Der Anbau von Zwischenfrüchten ist eine alt bewährte Praxis in der Landwirtschaft. Ackersenf oder Leguminosen werden nach der Ernte von Mais oder Weizen aufs Feld gebracht, um den Boden für die nächste Hauptfrucht fit zu halten oder zu verbessern. Im Bodenforschungsverbundprojekt namens „CATCHY“ haben Partner aus Forschung und Wirtschaft in den vergangenen Jahren den Einfluss von Zwischenfrüchten auf die Bodenfruchtbarkeit genauer untersucht, um neue innovative Anbausysteme zu entwickeln.
„Wir wollten unterschiedliche Eigenschaften von unterschiedlichen Pflanzen auf dem Acker zusammenbringen und durch Diversität zusätzlich bodenverbessernde Eigenschaften einbringen“, erläutert Projektkoordinatorin Barbara Reinhold-Hurek von der Universität Bremen. Das Vorhaben wurde im Rahmen des Förderprogramms „BonaRes – Boden als nachhaltige Ressource für die Bioökonomie“von 2015 bis 2018 mit insgesamt 2 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
Zwischenfrüchte werden vornehmlich angebaut, um den Boden zu schützen und nachhaltig zu stärken. Sie sollen verhindern, dass der Acker bis zur nächsten Ernte brach liegt oder durch Bodenerosion und Auswaschen von Nährstoffen geschädigt wird. Leguminosen wie Lupine und Klee werden vor allem als natürliche Düngerexperten geschätzt. Sie können mithilfe von Bakterien über die Wurzeln Stickstoff aus der Luft binden und so den Boden nachhaltig mit Nährstoffen versorgen. Doch Zwischenfrüchte wurzeln unterschiedlich tief, sodass sie Nährstoffe aus verschiedenen Bodentiefen ziehen.
Bodenverbessernde Eigenschaften bündeln
Zwischenfruchtmischungen haben daher den Vorteil, dass sie verschiedene bodenverbessernde Eigenschaften bündeln. „Wichtig für den Landwirt und die Bodenerhaltung ist aber: was passiert langfristig“, sagt Reinhold-Hurek. Wir haben daher Testfelder für einen Landzeitfeldversuch aufgesetzt, indem man über viele Jahre solche Versuche nach einem ganz bestimmten Prinzip kontrolliert anlegt, um langfristige Effekte auf den Boden messen zu können“.
Bodeneffekte messen
Im Projekt CATCHY haben die Forscher sowohl einen Mix an Zwischenfrüchten als auch einzelne Nutzpflanzen wie Ackersenf und Klee auf deren Wirkung auf den Boden untersucht. Dafür entstanden im Norden und Süden Deutschlands Testfelder, um den Anbau unter zwei verschiedenen Klima- und Bodenbedingungen zu analysieren. Das Saatgut wurde vom Projektpartner Deutsche Saatgutveredelung (DSV) zur Verfügung gestellt.
„Unsere einfachste Mischung ist ein Mix aus vier Komponenten: Ackersenf, die Bienenweide Phacelia, ein Klee zum Stickstofffixieren und Rauhafer, der besondere Durchwurzelungseigenschaften aufweist“, erklärt Reinhold-Hurek. Zudem wurde eine kommerzielle Mischung aus dem Terra-Life-Angebot der DSV verwendet, die aus zwölf verschiedenen Sorten besteht.Für eine wissenschaftliche Untersuchung war ein groß angelegter Feldversuch nötig. Dafür wurden zwei Testfelder im Norden und Süden des Landes angelegt und jeweils in 84 einzelne Feldstücke unterteilt und unterschiedlich behandelt, wie Reinhold-Hurek erläutert. „Das ist ein sehr komplexer Feldversuch. Brachfläche, die beiden Zwischenfrucht-Mischungen sowie den einzelnen Pflanzen werden getestet, und jede Behandlung auf jedem Feld wurde auch noch dreimal repliziert. Und daneben testen wir noch verschiedene Abfolgen der Fruchtfolge.“
Pflanzenwurzeln und Mikrobiom im Blick
Dieser komplexe Feldtest stellte die Forscher vor zahlreiche Herausforderungen. So galt es nicht nur, den Einfluss der verschiedenen Anbauszenarien auf Boden und Pflanze anhand bestimmter Parameter wie Humusbildung, Phosphat- und Stickstoffgehalt als auch pH-Wert zu messen. Mithilfe modernster Technik erkundeten Pflanzenphysiologen, wie sich die Wurzeln der einzelnen Pflanzen entwickelten und wie tief sie wurzelten. Bodenkundler ergründeten, wie und ob der Boden Nährstoffe speichert. Mikrobiologin Reinhold-Hurek nahm hingegen das Mikrobiom unter die Lupe, um zu erfahren, welchen Einfluss Zwischenfrüchte auf die Zusammensetzung der Mikroorganismen in und um die Wurzel herum haben.
Zwischenfrucht-Mix verändert Mikrobengemeinschaft
„Es wurde deutlich, dass unterschiedliche Pflanzentypen unterschiedliche Mikroorganismen an den Wurzeln beherbergen“, sagt die Forscherin. Im Rahmen des Projektes konnte sie nachweisen, dass die mikrobiellen Gemeinschaften an Zwischenfruchtmischungen tatsächlich andere sind als jene an den einzelnen Hauptfrüchten – wie etwa Weizen. Brache oder Zwischenfrucht: je nach Vorbehandlung des Ackers konnten die Forscher ein leichte Veränderung der Mikrobengemeinschaft an Maiswurzeln feststellen. „Uns interessiert, ob das eher Zufall war oder ob wir eine stetige Veränderung über Jahre hinweg in eine ganz bestimmte Richtung haben“, sagt Reinhold-Hurek.
Projekt "CATCHY"
Projektkoordinator:
Universität Bremen
Projektpartner:
Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT)
Leibniz-Institut für Pflanzengenetik & Kulturpflanzenforschung (IPK), Leibniz Universität Hannover
Justus Liebig Universität Giessen
Deutsche Saatveredelung AG (DSV)
Verstärkte Nährstoffbindung durch Zwischenfrüchte
Eine langfristige Prognose kann das CATCHY-Team noch nicht liefern. Nach drei Jahren Forschung steht jedoch fest: Zwischenfruchtmischungen binden Nährstoffe im Boden viel stärker als einzelne Zwischenfrüchte. Vor allem Stickstoff wurde im Boden zurückgehalten und stand so der Hauptfrucht in der nächsten Saison zur Verfügung. Das konnten Bodenkundler im Projekt nachweisen. Erste leichte Effekte auf Bodenfruchtbarkeit und Pflanzenwachstum zeigten sich bereits im ersten Jahr, so Reinhold-Hurek. „An einem Standort war das Wetter so, dass die Zwischenfrüchte sehr gut keimten, und es gab auch schon einen Effekt auf Mais. An dem zweiten Standort fielen die Ergebnisse anders aus, die Zwischenfrüchte waren nicht gut angewachsen. Daran sieht man, dass die Effekte in der Landwirtschaft nach einem Jahr nicht so genau zu sehen sind. Das ist immer auch wetterabhängig.“
Die umfassenden Boden- und Ertragsanalysen gehen weiter. Für die zweite Projektphase konnte das Konsortium um Reinhold-Hurek erneut eine Förderung in Millionenhöhe durch das BMBF sichern. „Wir wollen jetzt auch mit Isotopenanalysen feststellen, wo der Stickstoff genau landet und auch den Nährstofffluss in einem groß angelegten Experiment genauer verfolgen“.
Autorin: Beatrix Boldt
