Als erste Ergebnisse sollten die Sicker- wassermengen gebracht werden. Das Sickerwasser ist ja das Transportmittel für den Austrag der Pfl anzennährstof- fe aus der ungesättigten Zone in das Grundwasser. Die Sickerwässer hängen in ihren Mengen von vielen Faktoren, wie der Niederschlagshöhe, der Nie- derschlagsverteilung, der Bodenart, der landwirtschaftlichen Nutzung, der Eva- potranspirationsrate und anderen, ab.
In Tabelle 54 sieht man die Nieder- schlagssummen der einzelnen Versuchs- jahre in Millimetern und in Prozenten vom langjährigen Jahresmittel (1018 mm). Die Schwankungen reichen von 836 mm oder 82 % im Jahre 1999 bis zu 1354 mm oder 133 % im Jahre 1997.
Also eine Schwankungsbreite von 51 Prozent.
Abbildung 13 gibt die Jahressummen der Sickerwassermengen in Millimetern an, die durch die entsprechenden Lysimeter- säulen in den einzelnen Versuchsjahren hindurchtraten. Hier fällt deutlich auf, dass das Jahr 1997, es ist dies das Jahr mit der höchsten Niederschlagssumme im Versuchszeitraum, bei allen Varianten auch die höchsten Sickerwassermengen liefert. Umgekehrt hat das Jahr mit der
geringsten Niederschlagssumme, es ist dies das Jahr 1999, die kleinsten Sik- kerwassermengen bei allen Varianten geliefert. Innerhalb der einzelnen Vari- anten fällt auf, dass die beiden Grünlan- dvarianten Kleegras und Grünbrache, die höchsten Sickerwassermengen liefern.
Das verwundert nicht, da sie wegen der fehlenden N-Düngung (Kleegras bekam nur mineralische P- und K-Düngung, die Grünbrache gar nichts), die geringste Produktion an Pfl anzenmasse haben und somit auch die kleinste Evapotranspira- tionsrate. Daraus resultiert der geringere Wasserbedarf, was sich in den höchsten Sickerwassermengen und somit auch Grundwassererneuerungsraten wider- spiegelt.
Innerhalb der Ackerkulturen sind keine wesentlichen Unterschiede in den Sicker- wassermengen festzustellen. Diese sind generell geringer als die der Grünlandva- rianten, da Ackerkulturen mehr Vegetati- onswasser benötigen als das Dauergrün- land. Der Vegetationswasserverbrauch des Winterroggens ist etwas höher als der beim Silomais (KOPEC, 1993) und somit die Grundwassererneuerungsrate unter Winterroggen kleiner. Noch deut- licher kommen diese Verhältnisse zum Ausdruck, wenn man die Sickerwas- sermengen in Prozenten des jeweiligen Jahresniederschlages ausdrückt, wie das in Abbildung 14 zu sehen ist. Hier wird aufgezeigt, dass z.B. bei der Variante Si- lomais mit Gülledüngung von 3 GVE im Tabelle 53: N-Düngung in kg N pro ha und Jahr
Variante 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Silomais, Rindergülle 3 GVE 180 180 180 180 180 180 180 180 170 Silomais, Kompost 3 GVE 123 154 157 133 130 80 86 93 170 Winterroggen, Rindergülle 2 GVE 120 120 120 120 120 120 120 120 120 Winterroggen, Kompost 2 GVE 82 103 105 100 87 53 59 62 120
Kleegras - - - - - - - - -
Grünbrache - - - - - - - - - Grünland, Rindergülle 3 GVE 121* 197 204 153 184 202 239 198 203 Grünland, Kompost+Jauche 3 GVE 84* 175 133 189 190 127 143 148 179 Grünland, Rottemist+Jauche 3 GVE 158* 201 166 212 175 192 163 189 247
*1. Düngung ist entfallen
Tabelle 54: Niederschlagssummen in mm und Prozenten
Versuchsjahre 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Niederschlagssumme in mm 1074 891 920 1138 1354 1164 836 1152 977 Niederschlagssumme in % vom
langjährigen Mittel (1018 mm = 100%) 106 88 90 112 133 114 82 113 96
Abbildung 13: Sickerwassermengen in mm aus Acker- und Grünland in den Jahren 1993-2001
Jahr des Versuchsbeginnes 1993 insge- samt 31 % des Jahresniederschlages als Sickerwasser durch das Lysimeterprofi l getreten sind. Im Jahre 1997 waren es 50
% und im Jahre 1999 nur 4 %. So groß können also die Schwankungsbereiche der Sickerwassermengen innerhalb einer Lysimetervariante sein.
Nun zu den Auswaschungen der Pfl an- zennährstoffe, die man auch als Stoff- frachten bezeichnet.
Zuerst zum Stickstoff, der bekannt- lich als Nitrit, Nitrat, Ammonium und wasserlösliche organische Stickstoff- verbindungen ausgewaschen wird. Da in diesem Projekt die wasserlöslichen Stickstoffverbindungen nicht bestimmt wurden, Nitrite nur in Spuren nachweis- bar waren und die in Abbildung 15 darge- stellte Ammoniumauswaschung sich in einer Größenordnung unter 500 Gramm pro Hektar und Jahr bewegte – von einer einzigen geringfügigen Überschreitung abgesehen – sollen nachfolgend einzig die Stickstoffausträge in Nitratform behandelt werden. Der Tabelle 55 sind die in den Sickerwässern gemessenen Nitratkonzentrationen zu entnehmen.
Diese Konzentrationen sind in Oxidform angegeben, in Milligramm Nitrat pro Liter Sickerwasser, da sie so besser mit dem Grenzwert der Trinkwassernitrat- verordnung verglichen werden können, der bekanntlich mit 50 ppm Nitrat fest- gelegt wurde.
In der Tabelle 55 sind nun die jährlich aufgetretenen Höchst- und Durch- schnittskonzentrationen angeführt, wie sie in den Sickerwässern jeder einzelnen Lysimetervariante gemessen wurden. Als Höchstwert ist die in allen Sickerwas- serbewegungen eines Jahres gefundene höchste Nitratkonzentration angegeben.
Unter der Bezeichnung Durchschnitt fi ndet man den Quotienten aus dem ge- samten Jahresaustrag (der Jahresfracht) an Nitrat, dividiert durch die gesamte Sickerwassermenge dieses Jahres.
Diesem Durchschnitt liegt die theore- tische Frage zugrunde, welche Nitrat- konzentration das Grundwasser unter einer, gemäß der betreffenden Lysime- tervariante bewirtschafteten Fläche hätte, wenn sich dieses Grundwasser nur aus den Sickerwassermengen und somit den Nitratfrachten des betreffenden Jahres, zusammensetzte.
Abbildung 15: NH4-N Austrag durch Sickerwasser in Kilogramm pro Hektar Abbildung 14: Sickerwassermengen ausgedrückt in Prozenten der jeweiligen Jahresniederschlagssumme
Der Trinkwassergrenzwert von 50 ppm Nitrat wurde bei den Durchschnittswer- ten nur einmal mit 57,62 ppm Nitrat überschritten. Es war dies bei der Win- terroggenvariante mit Gülledüngung von 2 GVE im Jahre 1998. Sämtliche andere Durchschnitte blieben unter diesem Grenzwert.
Die jährlichen Höchstwerte lagen bei den Ackerkulturen, wie der Tabelle 55 zu entnehmen ist, mehrmals über dem Trinkwassergrenzwert. Niemals jedoch war das bei den Grünlandvarianten der Fall, wenn man von der Kleegrasvariante im ersten Versuchsjahr 1993 absieht.
In jenem Jahr lieferte diese Variante einen Nitrathöchstwert von 68,35 ppm.
Hier spielt aber sicher, wie bei allen Nitratwerten aller Lysimetervarianten dieses Jahres, die verstärkte Stickstoff-
mineralisierung in den Lysimeterböden eine wesentliche Rolle. Durch den ge- störten Einbau war es nämlich zu einer intensiven Durchlüftung des Bodens mit nachfolgend verstärkter Stickstoffmine- ralisierung gekommen.
Da aus versuchstechnischen Gründen in diesem Anstaltsprojekt die üblicherweise zwei Jahre Ruhezeit des Lysimeterbo- dens nach der Befüllung, bevor die Ly- simeter dann in einem Versuch eingesetzt werden, nicht eingehalten werden konn- ten, sind die gemessenen Nitratwerte des ersten Versuchsjahres generell mit Vorsicht zu interpretieren.
In Abbildung 16 sind nun die Nitrat- frachten, angegeben in kg NO3-N pro Hektar und Jahr, also in Elementform, zu sehen.
schied ins Auge, der zwischen Ackerland und Grünland besteht.
Es ist das eine Tatsache, die bei ähnlichen Lysimeterversuchen immer wieder klar zu sehen ist. Die Auswaschungsverluste an Nitrat unter Ackerland sind bei gleich hohen Düngergaben stets ein Mehrfaches von denen unter Dauergrünland.
Innerhalb der Ackerkulturen war in diesem Lysimeterversuch ein deutlicher Unterschied zwischen der Ackerkultur Silomais und der Ackerkultur Winter- roggen bezüglich des Nitrataustrages festzustellen. Silomais wies geringere Nitratfrachten auf, da diese Hackfrucht seinen Dünger in zwei Gaben aufgesplit- tet bekam, nämlich zum Anbau 2/3 der Jahresdüngergabe und später dann, in
Tabelle 55: Nitratkonzentrationen im Sickerwasser (Höchst- und Durchschnittswerte)
NO3 in mg/l 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Silomais, Gülle 3 GVE Höchstwert 65,30 69,55 43,19 51,74 78,01 78,81 42,66 8,02 62,29
Durchschnitt 20,69 15,19 14,44 12,40 25,69 39,52 18,21 3,84 16,08 Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 2 1 0 1 1 5 0 0 1
Silomais, Kompost 3 GVE Höchstwert 30,35 13,16 15,28 27,60 51,74 68,71 35,66 6,56 44,21 Durchschnitt 6,51 4,78 5,40 9,44 29,11 36,24 17,68 3,28 15,55 Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 0 0 0 0 1 4 0 0 0
Winterroggen, Gülle 2 GVE Höchstwert 58,17 27,91 36,46 53,87 84,26 109,69 75,89 56,79 30,70 Durchschnitt 13,64 11,78 16,48 25,92 35,57 57,63 19,80 12,34 16,86 Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 1 0 0 1 7 7 2 1 0
Winterroggen, Höchstwert 37,08 20,56 33,54 60,29 139,99 147,25 51,61 35,66 17,32 Kompost 2 GVE Durchschnitt 12,89 10,45 22,11 47,84 39,56 42,75 17,94 10,25 11,72 Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 0 0 0 4 3 6 1 0 0
Kleegras Höchstwert 68,35 4,30 3,15 13,11 19,94 30,26 4,56 4,25 2,17 Durchschnitt 5,32 1,64 1,59 4,47 2,44 3,68 2,44 1,66 1,35
Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 1 0 0 0 0 0 0 0 0
Grünbrache Höchstwert 36,68 14,97 1,73 8,64 15,95 4,87 4,52 2,75 1,06
Durchschnitt 10,23 1,55 0,89 1,46 1,64 1,90 2,97 0,9 0,76 Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Rindergülle 3 GVE Höchstwert 15,77 3,46 1,64 7,00 4,78 3,41 7,93 2,3 1,15
Durchschnitt 4,92 1,33 0,58 1,20 1,02 1,24 3,81 0,9 0,74 Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Kompost aus Anbinde- Höchstwert 13,02 6,82 3,06 5,23 9,39 5,05 9,04 2,44 2,92 haltung+Jauche 3 GVE Durchschnitt 3,19 1,24 0,97 0,89 1,82 2,22 3,59 0,77 0,66 Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Rottemist+Jauche 3 GVE Höchstwert 6,02 2,75 1,20 4,96 4,16 4,30 2,39 2,26 2,88 Durchschnitt 1,77 1,28 0,97 0,93 1,24 1,28 1,33 0,71 0,80 Anzahl der Grenzwertüberschreitungen 0 0 0 0 0 0 0 0 0
den aufwachsenden Bestand das letzte Drittel als Kopfdüngung. Bei einer Umstellung von nur einem Drittel der Jahresdüngergabe zum Anbau und dann später zwei Drittel als Kopfdüngung in den aufwachsenden Bestand hinein wäre sicherlich noch eine weitere Ver- ringerung der Nitratfrachten bei dieser Variante zu erreichen gewesen.
Der Winterroggen jedoch erhielt stets die gesamten Jahresdüngergaben zum Anbau im Herbst. Somit bestand mehr Zeit für Stickstoffausträge und auch mehr Gelegenheit, da ein keimender Pfl anzenbestand stets weniger an Nähr- stoffen aufnehmen kann als einer der dem Höhepunkt seiner physiologischen Entwicklung zustrebt.
Eine Änderung des Düngungsregimes für Winterroggen, wie z.B. Aufsplitten der
Düngegaben, soweit das diese Kulturart zulässt, hätte die N-Austräge auch hier sicher reduzieren können.
In Abbildung 16 und den weiteren Abbil- dungen in denen die spezifi schen Stoff- transporte dargestellt sind, fallen stets die hohen Austräge des Jahres 1997 auf.
Die hauptsächliche Ursache dafür waren die in diesem Jahr hohen Niederschläge, die höchsten während der Versuchsdauer überhaupt, aus denen dann die höchsten Sickerwassermengen resultierten.
Ein erwähnenswertes Faktum stellt auch die Tatsache dar, dass innerhalb der Grünlandvarianten die beiden Varianten Kleegras und Grünbrache, obwohl nie mit Stickstoff gedüngt, die höchsten Stickstofffrachten hatten.
Bei den gedüngten Grünlandvarianten hingegen lagen die Stickstoffausträge deutlich tiefer. Hier zeigte sich ein- drucksvoll, was für ein starkes Stick- stoffaneignungsvermögen ein ordentlich entwickelter Dauergrünlandbestand, weil standortsgemäß gepfl egt und gedüngt, haben kann.
Abbildung 17 bringt die Zusammenfas- sung der jährlichen Phosphorfrachten in Gramm pro Hektar. Da Phosphor als Minimumfaktor innerhalb der eutro- phierenden Elemente ausgetragen wird, bewegen sich seine Konzentrationen im Sickerwasser im Bereich von Mi- krogramm pro Liter. Die Jahresfrachten dann in diesem Versuch in Gramm pro Hektar.
Die deutlichen Unterschiede zwischen Ackerkulturen und der Kulturart Dau- ergrünland, wie sie beim Nitrataustrag zu sehen waren, kommen bei den Phos- phorfrachten nicht vor. Auffallend ist nur die relativ hohe Phosphorfracht bei der stets ungedüngten Grünbrache, sowie bei den Varianten Rottemist + Jauche und bei der Variante Silomais mit Rin- dergülledüngung.
Bei der Grünbrachevariante ist dies ver- ständlich, denn die liefert auch die höch- sten Sickerwassermengen. Bei Silomais, gedüngt mit Rindergülle von 3 GVE trat hier die Erscheinung zutage, dass bei höheren Gaben an Gülledüngung was- serlösliche organische Phosphorverbin- dungen mit den Sickerwässern in tiefere Bodenschichten und letztlich ins Grund- wasser verlagert werden können. Für den höheren Phosphortransport in der Vari- ante Rottemist + Jauche ist derzeit kein Erklärungsmodell für nachvollziehbare Schlussfolgerungen bekannt.
Abbildung 18 stellt die Kaliumausträge aus den Versuchsvarianten dar. Diese sind sehr hoh, stehen mengenmäßig nach den Kalziumauswaschungen an zweiter Stelle. Auffallend sind hier auch die ho- hen Jahresausträge im ersten Versuchs- jahr, besonders bei den Grünlandvari- anten. Das spricht dafür, dass durch den verstärkten Humusabbau in dieser Zeit, verursacht durch die starke Belüftung des Bodens beim vorangegangenen Einbau in die Lysimeterkammern, dementspre- chend viel Kalium freigesetzt wurde. Die Ackerkulturen, welche den Boden sofort und wesentlich tiefer durchwurzelten, Abbildung 16: NO3-N Austrag durch Sickerwasser in Kilogramm pro Hektar
Abbildung 18: K-Austrag aus Sickerwasser in Kilogramm pro Hektar (1993- Abbildung 17: P-Austrag durch Sickerwasser in Gramm pro Hektar (1993-
dürfte auch hier von Bedeutung sein.
Der Abbildung 19 sind die Kalzium- auswaschungen zu entnehmen. Ca ist jenes Element, das in größten Mengen ausgetragen wird. Auffallend sind in dieser Darstellung die hohen Frachten der Variante 5, der Grünbrache was nicht verwundert, da bei dieser kein Erntegut abgeführt wird, sondern das gesamte Grüngut nach dem Schnitt auf der Lysi- meteroberfl äche abgelegt wird und dort verrottet, die Aufwüchse immer schwä- cher werden und der nachwachsende Bestand offensichtlich die angebotenen Kalziummengen nicht aufnehmen kann.
Der Mais weist die geringsten Kalzium- auswaschungen auf, während sie beim Winterroggen in Summe höher sind.
Die gedüngten Grünlandvarianten heben sich nicht von den Ackerkulturen ab, sondern erreichen ziemlich genau deren Austräge. Als letzte Darstellung sieht man in Abbildung 20 die Jahresfrachten an Magnesium dargestellt. Diese sind ebenfalls in Kilogramm Magnesium pro Hektar und Jahr angeführt und spielen sich in deutlich kleineren Größenordnun- gen ab als der Kalziumtransport. Aber sie verlaufen in den selben Relationen, also die Grünbrachevariante wieder diejeni- ge Variante mit den deutlich höchsten Auswaschungsmengen an Magnesium, gefolgt von der Kleegrasvariante. Die Ackerkulturen dagegen mit geringeren Mengen, die sich jedoch von denen der Grünlandvarianten praktisch kaum unterscheiden. Die Aufsummierungen der Magnesiumausträge erreichen bei den mit Wirtschaftsdüngern versehenen Acker- und Grünlandvarianten in den neun Versuchsjahren ziemlich genau das gleiche Niveau.
Abbildung 20: Mg-Austrag durch Sickerwasser in Kilogramm pro Hektar (1993- Abbildung 19: Ca-Austrag aus Sickerwasser in Kilogramm pro Hektar (1993- 2001)
konnten nun auch wesentliche Mengen an Kalium aus dem Boden aufnehmen.
Die Neuansaaten der Grünlandbestände, welche im ersten Jahr 90 % ihrer Wur- zelmasse maximal in eine Tiefe von 15
cm positionieren konnten erreichten die freigesetzten Kaliummengen mit ihrer Durchwurzelung nicht, sodass diese dann ausgewaschen wurden. Die geringe Austauschkapazität des Versuchsbodens