Pflanzen Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Körnerleguminosen im Nawaro-Anbau

Einleitung

Leguminosen fixieren dank einer Symbiose mit dem bodenbürtigen Bakterium Bradyrhizobium ssp. Stickstoff (N) aus der Luft und versorgen die Wirtspflanze selbst sowie benachbarte und insbesondere nachfolgende Pflanzen mit pflanzenverfügbarem N. Daneben bieten sie weitere Vorteile: So können die tief reichenden Pfahlwurzeln der Lupinen Bodenverdichtungen vorbeugen und Nährstoffe im Unterboden erschließen, die für andere Kulturen nicht erreichbar sind. Die Weiße Lupine verfügt zum Beispiel über ein sehr hohes Aneignungsvermögen für Phosphor und ist zudem in der Lage, wasserunlösliche Phosphorverbindungen pflanzenverfügbar zu machen, indem ihre Wurzeln organische Säuren ausscheiden. Ackerbohnen als Substrat in Biogasanlagen können wiederum die notwendige Zugabe von Spurenelementadditiven verringern, da sie Elemente wie Nickel und Cobalt besser aus dem Boden aufnehmen als Mais: In Probevergärungen am Deutschen Biomasseforschungszentrum zeigte sich, dass sich mit einer Mischsilage aus 70 Prozent Mais und 30 Prozent Winterackerbohnen die Additivmenge um drei Viertel gegenüber einer reinen Maissilage reduzieren ließ, ohne Einbußen bei der Methanbildung. (Neben Winterackerbohnen hatten auch Deutsches Weidelgras, Silphie und Amarant ähnliche Effekte. Weitere Informationen zum BMEL-geförderten Projekt NiCo finden sich unter dem Förderkennzeichen 22014813 und in diesem Artikel.)

Leguminosen können außerdem, insbesondere im Gemengeanbau, einen Beitrag zur Unkrautregulierung leisten. Außerdem können sie bei der Einsparung von Treibhausgas-Emissionen helfen, die bei der Produktion des ansonsten benötigten mineralischen N-Düngers entstehen würden.

Die jährliche Stickstofffixierung von Körnerleguminosen hängt von verschiedenen Einflussfaktoren ab, in der Literatur wird eine große Bandbreite zwischen 50 und 450 kg Stickstoff (N) pro Hektar angegeben. Für Mischkulturen von Leguminosen, etwa mit Mais oder Raps, ist die N-Fixierungsleistung hingegen noch nicht sehr gut erforscht. In vom BMEL geförderten Projekten werden solche Ansätze nun näher untersucht. In anderen Vorhaben geht es um heute im Anbau kaum mehr vertretene Leguminosen mit speziellen Eigenschaften, wie die Gelbe Lupine und die Saat-Esparsette.

© Mirko Runge/Saatzucht Steinach

Andenlupinen mit Mais und Weiße Lupinen mit Hafer

Südamerikanische Anden-Lupinen (Lupinus mutabilis) könnten sich besonders für die Biomasseproduktion im norddeutschen Raum eignen. In der Südhälfte Deutschlands mit kürzeren Tageslängen und meist schwereren Böden sind sie weniger anbauwürdig, da sie hier weniger Ertrag bringen. Die Ergebnisse mehrjähriger und mehrortiger (Mecklenburg-Vorpommern, Niedersachsen und Bayern) Leistungsprüfungen des Julius-Kühn-Instituts (JKI) weisen in diese Richtung: Die Andenlupinen erreichten Gesamttrockenmasse(GTM)-Erträge von bis zu 160 dt/ha und Methanerträge von bis zu 3.700 Nm3/ha, wobei am Versuchsstandort in Groß Lüsewitz im nördlichen Mecklenburg-Vorpommern auf sandigen Böden die höchsten Erträge erzielt wurden. Das JKI selektierte und prüfte außerdem Genotypen der Andenlupine, die trotz ausgeprägter Vorsommertrockenheit noch einen Ertrag von bis zu 141 dt/ha GTM brachten. Auch Weiße Lupinen (Lupinus albus) zeigten mit ca. 100 dt/ha und 3.090 Nm3/ha noch respektable GTM- und Methanerträge. Die Methangehalte im Biogas lagen mit 53 - 55 Volumen-Prozent in einem für Biomassepflanzen bekannten Bereich. Als einziger Nachteil im Hinblick auf die Biogaserzeugung stellte sich bei der Andenlupine der niedrige Trockensubstanzgehalt der Frischmasse von 19 bis 22 Prozent heraus. Deshalb bietet sich hier der Gemengeanbau mit Mais an. Das JKI testet jetzt in einem aktuellen Projekt den Mischanbau von Andenlupinen mit Mais und von Weißen Lupinen mit wüchsigen Linien der Hafer-Arten Avena byzantina und Avena sativa. Die Forscher gehen davon aus, dass die Weiße Lupine für Süddeutschland besser als die Andenlupine geeignet ist, weil sie schwere Böden besser toleriert. Aufgrund ihres niedrigen Wuchses braucht sie aber einen anderen Mischungspartner als Mais. Im Projekt sucht das JKI nun mit zwei Partnern nach geeigneten, mischanbautauglichen Hafer-Genotypen.

Weitere Informationen zum Vorhaben “Züchtungsmethodisch optimierte Kombination von Gemengepartnern der Andenlupine und Mais sowie der Weißen Lupine und Hafer mit dem Ziel der Biomasseproduktion unter Nutzung ökosystemarer Leistungen der Lupine“: 22009017 ; 22016418 ; 22026118

Informationen zum Vorläuferprojekt: 22402111 ; 22407312

Text: Dr. Steffen Roux/JKI

Andenlupinen und Mais in alternierenden Reihen. Die tiefwurzelnden Lupinen können Bodenverdichtungen entgegenwirken. Foto: JKI/Roux
Andenlupinen und Mais. Foto: JKI/Roux
Andenlupine und Mais. Foto: JKI/Roux

Ackerbohnen und Blaue Lupinen mit Winterraps

Der Winterrapsanbau ist in vielen Fruchtfolgen als Blattfrucht unverzichtbar, steht aber häufig wegen der hohen Treibhausgasemissionen in der Kritik. Um diese bei gleichbleibenden Erträgen zu senken, untersucht die Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern (LFA) das Einsparungspotential von mineralischen N-Düngern beim gemeinsamen Anbau von Winterraps mit Leguminosen. Diese frieren über Winter ab. Der von ihnen fixierte Stickstoff kann dann dem Winterraps anteilig zur Verfügung stehen. Zwar muss der Landwirt der Düngereinsparung den Aufwand für das Leguminosensaatgut gegenüberstellen. Doch die niedrigeren THG-Emissionen könnten helfen, die ab 2018 verschärften EU-Vorgaben für Biokraftstoffe zu erfüllen und so diesen Vermarktungsweg offen zu halten. Die LFA ermittelt in ihrem aktuellen Projekt in Exaktfeldversuchen u.a. das N-Nachlieferungspotential der Leguminosen Ackerbohnen und Blaue Lupine in Winterrapsbeständen und bewertet es im Vergleich zu einer mineralischen Herbstdüngung. Erste Ergebnisse aus dem Versuchsjahr 2017/18 liegen nun vor: Die Bestände waren zwar durch die sehr nassen Aussaatbedingungen im Herbst 2017 und die extreme Trockenheit im Erntejahr 2018 beeinträchtigt, trotzdem zeigten sich positive Effekte der Leguminosenuntersaaten: An beiden Standorten fielen die Winterrapserträge durch die Untersaaten mit Ackerbohne und Blauer Lupine um jeweils etwa 3 dt/ha höher aus als ohne Leguminosen. Demgegenüber hatte die Herbstdüngung mit 40 kg N/ha keinen messbaren Effekt auf den Rapsertrag.

Im Herbst zeigte sich eine gewisse Konkurrenz zwischen Raps und Ackerbohnen, die Biomasse der Rapspflanzen mit Ackerbohnen-Untersaat war dadurch im Vergleich zu den anderen Varianten geringer. Die Überwinterungsfähigkeit des Rapses wurde hierdurch jedoch nicht beeinträchtigt und seine Kornerträge fielen im Folgejahr dennoch um die genannten 3 dt/ha höher als im Raps-Reinanbau aus. Bei den Varianten mit Lupinen-Untersaat sowie mit und ohne Herbstdüngung gab es kaum Unterschiede bzgl. der Raps-Biomasse im Herbst.

Die Forscher sind nun gespannt, ob sich die vielversprechenden Ergebnisse im zweiten Erntejahr 2019 bestätigen.

Weitere Informationen zum Vorhaben “Nutzung von Leguminosenuntersaaten zur Senkung des N-Düngereinsatzes im Winterraps“: 22401015

Text: Dr. Andreas Gurgel/ Katharina Riebe/LFA MV

Untersaat von Lupinen im Winterraps im Herbst. Foto: S. Busch / LFA
Untersaat von Ackerbohnen im Winterraps im Herbst. Foto: S. Busch / LFA

Mais und Stangenbohnen

Silomais lässt sich – geeignete Sorten vorausgesetzt – sehr gut in Mischkultur mit Stangenbohnen anbauen. Der Mais dient den Bohnen als Rankhilfe, die Bohnen wiederum bringen Stickstoff in das System ein. Dieses ursprünglich aus Südamerika stammende Anbausystem verspricht gegenüber dem Mais-Reinanbau ökologische Vorteile bei relativ geringen wirtschaftlichen Einbußen.

In BMEL/FNR-Projekten wurden erste Selektions- und züchterische Arbeiten durchgeführt, um Mais und Stangenbohnen wieder fit für den Mischanbau zu machen. Auf Grundlage dieser Arbeiten wurde inzwischen eine für den Mischanbau gut geeignete, kleinkörnige und phasinarme Stangenbohnen-Sorte "WAV 612" selektiert, die seit 2019 für den praktischen Anbau zur Verfügung steht. Weitere empfehlenswerte Sorten sind die etwas großkörnigeren „Anellino Giallo“ und „Anellino Verde“ (aufgrund des höheren Phasingehaltes nur für Biogasanlagen, nicht als Tierfutter empfohlen). Als Maissorte sollte man eine früh abreifende, standfeste Sorte wählen, die den niedrigeren TS-Gehalt der Bohnen ausgleichen kann.

Die Aussaat kann zeitgleich und in gemischter Form erfolgen, wenn das TKG (Tausendkorngewicht, eine Kenngröße für das Saatgutgewicht) des Bohnensaatgutes dem des Maissaatgutes entspricht (dies ist bei WAV 612 der Fall). Ansonsten empfiehlt sich eine Aussaat in getrennten Reihen. Hierbei werden die Bohnen so dicht wie möglich neben die Maisreihe gelegt. Dies kann zeitgleich mit der Maisaussaat passieren oder zeitlich versetzt im 3-Blatt-Stadium des Maises.

In einem aktuellen Projekt wollen Forscher der HfWU Nürtingen nun in Düngungsversuchen herausfinden, wie viel mineralischen Stickstoff(N)-Dünger man bei diesem Mischanbau tatsächlich einsparen kann. Dazu bauen sie das Gemenge auf Flächen mit geringer und mit guter N-Versorgung an. Die Forschungsfragen lauten: Nutzen die Bohnen auf den gering versorgten Flächen tatsächlich ihre Fähigkeit zur N-Fixierung aus der Luft und überlassen dem Mais den N aus dem Bodenvorrat der organischen oder mineralischen Düngung? Und verzichten die Bohnen umgekehrt auf gut versorgten Flächen auf die Luftstickstoff-Fixierung? Wenn es so wäre, bräuchte der Landwirt keinen zusätzlichen mineralischen N düngen und könnte sich auf das sich selbst regulierende System der Leguminose verlassen.

Zusätzlich wollen die Forscher die Frage klären, ob Mais-Bohnen auch die Biotopqualität für bodenbrütende Vögel, Insekten, Tausendfüßer und Spinnen verbessern und das Risiko von Bodenerosion verringern können. Schließlich bewerten sie die Umweltvorteile auch ökonomisch über einen Vermeidungskostenansatz. Die Ergebnisse sollen als Grundlage für Fördermaßnahmen dienen. Informationen zum Vorhaben „Ökologische und ökonomische Bewertung des Gemengeanbaus von Mais (Zea mays L.) mit Stangenbohnen (Phaseolus vulgaris L.) unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen auf Stickstoffbilanz und Biodiversität“: 22027716

Forscher der Universität Hohenheim ermitteln seit 2018 die Erträge im Mais-Bohnen-Mischanbau im Vergleich zum Mais-Reinanbau. Dabei testen sie neben bereits erhältlichen Bohnen-Sorten wie WAV 612 auch neue Bohnen-Kreuzungen. Die Ergebnisse (siehe Grafik 1) zeigen, dass die neuen Bohnen Potenzial zur Ertragssteigerung mitbringen. Über die 15 Sorten hinweg liegt der Ertrag des Mischanbaus bei 89 – 92 Prozent des Ertrages im Mais-Reinanbau.

Weitere Informationen:

Dieser Artikel porträtiert einen Landwirt, der auf 60 Hektar Mais-Bohnen für seine Biogasanlage anbaut.

In diesem Artikel wird ein Landwirt vorgestellt, der Mais-Bohnen für seine Milchkühe anbaut.

Informationen von KWS

Informationen von Feldsaaten Freudenberger

Grafik 1: Erträge aus Exaktversuchen in 2018 an den Standorten Moosburg/Oberbayern und Landshut/Niederbayern. Ganz links Maissorte Figaro im Reinanbau, daneben Figaro mit 15 verschiedenen Bohnen (WAV612 und 14 Neu-Kreuzungen) im Mischanbau. Aussaatdichte Mais: 10Pfl/m². Aussaatdichte Mais-Bohne: Mais = 8Pfl/m², Bohne = 4Pfl/m². Quelle: W. Leiser/Uni Hohenheim
Mais-Bohnen-Mischanbau. Foto: Dr. Walter Schmidt

Gelbe Lupine

Die Gelbe Lupine (Lupinus luteus) wird heute in Deutschland kaum noch genutzt. Dabei hat sie durchaus interessante Eigenschaften: Einen gegenüber der Blauen und Weißen Lupine höheren Rohproteingehalt, eine gute Trockentoleranz und die Eignung für den Anbau auf mageren, nicht kalkhaltigen, sandigen Flächen. Für eine bioökonomische Nutzung der Pflanze spricht außerdem, dass dafür auch alkaloidhaltige Sorten, sogenannte Bitterlupinen in Frage kommen, die für die Ernährung ungeeignet sind. Gelbe Bitterlupinen haben einen noch deutlich höheren Proteingehalt als die weitgehend alkaloidfreien Gelben Süßlupinen. Außerdem verfügen sie über einen genetisch noch sehr breiten Genpool. Nachteilig war bisher die große Anfälligkeit von luteus gegenüber der Anthraknose, einer Pilzkrankheit, die Lupinen häufig befällt und zum Totalausfall der Bestände führen kann. Infolge des Auftretens dieser Krankheit ist der Anbau der Gelben Lupine in Deutschland ab Mitte der neunziger Jahre praktisch zum Erliegen gekommen, heute gibt es für diese Fruchtart in Deutschland kein Zuchtprogramm mehr. Weitere Nachteile sind ein vergleichsweise geringer Kornertrag und bei sehr verzweigten Sorten eine unregelmäßige Abreife.

Das Julius-Kühn-Institut für Kulturpflanzen (JKI) will nun gemeinsam mit fünf Partnern die Anbauwürdigkeit der Gelben Lupine züchterisch verbessern und die Grundlagen für die Neuzüchtung von Sorten legen. Im Fokus stehen die Zuchtziele Ertragssteigerung, die genetische Analyse neuer Anthraknoseresistenzgene und deren Kartierung im Lupinengenom sowie die Selektion frosttoleranter Genotypen.

Basis der Arbeiten ist die polnische Sorte „Taper“, die bereits eine Resistenz gegenüber Anthraknose besitzt. Das JKI führt im Projekt Kreuzungs- und Selektionsarbeiten mit Taper und mit einem umfangreichen Sortiment an Genbankakzessionen durch. Außerdem will das JKI einen molekularen Marker für Anthraknoseresistenz entwickeln, also Genabschnitte identifizieren, die mit dieser Eigenschaft gekoppelt sind und so eine gezielte Auslese auf diese Eigenschaft ermöglichen. Das Anwendungspotential der Gelben Lupine im Hinblick auf eine stoffliche Nutzung untersucht das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV). Dazu analysiert es den Öl-, Protein- und Fasergehalt und die Proteineigenschaften. Diese könnten für Proteinhersteller, Hersteller von Farben, Lacken sowie technischen Emulsionen und Dispersionen oder Folienveredler ebenso interessant sein wie für die Herstellung von Nahrungs- und Futtermitteln.

Mit der Saatzucht Steinach und Eskusa sind auch zwei Züchtungsunternehmen am Verbund beteiligt, die neue Gelbe Lupinen schlussendlich züchten und als Sorte für den Markt anmelden könnten.

 

Ertrag in dt/ha

Geeigneter Boden-pH-Wert

Gelbe Lupine

10 – 25

4,6 – 6,0

Blaue Lupine

20 – 45

5,0 – 6,8

Weiße Lupine

20 - 60

5,5 – 6,8

Tab.: Erträge und optimaler Boden-pH-Wert bei Lupinen-Arten. Quelle: Gesellschaft zur Förderung der Lupine e.V.  2016

Informationen zum Vorhaben „Innovative Züchtungsstrategien zur Verbesserung der Anbauwürdigkeit der Gelben Lupine (Lupinus luteus) in Deutschland“: 22028716; 22036618; 22041018; 22026018; 22025818

Die Gelbe Lupine ist Selbstbefruchter, wird aber auch von Bienen und Hummeln zur Pollensuche angeflogen. Foto: FNR/N. Paul

Esparsette

Die Esparsette (auch Saat-Esparsette genannt, Onobrychis viciifolia) hat eine lange Tradition im landwirtschaftlichen Anbau, wird heute aber kaum mehr kultiviert. Dabei kann die mehrjährige Leguminose (Stickstoffsammlerin) mit zahlreichen positiven Eigenschaften aufwarten:

• Sie ist tiefwurzelnd (bis zu 4 Meter), trockenheitsverträglich und für den Anbau auf marginalen Standorten geeignet.

• Durch Symbiose mit bestimmten Bakterien kann sie sich selbst mit dem Nährstoff Stickstoff versorgen, der Phosphorbedarf ist gering.

• Der Anbau ist auch auf alkalischen Böden möglich.

• Sie hat einen positiven Einfluss auf die Bodenstruktur.

• Die Blühdauer reicht von Mai bis September. Die Pflanze ist sehr attraktiv für Bienen und hat einen sehr guten Honigertrag.

• Die Esparsette besitzt eine besondere Zusammensetzung an Tanninen und anderen polyphenolischen Bestandteilen, die die Schaumbildung im Pansen (Blähungen) verhindern und für eine bessere Proteinverfügbarkeit sorgen kann. Das wiederum verringert Treibhausgasemissionen von Methan und Lachgas. Dank der Inhaltsstoffe ist die Pflanze auch als Entwurmungsmittel interessant.

Die Biomasse-Verdauung im Pansen einer Kuh ist biochemisch gesehen vergleichbar mit der Vergärung in einer Biogasanlage. So spielt die Schaumreduzierung auch im Biogasfermenter, insbesondere bei proteinreichen Substraten, eine wichtige Rolle. Die Esparsette könnte somit, insbesondere auf trockenen Standorten und vor dem Hintergrund klimatischer Veränderungen, eine interessante Ergänzung zum Mais darstellen. Anlagenbetreiber könnten auf Entschäumer-Präparate verzichten, Landwirte würden die Artenvielfalt auf dem Acker erhöhen. Die Forscher im BMEL/FNR-Projekt prüfen verschiedene Herkünfte der Pflanze in Versuchsanbauten und in Biogasversuchen im Hinblick auf Erträge und die Eignung zur Schaumreduzierung.

Informationen zum Projekt „Evaluierung und pflanzenbauliche Optimierung verschiedener Herkünfte der Esparsette für die Biomasseproduktion und Untersuchung des Einflusses der Tannine auf die Schaumbildung in Biogasanlagen“: 22402116, 22402216 und 22402316

Foto: Fablefroh/Kristian Peters
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Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
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