mini|Einarbeitung von Gülle in den Acker; auch solche Düngung wird vom JKI im Fachbereich CULTAN untersucht, die Vor- und Nachteile der Verfahren von Sommer und Gülleeinarbeitung sind aber getrennt zu betrachten mini|Einstiche der Spornräder in den Boden, ASL kann je nach pH-Wert ätzenLandwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen: Stickstoffdüngemittel (Ratgeber 2012; PDF; 77 kB).Bluesulphate.de: Blue-Sulphate nicht zur Blattdüngung geeignet
CULTAN (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition, deutsch: kontrollierte Langzeitammoniumernährung) ist eine eher seltene Form der Unterfußdüngung zur Stickstoffversorgung von Kulturpflanzen. Es wurde ab Ende der 1960er Jahre vom Bonner Agrarwissenschaftler Karl Sommer entwickelt und wird unter anderem bei Grünland, im Ackerbau bei Getreide, Mais, Kartoffeln und Rüben sowie im Weinbau und in Baumschulen eingesetzt. Es kostet mehr als Kalkammonsalpeter (inklusive Ausbringung gerechnet).
Die Stickstoffdüngung der Pflanzen erfolgt bei diesem Verfahren – anders als bei konventionellen Düngeverfahren – nur einmalig für eine Vegetationsperiode mit Ammonium (NH4+) an Stelle von Nitraten (NO3-N). Der Dünger wird dabei nicht auf den Boden aufgebracht oder breitflächig eingearbeitet, sondern punktuell oder streifenförmig in den Boden eingebracht.
Mit einer speziellen Injektionstechnik wird versucht, die Düngelösung sieben bis 20 cm tief im Boden etwas seitlich versetzt zu den Saat- oder Pflanzreihen zu platzieren. Bei Reihenkulturen mit größeren Reihenabständen wie Kartoffeln, Rüben oder Mais ist dies technisch mit einigem Aufwand lösbar. In der Regel wird das Cultanverfahren jedoch bei Getreide und Raps eingesetzt, die Reihenabstände von rund 10 cm haben. Dort ist keine seitlich versetzte Ausbringung möglich, im Gegenteil, es wird ein – wenn auch geringer – Anteil Pflanzen durch die Injektionstechnik getroffen und zerstört.
Wirkungsmechanismus mini|Gleichmäßiges Wurzelbild nach herkömmlicher Stickstoffdüngung mit Nitrat mini|Radiales Wurzelbild nach Stickstoffdüngung mit Ammonium im CULTAN-Verfahren (Wachstum um das Depot herum)
Bei der Stickstoffdüngung wird nur ein Teil des Düngers von der Pflanze aufgenommen. Von Wasser ausgewaschener oder an die Luft abgegebener Stickstoff geht verloren und führt zu erheblichen Umweltproblemen (Eutrophierung, Distickstoffmonoxid). Karl Sommer sieht Vorteile darin, wenn in Wurzelnähe hochkonzentrierter Ammoniumdünger ausgebracht wird. Dabei beruhe die Wirkung der Ammoniumdepots wesentlich auf der Phytotoxizität des Ammoniums. Gleichmäßig im Wurzelraum verteiltes Ammonium könne von den Pflanzen sowohl aktiv als auch passiv aufgenommen werden. Bei aktiver Aufnahme werde es an der Wurzel direkt in den Stoffwechsel organischer N-Verbindungen übernommen. Bei der passiven Aufnahme könne es dagegen in ausgewachsenen Blättern angereichert werden, wo bereits niedrige Konzentrationen Wachstumsstörungen hervorriefen. Bei höheren Konzentrationen würden durch Ammonium Nekrosen an den Blatträndern gebildet. Darüber hinaus vermindere Ammonium im Wurzelraum verteilt die Aufnahme anderer Kationen.
Diese negativen Wirkungen des Ammoniums würden beim CULTAN-Verfahren nicht auftreten, da es nicht gleichmäßig verteilt im Boden vorliegt, sondern in begrenzten, hoch konzentrierten Depots. Die Depots nehmen nur einen geringen Teil des von einer Pflanze durchwurzelbaren Bodenvolumens ein. Der restliche Wurzelraum bleibe relativ frei von Ammonium-Ionen, so dass dort eine stabile Versorgung mit anderen Nährstoffen stattfinden könne.
Im Gegensatz zum gleichmäßig verteilten Ammonium kämen bei Depots nur wenige Wurzeln an den Grenzflächen mit dem Ammonium in Kontakt. Dort würden diese Wurzeln nur dann Ammonium aus den Depots aufnehmen, wenn sie vom Spross ausreichend mit Kohlenhydraten versorgt seien. Dabei werde das Ammonium-Ion direkt in den Stoffwechsel der organischen Stickstoffverbindungen aufgenommen. Die Ammonium-Aufnahme erfolge also durch die Pflanze selbstreguliert entsprechend ihrer jeweils aktuellen „assimilatorischen Leistung“. Daraus ließe sich der Schluss ziehen, dass das Wachstumspotential der Pflanze entsprechend dem Witterungsverlauf stets voll ausgeschöpft werde und gleichzeitig keine Überversorgung möglich sei.
Die Pflanzen würden dabei gezielt zu den Grenzflächen des Depots hin und um dieses herum wachsen. Bei Aufzehrung des Stickstoffs in den Grenzbereichen würden die Wurzelspitzen nachwachsen und so das gesamte Depot bis zur vollständigen Leerung erwachsen. Anhand eines von Sommer erstellten Wurzelbildes lässt sich ein Wurzelgeflecht rund um das Depot erkennen. Weitere solche Bilder fehlen bislang.
Unter den Bedingungen der Stickstoffaufnahme aus den konzentrierten Ammonium-Depots verändere sich in der Folge der gesamte Stoffwechsel. Da der Ort des Stickstoff-Einbaus von den Blättern zu den Wurzeln verlagert werde, verändere sich auch die Konzentrationen der Substanzen sowie die resultierenden osmotischen Drücke. Diese Veränderungen, die in der Biologie als Source-Sink-Effekte bezeichnet werden, führten zur Verbesserung des Wachstums und der Qualität der Pflanzen.
Allgemeine Lehrmeinung vs. CULTAN Eine direkte Aufnahme von Ammonium widerspricht dem aktuellen Stand der Wissenschaft. Aufgrund der Nitrifikation im Boden wird entsprechend konventioneller Lehrmeinung unterstellt, dass unabhängig von den gedüngten Stickstoffformen Ammonium, Nitrat oder Harnstoff der Stickstoff für die Pflanzen letztlich als Nitrat verfügbar wirdK. Sommer, H. W. Scherer: Source / Sink – Beziehungen in Pflanzen in Abhängigkeit von Ammonium als „CULTAN“, Nitrat oder Harnstoff als verfügbare Stickstoffdünger; Referat, Königsberg, 2007. (siehe auch: Stickstoffkreislauf). mini|Stickstoffkreislauf (ohne Aufnahme von Ammonium durch Pflanzen wie von Sommer behauptet)
Feldversuche Inwieweit die von Sommer beobachteten positiven Effekte auf die meist unnatürlich hohe Schwefelmenge (rund 150 kg/ha) zurückzuführen sind, lässt er unklar. In Düngungsversuchen wird teils ein Schwefelausgleich bis in eine Höhe von 80 kg/ha Netzschwefel gegeben, welche deutlich positivere Effekte zeigten, als die Schwefelgabe per Injektionsdüngung.
Eine dreijährige Untersuchung des Fachbereichs Landwirtschaft am Landratsamt Breisgau-Hochschwarzwald erwartet ähnliche Ergebnisse wie Sommerterraquat.com (PDF; 460 kB), hier von gesicherten wissenschaftlichen Erkenntnissen zu sprechen, wenn die Ergebnisse nur erwartet werden, ist schlicht falsch. Auch konnten Forscher an der Universität Bonn, an welcher Sommer lehrte, in Gemüse keine gleichwertigen Ertragsergebnisse erzielenUni Bonn, Liu, Jiancun (1996), Seite 11 (PDF; 201 kB).
Zeichnet sich CULTAN auf der einen Seite durch einen ausgearbeiteten theoretischen Unterbau aus, lassen auf der anderen Seite die dürftigen verfügbaren Zahlen hinsichtlich des erforderlichen Investitionsaufwands und Ertrages erhebliche Zweifel an Praxistauglichkeit, Marktgängigkeit und Akzeptanz bei den agrarischen Produzenten aufkommen.
Ebenso erstaunlich ist der mangelhafte Informationsfluss über die Wachstumsumstände, bei denen mit Cultan-Düngung Mehrerträge erzielt wurden. So werden schlichte Ertragsmengen bei Raps verglichen, ohne auf die wichtigen Ölerträge je Hektar einzugehen. Dabei wird das CULTAN-Verfahren mit praxisüblicher Düngung vergleichen, ohne jedoch auf Düngemenge, Düngerart, Wachstumsstadium oder Applikationstermine einzugehen, zudem werden praxisunübliche Rapssorten eingesetzt In anderen Versuchen wird Gülle per CULTAN-Verfahren injiziert und mit Hornmehl verglichen . Hierbei wird verschwiegen, dass es sich bei Gülle um einen Mehrnährstoffdünger handelt, insbesondere Rüben reagieren positiv auf Kali und Phosphorgaben. In Braugerste wurde ebenfalls Cultan-Düngung getestet. Hier wurde auf einer durch Gänsefraß geschädigten Weizenfläche Sommerbraugerste eingesät. Da die Bearbeitung pfluglos erfolgte, können Unterschiede durch ungleichmäßigen Gänsefraß großen Einfluss nehmen. Zudem wurde als Vergleich zum reinen Stickstoff-Cultan-Dünger mineralischer Volldünger eingesetzt, welcher die Salzkonzentration durch den Kalianteil in ungünstige Höhen ansteigen lässt. Grundsätzlich wird bei Feldversuchen aus Gründen der Vergleichbarkeit und Belastbarkeit der Ergebnisse Basissaatgut oder zumindest zertifiziertes Saatgut verwendet. In diesem Fall kam Nachbausaatgut zum Einsatz. Ein Schwefelausgleich fand nicht statt.
In einem 2010 durchgeführten Versuch schnitt die Cultan-Düngung in allen Disziplinen schlechter ab: Egal ob Rohproteingehalt oder -ertrag, Mengenertrag und unabhängig von der Stickstoffdüngemenge konnten keine Vorteile einer Ammonium-Schwefel-Injektion festgestellt werden.FLV Frankfurt: , S. 13.
Bereits 2004 wurde bei der Stärkekartoffelsorte Agria durch die Uni Bonn ein Düngeversuch durchgeführt. Die Stärkegehalte und Marktwarenerträge waren bei gleicher Düngungshöhe gleich hoch wie bei der konventionellen Düngung mit Kalkammonsalpeter. Wurde die Stickstoffgabe reduziert, wirkte sich dies teils unmittelbar mit Ertragsverlusten bei Menge und Stärkeertrag aus (PDF; 1,3 MB).
In den Jahren 2008–2009 wurde die Cultan-Düngung durch die Landwirtschaftskammer Niedersachsen an drei Standorten geprüft. Auch dabei kam es bei gleichem Stickstoffdüngungsniveau nicht zu den von manchen Lohnunternehmern versprochenen signifikanten Ertragssteigerungen. Auch hier wird von Luxuskonsum zum ersten Grasschnitt sowie gefährlich hohen Nitratgehalten gesprochen.
Wissenschaftliche Untersuchungen, welche Einflüsse die Injektionsdüngung auf die Gesundheit der Pflanzen und die Ammoniumernährung haben, fehlen jedoch bisher.Julius Kühn-Institut zu der bedeutenden Rolle des Schwefels auf die Pflanzengesundheit
Forschung und Entwicklung mini|Sämaschine mit Düngerausbringscharen (rechts) und Saatgutscharen (links/hinten) Seit vielen Jahrzehnten wird am CULTAN-Verfahren gearbeitet, die Anfänge wird etwa in den 1970ern gesehen. Die wesentlichen Grundlagen wurden vom Hochschullehrer Karl Sommer an der Universität Bonn gelegt, wo bis heute, Anfang des 21. Jahrhunderts, weiterhin Forschung an Injektionsdüngung (vor allem Gülle-Injektion) betrieben wird. Die Verfahrensanwendung wird in Deutschland insbesondere vom Braunschweiger Julius Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI), Institut für Pflanzenbau und Bodenkunde, erforscht. Auch international beschäftigen sich mehrere Forschungseinrichtungen mit der CULTAN-Injektionsdüngung.
Veranstaltungen zum Thema finden vereinzelt in verschiedenen Ländern statt, dabei gibt es Feldvorführungen, Workshops und Fachtagungen. Ein internationales Symposium „Injektions-Düngung – Aktueller Kenntnisstand, neue Entwicklungen und Erfahrungen“ mit über 100 Teilnehmern hat das Julius Kühn-Institut im Februar 2010 in Braunschweig durchgeführt. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass unter anderem die praxisübliche und in den Niederlanden vorgeschriebene Gülle-Injektion auch unter dieses Thema fällt.
Seit Anfang des 21. Jahrhunderts scheint ein auf geringem Niveau steigender Einsatz in der landwirtschaftlichen Praxis zu geschehen. 2004 wurden in Deutschland rund 10.000 Hektar mit 10 Injektionsmaschinen im CULTAN-Verfahren bearbeitet. 2009/2010 waren es etwa 70.000 Hektar mit Hilfe von 44 Maschinen. Andere Quellen sprechen von rund 100.000 Hektar in Deutschland. Somit kam das CULTAN-Verfahren 2010 bei unter 1 % der deutschen landwirtschaftlichen Nutzfläche zum Einsatz.
Technik mini|Maisdrillmaschine mit Unterfuß-Düngeeinrichtung Je nach Pflanzenkultur werden verschiedene Depotformen (Kugel-, Becherdepots usw.) verwendet, die unterschiedliche Ausbringungstechnik erfordern. Die in Europa bekannteste, und standardmäßig eingesetzte Ammoniumdüngeform ist die Unterfußdüngung bei Mais.
Spornrad-Methode