Optimierungsstrategien für den Getreideanbau im ökologischen Landbau : System „weite Reihe“ und Direktsaat in ausdauernden Weißklee („Bi-cropping“)

Im Rahmen des Forschungsschwerpunktes „ökologischer Landbau und extensive Landnutzungssysteme“ sowie innerhalb des interdisziplinären Forschungsvorhabens „Hof Ritzerau“ der Universität Kiel wurden in den Jahren 1999 bis 2004 zwei Versuchsserien zur Optimierung der N-Versorgung im ökologischen Getreideanbau durchgeführt. Anlass der ersten Versuchsserie waren Berichte aus der landwirtschaftlichen Praxis, die Mitte/Ende der 1990er Jahre darauf hindeuteten, dass sich durch eine Erweiterung des Saatreihenabstandes auf bis zu 50 cm im ökologischen Winterweizenanbau höhere Kornrohproteingehalte bei konstanten Kornerträgen erzielen lassen (Anbausystem „weite Reihe“). Um diese Hypothese wissenschaftlich zu überprüfen, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit verschiedene mehrfaktorielle Feldversuche durchgeführt, in denen neben einem weiten Gradienten an Reihenabständen unterschiedliche Weizensorten, Aussaatstärken und Intensitäten der mechanischen Pflege (Striegeln, Hacken) geprüft wurden. Die Erhöhung des Reihenabstandes auf 36 cm bis 48 cm führte im Vergleich zur Kontrolle in allen Versuchsjahren zu Mindererträgen und hatte nur in einem von fünf Experimenten einen signifikant positiven Einfluss auf den Kornrohproteingehalt. Der Weitreihenanbau ließ sich durch die Variation der weiteren Anbaufaktoren nicht zuverlässig optimieren. Das Anbausystem der „weiten Reihe“ stellte unter den gegebenen Standortbedingungen somit keine Alternative zu herkömmlichen Verfahren der Weizenproduktion im ökologischen Landbau dar. Die zweite Versuchsserie beinhaltete verschiedene Experimente zur Direktsaat von Winterweizen in bereits etablierte Weißkleebestände (Anbausystem „Bi-cropping“). Die geprüften Anbaufaktoren (Ansaattechnik, Getreidereihenweite, Kleesorte) hatten zum Ziel, die Konkurrenzsituation zwischen dem Getreide und Klee so zu beeinflussen, dass möglichst hohe Getreideerträge und Kornqualitäten erzielt werden, gleichzeitig jedoch ein vollwertiger Kleebestand als Vorfrucht für folgende Kulturen erhalten bleibt. Der „Bi-cropping“-Anbau war am erfolgreichsten, wenn der Weißklee unmittelbar vor der Direktsaat des Getreides (Reihenweite 12 cm) flächig gefräst wurde. Zum Zeitpunkt der Ernte von Ganzpflanzensilage (EC 85) ließen sich mit diesem Verfahren Qualitäten und Erträge erzielen, die auf einem Niveau mit den Werten der Kontrolle (Pflugsaat) lagen. Die im „Bi-cropping“-Anbau erzielten Kornerträge konnten hingegen nicht befriedigen. Für die Mindererträge gegenüber der Pflugsaat wurden Konkurrenzeffekte des Klees, eine geringere Freisetzung von Boden-N sowie eine ungenügende Saatbettbereitung ermittelt. Das „Bi-cropping“-Verfahren zeichnete sich durch einen hohen Vorfruchtwert aus. Die „Bi-cropping“-Bestände hinterließen nach der Ernte des Weizens residuale N-Mengen von rund 200 kg N/ha (oberirdische Sprossmasse plus Wurzeln in 30 cm Bodentiefe). In Folgeversuchen wurden die Anbaufaktoren Vorfrucht (Winterweizen, Winterweizen/Weißklee-„Bi-cropping“), Nachfrucht (Winterroggen, Hafer), Ansaattechnik („Bi-cropping“, Pflugsaat) und Reihenabstand (12 cm, 36 cm) geprüft. Die höchsten Kornerträge wurden durch die Normalsaat von Hafer (Frühjahrsumbruch, Reihenweite 12 cm) nach der Vorfrucht „Bi-cropping“ (Winterweizen/Weißklee) erzielt. Die für dieses Anbauverfahren ermittelten Erträge betrugen rund 70 dt/ha. Um die Leistungen des „Bi-cropping“-Verfahrens aggregierend zu bewerten, wurden die Ergebnisse der Versuche zum „Bi-cropping“ von Winterweizen und Weißklee mit den Resultaten der Nachfolgefruchtversuche in Beziehung gesetzt. Im Hinblick auf die betrachteten Parameter Gesamtproduktivität, Energieeffizienz und N-Auswaschung erwies es sich am vorteilhaftesten, wenn dem „Bi-cropping“-Verfahren (Weizendirektsaat nach flächigem Fräsen des Klees) die Pflugsaat von Hafer folgte (Frühjahrsumbruch, Reihenweite 12 cm). Das im Rahmen der Arbeit entwickelte „Bi-cropping“-System könnte in viehlos wirtschaftenden Ökobetrieben an Stelle der verbreiteten überjährigen Gründüngung mit Kleegras eingesetzt werden. Während durch den Anbau von Kleegras im spezialisierten Marktfruchtanbau in der Regel kein Verkaufserlös erwirtschaftet werden kann, ist es mit dem „Bi-cropping“-Verfahren möglich, ein Getreide (Backweizen) zu ernten, ohne auf die Fixierung hoher Stickstoffmengen verzichten zu müssen.

Two series of experiments examining the optimisation of N supply in organic grain production were carried out during 1999 to 2004. The studies were part of the interdisciplinary research projects „organic faming and extensive land use systems” and “Hof Ritzerau” of Kiel University. The first serial of experiments was motivated by reports from practical organic farming, which during the mid/end 1990s indicated that cultivation of winter wheat with wide row spacings of up to 50 cm might result in a higher grain crude protein content without a loss of grain yield. According to this hypothesis several row spacings of winter wheat as well as different varieties, seed rates and intensities of mechanical weed control (harrowing, hoeing) were tested in multi-factorial field experiments. Sowing with wider row spacings resulted in a reduction of grain yield in all experiments. The grain crude protein content was only increased by cultivation with wide rows (36 cm, 48 cm) in one of the five experiments. The wide row systems could not reliably be optimised by the variation of the other factors and, therefore, did not present an alternative to traditional cultivation systems of winter wheat in organic agriculture at the experimental site. The second serial of experiments consisted of different field trials involving direct drilling of winter wheat into living mulches of white clover (bi-cropping). The tested experimental factors (sowing technique of cereal, row spacing of cereal and variety of white clover) aimed to control the competition between cereal and clover. The objective of the experiments was to develop a bi-cropping system which achieves high grain yields and high grain quality of wheat, but at the same time provides a well performing white clover sward as a preceding crop. Bi-cropping was most successful if white clover competition was restricted by a shallow rotary tillage operation carried out directly before sowing of winter wheat (row spacing 12 cm). Harvested as whole-crop for silage at EC stage 85 of wheat this bi-cropping system achieved yields and quality comparable to wheat grown alone. However, the grain yields of the wheat/clover system could not compete with the yields of the sole wheat crops. The minor grain yields of the bi-crops were attributed to competition from clover, to a lower supply of soil N and to imperfect seedbed. The bi-cropping system was characterised by a high value for preceding crops. After grain harvest of wheat the bi-cropping stands left N amounts of approximately 200 kg N/ha in biomass including roots (soil depth 0-30 cm). In following experiments the factors preceding crop (winter wheat, winter wheat/white clover bi-cropping), succeeding crop (winter rye, spring oats), sowing technique (ploughing, bi-cropping) and row spacing (12 cm, 36 cm) were tested. Common sowing of oats (spring ploughing, row spacing 12 cm) following winter wheat/white clover bi-cropping resulted in the highest grain yields. Oats grown in this system obtained grain yields of approximately 70 dt/ha. In order to evaluate the total output of the bi-cropping system, the results of the experiments of winter wheat/white clover bi-cropping were linked to the results of the succeeding experiments. According to the parameters total productivity (yields of grain equivalent), total energy efficiency and N leaching during winter it was most successful if the bi-cropping system (direct drilling of winter wheat into white clover after rotary tillage of clover) was followed by oats sown after spring ploughing and with narrow row spacing. On stockless organic farms the bi-cropping system developed in this study could be used as an alternative to common grass/clover green manure crops. While the cultivation of grass/clover usually provides no direct income in the year of green manure on these types of farms, the bi-cropping system allows for cultivation of both a cash crop (wheat) and a green manure crop in the same year.