Gestaltung einer nachhaltigen Biogasfruchtfolge

Die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Substratgewinnung für Biogas. Dabei stehen klassische landwirtschaftliche Kulturen mit bekannter Produktionstechnik und vorhandener Mechanisierung in den Betrieben im Vordergrund. Anbaufolgen mit Mais, Getreide-Ganzpflanzensilagen (GPS), sowie Futterpflanzen und verschiedene Gräser wurden auf ihre Ertragsleistung hin untersucht. Die Versuche zeigten keine nennenswerten Ertragsvorteile aller alternativen Kulturen und Anbausysteme gegenüber Mais in Hauptfruchtstellung. Hohe Erträge wurden immer in Kombinationen mit Mais erwirtschaftet (Abb. 1). Anbausysteme mit zwei Kulturen realisierten zwar Erträge auf dem Niveau von Mais, gestalten sich aber arbeitsintensiv und setzen zudem eine hohe Standortgüte voraus.

Unabhängig vom Leistungspotenzial spielen aber ausgewogene und vor allem standortangepasste Fruchtfolgen für die nachhaltige Landwirtschaft eine entscheidende Rolle.
Ziel muss sein, den Anbau der klassischen landwirtschaftlichen Kulturen, integriert in eine Fruchtfolge, nicht nur hinsichtlich ihrer ertraglichen Effizienz zu bewerten, sondern die Bodenfruchtbarkeit und die Klimarelevanz in die Betrachtungen mit einzubeziehen. Insbesondere die Betrachtung der Humusbilanzen kann Vorteile für den Anbau von Ackerfutter und Getreide herausarbeiten. Der Einsatz unterschiedlicher Energiepflanzen bietet in der Fruchtfolge eine Vielzahl von pflanzenbaulichen Vorteilen: Getreide mindert durch die winterliche Begrünung den Nährstoffaustrag, macht den Boden weniger erosionsanfällig und lässt eine pflanzenbaulich sinnvolle Gärrestverwertung zu. Auch das mehrschnittige Ackerfutter aus Gräsern und Leguminosen bietet diese Vorteile und bringt sich zudem positiv mit humusmehrenden Eigenschaften in die Fruchtfolge ein.

Derzeitige Anbauempfehlungen für bayerische Biogasfruchtfolgen auf Basis von Versuchsergebnissen
Die Ergebnisse entstammen einem Versuch, der in den Jahren 2007–2010 auf drei repräsentativen Standorten in Bayern durchgeführt wurde. Es kamen die Wintergetreidearten Gerste, Roggen und Triticale mit verschiedenen Folgefrüchten zum Anbau. Die genannten Erträge sind Versuchsergebnisse und beziehen sich auf die Trockenmasse (TM) (Abb. 1 und 2).

Silomais mit Grünroggen als Winterzwischenfrucht stellt eine der ertragreichsten Anbaukombinationen dar. Auf allen Standorten konnten geringfügige Ertragssteigerungen gegenüber Silomais in Hauptfruchtstellung realisiert werden. Im Mittel konnte mit dem Grünroggen, der Anfang Mai zum Ährenschieben geerntet wird, 70 dt/ha TM geerntet werden. Der Silomais lieferte abhängig von der Wasserversorgung durchschnittlich 200 dt/ha TM (Abb. 2). In niederschlagsarmen Jahren und auf trockenen Standorten kann sich der Ertrag um 50 dt/ha TM reduzieren. Die Winterbegrünung in der Fruchtfolge bietet eine Reihe von Vorteilen hinsichtlich einer reduzierten Nährstoffauswaschung, Erosionsschutz und einer pflanzenbaulich sinnvollen Gärrestverwertung, sowie die Möglichkeit einer Mulchsaat in die Stoppel des Grünroggens.

Wintertriticale in Hauptfruchtstellung
Der Ertrag der Getreidearten steigt mit Abfolge der Erntereife. In den Versuchen demonstrierte die ertragsstärkste Getreideart Wintertriticale in Abhängigkeit vom Standort ein Ertragspotenzial von 140–170 dt/ha TM. Bedingt durch den späten Erntetermin Ende Juni sollte Triticale als Hauptfrucht angebaut werden, da sich in der Regel der Anbau einer Folgekultur zur Steigerung der Biogaserträge nicht lohnt. Die Ergebnisse des Versuchs zeigten, dass in der verbleibenden Vegetationszeit die geprüften nachfolgenden Kulturen nicht mehr genügend abreifen, um den für eine ordnungsgemäße Silierung nötigen Trockensubstanzgehalt (TS) von 28 % zu erreichen. Im Nachbau bieten sich Weidelgräser oder ein Zwischenfruchtanbau an, mit den bekannten positiven Effekten (z.B. Humusmehrung, Erosionsschutz, pflanzenbaulich sinnvolle Gärrestverwertung) auf die Fruchtfolge. Weidelgräser, die bis Mitte Juli gesät werden, ermöglichen noch Erträge von
30 dt/ha Trockenmasse. Das Erntegut kann angewelkt und siliert werden. Damit ist es auch für die Substratnutzung geeignet.

Weidelgrasuntersaat in Getreide-GPS-Bestand
Das Weidelgras ist durch seine humusmehrende Eigenschaft vorteilhaft für Biogasfruchtfolgen. Die häufigen Schnitttermine und der hohe Stickstoffbedarf ermöglichen

die pflanzenbaulich sinnvolle Verwertung vieler Gärrestgaben. Die Etablierung des Weidelgrases über eine Untersaat in die Deckfrucht Winterroggen führt zu einem Entwicklungs- und damit Ertragsvorsprung gegenüber der Blanksaat. Der Trockenmasseertrag des Winterroggens mit GPS-Nutzung lag im Versuch im Mittel bei gut 100 dt/ha. Die Untersaat erzielte in drei Schnitten nahezu 90 dt/ha. Da Ackergräser jedoch einen hohen Anspruch an die Wasser- und Nährstoffversorgung stellen, können hohe Erträge nur auf günstigen Standorten realisiert werden. Im Versuch schwankte das Ertragspotenzial der Weidelgräser stark von nahezu 60 dt/ha TM auf einem trockenen Standort bis zu gut 120 dt/ha TM unter feucht-kühlen Bedingungen. Damit können bei guter Wasserversorgung mit diesem Verfahren Erträge auf höherem Niveau erwirtschaftet werden als bei den zuvor beschriebenen Nachsaaten.

Zweikulturnutzungssystem
Unter einem Zweikulturnutzungssystem versteht man den aufeinanderfolgenden Anbau von zwei Kulturen, die beide bis zur Siloreife gebracht werden. Dieses System erfordert eine hohe Standortgüte, d.h. eine ausreichende Wasserverfügbarkeit in Form von hohen Niederschlagsmengen und eine gute Wasserspeicherfähigkeit der Böden sollten gegeben sein. Die erforderliche rasche Saat der Zweitfrucht nach der Ernte der Erstfrucht stellt hohe Anforderungen an die Befahrbarkeit der Schläge und setzt eine ausreichende Schlagkraft voraus. Als Erstfrucht bietet sich die frühreife, aber ertragsschwächste Getreideart Wintergerste an, auch Winterroggen ist möglich. In den Versuchen präsentierte sich in Zweitfruchtstellung wiederum der Silomais als ertragsstärkste Kultur. Die meisten anderen Zweitfrüchte zeigten sich ertragsschwach oder erreichten den für die Silierung notwendigen TS-Gehalt von 28 % nicht, so dass diese als derzeit nicht anbauwürdig einzustufen sind.Die Kombination mit der in Zweitfruchtstellung ertragsstärksten Frucht, dem Silomais, führte im Mittel zu keiner Ertragssteigerung gegenüber Mais in Hauptfruchtstellung. In Einzeljahren mit außergewöhnlich hohem Niederschlag konnte, aufgrund von hohen Erträgen des Zweitfruchtmaises, in der Summe ein Mehrertrag erwirtschaftet werden. Trockene Witterungsverhältnisse führten jedoch zu Ertragsdepressionen im Zweitfruchtanbau.

Klimarelevanz von Biogasfruchtfolgen
Die Klimarelevanz einer Fruchtfolge spielt zwar sicher bei der Anbauentscheidung für die Praxis noch keine Rolle. Jedoch ist es nicht auszuschließen, dass die Politik sich vermehrt dieses Themas annehmen wird.

Im Zuge des neuen Projektes der LfL „Optimierte Pflanzenbausysteme für nachhaltige und klimafreundliche Biogasfruchtfolgen“ werden Fruchtfolgen mit variablen Maisanteilen von 0–100 % in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme der Technischen Universität München bewertet. Hierbei werden die in der Praxis derzeit empfohlenen Anbausysteme hinsichtlich Klimarelevanz und Nachhaltigkeit über eine Energie- und Treibhausgasbilanz mit Hilfe des Betriebs- und Umweltmanagementsystems REPRO beurteilt.

Erste Ergebnisse der Energie- und Treibhausgasbilanzen zeigten, dass die Höhe der Treibhausgas (THG)-Emissionen der einzelnen Anbaukombinationen stark von der Humusbilanz und der N-Effizienz abhängig ist. Insbesondere N-intensive und humuszehrende Anbausysteme mit Maisbeteiligung wiesen hohe THG-Emissionen pro Hektar auf. Jedoch gehörten die produktspezifischen THG-Emissionen (kg CO2eq je dt TM) von Silomais durch die hohe Ertragsleistung mit zu den niedrigsten und wurden nur auf günstigen Standorten von humusmehrenden Anbaukombinationen (Winterroggen mit Weidelgrasuntersaat auf niederschlagsreichem Standort) untertroffen.
Schlussfolgernd lässt sich festhalten, dass der Einfluss der Humusreproduktion eine entscheidende Rolle bei der Betrachtung der THG-Emissionen der Biogassubstratproduktion spielt.

Bei der Wahl der Biogasfruchtfolgen sollte also nicht nur die Ertragsleistung des Maises das alles entscheidende Kriterium sein. Auch Humuswirkung einzelner Kulturen, die N-Bilanz und arbeitswirtschaftliche Aspekte sind wichtige Entscheidungsfaktoren im Sinne einer nachhaltigen Landbewirtschaftung.

Dorothea Hofmann, Robert Simon