In der Landwirtschaft werden häufig stickstoffhaltige Dünger eingesetzt. Außerdem wird durch Bodenbearbeitungsmaßnahmen die Freisetzung von Stickstoff aus dem Boden, insbesondere aus dem Humus, gefördert. Je nach Bodenbeschaffenheit und Wetter wird dabei Nitrat in tiefere Bodenschichten und damit ins Grundwasser verlagert. Auch wenn Landwirte heutzutage wesentlich sparsamer und verantwortungsvoller mit Dünger umgehen, bleiben erhöhte Nitratwerte im Grundwasser: ein Problem für die Wasserversorger. Zur Untersuchung der Frage, ob sich Pflanzenkohle zur Nitratbindung im Boden von Rebenjunganlagen eignet, stellte das Büro für Nachhaltigkeits-Projekte von Dr. Carola Holweg ein Projektteam zusammen.
Das Projekt wurde von 2016–2019 mit vier Weinbaubetrieben in Südbaden durchgeführt. Im Zentrum standen Praxisversuche in Rebenjunganlagen, die für Nitrat ein hohes Auswaschungsrisiko aufweisen. Die Hauptfrage war, ob Pflanzenkohle als Sorbens für Nitrat helfen könnte, um die Verlagerung von Nitrat in tiefere Bodenschichten und damit die Auswaschung zu verringern. Im weiteren Blick standen die Nährstoffsituation sowie Wachstums- und Ernteparameter. Zudem interessierten Anwenderaspekte einschließlich der Vorbereitung und Kosten von Pflanzenkohlen.
An allen vier Standorten erfolgten die Behandlungen kurz vor der Pflanzung. Zum Einsatz kam Pflanzenkohle, für deren Herstellung Waldholz-Hackschnitzel verwendet wurden. Die Vorbehandlung der Pflanzenkohle mit Kompost und die Gabe als Kohle-Kompost wies hinsichtlich der Faktoren Bodenwasserhaltekraft und Kohlenstoff- bzw. Humusstabilität Vorteile gegenüber der Alleinverwendung von Kompost auf. Die Pflanzenkohleanwendung hatte auch hinsichtlich der Entwicklung der Traubeninhaltstoffe positive Effekte (Stichwort NOPA-Werte im Traubenmost), die im Fall von Kompost in dem Maß nicht auftraten.
Zur Beurteilung, ob und wie sehr Pflanzenkohle dem Auswaschungsrisiko von Nitrat entgegenwirkt, war das Erwartungsszenario eine verringerte Verlagerung von Nitrat. Dies bedeutet, dass Nitrat aus dem Oberboden in geringerem Umfang und langsamer in tiefere Bodenschichten verlagert wird. Nitratgehalte können im jahreszeitlichen Rhythmus stark schwanken. Zur Beobachtung von Unterschieden zwischen den Behandlungsvarianten mit und ohne Pflanzenkohle wurden die Nitratgehalte im 3-jährigen Verlauf anhand wiederholter Bodenproben aus den Schichttiefen 0–30, 30–60 und 60–90 cm bestimmt.
Auf tiefgründigem Löss, der im Pflanzjahr ein allgemein hohes Nitrat-Stickstoff-Niveau aufwies (> 200 kg/ha), traten Behandlungsunterschiede nach Kohle-Kompostgaben nach den Winterperioden auf. Ein Hektaraufwand von 7,2 t Pflanzenkohle (Standort Kaiserstuhl) rief in der ersten Winterperiode im Vergleich zu Kompost oder unbehandelten Rebzeilen einen Anstieg der Nitratgehalte um 50–54 kg/ha in der Bodenschicht 0–90 cm hervor. Die Stickstoff-Verlagerung in die unterste Schicht war damit um 20% gedrosselt. Ein zweiter Lössstandort (Tuniberg) mit höheren Nitrat-Stickstoff-Ausgangsgehalten (> 300 kg/ha) und bewusst überhöhtem Aufwand an Pflanzenkohle (45 und 70 t/ha, nur im Pflanzloch) zeigte ein ähnliches Verhalten, aber in viel höherer Effektstärke. Eine gemischt lineare Regressionsanalyse auf Basis der 3-jährigen Datenreihe vom Kaiserstuhl belegte, dass die Unterschiede nur dann auftreten, wenn dem Kompost Pflanzenkohle beigemischt wurde.
Die Mitverwendung bzw. Vorbehandlung mit Kompost verbessert die Oberflächeneigenschaften der Pflanzenkohle. In der Perspektive eines wachsenden Bedarfs von Kohle-Kompost können Vorteile hinsichtlich der Kosten sowie der Wertschöpfung von Grünschnitt entstehen. Die Applikation als Kohle-Kompost (auf Zeilenbreite z.B. per Kompoststeuer) ist gleichzeitig ein Schutz vor Verwehungen der Pflanzenkohle, insbesondere wenn sie in gemahlener Form verwendet wird.
Gegenüber grobkörniger Pflanzenkohle hat das Mahlen einige Vorteile: Gemahlene Kohle nimmt mehr Wasser auf, bewirkt eine gleichmäßigere Verteilung im Boden und gewährleistet dadurch auch eine bessere Sorption von Nitrat und allgemein bessere Wirksamkeit im Boden. Für eine ausreichend tiefe Verteilung von Kohle-Kompost ist die Spatentechnik dem Grubber vorzuziehen.
Die auf die Rebzeilen beschränkte Anwendung von Pflanzenkohle hat mehrere Vorteile: Rebzeilen, die weit stärker von Auswaschung betroffen sind als begrünte Gassenbereiche, können so etwas intensiver behandelt werden.
Da Pflanzenkohle hohe Herstellungskosten hat, entstehen Chancen zur Kosteneinsparung, indem nur Teilflächen behandelt werden.
Fazit zu den Hauptfragen des Projekts:
Wenn im Problemkreis „Nitrat im Grundwasser“ nach Maßnahmen in der Landwirtschaft gesucht wird, wäre Pflanzenkohle ein probates, hinzukommendes Mittel. Pflanzenkohle kann die Gefahr von Nitratverlagerungen im Boden verringern, ohne dass es zu einer Immobilisierung von Nitrat kommt. Die Retentionswirkung ist bei Neuanlagen im Weinbau insbesondere dort von Vorteil, wo die Freisetzung von Nitrat insbesondere nach Bodenbearbeitung beschleunigt ist (Rebzeile). Neben Nitrat ist auch Wasser vermehrt verfügbar, sodass die Reben im weiteren Verlauf der Junganlage von einer verbesserten Nährstoffsituation profitieren. Als Anwendervorteile sind tendenziell höhere Gehalte an hefeverwertbaren Stickstoffverbindungen im Most zu erwarten mit Relevanz für die alkoholische Gärung.
Autoren: Dr. Carola Holweg, Dr. Monika Riedel
Abschlussbericht eines von badenova Innovationsfonds geförderten Forschungsprojektes in BW
