Course of the soil reaction and the plant-available nutrient contents in the 140-year-old Eternal Rye Trial in Halle/Saale

Im Jahre 1878 legte Julius Kühn in Halle/Saale auf dem Universitäts-Versuchsfeld einen Feldversuch an, welcher gegenwärtig der weltweit zweitälteste noch bestehende Versuch dieser Art ist. Das Ziel dieses Versuches war es, die 1840 von Justus von Liebig formulierten agrikulturchemischen Grundaussagen zur Mineralstoffernährung der Pflanzen zu überprüfen. Dabei standen zunächst nur die Beobachtungen der Ertragswirksamkeit unterschiedlicher Düngergaben und deren Wirkung auf die Qualität der Ernteprodukte im Vordergrund. Im Boden wurden 1878 neben dem organischen Kohlenstoff lediglich die Gehalte an salzsäurelöslichem Phosphor (P), Kalium (K) und Calcium (Ca) bestimmt. Auch nach der folgenden Bodenprobeentnahme 1912 erfolgte eine Analyse der Gesamtgehalte der Mineralnährstoffe in Salzsäure- und Salpetersäureauszügen (Weinaug, 1921). Die Gehalte an pflanzenverfügbarem P und K und der pH-Wert wurden im Ewigen Roggenbau erstmals von Fritz Scheffer (1931a; 1931b; 1933) 1926 bzw. 1929 analysiert. Nachdem diese Nährstoffgehalte in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts auch in das Blickfeld der Ökologie gerückt waren, wird seitdem im Ewigen Roggenbau der Entwicklung dieser Nährstoffgehalte besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Leicht verfügbare Nährstoffe können einerseits das Pflanzenwachstum fördern, in zu hohen Konzentrationen allerdings zu Umweltbelastungen führen.

Den Namen „Ewiger Roggenbau“ erhielt der Versuch erst Anfang der 1920er-Jahre, weil als eine ackerbauliche Besonderheit Winterroggen in Selbstfolge (Monokultur) angebaut wird. Aufgrund eines verstärkten Auftretens von Ackerschachtelhalm erfolgte 1961 eine Dreiteilung des Versuches. Seitdem kommen neben dem Winterroggen auch Kartoffeln und Mais zum Anbau. Nachfolgend wird über die Bodenreaktion, der damit verbundenen Parameter (austauschbare Kationen, Kationenaustauschkapazität) und die pflanzenverfügbaren Nährstoffgehalte bei Roggenmonokultur und den fünf ursprünglichen Prüfvarianten berichtet.

Der Standort des Versuches (100 m über NN) liegt im mitteldeutschen Trockengebiet mit einem mittleren Jahresniederschlag von ca. 500 mm und einer mittleren Jahrestemperatur von 9,2°C. Der Boden der Versuchsfläche ist eine stark lessivierte Schwarzerde (Parabraunerde-Tschernosem, Haplic Phaeozem) mit lehmigem Sand bis ca. 80 cm Tiefe und Geschiebemergel darunter. Die Bodenzahl beträgt 47 Bodenpunkte. Der jüngste ausführliche Überblick zum Kühnfeld, den dortigen Dauerdüngungsversuchen und weiteren Ergebnissen zum Ewigen Roggenbau, liegt von Merbach und Deubel (2007) vor.

Bei der Anlage des Versuches betrug die Parzellengröße je 1000 m² (11,75 m × 85,15 m). Aufgrund der starken Ausbreitung von Ackerschachtelhalm (Equisetum arvense) und seiner Bekämpfung wurde die Fläche 1961 in drei Großteilstücke (Abteilung A, B, C) mit dazwischen liegenden Schwarzbracheflächen (70 m Länge, 5 m Breite) geteilt. Seitdem werden neben dem Winterroggen in Monokultur (Abteilung C) auch Winterroggen im Fruchtwechsel mit Kartoffeln (Abteilung B) sowie Mais (Silomais) in Monokultur (Abteilung A) angebaut. Die Parzellengröße beträgt seitdem 290 m² (11,75 m × 24,75 m). Seit Versuchsanlage besteht je Frucht- und Düngungsvariante nur eine Parzelle (ohne Wiederholung). Bei der Ernte von Winterroggen und Mais wird die gesamte oberirdische Pflanzenmasse von den Parzellen abgefahren, während das Kartoffelkraut auf der Fläche verbleibt.

Bei der Anlage des Versuches diente die Stallmistdüngung als Bezugsbasis für den Düngervergleich. Ihre Menge betrug jährlich 120 dt/ha. Dies entsprach der jährlichen Anfallmenge einer Großvieheinheit (GVE = 500 kg Lebendgewicht) bei einem Tierbestand von 1 GVE/ha Ackerland. Die Mineraldüngergaben wurden auf der Grundlage der damaligen durchschnittlichen Gehalte an Nährstoffen im Stallmist festgelegt. Im Versuchsverlauf sind einige Prüfvarianten verändert worden, um aktuellen Fragestellungen, insbesondere in Bezug auf den praktischen Ackerbau, gerecht zu werden. Die Prüfvarianten und jährlichen Dünger-/Nährstoffmengen sind in Tabelle 1 und die eingesetzten Mineraldüngerformen in Tabelle 2 enthalten.

Der zum Einsatz kommende Stallmist ist von jeher Rinderdung, wobei sich die Herkunft mehrfach geändert hat. Eine Kalkung der Versuchsparzellen war vom Versuchsgründer nicht festgelegt worden. Eine solche wurde 1949 und 1985 zur Vermeidung einer übermäßigen Versauerung auf der Grundlage der hydrolytischen Azidität des Bodens für die einzelnen Parzellen in einem unterschiedlichen Umfang (Ausgleichskalkung) vorgenommen. Die 1949 ausgebrachten Kalkmengen und die Kalkform sind nicht überliefert. Im Jahre 1985 wurde bei Roggenmonokultur nur die Variante „N“ mit 21 dt/ha CaO als Leunakalk (chemisch gefällter kohlensaurer Kalk als Nebenprodukt bei der Herstellung von schwefelsaurem Ammoniak) gedüngt. Mit der Umwandlung der Variante mit ausschließlicher mineralischer N-Düngung in eine kombinierte mineralische NPK- plus Stallmistdüngung im Jahre 1990 erfolgte zusätzlich einmalig die Zufuhr von 200 kg P/ha als Doppelsuperphosphat und 400 kg K/ha als 60er Kali.

Die Probenahmen zur Bodenuntersuchung erfolgten vorwiegend nach der Ernte des Winterroggens mit einem Rillenbohrer in der Regel bis 20 cm Tiefe und teilweise bis 100 cm Tiefe (Mischproben aus 15–20 Einstichen). In den Jahren 1984–1986, 1994–1996 und 1999–2001 wurden Bodenproben jährlich entnommen, das Analysenergebnis wird als Mittelwert dieser Jahre angegeben. Der Boden wurde luftgetrocknet und auf 2 mm abgesiebt. Die angewandten Analysemethoden sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die bei der pH-Wert-Bestimmung im Jahr 1959 vorgenommene Verringerung der Konzentration des Extraktionsmittels von 1 N auf 0,1 N KCl-Lösung hat sich aus der Anpassung an den damals in Ostdeutschland (DDR) geltenden Standard ergeben.

Die Darstellung des Verlaufes des pH-Wertes und der pflanzenverfügbaren Nährstoffgehalte erfolgte anhand der Messwerte von Scheffer (1931a; 1931b; 1933), Riehm (1942), Schmalfuß (1950), Merker (1956), Schmalfuß und Kolbe (1961), Lenz (1969), Garz (1979), Stumpe und Hagedorn (1979), Stumpe et al. (1990), Schliephake et al. (1999), Merbach et al. (1999), Herbst und Schmidt (2006), Merbach und Deubel (2007) und Völker (2012). Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Analysen in der Regel zwar nach gleichen Methoden, aber teilweise in verschiedenen Laboratorien durchgeführt worden sind, was zu gewissen Abweichungen der Messwerte führen kann.

3.1

pH-Wert und Kationensorption

Bereits 50 Jahre nach Versuchsanlage (1929) lag eine große Schwankungsbreite im pH-Wert zwischen den Varianten vor (Abbildung 1). Der höchste pH-Wert war bei ausschließlicher PK-Düngung (6,7) und der niedrigste bei reiner mineralischer N-Düngung (5,3) zu verzeichnen. Bis zur letzten Analyse (2011) blieben die Unterschiede zwischen den Varianten bestehen, wobei sich aber die Schwankungsbreite verringert hat (niedrigster pH-Wert: 4,9; höchster pH-Wert: 5,5). Die 1949 vorgenommene Kalkung führte zu einem Anstieg der pH-Werte. Dabei waren aber die höchsten Werte nicht zur unmittelbar folgenden Analyse (1953) zu verzeichnen, sondern erst 1958. Danach nahm der pH-Wert bei allen Varianten bis zur Gegenwart ab. Gegenüber „Ungedüngt“ (U) ist es bei N-Düngung zu einer zusätzlichen Abnahme des pH-Wertes gekommen. Bei Stallmistdüngung liegt generell ein höherer pH-Wert sowohl gegenüber „Ungedüngt“ als auch im Vergleich zur NPK-Düngung vor. Mit zunehmender Bodentiefe steigt der pH-Wert bei allen Varianten an (Tabelle 4). Von 1959 bis 2006 hat der pH-Wert nicht nur im Oberboden, sondern auch im Unterboden abgenommen.

Tabelle 2

Eingesetzte Mineraldüngerformen

Table 2. Mineral fertilizer forms used

ab Jahr	Stickstoff	Phosphor	Kalium
1878	50 % als Ammonsulfat im Herbst	Superphosphat	Kainit
	50 % als Chilesalpeter im Frühjahr
1926		Thomasphosphat
1949	37 % als Ammonsulfat im Herbst
	63 % als Kalkammonsalpeter im Frühjahr
1995		Triplephosphat	60er Kali
2002	100 % als Kalkammonsalpeter im Frühjahr

Abbildung 1

Tabelle 3

Angewandte Analysemethoden

Table 3. Applied analysis methods

	Jahr	Methode	Extraktionsmittel
pH-Wert	ab 1929	elektrometrisch	1 N Kaliumchlorid
	ab 1959		0,1 N Kaliumchlorid
	2011 analysiert von TB Unterfrauner GmbH, Wien		1 N Kaliumchlorid
T-Wert	1952/59	nach Mehlich	Triethanolamin + 0,2 N Bariumchlorid (pH 8,1)
S-Wert	1952/59	nach Kappen	0,1 N Salzsäure
V-Wert	1952/59	mathematisch aus: S × 100/T	–
P, K	bis 1954	Keimpflanzenmethode nach Neubauer	–
	ab 1959	nach Egner und Riehm	0,02 M Doppellaktat
Mg	ab 1976	nach Schachtschabel	0,025 M Calciumchlorid
B	1976	nach Berger und Truog	Heißwasser
Cu	1976	nach Westerhoff	0,43 M Salpetersäure
Mn	1976	nach Schachtschabel	0,5 M Magnesiumchlorid + Natriumsulfit (2 g/l)
Mo	1976	nach Grigg	Ammoniumoxalat/Oxalat-Puffer pH 3,0
Zn	1976	nach Trierweiler	0,01 M EDTA/0,1 M Ammoniumcarbonat
B, Cu, Mn, Mo, Zn, Si, Fe, Co	20111	nach ÖNORM S2122-1 (Austrian Standards)	0,4 M Lithiumchlorid

Tabelle 4

pH-Werte im Bodenprofil

Table 4. pH values in the soil profile

Tiefe			1959						2006
(cm)	U	N	PK	NPK	St I		U	NPK+St bis 1989 N	PK	NPK	St I
0–20	6,2	5,6	6,8	6,3	6,6		5,5	5,2	6,2	5,6	5,9
20–40	6,5	6,1	6,9	6,3	6,8		5,5	5,4	6,2	5,7	6,1
40–60	6,7	6,7	6,8	6,7	7,0		6,2	6,2	6,5	6,3	6,3
60–80	6,7	7,0	6,9	7,0	7,2		6,4	6,6	6,9	6,8	6,7
80–100	7,0	7,1	7,0	7,2	7,4		6,6	6,9	7,1	7,1	7,1

Die Untersuchungen zur Kationenaustauschkapazität des Bodens belegen eine hohe Korrelation mit seinem pH-Wert. Die höchsten Gehalte an austauschbar gebundenen Kationen einschließlich H⁺-Ionen (T-Wert) lagen 1952/59 in der Ackerkrume bei PK- und Stallmistdüngung vor (Tabelle 5). Bei allen Varianten und besonders bei Stallmistdüngung entfiel der größere Anteil auf die Bindung an die organische Bodensubstanz (Garz, 1979). Mit zunehmender Bodentiefe sank der T-Wert als Folge des abnehmenden Humusgehaltes. Der Basensättigungsgrad (V-Wert) war in der Ackerkrume bei N-Düngung am niedrigsten und bei PK-Düngung am höchsten und stieg mit zunehmender Tiefe, wie der pH-Wert, bei allen Prüfvarianten an (Tabelle 6).

3.2

Makronährstoffe

Die pflanzenverfügbaren P- und K-Gehalte wurden von 1926 bis 1954 indirekt nach der Keimpflanzenmethode über die Ermittlung der Nährstoffaufnahme bestimmt (Tabelle 7) und werden seit 1959 nach Extraktion mit Doppellaktat (DL) analysiert. Bereits in den ersten Untersuchungen 1926 zeigten sich in der ungedüngten und N-Düngungsvariante deutlich niedrigere Nährstoffgehalte als in den übrigen gedüngten Parzellen. Dabei waren bei den mit mineralischem P und K gedüngten Prüfgliedern die Gehalte etwas höher als bei Stallmistdüngung. Bis 1954 bestanden bei allen Varianten keine erkennbaren Trends einer Zu- oder Abnahme der Gehalte.

Nach der 1959 erfolgten Umstellung auf die Doppellaktatmethode wurden die Variantenunterschiede generell bestätigt und traten teilweise deutlicher hervor (Abbildungen 2A und 2B). Zwischen der NPK- und Stallmistdüngung bestanden sowohl beim P- als auch beim K-Gehalt zunächst keine Unterschiede. Die P-Gehalte nehmen seit 1976 auf den mit PK gedüngten Varianten ab, während sie bei Ungedüngt und N-Düngung bzw. NPK+Stallmistdüngung nahezu konstant bleiben. Beim K trifft diese Entwicklung nicht für die mit Stallmist gedüngten Prüfglieder zu. Bei den Varianten mit Stallmistdüngung kommt es seit 1995 zu einem Anstieg des K-Gehaltes, sodass dieser bei der letzten Untersuchung (2006) bei reiner Stallmistdüngung deutlich höher liegt als bei NPK-Düngung.

Tabelle 5

Kationenaustauschkapazität (T-Wert) im Bodenprofil (mval/100 g)

Table 5. Cation exchange capacity (T-value) in the soil profile (mval/100 g)

Jahr	Tiefe (cm)	U	N	PK	NPK	St I
1952	0–20	11,9	12,3	13,6	12,5	14,1
1959	0–20	10,6	10,3	11,1	11,0	12,5
	20–40	9,2	9,2	8,9	9,3	9,1
	40–60	9,3	9,0	7,8	8,7	7,5
	60–80	9,5	8,2	7,4	8,2	7,1
	80–100	8,4	6,9	6,7	6,7	6,5
			in 0–20 cm entfallen	auf:
	org. Sub.	6,4	6,4	7,2	7,2	8,7
	min. Sub.	4,2	3,9	3,9	3,8	3,8

Abbildung 2

Die Profiluntersuchungen bis 100 cm Tiefe in den Jahren 1959 und 2006 zeigen, dass es bei den P- und K-gedüngten Varianten zu einer Verlagerung dieser Nährstoffe gekommen ist (Tabellen 8 und 9). Diese reichte 2006 gegenüber Ungedüngt bei P bis mindestens 60 cm Tiefe und bei K bis mindestens 80 cm Tiefe. Die Erhöhung des K-Gehaltes fällt bei Stallmistdüngung deutlicher aus als bei mineralischer NPK-Düngung.

Beim pflanzenverfügbaren Gehalt an Magnesium (Mg) sind die Unterschiede zwischen den Prüfvarianten relativ gering (Abbildung 2C). In den letzten Jahrzehnten ist es zu einem generellen Abfall gekommen. Für den Anstieg bei Ungedüngt zur letzten Probenahme (1999–2001) fehlt die Erklärung. Der niedrigste Mg-Gehalt besteht bei der Düngung mit N bzw. NPK + Stallmist.

Tabelle 6

Basensättigungsgrad (V-Wert) im Bodenprofil (%)

Table 6. Base saturation degree (V-value) in the soil profile (%)

Jahr	Tiefe (cm)	U	N	PK	NPK	St I
1952	0–20	81	65	91	75	85
1959	0–20	79	64	82	71	78
	20–40	83	75	84	75	83
	40–60	86	85	82	84	85
	60–80	93	90	86	86	89
	80–100	90	94	87	89	93

Tabelle 7

P- und K-Gehalte in 0–20 cm Bodentiefe nach der Keimpflanzenmethode

Table 7. P- and K-contents in 0–20 cm soil depth according to the seedling method

Jahr		mg P2O5/100g						mg K2O/100g
	U	N	PK	NPK	St I		U	N	PK	NPK	St I
1926	2,5	3,0	12,8	11,2	8,6		6,3	7,9	36,6	29,2	25,0
1929	5,0	4,1	15,2	13,8	10,8		14,6	8,8	45,5	36,6	37,7
1949	5,1	6,7	11,7	9,9	6,9		6,3	10,8	36,9	25,3	28,6
1951–1954	4,6	4,6	11,5	10,8	8,4		7,0	6,3	34,2	26,7	30,1

Tabelle 8

P-Gehalte im Bodenprofil (mg PDL/100g)

Table 8. P-contents in the soil profile (mg PDL/100 g)

Tiefe (cm)			1959					2006
	U	N	PK	NPK	St I	U	NPK+St bis 1989 N	PK	NPK	St I
0–20	5,2	3,6	23,4	19,0	15,4	2,5	4,5	17,1	11,7	12,7
20–40	4,2	3,6	10,9	9,0	7,8	2,5	4,2	13,5	9,8	11,8
40–60	2,0	2,3	2,8	2,6	3,1	1,4	1,6	2,0	2,6	4,2
60–80	1,3	1,3	1,4	2,0	1,8	0,7	0,9	1,4	2,3	1,8
80–100	0,9	0,9	1,0	1,0	1,2	0,9	0,7	1,3	1,3	1,3

Tabelle 9

K-Gehalte im Bodenprofil (mg KDL/100 g)

Table 9. K-contents in the soil profile (mg KDL/100 g)

Tiefe			1959						2006
(cm)	U	N	PK	NPK	St I		U	NPK+St bis 1989 N	PK	NPK	St I
0–20	3	4	22	16	16		4	17	22	16	27
20–40	2	2	13	9	13		4	16	21	13	25
40–60	2	2	7	7	12		4	15	11	7	15
60–80	2	2	3	2	3		4	4	9	5	11
80–100	3	2	2	2	2		4	4	6	4	6

Mit dem Ewigen Roggenbau etablierte Julius Kühn einen Feldversuch, dessen Ergebnisse zur Klärung zahlreicher Fragen der Pflanzenernährung und Düngung beigetragen haben. Anhand dieser Ergebnisse definierte Fritz Scheffer (1931a) erstmals den Begriff „Bodenfruchtbarkeit“ und bezeichnete dabei die Bodenreaktion nach dem Humusgehalt als ein wertbestimmendes Merkmal. Karl Schmalfuß legte 1949 in der Nachbarschaft zum Ewigen Roggenbau sechs weitere Dauerdüngungsversuche an. Den Kalkdüngungsversuch stellte er dabei an die erste Stelle (Feld A), offensichtlich als Zeichen für den Rang der Bodenreaktion. Auch dieser Feldversuch existiert noch.

Der pH-Wert des Bodens ist von grundlegender Bedeutung für das Pflanzenwachstum, das Bodenleben und vom Boden ausgehende Umweltwirkungen, da der pH-Wert wesentlich die Löslichkeit der Nähr- und Schadstoffe beeinflusst. Er ist hauptsächlich das Ergebnis der Freisetzung von H⁺-Ionen infolge der Umsetzung der organischen Substanz im Boden, der Pufferkapazität des Bodens sowie des Eintrages von sauer und basisch wirkenden Stoffen aus der Umwelt und mit den Düngemitteln. Beim Ewigen Roggenbau fand bis Ende des 20. Jahrhunderts ein beachtlicher Eintrag von solchen Stoffen aus dem naheliegenden Hausbrand, dem Zugverkehr (insbesondere Dampflokbetrieb des Rangierbahnhofs) und einem Kohleheizwerk statt.

Nach Einschätzung von Riehm (1942) lag der ursprüngliche pH-Wert bei Versuchsanlage in der Krume bei ca. 6,5. Dieser pH-Wert wurde bis 1929 nur bei PK-Düngung aufrechterhalten und war nach Lenz (1969) noch 1959 in dieser Höhe durch eine hohe Basensättigung infolge der Basenzufuhr mit dem Thomasphosphat bedingt. Bei den anderen Varianten trat eine unterschiedlich starke Versauerung ein, vor allem als Folge des unterschiedlichen Entzuges, der Verlagerung und der unterschiedlichen Rückführung von Basen.

Die Versauerung wird sowohl am pH-Wert als auch mit der Basensättigung nachgewiesen, da beim Basensättigungsgrad die Differenz zu 100 den Anteil an sorbierten H⁺-Ionen darstellt. Wie die Ergebnisse sowohl aus der Krume als auch im Unterboden deutlich zeigen, laufen der pH-Wert und die Basensättigung parallel. Die auch im Unterboden eingetretene Versauerung ist Folge des Basenentzuges aus diesem Bereich sowie der Verlagerung der H⁺-Ionen dahin.

Bemerkenswert ist, dass erstmals 70 Jahre nach Versuchsanlage eine Kalkung für notwendig erachtet und vorgenommen wurde. Die Ursache dafür liegt offensichtlich an dem erheblichen Baseneintrag aus der Umwelt und in der hohen Basensättigung des Geschiebemergels im Unterboden. Ungewöhnlich ist auch, dass die Wirkung der 1949 erfolgten Kalkung erst nach etwa 8–10 Jahren ihr Maximum erreicht hat. Wahrscheinlich wurde ein grobkörniger, kohlensaurer Naturkalk angewendet.

Erwartungsgemäß liegen die niedrigsten pH-Werte bei ausschließlicher mineralischer N-Düngung vor, besonders auch wegen des 124 Jahre langen Einsatzes des doppelt sauer wirkenden Ammonsulfats. Bereits vor der erstmaligen Messung des pH-Wertes (1929) wurde festgestellt, dass die mit Ammonsulfat gedüngten Parzellen die niedrigsten HCl-löslichen Ca-Mengen aufweisen (Weihaug, 1921; Scheffer, 1931a). Dass bei ausschließlicher mineralischer PK-Düngung während des gesamten Versuchsverlaufs die höchsten pH-Werte bestehen, hängt vor allem mit dem Fehlen der sauer wirkenden N-Komponente, dem Einsatz von Thomasphosphat mit seinen basisch wirkenden Inhaltsstoffen sowie dem niedrigen Ernteertrag bzw. Basenentzug zusammen.

In der Nachbarschaft zum Ewigen Roggenbau wurden von 1949 bis 1969 in einem Dauerdüngungsversuch (Feld B) Düngemittel mit unterschiedlich physiologischer Wirkung geprüft. Dabei ist u. a. die stark pH-Wert-senkende Wirkung des Ammonsulfats festgestellt worden (Hagemann und Kolbe, 1968). Im daneben liegenden und noch bestehenden Feld D mit Prüfung von drei P-Düngemitteln konnte nach 35 Versuchsjahren bei Einsatz von Thomasphosphat mit einer hohen P-Düngung (26–45 kg P/ha/Jahr) der pH-Wert (ca. 6,0) auch ohne Kalkdüngung aufrechterhalten werden (Stumpe et al., 1990). Bereits Hagemann und Kolbe (1968) kamen bei der Auswertung des Feldes B zu der Schlussfolgerung, dass auf dem Kühnfeld in Halle die alkalische Düngerkombination von Natronsalpeter und Thomasphosphat die Erhaltung des Kalkzustandes und pH-Wertes ohne zusätzliche Kalkung gewährleistet hat, zumindest unter den damaligen Umweltbedingungen. Aus den Analysenergebnissen des Ewigen Roggenbaus lässt sich ableiten, dass die Stallmistdüngung im Vergleich zu Ungedüngt und mineralischer NPK-Düngung eine weniger pH-Wert-senkende Wirkung zur Folge hat. Offensichtlich ist die Wirkung der mit dem Stallmist zugeführten basisch wirkenden Substanzen stärker als die versauernde Wirkung der NH ₄⁺-Verbindungen bzw. der H⁺-Freisetzung aus der organischen Substanz. Im Ergebnis der Betrachtungen zur Basensättigung und zum Ca-Entzug scheinen nach Lenz (1969) „die mit der organischen Düngung zugeführten Kationen fester am Sorptionskomplex gebunden zu sein und dadurch weniger großen Auswaschungsverlusten zu unterliegen“.

In langjährigen, ähnlichen Dauerversuchen in Rothamsted (angelegt 1843; Powlson und Poulton, 1998), Bad Lauchstädt (angelegt 1902; Merbach, 2017) und Berlin-Dahlem (angelegt 1923; Köhn, 1975), welche sowohl den Prüffaktor „Stallmistdüngung“ als auch „Kalkdüngung“ beinhalten, wird ebenfalls festgestellt, dass sich der Einsatz von Stallmist positiv auf die Bodenreaktion auswirkt. In den Varianten ohne Einsatz von Mineral-N lagen erhöhte pH-Werte vor, auch bedingt durch den geringeren Ertrag und Ca-Entzug (Körschens et al., 2002).

Beim Verlauf der pflanzenverfügbaren Nährstoffgehalte im Boden spielen die Höhe der Nährstoffzufuhr und das Ertragsniveau bzw. der Nährstoffentzug durch die Abfuhr der Ernte- und Koppelprodukte sowie die Nährstofffestlegung und -verluste eine noch größere Rolle als beim pH-Wert. Die Kornerträge des Winterroggens nehmen im Mittel des Versuchsverlaufes in folgender Reihenfolge ab: St I ~ NPK > N > PK > U (Herbst et al., 2017). Die Mindererträge gegenüber den Volldüngungsvarianten beruhen hauptsächlich auf dem Mangel an den jeweils nicht zugeführten Nährstoffen. Seit den 1970er-Jahren ist bis zur Gegenwart bei allen Varianten ein deutlicher Ertragsanstieg zu verzeichnen, bei einem Bestehenbleiben der Unterschiede zwischen den Prüfgliedern (Herbst et al., 2017). Dieser Anstieg ist offensichtlich mit ein Grund für die Abnahme der pflanzenverfügbaren P-, K- und Mg-Gehalte in der Ackerkrume seit den 1980er-Jahren. Gegebenenfalls ist durch den Ertragsanstieg auch bei den Volldüngungsvarianten ein negativer Saldo zwischen Nährstoffzufuhr und -entzug entstanden. Ein solcher liegt für die Mineralstoffe seit Versuchsbeginn für die ungedüngte und N-Variante vor. Die Erträge und Mineralstoffentzüge dieser Varianten sind Ausdruck für das hohe Nachlieferungsvermögen des Versuchsbodens einschließlich Unterboden.

Eine weitere Ursache für die Abnahme der Gehalte an Mineralstoffen in der Ackerkrume kann ihre Verlagerung in den Unterboden sein, welche in Abhängigkeit von der Jahreswitterung Schwankungen unterliegt. Hagemann und Kolbe (1968) weisen des Weiteren anhand der Ergebnisse vom Feld B darauf hin, dass die auch dort eingetretene Abnahme des pflanzenverfügbaren Mg-Gehaltes durch die physiologisch saure Düngung mit Ammonsulfat forciert wurde.

Als ein zusätzlicher Grund für die Abnahme aller Nährstoffgehalte wird angesehen, dass es seit Ende der 1960er-Jahre bis Anfang des 21. Jahrhunderts fortlaufend zu einer Vertiefung der Ackerkrume gekommen ist, von ursprünglich ca. 20 cm auf gegenwärtig ca. 35 cm Tiefe. Bei dieser Vertiefung wurde nährstoffärmerer Boden in die Ackerkrume eingemischt, wodurch es zu einer Verdünnung der Gehalte gekommen ist. Bei den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten ist dies noch stärker ausgeprägt als bei den Mineralstoffgehalten (Herbst et al., 2016). Beim pH-Wert kann die Vertiefung der Krume die Ursache dafür sein, dass sich die Schwankungsbreite zwischen den Prüfvarianten in den letzten Jahrzehnten verringert hat, weil der Unterboden kalkreicher ist als der Oberboden.

Zu keiner Abnahme des K-Gehaltes ist es in den stallmistgedüngten Varianten gekommen. Dies hängt offenbar damit zusammen, dass sich Anfang der 1990er-Jahre die Herkunft des Stallmistes geändert und der neue Stallmist einen höheren K-Gehalt aufgewiesen hat. Bis 1989 wurde dem Boden mit dem Stallmist deutlich weniger K zugeführt als bei Mineraldüngung (ca. 60 kg/ha/Jahr im Vergleich zu 75 kg/ha/Jahr). Bei etwa gleichen Erträgen bzw. K-Entzügen kam es bei NPK-Düngung jedoch zu keinem wesentlichen Anstieg des pflanzenverfügbaren K-Gehaltes in der Ackerkrume. Im Unterboden liegt sogar ein deutlich geringerer K-Gehalt als bei Stallmistdüngung vor. Diese Ergebnisse deuten in Übereinstimmung mit der von Lenz bereits 1969 geäußerten Einschätzung (Lenz, 1969) daraufhin, dass das mit dem Stallmist zugeführte K stärker im Boden gebunden wird und die K-Auswaschung des mineralisch gedüngten K im Boden des Versuchsfeldes Halle höher ist.

Bemerkenswert ist auch, dass die 1990 erfolgte Umstellung der ehemaligen N-Variante in die Variante NPK-plus Stallmist mit zusätzlich einmalig hohen P- und K-Gaben nur in einer Erhöhung des K-Gehaltes im Boden und nicht auch im P-Gehalt zum Ausdruck kommt. Der drastische Anstieg des K-Gehaltes bei dieser Düngungsvariante hängt zunächst mit der einmaligen Zufuhr von 400 kg K/ha zusammen. Der anhaltende Anstieg ist offenbar auch Folge der erhöhten K-Zufuhr (mineralisch + organisch) und eines erhöhten K-Gehaltes des Stallmistes.

Nach der meliorativen K-Düngung im Jahr 1990 auf der ehemaligen N-Variante hat Garz (1995) auf dieser Parzelle jährlich bis 1994 die Abwärtsverlagerung des mit dem K gedüngten Chlorides bis 200 cm Tiefe verfolgt und dabei seine hohe Beweglichkeit mit dem Bodenwasser nachgewiesen und quantifiziert.

Im 1906 in Groß-Enzersdorf (Marchfeld) angelegten Dauerdüngungsversuch wurde nach 94 Versuchsjahren bei Ausbringung gleicher NPK-Nährstoffmengen bei der Stallmistapplikation ein deutlich höherer pflanzenverfügbarer Mg-Gehalt im Boden als bei der Anwendung leichtlöslicher Mineraldünger (Nitramoncal, Superphosphat, 60er Kaliumchlorid) festgestellt (Gollner et al., 2011), was seine Ursache im Einsatz Mg-armer Mineraldünger hat.

Die Ergebnisse zu den Mikronährstoffgehalten im Boden können nur begrenzt verallgemeinert werden, da die Zufuhr dieser Nährstoffe mit den Düngemitteln in weiten Grenzen schwankt. Von Einfluss hierauf sind die Düngerart, das Herstellungsverfahren sowie die Herkunft der Rohstoffe für die Mineraldünger bzw. der organischen Düngemittel. Von den herkömmlichen Mineraldüngern weist das Thomasphosphat, welches im Ewigen Roggen 70 Jahre zum Einsatz gekommen ist, nicht nur einen hohen Basenanteil, sondern auch den höchsten Gehalt an Mikronährstoffen, einschließlich Si, auf. Auch im Stallmist sind alle Mikronährstoffe enthalten, wobei bei verschiedenen Untersuchungen besonders der hohe Mn-Gehalt auffällig ist (Rübensam und Rauhe, 1968). Darüber hinaus erhöht besonders ein Stallmisteinsatz die biologische Aktivität im Boden, wodurch die Verfügbarkeit der Mikronährstoffe, aber auch Schadstoffe, erhöht werden kann. Ein Ansteigen des pflanzenverfügbaren Mn-Gehaltes kann auch die Folge einer zunehmenden Versauerung des Bodens sein (Merbach et al., 1999).

Die Ergebnisse des Ewigen Roggenbaus bestätigen prinzipiell die Vorstellungen von Liebig. Seit der Verbreitung seiner Theorien hat trotzdem die Mehrheit der Wissenschaftler und Praktiker nicht infrage gestellt, dass die sinnvolle Verwertung der anfallenden tierischen Exkremente die Grundlage der Düngung und die Anwendung von Mineraldüngern eine wertvolle Ergänzung dazu darstellt. Der Versuchsgründer des Ewigen Roggenbaus schrieb bereits nach 23 Versuchsjahren (Kühn, 1901): „Wir werden nach wie vor den Wert des Stallmistes hoch schätzen, aber wir bestimmen nicht mehr nach dem Düngerbedürfnis der Äcker das Ausdehnungsverhältnis der Viehhaltung“. Scheffer (1931a) kommt bei der Einschätzung der Ergebnisse des Ewigen Roggenbaus nach 50 Versuchsjahren zu der Schlussfolgerung, dass „der Stallmist auch heute nicht allein unseren besten Pflanzendünger, sondern auch den geeignetsten Bodendünger darstellt“.