Aus dem Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung der Georg-August-Universität Göttingen Stickstoff-Fixierleistung von Luzerne (Medicago sativa L.), Rotklee (Trifolium pratense L.) und Persischem Klee (Trifolium resupinatum L.) in Reinsaat und Gemenge mit Poaceen Experimentelle Grundlagen und Kalkulationsverfahren zur Ermittlung der Stickstoff-Flächenbilanz DISSERTATION zur Erlangung des Doktorgrades (Dr. sc. agr.) der Fakultät für Agrarwissenschaften der Georg-August-Universität Göttingen vorgelegt von Rüdiger Jung aus Rotenburg an der Fulda Göttingen, im Juli 2003 D 7 1. Referent: Prof. Dr. R. Rauber 2. Korreferent: Prof. Dr. J. Isselstein Tag der mündlichen Prüfung: 17. Juli 2003 INHALTSVERZEICHNIS I Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung.................................................................................................. 1 2 Literaturübersicht..................................................................................... 4 2.1 Feldfutterbau............................................................................................... 4 2.2 Symbiotische Stickstoff-Fixierung............................................................... 5 2.3 Methoden zur Schätzung der N2-Fixierleistung......................................... 10 3 Material und Methoden........................................................................... 12 3.1 Abschnitt 1 - Feldversuche...................................................................12 3.1.1 Untersuchungstandorte............................................................................. 12 3.1.2 Bodenuntersuchungen.............................................................................. 12 3.1.2.1 Bodenphysikalische Untersuchungsmethoden......................................... 12 3.1.2.2 Bodenchemische Untersuchungsmethoden............................................. 13 3.1.3 Beschreibung der Untersuchungsstandorte.............................................. 14 3.1.3.1 Untersuchungsstandort Reinshof.............................................................. 14 3.1.3.2 Untersuchungsstandort Oederquart.......................................................... 18 3.1.3.3 Untersuchungsstandort Dasselsbruch...................................................... 21 3.1.4 Klima und Witterungsverlauf..................................................................... 25 3.1.4.1 Messstationen............................................................................................25 3.1.4.2 Untersuchungsstandort Reinshof.............................................................. 25 3.1.4.3 Untersuchungsstandort Oederquart.......................................................... 27 3.1.4.4 Untersuchungsstandort Dasselsbruch...................................................... 28 3.1.4.5 Vergleich der Klimadaten.......................................................................... 30 3.1.5 Versuchsanlage und -durchführung.......................................................... 32 3.1.6 Pflanzenmaterial....................................................................................... 34 3.1.6.1 Ernte der Sprossmasse............................................................................ 34 3.1.6.2 Ernte der Wurzelmasse............................................................................ 34 3.1.6.3 Aufbereitung der Pflanzenproben zur Analyse......................................... 35 3.1.7 Analysen und Berechnungen.................................................................... 36 3.1.7.1 Parameter................................................................................................. 36 3.1.7.2 Methoden zur Schätzung der symbiotischen Stickstoff-Fixierleistung...... 36 3.1.7.3 Bestimmung der Isotopendiskriminierung................................................. 37 3.1.7.4 15N-Spurenanreicherung........................................................................... 38 3.1.7.5 Berechnung der Trockenmasse-Erträge und der Stickstoff-Fixierleistung....................................................................... 39 3.1.7.6 Berechnung des Transfer-Stickstoffs im Gemengeanbau........................ 41 3.1.8 Statistische Verfahren............................................................................... 42 II INHALTSVERZEICHNIS 3.2 Abschnitt 2 - Ableitung von Kalkulationstabellen............................ 43 3.2.1 Voraussetzungen zur Ableitung einer Kalkulationstabelle........................ 43 3.2.2 Nutzungssysteme......................................................................................44 3.2.3 Umsetzung zu Kalkulationstabellen.......................................................... 45 3.2.4 Erweiterter N-Flächenbilanzsaldo............................................................. 46 4 Ergebnisse............................................................................................... 50 4.1 Abschnitt 1 - Feldversuche.................................................................. 50 4.1.1 Trockenmasse-Ertrag............................................................................... 50 4.1.1.1 Untersuchungsstandort Reinshof.............................................................. 51 4.1.1.2. Untersuchungsstandort Oederquart.......................................................... 55 4.1.1.3. Untersuchungsstandort Dasselsbruch...................................................... 60 4.1.2 Stickstoff-Akkumulation............................................................................. 65 4.1.2.1 Untersuchungsstandort Reinshof.............................................................. 65 4.1.2.2 Untersuchungsstandort Oederquart.......................................................... 69 4.1.2.3 Untersuchungsstandort Dasselsbruch...................................................... 74 4.1.3 Stickstoff-Akkumulation aus der Luft und dem Boden.............................. 79 4.1.3.1 Untersuchungsstandort Reinshof.............................................................. 79 4.1.3.2 Untersuchungsstandort Oederquart.......................................................... 82 4.1.3.3 Untersuchungsstandort Dasselsbruch...................................................... 85 4.1.4 N-Harvest-Index........................................................................................ 89 4.1.4.1 Untersuchungsstandort Reinshof.............................................................. 89 4.1.4.2 Untersuchungsstandort Oederquart.......................................................... 91 4.1.4.3 Untersuchungsstandort Dasselsbruch...................................................... 92 4.1.5 Vereinfachter Stickstoff-Flächenbilanzsaldo............................................. 94 4.1.5.1 Untersuchungsstandort Reinshof.............................................................. 95 4.1.5.2 Untersuchungsstandort Oederquart.......................................................... 96 4.1.5.3 Untersuchungsstandort Dasselsbruch...................................................... 98 4.1.6 Stickstoff-Akkumulation der Beikräuter................................................... 100 4.1.7 Residuale Nmin-Menge.............................................................................102 4.1.8 Vergleich der δ15N-Methoden mit der erweiterten Differenzmethode..... 105 4.1.9 Transfer-Stickstoff im Gemengeanbau................................................... 110 4.1.10 Mehr- und einfaktorielle Varianzanalysen............................................... 115 4.2 Abschnitt 2 - Ableitung von Kalkulationstabellen........................... 118 4.2.1 Lineare und nichtlineare Regressionen.................................................. 118 4.2.1.1 Luzerne-Reinsaat - überjähriger Anbau.................................................. 118 4.2.1.2 Luzerne-Reinsaat - zweijähriger Anbau.................................................. 120 4.2.1.3 Luzerne-Wiesenschwingel-Gemenge - überjähriger Anbau................... 120 INHALTSVERZEICHNIS III 4.2.1.4 Luzerne-Wiesenschwingel-Gemenge - zweijähriger Anbau................... 124 4.2.1.5 Rotklee-Reinsaat - überjähriger Anbau................................................... 125 4.2.1.6 Rotklee-Reinsaat - zweijähriger Anbau................................................... 125 4.2.1.7 Rotklee-Wiesenschwingel-Gemenge - überjähriger Anbau.................... 126 4.2.1.8 Rotklee-Wiesenschwingel-Gemenge - zweijähriger Anbau.................... 127 4.2.1.9 Persischer Klee in Reinsaat - einjähriger Anbau.....................................128 4.2.1.10 Persischer Klee im Gemenge mit Welschem Weidelgras - einjähriger Anbau.................................................................................... 129 4.2.2 Schätzverfahren zur Ermittlung von Kalkulationstabellen....................... 130 4.2.2.1 Beispiel 1: Luzerne-Reinsaat - überjähriger Anbau................................ 130 4.2.2.2 Beispiel 2: Luzerne-Wiesenschwingel-Gemenge - überjähriger Anbau................................................................................. 139 4.2.3 Boden-N-Angebot am Standort............................................................... 148 5 Diskussion............................................................................................. 150 5.1 Abschnitt 1 - Feldversuche.................................................................. 150 5.1.1 Trockenmasse-Ertrag der Leguminosen................................................. 150 5.1.1.1 Schnittgut-Erträge..................................................................................