Wege zum gesunden Boden
von Joel Williams
Das Thema Boden wird in letzter Zeit heiß diskutiert. So sehr, dass wir uns fast schon wieder mitten in einer Zurück-zur-Bodengesundheits-Bewegung befinden. Landwirte auf der ganzen Welt beschäftigen sich wieder mit der Bedeutung und dem Potenzial ihres wertvollsten Gutes.
Aber so wertvoll der Boden ist, so verletzlich ist er auch. Und einige der Statistiken zur weltweiten Bodenerosion und -degradierung sind gelinde gesagt alarmierend. Bodengesundheit kristallisiert sich als ein Teil der Ausgleichsmaßnahmen heraus. Bei dem Versuch, den Boden zu verstehen, zu definieren und dadurch zu schützen, gibt es viele Methoden, um unser Verständnis für diese hochkomplexe Welt unter unseren Füßen zu fördern – von der hochauflösenden Messtechnik, die den Boden vom Weltall aus abtastet, bis hin zur Untersuchung des Bodens mit einem einfachen Spaten und den menschlichen Sinnen.
Bodengesundheit: Ein Treffen in der Mitte
Auf meinen Reisen stelle ich immer wieder fest, dass die Themen Boden und Bodengesundheit die Landwirte näher zusammenbringen und sie eine gemeinsame Basis finden – vielleicht mehr als manch andere Themen in den vergangenen Jahrzehnten das geschafft haben. Es scheint sich ein Mittelweg herauszukristallisieren zwischen den Modellen „konventionell” und „bio”. Diese Bewirtschaftungssysteme überlappen sich und verschwimmen ineinander – aber sie entwickeln sich auch hin zu einer Vielzahl von hybriden Bewirtschaftungssystemen oder wie auch immer diese dann heißen. Systeme, die flexibel, anpassbar und dynamisch, aber trotzdem für eine breite Spanne von Bodenarten, Klimabedingungen oder Umweltgegebenheiten geeignet sind. Sie orientieren sich an den natürlichen Grundlagen und arbeiten nicht mit einer Einheitslösung oder einer „Landwirtschaft nach Rezept“, wo das Bewirtschaftungskonzept immer das gleiche ist, ohne Rücksicht auf örtliche oder landschaftliche Gegebenheiten. Agrarökologie, ganzheitliches Management, ökologischer Landbau oder regenerative Landwirtschaft – all diese Konzepte enthalten auf ihre eigene Weise einen ganz erheblichen Fokus auf den Boden – werden immer mehr zum allgemeinen Trend und zum Schmelztiegel für Ideen, Innovationen und praktische Anwendung auf dem Feld.
Zur Person: Joel Williams
Ich freue mich, dass ich einige Beiträge für die terraHORSCH schreiben werde. Ich bin ein unabhängiger Pflanzen- und Bodengesundheitsberater mit einem besonderen Fokus auf Bodenbiologie, Pflanzenernährung und ganzheitliche Ansätze bei der Nahrungsmittelproduktion. Der größte Teil meiner Tätigkeit besteht aus Beratung und ich konnte bereits in vielen Teilen der Welt Vorträge vor einem landwirtschaftlichen Fachpublikum halten. Ich arbeite hauptsächlich in Europa, Australien und Kanada (wo ich derzeit lebe). Ursprünglich komme ich aus Australien. Dort studierte ich Agrarwissenschaften und arbeitete als Berater für Bodenchemie- und Pflanzenernährungsprogramme sowie für die Nutzung von Biodüngern. Nach meinem Umzug nach Großbritannien und meiner Tätigkeit in ganz Europa begann ich, mich intensiver mit der Bodenbiologie, den Prinzipien von Kompostierungs- und Anbausystemen, wie zum Beispiel bodenschonender Landwirtschaft und Agrarökologie, zu beschäftigen. Heute versuche ich, all diese Konzepte in einem gemeinsamen Ansatz miteinander zu verbinden, der sich auf die verschiedenen Aspekte der Bodengesundheit, Pflanzengesundheit und ökologisch ganzheitlichen Produktion konzentriert.
Planung mit Vielfalt
Eine weitere Gemeinsamkeit dieser Hybrid-Systeme ist die Neugestaltung, um eine multifunktionale Ausrichtung zu erreichen, über die reine Nahrungsmittelproduktion hinaus. Anbauverfahren können ja tatsächlich verschiedene Ergebnisse haben. Nahrungsmittelproduktion und Unterstützung des Ökosystems müssen sich dabei nicht ausschließen. Beide Varianten müssen für diese Ergebnisse ausgelegt werden und das bedeutet, dass mit Vielfalt geplant werden muss. Die Diskussion darf sich nicht daran aufhängen, welche Produktionsausrichtung besser oder schlechter ist, sondern ganz einfach anerkennen, dass alle verbessert werden können, indem man mehr Vielfalt einplant. In Abb. 1 ist dieses Konzept veranschaulicht – es ist nicht wirklich wichtig, wo die Produktionsmethode steht oder wie sie irgendwo im Bereich am Boden des Dreiecks (von konventionell zu biologisch) definiert ist – der Schlüssel ist, wie gut ein Produktionsverfahren mehr Vielfalt integrieren kann (Spitze des Dreiecks). Das könnte den Anbau von Zwischenfrüchten und Mischkulturen beinhalten oder die Umwandlung von Feldrändern bzw. nichtproduktiven Bereichen in Lebensraum für Wildtiere. Im letzten Teil dieses Beitrags werde ich auf einige dieser Konzepte näher eingehen.
Input-Optimierung
Wo fängt man an? Ein entscheidender erster Schritt beim Umstieg in Richtung Bodengesundheit ist es, die Input-Effizienz zu verbessern. Es hat viele Vorteile, die Aufwandmengen und/oder -häufigkeit von Düngern und Pflanzenschutzmitteln herunterzufahren. Die Input-Effizienz zu verbessern, bedeutet gleichzeitig geringere Faktorkosten – ein Zugewinn für die Betriebsrentabilität und ein verringerter Betriebsmitteleinsatz kann also auch positive Auswirkungen auf die Umwelt haben2. Daten aus über 800 Versuchen haben gezeigt, dass im Durchschnitt nur 51 % des Stickstoffdüngers (N), der bei Getreide ausgebracht wurde, von den Pflanzen aufgenommen wurden3. Obwohl Phosphor (P) sich bei weitem nicht so schnell verflüchtigt wie N, ist es dennoch sehr reaktionsfreudig – die ausgebrachten Gaben werden schnell an der Bodenoberfläche aufgenommen und in organo-mineralischen und Kation/Anion- Verbindungen gebunden. Es kann vorkommen, dass mehr als 80 % des als Dünger ausgebrachten P bereits kurz nach der Ausbringung4 für die Pflanzenaufnahme nicht mehr zur Verfügung stehen, was zu einer erschreckend geringen Nutzungs-Effizienz von P-Dünger von 10 bis 15 %5 führt.
Es gibt unzählige Strategien, mit denen die Landwirte ihre Input-Effizienz verbessern können. Ich möchte auf vier davon näher eingehen:
- ganzheitliches Nährstoff-Management,
- kohlenstoffbasierte Inputs,
- Saatgutbehandlungen und
- gelöste Stoffe, die über das Blatt ausgebracht werden.
Natürlich sollte jeder Betrieb – ob der Fokus nun auf der Bodengesundheit liegt oder nicht – daran arbeiten, die Nutzungs-Effizienz der Nährstoffe zu verbessern. Daher können diese Strategien universell für fast alle Produktionssysteme umgesetzt werden.
Die erste Strategie, ganzheitliches Nährstoff-Management, zielt darauf ab, viele Methoden und alle möglichen Input-Quellen zu kombinieren, um die Produktion zu steuern. Dies kann beinhalten, die Nutzung von anorganischen Nährstoffen, organischen Zusätzen, Biodüngern, Biostimulanzmitteln, Abfall- und Nebenprodukten, Gründüngern, Zwischenfrüchten und Mischkulturen (besonders mit Gemüse)6 miteinander zu verbinden. Ganzheitliches Nährstoff-Management bedeutet, die Nutzung verschiedener Input-Arten, die Nährstoffmenge und den Ausbringzeitpunkt auf die Anforderungen der Pflanze abzustimmen – oft überwacht und bewertet mit einer Kombination aus Boden- und Blattanalysen – mit dem Ziel, eine Feinabstimmung von Düngermengen und Timing zu erreichen und gleichzeitig Verluste zu reduzieren sowie Input-Effizienzen und den Ertrag zu erhöhen.
Die Nutzung von kohlenstoffbasierten Inputs beinhaltet, eine Kohlenstoffquelle (C) mit allen Inputs – im Allgemeinen Dünger und Pestizide – mit aufzunehmen. Der bekannte Bodenwissenschaftler Rattan Lal vom Carbon Management and Sequestration Center der Ohio State Universität hat oft erklärt, dass die NPK-Revolution eigentlich eine CNPK-Revolution hätte sein müssen, die auch einen ausgeglicheneren Blickwinkel auf die Rolle von C beim Bodenfruchtbarkeitsmanagement beinhaltet hätte. Ein klassisches Beispiel wäre die Nutzung von mineralischen Düngern zusammen mit organischen Düngern. Andere Kohlenstoffquellen, die oft mit den Inputs gemischt werden, sind Melassen, Humin- und Fulvinsäuren, Tangextrakte, Aminosäuren, Fischhydrolysate oder andere Pflanzenextrakte7. Diese Kohlenstoffquellen können mit Flüssigkeiten zum Einspritzen in die Saatrille oder zur Anwendung auf dem Blatt gemischt oder genutzt werden, um Granulatdünger auszubringen. Kohlenstoffquellen können auch mit herkömmlichen synthetischen Nährstoffen gemischt und in granulatförmige, auf Kohlenstoff basierende, gebrauchsfertige Volldünger8,9 eingebracht werden.
Die dritte Möglichkeit, die Saatgutbehandlung, bietet eine besonders wirksame Methode, um Nährstoffe bereitzustellen – sehr kleine Inputmengen direkt am Saatkorn abzulegen, kann die Aufnahmeeffizienz im Vergleich zu Inputs, die einfach in den Boden ausgebracht werden, enorm erhöhen. Es gibt viele Arbeiten, die sich mit dem Thema der mineralischen Nährstoffbehandlung10,11 befassen. Allerdings stelle ich bei den Landwirten einen Trend fest, mehr Biodünger und Biostimulanzmittel zu nutzen, da diese biologisch-basierten Inputs anscheinend die Bodenmikrobiota effektiver unterstützen – was durch einige fantastische Rhizomenhüllen belegt wird, die ich selbst nach solchen Bio-Inputs gesehen habe. Beispiele beinhalten Biodünger wie Kompost- und Wurmkompostextrakte, spezielle mikrobielle Impfstoffe (wie Mykorrihiza oder N-bindende Bakterien) oder eine Mischung aus verschiedenen bekannten mikrobiellen Arten. Die Biostimulanzmöglichkeiten beinhalten oft Materialien wie Melasse, Huminsäuren und Tangextrakte.
Blattanwendungen, die vierte Strategie, gelten im Allgemeinen als effizienter und wirtschaftlicher als Inputs, die in den Boden ausgebracht werden12. Letztere neigen eher zur Auswaschung, Verflüchtigung oder zur Verbindung mit anderen kontraproduktiven Mineralien. Wenn also die Nährstoffe direkt auf das Blatt der Pflanze ausgebracht werden, können diese Wechselbeziehungen und Ungleichgewichte im Boden umgangen werden. Obwohl Blatt-Inputs effektiver sein können, können sie auch ziemlich schwanken. Es gibt einige Einschränkungen und Abwägungen, um eine angemessene und erfolgreiche Aufnahme sicherzustellen. Sehen wir uns einmal einige dieser Faktoren genauer an.
Gezielte Effizienz mit Blattanwendungen
Es gibt viele Variablen, die den Erfolg einer Blattanwendung beeinflussen. Daher muss man auch viele Faktoren berücksichtigen, wenn man sich für die Ausbringung auf die Blätter entscheidet. Das Thema wäre umfangreich genug für einen eigenen Beitrag, aber zum Einstieg möchte ich einige der Schlüsselgedanken dazu zusammenfassen: Nährstoffe werden vom Blatt hauptsächlich auf zwei Wegen aufgenommen: über die Stomata und die Mikroporen in der Kutikula. Wenn man die Details dieser Wege versteht, kann man die Anwendungen gezielter planen. Da die Stomata auf der Blattunterseite und Mikroporen auf beiden Seiten (und besonders an der Basis der Pflanzenhaare) zu finden sind, ist es wichtig, sicherzustellen, dass man beim Spritzen beide Seiten des Blattes trifft – das entspricht letztendlich einer größeren Aufnahmeoberfläche für beide Wege. Die Öffnung von Stomata und Mikroporen vergrößert sich, je feuchter es ist, deshalb sollten Blattanwendungen idealerweise am frühen Morgen oder am späten Abend13 durchgeführt werden (siehe Abbildung 2). Spritzen bei hohen Temperaturen oder während des Tages sollte vermieden werden. Das kann natürlich für große Betriebe schwierig sein – daher sollte die Ausbringung am Morgen und am Abend für die schwächeren Flächen priorisiert werden, damit sie eine optimale Chance bekommen, sich gut zu entwickeln. Was die Zusammensetzung der Spritzbrühe angeht, müssen auch Faktoren wie Nährstofflöslichkeit, Chelation, Nährstoffkonzentration, pH-Wert der Spritzbrühe und Nasshaftmittel beachtet werden:
- Löslichkeit: Für eine optimale Durchdringung des Blatts müssen Inputs wasserlöslich sein.
- Chelation: Immer eine Kohlenstoffquelle dazu kombinieren, um Mineralnährstoffe zu komplexieren. Dies verbessert die Durchdringung und verhindert kontraproduktive Wechselbeziehungen zwischen den Nährstoffen – Melasse, Fulvinsäuren, Aminosäuren und Tang sind sehr gut geeignet.
- Nährstoffkonzentration: Wenn die Konzentration der Spritzbrühe zu verdünnt ist, läuft die Aufnahme über die Blattoberfläche nur langsam ab. Eine elektrische Leitfähigkeit (EC) der Spritzbrühe von 1,5 bis 3 mS/cm ist eine gute Richtlinie und kann ganz einfach mit einem EC-Messgerät gemessen werden.
- pH-Wert der Spritzbrühe: Im Allgemeinen ist ein Wert um die 6 ideal, egal welche Höchst- oder Tiefstwerte es für spezielle Inputs oder Funktionen gibt. Sehr hartes Wasser mit einem hohen pH-Wert sollte vor der Mischung mit Nährstoffen behandelt werden.
- Nasshaftmittel: erhöhen die Anhaftungszeit und Regenbeständigkeit.
Die sorgfältige Auswahl der Spritzmischung und des Anwendungszeitpunkts kann erheblich zur Verbesserung der Reaktion der Pflanze auf Blattanwendungen beitragen. Wenn man die Faktoren versteht, die die Aufnahme und Nutzung von gelösten Stoffen, die auf die Blätter ausgebracht werden, beeinflussen, kann das helfen, den „das Beste hoffen“- oder den „spritzen und beten“-Ansatz hinter sich zu lassen.
Wie geht es weiter?
Input-Effizienzen zu verbessern und dadurch weniger Inputs für das Produktionssystem zu nutzen, ist ein perfekter Ausgangspunkt für eine Umstellung in Richtung Bodengesundheit. Bei diesem Prozess gibt es sowohl wirtschaftliche also auch Umweltvorteile. Wenn Landwirte in diesem ersten Umwandlungsschritt arbeiten, können sie auch einen Prozess zur Input-Substitution integrieren – Dünger und Pestizide werden dabei durch biologisch-basierte Inputs ersetzt. Zum Beispiel können N-Dünger durch N-bindende Bakterien ersetzt werden oder Fungizide durch pilztötende Pflanzenextrakte. Bei diesen biologischen Alternativen gibt es eine Vielzahl an Gemischen und Substanzen und wir werden die Nutzung dieser Materialien im nächsten Beitrag (erscheint online) untersuchen. Im dritten Teil der Serie, der auch online veröffentlicht wird, wird es um organische Bodensubstanz gehen, mit einem besonderen Fokus auf das Konzept der Bildung von organischer Bodensubstanz, das sich im Moment herauskristallisiert. In den letzten Jahren wuchs das Interesse in diesem Bereich und es entstehen viele neue Studien und neue Ideen hinsichtlich der Beschaffenheit von organischer Bodensubstanz, die durchaus eine Herausforderung unserer früheren Denkweise darstellen. Diese ersten drei Artikel beschäftigen sich mit der Verbesserung der Bodengesundheit. Ihr Ziel ist es, eine Grundlage für den vierten und letzten Beitrag (wird wieder in der terraHORSCH veröffentlicht) zu schaffen, der sich mit einer Umgestaltung des Systems beschäftigen wird – die Umgestaltung des Produktionssystems durch die Integration von mehr biologischer Vielfalt und ökologischem Denken. Dazu gehören hauptsächlich Diskussionen über die Erhöhung der Pflanzenartenvielfalt innerhalb der Produktionsbereiche, er wird sich aber auch mit der Rolle von Weideviehhaltung, Bäumen und dem Management der nichtproduktiven Bereiche wie Feldrändern befassen.
Hier finden Sie vertiefende Informationen zu den Themen Bodenuntersuchungen und Bodenaktivität.
Quellennachweis
- Organic and Conventional Agriculture: A Useful Framing? (2017). doi: 10.1146/annurev-environ-110615-085750
- Reducing pesticide use while preserving crop productivity and profitability on arable farms. (2017). doi: 10.1038/nplants.2017.8
- Recent Developments of Fertilizer Production and Use to Improve Nutrient Efficiency and Minimize Environmental Impacts. (2009). doi: 10.1016/S0065-2113(09)01008-6
- Phosphorus activators contribute to legacy phosphorus availability in agricultural soils: A review. (2018). doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.08.095
- Phosphorus cycling in UK agriculture and implications for phosphorus loss from soil. (2006). doi: 10.1111/j.1475-2743.2001.tb00020.x
- Integrated nutrient management (INM) for sustaining crop productivity and reducing environmental impact: A review. (2015). doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.12.101
- The Use of Biostimulants for Enhancing Nutrient Uptake. (2015). doi: 10.1016/bs.agron.2014.10.001
- A slow release brown coal-urea fertiliser reduced gaseous N loss from soil and increased silver beet yield and N uptake. (2019). doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.08.145
- Nitrogen Dynamics in Soil Fertilized with Slow Release Brown Coal-Urea Fertilizers. (2018). doi: 10.1038/s41598-018-32787-3
- Micronutrient application through seed treatments - a review. (2012). doi: 10.4067/S0718-95162012000100011
- Seed treatments for sustainable agriculture-A review. (2015). doi: 10.31018/jans.v7i1.641
- Foliar fertilization of crop plants. (2009). doi: 10.1080/01904160902872826
- Uptake and Release of Elements by Leaves and Other Aerial Plant Parts. (2011). doi:10.1016/B978-0-12-384905-2.00004-2