Zusammenfassung der Strategien zur Verringerung der Stickstoffauswaschung aus landwirtschaftlichen Systemen

Anmerkung: Dies ist die Zusammenfassung der Webseite in 2000 Wörtern, die zur Übersetzung geeignet ist und zu deren Erstellung wir nach WP1 (D1.9) verpflichtet sind.

Das NTOOLBOX-Projekt startete 2009 als von der Europäischen Union gefördertes Projekt mit dem Ziel, praktische, auf Betriebsebene realisierbare Strategien zur Verringerung der Stickstoffauswaschung ausfindig zu machen. Während des gesamten Projektes haben wir zahlreiche Artikel verfasst, die Wissenschaft und Praxis der Umsetzung von Strategien zur Verringerung der Stickstoffauswaschung auf Betriebsebene nach dem neuesten Stand der Technik darstellen. Beim Studieren dieser Webseiten werden Sie vielen dieser Artikel im PDF- oder Webformat begegnen. Auf dieser Seite geben wir eine Zusammenfassung der von uns ermittelten Schlüsselstrategien.

Wir haben die Strategien zur Verringerung der Stickstoffauswaschung in die folgenden acht Kategorien gegliedert. Klicken Sie den hervorgehobenen Link an, um Näheres über die Strategien zu erfahren, die wir jeweils ausfindig gemacht haben:

  1. Lösungen zur Mistlagerung und -behandlung
  2. Tierhaltung
  3. Weidemanagement zur Verringerung der Stickstoffverluste
  4. Ausgewogene Stickstoffversorgung
  5. BMP für die Mistausbringung
  6. Strategien für bewässerte Flächen
  7. Effizienter Stickstoffkreislauf auf Feldebene
  8. Abfluss-, Entwässerungs- und Abwassermanagement

1. Lösungen zur Mistlagerung und -behandlung

Auf jedem Betrieb, auf dem Nutztiere gehalten werden, die während einer gewissen Zeitspanne im Stall verbleiben (im Gegenteil zu extensiven, weidebasierten Systemen), muss der Mist, bevor er auf dem Feld ausgebracht werden kann, gesammelt und gelagert werden. Probleme ergeben sich, wenn ungenügend Lagerkapazität für den Mist vorhanden ist, sodass Bauern gezwungen sind, diesen zu ungeeigneten Zeitpunkten auszubringen. Problematisch ist dies insbesondere in nördlichen Gegenden, wo ein Umweltrisiko besteht, wenn Mist im Winter auf gefrorenem Boden ausgebracht wird und/oder wenn zum Zeitpunkt der Ausbringung kein aktives Pflanzenwachstum vorhanden ist. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, die Mistlagerkapazität zu erhöhen. Kompostieren des Mistes oder der Einsatz kohlenstoffreicher Einstreu wie etwa Stroh kann durch eine höhere Umsetzung des verfügbaren Stickstoffs in stabileren, organischen Stickstoff dazu beitragen, Stickstoff im Boden festzuhalten. Der Gefahr der Verunreinigung von Gewässern durch Abflüsse aus Misthaufen lässt sich begegnen, indem Festmisthaufen fern von Wasserläufen und Entwässerungsgräben angelegt werden. Die Überdachung von Festmistlagerflächen verringert den Abfluss und damit die Menge an verschmutztem Wasser, das, bevor es auf die Felder gebracht werden kann, gesammelt und gelagert werden muss. Zugleich verbessert diese Maßnahme die Qualität des Mistes, da wertvolle Nährstoffe, insbesondere Kalium, im Festmist erhalten bleiben. Wir empfehlen auch, Festmist auf einer Betonplatte mit einem Auffangsystem für abfließende Flüssigkeit zu lagern; dies verhindert Abfluss und Auswaschung von NO3-. Heutzutage stehen uns Geräte zur Verfügung, die die feste und die flüssige Fraktion des Mistes voneinander trennen, sodass beide Bestandteile gezielt genutzt werden können. Der Feststoffanteil kann etwa als Bodenverbesserer, als organischer Dünger oder als Bestandteil eines kompostbasierten Pflanzsubstrates genutzt werden. Die flüssige Fraktion enthält geringe Konzentrationen an Nährstoffen in leicht aufnehmbarer Form und kann in ähnlicher Weise wie ein Mineraldünger oder in einem Fertigationssystem eingesetzt werden. Und schließlich besteht noch die Möglichkeit, aus der Not eine Tugend zu machen und durch anaerobe Güllevergärung ein Mittel der Energieerzeugung zu schaffen. Im Laufe dieses Prozesses erhöht sich zudem die Nährstoffkonzentration des Ausgangsmaterials, was den Transport und die Ausbringung des Vergärungsproduktes weniger energieintensiv macht. Dies ist eine ideale Methode, das Problem der Stickstoffauswaschung in der Tierhaltung, insbesondere der intensiven Tierhaltung, indirekt anzugehen.

2. Tierhaltung

Die Strategien zur Verringerung der Stickstoffauswaschung in der Tierhaltung konzentrieren sich darauf, den Einsatz der Futtermittel effizienter zu gestalten, sodass die Menge der von den Tieren ausgeschiedenen Nährstoffe minimiert wird. Auf Milchviehbetrieben besteht die Möglichkeit, die Zahl der Jungtiere zurückzubringen und die Remontierungsrate zu senken. Die Wirksamkeit dieser Methode beruht darauf, dass bei älteren Kühen ein höherer Anteil des Futtereiweißes in Milcheiweiß umgesetzt und ein geringerer Teil zur Erhaltung genutzt wird; dadurch ist die Stickstoffausscheidung pro kg Milch bei älteren Kühen niedriger. Eine andere Strategie besteht darin, den Stickstoffgehalt des Futters zu senken. Indem ein Übermaß an Stickstoff im Futter nach Möglichkeit vermieden wird, verringert sich die vom Tier nicht genutzte Menge und somit auch die Menge des ausgeschiedenen Stickstoffs. Die optimale Abstimmung des Nährstoffgehaltes des Futters auf eine spezifische Wachstums- oder Entwicklungsphase oder, im Fall von Milchkühen, auf eine bestimmte Phase des Laktationszyklus wird als Phasenfütterung bezeichnet. Diese ermöglicht eine vollständigere Nutzung der im Futter enthaltenen Nährstoffe für die Tierproduktion und eine geringere Ausscheidung überschüssiger Nährstoffe im Dung. Bei Wiederkäuern kann auch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Eiweiß und Kohlenhydraten im Futter zur Optimierung der Pansenfunktion und somit zu einer effizienteren Futternutzung beitragen.

3. Weidemanagement zur Verringerung der Stickstoffverluste

Weiden können einen Gefahrenherd für die Stickstoffauswaschung auf Betrieben mit Weideviehhaltung darstellen. Weidemanagementstrategien zielen darauf ab, die Bildung von Bereichen mit erhöhtem Risiko (z.B. rund um Fütterungseinrichtungen, Gatter) zu vermeiden und eine gleichmäßigere Nutzung der Weide durch die Tiere und dadurch eine gleichmäßigere Verteilung von Harn und Kot zu fördern. Übermäßiger Viehtritt bei Nässe kann zur Verschlämmung der Böden führen. Es kommt dann zur Pfützenbildung, einer Verminderung der Wasseraufnahme und erhöhtem Oberflächenabfluss. Der durch Viehtritt verursachte Schaden an der Bodenstruktur lässt sich begrenzen durch regelmäßiges Umstellen von Futter- und Wassertrögen, durch die Aufstellung von Fütterungseinrichtungen und Trögen auf einem harten Untergrund, durch die Verlegung von Durchgängen in weniger gefährdete Bereiche und durch eine Beschränkung der Beweidungsdichte unter nassen Bedingungen. Zudem empfiehlt es sich, die Tiere von Oberflächengewässern fernzuhalten. Zu diesem Zweck werden Gewässer durch Zäune geschützt, alternative Tränkesysteme bereitgestellt und Viehbrücken zum Überqueren von Wasserläufen angelegt. Ein andere Strategie zur Verminderung der Stickstoffverluste aus Weiden ist eine Erhöhung des Kleegehaltes der Weide. Dies vermindert den Bedarf an Stickstoffdüngung, und die Stickstoffauswaschung aus ungedüngten Gras-/Klee-Weiden ist im Allgemeinen geringer als aus mit Mineralstickstoff gedüngten, von Schafen oder Rindern beweideten Grünlandflächen. Ferner bestehen Anzeichen dafür, dass die Stickstoffauswaschung aus älteren Dauerweiden höher ist als aus Grünland jüngerer Einsaat. Deshalb empfiehlt sich die Neueinsaat älterer Dauerweiden. Zusätzlich ermöglicht eine Einschränkung der Beweidungsdichte eine Verringerung der auf den Weiden abgelegten Gesamtmengen an Harn und Kot. Schließlich wurden auf neuseeländischen Weiden mit Erfolg Nitrifikationshemmer eingesetzt, um die Nitratauswaschung zu beschränken, eine Methode, die jedoch bislang in Europa nicht im Handel erhältlich ist. Diese Nitrifikationshemmer verzögern die biologische Umsetzung von Ammoniumstickstoff in Nitratstickstoff, was die Gefahr der Auswaschung verringert.

4. Ausgewogene Stickstoffversorgung

Eine weitere Methode zur Verringerung der Gefahr der Stickstoffauswaschung besteht darin, die dem Boden in Form von Mist oder Dünger zugeführte Stickstoffmenge auf das Notwendige zu beschränken. Die optimalen Düngergaben lassen sich mit Hilfe regionaler Düngungsleitfäden und Softwarepakete sowie durch Bodenanalysen ermitteln. Nachdem die optimale Düngermenge bestimmt ist, kann anhand von Beurteilungen der Stickstoffversorgung des Bestandes während der Saison noch eine Feinabstimmung erfolgen. Dazu ist eine Reihe von Instrumenten im Handel, unter anderem tragbare Chlorophyll-Messgeräte, am Traktor angebrachte Sensoren sowie Satellitenbilddienste.

5. Best Management Practices für die Mistausbringung

Eine Verbesserung der Mistlagerung und -behandlung kann die Stickstoffauswaschung reduzieren, doch die größten Gefahren drohen während und nach der Mistausbringung. Dieses Risiko lässt sich vermindern, indem man auf das Ausbringen von Mist in gefährdeten Bereichen verzichtet. Dies sind z.B. die an Wasserläufe grenzenden Bereiche, untiefe Böden über zerklüftetem Gestein oder rissige Böden über Entwässerungsrohren, Bereiche mit einem dichten Netzwerk von Entwässerungsgräben sowie feuchte Senken, deren Feuchtigkeit in nahe gelegene Wasserläufe abfließt. Zusätzlich empfiehlt es sich, nur unter optimalen Bedingungen Mist auszubringen, d.h. wenn das Risiko des Abflusses oder der Auswaschung von Nährstoffen gering ist. In vielen Ländern ist die Mistausbringung in risikoreichen Perioden, d.h. bei gefrorenem Boden, gesetzlich verboten. Vor der Ausbringung sollten Mistanalysen durchgeführt werden, um den Gehalt an verfügbarem Stickstoff zu ermitteln. Die Proben können entweder an ein Labor geschickt oder vor Ort mit Hilfe eines Prüfsatzes analysiert werden. Nicht nur den momentanen Gehalt an verfügbarem Stickstoff gilt es zu kennen, auch eine genaue Schätzung der Stickstofffreisetzung aus dem Mist während der Anbausaison ist wichtig. Dazu können Referenztabellen der Inhaltsstoffe von Mist oder Softwarepakete verwendet werden. Und schließlich gewährleistet eine regelmäßige Wartung und Kalibrierung der zur Mistausbringung eingesetzten Maschinen eine gleichmäßige und genaue Ausbringung.

6. Strategien für bewässerte Flächen

Bewässerungssysteme stellen einen Sonderfall dar, in dem die Auswaschung von Nitraten in hohem Maße mit dem Wassermanagement zusammenhängt. Auf bewässerten Flächen sollte man, zusätzlich zu den bereits genannten Empfehlungen, die Bewässerungsmenge an den jeweiligen Bedarf des Bestandes anpassen. Dies macht eine genaue Bewässerungssteuerung in Übereinstimmung mit der Evapotranspiration des Bestandes sowie häufigere Gaben kleinerer Wassermengen erforderlich. Die Fertigation (Düngung über das Bewässerungswasser) ermöglicht genaue und häufige, dem Bedarf des Bestandes entsprechende Nährstoffgaben. Das Ergebnis ist eine geringere Gesamtdüngermenge, was sowohl die Kosten als auch die Gefahr der Stickstoffauswaschung reduziert. Eine Aufrüstung der bestehenden Bewässerungsanlage im Hinblick auf eine effizientere Wassernutzung schließlich führt dazu, dass während der Wachstumsphase des Bestandes weniger Nitrat die Wurzelzone verlässt. Es ist jedoch wichtig, dass nach der Ernte kein überschüssiges Nitrat im Boden verbleibt, da dieses während der Winterregen leicht ausgewaschen werden kann. Gerade auf bewässerten Flächen sollten Strategien zur Optimierung der Düngernutzung während des Wachstums und zum Erreichen höchstmöglicher Effizienz des Stickstoffkreislaufes auf Feldebene zur Anwendung kommen, um zu gewährleisten, dass die Auswaschung von Nitraten nicht einfach auf die Wintersaison verschoben wird.

7. Effizienter Stickstoffkreislauf auf Feldebene

In engem Zusammenhang mit ausgewogenen Stickstoffgaben stehen Strategien, die eine höchstmögliche Effizienz des Stickstoffkreislaufes im Feld gewährleisten sollen. Durch eine Aufteilung der Dünger- oder Mistgaben lässt sich erreichen, dass die Stickstoffversorgung besser mit den Bedarfsperioden des Bestandes zusammenfällt. Da Bodenstörungen (z.B. Bodenbearbeitung) die Stickstofffreisetzung aus organischem Stoff und Pflanzenresten fördern, empfiehlt es sich, eine Bodenbearbeitung vor der Aussaat lieber im Frühling als im Herbst durchzuführen. Dann ist gewährleistet, dass nicht lange nach der Bearbeitung ein Bestand im Wachstum begriffen ist, der in der Lage ist, den kürzlich freigesetzten Stickstoff aufzunehmen. So genannte "Catch Crops" sind bodenbedeckende Kulturen, deren Zweck darin besteht, den im Boden verfügbaren Stickstoff aufzunehmen und dadurch seinen Verlust durch Auswaschung zu verhindern. Es empfiehlt sich, nach Möglichkeit einen "Catch Crop" einzufügen, insbesondere aber nach einer Kultur, die nach der Ernte hohe Konzentrationen an Restnitrat im Boden hinterlässt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Pflanzenrückstände mit einem hohen C/N-Quotienten in den Boden einzuarbeiten, um eine Immobilisierung des Mineralstickstoffs zu fördern und somit das Risiko der Auswaschung zu verringern. Stroh oder andere Pflanzenreste mit einem hohen C/N-Quotienten können wie ein Schwamm fungieren, der anorganischen Stickstoff während des Zeitraums, in dem kein Pflanzenwachstum stattfindet, im Boden festhält. Die Einbeziehung stickstoffbindender Gründünger in die Fruchtfolge kann die Abhängigkeit von stickstoffhaltigen Kunstdüngern verringern. Wenn stickstoffbindende Gründünger (wie Inkarnatklee, Wicke, Luzerne) untergepflügt werden, wird der in den Pflanzen enthaltene Stickstoff Bestandteil des organischen Stickstoffvorrates im Boden, der allmählich freigesetzt und für zukünftige Kulturen verfügbar wird. Dieser Prozess wirkt einer Nitratanreicherung in der Bodenlösung entgegen und verringert somit das Risiko der Stickstoffauswaschung.

Langzeitdünger sind von einer Schutzschicht oder Kapsel umgeben, die die Wasseraufnahme und Auflösungsgeschwindigkeit herabsetzt und/oder einen Nitrifikationshemmer enthält. Die Freisetzung von Nährstoffen aus derartigen Düngern ist besser auf ihre Aufnahme durch die Pflanzen abgestimmt, was Verluste aus dem Boden durch Denitrifikation oder Auswaschung reduziert.

Die Effizienz des Stickstoffkreislaufes auf Feldebene lässt sich durch die Anwendung einer Fruchtfolge, in der stickstoffineffiziente mit stickstoffeffizienten Kulturen abgewechselt werden, weiter verbessern. Insgesamt zielt diese Strategie darauf ab, die Fruchtfolge abwechselnd zu gestalten, sodass flach wurzelnde Kulturen, die relativ hohe Nitratkonzentrationen im Boden hinterlassen, mit tiefer wurzelnden Kulturen abgewechselt werden, die in der Lage sind, Restnitrat aus tieferen Bodenschichten aufzunehmen und seine Auswaschung aus der Wurzelzone zu verhindern.

8. Abfluss-, Entwässerungs- und Abwassermanagement

Strategien im Hinblick auf Abfluss-, Entwässerungs- und Abwassermanagement können als die End-of-Pipe-Lösungen des Problems der Nitratbelastung bezeichnet werden. Selbst wenn sämtliche hier aufgelisteten Strategien bereits zur Anwendung kamen, bleibt doch noch ein gewisses Risiko der Nitratverunreinigung von Gewässern durch landwirtschaftliche Aktivitäten. Dies ist namentlich der Fall in Gebieten mit Perioden intensiver, schwerer Regenfälle, wobei es zum Oberflächenabfluss größerer Mengen verschmutzten Wassers von Höfen und Feldern kommen kann.

Zur Verringerung des Risikos der Nitratverunreinigung in diesen Situationen empfiehlt es sich, die Hofanlagen zur Trennung sauberen und verunreinigten Wassers zu verbessern. Dies verringert die Gefahr, dass verunreinigtes Wasser in nahe gelegene Wasserläufe abfließt, während zugleich die auf dem Betrieb benötigte Speicherkapazität für verunreinigtes Wasser abnimmt. Bei schwerem Regenfall besteht die Gefahr des Oberflächenabflusses von Sedimenten und Nährstoffen von kurz zuvor bearbeiteten Feldern. Dafür können Absetzteiche angelegt werden, die den Oberflächenabfluss von Feldern aufnehmen und die Ablagerung von Sedimenten ermöglichen, während in dem Teich wachsende Wasserpflanzen den Überschuss an Nährstoffen aufnehmen; das Wasser, das aus dem Teich austritt, wenn er voll ist, ist daher relativ sauber. Ebenso können künstliche Feuchtgebiete zur Behandlung verunreinigten Wassers angelegt werden, das vom Abfluss des Hofes gesammelt wurde. Entlang der Ränder von Gewässern und Sumpfgebieten können Uferrandstreifen angelegt werden. Diese mit Gras und/oder Bäumen bewachsenen Schutzstreifen bremsen das vom Feld abfließende Wasser ab, das dadurch die Möglichkeit bekommt, in den Boden einzusickern und von der unterirdischen Strömung aufgenommen zu werden, wo es leichter von Pflanzen aufgenommen und von den Mikroorganismen im Boden denitriert werden kann.