Unsere Autorin

Caroline Benecke, Landwirtschaftskammer Niedersachsen

Inhalt

Stickstoff ist der Nährstoff, der in unseren Kulturen den größten direkten Ertrags- und Qualitäts­effekt bringt. Gleichzeitig ist der Einsatz dieses Nährstoffs gesetzlich streng reglementiert.

In jüngster Vergangenheit kommt in diesem Zusammenhang deshalb immer wieder das Thema „düngebilanzfreier Stickstoff“ auf, den die Pflanze bei Anwendung verschiedener Präparate erhalten soll, z. B. durch Biostimulanzien oder Biologicals.

Zunächst müssen aber die pflanzenbaulichen und betriebswirtschaftlichen Grundlagen stimmen, bevor man sich den unterstützenden Hilfsmitteln zuwendet. Denn der (kosten-)effiziente Stickstoffdüngereinsatz ist auch betriebswirtschaftlich sinnvoll.

Düngung im System

Dazu gehört, die Stickstoffversorgung der einzelnen Kulturen wieder im System zu denken. So sind die Fruchtfolge sowie der Zwischenfruchtanbau aus pflanzenbaulicher Sicht wichtige Hebel, um Nährstoffverluste in der Sickerwasserperiode zu vermeiden. Häufig werden z. B. die N-Nachlieferungen von Vor- und Zwischenfrüchten nicht ausreichend berücksichtigt. Aber auch der Stickstoff der im Boden mineralisiert wird, ist zu beachten.

Dazu ein Beispiel: Winterraps oder Leguminosen hinterlassen höhere Stickstoffmengen im Boden. An dieser Stelle ist also eine Folgefrucht optimal, die den Rest-Stickstoff im Boden gut verwerten kann. Während Wintergetreide diese Mengen nicht voll verwerten kann, sollte nach einer Leguminose besser Raps oder eine Zwischenfrucht folgen. Dieser Systemgedanke im Pflanzenbau fördert nicht nur den aktiven Grundwasserschutz, sondern trägt auch dazu bei, vorhandene Nährstoffmengen möglichst effektiv auszunutzen.

Wie wirken Biostimulanzien, Pflanzenhilfsmittel und Co.?

Biostimulanzien, Biologicals und Co.  sind weder klassische Dünge- noch Pflanzenschutzmittel. Sie können aufgrund des breit gefassten Begriffs sogar in verschiedenen Kategorien zugelassen sein (siehe Kasten unten). Das Zulassungsverfahren dieser Präparate verläuft verschieden umfangreich – je nachdem, um welche Produktkategorie es sich handelt.

Die möglichen Wirkmechanismen sind dabei sehr vielfältig. Generell ist nicht das Ziel, für solche Präparate eine klare Wirkung bzw. eine klare Dosis-Wirkungs-Beziehung zu definieren – anders als bei den klassischen Pflanzenschutzmitteln. Die im Einzelfall eintretende Wirkung ist hier deshalb nicht sicher vorhersehbar – auch wenn man diese Mittel ebenfalls mit der Pflanzenschutzspritze ausbringt. Dennoch bewerben einige Hersteller ihre Produkte mit dem konkreten Versprechen. Eines davon ist eine verbesserte Stickstoffversorgung der Pflanzen. Je nach Produkt sollen die Mittel bis zu 25 % oder 30 bis 40 kg des Stickstoffbedarfs der Pflanze planbar abdecken können.

Dieser Artikel behandelt im Folgenden ausdrücklich nur bakterienhaltige Präparate, die die Stickstoffversorgung der Kulturpflanze unterstützen sollen.

Grundsätzlich ist der Wirkmechanismus der gleiche wie bei Leguminosen: Knöllchenbakterien fixieren Luftstickstoff und machen ihn so pflanzenverfügbar. Eine essenzielle Rolle spielt dabei das Enzym Nitrogenase, das N2 zu NH3 reduziert. Dieser Prozess benötigt allerdings viel Energie. Bei einem großzügigen Stickstoffangebot im Boden, ist es für die Pflanze daher weniger energieaufwendig, die Nährstoffe direkt aus dem Boden aufzunehmen. In diesem Fall sind die Knöllchenbakterien und ihre Nitrogenasen weniger aktiv. Anders formuliert: Die Knöllchen­bakterien arbeiten aktiver, wenn das ­N-Angebot im Boden gering ist.

Einige Bakterienpräparate versprechen, die Stickstofffixierung aus der Luft auch bei Nicht-Leguminosen herbeizuführen. Grundsätzlich gilt aber auch hier: Der optimale N-Aufnahmeweg der Pflanze orientiert sich am Nährstoffangebot im Boden – und N2-Fixierung ist energieaufwendig.

Nach aktueller Studienlage gibt es bislang allerdings keinen eindeutigen Beweis dafür, dass die Inokulation mit Bakterien bei Nicht-Leguminosen zuverlässig zur Fixierung von relevanten Stickstoffmengen führt. Positive Wirkungen lassen sich oft mit „unterstützenden Effekte“ auf molekularer und mikrobiologischer Ebene erklären (z. B. Phytohormonproduktion der Bakterien); nicht aber mit einer relevanten N2-Fixierungsleistung, die erkennbar zur Versorgung der Pflanze beiträgt.

In Zukunft kommt es darauf an, genau zu identifizieren, in welchen Situationen diese positiven Effekte mit hoher Wahrscheinlichkeit eintreten. Das kann dazu beitragen, gezielte Beratungsempfehlungen für den Einsatz solcher Bakterienpräparate zu entwickeln. Bislang ließen sich solche Effekte aber weder im Kleinparzellen- noch im On-Farm-Versuch sicher identifizieren.

Neue Feldversuche aus Deutschland

Wie viel Stickstoffdünger diese Mittel unter hiesigen Bedingungen im Feld tatsächlich substituieren können, haben kürzlich verschiedene Landwirtschaftskammern und Landesanstalten geprüft. Als durchführende Institutionen beteiligt waren die Landwirtschaftskammern (LWK) Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen und Schleswig-Holstein, sowie die Dienstleistungszentren Ländlicher Raum (DLR) Rheinland Pfalz. Die Kleinparzellenversuche mit Winterweizen und Wintergerste liefen von 2022 bis 2024.

Als Versuchsanlage wurde eine Stickstoff-Steigerungsstaffel mit mindestens drei Düngeniveaus gewählt. Die Versuche umfassten daher die Stufen Nulldüngung, Bedarfswert - 20 % und Bedarfswert. Die Mehrheit der Versuche enthielt darüber hinaus eine detaillierter aufgeschlüsselte N-Staffel mit den zusätzlichen Stufen Bedarfswert - 40 % oder Bedarfswert - 50 %.

Nur mit einer solchen Staffel lässt sich in einem ersten Schritt zuverlässig prüfen, ob die Stickstoffdüngung und -versorgung überhaupt einen signifikanten Effekt auf Ertrag und Qualität der Kulturpflanzen in dem betroffenen Versuch und Jahr haben.

Gibt es keinen signifikanten Effekt der N-Versorgung auf Ertrag oder Qualität, lässt sich nicht eindeutig belegen, ob die anderen Präparate zur N-Versorgung beitragen. Einige Versuche wurden deshalb aus der Wertung genommen, da hier weder die N-Düngung noch die Bakterienpräparate signifikante Effekte zeigten.

Die Vergleichsvarianten

In die finale Auswertung haben wir deshalb ausschließlich Varianten mit signifikantem Dünge-Effekt einbezogen. Die Präparate wurden in jeder Düngungsstufe ausgebracht (siehe Beispiel in Übersicht 1), sodass es für jede Düngungsstufe immer zwei Vergleichsvarianten gab: Eine mit und eine ohne Bakterienpräparat.

Mit der integrierten N-Steigerungsstaffel lässt sich so klar herausarbeiten, inwieweit die oben genannten eingesetzten Produkte konkret zur N-Versorgung beigetragen haben. Wird ein Produkt z. B. mit der Eigenschaft beworben, 25 % des Stickstoffbedarfs der Pflanze decken zu können, wurden analog zum Versuchsplan in Übersicht 1 zwei Erwartungen geprüft:

• Im Vergleich zur Variante 3, die in gleicher Höhe gedüngt, aber nicht mit dem Präparat behandelt wurde, erreicht die mit dem Präparat behandelte Variante 7 einen Mehrertrag.

• Im Vergleich zur höher gedüngten, aber nicht mit dem Präparat behandelten Variante 4, erreicht die mit dem Präparat behandelte Variante 7 denselben Ertrag.

In jeder Düngungsstufe gab es auch Vergleichsvarianten ohne Präparat-Anwendung. Daher kann man die prozentualen Ertrags- oder Qualitätsveränderung der Varianten mit Präparat und ohne Präparat für jedes Düngungsniveau vergleichen. Dies ermöglicht zudem eine versuchsübergreifende Zusammenstellung als Metaanalyse. In der folgenden Ergebnisdarstellung (Übersicht 2, Seite 88) ist ein Datenpunkt also immer bereits der Vergleich von zwei Varianten eines Versuches.

Die Anwendungszeitpunkte und -häufigkeiten der Mittel richteten sich nach der Gebrauchsanweisung bzw. den Anweisungen des Herstellers. Der Pflanzenschutzmitteleinsatz und die Grunddüngung in den Versuchen erfolgten standortüblich optimal und jahresabhängig. Dabei wurden selbstverständlich zeitliche Abstände zwischen der Anwendung der Präparate und dem Pflanzenschutzmitteleinsatz eingehalten.

Die Versuchsergebnisse

Die Übersicht 2 zeigt auf der Y-Achse die Ertragsveränderung in Prozent zur Vergleichsvariante für die Kulturen Winterweizen und Win­tergerste, in Abhängigkeit zur ­jeweiligen Düngungsstufe. Dargestellt sind hier 133 Einzelergebnisse.

Ein Datenpunkt zeigt dabei immer den Vergleich von zwei Varianten eines gleichen Versuches: Die in Höhe x gedüngte Variante ohne Bakterienpräparat wurde dabei mit der in gleicher Höhe x gedüngten Variante mit Bakterienpräparat verglichen. So lässt sich ein prozentualer Mehr- oder Minderertrag darstellen, den man in einer Grafik zusammenfassen kann (siehe Übersicht 2). Insgesamt kamen in diesen Versuchen fünf verschiedene Bakterienpräparate zum Einsatz, die eine entsprechende Stickstoffversorgung sowohl über die Pflanze, als auch über den Boden versprachen.

Das  Versuchsergebnis  zeigt deutlich, dass sich die Ertragsveränderungen im Vergleich zur Kontrollvariante um die Null­linie bündeln. 65 Ergebnisse zeigen negative Ertragseffekte mit einem durchschnittlichen Minderertrag von - 3,6 % und 68 Ergebnisse zeigen positive Er­gebnisse mit einer Ertragsver­änderung von + 2,6 %. Im Durchschnitt wurde eine negative Ertragsveränderung von - 0,4 % erreicht. Acht der gezeigten 133 Ergebnisse unterscheiden sich statistisch signifikant von der Vergleichsvariante.

Der Ansatz, den positiven und den negativen Ertragseffekten bestimmte Anwendungsbedingungen oder Standort- oder Umweltfaktoren zuzuordnen, zeigte keine eindeutigen Ergebnisse.

Unser Ziel war, jene Bedingungen beschreiben zu können, die bei Einsatz der Präparate mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem absicherbaren Mehreffekt führen können. In den hier gezeigten Versuchen konnten wir aber nur in acht von 133 Vergleichen, also in 5,2 % der Fälle, einen statistisch absicherbaren Einfluss des eingesetzten Präparates auf den Ertrag herausarbeiten. Fünf Ergebnisse davon wiesen eine signifikant negative Ertragsveränderung aus, drei eine signifikant positive Ertragsveränderung. Die erste Erwartung, dass das eingesetzte Präparat zu einem absicherbaren Mehrertrag führt, ließ sich also nur in drei von 133 Fällen bestätigen.

Das Ertragsniveau der jeweils höher gedüngten Stufe wurde damit allerdings in keinem der Fälle erreicht. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass die eingesetzten Präparate keinen statistisch belegbaren Beitrag zur Stickstoffversorgung und einem daraus resultierenden höheren Ertrag der Pflanzen leisten konnten. Die Qualitätseffekte sind hier nicht dargestellt, weil sie in keinem Fall signifikant waren. Im Durchschnitt der hier gezeigten Varianten zeigte sich eine relative Qualitätsänderung von + 0,4 % zur Vergleichsvariante.

Was leisteten andere Biostimulanzien?

Neben den bisher dargestellten Varianten haben wir auch Produkte geprüft, die keine Bakterien enthalten. So wurden in Versuchen auch Präparate angewendet, die Algen, Huminstoffe, Fulvosäuren oder patentierte Inhaltsstoffe enthalten. Auch bei dieser großen Grundgesamtheit von insgesamt 332 Vergleichsvarianten in den relevanten Kulturen zeigte sich ein ähnliches Ergebnis: Unter den darin enthaltenen 19 signifikanten Ergebnisse waren acht negativ und elf positiv signifikante Ergebnisse mit einer mittleren Ertragsveränderung von + 0,4 %. Auch in dieser großen Grundgesamtheit konnten wir keine Situation herausarbeiten, in der mit großer Sicherheit eine positive Wirkung eintritt.

Aufgrund der wenigen signifikanten Ergebnisse haben wir darauf verzichtet, an dieser Stelle die optimale spezielle Intensität der Präparate darzustellen. In der Praxis ist dieser wirtschaftliche Aspekt aber durchaus relevant. Denn für betriebswirtschaftlich richtige Entscheidungen (wie z. B. der Düngeplanung) ist es essenziell, diese Kennzahl für ein Betriebsmittel zu kennen.

Der Einfluss des Standorts auf die Wirkung

Weltweit betrachtet sind Biostimulanzien, Biologicals und Co. ein stark wachsender Markt. Ein Grund für diese Entwicklung sind unter anderem unterschiedliche Standorte und Entwicklungsstände, unter denen Agrargüter weltweit erzeugt werden.

Während wir in Mitteleuropa in einer fruchtbaren Gunstregion wirtschaften, sind viele Standorte in Entwicklungs- und Schwellenländern mit anderen Herausforderungen konfrontiert: Die Böden sind dort weniger fruchtbar und verfügen über weniger organische Substanz als hierzulande. Der Ackerbau in diesen Breiten ist unter den klimatisch herausfordernden Bedingungen deutlich weniger produktiv und intensiv als in Mitteleuropa. Hohe Temperaturen und Strahlungsintensitäten, die bei unseren Kulturen als Stressor in den relevanten Entwicklungsstadien gelten, sind in anderen Teilen der Welt keine Extrembedingungen.

Andererseits schwanken die Temperaturen in den gemäßigten Zonen Mitteleuropas stärker über den Tag und das Jahr. Gerade diese Variationen beeinträchtigen eine optimale Performance von Bakterienpräparaten.

Die Versuche aus dem globalen Süden zeigen deshalb insgesamt deutlich positivere Ergebnisse für den Einsatz von Biostimulanzien, Biologicals und Co. Die Daten aus diesen Versuchen fließen ebenfalls in internationale Metastudien mit ein.

Eine weitere große Herausforderung für Versuche mit Biostimulanzien, Biologicals und Co. ist das offene System Feld. Unter den kontrollierten (Anzucht-)Bedingungen in Gewächshaus oder Klimakammer zeigen einige eingesetzte Präparate in den Versuchen durchaus positive Wirkung. Bei den gleichen Versuchen im Feld ergeben sich nur geringe oder keine Effekte. Zusammengefasst gibt es dafür folgende Gründe:

Anwesende Bakterien und Mikroorganismen im Feld können als Antagonisten auftreten.

• Generell sind die Anbaubedingungen in unserer Gunst-Ackerbauregion gut.

• Die Temperatur- und Witterungsbedingungen im Freiland schwanken hierzulande stark.

• Die Temperaturen in Mitteleuropa sind generell zu kühl für die eingesetzten Bakterienpräparate.

Unter diesen Voraussetzung könnten künftig besonders die kontrollierten Anzuchtbedingungen z. B. in der Gemüse- und Obstproduktion ein sinnvolles Anwendungsfeld für Biostimulanzien, Biologicals und Co. sein.

Fazit

Beim Einsatz von Pflanzen-Biostimulanzien sollte vorher bekannt sein, unter welchen Bedingungen das Mittel mit ausreichend hoher Wahrscheinlichkeit zu positiven Ertrags- oder Qualitätseffekten führt. Andernfalls ist es gesamtbetrieblich nicht sinnvoll, die Kosten von ca. 30 € bis zu 70 €/ha für solche Präparate aufzuwenden. Die angestrebten Effekte sollten zudem statistisch absicherbar sein, damit der zuverlässig positive Erlös die Einsatzkosten decken kann oder sie im Idealfall übersteigt.

Die Landwirtschaftsbranche befindet sich aktuell im Umbruch – und viele Landwirte sind auf der Suche nach alternativen Mitteln für eine noch nachhaltigere, klimaresiliente Landwirtschaft. Vor diesem Hintergrund ist erst recht wichtig, dass die Leistungsversprechen von Alternativprodukten glaubwürdig sind. Denn an Produkten mit nachgewiesener Wirksamkeit ist die gesamte Wertschöpfungskette interessiert. Auf Basis unserer Ergebnisse in Winterweizen und Wintergerste sind Bakterienpräparate aktuell kein geeigneter Ersatz für Stickstoffdünger.

Die dargestellten Ergebnisse entstammen Versuchen von Caroline Benecke (LWK Niedersachsen), Dr. Stefan Weimar (DLR Rheinland-Pfalz), Holger Fechner (LWK NRW) und Dr. Lars Biernat (LKSH). Weitere im Text dargestellte Erkenntnisse stammen aus den wissenschaftlichen Arbeiten von Giller et al., 2024 und Nkebiwe et al., 2024.