Die Zukunft heute anpacken

Sind intensiver Gemüsebau und Aufbau von Bodenfruchtbarkeit vereinbar?

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Die Natur macht’s vor – ganzjährige Durchwurzelung
und konsequente Bodenbedeckung

Die Mulch-Direktpflanzung als Anbausystem

Die Ziele des Anbausystems auf einen Blick

Mulch-Direktpflanzung in 4 Schritten

Garebildung

Grundvoraussetzung für reduzierte Bodenbearbeitung

Details

Etablierung einer Mulchdecke

Schutzschicht und Nahrung für das Bodenleben

Details

Pflanzung

Direktpflanzung in den Mulch ohne Bodenbearbeitung

details

Bodenbedeckung erhalten

Bodenleben über den Winter versorgen.

details

Aspekte der Mulchdirektpflanzung

Beim Insitu-Mulch-Verfahren wird ein Winterzwischenfrucht-Bestand zum Zeitpunkt der Vollblüte mit einer Messerwalze terminiert. Für ein zuverlässiges Absterben der Zwischenfrucht-Pflanzen müssen an den Stängeln mehrere durch den Walzgang erzeugte Quetschungen erkennbar sein. Der Nährstofftransport ist somit unterbrochen und die Pflanze steht nicht mehr auf.

Die Voraussetzungen für dieses Verfahren:

  • Die Zwischenfrucht liefert hohe Biomasseerträge (mind. 10 t TM/ha)
  • Es sind keine mehrjährigen Unkräuter und keine Mäuseplage vorhanden
  • Vollblüte der Zwischenfrucht und Pflanzzeitpunkt passen zusammen

Direktpflanzung von Zuckermais in eine gewalzte Zwischenfrucht

Zuckermaisbestand eine Woche nach der Pflanzung

Zuckermaisbestand einen Monat nach der Pflanzung

Hier wird der Boden vor der Pflanzung nach der betriebsüblichen Methode bearbeitet und anschließend Mulchmaterial von einer Geberfläche gestreut.

Wann bietet sich diese Methode an?

  • Bei sehr frühen Pflanzungen (z.B. Zwiebeln), wenn noch keine Zwischenfrucht bereit ist
  • Bei Pflanzung einer Folgekultur (Gemüse auf Gemüse)

Auf Geberflächen für Transfermulch bietet es sich an, als Getreidekomponente je zur Hälfte Grünschnittroggen und Wintertriticale zu wählen. Der Roggen sorgt frühzeitig für Biomasse, während die Triticale mit ihrer langsameren Entwicklung für ein engeres C/N-Verhältnis im Gesamtgemenge sorgt. (siehe Garebildung)

Mähen von Transfermulch auf einer Geberfläche

Flache Bodenbearbeitung vor dem Aufbringen von Transfermulch

Streuen von Transfermulch mit umgebautem Ladewagen

Im geschützten Anbau verteilen wir das Mulchmaterial einige Wochen nach der Pflanzung. Bis Mitte Mai kann sich der Boden somit schnell erwärmen und es steht frischer Aufwuchs von Winterzwischenfrüchten im Freiland zur Verfügung.

Frischer Wickroggen-Aufwuchs aus dem Freiland Mitte Mai

Händisches Verteilen des Mulchmaterials

Das eingesetzte Material sollte feucht gehalten werden, damit es sich zersetzen kann, denn eine durchweg trockene Auflage wäre im Spätherbst immer noch vorhanden.

In unseren Gewächshäusern beregnen wir daher direkt über der Mulchschicht, die somit feucht bleibt und auch bei einem weiten C/N-Verhältnis während der Kulturzeit größtenteils umgesetzt wird.

Würden wir auf den Wegen schlichtweg Mulch streuen und sie mit beregnen, so gäbe es in diesen Bereichen starke Verdichtungen und einen deutlichen Strukturverlust. Deshalb säen wir die Erntegassen unmittelbar vor der Pflanzung der Sommerkulturen mit einer Gras-Untersaat ein. Bei der Pflanzung wird das Saatgut “festgetreten” und anschließend mit angewässert. Bis zum ersten Arbeitsgang der Kulturpflege ist die Untersaat so weit etabliert, dass sie problemlos betreten werden kann. Später wird sie regelmäßig mit dem Rasenmäher gemäht.

Mähen der Graswege mit einem Rasenmäher

Brauchbare Bodenstruktur in den Erntegassen trotz häufigem Betreten und Befahren

Die damit geschaffene Durchwurzelung erhält die Bodenstruktur in den stark genutzten Gassen für die Folgekulturen, die im Winter vollflächig angebaut werden. Die Graswege haben außerdem einen ausgleichenden Einfluss auf die Luftfeuchtigkeit in den Häusern.

Im Herbst zerkleinern wir den Restmulch sowie Ernterückstände von Tomaten, Gurken oder Paprika mit einem Schlegelmulcher und führen eine flache Bodenbearbeitung (ca. 3 cm) durch, um die Graswege zu unterschneiden. Anschließend werden Wintersalate direkt in das Erd-Mulch-Gemisch gepflanzt.

Schlegeln von Restmulch und Ernterückständen

Für Feldsalat vorbereitetes Saatbett

Feldsalat unmittelbar nach der Pflanzung mit Ernterückständen von Tomate

Feldsalatbestand zur Ernte ohne Grasdurchwuchs. Unterschiede zwischen Weg und Beet sind nicht erkennbar.

Im darauffolgenden Frühjahr beginnt der Kreislauf mit einem flachen Unterschnitt vor der Pflanzung von Neuem.

Unsere Gemüsefruchtfolge wurde mit dem Ziel optimiert, das für eine permanente Bodenbedeckung benötigte Material selbst zu generieren. Ergebnis war eine siebengliedrige Gestaltung, die zwei Jahre Biomasseproduktion über den Sommer beinhaltet. Hierfür wird ein trockenheits- und hitzetolerantes Sudangras-Gemenge angebaut und im Herbst siliert. Auf Flächen ohne überwinternde Gemüsekulturen wachsen über den Winter frostharte Zwischenfruchtmischungen, die im Frühjahr Mulchmaterial liefern.

Die auf unseren Betrieb angepasste Fruchtfolge mit Biomassesaldo der einzelnen Glieder im Überblick:[/fusion_text]

Darstellung der Fruchtfolge mit Biomassesaldo der einzelnen Glieder
Zwischenfrucht bestehend aus Roggen, Erbse und Triticale

Biomasseproduktion über den Winter

Sudangrasbestand 11 Wochen nach der Aussaat

Sudangrasbestand 11 Wochen nach der Aussaat

Materialstruktur nach dem Schlegeln

Materialstruktur nach dem Schlegeln

Die Biomasseproduktion … Fruchtfolge …

  • Biomasseproduktion über den Winter bis 10 t TM/ha je nach Erntezeitpunkt
  • Roggen für frühe Biomasseproduktion bis Ende Mai
  • Triticale für späte Biomasseproduktion bis Ende Juni

Sudangras als Sommerzwischenfrucht bringt einen hohen Biomassezuwachs bei warmen und auch trockenen Bedingungen bis zu 15 t TM/ha.

Mulch Flow Diagramm zu 7-jährige Fruchtfolge auf 5 ha plus 2000 qm Gewächshäuser

Das Diagramm zeigt, wie sich die im Betrieb verfügbare Menge an Mulchmaterial im Jahresverlauf entwickelt. Vor Saisonbeginn ist ein Bestand an Sudangras-Silage aus dem Herbst vorhanden, der zunächst für frühe Pflanzungen genutzt wird, solange keine oder zu wenig frische Biomasse herangewachsen ist. Wenn dieser Vorrat aufgebraucht ist, steht ausreichend Frischmaterial von den Winterzwischenfrüchten zur Verfügung. Vor Saisonende wird wieder ein Bestand an Sudangrassilage aufgebaut.

N-Flow Diagramm bei Fruchtfolgen im Freiland

Hier wird der Stickstoffimport und -export der einzelnen Fruchtfolgeglieder gegenübergestellt. Auffällig ist, dass speziell in den Jahren 1, 3 und 4 merkliche N-Überschüsse auftreten. Dafür gibt es zwei Gründe: Der Export beinhaltet nur das vermarktete Produkt und nicht die N-haltigen Rückstände. Zudem steht ein Teil des im Mulchmaterial organisch gebundenen Stickstoffs der Kultur nicht im selben Jahr zur Verfügung, sondern wird über die folgenden drei Jahre frei. Das Stickstoff-Plus einzelner Jahre unterscheidet sich also von einem Überschuss aus N-Handelsdüngern. Dieses Plus bleibt im System und leistet einen Beitrag zum Aufbau von Bodenfruchtbarkeit. Der N-Gesamtsaldo der Fruchtfolge liegt annähernd bei Null.

Nahes Bild von Feinwurzeln bei Rosenkohl in Kleegras-MulchBild von Feinwurzeln bei Rosenkohl in Kleegras-MulchBeim Anheben des Mulchs findet man häufig ein ausgeprägtes Netz an Feinwurzeln der Kulturpflanze, die in die Mulchschicht hineinwachsen. Dieses Phänomen ist ein natürlicher Vorgang, der auch auf Waldböden beobachtet werden kann. Die zwei Bilder zeigen exemplarisch die Feinwurzeln von Rosenkohl in Kleegras-Mulch.

In der Betriebspraxis konnten wir bereits sehr gut versorgte Gemüsepflanzen in Mulch beobachten bei gleichzeitig recht niedrigem Nmin-Wert im Boden, obwohl die Mulchauflage große Mengen an organischem Stickstoff beinhaltet. Die Vermutung liegt nahe, dass die Pflanze nicht auf Nitrat in der Bodenlösung warten muss, sondern Stickstoff bereits in der Ammoniumphase abgreift. Hier sehen wir den Bedarf an tiefergehenden wissenschaftlichen Untersuchungen.

Diagramm über die Nährstoffgehalte und die N-Dynamik

Die Tabelle zeigt die bei einer Streumenge von 15 t TM/ha (übliche Schichtdicke) enthaltenen Nährstoffmengen in ausgewählten Mulchmaterialien. Vor allem bei Kleegras kommen hier sehr hohe Stickstofffrachten ins Spiel, weshalb wir in unserem Betrieb auf die anderen Materialien (Grünland, Wickroggen, Sudangras) setzen. Offensichtlich sind die aus der Tabelle ersichtlichen N-Werte nicht vollständig für die Gemüsekultur anrechenbar. Hier hilft die Tabelle rechts um anhand des C/N-Verhältnisses die zu erwartende N-Mineralisation während einer Kulturzeit von 12 Wochen zu ermitteln. Die Daten beruhen auf der Arbeit von Heuwinkel 2007; Riley et al. 2003 sowie Larsson et al. 1998, wobei auch hier ergänzende wissenschaftliche Untersuchungen hilfreich wären, um die Angaben weiter zu präzisieren.

Diagram über den Effekt einer Anschubdüngung

Aus einem Rosenkohl-Versuch an unserem Betrieb im Jahr 2017 lassen sich interessante Schlussfolgerungen ziehen. Bei Variante 4 (Mulch-Direktpflanzung ohne Anschubdüngung) standen zwar 327 kg N/ha zur Verfügung, es wurden aber nur 176 kg in den Pflanzen wiedergefunden, wohingegen in Variante 3 (Mulch-Direktpflanzung mit Anschubdüngung) von den verfügbaren 384 kg N der größte Teil (347 kg) tatsächlich in den Pflanzen vorhanden war. Der deutliche Stickstoffverlust in Variante 4 konnte also durch eine Unterfußdüngung während der Pflanzung (57 kg N/ha als organischer Handelsdünger) vermieden werden. Grund ist, dass Stickstoff aus der Mulchschicht nur langsam frei wird. Während der Jugendentwicklung der Rosenkohlpflanze, wo Weichen für die spätere Entwicklung und Ertragsbildung gestellt werden, war ohne Startgabe also im kritischen Moment zu wenig Stickstoff verfügbar, was später nicht mehr aufgeholt werden konnte. Eine gute Versorgung während dieser Phase durch eine Anschubdüngung hat dazu geführt, dass das Stickstoffpotenzial aus dem Mulch später voll ausgeschöpft werden konnte. Die im Diagramm ersichtlichen Erträge sprechen für sich und unterstreichen diesen Aspekt.

Diagramm stellt den Effekt auf eine Folgekultur dar

In der auf den Rosenkohlversuch folgenden Saison wurde in denselben Versuchsparzellen Rote Bete ohne Mulch angebaut, um die Nachwirkung zu untersuchen. Zunächst fällt auf, dass in beiden Varianten mit Mulch im Vorjahr (V3 und V4) die Nmin-Werte zum Kulturbeginn um etwa 40 kg höher lagen als in den zuvor ungemulchten Varianten. Die Mulchapplikation im Vorjahr hat einen stärkeren Effekt als der Einsatz von organischem Handelsdünger im Vorjahr. Zur Ernte spiegelte sich das in einem um 10 % höher liegenden Rohertrag in den vormals gemulchten Varianten wider, wobei der vermarktbare Ertrag hier sogar um 30 % höher lag (weniger Untergrößen, weniger Krankheitsbefall).

Diagramm über die Nmin-Werte nach Varianten und Zeitverlauf

Hier ist die Entwicklung der Nmin-Werte zwischen der Rosenkohlpflanzung (Mai 2017) und der Rote-Bete-Ernte (Okt. 2018) dargestellt. Beim Rosenkohl liegen die Werte in der Variante 4 (Mulch ohne Anschubdüngung) jeweils etwas höher, was wir auf den von der Kultur nicht genutzten Stickstoff in dieser Variante zurückführen. Die Werte im November 2017 zeigen aber, dass es in keiner der Varianten zu Auswaschungen kam.

Tabelle mit einem Kalkulationsbeispiel zur Anrechnung von Stickstoff

Dieses Diagramm veranschaulicht am Beispiel von geschlegeltem Wickroggen, wie wir den in der Mulchauflage enthaltenen Stickstoff auf eine Gemüsekultur anrechnen. Für eine gute Unkrautunterdrückung werden 1,5 kg/m2 (15 t/ha) an Trockenmasse benötigt. Mithilfe des N-Gehalts aus einer Lufa-Analyse (1,4 % N in TM) ergeben sich sich die 210 kg Gesamt-N pro ha. In Anlehnung an die Arbeit von Larsson et al. (1998)* setzen wir Ausgasungsverluste (NH3 und N2O) in Höhe von 18 % an.

Um die für die Kultur verfügbare Stickstoffmenge zu errechnen, ziehen wir nicht den Durchschnittswert (C/N 34:1) des Gesamtgemenges heran, sondern betrachten die einzelnen Komponenten: der Roggen (62 % Anteil am Gemenge) bringt mit einem C/N-Verhältnis von 48:1 keinen anrechenbaren Stickstoff, während die 38 % Wickenanteil mit C/N 12:1 zu 50 % auf die Kultur anrechenbar sind. Somit ergeben sich 42 kg N/ha als verfügbare Menge, was einer Anrechenbarkeit von 20 % für das Gemenge entspricht.

Im Folgejahr kommen nochmals 40 kg N/ha an, woraus sich ein Überschuss von 130 kg/ha ergibt. Diese Menge steht für den Aufbau von Humus zur Verfügung. Dafür spricht zum einen, dass wie aus der obenstehenden Tabelle ersichtlich ist, in diesem System keine nennenswerten Mengen an Nitrat ausgewaschen werden und andererseits die Aktivität von Regenwürmern und anderen Bodenorganismen deutlich zunimmt.

Dunkle Schicht aus teilweise zersetztem Mulch mit hoher Regenwurmaktivität aus einem Selleriebestand

So können wir besonders unter feuchten Bedingungen im Übergangsbereich zwischen Mulch und Bodenoberfläche mehrere Zentimeter dicke dunkle Schichten aus teilweise zersetztem organischem Material mit einer beeindruckenden Aktivität von Regenwürmern und anderen Bodenorganismen beobachten. In diesem Bereich wird aktiv Humus aufgebaut, der über das System der Regenwurmgänge auch in tiefere Bodenschichten eingetragen wird.

Diagram zur Anzahl von Regenwürmer nach Mulch-AusbringungIn Zusammenarbeit mit dem DLR Rheinhessen-Nahe-Hunsrück haben wir im Rahmen von Praxisversuchen 20 Wochen nach der Mulchausbringung Regenwurmzählungen 0-30 cm Tiefe durchgeführt und deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Varianten festgestellt. Da die Population bei der Bodenbearbeitung im Frühjahr nochmals reduziert wird, gibt es bei ausbleibender Bearbeitung eine weitere Steigerung. Die Beschaffenheit der Bodenbedeckung bei gewalzten Zwischenfruchtbeständen mit langen, noch im Boden verankerten Stängeln erschwert wiederum die Aufnahme durch Regenwürmer, was erklären könnte, weshalb in dieser Variante trotz wegfallender Bodenbearbeitung eine deutlich niedrigere Population zu finden war.

*Larsson, L., M. Ferm, A. Kasimir-Klemedtsson & L. Klemedtsson, 1998: Ammonia and nitrous oxide emissions from grass and alfalfa mulches, Nutrient Cycling in Agroecosystems 51 (1), 41-46.

Coming soon!

Das Unkrautpotential kann in Mulchsystemen durch drei Faktoren deutlich verringert werden:

  • Zum einen wird der Boden im Frühjahr nicht mehr bearbeitet, was jegliche Samenunkräuter nicht zur Keimung anregt.
  • Des Weiteren wird der Boden mit Mulch abgedunkelt und bedeckt, was ein Durchwachsen (ausgenommen einiger Wurzelunkräuter) verhindert.
  • Außerdem öffnet sich durch das Verfahren die Möglichkeit, nur noch die oberen 5 cm zu bearbeiten. Damit kann ähnlich wie beim „falschen Saatbett“ das Unkrautsamenpotential in dieser Schicht stark reduziert werden.

Praxistipps zur Unkrautunterdrückung:

  • Wurzelunkräuter werden vom Mulch nicht unterdrückt. Diese im Vorfeld bekämpfen!
    • Mehrmalige ziehende Bodenbearbeitung
    • Wurzeln absammeln
    • Heißes, trockenes Wetter abwarten
    • Gründliches Vertrocknen verbliebener Wurzeln
  • Beim Schlegeln der Winterzwischenfrucht im Frühjahr den Boden nicht berühren, um Keimung der Unkrautsamen nicht anzuregen. Gleichzeitig bodennah schlegeln für möglichst kurze Stoppel.
  • Transfermulch (nach)streuen ist wichtigster Arbeitsgang!
    • Sorgfalt hierbei macht sich später wieder bezahlt
    • Ergebniskontrolle durchführen! 8 cm Mulchauflage anstreben.
    • Keine Lücken, keine steilen, abbrechenden Beetkanten
  • Auf richtige Materialstruktur achten
    • Grobe und feine Bestandteile, um Boden komplett abdunkeln zu können
  • Handjätegang bis 70 h/ha lohnt sich wirtschaftlich noch.

Mulchmaterial mit Grob- und Feinanteilen zur wirksamen Abdunklung des Bodens

Bio-Zwiebelbestand in Mulch kurz vor der Ernte. Unkrautregulierung durch einen Jätegang für Wurzelunkräuter

Danebenliegender Bio-Zwiebelbestand zeitgleich. Unkrautregulierung durch 4 x Maschinenhacke, 1 x Handhacke, 1 x Jäten

Grundlage für ein gemüsebauliches System mit reduzierter Bodenbearbeitung oder No-till ist der Erhalt der Bodengare in den Beeten.

Wir stellen dies sicher durch

  • Permanente Fahrspuren durch RTK-Lenksystem
  • Durchwurzelung der Fahrspuren durch Begrünung mit Gras oder Kleegras

Bei keinem Arbeitsgang dürfen schwere Fahrzeuge oder Maschinen diese festgelegten Fahrspuren verlassen.

Illustration zum VerdunstungsschutzWinterfeuchtigkeit wird durch Winterzwischenfrüchte in Mulchmaterial umgesetzt, das den Boden permanent bedeckt. Das wiederum führt dazu, dass erheblich weniger Evaporation stattfindet, denn das im Boden aufsteigende Wasser schlägt sich, statt zu verdunsten, an der Unterseite der Mulchschicht nieder und kann dort durch Feinwurzeln der Kulturpflanze aufgenommen werden. Da in diesem System somit nur noch über das Blatt verdunstet wird, ist das Wasser nur produktiv genutzt und ermöglicht es, auch lange Trockenphasen ohne Bewässerung zu überbrücken.

Müller (2003)* verglich in einer achtjährigen Untersuchung eine Grasmulchbedeckung mit einem unbedeckten Boden. In einer Bodentiefe von 0-60 cm hatte die Grasmulchvariante im Durchschnitt der Jahre 65 Liter/m2 pflanzenverfügbares Wasser und die unbedeckte Variante 25 Liter/m2. Mulch hält also den Boden feuchter, sodass die Möglichkeit besteht, im intensiven Gemüsebau Bewässerungsaufwand einzusparen.

*Müller, S. 2003: Wirkung verschiedener organischer Mulchmaterialien auf den Nährstoff- und Wasserhaushalt des Bodens – Quantifizierung der Bedeutung für den ökologischen Landbau, Fachhochschule Erfurt, http://forschung.oekolandbau.de (Zugegriffen: 14. Januar 2013)

Gleichzeitig lässt das Mulchmaterial Starkregenereignisse erosionsfrei infiltrieren. Die kinetische Energie der Regentropfen wird durch die Mulchschicht abgepuffert. Somit gibt es an der Bodenoberfläche keine Verschlämmung oder Verkrustung. Sie bleibt stabil und offenporig, weshalb das Regenwasser sehr zügig eindringen kann.

Das Bild zeigt die Bodenoberfläche unter Mulch nach einem Starkregenereignis
Das Bild zeigt einen Vergleich nach einem Starkregenereignis auf einen Acker zwischen mit und ohne Mulch Abdeckung

Um den Einfluss von Mulchschichten auf die Bodentemperatur zu beobachten, haben wir im Zeitraum von Mitte Juni bis Ende August Temperaturlogger in 12 cm Tiefe vergraben und hier den Verlauf dargestellt:

Bodentemperaturaufzeichung

Im Juni gab es zunächst eine kühle Phase. Hier zeigt sich, wie die Mulchschicht die Erwärmung des Bodens verlangsamt.

Bis Mitte Juli folgte dann eine Hitzephase, wo sich der unbedeckte Boden auf bis zu 29 °C erwärmte. Unter Mulch kam es nicht zu dieser starken Erwärmung. Dieser Effekt kann auch im Kartoffelanbau genutzt werden um die Bodentemperaturen konstant unter 25 °C zu halten. Dies verhindert, dass die Kartoffelpflanzen ihre Wurzelmasse und somit den Knollenansatz reduzieren.

Insgesamt puffert die Mulchschicht die bei unbedecktem Boden auftretenden Temperaturspitzen (hoch wie auch niedrig) ab und führt zu einem gleichmäßigeren Verlauf.

Fallen die Lufttemperaturen, wie hier Ende Juli, wieder ab, so verzögert sich unter Mulch auch das Abfallen der Bodentemperatur.

Durchschnittlich lagen die Bodentemperaturen im Bereich der Mulchdirektpflanzung um 0,8 °C niedriger als in den Kontrollvarianten, wobei 0,5 °C auf die Mulchschicht und 0,3 °C auf die ausbleibende Bodenbearbeitung zurückzuführen waren.

Bild zeigt ein Feld mit Frost auf dem gemulchten Teil und kein frost auf dem unbedeckten BodenSpeziell im Frühjahr sollte der isolieren Effekt von Mulchauflagen nicht unterschätzt werden. Diese Aufnahme entstand an einem kühlen Morgen Anfang Mai etwa bei Sonnenaufgang. Während im Bereich des offenen Bodens (rechts im Bild) kein Reif zu sehen ist, ist der Mulch in der linken Bildhälfte mit Raureif überzogen. Die Abstrahlung von Wärmeenergie aus dem unbedeckten Boden hat hier also dazu geführt, dass der Bereich frostfrei blieb, während die Mulchschicht eine Wärmeabstrahlung vom Boden unterbunden hat. Die schnellere Abkühlung oberhalb der Mulchschicht hat hier zur Frostbildung geführt.

Praxistipps aus unserem Betrieb:

  • Schnelle Bodenerwärmung ermöglichen
    • Mulch im Gewächshaus erst Mitte Mai streuen
    • Frühe Satzkulturen erst ab Anfang Mai in Mulch pflanzen
  • Bei Verfrühung mit Vlies etc.
    • Gefahr von Ausgasungsschäden bei Silage und Frischmulch unter Abdeckung
    • Frostempfindliche Kulturen erst nach dem letzten Frost in Mulch planen