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DAUERFELDVERSUCHE ALS FORSCHUNGSBASIS FUR DIE FRUCHTBARKEIT SANDIGER BODEN
FRANK ELLMER, THOMAS GABERT & MICHAEL BAUMECKER (Humboldt-Universitat zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gartnerische Fakultat)
Die Dauerfeldversuche der Humboldt-Universitat zu Berlin wurden zwischen 1923 und 1969 angelegt und sind heute eine wichtige Forschungsbasis zur Fruchtbarkeit von Sandboden, mit der vielfaltige ackerbauliche Fragestellungen bearbeitet werden konnen. Aus den einzelnen Ergebnissen konnen folgende Schlussfolgerungen abgeleitet werden: hohe Getreideanteile in den Fruchtfolgen wirken sich nicht negativ auf die Bodenfruchtbarkeit aus und stabilisieren den Humushaushalt von Sandboden; die Bodenbearbeitung sollte auf Sandboden flach erfolgen. Dies fuhrt zur Humusanreicherung in der Ackerkrume und zu einer besseren Bodenstruktur bis in den Unterboden; voraussetzung fur ausreichende Humus- und Nahrstoffvorrate ist auf Sandboden die kombinierte organisch-mineralische Dungung. Defizite an organischer Substanz oder einzelnen Nahrstoffen bewirken starke Ertragsminderungen im Pflanzenbau; fortgesetzte Beregnung erhoht tendenziell den Humusgehalt und den pH-Wert des Bodens; der Klimawandel beeinflusst die Entwicklung des Humusgehaltes und kann zur Verminderung der Bodenfruchtbarkeit fuhren. Dauerfeldversuche sind im Gesamtkonzept einer zukunftsorientierten ackerbaulichen Forschung unverzichtbar und mussen erhalten sowie intensiv wissenschaftlich genutzt werden.
Schlussel worte: dauerfeldversuche, organische Bodensubstanz, Bodenstruktur, Nahrstof-fhaushalt, Beregnung.
ДЛИТЕЛЬНЫЕ ПОЛЕВЫЕ ОПЫТЫ КАК ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ БАЗИС ПЛОДОРОДИЯ ПЕСЧАНЫХ ПОЧВ
ФРАНК ЭЛЛЬМЕР (Университет имени Гумбольда, Германия)
В серии длительных (41-88 лет) полевых опытах Берлинского университета имени Гумбольта (Германия) исследовано влияние ведущих земледельческих факторов (обработки почвы, удобрений, известкования и орошения) и их сочетаний на плодородие песчаных почв, преобладающих в северо-восточной части Германии. Современными методами определены содержание агрофизических, физико-химических и агрохимических параметров почвы и оценены ряды многолетней динамики. Сделано заключение об исключительной важности длительных полевых опытов для исследований по проблемам земледелия, позволивших установить положительное влияние мелкой обработки почвы, комбинированной системы удобрения и орошения на показатели плодородия песчаных почв.
Ключевые слова: длительные полевые опыты, органическое вещество почвы, сложение почвы, пищевой режим, орошение.
Einleitung
Die FruchtЬarkeit der heute ackerbaulich genutzten Boden ist die Grundlage fur ihre effiziente Nutzung zur Erzeugung von Nahrungsmitteln fur die Humanernahrung, von Futter fur Nutztiere, von pflanzlichen Rohstoffen sowie in zunehmendem MaBe auch fur die Gewinnung von regenerativer Energie. Wir verstehen darunter den Anteil des Bodens am Ertrag von Nutzpflanzen, der sich auf die physiologische, phytosanitare und technologische Funktion von Boden grundet und durch ihre physikalischen, chemischen und biologischen ZustandsgroBen determiniert wird (аЬЬ. 1).
Abbildung 1. Bodenfruchtbarkeit als Funktion bodenphysikalischer, bodenchemischer und bodenbiologischer ZustandsgroUen
Der FruchtЬarkeitszustand von AckerЬбden wird einerseits durch ihre geologische Herkunft und Beschaffenheit gepragt, andererseits aЬer auch in hohem MaBe durch die ackerbaulichen Eingriffe selЬst Ьestimmt. Fruchtfolge, BodenЬearЬeitung, Dungung, Be-und Entwasserung sowie MaBnahmen des Pflanzenschutzes konnen dynamische Prozesse auslosen, welchen den FruchtЬarkeitszustand in mehr oder minder weiten Bereichen beeinflussen. Diese Entwicklungen vollziehen sich allmahlich und uber langere Zeitraume, so dass sich Richtung und ErgeЬnisse erst nach Jahren, manchmal erst nach Jahrzehnten erkennen und sicher beurteilen lassen. Aus diesem Grund sind in der ackerbaulichen Forschung пєЬєп kurzfristigen Experimenten zur Weiterentwicklung der Agrotechnik auch Feldversuche erforderlich, die uber langere Zeitraume unverandert durchgefuhrt werden, um uber die Zeit die Entwicklungen im System Boden beobachten und quantifizieren zu konnen (Southwood 1994; Kopke et al. 2o06).
In Deutschland werden 11,9 Mio ha Ackerland bewirtschaftet. Darunter sind etwa ein Drittel sandige Boden, die von Natur aus wenig fruchtbar sind. Sie zeichnen sich durch hohe Gehalte von Sand und zum Teil Schluff, demgegenuber aber niedrige Anteile von
Ton aus. Der Gehalt an organischer Bodensubstanz liegt vielfach nicht hoher als 1 %. Dies bedingt geringe Wasser- und Nahrstoffspeicherfahigkeit, Neigung zu Bodenverdichtung sowie zu rascher Bodenversauerung. Damit konnen auch Bodenerosion durch Wasser und Wind sowie Umweltbelastungen infolge von Nahrstoffauswaschung und gasformigen Emissionen, z.B. in Form von N2O verbunden sein.
Die Humboldt-Universitat zu Berlin befindet sich im nordostdeutschen Tiefland, welches uberwiegend durch sandige Boden gepragt wird. Durch die wissenschaftliche Tatigkeit unserer Vorfahren verfugen wir heute uber sieben Dauerfeldversuche, die zwischen 1923 und 1969 begrundet wurden und somit 43 bis 90 Jahre ackerbaulicher Tatigkeit uberspannen. In ihnen werden verschiedene agronomische Faktoren entweder einzeln oder in Kombination mit anderen hinsichtlich ihres Einflusses auf Boden und Pflanzen untersucht. Dazu gehoren Fruchtfolgen, Bodenbearbeitung, organische und mineralische Dungung sowie die Zusatzbewasserung.
Dauerfeldversuche der Humboldt-Universitat zu Berlin
Die Dauerfeldversuche der Humboldt-Universitat zu Berlin befinden sich im sudwestlichen Stadtgebiet von Berlin sowie im sudlichen Berliner Umland. Im Folgenden werden ausgewahlte Ergebnisse dargestellt.
Statischer Versuch Bodennutzung Berlin-Dahlem (1923)
In Berlin-Dahlem wurde im Jahr 1923 auf einem schluffigen Sandboden von Kurt Opitz (1877-1958) ein Feldversuch angelegt, mit dem die Wirkung von Phosphor- und Kalkdungung bei verschieden tiefer Bodenbearbeitung uberpruft werden sollte. Im Jahr 2012 wird somit die 90. Ernte eingebracht. Uber die lange Laufzeit dieses Experimentes haben sich starke Differenzierungen des Bodenzustandes ergeben. Von besonderem Interesse ist dabei der Faktor Bodenbearbeitung. Kurt Opitz hat 1923 zwei verschiedene Tiefen der Bearbeitung mit dem Pflug eingerichtet: 17 cm (flach) und 28 cm (tief). Diese wurden in der gesamten Versuchszeit nicht verandert, so dass sich stabile Gleichgewichte bei bodenphysikalischen und bodenchemischen Eigenschaften in der Ackerkrume eingestellt haben (tabl. 1).
T a b e l l e 1
Bodenchemische und bodenphysikalische Parameter bei verschieden tiefer Bodenbearbeitung (Oberkrume, Q—15 cm)*
Tiefe der Bodenbearbeitung Corg (mg 1GG g-1) Pdl (mg 1GG g-1) pH TRD2) (g cm-3)
Flach (17 cm) 9G2 11,9 6,G 1,68
Tief (28 cm) 672 1G,4 6,G 1,76
* Corg, PDL, KDL: Mittel 2GG9-2G11; 2 Trockenrohdichte 2GG6.
Die unterschiedlich tiefe Pflugbearbeitung hat auch das Bodengefuge bis in den Unterboden verandert. Das kann man am Durchdringungswiderstand feststellen, der mit einer elektronisch registrierenden Sonde in der Bodentiefe bis 80 cm gemessen wird.
Bei dauerhaft flachem Pflugen ist der Strukturaufbau weniger durch Verdichtungszonen gestort als in der Variante mit tiefem Pflugen. Aus diesen Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass flache Bodenbearbeitung auf Dauer die Fruchtbarkeit des Sandbodens verbessert.
Statischer Nahrstoffmangelversuch Thyrow (1938)
Die Dauerversuche am Standort Thyrow wurden ab 1937 vom Kurt Opitz und seinen Nachfolgern angelegt und haben damit eine Laufzeit von bis zu 75 Jahren. Der Boden ist schwach schluffiger Sand mit folgenden mittleren Eigenschaften: Tongehalt 3% organischer
Kohlenstoffgehalt 0,6%, nutzbare Feldkapazitat 11,3 mm dm-1.
Der alteste Versuch ist der Statische Nahrstoffmangelversuch, den Kurt Opitz im Jahr 1937 begrundete. Es ist ein einfaktorieller Dungungsversuch, mit dem die Wirkung verschiedener organischer und mineralischer Dungung auf Boden und Pflanzen untersucht wird. Er ist inhaltlich an die klassischen Versuche in Rothamstaed (UK, 1843), Halle/Saale (D, 1871) und Moskau (RUS, 1912) angelehnt. Die acht Prufglieder beinhalten eine ungedungte Kontrolle, Stallmistdungung, Stallmist- und Mineraldun-gung sowie verschiedene Mangelvarianten. Der aktuelle bodenchemische Zustand weist groBe Differenzen in allen Parametern auf (tabl. 2).
T a b e l l e 2
Bodenchemischer Zustand nach langjahrig differenzierter Dungung eines schwach schluffigen Sandbodens (Statischer Nahrstoffmangelversuch Thyrow)*
Prufglieder Corg (mg 100 g-1) Pdl (mg 100 g-1) Kdl (mg 100 g-1) pHCaCl
Kontrolle 366 5,2 3,0 4,4
Stallmist 557 8,2 7,1 4,7
Stallmist, NPK, Kalk 660 14,3 14,9 5,9
NPK, Kalk 411 8,7 11,3 5,9
NPK 438 8,1 8,1 4,3
NP-, Kalk 374 8,7 3,1 5,7
N-K, Kalk 391 3,9 11,8 6,3
-PK, Kalk 348 12,1 15,5 6,3
* Corg: 2001-2006; PDL, KDL pH: 2001-2010.
Die Ertrage der Fruchtarten in der Fruchtfolge Kartoffeln-Sommergerste-Silomais-Sommergerste werden durch den Bodenzustand stark beeinflusst und variieren um bis zu 125% (аbb. 3).
In diesem Versuch liegen auBerdem seit 1965 kontinuierliche Untersuchungen des Gehalts an organischem Kohlenstoff vor. Damit kann die Entwicklung dieses fur Fruchtbarkeit des Sandbodens essentiellen Parameters verfolgt werden (аbb. 4).
0 1 2 3 4 5
Durchdringungswiderstand (MPa)
Abbildung 2. Durchdringungswiderstand des Bodens nach langjahrig flacher und tiefer Pflugfurche
Abbildung 3. Relativertrage von Kartoffeln, Silomais und Sommergerste im Statischen Nahrstoffmangelversuch Thyrow (Mittel 1991-2010; n. Baumecker et al. 2002, erganzt durch Gabert et al. 2011). Ertrage in der Variante NPK+Kalk (100%): Kartoffeln 276,5 dt ha-1 FM, Silomais 77,7 dt ha-1
TM, Sommergerste 22,9 dt ha-1 bei 86% TS
800
1965 1970 197? 1980 19S5 1990 1995 2000 2005
Jalue
Abbildung 4. Entwicklung des C-Gehaltes im Statischen Nahrstoffmangelversuch Thyrow
(1965-2006)
Die Ergebnisse zeigen eine dynamische Entwicklung mit fallender Tendenz. Untersuchungen zum Einfluss der Luft- und Bodentemperaturen haben gezeigt, dass es einen engen Zusammenhang zwischen der Anzahl von Tagen mit einer Lufttemperatur >6°C und dem Kohlenstoffgehalt des Bodens gibt (Ellmer et al. 2000; Baumecker et al. 2002).
Aus den Ergebnissen des Statischen Nahrstoffmangelversuches ist abzuleiten, dass zum nachhaltigen Erhalt der Bodenfruchtbarkeit des Sandbodens die Kombination von organischer und mineralischer Dungung erforderlich ist. Die Veranderung der klimatischen Bedingungen mit steigenden Temperaturen beeinflusst den Humushaushalt des Bodens und kann zur Beeintrachtigung der Bodenfruchtbarkeit fuhren.
Statischer Fruchtfolge- undDungungsversuch Thyrow (1973)
Zu Aspekten der Fruchtfolge gibt es am Standort Thyrow den Statischen Fruchtfolge-und Dungungsversuch, der 1973 von Erwin Schnieder angelegt worden ist. In ihm wird untersucht, wie sich Fruchtfolgen mit 50%, 75 % und 100% Getreideanteil in Kombination mit verschiedenen Dungungsstrategien auf Boden und Pflanzen auswirken. Die Ergebnisse dieses Experimentes zeigen, dass zunehmende Getreideanteile den bodenchemischen Zustand nicht beeintrachtigen, sondern eine Stabilisierung des Gehalts anorganischer Bodensubstanz bewirken (abb. 4).
Abbildung 4. Entwicklung des Corg-GehaIts im Statischen Fruchtfolge- und Dйngungs-
versuch Thyrow (1973-2011)
Der Anbau von Hackfruchten wie Kartoffeln und Mais fuhrt auf dem Sandboden zu starkerem Humusabbau. Demgegenuber bewirkt ausschlieBlicher Getreideanbau infolge des Hinterlassens groBerer Mengen an Ernte- und Wurzelruckstanden sowie geringerer Mineralisierung einen gleichbleibenden Humusspiegel. Dies zeigt, dass fruhere Auffassungen zur Wirkung des Getreidebaus auf die Bodenfruchtbarkeit relativiert werden mussen. Mit den heute erreichten hohen Ertragen von durchschnittlich mehr als 5 t ha-1 sind auch auf Sandboden groBere Ruckstandsmengen verbunden, so dass das Getreide hinsichtlich der Humusreproduktion neu bewertet werden muss.
Die Sandboden sind aufgrund ihrer geringen Wasserspeicherfahigkeit auch pradestinierte Standorte fur die Zusatzbewasserung. In Nordostdeutschland kommt hinzu, dass die Niederschlage mit durchschnittlich 500 bis 550 mm pro Jahr vergleichsweise gering und zudem regelmaBig ungleich im Jahr verteilt sind. Dabei wirken sich Trockenphasen zwischen April und Juni besonders negativ auf die Ertragsbildung aus. In Thyrow steht in diesem Zusammenhang seit i969 der Statische Beregnungs- und Dungungsversuch zur Verfugung. In der Fruchtfolge Knaulgras-Kartoffeln-Winterweizen-Winterraps-Winterroggen wird die Wirkung von Zusatzbewasserung in Kombination mit verschiedener organisch-mineralischer Dungung auf Boden und Pflanzen gepruft. Die Ergebnisse zeigen, dass langjahrige Beregnung die Bodenfruchtbarkeit tendenziell verbessert (tabl. 3).
T a b e l l e 3
Bodenparameter nach langjahrig verschiedener Wasserversorgung und Dungung eines schwach schluffigen Sandbodens (Statischer Beregnungs- und Dungungsversuch Thyrow*
Prnfglieder Corg (mg 100 g-1) Pdl (mg 100 g-1) Kdl (mg 100 g-1) pHCaCl
Unberegnet, 0 kg ha-1 N 521
Unberegnet, 120 kg ha-1 N 627 8,8 7,6 5,8
Beregnet, 0 kg ha-1 N 565 10,7
Beregnet, 120 kg ha-1 N 659 7,4 6,3
* Corg: 2006; PdL, KdL, pH: 2009.
Langjahrige Beregnung fuhrt auf dem Sandboden zu einer tendenziellen Zunahme des Gehalts an organischem Kohlenstoff. Ursache dafur sind die groBeren Mengen an Ernte-und Wurzelruckstanden, die mit den hoheren Ertragen vor allem bei Knaulgras und Getreide verbunden sind. Mit dem aus einer Tiefe von 12 m geforderten Beregnungswasser gelangt zusatzlich Kalk in den Boden, so dass der pH-Wert um 0,5 Einheiten erhoht wurde.
Zusammenfassung
Die Dauerfeldversuche der Humboldt-Universitat zu Berlin wurden zwischen 1923 und i969 angelegt und sind heute eine wichtige Forschungsbasis zur Fruchtbarkeit von Sandboden, mit der vielfaltige ackerbauliche Fragestellungen bearbeitet werden konnen. Aus den einzelnen Ergebnissen konnen folgende Schlussfolgerungen abgeleitet werden:
• Hohe Getreideanteile in den Fruchtfolgen wirken sich nicht negativ auf die Bodenfruchtbarkeit aus und stabilisieren den Humushaushalt von Sandboden.
• Die Bodenbearbeitung sollte auf Sandboden flach erfolgen. Dies fuhrt zur Humusanreicherung in der Ackerkrume und zu einer besseren Bodenstruktur bis in den Unterboden.
• Voraussetzung fur ausreichende Humus- und Nahrstoffvorrate ist auf Sandboden die kombinierte organisch-mineralische Dungung. Defizite an organischer Substanz oder einzelnen Nahrstoffen bewirken starke Ertragsminderungen im Pflanzenbau.
• Fortgesetzte Beregnung erhoht tendenziell den Humusgehalt und den pH-Wert des
Bodens.
• Der Klimawandel beeinflusst die Entwicklung des Humusgehaltes und kann zur Verminderung der Bodenfruchtbarkeit fuhren.
Dauerfeldversuche sind im Gesamtkonzept einer zukunftsorientierten ackerbaulichen Forschung unverzichtbar und mussen erhalten sowie intensiv wissenschaftlich genutzt werden.
Literatur
1. BaumeckerM., EllmerF., ChmielewskiF.-M. Langfristige Entwicklung der Humusgehalte eines Sandbodens unter dem Einfluss von Dungung und Klima. Arch. Acker- Pfl. Boden., 2002. 48. 533-542.
2. Ellmer F., Peschke H., Kohn W., Chmielewski F.-M., BaumeckerM. Tillage and fertlizing effects on sandy soils. Review and selected results of long-term experiments at Humboldt-University Berlin. J. Plant Nutr. Soil Sci., 2000. 163. 267-272.
3. Ellmer F. Dauerfeldversuche in Deutschland - Ubersicht und Forschungspotentiale. In: Boden im Klimawandel - Was tun? UBA Texte, 2008. 25/08. 225-234.
4. Unter: http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3495.pdf (06.08.2008).
5. G^ert Th., Baumecker М., Ellmer F. Der Statische Nahrstoffmangelversuch Thyrow. Sommertagung der AG Agrar- und Produktionsokologie in der Gesellschaft fur Pflanzenbauwissenschaften e.V. 23./24.06.2011. Humboldt-Universitat zu Berlin, 2011.
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7. Kopke U., Dahn Ch., Trnfer F., Zaller J.G. Soil fertility in a long-term field experiment with organic and biodynamic farmyard manure amendment. In: Long-term Field Experiments in Organic Farming. Verl. Dr. Koster Berlin, 2006. 33-40.
8. Southwood T.R.E. The importance of Long-term Experimentation. In: Long-term Experiments in Agricultural and Ecological Sciences, 1994. CAB International Wallingford/UK. 3-8.
LONG-TERM FIELD EXPERIMENTS AS A RESEARCH BASIS OF SANDY SOIL FERTILITY
SUMMARY
In series of long-term (41 - 88years) field experiments in Berlin Humboldt University leading agricultural factors influence (tillage, fertilizers, liming and irrigation) and their combinations on sandy soils fertility, predominating in the north-east part of Germany, are investigated. Agrophysical, physical-chemical and agrochemical soil parameters have been determined by means of the most up-to-date methods, dynamics being evaluated as well. The inference has been made that long-term field experiments are of great importance for research into farming problems, proving that little tillage has a positive influence on soil, as well as combined fertilizing and irrigation system on sandy soils fertility factors.
Key words: Long-term field experiments, soil organic matter, soil structure, fertilization rate, irrigation.
Информация об авторе
Франк Элльмер — декан факультета сельского хозяйства и садоводства Берлинского университета имени Гумбольда (Германия); e-mail: [email protected]; frank. [email protected]
Information on the author
Frank Ellmer - Dean of agriculture and horticulture faculty, university of Berlin named after Humboldt (Germany); e-mail: [email protected]; [email protected]
