Langzeitversuche können Systemzusammenhänge des ökologischen Landbaus erklären und ergänzen faktorielle Untersuchungen.

Welchen Charakter sie besitzen und wie sie zum Kulturdenkmal werden, beschreiben die Leiter des DOK-Langzeitversuchs Paul Mäder und Jochen Mayer.

Der Beitrag wurde im April 2014 in der Zeitschrift Ökologie&Landbau publiziert. Diesem Eprint-Eintrag sind Beitrag als auch ergänzende Informationen beigefügt

Mayer, Jochen

Mäder, Paul

Organic Eprints

45170, 2/2014  | ÖKOLOGIE &LANDBAUwww.soel.deFORSCHUNG & BILDUNG THEMENDie landwirtschaftliche Forschung steht weltweit vorgroßen Herausforderungen. Fragen der Ernährungs-sicherung, der Ressourceneffizienz, der Erhaltung derBiodiversität und der Bodenfruchtbarkeit im Kontext des Kli-mawandels stehen im Vordergrund. Sowohl im agronomi-schen als auch im biotechnologischen Bereich werden neueTechniken entwickelt, um die Pflanzen besser vor Krankheitenzu schützen und die Produktionsmittel effizienter einzusetzen.Die Wirkungen der neuen Technologien und ihre Interaktio-nen mit dem Gesamtsystem lassen sich in Systemvergleichs-versuchen hervorragend testen. Langzeitversuche haben in dermodernen, landwirtschaftlich orientierten Forschung einensehr hohen Stellenwert – und dienen als Forschungsplattform.Dort arbeiten verschiedenste Disziplinen zusammen.Historischer RückblickDie ältesten landwirtschaftlichen Langzeitversuche derWelt, die heute noch regelmäßig beprobt werden, wurden zwi-schen 1843 und 1856 in Rothamsted in England angelegt. Sieliefern aktuelle Daten, um ein neues Verständnis für die heu-tige Landwirtschaft zu erhalten, und erlauben Einblicke in dieÖkologie von Agrarsystemen. Im Broadbalk-Feldversuch un-tersuchen Wissenschaftler die Auswirkungen mineralischerEinzelkomponentendünger und Wirtschaftsdünger auf denErtrag. In einem Graslandversuch studieren heute Ökologen,Umweltwissenschaftler und Bodenforscher den Einfluss derBewirtschaftung auf die Biodiversität und die Bodenfunktio-nen im Kontext des Klimawandels. Von herausragender Be-deutung ist auch der seit über 130 Jahren durchwegs mit Rog-gen bestellte Dauerfeldversuch „Ewiger Roggenanbau“ in Halle.Mittlerweile steht der 1878 angelegte, älteste DauerfeldversuchDeutschlands als Kulturdenkmal unter behördlichem Schutz.Systemansatz versus faktorieller Versuch, statischer versus dynamischer ForschungsansatzSeither sind europaweit viele Langzeitversuche1 angelegtworden. Ihnen allen gemeinsam ist, dass sich das ursprüng -liche Interesse an den Erträgen auf zentrale ökologische Fra-gestellungen ausgeweitet hat. In zahlreichen Feldversuchen werden landwirtschaftlichePraktiken wie Düngung, Fruchtfolge, Pflanzenschutz und Bo-denbearbeitung in faktoriellen Feldversuchen untersucht.Doch der ökologische Landbau versteht sich als Gesamtsystem,in dem das Ganze mehr ist als die Summe seiner Teile. Die Forschungsansätze für ökologische Bewirtschaftungssysteme folgten diesem integrativen Systemansatz und entwickeltenVersuchsdesigns, die nicht einzelne Faktoren vergleichen, son-dern ganze Landwirtschaftssysteme einander gegenüberstellen. So entstanden in Europa und den USA die weltweit bedeu-tendsten Langzeitsystemvergleiche im Zuge der Entwicklungdes ökologischen Landbaus und der damit verbundenen ver-mehrten Forschungsaktivität. Ökologisch und konventionellbewirtschaftete Ackerparzellen werden Seite an Seite in einemDesign nach statistischen Grundsätzen verglichen: seit 1978mit dem DOK-Versuch2 im schweizerischen Therwil (Basel-Land) und seit 1981 mit dem Rodale-Experiment im nord-amerikanischen Kutztown (Pennsylvania). Beide Versuchezeichnen sich dadurch aus, dass sie im Gegensatz zu sehr vielenfaktoriellen Versuchen nicht statisch, sondern semistatischdurchgeführt werden. Das heißt, dass die Hauptverfahren zwarüber Jahrzehnte konstant gehalten werden, aber zum BeispielFruchtfolge, Pflanzenschutz, Sortenwahl, und Gründüngungennach jeder Fruchtfolgerotation den neuesten EntwicklungenWissenschaftWas Langzeitversuche für die Biolandbauforschung bedeutenLangzeitversuche können Systemzusammenhänge des ökologischen Landbaus erklären und ergänzen  faktorielle Untersuchungen. Welchen Charakter sie besitzen und wie sie zum Kulturdenkmal werden,  beschreiben die Leiter des DOK-Langzeitversuchs Paul Mäder und Jochen Mayer.1  Übersicht zu europäischen Langzeitversuchen unter www.ufz.de/somnet2  DOK: D = biologisch-dynamisch; O = biologisch-organisch; K = konventionell46 ÖKOLOGIE &LANDBAU | 170, 2/2014 www.soel.deFORSCHUNG & BILDUNGTHEMENin der Produktionstechnik der jeweiligen Systeme angepasstwerden. Einen guten Überblick über Langzeitversuche imÖkolandbau gibt eine Publikation der Internationalen Gesell-schaft für Forschung im Ökologischen Landbau (ISOFAR)(Raupp et al., 2006). Ein aktuelles internationales Projekt, in dem Daten aus be-stehenden Langzeitversuchen in Metaanalysen ausgewertetwerden, beschäftigt sich mit reduzierter Bodenbearbeitungund Gründüngungen in ökologischen Landbausystemen.3Dieser Artikel fokussiert auf das Potenzial von Langzeit -systemvergleichen, im Mittelpunkt steht der DOK-Versuch4.Langzeitversuche dank staatlicher FörderungLangzeitversuche sind in der Durchführung sehr aufwen-dig. Am meisten schlagen die Personalkosten für die Pflege unddie Grunderhebungen zu Buche. Auch die Transportkosten,die Kosten für den Maschinenpark und das Probenarchiv sinderheblich. Hinzu kommt ein beachtlicher Teil für die Analytikim Labor und die statistische Auswertung der Daten sowie dieKoordination mit den zahlreichen Partnerinstitutionen im In- und Ausland. Nur dank staatlicher Unterstützung (Schwei-zerisches Bundesamt für Landwirtschaft) und der aktiven Teil-nahme von Landwirten in der Planung und der Feldbewirt-schaftung kann der DOK-Versuch seit über 36 Jahren mit lückenlosen Erhebungen durchgeführt werden. Seit den frühen1990er-Jahren werden dort vertiefte, drittmittelfinanzierte,grundlagenorientierte Forschungsprojekte durchgeführt, dieden Wert des Versuchs kontinuierlich steigern. Solche Lang-zeitversuche lassen sich nur rechtfertigen, wenn nicht nur diedirekt beteiligten Institutionen Zugang zur Versuchsinfrastruk-tur haben. Vielmehr müssen sie auch als Plattform für die nationale und europäische Spitzenforschung verschiedensterInstitutionen dienen.Langzeitversuche eigenen sich für folgende Fragestellungen: Leistungsfähigkeit landwirtschaftlicher Anbausysteme, Prozessstudien des Kohlenstoff-Stickstoff- und Phosphor-kreislaufs, Entwicklung neuer Methoden, Biodiversität und Boden als Kohlenstoffspeicher, Auswirkungen neuer Techniken im Kontext landwirt-schaftlicher Anbausysteme, interdisziplinäre Zusammenarbeit, Bereitstellung von Beratungs- und Schulungsmaterial.Grenzen von LangzeitsystemvergleichenLangzeitsystemvergleiche stoßen bezüglich ihrer Aussage-fähigkeit zu wissenschaftlichen wie praxisorientierten Frage-stellungen auch an Grenzen. Auswirkungen auf den Ertragund verschiedene Umweltkompartimente (Boden, Wasser,Luft) können in der Regel nicht auf Einzelmaßnahmen zu-rückgeführt werden. Beispielsweise können wir im DOK-Ver-such keine Rückschlüsse auf eine eventuelle Wirkung von bio-logisch-dynamischen Präparaten oder Pflanzenschutzmittelnziehen. Dazu werden faktorielle Versuchsansätze benötigt, indenen jeder Versuchsfaktor, wie Präparate oder Pflanzen-schutzmittel, einzeln getestet wird. Zu solchen Fragestellungenführen deshalb die landwirtschaftlichen Forschungsinstitu -tionen in der Schweiz, wie das Forschungsinstitut für bio -logischen Landbau (FiBL) und Agroscope, separate Versuchedurch. Auch für die Weiterentwicklung neuer Produktions-techniken, wie die reduzierte Bodenbearbeitung im Bioland-bau, sind naturgemäß faktorielle Versuche – kombiniert mitOn-Farm-Experimenten – besser geeignet.5 Überdies könnenLangzeitversuche nur eine beschränkte Anzahl von System-komponenten integrieren. Nur bedingt lassen sich etwa öko-logische Ausgleichsflächen wie Ackerrandstreifen in einem Par-zellenversuch abbilden. Neue Versuchsfaktoren mit nachhal-tiger Wirkung auf den Boden können in Langzeitversuchenebenfalls nur in Ausnahmefällen eingeführt werden.3  TILMAN-ORG: Reduced TILlage and green MANures for sustainable ORGanic cropping systems;im Europäischen Netzwerkprogramm EraNet CORE Organic II, siehe www.tilman-org.net4  siehe http://orgprints.org/25186Die Versuchsparzellen des DOK-Versuchs: Seit 36 Jahren vergleichen hier Forscher verschiedene Anbausysteme. (Foto: Archiv Agroscope)„Langzeitversuche lassen sich nur rechtfertigen, wenn sie auch als  Plattform für die Forschung ver schiedenster Institutionen dienen.“47170, 2/2014  | ÖKOLOGIE &LANDBAUwww.soel.deFORSCHUNG & BILDUNG THEMENDie Ergebnisse eines Langzeitversuches sind streng genom-men auch nur für einen bestimmten Standort gültig. Deshalbkommt der Datenauswertung über mehrere Parzellenversucheund Erhebungen von Daten mehrerer Betriebe eine große Be-deutung bei. Jüngste Beispiele sind Systemvergleiche über dieKohlenstoffvorräte des Oberbodens (Gattinger et al., 2012),über die Treibhausgasemissionen (Skinner et al., 2013), die Er-träge (Seufert et al., 2012) und die Biodiversität (Tuck et al.,2014). In diesen Metaanalysen wurde deutlich, dass fast aus-nahmslos alle Daten aus der nördlichen Hemisphäre stammen,und dass es ein großes Wissensdefizit für den Süden gibt. Umdiese Lücke zu schließen, legte das FiBL mit lokalen Partnernauf drei Kontinenten Systemvergleichs-Langzeitversuche an:einen Versuch im zentralindischen Madhya Pradesh mit einerBaumwolle-Soja-Weizen-Fruchtfolge (Forster et al., 2013), anzwei Standorten in Kenia mit unterschiedlicher natürlicherBodenfruchtbarkeit eine Mais-Bohnen-Gemüsefruchtfolge(subsistenz- bzw. exportorientiert) und in Bolivien Kakao -anbau, entweder bei voller Sonne oder im Agroforstanbau mitSchattenbäumen.6Die Zukunft von LangzeitversuchenZurzeit wird der wissenschaftliche und gesellschaftlicheWert von Langzeitversuchen sehr geschätzt, was zum Beispielauch in einer Ausschreibung „BonaRes – Boden als nachhal-tige Ressource für die Bioökonomie“ des Bundesministeriumsfür Bildung und Forschung in Deutschland zum Ausdruckkommt. In der Schweiz läuft bereits ein ähnliches Programm:Das Schweizerische Nationale Forschungsprogramm „Nach-haltige Nutzung der Ressource Boden – NFP 68“7 erarbeitetdie Grundlagen für politische Entscheidungsprozesse, die so-wohl die ökologischen als auch die ökonomischen Funktionendes Bodens sinnvoll berücksichtigen und eine nachhaltige Nut-zung dieser Ressource in der Schweiz ermöglichen. Im Rah-men des Projekts NFP 68 nutzen nicht weniger als sechs For-schergruppen gegenwärtig den DOK-Versuch.Fest steht, Langzeitversuche liefern einen wichtigen Beitragzum Erkenntnisgewinn, der sich mit jedem weiteren Versuchs-jahr erweitert. Denn die Böden von Langzeitversuchen wider-spiegeln und aggregieren die Auswirkungen der differenziertenBewirtschaftung über Jahrzehnte und werden dadurch zu einem wertvollen Kulturgut. Böden haben gleichsam ein Ge-dächtnis.   Weitere Informationen und die Langversion des Artikels inklusivewichtigster Forschungsergebnisse sowie aktuelle Forschungsprojekte imDOK-Versuch finden Sie unter www.fibl.org/index.php?id=2018 undwww.orgprints.org/25186LiteraturForster, D. et al. (2013): Yield and economic performance of organic andconventional cotton-based farming systems – Results from a field trial in India. PLoS ONE 8(12): e81039 doi:10.1371/journal.pone.0081039Gattinger, A. et al. (2012): Enhanced top soil carbon stocks under organicfarming. Proceedings of the National Academy of Science 109, S. 18226–18231Raupp, J. et al. (2006): Long term field experiments in organic farming.ISOFAR Scientific Series No 1, Dr. Köster, BerlinSeufert, V., N. Ramankutty, J. Foley (2012): Comparing the yields of organicand conventional agriculture. Nature 485(7397), S. 229–232Skinner, C. et al. (2013): Greenhouse gas fluxes from agricultural soils  underorganic and non-organic management – A global meta-analysis. Science of the Total Environment 468–469, S. 553–563. Kostenpflichtigabrufbar unter http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.08.098Tuck, S. et al. (2014): Land-use intensity and the effects of organic farmingon biodiversity: A hierarchical meta-analysis. Journal of Applied Ecolo-gy. doi: 10.1111/1365-2664.122195  siehe Projekt TILMAN-ORG6  www.systems-comparison.fibl.org7  www.nfp68.chDr. Paul MäderLeiter Departement BodenwissenschaftenForschungsinstitut für biologischen Landbau (FiBL)Ackerstrasse 113, CH-5070 Frickpaul.maeder@fibl.orgDr. Jochen MayerAgroscopeInstitut für Nachhaltigkeitswissenschaften (INH)Reckenholzstrasse 191, CH-8046 Zürichjochen.mayer@agroscope.admin.ch

Was Langzeitversuche für die Biolandbau-Forschung bedeuten

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