Erosionsbedingte Veränderungen in den Bodeneigenschaften: Auf erodierten Flächen sollte sich die Wahl der Stickstoffdüngerform nach dem Bodentyp richten

Eine neue Studie des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) im Fachjournal Heliyon zeigt, dass die durch Erosion verursachte Einmischung von weniger fruchtbaren Unterboden in den Oberboden allein nur einen geringen Einfluss auf die Effizienz von Stickstoffdünger hat. Viel entscheidender ist es, den Bodentyp zu kennen, um den Einsatz der Düngerform optimal zu gestalten.

Erosion, also die Abtragung und Verlagerung von Oberboden durch Wind und Wasser, führt jährlich zu einem Verlust von 35,9 Milliarden Tonnen Bodenmaterial. Dies mindert nicht nur die Bodenfruchtbarkeit, sondern auch die Ernteerträge. Forschende des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) wollten in einer Studie herausfinden, welchen Einfluss die erosionsbedingte Vermengung von Ober- und Unterboden sowie der Erosionsgrad des Bodens als solcher auf die Dynamik, Effizienz und die Speicherung verschiedener Stickstoffdüngerformen hat.

Untersuchung der Stickstoffdüngerformen und Bodentypen

Der Oberboden ist reich an Nährstoffen und organischem Material. Hier findet das Hauptwachstum der Pflanzenwurzeln statt. Darunter befinden sich unterschiedliche, weniger fruchtbare Unterbodenschichten, die sich hinsichtlich ihrer chemischen Eigenschaften und ihrer Durchwurzelbarkeit voneinander unterscheiden.

In einem Gefäßversuch wurden drei unterschiedlich stark erodierte Bodentypen untersucht:

Nicht erodierte Parabraunerde kommt häufig in gemäßigten Klimazonen vor und ist durch Tonverlagerung in tiefere Bodenschichten gekennzeichnet; er weist ein vollständiges, tief durchwurzelbares, Bodenprofil auf
Erodierte Parabraunerde; die Anzahl und die Tiefe gut durchwurzelbarer Unterbodenschichten sind vermindert
Extrem erodierte Pararendzina; stark reduziertes Bodenprofil, dadurch ist der Oberboden von dem kalkreichen, kaum durchwurzelbaren Ausgangssubstrat der Bodenbildung (Geschiebemergel) geprägt, dass direkt an den Oberboden angrenzt

Jeder dieser Böden wurde entweder mit mineralischem (Kalkammonsalpeter) oder organischem (Biogasgärreste) Stickstoffdünger, behandelt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mischten 20 % des jeweiligen Unterbodens in den Oberboden ein, um die Folgen eines aktuellen Oberbodenabtrags zu simulieren und beobachteten, wie sich dies auf die Dynamik und Verwertung von Düngerstickstoff auswirkt.

Die Untersuchung ergab, dass der Gärreststickstoff stärker als Kalkammonsalpeter im Boden gespeichert wurde. Zugleich fiel die Effizienz der Düngerverwertung durch die Pflanzen bei den Gärresten geringer als beim Kalkammonsalpeter aus. Sowohl bei der Speicherung im Boden als auch bei der Verwertung durch die Pflanzen war die Wirkung des Bodentyps stärker als die der Einmischung von Unterboden ausgeprägt. Zudem zeigte sich, dass die erodierten Böden eine höhere Kapazität zur Stickstoffspeicherung hatten, was auf deren höheren Tongehalt im Unterboden zurückzuführen ist.

Bedeutung der Düngung für den Stickstoffkreislauf

Stickstoff ist einer der wichtigsten Pflanzennährstoffe, der zur Gewährleistung einer hohen und stabilen Produktion von Nahrungs- und Futtermitteln in Form von speziellen Stickstoffdüngemitteln ständig nachgeliefert werden muss. Zu hohe Düngergaben vergrößern jedoch die Umweltbelastungen durch den verstärkten Austrag von Nitrat in das Grundwasser und von Ammoniak und dem Treibhausgas Lachgas in die Atmosphäre. Ursache ist die durch die Stickstoffdüngung verursachte Beschleunigung der von einer Vielzahl von Mikroorganismen im Boden bewirkten Umsetzungsprozesse.

„Unsere Studie zeigt, dass die Stickstoffdüngerform und der von der Erosion veränderte Bodentyp bestimmend dafür sind, wie sich der Stickstoff im Boden verhält, wie er von Pflanzen aufgenommen wird oder ob er durch Auswaschung ins Grundwasser oder durch Entweichen in die Luft verloren geht“, erklärt Isabel Zentgraf, die Hauptautorin der Studie. „Im Gegensatz dazu hatte die durch Erosion verursachte Einmischung von Unterboden eine überraschend geringe Wirkung auf den Stickstoffkreislauf.“

Bedeutung für die Landwirtschaft

Die Erkenntnisse sind besonders relevant für die Entwicklung nachhaltiger Düngestrategien. Vor allem durch die Auswahl der richtigen Stickstoffdüngerform und die Berücksichtigung des Bodentyps können Landwirtinnen und Landwirte die Effizienz der Düngung verbessern, während die erosionsbedingte Einmischung von Unterboden in den Oberboden diesbezüglich von geringerer Bedeutung zu sein scheint. „Weitere Forschung ist jedoch notwendig, um auf Grundlage dieser Erkenntnisse langfristig funktionierende Strategien zur Stickstoffdüngung auf erodierten Standorten entwickeln zu können“, ergänzt Zentgraf.

Projektpartner:

• Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF)

• Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

Förderhinweis:

Diese Studie wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft BMEL (FNR Grant: 22404117) im Rahmen des Forschungsprojekts „Krumensenke“ unterstützt.

Weitere Informationen:

Zur Publikation: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e34822

Hinweis zum Text:

Dies ist eine mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz erstellte Zusammenfassung des Originaltextes: Zentgraf, I., Hoffmann, M., Augustin, J., Buchen-Tschiskale, C., Hoferer, S., Holz, M. (2024) Effect of mineral and organic fertilizer on N dynamics upon erosion-induced topsoil dilution. Heliyon 10, 15, e34822. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e34822, veröffentlicht Open Access unter der Lizenz CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Der Text wurde unter den Gesichtspunkten der KI-Regelungen am ZALF sorgfältig überprüft und überarbeitet.