Nitrat-Messung nach DÜV, Versuch zur Streuung von Nmin-Werten auf Gemüseflächen

Streuung von N_min-Werten auf Gemüseflächen nach einer Gemüse- oder Frühkartoffel-Vorkultur im selben Jahr

Mit Inkrafttreten der neuen Düngeverordnung im Juni 2017 ist für jede Gemüsekultur vor der ersten Düngung eine Düngebedarfsermittlung durchzuführen. Neben anderen Faktoren ist dabei der Nmin-Gehalt des Bodens zu berücksichtigen. Dieser ist für Gemüseflächen mit einer Gemüsevorkultur im selben Jahr durch Analyse einer Bodenprobe zu ermitteln. Dabei wird in Deutschland üblicherweise mit der N_min-Methode gearbeitet. Ursprünglich wurde diese Methode von Wehrmann und Scharpf (1979) zunächst für Bodenuntersuchungen vor dem Anbau von Getreide empfohlen und später von Scharpf (1992)für den Gemüsebau weiterentwickelt. Die genaue Vorgehensweise bei der Anwendung der N_min-Methode ist im LUFA Methodenhandbuch (1991, Band I) festgehalten. Demnach reicht bei der Probenahme auf Flächen mit einer Größe von 1 ha eine Anzahl von 16 Einzelproben, aus denen für die Analyse eine Mischprobe zu erstellen ist. Für geringfügig kleinere bzw. größere Flächen empfehlen Scharpf und Wehrmann eine Anzahl von 12 bzw. 20 Einzelproben.

Situation im Frühjahr anders als im Sommer oder Herbst

Die genannten Empfehlungen für den Gemüsebau stammen maßgeblich aus Versuchen, bei denen die N_min-Proben im Frühjahr für die erste Gemüsekultur des Jahres gezogen wurden. Insbesondere nach ergiebigen Niederschlägen im Winterhalbjahr können die Böden im Frühjahr in der durchwurzelbaren Bodenschicht hinsichtlich löslichem Stickstoff stark verarmt sein. Diese Situation ist im Sommer bzw. Herbst, insbesondere nach einer Gemüse-Vorkultur, i.d.R. deutlich anders. Hier kann die Stickstoffmineralisierung aus dem Bodenhumus und den Ernteresten der Vorkultur zu deutlich höheren N_min-Werten als zu Vegetationsbeginn führen. Inwieweit hierbei größere Streuungen der Einzelwerte auftreten als im Frühjahr, war bislang unklar.

Um abschätzen zu können, ob auch unter diesen Umständen mit der oben genannten, nach LUFA Methodenhandbuch vorgesehenen Anzahl an Einzelproben gearbeitet werden kann oder ob diese erhöht werden muss, wurde im Auftrag des Ministerium für Wirtschaft, Verkehr, Landwirtschaft und Weinbau Rheinland-Pfalz (MWVLW) im Herbst 2016 in der intensiv gemüsebaulich genutzten Region der Vorderpfalz eine entsprechende Untersuchung durchgeführt. Beteiligt waren das DLR Rheinpfalz (Neustadt an der Weinstraße), die BOLAP GmbH (Speyer) sowie das Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau-Großbeeren. Bei der Auswahl der insgesamt zehn Flächen wurde darauf geachtet, dass sie in den vorausgegangenen fünf Jahren intensiv gemüsebaulich genutzt worden waren und dass vor der im Herbst 2016 geplanten Gemüsekultur bereits jeweils eine Vorkultur gestanden hatte. Unter den ausgewählten Flächen befanden sich acht mit einer Gemüse-Vorkultur. Auf den anderen zwei Flächen hatten als Vorkultur Frühkartoffeln gestanden. Letztere wurden in die Untersuchung mit aufgenommen, da in der Region in vielen Fällen die Frühkartoffel ein fester Bestandteil einer intensiven Gemüsefruchtfolge ist und im Normalfall nach der Ernte auch hohe N-Mengen zurücklässt.

Einfluss von Bewirtschaftungsforum und Bodenart

Um einen eventuellen Einfluss der Bewirtschaftungsform und der Bodenart auf die Streuung der N_min-Werte feststellen zu können, wurden jeweils fünf konventionell bzw. ökologisch bewirtschaftete Flächen ausgewählt. Die Bodenarten reichten von lehmigem Sand bis lehmigem Ton (siehe Tabelle 1). Die untersuchten Parzellen waren zwischen 0,2 und 4,4 ha groß, sodass auch der Einfluss der Flächengröße auf die notwendige Anzahl an Einzelproben beurteilt werden kann.

Diagonal über die Fläche verteilt, wurden auf jedem Schlag an drei Terminen, und zwar vor der Düngung, 4 Wochen nach der Düngung und zum Abschluss der Kultur jeweils 25 N_min-Proben in der Bodenschicht 0-30 cm gezogen. Die Ausnahme bildeten zwei Flächen, auf denen aufgrund einer zu kurzen Kulturdauer nur an zwei Terminen Proben genommen werden konnten. Anders als sonst üblich, wurde aus den 25 Einzelproben vor der Analyse keine Mischprobe erstellt, sondern jede Probe wurde separat im Labor analysiert. Um die Ergebnisse später besser interpretieren zu können, sollten die Proben möglichst an allen drei Terminen an denselben Stellen genommen werden. Zu diesem Zweck wurden die Probestellen durch einen GPS-Tracker erfasst und zusätzlich mit Stäben markiert.

Versuchanstellung - Zahl der Einstiche

Um nun anhand der Ergebnisse abschätzen zu können, welche Anzahl an Einstichen für die Bildung eines verlässlichen Mittelwertes ausgereicht hätte, wurden aus der pro Fläche und Probetermin vorliegenden Grundgesamtheit von 25 Einzelwerten mit einem Zufallszahlengenerator jeweils fünfzigmal 20, 16, 12 und 8 Werte zufällig ausgewählt. Für jede der jeweils erhaltenen fünfzig Zahlenreihen wurde der Mittelwert gebildet. Pro Fläche, Probetermin und Abstufung der Einstichzahl wurde dann, nach Ausschluss der oberen und unteren Ausreißer, die Differenz zwischen dem jeweiligen minimalen (2,5% Quantil) und maximalen Mittelwert (97,5% Quantil) errechnet.

Da die Hälfte dieser Differenz (Dif/2) -innerhalb der beiden genannten Quantile - in etwa der maximalen Abweichung vom absoluten Mittelwert der fünfzig Zahlenreihen entspricht, wurde diese errechnet und als Messgröße zur Beurteilung der Ergebnisse herangezogen. Dazu wurde sie auf maximal 10 kg N/ha festgelegt. Das beschriebene Prozedere wurde pro Fläche, Probetermin und Abstufung der Einstichzahl viermal durchgeführt. Lag dann die Messgröße (Dif/2) als Ergebnis von allen vier Durchläufen bei maximal 10 kg N/ha, wurde die getestete Anzahl an Einstichen als ausreichend zum Erzielen eines sicheren Mittelwertes angesehen. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.

Keine Unterschiede von Bodenart und Bewirtschaftung

In dieser Untersuchung konnten keine Unterschiede aufgrund der Bodenart festgestellt werden. Auch eine Bewirtschaftung nach den Regeln des ökologischen Landbaus und die damit verbundene intensive organische Düngung, zeigten keine Effekte.

Zum ersten Termin vor der Düngung zeigte die Flächengröße einen Einfluss auf die notwendige Probenanzahl. Auf sehr kleinen Flächen (bis 0,5 ha) reichten in dieser Untersuchungvor der Düngung 8 Einstiche um einen verlässlichen Mittelwert zu erhalten. Auch bei einer Flächengröße von 1-2 ha erhöhte sich diese Zahl nicht deutlich. Hier lag sie vor der Düngung zwischen 8 und 12 Einzelproben pro Fläche, mit Ausnahme der Fläche 1, wo 20 Einstiche notwendig gewesen wären. Letzterer Schlag hatte im Frühjahr 2016 teilweise unter Wasser gestanden. Innerhalb der ehemaligen Wasserlinse waren die Werte auf dieser Fläche deutlich erhöht, wodurch die starke Streuung der Einzelergebnisse erklärt werden könnte. Im Nachhinein betrachtet, hätte eine Berücksichtigung dieser Flächenhistorie eine teilflächenspezifische Beprobung nach sich ziehen müssen. Bei den über 2 ha großen Schlägen wurde in vier von fünf Fällen vor der Düngung eine Anzahl von 16, in einem Fall von 12 Einzelproben pro Fläche als ausreichend ermittelt. In den Abbildungen 2 und 3 werden für den Termin “Vor der Düngung“ die Einzelergebnisse für die 25 Proben gegenübergestellt, die auf den Flächen 7 (0,5 ha, mindestens 8 Einstiche) und 10 (4,4 ha, mindestens 16 Einstiche) gezogen wurden.

Für die Zeitpunkte “vier Wochen nach der Düngung“ sowie “Abschlussmessung“ stiegen die Streuungen an, so dass durch diese Untersuchung keine eindeutige Mindestanzahl an Einzelproben festgelegt werden konnte. An beiden Terminen schwankte diese Zahl unabhängig von der Flächengröße zwischen 8 und 20 Einstichen pro Schlag. Es ist aber die Tendenz erkennbar, dass zu diesen Zeitpunkten im Falle von sehr hohen N-Gehalten des Bodens mehr als 16 Einzelproben pro Schlag notwendig waren um einen verlässlichen Mittelwert bilden zu können.

Hohe Reproduzierbarkeit der Werte

Durch die Möglichkeit einer örtlichen Zuordnung der Messergebnisse konnten Beobachtungen gemacht werden, die auf eine hohe Genauigkeit der Laboranalyse und eine hohe Reproduzierbarkeit der Werte hinweisen. Bei einer mit einem Kastendüngerstreuer gedüngten Flächelagen z.B. zwei Messstellen jeweils in einer nicht gedüngten Fahrgasse. Erwartungsgemäß, veränderten sich die N_min-Werte an diesen beiden Stellen an den drei Probenahmeterminen nur unwesentlich. Auf anderen Flächen konnte beobachtet werden, dass Ausreißer, die in einer Messreihe auftraten, bei der Folgemessung an denselben Messstellen erneut auffällig waren. In einem Zwischenfruchtbestand, bei dem auf einem Teil der Fläche wegen Schädlingsbefall im Kulturverlauf eine starke Wachstumsdepression auftrat und infolge dessen auch eine geringere N-Aufnahme durch die Pflanzen stattgefunden hatte, lagen die N_min-Gehalte des Bodens an diesen Stellen bei der Abschlussmessung deutlich höher als auf dem Rest der Fläche. Auch der Schattenwurf eines Waldes auf einen Teil einer Fläche wurde durch unterschiedliche N_min-Gehalte des Bodens abgebildet.

Unbedingt teilflächenspezifisch vorgehen

Diese Beobachtungen zeigen, dass größere Streuungen von N_min-Ergebnissen innerhalb eines Schlags auf flächenspezifische Ursachen zurückzuführen und damit erklärbar waren. Wenn solche Ursachen von Vornherein klar erkennbar bzw. aus der Flächenhistorie bekannt sind, sollte deshalb unbedingt eine teilflächenspezifische Beprobung vorgenommen werden.

Klare Empfehlungen für die Probenahme

Für ausreichend homogene Flächen lassen sich aus den vorgelegten Daten klare Empfehlungen für die N_min-Probenahme bei Gemüsekulturen ableiten. Für die Ermittlung der Bodenstickstoffgehalte vor Kulturbeginn oder vor einer ersten Düngung von Gemüsekulturen kann übereinstimmend mit den Vorgaben des LUFA Methodenhandbuchs auch im Sommer und Herbst nach einer Gemüse- bzw. Frühkartoffel- Vorkultur, mit 16 Einzelproben pro Fläche gearbeitet werden. Ebenfalls übereinstimmend mit dem LUFA Methodenhandbuch lässt sich bei Flächen, die kleiner als 1 ha sind, diese Zahl verringern. Hingegen muss die Anzahl an Einstichen bei großen und ausreichend homogenen Flächen (3-5 ha) aufgrund der vorliegenden Ergebnisse nicht generell erhöht werden. Bei einer Bodenprobe zu einem eventuellen Kopfdüngungstermin, der 4 Wochen nach einer erfolgten Grunddüngung liegt, sowie bei einer eventuellen Abschlussmessung sollte die Anzahl der Einstiche aufgrund der höheren Streuung der Einzelwerte jedoch sicherheitshalber erhöht werden.