Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23

Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 23: 19–23 (2011)
Interaktion von N- und Wassernutzungseffizienz
Henning Kage
Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. E-Mail:
kage@pflanzenbau.uni-kiel.de
Einleitung
Die Stickstoffdüngung stellt nach wie vor einen wesentlichen Inputfaktor intensiver
pflanzenbaulicher Produktionssysteme dar, der zur Sicherung der Ertragshöhe und
der Qualität wesentlich beiträgt. So ist die Ausnutzung des Strahlungsangebotes
durch einen Pflanzenbestand davon abhängig, dass ausreichend hohe
Blattflächenindizes gebildet werden, zu deren Bildung wiederum eine ausreichend
hohe N-Versorgung notwendig ist (Gillett et al. 1999). Ebenso ist zur Erreichung
bestimmter Qualitätsparameter des Ernteproduktes, beispielsweise der Backqualität
von Brotweizen eine ausreichende N-Versorgung essentiell (Martre et al. 2003).
Auf der anderen Seite sind mit einer Überversorgung von Pflanzenbeständen an
Stickstoff negative Umweltwirkungen verbunden. Neben dem schon länger im Fokus
pflanzenbaulicher Forschung stehenden Problem des N-Austrags in das
Grundwasser tritt zunehmend der Effekt der N-Düngung auf den Klimagashaushalt
landwirtschaftlicher Produktionssysteme in den Vordergrund des Interesses, bei der
die N-Düngung durch den hohen Energiebedarf zur Herstellung von mineralischen N-
Düngern und die mit N-Überschüssen verbundenen Lachgasemissionen eine
zentrale Rolle spielt (Adler et al. 2007).
Im moderat humiden Klimaraum Mitteleuropas stellt Wasser nur ausnahmsweise
einen gezielt zugeführten Produktionsfaktor dar, meist wird allein das natürliche
Wasserangebot zur Produktion genutzt. Der zu erwartende Klimawandel und
ertragreichere Sorten sowie Bodennutzungssysteme steigern jedoch den Wasserbedarf
für die Pflanzenproduktion in Mitteleuropa und auf globaler Skala. Zunehmend
wird daher die ertragsbegrenzende Wirkung des Faktors Wassers sichtbar (Araus et
al. 2002), und es ist tendenziell mit einer Zunahme der Bewässerungsflächen zu
rechnen. Die Erhöhung der Wassernutzungseffizienz in pflanzenbaulichen
Produktionsverfahren stellt daher für sich genommen eine der dringendsten Fragen
der aktuellen Agrarforschung dar (Cattivelli et al. 2008). Gleichzeitig besteht jedoch
auch eine enge Interdependenz mit der Effizienz der Stickstoffnutzung.
Unzureichende und insbesondere unsichere Wasserversorgung kann die
Ausnutzung gedüngten Stickstoffs vermindern (King et al. 2003), umgekehrt wird bei
nicht ausreichender N-Versorgung die Wassernutzungseffizienz sinken (Kirkegaard
and Hunt 2010; Zhang et al. 1998; Olesen et al. 2000).
In Systemen, die ausschließlich auf natürlicher Wasserversorgung durch
gespeicherte Bodenwasservorräte und Niederschläge beruhen, ergeben sich daher
verschiedene Optimierungsprobleme. So ist das Intensitätsniveau der N-Düngung
bei fehlender ex ante-Information auf eine mittlere Ertragserwartung abzustimmen,
wodurch sowohl Ertrags- und Qualitätsverluste als auch Umweltbelastungen durch
eine nicht jahresspezifisch optimale Düngungsintensität hervorgerufen werden
können (Henke et al. 2007; Hochman et al. 2009).
Die Interaktion zwischen Stickstoff- und Wassernutzungseffizienz beruht auf
verschiedenen Prozessen, die jeweils einzelne Komponenten der jeweiligen
Nutzungseffizienzen betreffen.