen besonders gut verträglich. Dolomitische Kalke enthalten neben CaCO3 auch unterschiedlichen Mengenanteil an MgCO3. Branntkalk (CaO) und Löschkalk (Ca(OH)2) haben ein geringeres Transportvolumen und erhöhen sehr schnell den pH-Wert, wirken aber in der Kontaktzone toxisch auf Bodenorganismen und sind daher in der ÖL nicht zugelassen.

Tab. 1.8 Einfluss des pH-Werts auf den Humusgehalt von Lösslehmen (Jörgensen R.G., nicht veröffentlicht)
pH-H2O	Humus (%)	Corg (%)	Corg/Nt
5,4	1,8	1,06	9,3
6,9	2,1	1,21	8,6
7,8	2,7	1,56	9,3

Optimale pH-Werte unter Acker liegen auf schweren Tonböden bei ungefähr 7 und etwas darüber, auf mittleren Lehmböden ebenfalls bei 7 und etwas darunter und auf leichten Sandböden bei ungefähr 6 oder knapp darüber (Tab. 1.10, s. a. Kap. 1.4.5., Tab. 1.40). Tonböden brauchen zum Flocken der Tonteilchen und damit zum Aufbau der Bodenstruktur große Mengen an Calcium. Ein hoher pH-Wert senkt die Mobilität, d. h. die Verfügbarkeit von Mikronährstoffen, die in leichten Sandböden nur in geringen Konzentrationen vorkommen. Im Grünland können die pH-Werte aufgrund der hohen Humusgehalte etwas niedriger sein als im Ackerland. Humus hat bei steigenden pH-Werten durch seine funktionellen Säuregruppen eine zunehmend negative Oberfläche, die den pH-Wert leicht absenkt. Es besteht aber trotzdem auch bei Grünland ein Kalkbedarf, da sich allmählich die Pflanzenbestände zu Ungunsten der wertvolleren Futtergräser und Leguminosen verändern.

Tab. 1.9 Ziel-pH in 0.01 M CaCl2-Lösung für verschiedene Böden unter Acker- und Grünlandnutzung (Quelle: Finck: Dünger und Düngung, Weinheim, 1992)
Boden	Bodenart	Ton- bzw. Humusgehalt	Ziel-pH
			Acker	Grünland
Mineralboden (bis 4% Humus)	Lehm, toniger Lehm	über 25 % Ton	7,0	6,0
	sandiger Lehm	12–25 % Ton	6,6	5,5
	lehmiger Sand	5–12 % Ton	6,0	5,0
	Sand	0–5 % Ton	5,5	5,0
Humusreicher Boden (mehr als 4% Humus)	stark humoser Sand	5–8 % Humus	5,5	5,0
	sehr stark humoser Sand	8–15 % Humus	5,0	4,5
	anmooriger Sand	15–30 % Humus	4,5	4,5
	Hochmoor	über 30 % Humus	4,0	4,5

Kalkungsmaßnahmen haben in der allgemeinen Fachöffentlichkeit aufgrund des Sprichwortes „Kalk macht reiche Väter und arme Söhne“ einen schlechten Ruf. Berechtigung hatte dieser Spruch nur für die Kultivierung von Hochmooren im 18. und 19. Jahrhundert. Dort trat nach Kalkungsmaßnahmen die „Urbarmachungskrankheit“ oder „Heidemoorkrankheit“ auf, die bei Getreide durch Kupfermangel zu starken Ertragsverlusten führte. Bei der Kultivierung von Heidepodsolen führte eine Kalkung über einen pH-Wert von 5,8 durch Mn-Mangel ebenfalls zu Ertragsverlusten. Da in Podsolen und insbesondere in Hochmooren große Mengen an schwach zersetztem Pflanzenmaterial mit weiten C/N-Verhältnissen angereichert wird, kann eine Kalkung dieser Böden zu starken Humusverlusten durch die mikrobielle Mineralisation führen, zumal durch die Abwesenheit von Tonmineralen keine stabilen Cal­cium-Ton-Humuskomplexe gebildet werden können. Verstärkt haben den schlechten Ruf von Kalkungsmaßnahmen, die früher generell als „mergeln“ bezeichnet wurden, die begriffliche Nähe zum „ausmergeln“, das synonym für die Begriffe „entkräften“ und „auslaugen“ gebraucht wird. Das Wort „ausmergeln“, englisch „emaciate“, hat sich aus dem lateinischen „emaciare“ (ausdünnen) bzw. „ex“ (aus) und „macies“ (Magerheit) entwickelt. Das Wort „Mergel“, englisch „Marl“, althochdeutsch „Mergil“ hat sich hingegen wahrscheinlich aus dem lateinischen „argilla“ (weißer Ton) entwickelt. Als weißer Ton wird heute Kaolin bezeichnet, aber auch Mergeltone haben durch ihre hohen Kalkanteile eine sehr helle Farbe. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass „Mergil“ einen keltischen Ursprung hat. Die Zufuhr von Mergeltonen zu Sandböden ist immer eine gute, aber aufwendige Methode gewesen, die Bodenfruchtbarkeit von Sandböden zu steigern, denn neben Calcium aus dem Kalk werden auch alle weiteren Makro- und Mikronährstoffe durch die hohen Anteile an Tonmineralen zugeführt. Die Anwesenheit von Ton führt dann zur Bildung der stabilen Calcium-Ton-Humuskomplexe.

Verwendete Literatur

Ahl, C., Carminati A., Gernandt, P., Jörgensen, R. G. (2013): Aspekte und Grundlagen der Bodenkunde. 37. Auflage. Agrarpedologie, Universität Göttingen.

Finck, A. (1992): Dünger und Düngung – Grundlagen und Anleitung zur Düngung der Kulturpflanzen. 2. Auflage. VCH, Weinheim.

Finck, A. (2007): Pflanzenernährung und Düngung in Stichworten. 6. Auflage. Gebrüder Borntraeger Verlagsbuchandlung, Stuttgart.

Heinze, S., Oltmanns, M., Joergensen, R. G., Raupp, J. (2011): Changes in microbial biomass indices after 10 years of farmyard manure and vegetal fertilizer application to a sandy soil under organic management. Plant and Soil 343, 221–234.

Jörgensen, R. G. (2011): Förderung der Strohrotte. ACKERplus 07.11, 16–19.

KTBL (Hrsg.) (2009): Faustzahlen für die Landwirtschaft. 14. Auflage. KTBL, Darmstadt.

Schubert, S. (2011): Pflanzenernährung – Grundwissen Bachelor. 2. Auflage. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart.

Weiterführende Literatur

Knittel, H., Albert, E., Ebertseder, T. (2012): Praxishandbuch Dünger und Düngung. 2. Auflage. Agrimedia Verlag, Clenze.

Möller, K., Schultheiß, U. (2014): Organische Handelsdünger im ökologischen Landbau – Charakterisierung und Empfehlungen für die Praxis. KTBL, Darmstadt.

Poschlod, P. (2015): Geschichte der Kulturlandschaft: Entstehungsursachen und Steuerungsfaktoren der Entwicklung der Kulturlandschaft, Lebensraum- und Artenvielfalt in Mitteleuropa. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart.

Scheller, E. (2013): Grundzüge einer Pflanzenernährung des ökologischen Landbaus – Ein Fragment. Verlag Lebendige Erde, Darmstadt.

Schmidt, H., Hrsg. (2007): Problembereiche im Öko-Ackerbau-Analyse von Praxisbeispielen: Humus und Getreideertrag – Schadnester in Getreide-Schäden bei Körnererbsen. Verlag Dr. Köster, Berlin.

Schmidt, M. (2013): Kalkdüngung – Gesunde Ackerböden – optimale Erträge. DLG Verlag, Frankfurt.

Stein-Bachinger, K., Bachinger, J., Schmitt, L. (2004): Nährstoffmanagement im Ökologischen Landbau. KTBL, Darmstadt.

Wallander, H. (2014): Soil – Reflections on the Basis of our Existence. Springer, Heidelberg.

1.2.3Bodenbearbeitung

T. Döring

Die ÖL hat ein besonderes Verhältnis zum Boden. Die Notwendigkeit einer alternativen, stärker wertschätzenden Umgangsweise mit dem Boden, insbesondere das Beachten und Wahren seiner Lebendigkeit, gehören seit den Ursprüngen der ÖL zu seinen wichtigsten Prinzipien. So nannte eine der Pionierinnen der ÖL in England, Lady Eve Balfour (1898–1990), ihr Hauptwerk The Living Soil – der lebende Boden (Balfour, 1943). Die aus den Aktivitäten von Eve Balfour hervorgegangene und heute als Ökologischer Anbauverband aktive Organisation gab sich den Namen The Soil Association. Auch im deutschsprachigen Raum war die frühe Entwicklung der ÖL eng an den Boden als – im wörtlichen Sinne – tragendes Fundament der Landwirtschaft geknüpft. Der Arzt Hans-Peter Rusch (1906–1977), der die ÖL in der Mitte des 20. Jahrhunderts entscheidend prägte, befasste sich in seinem Buch Bodenfruchtbarkeit mit Möglichkeiten, die Fruchtbarkeit des Bodens auf mikrobiologische Weise zu bestimmen (Rusch, 1968; Paulsen et al., 2009).

Anhand dieser Ursprünge ist es zu verstehen, dass der Boden in der ÖL eine so zentrale Rolle spielt – weniger als Produktionsmittel, sondern vielmehr als Bezugsobjekt, an dem sich alternative Konzepte, Ideen und Impulse der ÖL festmachen. Dies gilt nicht nur für die Abgrenzung zum konventionellen Landbau, sondern auch innerhalb der ÖL für gegensätzliche Ausrichtungen und Herangehensweisen. Wie mit dem Boden umzugehen ist und umgegangen wird, ist von herausragender Bedeutung für das Selbstverständnis der ÖL. Der Umgang mit dem Boden macht sich insbesondere an den Themen Düngung und Humuswirtschaft (Kap. 1.2.2) sowie Bodenbearbeitung fest.

Dabei kann die Bodenbearbeitung definiert werden als das zielgerichtete mechanische Einwirken auf den Boden. Dieses Einwirken bleibt im Regelfall auf den Oberboden beschränkt, d. h. auf die obersten ca. 30 cm. Mit der Bodenbearbeitung wird der Boden gelockert oder verdichtet, gemischt und teilweise gewendet, eingeebnet oder profiliert. Die Bodenbearbeitung steuert den Wasser- und Lufthaushalt des Bodens und nimmt Einfluss auf die Bodentemperatur, die Bodenstruktur, die Bodenlebewesen, sowie etliche andere Eigenschaften des Bodens. Sie hat zum Ziel, eine möglichst gleichmäßige Aussaat in der erforderlichen Tiefe zu erlauben, ein rasches Keimen der Kulturpflanzen zu ermöglichen, einen optimalen Feldaufgang zu erreichen und im weiteren Verlauf der Pflanzenentwicklung eine intensive Durchwurzelung des Bodens zuzulassen.

Jedoch ist die Notwendigkeit, den Boden überhaupt zu bearbeiten, bereits Gegenstand unterschiedlicher Auffassungen in der ÖL. Der Japaner Masanobu Fukuoka (1914–2008), der die ÖL weltweit beeinflusste, entwickelte ein System der minimalen Eingriffe, das ganz auf Bodenbearbeitung verzichtet (Fukuoka, 2015). Auch wenn sein Direktsaatsystem mit Reis und Wintergetreide ohne Einsatz von Saat- und Erntemaschinen sich nicht ohne weiteres nach Mitteleuropa übertragen lässt, so ist doch seine Ansicht von der Bodenbearbeitung als Störung des Bodens zumindest prägend für ein alternatives Verständnis dafür, wie der Boden bearbeitet werden sollte.

In den gemäßigten Klimaten ist die Frage innerhalb der ÖL vor allem, wie intensiv die Bodenbearbeitung sein soll oder darf. Welche Geräte sind geeignet? Wie tief, wann und wie häufig soll bearbeitet werden? Was sind die kurz- und längerfristigen Auswirkungen unterschiedlicher Bodenbearbeitungssysteme in der ÖL, z. B. hinsichtlich Ertrag, Bodenstruktur, Humus und Bodenlebewesen? Diese Fragen sind in den letzten Jahren Gegenstand intensiver Forschungsanstrengungen gewesen.

Dieses Kapitel hat zum Ziel, einen Einblick in den gegenwärtigen Stand des Wissens zu Bodenbearbeitungssystemen in der ÖL zu geben. Um das Verständnis dieser Systemwirkungen zu vertiefen, werden in den folgenden Abschnitten zunächst die biologischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften des Bodens, die grundsätzlichen Funktionen der Bodenbearbeitung, sowie die wichtigsten Bodenbearbeitungsgeräte vorgestellt.

Der Boden

Boden gehört zu den nicht-erneuerbaren Ressourcen. Dies liegt daran, dass die Bodenneubildung ein extrem langsamer, über Tausende von Jahren stattfindender Prozess ist. Wer den Boden verliert, z. B. durch Erosion, verliert ihn für immer. Das wesentliche Prinzip der Nachhaltigkeit besagt, dass erneuerbare Ressourcen nur im Maße ihrer Erneuerungsrate genutzt werden sollen, und dass nicht-erneuerbare Ressourcen überhaupt so wenig verbraucht oder abgebaut werden dürfen wie möglich. Diese Prinzipien werden im Bundesbodenschutzgesetz für den Umgang mit dem Boden konkretisiert (s.u.). Um ein Verständnis für Wirkungen von Bodenbearbeitungssystemen zu erlangen, ist es zunächst sinnvoll, Eigenschaften des Bodens genauer zu beschreiben. Diese Beschreibung wird dabei entlang der naturwissenschaftlichen Disziplinen separat für Bodenbiologie, Bodenchemie und Bodenphysik vorgenommen. Schon hier sei aber angemerkt, dass diese Einteilung eine künstliche ist. Vielmehr bestehen intensive Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen Biologie, Chemie und Physik des Bodens.

Biologie des Bodens. Einen möglichst belebten, biologisch aktiven Boden zu fördern, gehört zu den expliziten Zielen in der ÖL. In der Tat ist ein fruchtbarer Boden Lebensraum für eine unvorstellbare Anzahl und Vielfalt von Lebewesen. Zu diesen gehören Pilze und Bakterien, Regenwürmer und Fadenwürmer, Springschwänze und Enchyträen, Laufkäfer und Kurzflügelkäfer, Milben und Spinnen, sowie etliche weitere Gruppen. Das Bodenleben (Edaphon) wird in die Bodenflora und die Bodenfauna eingeteilt. Zur Bodenflora gehören u. a. Pilze, Algen und Bakterien, nicht jedoch die Pflanzenwurzeln. Zusätzlich beherbergt der Boden auch als weitere Organismen die Samen der Beikräuter. Die tierischen Bodenorganismen, d. h. die Vertreter der Bodenfauna, werden nach ihrer Größe in vier Klassen eingeteilt (Tab. 1.11).

Tab. 1.10 Einteilung der Bodenorganismen
Gruppe	Größe	Beispiele
Bodenflora	(keine Größenklasse)	Pilze, Algen, Bakterien, Flechten
Bodenfauna
Mikrofauna	< 0,2 mm	Amöben, Ciliaten, Nematoden
Mesofauna	0,2–2 mm	Milben, Springschwänze
Makrofauna	2–20 mm	Spinnen, Regenwürmer, Käfer
Megafauna	> 20 mm	Wühlmäuse, Maulwürfe

Die Vielfalt an Bodenorganismen kann jedoch nicht nur durch die taxonomische Zugehörigkeit oder die Größe charakterisiert werden. Ein wichtiges Ordnungskriterium spielt daneben die Funktion der Bodenlebewesen. Die Funktionen, welche die Bodenorganismen im Ökosystem Boden erfüllen, werden in drei Kategorien eingeteilt, die Produzenten, Konsumenten und Destruenten. Die Produzenten sind autotrophe Organismen, d. h. sie besitzen die Fähigkeit, aus anorganischem Material Biomasse aufzubauen. Zu ihnen gehören die Pflanzen (z. B. Bodenalgen), welche sich über Photosynthese ernähren. Die Konsumenten beziehen ihren Energiebedarf von anderen Lebewesen, z. B. von Pflanzen (Pflanzenfresser = Herbivore), von anderen Konsumenten (Fleischfresser = Karnivore) oder von beiden Gruppen (Allesfresser = Omnivore). Die Destruenten dagegen bauen tote organische Substanz zu anorganischen Substanzen ab. Hierzu gehören unter anderem viele Bodenbakterien und Bodenpilze. Zusammen mit Bodentieren übernehmen sie den schrittweisen Abbau der Pflanzenreste, d. h. der abgestorbenen Blätter, Stängel, und Wurzeln. Diese Pflanzenreste werden durch die Bodenorganismen zerkleinert und die Nährstoffe, die in den Resten festgelegt waren, werden durch den mikrobiellen Abbau letztlich wieder in pflanzenverfügbare Formen umgewandelt. Vor allem in der ÖL, die auf mineralische Düngemittel weitgehend verzichtet, sind die Geschwindigkeit und der Umfang des Abbaus von Pflanzenresten wesentliche Faktoren, die das Wachstum der Kulturpflanzen bestimmen. Hohe Abbaugeschwindigkeiten sind dann anzustreben, wenn der Nährstoffbedarf der Kulturpflanze hoch ist.

Die Bodenbearbeitung beeinflusst die Lebensbedingungen für die im Boden lebenden Destruenten in vielfältiger Weise. Erstens kann die Bodenbearbeitung durch eine erste Zerkleinerung der Pflanzenreste deren Oberfläche erhöhen und dadurch den mikrobiellen Abbau fördern. Zweitens wird durch ein Einmischen der Pflanzenreste in den Boden im Zuge der Bodenbearbeitung die Kontaktfläche zwischen Pflanzenresten und Bodenlebewesen erhöht. Allerdings kann auch, wenn die Pflanzenreste zu tief eingemischt werden, der mikrobielle Abbau verzögert werden, da die Aktivität und Abundanz der Bodenorganismen mit der Bodentiefe abnimmt. Drittens nimmt die Bodenbearbeitung durch die Steuerung von Luft- und Wasserhaushalt des Bodens Einfluss auf die abiotischen Abbaubedingungen im Boden. Insbesondere ist für einen mikrobiellen Abbau der Pflanzenreste ein warmer, feuchter und gut durchlüfteter Boden günstig. Viertens kann eine direkte Verletzung von Bodenorganismen durch die Bodenbearbeitung stattfinden. Das trifft vor allem auf Regenwürmer zu, die z. B. durch den Pflugeinsatz in dieser Weise negativ beeinflusst werden.

Neben der Funktion der Zerkleinerung und Mineralisierung von abgestorbenem organischem Material sorgen Bodenorganismen auch durch wühlende und mischende Tätigkeiten, die sogenannte Bioturbation, für eine Durchlüftung und Lockerung des Bodens. Pilzhyphen und Bakterienschleime führen zu einer Stabilisierung von Bodenkrümeln und damit zu einer für das Pflanzenwachstum günstigen Bodenstruktur. Regenwurmgänge, insbesondere diejenigen der tiefgrabenden Regenwurmarten (Tab. 1.12), bilden als sogenannte Bioporen präferierte Orte des Wurzelwachstums und begünstigen die rasche Infiltration des Bodens mit Niederschlagswasser. Die Wände von Regenwurmwohnröhren werden mit Schleim und Kot tapeziert, wodurch sie eine größere Stabilität erlangen. Oft bleiben diese Röhren jahrelang bestehen. Insgesamt führt ein aktives Bodenleben über vielfältige Mechanismen zu einer für das Wachstum der Kulturpflanzen günstigen Struktur des Bodens.

Tab. 1.11 Die Ökotypen der Regenwürmer
Ökotyp	Epigäisch (Streuformen)	Endogäisch (Mineralbodenformen)	Anektisch (Tiefgräber)
Größe	Klein (ca. 2–6 cm)	Mittel (bis ca. 18 cm)	Groß (ca. 15–45 cm)
Farbe	rot, braun	grün bis grau	rot bis violett
Ernährung	pflanzliche Reste	stark zersetztes organisches Material, Humus- und Bodenbestandteile	ziehen Blätter und andere Pflanzenreste in ihre Höhlen, um sie zu verspeisen
Lebensraum	Streuauflageschichten der Bodenoberfläche; vermehrt im Wald, Grünland und Kompost; weniger auf Ackerflächen	obere Bodenschichten (ca. 5–40 cm), bewegen sich vorzugsweise horizontal im Boden; lichtanfällig	legen ein permanentes, vertikales System von Gängen an, teils bis weit über zwei Meter tief; Mündung an der Bodenoberfläche
Lebensdauer	Kurz (1–2 Jahre)	Mittel (3–5 Jahre)	Lang (4–8 Jahre)
Reproduktionsrate (pro Jahr)	Hoch (100 Kokons)	Gering (8–12 Kokons)	Gering (8–12 Kokons)
Beispielarten	Rotwurm (Lumbricus rubellus), Kompostwurm (Eisenia foetida)	Allolobophora chlorotica, Aporrectodea caliginosa	Tauwurm (Lumbricus terrestris)

Zusätzlich treten etliche Bodenorganismen in direkte Interaktion mit den Nutzpflanzen. Einerseits sind hier die bodenbürtigen Pathogene und Schädlinge zu nennen (vgl. Kap. 1.2.1. u. 1.2.4), andererseits die in Symbiose mit Pflanzenwurzeln lebenden Organismen, wie z. B. die Mycorrhizapilze und die stickstofffixierenden Rhizobien. Auch auf diese Bodenorganismen nimmt die Bodenbearbeitung in vielfältiger Weise Einfluss. Tendenziell führt eine größere Intensität der Bodenbearbeitung, d. h. größere Bearbeitungstiefe, eine häufigere Bearbeitung und ein stärkeres Wenden des Bodens zu einer Verminderung der genannten Bodenorganismen.

Im landwirtschaftlichen Kontext sind die wichtigsten chemischen Kennwerte von Böden die Konzentrationen der hauptsächlichen Pflanzennährstoffe, insbesondere von N, P, K, Mg und S, sowie der pH-Wert des Bodens und der Gehalt an organischem Kohlenstoff. Etliche Prozesse sind an den Änderungen dieser chemischen Kennwerte über die Zeit beteiligt. So setzen die Bodenorganismen organisches Material im Boden um, und führen – v. a. je nach Verfügbarkeit von Kohlenstoff – zu einer Festlegung von Pflanzennährstoffen in mikrobieller Biomasse oder aber zur Mineralisierung dieser Nährstoffe. Auch die Witterung nimmt erheblichen Einfluss auf die Bodenchemie, u. a. durch Auswaschung von Nährstoffen mit dem Niederschlag.

Die Bodenbearbeitung greift direkt und indirekt in die Bodenchemie ein. Erstens erfolgt durch die Bodenbearbeitung eine Belüftung des Bodens; auch der Wasserhaushalt wird beeinflusst. Damit verändern sich die Bedingungen für die mikrobiellen Umsetzungsprozesse und damit für die Freisetzung von Nährstoffen. Grundsätzlich führt eine Belüftung des Bodens zu einem Abbau von organischer Substanz und zu einem Mineralisierungsschub. Zweitens hat die Bodenbearbeitung oft die Einmischung von (organischen) Düngemitteln in den Boden zum Ziel. Damit werden die in den Düngemitteln vorhandenen Nährstoffe auf ein größeres Bodenvolumen verteilt und von der Bodenoberfläche weg in Richtung Wurzelraum verbracht.

Überhaupt führt die Bodenbearbeitung je nach Bearbeitungstiefe zu einer unterschiedlichen Horizontierung der bodenchemischen Kennwerte. So kann über die Bodenbearbeitung die vertikale Verteilung von Nährstoffen und anderer bodenchemischer Parameter gezielt gesteuert werden. Ein gutes Beispiel dafür ist die Beeinflussung des Boden-pH-Wertes. Der pH-Wert hat großen Einfluss auf die Verfügbarkeit von Pflanzen­nährstoffen und die Aktivität von Bodenorganismen. Wird zur Anhebung eines niedrigen pH-Wertes Kalk, z. B. als CaCO3 auf den Boden aufgebracht, so kann die nachfolgende Bodenbearbeitung über die Bearbei-tungstiefe die vertikale Wirksamkeit und Verdünnung des Kalkes bestimmen. Bei flacher Bodenbearbeitung wird der pH-Wert durch die Kalkung an der Oberfläche relativ stark angehoben. Bei tieferer Bearbeitung ergibt sich ein Verdünnungseffekt, der pH-Wert wird insgesamt weniger stark erhöht, dafür aber über eine größere Bodentiefe.

Idealerweise ist der physikalische Zustand eines landwirtschaftlich genutzten Bodens als krümelig, gut durchlüftet, leicht durchwurzelbar und durch ein stabiles, belastbares Gefüge gekennzeichnet. Dieser Zustand wurde früher mit dem Begriff der Bodengare umschrieben. Ähnlich wie ein gärender Hefeteig hat ein garer Boden viele kleine und mittelgroße Hohlräume. Allgemeiner lässt sich der physikalische Zustand des Bodens mit dem Begriff der Bodenstruktur charakterisieren. Die Bodenstruktur, auch als Bodengefüge bezeichnet, ist dabei definiert als räumliche Anordnung der festen Bodenbestandteile. Diese festen Bodenbestandteile unterschiedlicher Größe werden von einem Hohlraumsystem umgeben. Die Hohlräume werden als Poren bezeichnet und nach ihrer Größe klassifiziert (Tab. 1.13). Zu diesen Poren im Boden zählen auch die von den Lebewesen geschaffenen sogenannten Bioporen. Poren können entweder mit Luft oder mit Wasser gefüllt sein.

Tab. 1.12 Klassifikation der Poren im Boden (verändert nach Diepenbrock et al., 2012)
Poren	Durchmesser [µm]	Wassersäule [cm]	pF-Wert*	Zustand des Bodenwasser
Grobporenweiteenge	> 5050–10	1–6060–300	0–1,81,8–2,5	Bewegung von Sicker- und Haftwasser
Mittelporen	10–0,2	300–15 000	2,5–4,2	Wasserspeicherung (pflanzenverfügbar)
Feinporen	< 0,2	> 15 000	> 4,2	Nicht pflanzenverfügbar
* pF = log10h (h in cm)

Wie Tab. 1.13 zeigt, wird mit sich änderndem Porendurchmesser vor allem der Zustand des Bodenwassers beeinflusst. Je enger die Pore, desto fester wird das Wasser durch Kapillarkräfte festgehalten. Rechnerisch gilt, dass die kapillare Steighöhe h ≈ 30/d wobei d der Durchmesser der Pore in mm und h die Steighöhe in mm ist. Bei einer engen Grobpore von 50 µm = 0,05 mm Durchmesser ist damit die rechnerische kapillare Steighöhe h ≈ 30/0,05 = 600 mm = 60 cm. Wird dieser Wert logarithmiert, so erhält man den pF-Wert. Bei pF-Werten zwischen 2,5 und 4,2 wird das Bodenwasser in pflanzenverfügbarer Form in den Mittelporen gespeichert. Bei größeren Poren kann sich das Wasser wegen geringerer Kapillarkräfte freier bewegen und versickert daher leichter. Sind die Poren dagegen enger, wie bei den Feinporen, so sind die Kapillarkräfte so groß, dass das Wasser nicht mehr pflanzenverfügbar ist. In diesem Fall kann es von der Saugspannung der Wurzeln dem Boden nicht mehr entzogen werden.

Aus diesen Gründen ist es für einen optimalen Wasserhaushalt des Bodens essentiell, dass ein hoher Anteil an Mittelporen vorhanden ist. Gleichzeitig ist aber auch ein ausreichender Grobporenanteil wichtig, um eine rasche Infiltration von Niederschlägen zu gewährleisten. Andernfalls würden die Niederschläge vermehrt oberflächlich abfließen und es käme verstärkt zu Bodenabtrag. In dem Maße, wie das Wasser aus Grobporen wieder abfließt, füllen sich diese wieder mit Luft. Ein ausreichender Anteil an luftgefüllten Poren ist sowohl für den Gasaustausch der Pflanzenwurzel, als auch für die mikrobiellen Umsetzungsprozesse im Boden wichtig. Darüber hinaus erwärmt sich ein gut durchlüfteter Boden besser, was sowohl für die Keimung von Pflanzen, als auch für mikro­bielle Umsetzungsprozesse wichtig ist.

Die Bodenbearbeitung nimmt starken Einfluss auf die Verteilung der Porengrößen. Eine Lockerung des Bodens geht in der Regel mit einer Erhöhung des Grobporenanteils einher. Um eine ausreichende Wasserverfügbarkeit sicherzustellen, insbesondere für die keimende Saat, ist es daher oft sinnvoll, einen gelockerten Boden direkt unterhalb des Saathorizontes wieder (leicht) rückzuverfestigen. So wird der kapillare Wasseranschluss für die Keimpflanze gewährleistet. Die Deckschicht über dem Saathorizont sollte dagegen möglichst locker und gut durchlüftet sein, um eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Saat sicherzustellen und die Erwärmung des Bodens zu begünstigen. Die Bodenbearbeitung kann auch helfen, die Verdunstung aus dem Boden durch Brechen von Bodenkapillaren zu verringern.

Die Porengrößenverteilung wird auch von den Eigenschaften der festen Bodenbestandteile beeinflusst. Insbesondere ist hier die Stabilität der Bodenkrümel, der sog. Aggregate, zu nennen. Zerfallen Bodenaggregate bei Einwirkung von Wasser, so werden die Poren mit dem sich auflösenden Material verfüllt. Dieser Prozess wird als Verschlämmung bezeichnet und ist vor allem wegen des damit einhergehenden Mangels an Bodenluft für das Pflanzenwachstum ungünstig. Die Aggregatstabilität wird durch Pilzhyphen und Bakterienschleime gefördert. Auch ein hoher Gehalt an organischer Bodensubstanz führt zu stabilen Krümeln. Insofern als die Bodenbearbeitung durch Belüftung den Abbau organischer Bodensubstanz fördern kann, nimmt sie indirekt und längerfristig auch auf die Stabilität der Bodenaggregate Einfluss.

Wie dargestellt hat die Bodenbearbeitung über die Beeinflussung der Porengrößen im Boden direkte und indirekte Wirkungen auf den Wasser-, Luft- und Temperaturhaushalt des Bodens. Umgekehrt ist auch die Bodenbearbeitung selbst stark vom Wassergehalt des Bodens abhängig. Trockener Boden ist von fester Konsistenz; er ist hart und klutig, d. h. die (großen) Bodenaggregate lassen sich nur sehr schwer auseinanderbrechen. Feuchter Boden hat eine halbfeste Konsistenz, er ist weich und krümelig. Steigt der Wassergehalt noch weiter, so erreicht der Boden eine weiche bis fließende Konsistenz, er quillt und wird klebrig. Aus diesen Eigenschaften leitet sich über a) die Verdichtbarkeit, b) den Widerstand gegenüber Bearbeitung und c) die Befahrbarkeit summarisch die Be­arbeitbarkeit des Bodens ab. Trockener Boden hat eine geringe Verdichtbarkeit und eine gute Befahrbarkeit, ist jedoch wegen seines hohen Bearbeitungswiderstandes insgesamt schlecht zu bearbeiten. Leicht feuchter Boden setzt demgegenüber der Bearbeitung in der Regel den geringsten Widerstand entgegen. Er zeichnet sich durch eine mittlere Befahrbarkeit und Verdichtbarkeit aus. In diesem Zustand ist die Bearbeitbarkeit optimal. Sehr feuchter Boden ist dagegen stark verdichtbar und schlecht oder gar nicht befahrbar. Zwar ist der Widerstand gegenüber Bearbeitung nur moderat, insgesamt sind aber die Schäden durch eine Bodenbearbeitung bei einem sehr feuchten oder nassen Boden groß.

Die Wassersättigung entscheidet allerdings nicht alleine über die Bearbeitbarkeit des Bodens. Insbesondere spielt die Bodenart eine stark modifizierende Rolle. Die Bodenart bestimmt sich aus der Korngrößenverteilung der mineralischen Bestandteile, insbesondere von Sand (Durchmesser von 0,063–2 mm), Schluff (0,002–0,063 mm) und Ton (< 0,002 mm). Ein Boden mit hohem Tongehalt setzt in trockenem Zustand der Bearbeitung einen sehr großen Widerstand entgegen, wird jedoch bereits bei geringfügiger Befeuchtung in der Konsistenz so weich, dass die Befahrbarkeit stark abnimmt und die Gefahr von Schadverdichtungen zunimmt. Daher spricht man bei diesen Böden auch von Minutenböden, da die Zeitfenster für eine mögliche Bodenbearbeitung extrem eng sein können. Auf sehr tonreichen bzw. durch hohen Grundwasserstand ständig feuchten Böden ist es daher oft die einzige Option, auf Bodenbearbeitung ganz zu verzichten und das Land als Dauergrünland zu nutzen. Böden mit hohem Sandanteil haben dagegen ein weites Bearbeitungsfenster hinsichtlich des Bodenwassergehaltes.

Um den physikalischen Zustand des Bodens zu beschreiben, werden neben der Porengrößenverteilung und der Aggregatstabilität häufig noch zwei weitere Merkmale verwendet, nämlich die Trockenrohdichte und der Penetrationswiderstand. Die Trockenrohdichte beschreibt die Dichte eines Bodens, d. h. das Verhältnis von Masse zu Volumen in wasserfreiem Zustand. Mit einem Stechzylinder eines definierten Volumens wird ein ungestörtes Stück Boden aus dem Bodenkörper entnommen, getrocknet und dann gewogen. Je dichter ein Boden ist, desto geringer ist relativ betrachtet das Gesamtporenvolumen. Gleichzeitig ist bei dichten Böden auch die Verteilung der Porengrößen hin zu geringeren Durchmessern verschoben. Typische Werte für die Trockenrohdichte schwanken in Ackerböden zwischen 1,2 und 1,8, Extremwerte können allerdings auch darunter bzw. darüber liegen. Tendenziell haben Sandböden höhere Trockenrohdichten als fruchtbare Lössböden.

Eine Verdichtung des Bodens kann durch Überfahrten mit schweren Maschinen erfolgen (Wild et al., 2011). Beeinträchtigen solche Verdichtungen das Pflanzenwachstum, so spricht man von Schadverdichtungen. Ein wichtiges Ziel der Bodenbearbeitung ist es, die Verdichtungen des Bodens aufzulockern. Allerdings kann die Bodenbearbeitung selbst auch zu Verdichtungen führen. Insbesondere entsteht direkt unterhalb der Bearbeitungstiefe eine verdichtete Zone. Lässt sich diese auf den Einsatz des Pfluges zurückführen, wird diese Verdichtungszone als Pflugsohle bezeichnet. Neben den durch Bewirtschaftung entstandenen Verdichtungen des Bodens gibt es auch eine natürliche Tendenz des Bodens sich durch Sackung zu verdichten. Dies ist vor allem nach einer Lockerung durch Bodenbearbeitung zu beobachten. Eine natürliche Sackung des Bodens nach Bodenbearbeitung ist durchaus erwünscht, wenn eine Überlockerung eine ungünstige Porengrößenverteilung erzeugt hat. Umgekehrt kann eine Bodenverdichtung sich auch durch zwei physikalische Prozesse über die Zeit vermindern. Erstens sind Tonmineralien in der Lage, sich bei Wasserzugabe durch Quellung auszudehnen; bei Trocknung erfolgt umgekehrt eine Schrumpfung. Schwankender Wassergehalt des Bodens hat daher auf tonreichen Böden eine natürliche Lockerung zur Folge. Sand dagegen hat keine Fähigkeit zur Quellung. Daher können sich Sandböden von Verdichtungen nicht leicht erholen. Zweitens können auch die Ausdehnung von Wasser beim Gefrieren und die anschließende Volumenabnahme zu einem Auflösen von Bodenverdichtungen führen.

Eng mit der Trockenrohdichte des Bodens ist auch der Penetrationswiderstand verbunden, welcher auch als Durchdringungswiderstand oder Eindringwiderstand bezeichnet wird. Er wird gemessen, indem eine Metallstange mit kegelförmiger Spitze definierten Durchmessers in den Boden gedrückt wird. Dabei kann der dem Vortrieb entgegenwirkende Widerstand in Mega-Pascal (MPa) gemessen werden. Typische Werte des Penetrationswiderstandes für Ackerböden schwanken je nach Bodentiefe, Bodenart und Bodenfeuchte zwischen ca. 1 und ca. 5 MPa. Eine Pflugsohle lässt sich durch das Tiefenprofil des Penetrationswiderstandes gut charakterisieren (Abb. 1.14). So ist z. B. bei 30 cm Pflugtiefe der Widerstand in den oberen ca. 10–20 cm gering. Er nimmt dann bis zur Tiefe von ca. 30 cm stark zu, und darunter wieder allmählich ab. Bei stark erhöhtem Penetrationswiderstand wird das Wachstum von Pflanzenwurzeln sowie die Aktivität von Regenwürmern beeinträchtigt. Umgekehrt können eine intensive Durchwurzelung mit tiefwurzelnden Pflanzen und eine hohe Aktivität v. a. tiefgrabender Regenwürmer dazu beitragen, Verdichtungen im Boden allmählich aufzulösen und den Penetrationswiderstand zu vermindern.

Abb. 1.14 Penetrationswiderstand des Bodens an einem Beispielmesspunkt auf einem ökologisch bewirtschafteten Acker, Messung mit Penetrologger auf tiefgründigem, schluffigem Boden (Schmidt et al., 2015)

Praxisentscheidungen darüber, welche Art und Intensität der Bodenbearbeitung günstig sind, folgen nicht nur naturwissenschaftlich erfassbaren Zusammenhängen. Darüber hinaus werden sie beeinflusst von gesetzlichen Vorgaben und Rahmenbedingungen. So spricht das Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) die landwirtschaftliche Bodennutzung im § 17 mit dem Begriff der guten fachlichen Praxis an. Ihr Ziel ist „die nachhaltige Sicherung der Bodenfruchtbarkeit und Leistungsfähigkeit des Bodens als natürliche Ressource“. Dazu gehören insbesondere eine standortangepasste Bodenbearbeitung, die Erhaltung und Verbesserung der Bodenstruktur, das Vermeiden von Bodenverdichtungen und Bodenabtrag, die Förderung der biologischen Aktivität des Bodens sowie die Erhaltung eines standorttypischen Humusgehaltes.

Näher geregelt werden diese Vorgaben in der „Verordnung über die Grundsätze der Erhaltung landwirtschaftlicher Fläche in einem guten landwirtschaftlichen und ökologischen Zustand“. In dieser Verordnung wird z. B. in § 2 zur Erosionsvermeidung festgelegt, dass vom 1. Dezember bis zum 15. Februar mindestens 40 % der Fläche nicht gepflügt werden darf, es sein denn, es ist bis zum 1. Dezember bestellt. Allerdings wird den Bundesländern zugestanden, davon abweichende Regelungen vorzunehmen.

Funktionen der Bodenbearbeitung

Die Aufgabe der Bodenbearbeitung ist es, den Boden optimal für die Aussaat und den Aufwuchs der Feldfrüchte vorzubereiten. Dies wird durch mechanische Eingriffe erreicht, die den Boden lockern oder rückverfestigen, ihn wenden und mischen. Damit werden die Anteile von Luft und Wasser im Boden gesteuert, welche für die Wachstumsbedingungen der Pflanzen und die Lebensbedingungen der Bodenorganismen entscheidend sind. Neben der Vorbereitung des Saatbetts und der Schaffung optimaler Wachstumsbedingungen, hat die Bodenbearbeitung noch weitere Funktionen. Sie arbeitet (organische) Düngemittel in den Boden ein, trägt zur Beikrautkontrolle bei und hilft, Schädlinge und Krankheitserreger zu regulieren. Je nach Funktion und Bearbeitungstiefe werden zwei Formen der Bodenbearbeitung unterschieden: Die Primär- und die Sekundärbodenbearbeitung.

Die Primärbodenbearbeitung heißt auch Grundbodenbearbeitung und findet in der Regel bis zu einer Tiefe von ca. 15–30 cm statt. Ihre Funktion ist das Lockern des Bodens und das Aufbrechen von etwaigen Verdichtungen. Gleichzeitig dient die Grundbodenbearbeitung dazu, sowohl Pflanzenrückstände als auch organische Düngemittel oder Kalk in den Boden einzumischen und gleichmäßig zu verteilen.

Auch die Beikrautregulierung erfolgt im Zuge der Grundbodenbe­arbeitung. Beikräuter, die im Laufe der Vegetationsperiode zur Samenreife gelangt sind, haben ihre Samen auf der Bodenoberfläche verteilt. Die meisten annuellen Beikrautarten sind Lichtkeimer, d. h. sie benötigen einen Lichtreiz zur Keimung. Werden diese Samen durch die Primärbodenbearbeitung in tiefere Schichten verbracht, so unterbleibt das Keimen. Allerdings können Beikrautsamen im Boden je nach Art mehrere Jahre überdauern. Im Zuge der nächsten Grundbodenbearbeitung können diese dann, insbesondere wenn durch den Pflug der Boden gewendet wird, wieder an die Bodenoberfläche gelangen.

Eine besondere Herausforderung für die Bodenbearbeitung stellt in der ÖL der Kleegrasumbruch dar (Reents u. Kainz, 2016). Ziel der Grundbodenbearbeitung ist es hier, das Kleegras möglichst so in den Boden einzuarbeiten, dass die Nährstoffe, die in der gebildeten pflanzlichen Biomasse festgelegt sind, möglichst vollständig den nachfolgenden Hauptfrüchten zur Verfügung gestellt werden. Dies setzt voraus, dass die Gräser, Leguminosen und anderen Pflanzen des Kleegrases absterben. Wachsen sie weiter, so können sie nicht mikrobiell abgebaut werden und machen zusätzlich der Nachfolgekultur Konkurrenz. Da viele der im Kleegras verwendeten Arten mehrjährig sind, sterben diese nicht vollständig über Winter ab. Kräftige Grassoden, die während der Kleegrasphase gewachsen sind, können teils nur schwer in den Boden eingearbeitet werden.

Außer der Einarbeitung von Pflanzen und Pflanzenresten ist auch die Krankheits- und Schädlingsregulierung eine wichtige Funktion der Grundbodenbearbeitung. Ein Beispiel ist die Wurzeltöterkrankheit der Kartoffel, die von dem Pilz Rhizoctonia solani verursacht wird. Die Art kann auf unvollständig zersetzter organischer Substanz, z. B. auf Strohresten, überdauern und von dort die Kartoffelpflanzen infizieren. Die Bodenbearbeitung mischt Strohreste in den Boden ein und führt so einerseits zu einer Verdünnung dieser Pflanzenreste. Andererseits wird durch die Belüftung des Bodens im Zuge der Bodenbearbeitung und durch die Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Stroh und Boden der mikrobielle Abbau des Strohs gefördert. Dem Schadpilz wird somit die Ressource zur Überdauerung entzogen. Ähnliches gilt für die Regulation von Pilzen der Gattung Fusarium, die Getreide, Körnerleguminosen und andere Kulturpflanzen befallen können. Als fakultativ nekrotrophe Organismen nutzen auch Fusarien abgestorbene Pflanzenreste zur Über­dauerung. Eine Grundbodenbearbeitung, welche diese Pflanzenreste zerkleinert und gründlich in den Boden einarbeitet, kann daher zu einer Verminderung von Fusarium-Infektionen beitragen.

Die Sekundärbodenbearbeitung wird auch als Saatbettbereitung bezeichnet und wird in der Regel bis maximal ca. 10 cm Tiefe durchgeführt. Die Tiefe richtet sich dabei vornehmlich nach der angebauten Kulturpflanzenart. Als extreme Beispiele sind einerseits die Ackerbohnen mit empfohlenen Saattiefen von 6–10 cm zu nennen, und andererseits die kleinkörnigen Futterleguminosen mit Saattiefen von lediglich 1–1,5 cm.

Zur Vorbereitung der Aussaat zielt die Sekundärbodenbearbeitung darauf ab, eine Feinkrümelung des Bodens zu erreichen. Die Oberbodenschicht sollte nach der Bearbeitung eben, unverkrustet und leicht von Keimlingen zu durchdringen sein. Weiterhin gehört auch eine Rückverfestigung des Bodens unterhalb des Saatablagehorizontes zu den Aufgaben der Sekundärbodenbearbeitung, damit der Anschluss an das Kapillarsystem des Unterbodens und damit die Wasserversorgung der Jungpflanzen gesichert wird. Allerdings kann auch ein zu feines Saatbett problematisch sein, da dieses im Falle von Starkregen zur Verschlämmung neigt, wodurch die Samen nicht mehr genug Luft bekommen.

Gerade in der ÖL ist die Saatbettbereitung von entscheidender Bedeutung, da ein ebenes, gut gekrümeltes Saatbett ein gleichmäßiges Auflaufen der Keimpflanzen fördert und für die Jugendentwicklung günstig ist. Die ist vor allem im Sinne einer frühen Beikrautunterdrückung durch die Kulturpflanzen wichtig.

Bearbeitungsgeräte

Zur Bearbeitung des Bodens steht eine Vielzahl von Geräten zur Verfügung. Der folgende Abschnitt beschreibt nur einige häufig verwendete Geräte.

Der Pflug ist eines der am weitesten verbreiteten Bodenbearbeitungsgeräte in der mitteleuropäischen Landbewirtschaftung. Dies gilt – gegenwärtig – vor allem für die ÖL, insofern als ein Verzicht auf den Pflugeinsatz eher im konventionellen Landbau praktiziert wird. Der Pflug soll den Boden lockern und mischen, sowie, im Gegensatz zu anderen Geräten, auch wenden. Das Wenden erfolgt durch ein gebogenes Streichblech am Pflugkörper. Streifenförmig werden Erdbalken beim Pflügen aus dem Bodenverband herausgeschnitten und je nach Formung des Streichbleches meist um etwa 110–140° gewendet. Zylindrische Streichbleche wenden stärker (um ca. 135–140°; in Sonderfällen um 180°), schraubenförmige Streichbleche wenden dagegen schwächer (um 110–115°). Durch das Wenden des Bodens werden Pflanzenrückstände, unerwünschter Bewuchs sowie (organische) Dünger von der Bodenoberfläche in tiefere Bodenschichten verbracht. Durch dieses Einarbeiten von Pflanzenmaterial von der gesamten Bodenoberfläche entsteht ein sogenannter „reiner Tisch“, eine grob strukturierte Bodenoberfläche ohne Bewuchs und Pflanzenreste.

Der Pflug zeichnet sich durch einen vergleichsweise hohen Zugkraftbedarf und daher auch durch einen hohen Dieselverbrauch aus (Schmidt, 2010). Da der Zugkraftbedarf stark mit der Bearbeitungstiefe zunimmt, wird in der Praxis oft eine geringere Bearbeitungsintensität durch Reduktion der Pflugtiefe angestrebt.

Neben der Formung des Streichbleches gibt es eine ganze Reihe weiterer Variationen in der Pfluggestaltung. Ein streifenförmiges Streichblech hat weniger Kontaktfläche mit dem Boden und wird daher für besonders schwere, klebende Böden verwendet. Der sogenannte Zweischichtenpflug soll den Boden flach wenden (auf ca. 15 cm Tiefe) und ihn gleichzeitig tief lockern (auf z. B. 30 cm Tiefe). Die Lockerung wird durch ein zweites Schar unterhalb des Pflugschares erreicht. Der Zweischichtenpflug wird vorrangig in der ÖL eingesetzt. Daneben ist als weitere flachwendende Alternative auch der Einsatz des Schälpflugs verbreitet. Je nach Modell variiert hier die Arbeitstiefe von etwa 4–5 cm beim sogenannten Stoppelhobel, bis ca. 12–14 cm bei anderen Modellen.

Die wichtigsten Scheibengeräte sind der Scheibenpflug und die Scheibenegge. Der Scheibenpflug besteht aus mehreren konkav gewölbten Metallscheiben. Wenn diese durch den Oberboden gezogen werden, rotieren die Scheiben passiv. Der Boden wird bis in Höhe eines an der Scheibe angebrachten Abstreifers nach oben mitgenommen, dann durch den Abstreifer seitlich abgelenkt und fällt zurück in Furche. Dadurch werden grobe Bodenaggregate zerbrochen. Je nach Anstellwinkel der Scheibe hat der Scheibenpflug auch eine teilweise wendende Wirkung. Durch Einstellen des Winkels der Scheiben kann auch der Widerstand reguliert werden, der durch den Boden dem Zug des Gerätes entgegengesetzt wird. Der Rand der Scheiben kann glatt oder gezähnt sein.

Die Scheibenegge arbeitet flacher als der Scheibenpflug. Sie hat eine intensive Schnitt- und Scherwirkung, die Pflanzenreste auf der Bodenoberfläche werden zerkleinert und eingemulcht. Scheibeneggen zeichnen sich durch vergleichsweise hohe Arbeitsgeschwindigkeiten aus. Problematisch ist der Einsatz von Scheibeneggen bei verstärktem Besatz der Fläche mit Rhizom-Unkräutern wie Quecke (Agropyron repens). Die Scheibenegge zerteilt die Rhizome und vermehrt damit deren Anzahl.

Beim Grubbern wird der Boden nicht gewendet, sondern lediglich gelockert und teils auch gekrümelt. Ein Grubber besteht aus in Arbeitsrichtung nach vorn stehenden Zinken, welche durch den Boden gezogen werden. Unterschiedliche Grubbertypen zeichnen sich durch verschieden geformte Zinken aus. Je nachdem wie das Ende des Zinkens, d. h. das Grubberschar geformt ist, werden u. a. Gänsefußschare und Flügelschare unterschieden.

Die Bearbeitungstiefe beim Grubbern kann erheblich variieren (z. B. bei 8–18 cm), liegt aber meist etwas flacher als beim Pflügen. Größere Bearbeitungstiefen erfordern größere und stabilere Zinken. Je nach Zinkengröße und der damit verbundenen möglichen Bearbeitungstiefe werden Fein- und Schwergrubber unterschieden. Der Einsatz von Schwergrubbern dient wie das Pflügen der Grundbodenbearbeitung. Feingrubber sind mit Federzinken ausgestattet. Sie werden in einer Tiefe von meist 5–10 cm vor allem zur Saatbettbereitung eingesetzt, um den Boden intensiv zu lockern und zu krümeln.

Eine wichtige Funktion des Grubberns ist die Beikrautregulierung. Schwergrubber werden bei der Stoppelbearbeitung zur Bekämpfung von Ausfallgetreide oder Wurzelunkräutern (Disteln, Ampfer) eingesetzt. Feingrubbern helfen bei der Regulierung von flach wurzelnden Beikräutern durch Ausreißen und Verschütten der Pflanzen.

Eggen werden zu einer flachen Saatbettbereitung sowie der mechanischen Beikrautbekämpfung verwendet. Dabei dienen die zahlreichen Zinken der Egge dazu, Beikrautkeimlinge auszureißen oder zu verschütten. Kulturpflanzen, die weiterentwickelt sind, werden nicht oder nur wenig geschädigt. Weiterhin lockern Eggen den Boden und krümeln ihn. Wegen der hohen Zinkenanzahl erzeugen Eggen einen feinkrümeligen Boden. Die Arbeitstiefe liegt meist um 3–5 cm. Unebenheiten der Ackerfläche werden durch das Eggen ausgeglichen. Es werden unter anderem Zinkeneggen und Kreiseleggen (mit Eigenantrieb) unterschieden. Die sogenannte Netzegge wird auch als Striegel bezeichnet. Namengebend ist hier das netzartige Drahtgeflecht an dem die metallenen Zinken angebracht sind.

Fräsen dienen der Bodenlockerung und der Einarbeitung von Pflanzenresten und Gründüngung in den Boden sowie der Saatbettbereitung. Die Fräse besteht aus rotierenden, von der Zapfwelle angetriebenen abgewinkelten Messern, die auf einer waagerechten Welle angebracht sind. Die Messer schneiden den bearbeiteten Teil des Bodens und werfen ihn gegen ein Prallblech. Dabei werden Bodenaggregate zerkleinert und der Boden oberflächlich gelockert und gemischt. Bei langsamer Fahrt und schnellerer Rotation ist die Krümelung feiner. Die Arbeitstiefe beträgt meist bis etwa 15 cm.

Die Funktion des Walzens ist eine Rückverdichtung von überlockertem Boden, z. B. nach dem Pflügen, wenn nicht genug Zeit für ein natürliches Absetzen des Bodens bleibt, bevor die nächste Kultur bestellt wird. Durch das Walzen wird die oberste Schicht des Bodens verdichtet, um einen Bodenschluss für die Pflanzenwurzeln sicher zu stellen. Gleichzeitig dient das Walzen der Zerkleinerung von großen Bodenaggregaten und dem Einebnen der Bodenoberfläche. Walzen arbeiten durch ihr hohes Eigengewicht verdichtend. Je nach Form werden Glattwalzen und Rauwalzen unterschieden. Im Ackerbau ist der Einsatz der sogenannten Cambridge-Walze weit verbreitet, die im 19. Jahrhundert in England entwickelt wurde und die aus alternierenden glatten und gezackten Ringen besteht.

Systeme der Bodenbearbeitung

Das Pflügen bis auf etwa 25–30 cm Tiefe stellt in der ÖL in Mitteleuropa eine weit verbreitete Methode der Grundbodenbearbeitung dar. Der Pflugeinsatz dient dabei der Beikrautregulierung, der Reduktion von Pflanzenkrankheiten und Schädlingen und der Nährstoffmineralisierung. Insbesondere für den Umbruch von Kleegras spielt der Pflug in der Praxis der ÖL eine bedeutende Rolle.

Allerdings hat der herkömmliche Pflugeinsatz auch etliche Nachteile. Dazu gehört bei üblicher Bearbeitungstiefe ein hoher Zugkraftbedarf und, damit verbunden, ein hoher Dieselverbrauch. Durch das Pflügen kann das Bodengefüge verschlechtert werden. Da nach dem Pflügen kaum oder gar keine Pflanzenreste an der Bodenoberfläche sind, besteht zumindest temporär, bis zum Aufwachsen der folgenden Kultur, ein erhöhtes Risiko von Bodenerosion und Verschlämmung. Darüber hinaus lockert der Pflug den Boden zwar bis in Bearbeitungstiefe, unterhalb entsteht jedoch typischerweise eine Verdichtungszone. Diese so entstandene Pflugsohle zeigt sich am sprunghaften Ansteigen des Eindringwiderstandes in Pflugtiefe (Abb. 1.14). Bei starker Ausprägung kann diese Pflugsohle das Wurzelwachstum und auch die Aktivität von Regenwürmern hemmen. Durch das Pflügen werden ferner viele Bodenlebewesen direkt beeinträchtigt, darunter auch die für die Bodenstruktur so wichtigen Regenwürmer. Ein weiteres Argument gegen den Pflugeinsatz ist, dass ein Vergraben von Beikrautsamen durch das Wenden des Bodens nur zu einer temporären Kontrolle führt, da die Samen später, beim wiederholten Wenden des Bodens wieder an die Oberfläche geholt werden.

Aufgrund dieser Überlegungen stellt sich (nicht nur) in der ÖL die Frage, ob gepflügt werden sollte, bzw. wenn ja, wie oft und wie tief. Noch radikaler lässt sich fragen, ob der Boden überhaupt bearbeitet werden sollte (Fukuoka, 2015). Üblicherweise werden die Optionen der Bodenbearbeitung in drei Gruppen gegenübergestellt (Tab. 1.14). Bei der ‚konventionellen‘ Bodenbearbeitung wird der Boden gepflügt. Hier ist die Bezeichnung konventionell nicht im Gegensatz zu ökologischen Landbausystemen zu verstehen, sondern im Vergleich zu alternativen Systemen der Bodenbearbeitung. Diese umfassen die reduzierte Bodenbearbeitung und die Direktsaat.

Tab. 1.13 Überblick zum Vergleich von Bodenbearbeitungssystemen
Bodenbearbeitungssystem	Konventionell	Reduziert		Direktsaat
	Wendend	Wendend	Nichtwendend
Geräte	Pflug	Pflug, Schälpflug u. a.	Grubber, Scheibeneggen	Direksaatgerät
Art der Bodenbearbeitung	Tiefe Lockerung und Wendung des Bodens bis in Krumentiefe (bis etwa 25–30 cm Bodentiefe)	Flache Lockerung und Wendung des Bodens (z. B. 5–15 cm Bodentiefe)	Tiefe oder flache Lockerung des Bodens mit nichtwendenden Bearbeitungsgeräten	ohne Bearbeitung der Ackerfläche
Pflanzenreste an der Bodenoberfläche	Herstellung einer unbedeckten Bodenober­fläche („reiner Tisch“)		Teil der Pflanzenreste bedecken als Mulch die Bodenoberfläche	Belassen der vollständigen Pflanzenreste auf der Bodenoberfläche
Saat der Folgefrucht	Ziel ist störungsfreie Drillsaat		Sog. Mulchsaat	Aussaat in die Pflanzenreste mit Direksaatgeräten

Unterschiedliche Bodenbearbeitungssysteme in der ÖL sind im Laufe der letzten zwei Jahrzehnte sowohl in Erfahrungsberichten und Praxisversuchen (Schmidt, 2010), als auch in stärker wissenschaftlich orientierten Experimenten intensiv beschrieben und untersucht worden (Peig­né et al., 2007; Mäder u. Berner, 2012). Ein wesentlicher Grund dieser Untersuchungen bzw. einer Metaanalyse zur Bodenbearbeitung ist das Ziel, die langfristigen Wirkungen der Bodenbearbeitung abschätzen zu können. Denn es steht zu erwarten, dass ein System der Bodenbearbeitung erst nach mehrjähriger Anwendung stabile Effekte zeigt, da sich bei der Umstellung auf ein neues System der Bodenbearbeitung (z. B. Pflugverzicht) viele biologische Komponenten des Agrarökosystems wie die Segetalflora und das Edaphon erst allmählich an die veränderten Gegebenheiten anpassen.

Viele der in den letzten Jahren veröffentlichen Studien zur Bodenbearbeitung in der ÖL wurden kürzlich in einer Metaanalyse zusammengefasst (Cooper et al., 2016). Diese zeigte, dass im Vergleich zu normal-tiefem Pflügen eine reduzierte Bodenbearbeitung im Durchschnitt aller alternativen Systeme eine Ertragsreduktion von knapp 8 % zur Folge hat (Abb. 1.15). Ein ähnlicher Ertragsunterschied zum normal-tiefen Pflügen wurde beim Einsatz des Zweischichtenpflugs beobachtet. Zudem wurde festgestellt, dass die Ertragswirkung reduzierter Bodenbearbeitung über die Zeit weder zu- noch abnimmt.

Abb. 1.15 Ertragseffekte unterschiedlicher Bodenbe­arbeitungssysteme im ÖL im Vergleich zum tiefen Pflügen (nach Cooper et al., 2016)

Die Abb. 1.15 zeigt weiterhin, dass im Vergleich zum tiefen Pflügen der Ertragsabfall bei tiefer nicht-wendender Bearbeitung größer ist als bei flacher nicht-wendender Bodenbearbeitung. Über alle Studien betrachtet ist in der Tat der Ertragsunterschied zwischen tiefem Pflugeinsatz und flacher nicht-wendender Bodenbearbeitung nicht signifikant. Dies deutet darauf hin, dass die Vorteile der flachen Bodenbearbeitung (z. B. geringer Energieverbrauch) auch in der ÖL ohne Ertragsverlust genutzt werden können, sofern das System gut eingestellt ist.

Ein weiteres Ergebnis der Metaanalyse ist, dass das Beikrautaufkommen durch reduzierte Bodenbearbeitung im Vergleich zum Normal-Pflügen um ca. 50 % zunimmt. Auch ist bei reduzierter Bodenbearbeitung von einer geringeren Mineralisierungsrate der organischen Substanz auszugehen. Obwohl dies die Kohlenstoffvorräte im Oberboden erhöht (vgl. Krauss et al., 2017), kann es auch zu einer geringeren Verfügbarkeit von Stickstoff für die wachsende Kulturpflanze führen.

Damit eine flache nicht-wendende Bodenbearbeitung in der Praxis funktioniert, muss sie mit spezifisch an den Standort angepassten Elementen der Bewirtschaftung kombiniert werden. In der Regel gehören dazu ein verstärkter Einsatz von Zwischenfrüchten (unter anderem zur Beikrautunterdrückung) und eine intensive Förderung der biologischen Bodenaktivität (unter anderem zur Steigerung der Mineralisierungsleistung). Im folgenden Abschnitt werden zwei Fallstudien zu reduzierter Bodenbearbeitung in der ÖL beschrieben. Wie diese verdeutlichen, kann das Thema Bodenbearbeitung nicht isoliert gesehen werden, sondern muss immer in der Gesamtschau vieler ineinandergreifender Systemkomponenten betrachtet werden.

Fallstudie 1 (Versuche zur partiellen Direktsaat): Die Direktsaat kann in der ÖL aus verschiedenen Gründen an Grenzen stoßen. Zum einen kann ein erhöhter Beikrautdruck zur Ertragsreduktion durch Konkurrenz gegenüber der Kulturpflanze führen. Zudem bleibt bei Direktsaat wie oben beschrieben auch die Stickstoffmineralisierung geringer als bei Pflugsaat, denn letztere hat eine wesentlich stärkere Bodenbelüftung zur Folge. Aus diesen Überlegungen lässt sich ableiten, dass bestimmte Kulturarten für die Direktsaat in der ÖL eher geeignet sind als andere. Insbesondere sind z. B. Ackerbohnen als Leguminosen durch ihre N-Autarkie von der Stickstoffmineralisierung des Bodens unabhängig. Zudem können Ackerbohnen zumindest im späten Frühjahr relativ konkurrenzstark gegenüber Beikräutern sein.

In mehreren Feldversuchen wurde daher untersucht, ob Ackerbohnen bei Direktsaat Beikräuter ausreichend unterdrücken (Massucati u. Köpke, 2014). Hierbei wurden die Ackerbohnen in einen Mulch aus den Ernteresten einer Hafervorfrucht gesät. Die Direktsaat wurde dabei mit einer konventionellen Bodenbearbeitung verglichen. Diese Vergleichsvariante, hier als Lockerbodensystem bezeichnet, bestand aus einer Stoppelbearbeitung der Hafervorfrucht mit anschließendem Winterzwischenfruchtanbau und Pflugeinsatz im Frühjahr vor der Ackerbohnensaat. Weiterhin wurden in der Kombination mit der Direktsaat unterschiedliche Strohmulchmengen (0, 4 und 6 t ha–1) geprüft.

Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass die Abundanz der Beikräuter je nach Art unterschiedlich auf das Bewirtschaftungssystem reagierten. Direktsaat in Verbindung mit Strohmulch verringerte die dikotylen annuellen Arten stärker als das Lockerbodensystem, vor allem die Lichtkeimer wie Kamillearten und spätkeimende Arten wie Weißen Gänsefuß wurden hinreichend unterdrückt. Dagegen wurde ein verstärktes Auftreten von Gräsern und ausdauernden Beikräutern in der Direktsaat beobachtet. Obwohl die Sprossmasse der Ackerbohnen nach Direktsaat im Vergleich mit dem Lockerbodensystem verringert war, konnten zwischen den Bodenbearbeitungssystemen in 7 von 8 Feldversuchen keine signifikanten Kornertragsunterschiede bei den Ackerbohnen festgestellt werden, wenn Direktsaat mit Strohmulcheinsatz kombiniert wurde.

Wie die Studie zeigt, hat der partielle Einsatz von Direktsaat, d. h. zu ausgewählten Kulturen, Potenzial in der ÖL. Allerdings bleibt unklar, wie dieses System sich mittel- und langfristig auswirken würde. Ein anderes Bodenbearbeitungssystem mit langfristiger Perspektive, allerdings ohne direkten Vergleich mit alternativen Varianten, wird im folgenden Abschnitt vorgestellt.

Fallstudie 2 (Minimalbodenbearbeitung in einem ökologischen Gemischtbetrieb): Der Landwirt Sepp Braun bewirtschaftet mit seiner Familie nahe der oberbayrischen Stadt Freising einen Gemischtbetrieb auf 37 ha Acker und 17 ha Dauergrünland und 22 Milchkühen (Olbrich-Majer, 2012). Der Betrieb befindet sich auf ca. 450 m ü. NN in der Isaraue bei ca. 800 mm Jahresniederschlag und einer Jahresdurchschnittstemperatur von 7,7 °C. Bodenarten variieren zwischen lehmigem Sand und anmoorigem Lehm bei 28 bis 59 Bodenpunkten. Die Fruchtfolge ist 7-feldrig (2-jähriges Kleegras – Sommerhafer oder Leindotter mit Untersaat – Winterweizen mit Einsaat für einjähriges Kräuterkleegras – Sommerung mit Untersaat – Winterroggen mit Kleegrasuntersaat).

Ab dem Jahr 1984 wurde durch Pflugverzicht die Bodenbearbeitung reduziert, seit 1994 wird durch weitere Verminderung der Bearbeitungsintensität Minimalbodenbearbeitung betrieben. Wesentliche Komponenten dieses Bewirtschaftungssystems sind in Abb. 1.16 zusammengefasst. Eines der wichtigsten Merkmale des Systems ist die Förderung der Regenwürmer durch verschiedene Maßnahmen, wie z. B. Kleegrasmulch und Zwischenfruchtanbau. Auch der Pflugverzicht gehört zu diesen Maßnahmen. Ein Vergraben der Pflanzenreste (wie das durch einen Pflug geschähe) würde das Nahrungsangebot für die Regenwürmer reduzieren, unter anderem für die wichtigen Tiefgraber, die für eine Bodenlockerung sorgen.

Abb. 1.16 Kombination verschiedener technischer und ackerbaulicher Systemkomponenten bei reduzierter Bodenbe­arbeitung in der ÖL

Daneben steht eine stärkere Einbeziehung des Unterbodens in die Überlegungen zur Gestaltung der ackerbaulichen Bewirtschaftung, u. a. durch bewussten Einsatz von Tiefwurzlern. Deren Funktion ist nicht nur die verstärkte Nährstoffnachlieferung aus dem Unterboden, sondern auch die Verbesserung der Infiltrationsleistung. Eine Kombination von flach, mittel und tief wurzelnden Pflanzenarten sorgt weiterhin dafür, den Boden in der gesamten Tiefe aufzuschließen und zu beleben. Durch die intensive Durchwurzelung wird der Boden aufgelockert. Durch eine Reduktion des Maschinengewichtes (Einsatz von Maschinen mit Achs­lasten < 5 t) und eine Verminderung des Reifendrucks (< 0,8 bar) werden stärkere Bodenverdichtungen vermieden.

Die Bodenbearbeitung findet flach statt und dient vor allem der Beikrautregulierung. Hierzu werden gleichzeitig weitere präventive Maßnahmen eingesetzt, z. B. der bewusste Wechsel von Sommerungen und Winterungen in der Fruchtfolge. Die mechanische Beikrautregulierung erfolgt durch Fräse und Stoppelhobel durch flaches Abschneiden, oder mit Kreiselfräse, d. h. einer Kreiselegge mit zusätzlichen Winkelmessern. Diese wird auch für den Umbruch der Klee-Gras-Kräuter-Mischung verwendet. Der Umbruch erfolgt auf ca. 6 cm Tiefe im Winter, möglichst bei Bodenfrost, damit Schäden der Bodenstruktur vermieden werden. Insgesamt wird der Boden in der 7-feldrigen Fruchtfolge maximal viermal gestört. Die Saat von Getreide und Untersaaten erfolgt mit einer pneumatischen Drillmaschine auf engem Reihenabstand von nur 6 cm, damit der Standraum optimal genutzt wird und die Beschattung durch die Kulturpflanzen maximiert wird. Die Wirkungen der technischen und agronomischen Maßnahmen werden regelmäßig durch intensive Beobachtung des Bodens und des Pflanzenwachstums kontrolliert.

Ausblick

Die Thematik Bodenbearbeitung in der ÖL entwickelt sich derzeit außerordentlich dynamisch. Etliche technische und agronomische Innovationen sind in den vergangenen Jahren von Praxis und Wissenschaft entwickelt worden. Es ist wahrscheinlich, dass dieser Innovationsprozess sich vor allem unter dem Druck, den Energieeinsatz in der Landwirtschaft zu reduzieren, noch intensivieren wird. Impulse aus der konventionellen Landwirtschaft, die eine reduzierte Bodenbearbeitung in stärkerem Maße mit einem Verzicht von Totalherbiziden zu vereinen strebt, sind ebenfalls zu erwarten. Mittel- und langfristige Auswirkungen reduzierter Bodenbearbeitung in der ÖL sind allerdings derzeit erst in Ansätzen erkennbar. Nur eine intensive Zusammenarbeit von Wissenschaft und Praxis wird zu der erforderlichen Optimierung von Bodenbearbeitungssystemen in der ÖL führen.

Verwendete Literatur

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Weiterführende Literatur

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1.2.4Pflanzenschutz

M. R. Finckh und H. Saucke

Grundlagen des Pflanzenschutzes

Grundsätzlich spielen in der ökologischen und konventionellen Landwirtschaft dieselben Schaderreger eine Rolle, da erstens weitgehend dieselben Kulturen angebaut werden und zweitens die Felder benachbart sind und damit sowohl Pathogene als auch Insekten, soweit sie mobil sind, zwischen den Systemen frei wechseln können. Allerdings gibt es einige Faktoren, die die Wichtigkeit von Schaderregern in den Systemen beeinflussen. Dies betrifft vor allem:

 den Einfluss veränderter Anbauhäufigkeiten auf die Übertragung von bodenbürtigen Organismen,

 den Einfluss der Pflanzenernährung auf die Anfälligkeit von Pflanzen gegenüber Schadorganismen,

 den Einfluss einer erhöhten Diversität auf das Krankheitsgeschehen, und

 die weitgehende Umgehung von direkten Bekämpfungsmaßnahmen durch präventive Anbauplanung.

Es ist zwar mitunter möglich, synthetische Pestizide mit im ökologischen Anbau zugelassenen Pestiziden auf Naturstoffbasis zu ersetzten, vor allem was Insektizide betrifft und derzeit auch noch den Einsatz von kupferbasierten Fungiziden, doch insgesamt ist die Wirksamkeit der zugelassenen Mittel geringer im Vergleich zu synthetischen Mitteln und wird erst im Kontext von entsprechenden Fruchtfolgen und Resistenzen, sowie einem angepassten Bodengesundheitsmanagement und Ausmaß an Diversität und hinreichend wirksam und wirtschaftlich sinnvoll. Grundsätzlich gibt es erlaubte, eingeschränkte und verbotene Maßnahmen im ökologischen Landbau (Tab. 1.15).

Tab. 1.14 Erlaubte, eingeschränkte und verbotene Maßnahmen zum Pflanzenschutz in der ÖL in der EU (European Union Council Regulation No. 834/2007)
Erlaubt	Einsatz natürlicher Gegenspieler, Genetische Resistenzen, Fruchtfolgen, Kultur­methoden, Hitzebehandlung
Eingeschränkt	Kupferbasierte und schwefelbasierte Behandlungen, Kaliumbicarbonate, Kalium-permanganat, Calciumhydroxid, Mineralöle, Lecithin, Microorganismen (Bakterien, Viren, Pilze, Nematoden etc.)
Verboten	Alles was nicht in der Positivliste genannt ist

Das wichtigste Prinzip des Pflanzenschutzes basiert darauf, Schwachstellen im Lebenszyklus von Schaderregern ausfindig zu machen und das Vermehrungsrisiko in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Mit wenigen Ausnahmen geht es auch nicht um die Ausrottung, sondern um die Regulierung von Schadorganismen. In der ÖL müssen die Regulierungsmaßnahmen normalerweise im Anbausystem meist über längere Zeit geplant und implementiert werden, um Erfolg zu haben. Dies betrifft vor allem die Bodenfruchtbarkeit und Gesundheit und das Fruchtfolgema­nagement. Dieses Prinzip trifft genauso auf Beikräuter zu (s. Kap. 1.2.5).

Je nach Standort und Anbausaison variiert die Wichtigkeit eines Erregers. So sind frühe Sorten meist mehr von Pathogenen betroffen, die kühle Bedingungen brauchen, während späte Sorten von wärmeliebenden Erregern betroffen sind. Nematoden brauchen genügend Sauerstoff und spielen tendenziell eher in sandigen Böden eine Rolle.

In diesem Kapitel werden die verschiedenen, meist eng miteinander zu verzahnenden Ansätze zum Krankheits- und Insektenmanagement skizziert. Wichtig in diesem Zusammenhang sind hier vor allem noch die Kapitel zur Fruchtfolge (1.2.1), Bodenfruchtbarkeit (1.2.2), Bodenbe­arbeitung (1.2.3) und zur Züchtung (1.1).

Neben den Faktoren, die in diesem Kapitel skizziert werden, müssen insbesondere auch Interaktionen mit Beikräutern und der umliegenden Vegetation beachtet werden (s. Kap. 1.2.5). Neben Krankheiten und Schadinsekten spielen noch weitere Schadtiere wie Schnecken, Mäuse und Vögel eine wichtige Rolle, die alle meist stark durch die Begleitvegetation beeinflusst werden. Auch diese müssen, wo immer möglich, durch ein geeignetes Habitatmanagement und einer Förderung von natürlichen Gegenspielern reguliert werden.

Grundsätzlich basiert der Pflanzenschutz in der ÖL auf einem Systemansatz, der viele Faktoren gleichzeitig einbezieht und anstrebt, die ökologischen Interaktionen im System im Sinne der Landwirtschaft zu beeinflussen. Dies ist ein hoher Anspruch, der ein hohes Maß an Wissen und Systemverständnis erfordert.

Vermeidung

Sowohl Krankheiten als auch einem Schadinsektenbefall kann teil­weise durch Vermeidungsstrategien begegnet werden. So können Aussaatzeitpunkte so gewählt werden, dass das Zusammentreffen von anfälligen Pflanzenstadien mit Schaderregern reduziert wird. Späte Aussaat kann die Überlappung von Kulturen und damit die Übertragung von Kultur zu Kultur reduzieren. So sollte die Getreideaussaat erst dann erfolgen, wenn das Ausfallgetreide im Betrieb und der Umgebung durch Ansaat von Zwischenfrüchten oder andere Hauptkulturen bereits eingearbeitet wurde. Dies reduziert die Übertragung von Blattläusen und Blattlaus übertragenen Virosen, aber auch von Mehltau und Rost und vielen anderen windbürtigen Blattkrankheiten. Frühes Pflanzen von Kartoffeln und Vorkeimung sorgt dafür, dass die Kartoffeln möglichst lange wachsen können, bevor die Kraut- und Knollenfäule, durch Phytophthora infestans verursacht, dem Wachstum ein Ende setzt. Auch der Befall mit den Larven des Erbsenwicklers (Cydia nigricana) kann entweder durch sehr frühe oder sehr späte Aussaat der Erbsen minimiert werden, damit die Blüte nicht während der Hauptflugzeiten der Wicklerweibchen stattfindet. Hier ist aber zu berücksichtigen, dass frühe Aussaat kühlere Böden bedeutet und dies wiederum die Anfälligkeit gegenüber bodenbürtigen Pathogenen wie Phoma medicaginis oder Fusarium-Arten erhöht.

Für einige Schaderreger gibt es Quarantäneregelungen, die unbedingt zu beachten sind. Dies betrifft im Ackerbau vor allem Kartoffeln. Hier sind für die Bakterielle Ringfäule (Clavibacter michiganense ssp. sepedonicus, Schleimkrankheit (Ralstonia solanacearum, syn. Pseudomonas [Burkholderia] solanacearum), der Kartoffelkrebs (Synchytrium endobioticum) und der weiße und gelbe Kartoffelnematode (Globodera pallida bzw. rostochiensis, syn. Heterodera pallida, bzw. rostochiensis) zu nennen. Im Zierpflanzen- und Baumschulbereich ist besondere Aufmerksamkeit geboten, aber auch einige Insekten, die derzeit im Vormarsch sind, werden noch soweit möglich reguliert. Die Listen und Regelungen werden permanent von der European Plant Protection Organisation (http://www.eppo.int/) gepflegt und können im Internet abgerufen werden. Grundsätzlich müssen Quarantäneorganismen gemeldet und entsprechend vorgeschriebene Maßnahmen eingeleitet werden.

Die wichtigste und am häufigsten eingesetzte Vermeidungsstrategie gegen eine Vielzahl von Insekten im Gemüse und zunehmend auch im Obstbau sind Kulturschutznetzee (Abb. 1.17). Die Netze müssen in der Maschenweite auf die Schadinsekten abgestimmt sein und sind relativ teuer im Einsatz, weshalb sie nur bei hochwertigen Kulturen zum Einsatz kommen. Netze werden auch gegen Vogelfraß eingesetzt.

Abb. 1.17 Kulturschutznetz auf Kohl zum Schutz vor weißer Fliege und Kohlmottenschildlaus (Foto: H. Saucke)

Manipulation der Umweltbedingungen

Die Manipulation der Umweltbedingungen ist zentral im geschützten Anbau, aber auch im Freiland gibt es viele Möglichkeiten, die Bedingungen für Schaderreger weniger günstig zu gestalten. Dies betrifft sowohl die Manipulation des Mikroklimas, als auch der Bodenbedingungen. Auch die Lichtqualität kann eine wichtige Rolle spielen. So kann durch die Verwendung von Folien, die bestimmte Wellenlängen meist im UV-Bereich blockieren, die Sporulation von einigen pilzlichen Pathogenen deutlich behindert werden.

Die meisten pilzlichen und bakteriellen Krankheitserreger, die oberirdische Pflanzenteile befallen, sind auf freies Wasser auf der Pflanzenoberfläche zur Etablierung und Infektion angewiesen. Eine wichtige Ausnahme stellt hier der echte Mehltau dar, dessen Sporen zwar eine hohe Luftfeuchte brauchen, um zu keimen und erfolgreich zu infizieren, in freiem Wasser aber schnell absterben. So ist es z. B. für einzelne Zierpflanzen möglich, durch regelmäßiges Bespritzen von Oberflächen den echten Mehltau zurückzudrängen. Für die landwirtschaftlich-gärtnerische Praxis ist dies jedoch nicht anzuraten, da Blattnässe vor allem die falschen Mehltaupilze und alle anderen Pilze und Bakterieninfektionen fördert.

Unter Glas kann Blattnässe und damit viele Blattkrankheiten durch gezielte Temperaturführung und Lüftung, die die Taubildung unterbinden, und bodennahe Bewässerung vermieden werden. Im Freiland ist es insgesamt schwieriger, die Blattnässe zu reduzieren. Hier muss auf optimale Durchlüftung der Bestände durch Regulation der Pflanzendichte, aber auch auf Regulation der Bodenfeuchte geachtet werden. Abhängig von den Temperaturschwankungen kann die Auswirkung von Bewässerung sehr verschieden sein. Abendliche Bewässerung, vor allem wenn beregnet wird, führt meist zu feuchteren Beständen und fördert damit meist den Krankheitsbefall. Fast immer ist eine wurzelnahe Tröpfchenbewässerung vorzuziehen. Freies, relativ warmes Wasser verhindert in kalten Zeiten Frost und in warmen Zeiten Taubildung und kann so vor Frostschäden und Blattnässe schützen. Im Freiland kann der Anbau auf Dämmen und die gezielte Strukturierung der direkten Umgebung die Feuchtigkeit im Bestand massiv beeinflussen. So sollten Hecken, die an Felder grenzen, möglichst in den Jahren auf den Stock gesetzt werden, wenn sehr empfindliche Kulturen wie z. B. Kartoffeln angebaut werden, um die Durchlüftung zu fördern. Ist dies nicht möglich, sollten entsprechende Abstände zu den Hecken gehalten werden um Beschattung vor allem am Morgen zu vermeiden.

Die Bodenstruktur (s. Kap. 1.2.3) insgesamt ist von hoher Wichtigkeit, um Krankheiten zu vermeiden und die Pflanzen bei der Krankheitsabwehr zu unterstützen. Zu hohe Bodenfeuchte fördert viele bodenbürtige Pathogene, Bodenverdichtungen reduzieren die Sauerstoffversorgung der Wurzeln und behindern Wachstum und Nährstoffaufnahme der Pflanzen sowie die Drainage. Ein optimiertes Management der organischen Substanz im Boden führt zu erhöhtem Humusgehalt und damit einer verbesserten Bodenstruktur. Einerseits verbessert sich damit die Infiltration und Wasserhaltekapazität, andererseits aber auch die Drainage. Damit können extreme Schwankungen im Wasserhaushalt reduziert werden.

Fruchtfolgen

Die N-Regenerierung über vielfältige Fruchtfolgen bedingt entscheidende Mitnahmeeffekte für den Pflanzenschutz im ÖL. Da viele Schaderreger auf bestimmte Pflanzen spezialisiert sind und im Boden und/oder auf Pflanzenresten überdauern, können sie durch Anbaupausen deutlich reduziert werden, wenn darauf geachtet wird, dass einerseits die Pflanzenreste abgebaut werden und andererseits keine Wirtspflanzen zur Verfügung stehen. Hier muss eine adäquate Beikrautkontrolle beachtet werden. So können z. B. alle Brassicaceen von der Kohlhernie (Plasmodiophora brassicae) befallen werden und auch einige Gräser, vor allem die Quecke (Elymus repens) vom Erreger der Schwarzbeinigkeit des Weizens (Gaeumannomyces graminis var. tritici). Wichtig in diesem Zusammenhang ist es, in die Planung auch die Zwischenfrüchte einzubeziehen, die als Wirtspflanzen für Erreger an Hauptkulturen dienen können.

Es ist zwar möglich, Pflanzenreste durch tiefes Unterpflügen zu entfernen, oft aber kommen solche Pflanzenreste ein Jahr später weitgehend unverrottet wieder an die Oberfläche und stellen eine Gefahr für entsprechende Kulturen dar. Dasselbe gilt auch für Beikrautsamen (s. Kap. 1.2.5). Auf die Dauer ist es effektiver, durch die Förderung eines aktiven Bodenlebens und einer weniger tiefen, möglichst nicht wendenden Bearbeitung (s. Kap. 1.2.3) den Ab- und Umbau der organischen Reste zu fördern. Beispielsweise wurde gezeigt, dass durch Aufnahme und Verdauung der Pflanzenreste durch Regenwürmer Pathogene massiv reduziert werden und im Gegenzug viele nützliche Mikroorganismen, die Bodenstruktur und die Pflanzengesundheit gefördert werden (Elmer, 2009, Ke u. Scheu, 2008, Stephens et al., 1994).

Während die Fruchtfolge auf einzelne Wirte spezialisierte Erreger und Insekten reduzieren hilft, hat sie als zentraler Baustein des Nährstoffmanagements (s. Kap. 1.2.1) auch Auswirkungen auf die Nährstoffversorgung, sowie auf den Gehalt an organischer Substanz und damit der biologischen Aktivität im Boden. Damit wirkt sie sich auch auf weniger spezialisierte Pathogene aus, die oft im Konkurrenzkampf mit nicht-pathogenen Organismen im Boden stehen. Dies hat enormes Potenzial, Pflanzenschutz über Fruchtfolgemodifikation gezielt weiter zu optimieren.

Bodengesundheit und Nährstoffmanagement

Die Bodengesundheit und Nährstoffverfügbarkeit hängen eng mit der Rückführung organischen Materials in den Boden zusammen. Viele Pflanzenpathogene sind fakultative Saprophyten. Das heißt, sie konkurrieren mit anderen Bodenlebewesen um das frische organische Material im Boden. Es gilt, diese Konkurrenzbeziehungen und andere krankheitsunterdrückende Mechanismen im Boden durch entsprechendes Management zu fördern.

Der Einfluss organischer Substanz auf Pflanzenkrankheiten hängt stark vo deren C/N-Verhältnis und von der Zeit ab, die seit ihrer Einarbeitung in den Boden vergangen ist. Nach der Einarbeitung einer Zwischenfrucht können so Pythium und Rhizoctonia kurzfristig massiv zunehmen. Wird während dieser Phase gesät, kann es zu einem epidemischen Auftreten von Umfallkrankheiten kommen. Im Gegensatz zu solch leicht zersetzbaren Resten, können schwerer zersetzbare Materialien wie Lignin-reiche Pflanzenreste oder reife Grünabfall- oder Mistkomposte die Bodensuppressivität gegenüber Krankheiten fördern (Litterick et al., 2004).

Suppressive oder krankheitsunterdrückende Böden haben generell eine aktivere und vielfältigere Mikroflora als krankheitsfördernde Böden (Kinkel et al., 2011). Mikrobielle Nahrungskonkurrenz, die Produktion von antibiotischen Stoffen und Hyperparasitismus gegenüber Pathogenen spielen alle eine wichtige Rolle. Dazu kommen nützliche Nematoden, Regenwürmer, Collembolen und andere Bodentiere, die sich oft von Pilzen und Schadnematoden ernähren.

Unausgeglichene Nährstoffversorgung, also sowohl Mangel als auch Überschuss, kann ebenfalls die Anfälligkeit erhöhen. So werden Mehltau und Rostkrankheiten, aber auch Fusariosen durch zu hohe Stickstoffgaben gefördert. Neben Stickstoff wirken sich auch viele andere Nährstoffe, v. a. Phosphor, Kalium, Silikate und Spurenelemente auf Krankheiten aus (s. Datnoff et al., 2007). Auch ist bekannt, dass Blattläuse besser mit Stickstoff versorgte Pflanzen vorziehen, was v. a. die Virusübertragung fördert. So ist eine verhaltene Düngung, z. B. bei der Produktion von Kartoffelpflanzgut, ein wichtiger Faktor, der den Blattlausbefall und damit den Virusbefall reduziert (Letourneau u. van Bruggen, 2006).

Räumliche Vielfalt

Neben Fruchtfolgen, die für eine zeitliche Vielfalt sorgen, ist Vielfalt im Raum ein wichtiger Faktor, der sowohl für das Management von Krankheiten, als auch von Insekten eine wichtige Rolle spielt (Finckh u. Wolfe, 2015). Je größer ein Feld, desto effizienter kann sich ein einmal etablierter Schadorganismus vermehren, da das Nahrungsangebot unkompliziert erreichbar und fast unlimitiert ist. Räumliche Vielfalt kann einerseits die Verbreitung von Schaderregern behindern und andererseits auch natürliche Feinde unterstützen. Allerdings gibt es auch mögliche negative Effekte, die beachtet werden müssen.

Kleinere Felder mit Abständen zwischen Feldern derselben Fruchtart und möglicherweise Barrieren wie z. B. Hecken, die die Luftbewegungen beeinflussen, führen häufig zu einer Verringerung des Erregerdruckes. So kann die Anlage von Feldstreifen senkrecht zur vorherrschenden Windrichtung dazu führen, dass im Feld gebildete Pilzsporen durch den Wind aus dem Feld verblasen werden und auf Nichtwirtspflanzen landen (Bouws u. Finckh, 2008).

Feldrandstreifen, vor allem wenn mit Blühpflanzen bestückt, und auch Hecken können sowohl natürliche Feinde von Insekten, als auch die Schadinsekten selbst sowie Mäuse und Schnecken beherbergen (Finckh u. van Bruggen, 2015). Dies macht die Planung und das Management der Vegetation oft zu einer Herausforderung. So schützen sich die Möhrenfliegen (Psila rosae) vor Hitze und Trockenheit in Hecken, weshalb empfohlen wird, Möhren in gebührendem Abstand von Hecken anzupflanzen. Insgesamt ist aber durch die Förderung der strukturellen Vielfalt davon auszugehen, dass der natürliche Pflanzenschutz zunimmt. Dies umfasst die Förderung von Parasitoiden, die häufig ein Nektarangebot brauchen, insektenfressenden Vögeln und Raubvögeln sowie anderen Räubern, und Laufkäfer, die Schneckeneier fressen.

Neben der Vielfalt von Feldern und Feldrändern und reduzierter Feldgrößen kann gezielt die Resistenzvielfalt innerhalb von Kulturen erhöht werden, eine Maßnahme, die zum Teil spektakuläre Erfolge haben kann (s. Kap. 1.2.4). Auch der Anbau von alternierenden Reihen oder Streifen verschiedener Kulturen kann vor allem im Gemüsebau die Ausbreitung von Krankheiten reduzieren. Für Insekten spielen oft optische, taktile und chemische Reize eine wichtige Rolle. So kann mit Mulchen verschiedener Farbe und Struktur sowie mit Gerüchen (bestimmte Pflanzen oder Duftstoffe) gearbeitet werden.

Resistenzen

Zusammen mit der Fruchtfolge sind Resistenzen das wichtigste Standbein des Pflanzenschutzes in der ÖL. Hier wird deutlich mehr Gewicht auf Resistenzen gelegt als im konventionellen Anbau (Milliano et al., 2015). Die Sortenlisten des Bundessortenamtes geben die Resistenzen gegenüber wichtigen Erregern an und auch viele Gemüsesortenlisten geben Information. Grundsätzlich muss zwischen rassen-nichtspezifischen und rassenspezifischen Resistenzen unterschieden werden.

Rassen-nichtspezifische Resistenzen sind meist breit wirksame Resistenzen, die gegenüber allen Stämmen eines Pathogens wirksam sind. Hierbei ist zu beachten, dass Resistenz nicht bedeutet, dass die Pflanzen nicht krank werden (das wäre Immunität), sondern dass der Befall relativ zu einer anfälligen Sorte sichtbar geringer ist. Nicht-spezifische Resistenzen beruhen auf vielfältigen Mechanismen wie z. B. mechanischer Barrierebildung durch Wachsschichten, Verdickung von Zellwänden, Korkschichten, Verholzung, Harzfluss, Ausbildung sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe u. a. Fast alle Resistenzreaktionen werden nach versuchter Infektion verstärkt, d. h. wenn die Pflanze erkennt, dass ein Angriff erfolgt, wird eine Gegenwehr induziert (Hallmann et al., 2009). Dies ist effizienter als die permanente Ausbildung von Verteidigungsmechanismen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass nach der Auslösung bzw. Induktion einer Resistenzreaktion das Resistenzniveau höher ist als vorher und Pflanzen sich meist besser gegen weitere Attacken wehren können.

Einige wichtige Pathogene, vor allem Rost, echte und falsche Mehltaupilze, aber auch Insekten, bilden Rassen aus, die Pflanzen mit bestimmten Resistenzen befallen können. Diese Rassen sind in der Lage, bestimmte Erkennungsmechanismen, auf denen die Resistenz der Pflanzen beruht, zu umgehen. Im Laufe der Evolution haben sich hier jeweils hoch spezialisierte rassen-spezifische Resistenzen und Virulenzen ausgebildet. Avirulente Rassen induzieren häufig Resistenzen, das heißt die Aktivierung von Resistenzreaktionen wie oben beschrieben. Wenn eine solche Reaktion bereits aktiv ist, kann sie dann auch häufig gegenüber virulenten Rassen wirksam sein.

Man geht davon aus, dass ein gewisses Maß an Resistenzinduktion in der natürlichen Umwelt ständig stattfindet, da immer Pilzsporen (meist von nicht-pathogenen Pilzen) in der Luft sind und Pflanzen durch Wind und Berührung auch verletzt werden (Walters, 2009). Pflanzen, die keinerlei Fremdeinflüssen ausgesetzt sind, sind oft anfälliger als Pflanzen, die normalen Bedingungen wie mechanischer Belastung (z. B. Wind und Staub) und moderatem Stress (Temperatur, Wasser) ausgesetzt sind. Gezielte Resistenzinduktion ist eine Alternative zu chemischem Pflanzenschutz, die auch für die ÖL von hohem Interesse sein könnte.

Vor allem in Systemen, bei denen rassenspezifische Resistenzen und Virulenzen vorliegen, kann genetische Vielfalt hoch effizient zum Pflanzenschutz eingesetzt werden. So wird die Ausbreitung von windver­breiteten Pathogenen in Mischungen von Sorten oder Linien, die sich in rassenspezifischer Resistenz unterscheiden durch Abstands- und Barriereeffekte, aber auch induzierte Resistenzen massiv behindert. In der ehemaligen DDR wurde durch den Einsatz von passenden Braugersten­mischungen der Fungizidverbrauch um bis zu 80 % reduziert. In den USA werden derzeit mehrere hunderttausend Hektar Weizensorten­mischungen mit großem Erfolg angebaut. Die kolumbianische Kaffee­sorte Castillo, die zwei Drittel der Anbaufläche Kolumbiens ausmacht, besteht aus insgesamt sieben unterschiedlichen Kaffeemultilinien, die genetisch einheitlich für Umweltansprüche und Qualität sind, aber vielfältig in ihrer Resistenz gegenüber dem Erreger des Kaffeerostes (Hemileia vastatrix). Jährlich werden durch den Einsatz dieser Multilinien mindestens 100 Mio $ US an Fungiziden eingespart (Finckh u. Wolfe, 2015). In Europa wird aktiv an der Entwicklung von diversifizierten Weizen­populationen gearbeitet, deren Widerstandsfähigkeit sowohl gegenüber Schaderregern, als auch gegenüber abiotischem Stress erhöht ist.

Saatgutgesundheit

Seit 2004 müssen Saatgut und Pflanzmaterial in der ÖL, wenn möglich, ökologisch erzeugt werden. Samenbürtige Pathogene sowie Fraßschäden, die entweder bereits im Feld bei der Produktion oder im Lager auftreten können (Abb. 1.18), beeinträchtigen die Keimfähigkeit und Keimkraft maßgeblich. Auch wenn Fraßschäden mitunter keine große direkte Beeinträchtigung darstellen, so eröffnen sie Pathogenen oft Eintrittspforten und fördern dadurch den Krankheitsbefall.

Abb. 1.18 Fraßschäden von a) Ackerbohnenkäfer (Bruchus rufimanus) und b) Erbsenwickler-larven (Cydia nigricana) (Fotos: H. Saucke)

Wenn möglich, sollte zertifiziertes Saat- oder Pflanzgut verwendet werden. Die Zertifizierungsvorschriften in Deutschland sind für ökologische und konventionelle Herkünfte gleich. Da bei der Festlegung der Regeln davon ausgegangen wurde, dass Saatgut chemisch gebeizt wird, werden deshalb einige für die ÖL nicht bekämpfbare Erreger durch die Zertifizierung nicht ausreichend erfasst. Dies betrifft vor allem die Brandkrankheiten und auch Fusarien im Getreide, auf die deshalb ein besonderes Augenmerk gelegt werden muss. Vor allem bei Nachbau eigenen Saatgutes sollte bereits im Feld auf die allgemeinen Bedingungen bei der Saatreife geachtet werden und Chargen, die viel Feuchtigkeit in dieser Zeit ausgesetzt waren, gemieden werden.

Die wichtigste Methode zur Verbesserung der Saatgutgesundheit in der ÖL ist die Wärmebehandlung, meist mit heißem Wasser oder Dampf. Andere physikalische Methoden, wie z. B. die Elektronenbehandlung sind noch umstritten, teilweise aber sehr wirksam. Es gibt auch eine Reihe von Mitteln auf natürlicher Basis, die einen gewissen Schutz vor bestimmten Erregern bieten. Alle diese Methoden haben oft einen negativen Einfluss auf die Keimfähigkeit oder Triebkraft. Vor allem bei kleinsamigen Arten sind es oft wenige Sekunden, die den Unterschied zwischen erfolgreicher Bekämpfung von Pathogenen und der Abtötung der Samen machen (Koch u. Groot, 2015).

Die Bekämpfung von Insekten im Saatgut ist mitunter einfacher zu bewerkstelligen, da hier z. B. mit Entzug des Sauerstoffes im Lager (CO2-Begasung) oder durch Silikate (z. B. Kieselgur) die Insekten ersticken bzw. austrocknen und zum Teil einfach durch Kälte (Frost) gute Erfolge erzielt werden können. Die Fraßschäden aus dem Feld sind davon allerdings unberührt.

Bodenentseuchung

Die Bodenentseuchung spielt vor allem im geschützten Anbau eine Rolle, wo für hochwertige Kulturen häufig eine Bodenpasteurisation vorgenommen wird. In wärmeren Regionen (Südeuropa, Israel) kann dies auch im Freiland durch die Solarisation erfolgen, indem der leicht feuchte Boden bei Sonnenschein bis zu mehrere Wochen mit Plastikfolien abgedeckt wird, um eine Erwärmung der oberen 10 cm auf 40–50 °C zu erreichen. Durch die vorherige Einarbeitung frischen organischen Materials kann dieser Effekt verstärkt werden.

Alternativ wurde in den letzten Jahren auch viel mit der „Biofumigation“ experimentiert. Diese basiert auf der Idee, dass bestimmte Pflanzeninhaltsstoffe, die biozid sowohl gegen Pilze als auch teilweise gegenüber Nematoden, Insekten und Pflanzen (Beikräutern) wirken, durch den Anbau entsprechender Pflanzen direkt im Feld produziert und dann eingearbeitet werden, um vor Ort zu wirken. Brassicacea-Arten, aber auch Tagetes und andere Arten, können hierbei erfolgreich eingesetzt werden (Hallmann u. Kiewnick, 2015- Chellemi et al., 2015). Die Biofumigation ist nicht einfach zu handhaben. Es muss darauf geachtet werden, dass die Pflanzen zum Zeitpunkt maximaler Gehalte der wichtigen Inhaltsstoffe (meist kurz vor der Vollblüte) zerkleinert und sofort eingearbeitet werden und dann möglichst alles bewässert und/oder mit Plastikfolien abgedeckt wird. Dann ist es auch noch von der Temperatur abhängig, inwieweit dies funktioniert. Oft sind die zusätzlichen Wirkungen der so genutzten Zwischenfrüchte auf die Bodenfruchtbarkeit und -struktur mindestens so wichtig, wenn nicht wichtiger als die eigentliche Biofumigationswirkung.

Biologische Kontrolle

Ziel der Biologischen Bekämpfung ist die Reduzierung der Wirksamkeit eines Schadorganismus durch den Einfluss lebender Organismen (ausgenommen der Mensch). Eine breitere Definition von biologischer Kontrolle ist die Kontrolle von Schadorganismen durch die Nutzung von Organismen, Genen, oder Genprodukten. In dieser Definition ist auch die Nutzung von Resistenzen enthalten. Wo diese zugelassen sind, können im konventionellen Anbau auch genetisch veränderte Organismen eingesetzt werden, was in der ÖL allerdings nicht erlaubt ist. Auch Extrakte aus Organismen, v. a. Pflanzen, wie z. B. Azadirachtin oder Pyrethrum aus dem Neem-Baum bzw. aus Chrysanthemum-Arten gehören zur Biokontrolle und werden als biologische Spritzmittel eingesetzt.

Ansätze zur biologischen Kontrolle sind entweder die Verstärkung der natürlichen biologischen Kontrolle oder die Ausbringung von Biokontrollorganismen im inokulativen oder inundativen Verfahren (Alabouvette et al., 2006). Inokulativ bedeutet, dass ein Organismus angesiedelt wird und nach der Etablierung die natürliche Biokontrolle übernimmt. Dies funktioniert vor allem gegenüber eingeschleppten Schadorganismen. Inundativ bedeutet, dass mit einer großen Anzahl Organismen das System „überschwemmt“ wird.

Das gesamte Anbausystem der ÖL muss auf die Stärkung der natürlichen biologischen Kontrolle ausgerichtet sein, um erfolgreich zu sein. Die meisten der oben beschriebenen Methoden und Prinzipien zielen auf die Stärkung der biologischen Kontrolle im System ab, das heißt auf die Förderung der Bodensuppressivität sowie der natürlichen Gegenspieler von Insekten, Nematoden und Pathogenen. Ohne die Förderung natürlicher Gegenspieler von Schadinsekten und Pathogenen ist kaum ein erfolgreicher Bioanbau möglich. Hierzu gehören die Förderung von Blühpflanzen, um den Insektengegenspielern alternative Nahrungsquellen zu bieten, sowie der Einsatz von Komposten und anderen organischen Materialien zur Förderung des Bodenlebens. Neben Konkurrenz, Parasitismus und/oder Antagonismus spielen hier auch pflanzenstärkende Organismen eine Rolle (im Englischen „Plant Growth Promoting Rhizo­bacteria“ (PGPR) und „Plant Health Promoting Rhizobacteria“ (PHPR)), die viel Beachtung in der modernen Forschung zu Systemansätzen finden (z. B. Kinkel et al., 2011). Gegen Insekten sind vor allem noch der Einsatz von Pheromonen und anderen Duftstoffen zu nennen, die die Vermehrung oder Wirtsfindung stören.

Da Resistenzen gegen bodenbürtige Krankheiten oft nicht vorhanden, physikalische und chemische Kontrollmethoden unwirksam oder sehr teuer sind, ist die Förderung der natürlichen biologischen Kontrolle durch ein entsprechendes Bodenmanagement oft der einzige sinnvolle Ansatz. Die Ausbringung von Biokontrollorganismen ist vor allem in Gewächshäusern von Interesse, da hier die Umweltbedingungen gut kontrolliert werden können. Vor allem der Einsatz von Räubern und Parasitoiden bei Insekten ist hier sehr erfolgreich, aber auch der Einsatz von antagonistischen Pilzen, wie z. B. Coniothyrium minitans, ein Pilz, der die Sklerotien von Sclerotinia sclerotiorum parasitiert. Naturgegeben können sich die Räuber erst dann vermehren, wenn genug Beute, in diesem Fall Blattläuse o. ä., im Angebot ist. Dies heißt im Umkehrschluss, dass Gegenspieler oft erst funktionieren, wenn der Schädlingsdruck bereits inakzeptabel hoch ist. Ein wichtiger und gut funktionierender Ansatz, um z. B. Blattläuse unter Glas zu reduzieren, ist deshalb die offene Zucht von Gegenspielern. Hier wird deutlich vor Anbau einer Gemüsekultur, wie z. B. Gurken, z. B. ein Streifen Hafer ausgesät, auf dem sich Haferblattläuse gut vermehren können und als Nahrungsgrundlage für Blattlausräuber dienen. Tritt ein vermehrter Blattlausbefall auf den Gurken auf, so wird der Hafer entfernt und damit werden die Räuber auf die Gurkenläuse gelenkt.

Abb. 1.19 a) Weizensaatgut gebeizt mit dem Senfextrakt Tillecur gegen Weizensteinbrand (Tilletia caries),

b) Beizmittel auf Basis von Bacillus subtilis,

c) Insektizide auf Basis von Neem und Bacillus thuringiensis

(Fotos: M.R. Finckh)

Im Freiland sind dem inundativen Ansatz enge Grenzen gesetzt, da Umwelteinflüsse hier oft überwältigend und vor allem nicht kontrollierbar sind (Tab. 1.16). Relativ gut funktioniert das Ausbringen der Gegenspieler des Maiszünslers, das in Deutschland im Jahr 2013 auf 27 000 ha praktiziert wurde (Kramer u. Meßner, ohne Jahr). Auch das Inokulieren von Setzlingen, Pflanzgut (z. B. Kartoffeln), oder Saatgut mit Biokontrollorganismen wie Pseudomonaden, Trichodermen oder Bazillus Arten (Abb. 1.19) erwies sich als wirksam, da die Biokontrollorganismen direkt am Wirkort eingebracht werden. Wichtig im Freiland sind einige Krankheitserreger von Insekten wie z. B. die Granuloseviren gegen den Apfelwickler (Cydia nigricana) oder verschiedene Bacillus thuringiensis-Isolate, die direkt von den Insekten wie z. B. den Kartoffelkäfern aufgenommen werden.

Tab. 1.15 Probleme beim inundativen Einsatz von Biokontrollinsekten und Mikroorganismen im Freiland
Ansatz	Probleme
Antagonisten gegen Blattpathogene	Brauchen meist spezifische Temperatur und Feuchtebedingungen über einen längeren Zeitraum.Oft UV-empfindlich.Pflanzen wachsen und Antagonisten müssten sich mit auf der Blattoberfläche ausbreiten.
Antagonisten gegen bodenbürtige Pathogene	Das Bodenvolumen, das zu behandeln wäre, ist unübersehbar groß. Kann nur inokulativ und durch Förderung des Bodenlebens erreicht werden.Brauchen oft spezifische Bedingungen.In biologisch aktiven Böden ist es kaum möglich neue Mikroorganismen als dominante Biokontrollorganismen anzusiedeln.
Gegenspieler von Insekten	Brauchen oft spezifische Umweltbedingungen und Anwendungsplanung.Verlieren sich oft in der Umgebung.

Direkter Pflanzenschutz

In der ÖL spielen Pflanzenschutzmittel (außer bei Kartoffeln im Ackerbau) kaum eine Rolle. Anders sieht es im Gemüsebau, Obstbau und unter Glas aus. Eine Vielzahl an hoch problematischen Schadinsekten und Krankheiten können derzeit in vielen Gebieten nur mithilfe des direkten Pflanzenschutzes reguliert werden. Dazu gehören viele Schadinsekten im Obst- und Gemüsebau, die echten und falschen Mehltaupilze inklusive der Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora infestans) und des Apfelschorfs (Venturia inaequalis). Grundsätzlich müssen für die in der ÖL zugelassenen Mittel alle Vorsichtsmaßnahmen der guten fachlichen Praxis eingehalten werden und es bedarf eines gültigen Sachkundeausweises, um die Mittel anwenden zu dürfen. Professioneller Pflanzenschutz im Obst-, Wein-, Gemüse-, und Kartoffelanbau basiert zum Teil auch auf ausgeklügelten computergestützten Vorhersagemodellen und Warnsystemen, die abhängig von Witterung und Sorte die Anwender soweit wie möglich unterstützen. Diese Systeme werden vermehrt den Bedingungen des ökologischen Anbaus angepasst und damit immer effektiver.

Als Spritzmittel können nur die Mittel eingesetzt werden, die für den ökologischen Anbau zugelassen sind. Die Liste wird regelmäßig aktualisiert und kann unter www.bvl.bund.de/infopsm abgerufen werden. Diese Liste enthält Mittel basierend auf Mikroorganismen, Pflanzenextrakten, Eisen-III-phosphat (gegen Schnecken), Kaliseife und Kaliumbicarbonat, Öle, Pheromone, Kupfer und Schwefel u. a. Dazu kommen dann noch die Pflanzenstärkungsmittel (www.bvl.bund.de/pstm), die keine direkte Wirkung gegenüber den Schaderregern haben, aber entweder die Umweltbedingungen für die Erreger verschlechtern oder die Resistenz der Pflanzen erhöhen können.

Die meisten zugelassenen Spritzmittel sind weniger wirksam als die konventionellen synthetischen Spritzmittel. Ebenfalls wirken die meisten Mittel nicht systemisch, sondern als Kontaktmittel, d. h. sie dringen nicht in die Pflanzen ein und können entsprechend auch abgewaschen werden. Um wirksam zu sein, müssen daher viele Mittel präventiv eingesetzt werden. Bei Insekten sind die Fraßgifte auch nach Befallsbeginn wirksam. Besonders kritisch wird der Einsatz von Kupfer und Schwefel gesehen, da sich Kupfer als Schwermetall in der Umwelt akkumuliert und Organismen in Boden und Wasser schädigen kann. Schwefel kann als Insektizid und als Fungizid eingesetzt werden, ist aber vor allem als Insektizid wenig selektiv.

Verwendete Literatur

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Weiterführende Literatur

Finckh, M. R., Tamm, L., van Bruggen, A. H. C. (2015): Plant Disease Management in Organic Agriculture. St. Paul, MN: APS Press, 414 S.

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1.2.5Beikrautregulierung

M. R. Finckh und H. Saucke

Grundlagen der Beikrautregulierung

Grundsätzlich spielen in der Ökologischen und Konventionellen Landwirtschaft dieselben Beikräuter eine Rolle. Allerdings ist die Wichtigkeit und auch der Umgang mit ihnen deutlich verschieden. Wie bei den Schaderregern (s. Kap. 1.2.4) beeinflussen vor allem die Fruchtfolgen (s. Kap. 1.2.1), die Pflanzenernährung (Kap. 1.2.2), die Bodenbearbeitung (Kap. 1.2.3) und die Diversität die Wichtigkeit verschiedener Beikräuter. Die Vielfalt der Beikrautarten ist in der ÖL meist höher, da keine selektive Vernichtung durch Herbizide stattfindet.

Da es derzeit keine zugelassenen Unkrautvernichtungsmittel in der ÖL gibt, müssen Beikräuter präventiv und langfristig im System reguliert werden. Beikrautmanagement zielt darauf ab, die Etablierung und Vermehrung soweit wie möglich zu verhindern. Fruchtfolge, Bodenbearbeitung und Nährstoffmanagement, gezielte Besetzung der „ökologischen Nische der Beikrautfraktion“ mit Kulturpflanzen, erhöhte Konkurrenz um die Faktoren Licht, Wasser, Nährstoffe und Standraum sind die wichtigsten Vermeidungsstrategien, die zur Verfügung stehen.

Im Boden befinden sich meist unzählige Beikrautsamen, die sogenannte Samenbank. Je nach Standort und Anbausaison können die Samen bestimmter Pflanzen besonders gut keimen und entsprechend ganze Bestände dominieren, auch wenn sie in anderen Jahren fast nicht sichtbar sind (Abb. 1.20). Dies kann durch klimatische Bedingungen, bestimmte Nährstoffverhältnisse und eine Bearbeitung zu einem für die Art günstigen Zeitpunkt provoziert werden. Allerdings sind Vorhersagen kaum zu treffen und die Landwirte stehen oft vor plötzlichen und unerwarteten Problemen.

Abb. 1.20

a) Knöterich in Mais.

b) Ackerkratzdistel in Getreide

(Fotos: M.R. Finckh)

Einer der wichtigsten Grundsätze für das ökologische Beikrautmanagement ist, dass es normalerweise nicht eine einzige wirksame Maßnahme gibt, sondern eine ganze Palette von Methoden im Anbausystem notwendig sind, um den Beikrautdruck auf einem akzeptablen Niveau zu halten (Liebmann u. Gallandt, 1997) (Tab. 1.17).

Tab. 1.16 Faktoren, welche die Beikrautpopulationen fördern können und ihre Vermeidung
Problemfaktor	Möglichkeit der Vermeidung
Bodenverdichtungen	Nicht bei zu nassem Boden bearbeitenKeine zu schweren Maschinen verwendenDrainageTief wurzelnde ZwischenfrüchteTiefenlockerung
Verschlämmung	Organische Masse an der Oberfläche belassenBodenstruktur und Aggregatstabilität fördernRegenwürmer schonenAngepasste Bewässerung
Lichteinfall auf den Boden	Bestandesschluss fördernKonkurrenz fördern: z. B.: mulchen, Sortenwahl, Anpassung der BestandesdichteNährstoffmanagementAngepasste BewässerungAufgang der Beikräuter abwarten, dann Aussaat und wenn möglich blind striegeln
Bodenbearbeitung	FruchtfolgeBodenruheVermeidung der wiederholten Bearbeitung zur selben Jahreszeit

Wie schon im Kapitel „Pflanzenschutz“ angemerkt, ist auch das Beikrautmanagement in der ÖL nur durch einen präventiven Systemansatz, der die ökologischen Interaktionen gezielt zum Nutzen der Kulturpflanzen zu lenken sucht, zu bewältigen. Der Einfluss des Bodenzustandes ist nicht zu unterschätzen. Es ist anzunehmen, dass technologische Entwicklungen für das gezielte selektive mechanische Management noch wichtige Beiträge zu einem verbesserten Beikrautmanagement in der Zukunft werden leisten können.

Beikräuter sind Kulturfolger und haben sich als Frühjahrs- oder Herbstkeimer und zum Teil sogar in Samengröße und Reifedatum an die Lebenszyklen der Hauptkulturen angepasst. Dies hilft bei der Verbreitung (z. B. durch verunreinigtes Saatgut) und oft resultiert ein besseres Wachstum aus kulturspezifischen Maßnahmen.

Vermeidung

Die Verhinderung der Vermehrung und des Eintrags von Unkrautsamen ist der allererste Schritt beim Beikrautmanagement. Die Vermehrung von Unkrautsamen muss durch Fruchtfolge, Bodenbearbeitung, Schnittmaßnahmen und Konkurrenzmanagement erzielt werden. Die wichtigsten Quellen für den Eintrag neuer Unkrautarten, die vorher nicht im Feld zu finden waren, sind verunreinigtes Saatgut und nicht sachgerecht aufbereitete organische Dünger, wie z. B. Mist oder Komposte, die nicht zuverlässig durch eine Hitzephase gegangen sind. Auch Bodenbewegungen an Maschinen und vor allem Mähdrescher spielen eine wichtige Rolle, wenn sich z. B. noch mit Windhalm oder Ackerfuchsschwanz verseuchtes Getreidestroh vom zuvor gedroschenen Getreideschlag in der Maschine befindet. In geringerem Umfang werden Samen auch durch den Wind oder Wildtiere, v. a. Vögel, verbreitet.

Fruchtfolge

Die vielfältigen Funktionen der Fruchtfolge sind im Kapitel 1.2.1 beschrieben. Hier wird nur auf die spezifisch für Beikräuter wichtigen Faktoren eingegangen. Diese sind einerseits der Wechsel in der Bodenbearbeitungszeit und -technik und andererseits die Bodenruhe.

Der Wechsel der Bearbeitungszeiten und der Wechsel von Winterung und Sommerung ist ein wichtiges Element der Beikrautkontrolle. Die Nutzung von Zwischenfrüchten dient u. a. auch der Konkurrenz. Auch der Wechsel von Halmfrucht zu Hackfrucht spielt eine wichtige Rolle, da sich die Art der Bodenbearbeitung deutlich unterscheidet. Wird durch die Fruchtfolge das Auskeimen bestimmter Arten über einen gewissen Zeitraum verhindert oder die kleinen Pflanzen durch die kulturspezifische Bearbeitung an der Samenbildung gehindert, nimmt auch das Samenpotenzial über die Zeit ab.

Im Gegensatz zur konventionellen Landwirtschaft spielt die regelmäßige Bodenruhe in der ÖL eine zentrale Rolle für das Beikrautmanagement. Grundsätzlich haben Betriebe, die wenigstens 18 Monate (besser 2 Jahre) Kleegras in der Fruchtfolge haben, das gemäht und möglichst abgefahren wird, deutlich weniger Probleme sowohl mit ausdauernden Unkräutern wie Ampfer und Distel, als auch mit vielen Samenbank bildenden Arten wie Gänsefuß, Hirtentäschel, Hellerkraut etc. Viele Samenunkräuter keimen zusammen mit dem Kleegras. Ein gezielter sogenannter Schröpfschnitt rechtzeitig vor der Samenreife kann diese Pflanzen zerstören und trägt damit zur Reduktion der Samenbank bei. Das Kleegras selbst unterdrückt das weitere Wachstum und die Samenbank dient auch als Nahrung für viele Bodentiere, die durch die Bodenruhe gefördert werden. Der Erfolg des Kleegrases zur Beikrautunterdrückung hängt stark von einer guten und dichten Etablierung ab (Abb.1.21). Lückenhafte Bestände können gegensätzliche Auswirkungen haben.

Abb. 1.21 Die Ackerkratzdisteln können durch regelmäßiges Mähen des Kleegrases geschwächt werden (Foto: M.R. Finckh)

Regelmäßiges Schneiden und Abfahren des Kleegrases kann, wenn der Zeitpunkt gut gewählt ist, auch Ampfer und Disteln und andere Dauerunkräuter unterdrücken helfen. Dazu tragen mehrere Faktoren bei:

 Die gespeicherten Nährstoffe in den Wurzeln werden zu Beginn des Wachstums über mehrere Wochen reduziert, bevor größere Pflanzen diese wieder einlagern. Durch einen regelmäßig Schnitt können die Wurzeln gezielt geschwächt werden, was verstärkt durch die starke Konkurrenz des Kleegrases zum Absterben der Beikräuter führen kann. Dies wirkt gut gegen Disteln und schwächere Ampferpflanzen, stärkere Ampferpflanzen (Abb.1.22) müssen aber von Hand ausgestochen werden.

 Die Samenbildung wird meist durch den Schnitt verhindert und damit der Aufbau einer Samenbank vermieden. Dies muss allerdings gezielt und konsequent verhindert werden. Grenzen sind dem vor allem bei Ampfer gesetzt, da Ampfersamen bis zu 70 Jahren im Boden überleben können.

Abb. 1.22 Die Pfahlwurzel des Ampfers muss ausge-stochen werden. Mähen alleine reicht hier nicht (Foto: M.R. Finckh)