Düngung von Feldfrüchten

Die Nährstoffaufnahme durch Pflanzen ist ein komplexer Prozess, der von vielen Faktoren abhängt, wie z.B. Bodeneigenschaften, Klima, Pflanzenart und Entwicklungsstadium. Um eine optimale Ernährung der Pflanzen zu gewährleisten und die Düngung effizient zu gestalten, ist es wichtig, die Mechanismen zu verstehen, die die Aufnahme und den Transport von Nährstoffionen in der Pflanze regulieren.
In diesem Blog-Beitrag werden einige Aspekte dieses Themas erläutert und einige Empfehlungen gegeben, wie die Nährstoffeffizienz durch geeignete Kulturmaßnahmen, Düngemittelwahl und Anwendungszeitpunkt verbessert werden kann.

A. Nährstoffeffizienz (nutrient efficiency) und Düngereffizienz

Nährstoffeffizienz (UE: nutrient efficiency) ist ein Begriff, der sich auf die Fähigkeit von Pflanzen bezieht, Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen und zu nutzen. Eine höhere Nährstoffeffizienz bedeutet, dass Pflanzen mehr Nährstoffe aus dem Boden aufnehmen und weniger verloren gehen. Dies kann dazu beitragen, die Umweltbelastung durch Düngemittel zu reduzieren und die Erträge zu steigern.  Die Definitionen für Nährstoffeffizienz können in solche eingeteilt werden, die die Produktivität betonen, und solche, die die internen Ernährungsbedürfnisse der Pflanze unterstreichen.

Der Begriff “agronomische Effizienz” (AE: agronomic efficiency) wird verwendet, um die Effektivität von Düngemitteln bei der Verbesserung des Wachstums und der Erträge von Nutzpflanzen zu beschreiben und umfasst die Produktion von Biomasse oder geerntetem Produkt pro zugeführter Nährstoffeinheit.

Darüber hinaus wurde auch der Einheitsertrag an zugesetztem Nährstoff als Maß für die Nährstoffverwertung in Anspruch genommen.

Alternativ wird die UE, die auf der Nutzung beruht, im Allgemeinen als die gesamte Biomasse definiert, die von der Pflanze pro Einheit aufgenommenen Nährstoffs produziert wird, was dem Kehrwert der Nährstoffkonzentration in der gesamten Pflanze entspricht. Dies wird allgemein als Nährstoffeffizienzverhältnis (nutrient efficiency ratio) bezeichnet. Somit entspricht die Nutzungseffizienz dem Gesamttrockengewicht der Konzentration des Elements in der Pflanze. Die Nutzungseffizienz ist auch als Ernteindex bekannt. 

Die Effizienz der Nährstoffaufnahme und der Düngung ist für die Pflanzenproduktion wichtig. Die Nährstoffaufnahme pro cm Wurzellänge oder cm²  Wurzeloberfläche wird als Aufnahmeeffizienz (uptake efficiency) bezeichnet. 

Die Düngereffizienz ist die Menge an Produkten, die pro Einheit des verabreichten Düngers erzeugt werden. Eine effiziente Düngung ermöglicht eine maximale Ertragsleitung bei minimaler Düngung.

Die Düngereffizienz hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter:

1. Düngerart, Applikationszeit und Applikationstiefe: Die Art des Düngers, der Zeitpunkt der Anwendung und die Tiefe, in die er eingearbeitet wird, können die Düngereffizienz beeinflussen.
2. Verwendung von Düngern mit verzögerter Nährstofffreisetzung (Slow Release Fertilizers) oder kontrollierter Nährstofffreisetzung (Controlled Release Fertilizers) sowie Nitrifikationshemmern: Dünger, die Nährstoffe langsam freisetzen oder die Freisetzung von Nährstoffen kontrollieren, können dazu beitragen, die Düngereffizienz zu erhöhen. Nitrifikationshemmer können auch dazu beitragen, die Verfügbarkeit von Stickstoff für Pflanzen zu erhöhen.
3. Mehrere kleinere Düngergaben: Mehrere kleinere Düngergaben können dazu beitragen, die Düngereffizienz zu erhöhen, indem sie die Verfügbarkeit von Nährstoffen für Pflanzen verbessern.
4. Auswahl von Pflanzensorten mit hohem V_max-Wert, niedrigem K_m-Wert und niedrigem Kompensationspunkt (C_m = Minimalkonzentration in der Lösung, bei der der Nettoinflux =0 ist): Um die Nährstoffausnutzung der Pflanzen zu optimieren, ist es wichtig, Pflanzensorten auszuwählen, die diese Fähigkeit besitzen. Pflanzensorten mit hoher Nährstoffaufnahme können die Düngereffizienz steigern und so die Umweltbelastung verringern.

Die Effizienz der landwirtschaftlichen Anbausysteme ist im Laufe der Zeit gestiegen, indem:

1. die Arbeitsbelastung durch den Einsatz von Maschinen verringert wurde und

2. die Erträge durch den Anbau verbesserter Sorten und den verstärkten Einsatz von Düngemitteln gesteigert wurden.

Die globale Nachfrage nach Düngemitteln ist durch das Bevölkerungswachstum und die Ausdehnung der Landwirtschaft auf weniger ertragreiche Böden gestiegen.  Abbildung 1 zeigt, dass die pro Kopf in Afrika zur Verfügung stehende Nutzfläche seit (LNF) Jahrzehnten stetig sinkt und noch weiter zurückgehen wird: Im Jahr 2013 war es noch knapp über 1,0 ha pro Person, gegenüber 3,5 ha in 1960. Für diese Entwicklung gibt es zwei Ursachen: weltweite Verluste an fruchtbarem Agrarland und eine wachsende Weltbevölkerung. Dies hat zu höheren Düngemittelkosten und geringerer Düngemittelwirkung geführt. Zum Beispiel liegt die Stickstoffaufnahme von Getreidearten (wie Weizen, Gerste, Reis, Mais, Sorghum, Hirse, Hafer und Roggen) weltweit nur bei etwa 33-40 %. Die N-Düngereffizienz aus den Düngemitteln, die auf die Obstbäume aufgetragen werden, ist niedrig und schwankt zwischen 8 und 50 %. Die Gesamteffizienz der Düngemittel für N liegt bei 50 % oder weniger, für P bei weniger als 10 % und für K bei etwa 40 %. 

Abbildung 1: Ackerflächen (Hektar pro Person) schließen Flächen ein, die durch die FAO definiert worden sind, d.h. Flächen unter zeitweisem Anbau (doppelter Anbau zählt nur einmal), temporäre Wiesen als Weideland oder zum Mähen, Küchengärten und temporär brachliegende Flächen (FAOSTAT, 2016).

Die Düngereffizienz kann je nach Art der Kultur, Anbaumethoden, Bodeneigenschaften, klimatischen Bedingungen und der Nährstoffquelle variieren. Jüngste Erkenntnisse haben gezeigt, dass Getreide nach der Blüte Stickstoff aus seinem Gewebe freisetzt, hauptsächlich in Form von NH₃. Diese Verluste an Stickstoff werden auf 20-70 % geschätzt. Die N-Verluste durch Denitrifikation aus den Düngemitteln sind bei Winterweizen 9 %, bei Reis 11 % und bei Mais 9-20 %. 

Weizensorten mit einem hohen Harvest-Index und geringen N-Verlusten aus der Pflanze zeigten ebenfalls eine erhöhte N-Nutzungseffizienz. Futterpflanzen haben weniger N2-Verluste und eine verbesserte N-Nutzungseffizienz, da die Pflanzen die Blüte nicht erreichen dürfen, in dem Stadium mit den höchsten N-Verlusten aufgrund der Entgasung. Bei Mais sind die Unterschiede in der N-Nutzungseffizienz zwischen den verschiedenen Genotypen groß, insbesondere bei Gabe einer geringen N-Menge. 

Die N-Nutzungseffizienz bei Mais ist proportional zur Wassernutzungseffizienz (WUE).

In Industrieländern werden große Mengen an Düngemitteln ausgebracht, was zu einer Fülle von Mineralien im Ökosystem führt, die Probleme in ihren physiologisch-biochemischen Kreisläufen verursachen können. Dieser Trend ändert sich jedoch aufgrund der Entwicklung effizienterer Sorten für eine nachhaltige und verbrauchsarme Landwirtschaft. Dies wird angetrieben von steigenden Düngemittelpreisen, Beschränkungen des Düngemitteleinsatzes zur Minimierung der Umweltbelastung und der zunehmenden Nutzung degradierter Böden für den Anbau.

Fortsetzung folgt ...