Wie kommt der Nährstoff an die Wurzel?

In Aktuelles, Grünland by Thomas LoschenHinterlasse uns einen Kommentar

Wie wir Menschen brauchen auch Pflanzen für eine gesunde und gedeihliche Entwicklung vor allem eins: eine ausgewogene Ernährung. Nicht zu viel, nicht zu wenig, und unbedingt in der richtigen Zusammensetzung. Die Pflanzen bekommen ihre „Mahlzeiten“ in Form von Mineralstoffen aus dem Boden, sie nehmen sie über die Wurzel auf und speichern bzw. verarbeiten sie in Spross und Blättern. Wildpflanzen erhalten ihre Nährstoffe aus einem meist ungestörten Boden, auf dem sie in Gesellschaft mit anderen Pflanzen leben. Die Nachlieferung aus abgestorbenem Material und die Umwandlung im Boden durch Mikroorganismen passieren dort in einem eingespielten Rhythmus.

Unsere Kulturpflanzen aber sind „Hochleistungssportler“, die aber auf einem unbedeckten Schlag aufwachsen und anschließend zum größten Teil von dort abgefahren werden, bevor das nächste Fruchtfolgeglied ausgebracht wird. Für die Ernährung dieser Athleten ist der Landwirt zuständig. Zum einen über die Pflege seines Bodenlebens, das er über die Grunddüngung sowie mit Zwischenfrüchten und Pflanzenresten versorgt. Und zum anderen über die Düngung der Kulturen, denn ohne einen ausgewogenen Cocktail an Haupt- und Mikronährstoffen,  der bei jeder Pflanzenart anders zusammengesetzt ist, können unsere pflanzlichen Leistungssportler keine Leistung abliefern.

Ausgewogene Mahlzeiten

Glücklicherweise wissen wir über die Bedürfnisse und die jeweiligen Entwicklungstermine, zu denen ein Bedarf besteht, inzwischen sehr genau Bescheid. Der Hunger der Kulturen nach bestimmten Pflanzennährstoffen kann über Wirtschaftsdünger wie Gülle oder Stalldung oder aber durch Mineraldünger gestillt werden. Letztere werden entweder aus natürlichen Lagerstätten gewonnen, wie Kalisalze, Phosphate oder Kalk, oder industriell hergestellt, als optimal auf den Pflanzenbedarf abgestimmte Ein- oder Mehrnährstoffdünger.
Spätestens jetzt stellt sich allerdings die Frage, wie das Essen an die Wurzel kommt – in der richtigen Menge, zur richtigen Zeit und genau an den richtigen Ort Dieser punkt- und termingenauen Nährstoffversorgung, mit der das Ertragspotenzial der Pflanze effizient genutzt wird, stehen nun natürlich auch wirtschaftliche Gesichtspunkte gegenüber. Denn Effizienz – abgeleitet vom lateinischen Wort efficientia (Wirksamkeit) – misst sich vor allem daran, dass Dinge wirtschaftlich richtig getan werden – um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.  So hat die Landtechnik in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Maschinenkonzepte hervorgebracht und stetig weiterentwickelt, um die Bestände präzise und schlagkräftig mit Nährstoffen zu versorgen. Da nun die Umstände der Produktion – Betriebsgröße, Standortbedingungen, angebaute Kulturen, regionale Besonderheiten – so variabel sind wie das Wetter im April, können diese Anforderungen auch nicht nur mit einer Technologie erfüllt werden.

„Diätvorgaben“ vom Gesetzgeber

Und dann gibt es noch eine weitere Einflussgröße auf die Art und Weise der Düngung: den Gesetzgeber. Europäische und nationale Gesetzespakete dringen immer stärker auf Einsparungen im Betriebsmitteleinsatz, so auch bei der Düngung. Letztendlich hat auch das mit Effizienz zu tun, geht es doch nun darum, die verbleibenden Mengen so präzise und verlustfrei wie möglich in die Pflanze zu bekommen.

Hier ist in den vergangenen Jahren viel Entwicklungsarbeit geschehen. Die bekannten Systeme wurden von den Herstellern verfeinert: Vor allem die Möglichkeiten der Datenerfassung und on-time-Auswertung helfen dabei, die Ausbringung präziser zu machen, die Vorgaben der Düngeverordnung umzusetzen und, nicht zuletzt, den Fahrer zu entlasten.

Technologien der Mineraldüngung

Jahrzehntelang wurden Mineraldünger von Hand auf dem Feld verteilt, später mit Kastenstreuern – von Pferden gezogen und mit einer Arbeitsbreite von 2,5 m. Unsere heutigen Zentrifugalstreuer mit Arbeitsbreiten bis 50 m und Flächenleistungen bis 20 ha/h spielen da in einer ganz anderen Liga – das müssen sie aber auch, geht es doch schließlich um die Ernährung von Leistungssportlern.

Zentrifugalstreuer: Essen auf Rädern

Zentrifugal- oder Schleuderdüngerstreuer sind die verbreitetsten Systeme: Düngerkörner laufen aus dem Vorratsbehälter auf zwei rotierende Streuscheiben, die ihn mittels Wurfschaufeln beschleunigen und nach außen und hinten auswerfen. Es gibt sie als angebaute und gezogene Variante, in Behältergrößen bis 4.000 l (angebaut) bzw. 22.000 l (gezogen, zweiachsig) und mit Arbeitsbreiten von 24 bis 36, teilweise sogar bis zu den oben erwähnten 50 m.

Zentrifugalstreuer AMAZONE ZA-TS 4200, Pressebild AMAZONE (https://amazone.de)

Angetrieben werden die Streuer bislang mechanisch oder hydraulisch, künftig setzen immer mehr Hersteller auf elektrische Antriebe. Die Stoffeigenschaften des Düngers beeinflussen sowohl die Streubreiten als auch das Wurfbild. Deswegen ist eine exakte Einstellung des Streuers enorm wichtig, um Streufehler zu vermeiden. Hinweise dazu gibt es nicht nur von den Landtechnikanbietern, sondern auch von den Düngemittelherstellern und der Offizialberatung.

Abbildung Köller: Assistenzsysteme für Zentrifugalstreuer arbeiten mit maschineninternen sowie maschinenexternen Sensoren. Sie tragen zur besseren Funktion der Streuer bei und helfen, die Arbeitsqualität zu verbessern. Quelle: Verfahrenstechnik in der Pflanzenproduktion, Eugen Ulmer-Verlag, ISBN 978-3-8252-5198-7

Pro & Contra: Zentrifugaldüngerstreuer sind weit verbreitet, praxistauglich, schlagkräftig und vergleichsweise günstig. Auch die kurzen Rüstzeiten sind in arbeitsintensiven Phasen ein Pluspunkt. Dank zahlreicher Innovationen zur Verbesserung der Verteilqualität lassen sich Überlappungen und Streufehler minimieren und rechtliche Anforderungen einhalten. Zu ihnen zählen Grenzstreueinrichtungen, Sensoren zur Regelung der Verteilgenauigkeit, GPS oder elektrische, fein variierbare Antriebe.

Allerdings weist die Technologie auch eine ganze Reihe an Minuspunkten auf, da wären unter anderem die Begrenzung der Behältergrößen und die damit zusammenhängenden Achslasten zu nennen. Ebenso die Windanfälligkeit und die Abhängigkeit von Größe und Zusammensetzung der Düngerkörner, die ständige Kontrollen und Nachjustierungen erfordern, um die Verteilgenauigkeit zu sichern.

Die oberflächliche Ausbringung mineralischer N-Dünger kann natürlich Verluste in die Luft oder durch Auswaschung in den Boden zur Folge haben. Die können zwar durch Zugabe von Urease- und Nitrifikationshemmern sowie durch anschließende Einarbeitung begrenzt werden. Schwer zu beeinflussen ist dagegen, wenn fehlende Niederschläge eine N-Gabe zu spät oder gar nicht mehr wirksam werden lassen.

Pneumatikstreuer: Direkt an die Pflanze

Bei der Düngerverteilung per pneumatischer Düngertechnik gelangt der Dünger aus dem Vorratsbehälter zur Dosiereinheit und wird von dort per Luftstrom über Rohrleitungen zu den Verteildüsen geleitet. Die Dosierung übernehmen Nockenräder, die von Hydraulikmotoren angetrieben werden und stufenlos verstellt werden können.

Pneumatikstreuer RAUCH AERO GT, Pressebild RAUCH (https://rauch.de)

Pro & Contra: Der Pneumatikstreuer beweist vor allem in windigen Regionen seine Stärken. Auch die Verteilgenauigkeit ist deutlich besser, wenn feinkörnige Dünger, wie Harnstoff, oder Mischungen mit unterschiedlichem Korngrößenspektrum auszubringen sind. Die stufenlose Einstellung und Teilbreitenschaltung lassen eine randscharfe Ausbringung zu. Nachteilig ist, dass wie beim Zentrifugalstreuer die Dünger oberirdisch ausgebracht werden, von wo sie erst einmal verlustfrei zur Wurzel kommen müssen.

Exakt platziert statt breit verteilt

Eine ganz andere Philosophie verfolgt die platzierte Düngung, also die unterirdische Platzierung der Dünger nahe an der Wurzel. Hier gibt es viele Verfahren, abhängig vom verwendeten Düngemittel und der Kultur. Am besten geeignet ist diese Technologie für die Ausbringung von Stickstoff und Phosphor. Allen Verfahren gemeinsam ist der Versuch, die Nährstoffe noch besser an und in die Pflanze zu bringen, damit die Nährstoffeffizienz zu erhöhen und dem Druck rechtlicher Vorgaben gerecht zu werden. Allerdings sind viele der Verfahren bislang noch nicht vollständig ausgereift.

Ein großer Vorteil ist, dass mittels dieser Technologie Aussaat und Düngung kombiniert und damit – neben der präziseren, wetterunabhängigen Platzierung der Dünger nahe an der Wurzel – mehrere Arbeitsgänge zusammengefasst werden können.

Hier gibt es, vor allem beim Mais und zunehmend auch bei Kartoffeln, das mittlerweile etablierte Verfahren der Unterfußdüngung. Dabei wird, um Salzschäden beim Keimling zu vermeiden, das Düngerband etwa 5 cm unter dem Samen und etwa 5 cm seitlich zur Saatgutreihe abgelegt.

Ebenfalls für die Maisaussaat, aber auch für Raps und Getreide, wird von Sätechnik-Herstellern inzwischen das Verfahren der Unterflurdüngung angeboten, bei dem das Düngerband nicht wie bei der Unterfußdüngung in der Nähe des Saathorizontes abgelegt wird, sondern deutlich tiefer, auf der Bearbeitungsebene der Schare. Dieses Verfahren soll die Wurzeln zum Tiefenwachstum anregen.

Die Saatbanddüngung mit Mikrogranulaten ist eine weitere moderne Art der platzierten Düngergabe. Hier werden ebenfalls bei der Aussaat mit Mikrogranulatdosierer Düngemittel in das Saatband direkt zum Saatkorn gelegt. Dank der speziell konfigurierten Granulate führt die direkte Nähe zum Keimling hier nicht zu Salzschäden. Die Nährstoffe können daher schnell und in frühen Phasen der Pflanzenentwicklung erschlossen werden.

Anhängesämaschine D9 6000-TC Combi, Pressebild AMAZONE (https://amazone.de)

Pro & Contra: Ein unschlagbarer Vorteil dieser Verfahren ist natürlich die rechtzeitige und bedarfsgerechte Verfügbarkeit von Nährstoffen ganz nach dem Bedarf der Jungpflanze. Das gelingt auch bei unzureichender Wasserversorgung, ungünstigem pH-Wert, ungünstiger Bodenstruktur oder kühler und nasser Witterung. Die gesamte mineralische N-Düngung kann dank der stabilisierten Düngemittel in einer Gabe zusammengefasst werden, ohne dass Lachgasemissionen oder Nitratverlagerungen ins Grundwasser zu befürchten sind. Die Belieferung der Pflanze mit „Düngerdepots“, aus denen die benötigten Nährstoffe über einen längeren Zeitraum freigesetzt werden, hat für Pflanze, Umwelt und Landwirt eindeutig Vorteile.

Als nachteilig sind die höheren Investitionskosten der Systeme zu nennen.

Ernährung in flüssiger Form

Nun können mineralische Dünger natürlich nicht nur in fester, sondern auch in flüssiger Form an die Pflanze gebracht werden. Deren Ausbringung ist auf verschiedenen Wegen möglich: Zum einen mit den im Pflanzenschutz üblichen Feldspritzen oder aber mit Spezialverteilern, die sie punktförmig in den Boden einarbeiten. Kommen Feldspritzen zum Einsatz, ist zu bedenken, dass solche Flüssigdünger ätzend und korrosiv wirken können. Daher müssen Bauteile, die mit ihnen in Berührung kommen, aus korrosionsbeständigen Materialien bestehen – wie Edelstahl, Kunststoff oder Keramik. Natürlich können solch aggressive Flüssigkeiten auch Schäden an den Kulturen hervorrufen. Um Verätzungen zu vermeiden,können sie auch mit Schleppschläuchen direkt auf den Boden appliziert werden.

Essen aufs Blatt

Eine Sonderform der Flüssigdüngung ist die Blattdüngung. Sie kann vor allem bei Stickstoff, Magnesium und Schwefel angewendet werden. Für Phosphor, Kalium und Calcium eignet sie sich wegen der benötigten höheren Mengen eher weniger. Weit verbreitet ist die Blattapplikation von Spurennährstoffen, die bei sichtbaren Mangelerscheinungen, also bei akutem Mangel, genauso gut aber auch prophylaktisch erfolgen kann. Ein Cocktail aus verschiedenen Spurennährstoffen kann gut in Kombination mit einer Pflanzenschutzmaßnahme verabreicht werden.

Pro & Contra: Die Kombination mit Pflanzenschutzmaßnahmen spart Überfahrten. Gleichzeitig kann so eine Gabe von Haupt- oder Spurennährstoffen einen akuten Mangel ausgleichen. Sie ist extrem wirkungsvoll, denn der Wirkungsgrad der über das Blatt an die Pflanze gelieferten Nährstoffe ist bis zu fünf mal höher als bei über den Boden gedüngten Nährstoffe. Allerdings kann sie vor allem bei den Hauptnährstoffen die Bodendüngung nicht ersetzen, sondern nur ergänzen, da die benötigte Menge durch die begrenzte Aufnahmekapazität über das Blatt nicht gedeckt werden kann.

Cultan: Essen aus Rädern

Die oben bereits erwähnte zweite Form der Flüssigdüngung mit Spezialverteilern ist eine Variante der Stickstoff-Depotdüngung, die in den Prärien Nordamerikas aufgrund der dortigen Umweltverhältnisse schon langjährig erprobt ist: die Flüssiginjektion von hochkonzentrierten Nährstoffen in den Boden. Des Weiteren ist eine Cultandüngung auch mit Festdüngern möglich. Die hierzulande seit den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts  von Prof. Sommer entwickelte „Cultandüngung“ – Cultan steht für Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition, deutsch: kontrollierte Langzeitammoniumernährung – kann die Ammonium-N- und Phosphatversorgung vor allem in Getreide, Mais, Raps, Kartoffeln, auf dem Grünland und im Gemüseanbau sichern.  Bei diesem Verfahren wird der Dünger 7 bis 20 cm tief und leicht seitlich versetzt zu den Saatreihen platziert. Die Depots werden erstmal weder ausgewaschen noch mikrobiell umgesetzt. Die Pflanzenwurzeln umwachsen es und nehmen den Nährstoff auf, bis er zum Ende der Vegetation aufgebraucht ist. Das Verfahren findet immer mehr Freunde in der Anwendung, die so behandelten Flächen wachsen stetig. Auch Umweltverbände finden diese Strategie aufgrund der reduzierbaren Düngermengen und der geringeren Umweltbelastung sehr gut. Es existieren inzwischen mehrere Maschinengenerationen, die neuste Innovation ist, dass die Düngerlösung mit hohem Druck in den Boden „geschossen“ wird (high pressure injection).

Cultandüngung mit high pressure injection. Quelle VSE , Vereinigte Saatzuchten (https://gemeinsamvse.de)

Pro & Contra: Die Injektion ermöglicht eine verlustfreie Einarbeitung des Düngers.  Damit können bis zu 100 % N-Wirkungsgrad erreicht und dank GPS-Unterstützung sehr exakt gearbeitet werden. Auswaschung wird vermieden, die Nmin-Werte nach der Ernte sind gering. Für die Bestände sind die verbesserte Nährstoffeffizienz, die bedarfsgerechte Versorgung und eine geringere Stressanfälligkeit bei Trockenheit hervorzuheben. Landwirte freuen sich über stabile und zum Teil höhere Erträge sowie die geringere Abhängigkeit von Niederschlägen.

Zudem ist die Technologie natürlich teuer und eignet sich daher nur für Großbetriebe oder Lohnunternehmen.

Fazit

Angesichts der Vielzahl von Varianten an betrieblichen Strukturen, Standortbedingungen, Kulturarten und deren Ansprüchen ist klar, dass keine einzelne Technologie alle Anforderungen erfüllen kann. Sie alle eint jedoch der Anspruch, die richtige Menge Nährstoff zur richtigen Zeit ohne Beeinträchtigung abzuliefern. Hier sind in den letzten Jahren enorme technische Fortschritt zu verzeichnen.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass auch künftig Zentrifugalstreuer den Markt beherrschen werden. Dennoch beschleunigen die Düngeverordnung und der Wegfall von Wirkstoffen im Pflanzenschutz die Zunahme der platzierten Düngung. Viele Verbesserungen sind hier zu erwarten, etwa hinsichtlich GPS-gesteuerter Ausführungen mit automatisierten Einstellungen aller wichtigen Parameter. Neue Antriebsformen erlauben die präzisere Ausbringung, Sensoren helfen bei der Steuerung und entlasten den Fahrer.

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Thomas Loschen

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