Forschungsprojekt belegt Vorteile von Zwischenfruchtmischungen Kulturpflanzenvielfalt und Fruchtfolge

Zwischenfrüchte haben viele positive Funktionen: Sie verhindern Bodenabtrag durch Erosion und Nährstoffauswaschung im Herbst und bringen die Nährstoffe ins Frühjahr. Außerdem erhöhen sie die organische Substanz im Boden und damit den Humusvorrat. Je höher die organische Substanz, umso aktiver ist das Bodenleben. Nicht zuletzt sind Zwischenfrüchte Rückzugsort für viele Insekten und erhöhen auch hier die Artenvielfalt und Biodiversität.

Im Forschungsprojekt CATCHY (siehe Kasten unten) werden hoch diverse Zwischenfrucht-Mischungen mit Zwischenfrucht-Reinsaaten und Brache als Kontrolle verglichen. Das Projekt lief zwischen 2010 und 2018. Die Wissenschaftler untersuchen in zwei unterschiedlichen Fruchtfolgen mit Weizen-Mais und mit Weizen-Ackerbohnen, wie sich Zwischenfrüchte auf den Boden und dessen Biologie und auf die Erträge der Hauptfrüchte auswirken. Verglichen wurden die Zwischenfrucht-Varianten Brache, Senf, Rauhafer, Alexandriner Klee und Phacelia als Reinsaaten sowie eine Vierer-Mischung aus diesen Komponenten und die TerraLife-Mischung MaisPro TR mit 12 unterschiedlichen Arten, darunter viele Leguminosen.

Erste Ergebnisse belegen die Überlegenheit artenreicher Mischungen. So steigt zum Beispiel die Wurzelbiomasse mit der Artenvielfalt der Zwischenfrüchte. Weil die verschiedenen Arten unterschiedliche Wurzelstockwerke bedienen, nehmen sie dadurch die Nährstoffe optimal auf und speichern sie. Auch die Zwischenfruchtstreu wird besser mineralisiert, wodurch die Nachlieferung der Hauptnährstoffe Stickstoff, Phosphor, Kalium und Magnesium steigt.

Artenreiche Zwischenfruchtmischungen ermöglichen durch ihren höheren Blattflächenindex eine höhere Photosyntheseleistung. Die Photosyntheseprodukte wie z.B. Zucker werden schneller in den Wurzelraum transportiert und helfen hier beim Aufbau der mikrobiellen Biomasse. So wird die mikrobielle Aktivität gesteigert. Davon profitieren insbesondere die Mykorrhiza-Pilze. Die Bakterien des Stickstoffkreislaufs profitieren besonders von der energiereichen Zwischenfruchtstreu.

Der Bodenkunde-Wissenschaftler Dr. Norman Gentsch vom Institut für Bodenkunde der Leibniz Universität Hannover stellte in seinen Untersuchungen fest, dass bei steigender Artenvielfalt der Zwischenfrüchte der Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf optimiert wird und die Mineralisation der Zwischenfruchtstreu sich verbessert. Aufgrund des verbesserten Nahrungsangebotes steigen die Aktivität und die Biomasse der Mikroorganismen im Boden.

Die Untersuchungen auf einem Schlag im Landkreis Nienburg belegten diese Zunahme der mikrobiellen Aktivität: Die mikrobielle Biomasse in der Brache war am niedrigsten und stieg unter den Zwischenfrucht Varianten im Herbst von Senf über die Vierer-Mischung bis hin zur artenreichen 12er-Mischung an. Die Diversität der am Streuumsatz beteiligten Mikroorganismen war umso höher, je mehr Pflanzenarten in der Mischung beteiligt waren.

Durch das optimierte Nahrungsangebot in der artenreichen Mischung wurden besonders die Bakterien stimuliert, die an der Stickstoffmineralisation beteiligt sind. Die Gründe: Jede Pflanzenart hat andere Nährstoffbedürfnisse, manche Pflanzen gehen mit Rhizobien oder Mykorrhizapilzen Symbiosen ein. Sie geben artenspezifische Wurzelausscheidungen (Exsudate) an die Rhizosphäre ab, die die Mikrobiologie zum Nähstoffaufschluss und zur Pathogenabwehr aktivieren. Darüber hinaus wird der Aufbau der sekundären Bodenstruktur mit der Lebendverbauung begünstigt, wovon die Nachfrucht profitiert.

Doch die Zwischenfrucht soll nicht nur die Bodenfruchtbarkeit erhöhen, sondern auch die Nährstoffe mobilisieren und der Nachfrucht zur Verfügung stellen. Auch hier punktete die auf Maisfruchtfolgen spezialisierte hoch diverse Mischung. Im Vergleich zu Senf oder einfachen Mischungen aus vier Komponenten stellte sie 20 kg N/ha mehr zur Verfügung (insgesamt 60 kg N/ha). Dies gilt auch für die wichtigen Nährstoffe Kalium (+ 27 kg/ha) und Phosphor (+2,5 kg P/ha) im Vergleich zu der Reinsaat und dem Vierer-Mix.

Das Nährstoffpotential des Bodens ist in Bezug auf die novellierte Düngeverordnung noch wichtiger geworden: Nährstoffe die im Boden vorhanden und müssen effektiver genutzt und für die Pflanzenversorgung  mobilisiert werden. Besonders Böden in den Versorgungsklassen im Bereich D oder E sind auf solche natürlichen Nährstoffquellen, wie sie etwa im Mineralbestand der Boden oder im Dauerhumus gespeichert sind, angewiesen.

Dr. Norman Gentsch führt die verbesserte Nährstofffreisetzung unter anderem auf die erhöhte Wurzelbiomasse der artenreichen Mischung zurück. "Die unterschiedlichen Pflanzenarten können viel effizienter als jede Reinsaat die vorhandenen Nährstoffe aufnehmen. Gebundene Nährstoffe in Wurzelbiomasse, insbesondere in Feinwurzeln, sind schnell umsetzbar, stehen dadurch der Nachfrucht schnell zur Verfügung", erläutert der Wissenschaftler. Außerdem wirke sich die verbesserte Zusammensetzung der oberirdischen Biomasse positiv auf die Nährstofffreisetzung in der Hauptfrucht aus.

Diejenigen Pflanzenarten oder Sorten, die an bestimmte Stressbedingungen wie zum Beispiel Trockenheit, bestimmte Krankheitserreger oder Schädlinge angepasst sind, puffern den Ausfall weniger angepasster Pflanzen. Dadurch wird Stabilität in den Erträgen gewährleistet. Je vielfältiger die Artenmischung, umso stressresistenter wird das Anbausystem. Das erhöht die sogenannten Ökosystemdienstleistungen wie die natürliche Filtration und die Kohlenstoffanreicherung, es verbessert die Nährstoffflüsse und stimuliert das Bodenleben.