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Stickstoff

Stickstoff war in den Köpfen vieler Landwirte der wichtigste Nährstoff für die Pflanzenernährung. Nicht zuletzt bestehen Pflanzen zu 2 - 6% aus Stickstoff. Über Stickstoff werden die Pflanzen grün, wachsen fulminant, vor allem in der Jugendphase, und haben ein gesundes Erscheinungsbild. Treten erste Mangelerscheinungen auf, wurde dies häufig auf unzureichende Stickstoffversorgung zurückgeführt. Weitere Stickstoffgaben erfolgten, das Ergebnis war aber in der Regel nur kurzfristig besser, da der Mangel meist wo anders zu finden ist….

So, oder so ähnlich wurde früher, manchmal noch heute, auf vielen Höfen gedüngt. Die Zeiten haben sich aber verändert, neue Düngeverordnungen, der ökologische Landbau und vor allem fundierteres und tiefgreifenderes Verständnis von den Vorgängen im Boden haben das Bewusstsein, dass Stickstoff kein Allheilmittel ist, gestärkt.

Selbstverständlich ist Stickstoff immer noch ein entscheidendes Nährmittel für den Erfolg der Feldarbeit, aber nur dann, wenn auch die Rahmenbedingungen, nämlich die Versorgung der Pflanzen mit allen erforderlichen Nährstoffen ebenfalls gewährleistet ist. Dabei spielt nicht nur das Vorhandensein eine Rolle, sondern auch deren Pflanzenverfügbarkeit.

In den vorangehenden Seiten ist ausführlich beschrieben, welche Voraussetzungen für die jeweiligen Nährstoffe vorhanden sein müssen, um deren Verfügbarkeit zu garantieren. Dies beginnt mit einem ausgewogenen Kationenverhältnis im Sorptionskomplex, der Einstellung eines optimalen pH-Wertes, führt weiter über adäquate Versorgung mit Phosphor und Schwefel und endet mit der richtigen Dosierung der Mikronährstoffe. Damit wird ein Gleichgewicht im Boden geschaffen, das Mikroorganismen und Pflanzen ausreichend Nährstoffe, genügend Wasser und eine gute Durchlüftung verschafft. Genau das ist die Grundlage für gutes Wachstum, gesunde Pflanzen und geringen Schädlings- und Unkrautdruck.

Auch die Verfügbarkeit von Stickstoff nimmt sich hier nicht aus. Die Verfügbarkeit von ausreichend Stickstoff ist im ökologischen Landbau aber ungleich schwerer zu gewährleisten, da die die Ressource Stickstoff, im Gegensatz zu den anderen Nährstoffen, die zugekauft werden dürfen, im Wirtschaftskreislauf endlich ist. Geht im Kreislauf Stickstoff verloren, ist dieser sehr schwer wiederzubeschaffen.

Stickstoffquelle Humus

97 - 98% des Stickstoffs im Boden liegt in organischer Form vor. Dieser Stickstoff ist organisch gebunden und damit von der Pflanze vorerst nicht nutzbar. Ammoniumstickstoff (NH4+) findet sich an den Kolloiden des Bodens gespeichert, allerdings deckt er nicht einmal 1% des gesamten Bodenstickstoffes ab. Die restlichen 1 - 2% liegen als Nitratstickstoff vor. Im Ergebnis einer Bodenuntersuchung findet man dazu vier aussagekräftige Werte zu dem im Boden vorliegenden Stickstoff:

Humusgehalt: Dieser Wert beschreibt den prozentualen Gewichtsanteil von Humus in der abgegebenen Bodenprobe.

Gesamt-N (%): Gesamt-N (%) charakterisiert den prozentualen Stickstoffanteil im Humus. Haben Sie also eine Bodenprobe von 1000 g bei einem Humusgehalt von 5% abgegeben, errechnet sich ein Humusanteil von 50 g. Liegt der Gesamt-N Wert bei 0,2%, errechnen sich daraus 0,1 g Stickstoff je 1000 g Bodenprobe (50g Humus x 0,2% Stickstoffgehalt = 0,1g Stickstoff je 1000 g Boden). Der Gesamt-N Wert kann zum Beispiel durch den Anbau von Leguminosen, als stickstofffixierende Feldfrüchte, erhöht werden.

C/N Verhältnis: Mit dem C/N-Verhältnis werden die organisch gebundenen Gewichtsanteile von Kohlenstoff und Stickstoff (Gesamt-N) im Boden (Humus) beschrieben. Er dient der Bestimmung Ihrer Humusqualität. Je kleiner die Zahl, umso mehr Stickstoff steht, im Verhältnis zu Kohlenstoff, zur Verfügung. Liegt der Wert unterhalb von 8, liegt zu viel Stickstoff vor. Dies führt zur Bildung von Ammoniak oder Lachgas, und damit Stickstoff Verlusten. Ein zu hohes C/N-Verhältnis im Humus (über 12) befördert den anaeroben Abbau der organischen Masse, und führt damit zu einer geringeren Mineralisierung. Damit wird auch die Aktivität der gewünschten Mikroorganismen im Boden beschrieben. Je größer der Wert, umso schlechter sind die Rahmenbedingungen für die, das organische material zersetzenden, Bakterien. Die Gefahr, dass Stickstoff festgelegt wird, steigt. Als ideal wird ein C/N-Verhältnis von 10 angesehen.

Kohlenstoffeintrag z.B. über Stroh erhöht das C/N Verhältnis, Stickstoffeintrag z.B. über Leguminosen reduziert es.

N-Nachlieferung (kg/ha): Dieser Wert gibt an, wieviel Stickstoff auf Basis der Rahmenbedingungen (Humusgehalt, Gesamt-N, C/N-Verhältnis) über ein komplettes Jahr vom Boden maximal nachgeliefert werden kann. Dies ist allerdings abhängig von den Temperaturen und der Feuchtigkeit des Bodens und damit nur ein theoretischer Wert. Zudem verteilt sich die N-Nachlieferung auch auf Zeiträume, die außerhalb der Vegetationsperiode der angebauten Feldfrucht liegen. Als für die Kultur tatsächlich verfügbar werden daher lediglich 50% des gesamten, nachgelieferten Stickstoffs + Nmin angesehen.

Fazit zu den Ergebnissen der Bodenuntersuchung

Über diese vier Kennzahlen erhalten Sie einen Überblick, wie es um dem Stickstoff Vorrat Ihres Bodens tatsächlich steht. Entscheidend ist die Menge an Humus (Humusgehalt), die zur Verfügung steht, die Menge des sich im Humus befindenden Stickstoffs (Gesamt-N), und die Qualität des Humus (C/N-Verhältnis), die aussagt, wie hoch die Stickstoffverluste zu veranschlagen sind. Das Ergebnis dieser drei Variablen spiegelt sich in der Höhe der N-Nachlieferung Ihres Bodens wieder.

Den Stickstoffkreislauf verbessern

Der Stickstoffkreislauf erscheint einfach. Man bringt organisches Material in das Erdreich ein und lässt es mit Hilfe von Bakterien und anderen Mikrolebewesen verrotten. Dadurch entsteht Humus, in dem der Stickstoff gespeichert wird. Andere Bakterien schließen den Humus zu einem späteren Zeitpunkt auf und machen den Stickstoff wieder pflanzenverfügbar. Die neue Pflanzengeneration nutzt den Stickstoff, wächst, trägt Früchte und stirbt ab. Somit kann der Kreislauf von vorne beginnen.

Das klingt einfach, hat aber einige Fallstricke eingebaut:

Zeitliche Diskrepanz zwischen Stickstoff Freisetzung und Stickstoff Bedarf

Die Mikrolebewesen, die den Humus zerlegen und dabei den Stickstoff freisetzen arbeiten nicht nur im Vegetationszyklus der Feldfrucht, sondern über das ganze Jahr hinweg, teilweise sogar schon ab einer Bodentemperatur von -2° C. Stickstoff, der außerhalb des Vegetationszyklus freigesetzt wird geht ohne getroffene Maßnahmen (z.B. Zwischenfruchtanbau) verloren. Baut man Zwischenfrüchte an, entsteht ein weiterer Vegetationszyklus, der es wieder erlaubt, den freigesetzten Stickstoff des ersten Vegetationszyklus zu speichern. Verwendet man als Zwischenfrucht Leguminosen, erhöht sich der gespeicherte Stickstoffanteil im Idealfall sogar.

Schlechte Lebensbedingungen für die zur Verrottung verantwortlichen Mikroorganismen

Steht den für den Verrottungsprozess verantwortlichen Bodenlebewesen kein ideales Umfeld, bestehend aus Nahrung in Form von organischer Substanz und Mikronährstoffen, genügend Luft und Wasser sowie ein passender pH-Wert auf Basis eines Kationengleichgewichts im Sorptionskomplex zur Verfügung, wird der Verrottungszeitpunkt in das Frühjahr verschoben. Man kann dies gut erkennen, wenn im Frühjahr z.B. noch ganze Strohhalme im Boden erkennbar sind.

Die für den Verrottungsprozess verantwortlichen Mikrolebewesen ernähren sich unter anderem von Stickstoff, und das in nicht unerheblichen Mengen. Der in der eingearbeiteten Zwischenfrucht gespeicherte Stickstoff, wird im Frühjahr als Nahrungsquelle verwendet. Die Mikrolebewesen sind aber nicht wählerisch und „fressen“ nicht nur den Stickstoff aus dem verrottendem organischen Material, sondern greifen bei ihrer Ernährung auf alle verfügbaren Stickstoffquellen zu, also auch auf den Stickstoff, der sich in Form von Nitrat oder Ammonium im Boden befindet. Dabei ist es nicht relevant, ob dieser Stickstoff als Nmin Stickstoff vorliegt, beim Abbau von Humus aktuell freigesetzt wird, oder über mineralische Düngung zugeführt wurde. Die beteiligten Mikrolebewesen stehen damit automatisch in Nahrungs-Konkurrenz zu den im Frühjahr wachsenden Pflanzen, die diesen Stickstoff eigentlich für Ihr Wachstum dringend benötigen würden. Letztendlich wird pflanzenverfügbarer Stickstoff damit zur Mangelware, obwohl eigentlich viel Stickstoff im Boden vorzufinden ist, allerdings in organisch gebundener Form. Dies passiert nicht, wenn der Verrottungsprozess im Frühjahr bereits abgeschlossen ist.

Negative Einflüsse auf die Stickstoffverfügbarkeit

  • Defizitäre Kationenverhältnisse im Sorptionskomplex reduzieren das physikalische Gleichgewicht im Boden. Dies bringt den Luft und Wasserhaushalt des Bodens in ein Ungleichgewicht und wirkt sich negativ auf den Lebensraum der Mikroben aus. Im Extremfall finden Zersetzungsprozesse anaerob statt. Fehlender Sauerstoff wird dann dem Nitrat (NO4) entnommen. Dies vergiftet den Boden mit Alkoholen und reduziert wertvolle Stickstoff- und Kohlenstoffvorräte durch Methan, Ammoniak- und Lachgas Verluste.
  • Zu hohe Magnesium Anteile im Boden verdichten diesen und verzögern oder verhindern Verrottungsprozesse.
  • Zu hohe Kalzium Anteile erhöhen die Stickstoffverfügbarkeit für die Pflanze. Dies führt zu schnell wachsenden Pflanzen, allerdings mit schwindender Halmstabilität. Schwache Stickstoffvorräte werden in Biomasse investiert, nicht aber in die Kornfüllung.
  • Mikronährstoffmangel führt zu „hungernden“ Mikroorganismen. Dies wirkt sich auf die für die Verrottung zuständigen Lebewesen genauso wie auf die Humus zersetzenden Bakterien negativ aus.
  • Zu wenig Schwefel verringert die Stickstoffeffizienz und reduziert die Phosphor Verfügbarkeit.
  • Ist zu wenig Molybdän verfügbar, kann dies zu Nitrateinlagerungen in der Pflanze führen.
  • Bormangel vermindert die Stickstoffeffizienz.