Fruchtfolge

Fruchtfolge ist die Praxis des Anbaus einer Reihe verschiedener Arten von Pflanzen auf derselben Fläche über eine Reihe von Wachstumsperioden hinweg. Sie verringert die Abhängigkeit von einer einzigen Nährstoffquelle, den Schädlings- und Unkrautdruck und die Wahrscheinlichkeit, dass sich resistente Schädlinge und Unkräuter entwickeln. ⓘ

Der Anbau ein und derselben Kultur an ein und demselben Ort über viele Jahre hinweg, der so genannte Monokulturanbau, entzieht dem Boden allmählich bestimmte Nährstoffe und führt zur Bildung einer konkurrenzstarken Schädlings- und Unkrautgemeinschaft. Ohne einen ausgeglichenen Nährstoffverbrauch und eine Diversifizierung der Schädlings- und Unkrautgemeinschaften ist die Produktivität von Monokulturen in hohem Maße von externen Inputs abhängig. Umgekehrt kann eine gut durchdachte Fruchtfolge den Bedarf an synthetischen Düngemitteln und Herbiziden verringern, indem die Ökosystemleistungen einer Vielzahl von Pflanzen besser genutzt werden. Außerdem können Fruchtfolgen die Bodenstruktur und die organische Substanz verbessern, was die Erosion verringert und die Widerstandsfähigkeit des landwirtschaftlichen Systems erhöht. ⓘ

Satellitenaufnahme von Kansas, USA; unter den von rotierenden Armen bewässerten Feldern sind verschiedene Phasen der Fruchtfolge zu erkennen. ⓘ

Anbauversuch zu Auswirkungen von Fruchtfolge und Monokultur: Auf dem Feld im Vordergrund wird die „Norfolk-Fruchtfolge“ (Kartoffeln-Hafer-Felderbse-Roggen) angewandt (im Bild v. l. n. r.: Felderbse-Kartoffeln-Hafer-Roggen), auf dem Feld im Hintergrund wird seit 58 Jahren nur Roggen angebaut. (Bild: Landwirtschaftlicher Versuchsbetrieb Swojec der Naturwissenschaftlichen Universität Breslau) ⓘ

Unter Fruchtfolge oder Felderwirtschaft wird die zeitliche Abfolge der auf einer landwirtschaftlichen Fläche angebauten Nutzpflanzenarten im Ablauf der Vegetationsperiode und Jahre verstanden. Hingegen findet bei der Einfeldwirtschaft bzw. Monokultur in einem Zeitraum über 5 Jahre kein Fruchtwechsel statt. Auf diesen ackerbaulichen Flächen wurde in Mitteleuropa meist Roggen über mehrere Jahre hintereinander angebaut. ⓘ

Die Fruchtfolge soll die Bodenfruchtbarkeit erhalten bzw. verbessern. Sie gilt als wichtiger Bestandteil des modernen Agrarmanagements im konventionellen sowie im ökologisch ausgerichteten Landbau. Prinzipiell werden Fruchtfolgen nach ihrer Organisationsform unterschieden. ⓘ

Geschichte

Landwirte haben schon lange erkannt, dass geeignete Fruchtfolgen - wie der Anbau von Frühjahrskulturen für die Viehzucht anstelle von Getreide für den menschlichen Verzehr - die Wiederherstellung oder den Erhalt produktiver Böden ermöglichen. Die Bauern des Alten Orients praktizierten 6000 v. Chr. Fruchtfolgen, ohne die Chemie zu verstehen, und pflanzten abwechselnd Leguminosen und Getreide an. ⓘ

Zwei-Felder-Systeme

In der antiken und frühmittelalterlichen Landwirtschaft war die Zweifelderwirtschaft üblich, bei der die Ackerfläche in zwei Felder eingeteilt wurde, von denen eines mit Getreide bestellt wurde, während das andere brach lag. Dadurch lag im Vergleich zur Dreifelderwirtschaft stets die Hälfte statt eines Drittels der Nutzfläche brach. Alternativ konnte man das eine Feld mit Sommer- und das andere mit Wintergetreide bestellen, doch wurde der Boden dadurch stark in Anspruch genommen. ⓘ

Landwechsel war der Grund für viele Rodungen. Außerdem verhinderte er oft die Sesshaftigkeit der Bauern und führte zur Lebensweise des Wanderfeldbaus. ⓘ

Drei-Felder-Systeme

Vom Ende des Mittelalters bis ins 20. Jahrhundert praktizierten die europäischen Landwirte eine Dreifelderwirtschaft, bei der die verfügbaren Flächen in drei Abschnitte unterteilt wurden. Auf einem Abschnitt wurde im Herbst Roggen oder Winterweizen angebaut, gefolgt von Hafer oder Gerste im Frühjahr; auf dem zweiten Abschnitt wurden Erbsen, Linsen oder Bohnen angebaut, und das dritte Feld lag brach. Die drei Felder wurden auf diese Weise abwechselnd bewirtschaftet, so dass alle drei Jahre eines der Felder ruhte und brachlag. Beim Zwei-Felder-System würde man bei einer Gesamtfläche von 600 Acres (2,4 km²) fruchtbaren Landes nur 300 Acres bepflanzen. Bei der neuen Drei-Felder-Regelung würde man 400 Hektar bepflanzen (und damit auch ernten). Die zusätzlichen Kulturen hatten jedoch einen bedeutenderen Effekt als nur die quantitative Produktivität. Da es sich bei den Frühjahrskulturen überwiegend um Hülsenfrüchte handelte, verbesserten sie die allgemeine Ernährung der Menschen in Nordeuropa. ⓘ

Vierfeldrige Fruchtfolgen

Die Bauern in der Region Waasland (im heutigen Nordbelgien) leisteten Anfang des 16. Jahrhunderts Pionierarbeit mit der Vierfeldfruchtfolge, und der britische Landwirt Charles Townshend (1674-1738) machte dieses System im 18. Jahrhundert. Die Abfolge von vier Feldfrüchten (Weizen, Rüben, Gerste und Klee) umfasste auch eine Futterpflanze und eine Weidepflanze, so dass der Viehbestand das ganze Jahr über gehalten werden konnte. Die Vier-Felder-Feldfruchtfolge wurde zu einer der wichtigsten Entwicklungen in der britischen Agrarrevolution. Die Fruchtfolge zwischen Ackerbau und Grünland wird auch als Grünlandwirtschaft bezeichnet. ⓘ

Moderne Entwicklungen

George Washington Carver (1860-1943) erforschte die Fruchtfolge in den Vereinigten Staaten und lehrte die Landwirte des Südens, bodenzehrende Kulturen wie Baumwolle mit bodenanreichernden Kulturen wie Erdnüssen und Erbsen zu wechseln. ⓘ

Im Zuge der Grünen Revolution Mitte des 20. Jahrhunderts wich die traditionelle Praxis der Fruchtfolge in einigen Teilen der Welt der Praxis, den chemischen Eintrag in den Boden durch die Zugabe von Düngemitteln (z. B. Ammoniumnitrat oder Harnstoff) und die Wiederherstellung des pH-Werts des Bodens durch Kalk zu ergänzen. Diese Praktiken zielten darauf ab, die Erträge zu steigern, den Boden für Spezialkulturen vorzubereiten und durch Vereinfachung von Pflanzung, Ernte und Bewässerung Verschwendung und Ineffizienz zu verringern. ⓘ

Wahl der Kulturpflanze

Eine vorläufige Bewertung der Wechselbeziehungen zwischen den Kulturen lässt sich daran ablesen, wie die einzelnen Kulturen:

1. zum Gehalt an organischer Substanz (SOM) im Boden beiträgt
2. zur Schädlingsbekämpfung beiträgt
3. den Umgang mit Nährstoffmangel oder -überschuss
4. wie sie zur Bodenerosion beiträgt oder sie kontrolliert
5. sich mit anderen Nutzpflanzen kreuzt, um Hybride zu erzeugen, und
6. Auswirkungen auf umliegende Nahrungsnetze und Feldökosysteme ⓘ

Die Wahl der Pflanzen hängt oft mit dem Ziel zusammen, das der Landwirt mit der Fruchtfolge erreichen möchte, z. B. Unkrautregulierung, Erhöhung des Stickstoffgehalts im Boden, Erosionsschutz oder Verbesserung der Bodenstruktur und Biomasse, um nur einige Beispiele zu nennen. Bei der Erörterung von Fruchtfolgen werden die Pflanzen auf unterschiedliche Weise klassifiziert, je nachdem, welche Qualität bewertet werden soll: nach Familie, nach Nährstoffbedarf/Nutzen und/oder nach Rentabilität (d. h. Cash-Crop gegenüber Deckfrucht). So ist es zum Beispiel für die Bekämpfung von Schädlingen und Krankheitserregern unerlässlich, der Pflanzenfamilie angemessene Aufmerksamkeit zu schenken. Viele Landwirte haben jedoch Erfolg bei der Gestaltung von Fruchtfolgen, indem sie den Anbau von Zwischenfrüchten und Deckfrüchten um erwünschte Nutzpflanzen herum planen. Im Folgenden finden Sie eine vereinfachte Klassifizierung auf der Grundlage von Pflanzenqualität und -zweck. ⓘ

Reihenkulturen

Viele für den Markt wichtige Kulturen wie Gemüse sind Reihenkulturen (d. h. sie werden in engen Reihen angebaut). Obwohl sie für die Landwirte oft am profitabelsten sind, stellen sie eine größere Belastung für den Boden dar. Reihenkulturen haben in der Regel eine geringe Biomasse und ein flaches Wurzelwerk: Das bedeutet, dass die Pflanze nur wenig Rückstände in den umgebenden Boden einbringt und nur begrenzte Auswirkungen auf die Struktur hat. Da ein großer Teil des Bodens um die Pflanze herum durch Regenfälle und Verkehr gestört wird, werden organische Stoffe auf Feldern mit Reihenkulturen schneller von Mikroben abgebaut, wodurch weniger Nährstoffe für künftige Pflanzen übrig bleiben. ⓘ

Kurz gesagt: Diese Kulturen mögen zwar für den Betrieb rentabel sein, aber sie zehren an den Nährstoffen. Fruchtfolgen dienen dazu, ein Gleichgewicht zwischen kurzfristiger Rentabilität und langfristiger Produktivität herzustellen. ⓘ

Leguminosen

Ein großer Vorteil der Fruchtfolge ergibt sich aus der Wechselbeziehung zwischen stickstofffixierenden und stickstoffnachfragenden Pflanzen. Leguminosen wie Luzerne und Klee sammeln den verfügbaren Stickstoff aus der Atmosphäre und speichern ihn in Knöllchen in ihrer Wurzelstruktur. Wenn die Pflanze geerntet wird, baut sich die Biomasse der nicht gesammelten Wurzeln ab und macht den gespeicherten Stickstoff für künftige Kulturen verfügbar. ⓘ

Außerdem haben Leguminosen schwere Pfahlwurzeln, die sich tief in den Boden eingraben und den Boden anheben, um eine bessere Bodenstruktur und Wasseraufnahme zu ermöglichen. ⓘ

Gräser und Getreide

Getreide und Gräser werden häufig als Bodendecker angebaut, da sie viele Vorteile für die Bodenqualität und -struktur bieten. Die dichten und weitreichenden Wurzelsysteme sorgen für eine gute Struktur des umgebenden Bodens und liefern erhebliche Biomasse für die organische Substanz des Bodens. ⓘ

Gräser und Getreide spielen eine wichtige Rolle bei der Unkrautbekämpfung, da sie mit unerwünschten Pflanzen um Bodenraum und Nährstoffe konkurrieren. ⓘ

Gründüngung

Gründüngung ist eine Kultur, die in den Boden eingearbeitet wird. Als Gründüngung können sowohl stickstoffbindende Leguminosen als auch Nährstofffresser wie Gräser verwendet werden. Gründüngung aus Leguminosen ist eine hervorragende Stickstoffquelle, insbesondere für ökologische Systeme. Allerdings trägt die Biomasse der Leguminosen nicht wie die der Gräser zu einer dauerhaften organischen Substanz im Boden bei. ⓘ

Planung einer Fruchtfolge

Bei der Planung einer Fruchtfolge müssen zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden. Die Planung einer effektiven Fruchtfolge erfordert eine Abwägung zwischen festen und schwankenden Produktionsbedingungen: Markt, Betriebsgröße, Arbeitskräfteangebot, Klima, Bodenart, Anbaumethoden usw. Außerdem muss bei der Fruchtfolge berücksichtigt werden, in welchem Zustand eine Kultur den Boden für die nachfolgende Kultur verlassen wird und wie eine Kultur mit einer anderen ausgesät werden kann. So sollte beispielsweise eine stickstoffbindende Kultur wie eine Leguminose immer vor einer stickstoffzehrenden Kultur angebaut werden; ebenso sollte eine Kultur mit geringen Rückständen (d. h. eine Kultur mit geringer Biomasse) durch eine Deckfrucht mit hoher Biomasse, wie eine Mischung aus Gräsern und Leguminosen, ausgeglichen werden. ⓘ

Es gibt keine Begrenzung für die Anzahl der Kulturen, die in einer Fruchtfolge verwendet werden können, und auch nicht für die Zeit, die eine Fruchtfolge in Anspruch nimmt. Entscheidungen über Fruchtfolgen werden Jahre zuvor, in der Saison davor oder sogar in letzter Minute getroffen, wenn sich eine Gelegenheit zur Steigerung der Erträge oder der Bodenqualität bietet. ⓘ

Umsetzung

Fruchtfolgesysteme können durch den Einfluss anderer Praktiken bereichert werden, z. B. durch die Zugabe von Vieh und Dung, Zwischenfruchtanbau oder Mehrfachanbau, und sind in ökologischen Anbausystemen üblich. ⓘ

Einbindung von Viehbeständen

Der Einsatz von Vieh ist die effizienteste Art, kritische Grasnarben und Deckfrüchte zu nutzen, da die Tiere (durch ihren Dung) die Nährstoffe dieser Pflanzen im Boden verteilen können, anstatt sie durch den Verkauf von Heu aus dem Betrieb zu entfernen. ⓘ

Die gemischte Landwirtschaft oder der Anbau von Nutzpflanzen unter Einbeziehung von Tieren kann dazu beitragen, dass die Kulturen in einer Fruchtfolge stehen und die Nährstoffe im Kreislauf geführt werden. Die Ernterückstände dienen als Futtermittel, während die Tiere Dung zum Auffüllen der Nährstoffvorräte und für die Zugkraft liefern. Diese Prozesse fördern den internen Nährstoffkreislauf und minimieren den Bedarf an Kunstdünger und Großmaschinen. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Rinder, Schafe und/oder Ziegen Milch liefern und in wirtschaftlich schwierigen Zeiten als Cash-Crop dienen können. ⓘ

Zwischenfruchtanbau

Mehrfachanbausysteme wie Zwischenfruchtanbau oder Mischkulturen bieten mehr Vielfalt und Komplexität innerhalb derselben Saison oder Fruchtfolge. Ein Beispiel für Mischkulturen sind die drei Schwestern, die Mais mit Stangenbohnen und Kürbissen anbauen. In diesem System liefern die Bohnen Stickstoff, der Mais stützt die Bohnen und bietet einen Schutz gegen den Kürbiswurzelbohrer, während die Kürbisgewächse Unkraut unterdrücken und die maishungrigen Waschbären abschrecken. ⓘ

Doppelkulturen sind üblich, wenn zwei Kulturen, in der Regel verschiedene Arten, in derselben Vegetationsperiode nacheinander angebaut werden, oder wenn eine Kultur (z. B. Gemüse) kontinuierlich mit einer Deckfrucht (z. B. Weizen) angebaut wird. Dies ist für kleine landwirtschaftliche Betriebe von Vorteil, die es sich oft nicht leisten können, den Boden über längere Zeiträume hinweg mit Deckfrüchten zu versorgen, wie es größere Betriebe können. Wenn in kleinen Betrieben mehrere Kulturen angebaut werden, können diese Systeme die Vorteile der Fruchtfolge auf den verfügbaren Flächen maximieren. ⓘ

Ökologischer Landbau

Die Fruchtfolge ist in den Vereinigten Staaten ein vorgeschriebenes Verfahren für Betriebe, die eine Bio-Zertifizierung anstreben. Der "Crop Rotation Practice Standard" für das National Organic Program im U.S. Code of Federal Regulations, Abschnitt §205.205, besagt

Die Landwirte müssen eine Fruchtfolge einhalten, die die organische Substanz des Bodens erhält oder aufbaut, Schädlinge bekämpft, Nährstoffe verwaltet und bewahrt und vor Erosion schützt. Erzeuger von Dauerkulturen, die nicht in der Fruchtfolge stehen, können andere Praktiken anwenden, wie z. B. Deckfrüchte, um die Gesundheit des Bodens zu erhalten.

Die Fruchtfolge verringert nicht nur den Bedarf an Betriebsmitteln (durch Schädlings- und Unkrautbekämpfung und die Erhöhung der verfügbaren Nährstoffe), sondern hilft den Biobauern auch, die Artenvielfalt in ihren Betrieben zu erhöhen. Die biologische Vielfalt ist auch eine Voraussetzung für die Bio-Zertifizierung, allerdings gibt es keine Vorschriften, die diesen Standard regeln oder verstärken. Die Erhöhung der biologischen Vielfalt von Kulturpflanzen hat positive Auswirkungen auf das umgebende Ökosystem und kann eine größere Vielfalt von Tieren, Insekten und nützlichen Mikroorganismen im Boden beherbergen, wie McDaniel et al. 2014 und Lori et al. 2017 herausgefunden haben. Einige Studien weisen darauf hin, dass die Nährstoffverfügbarkeit durch Fruchtfolgen in ökologischen Systemen im Vergleich zu konventionellen Praktiken erhöht ist, da ökologische Praktiken weniger wahrscheinlich die nützlichen Mikroben in der organischen Bodensubstanz hemmen. ⓘ

Obwohl Mehrfachanbau und Zwischenfruchtanbau von vielen der gleichen Prinzipien wie die Fruchtfolge profitieren, erfüllen sie nicht die Anforderungen des NOP. ⓘ

Vorteile

Agrarwissenschaftler bezeichnen die Ertragsvorteile von Fruchtfolgen als "Rotationseffekt". Es gibt viele Vorteile von Fruchtfolgesystemen. Die Faktoren, die mit der Ertragssteigerung zusammenhängen, sind weitgehend auf die Abschwächung der negativen Faktoren von Monokultur-Anbausystemen zurückzuführen. Insbesondere die Verbesserung der Nährstoffversorgung, die Verringerung des Stresses durch Schädlinge, Krankheitserreger und Unkraut sowie die Verbesserung der Bodenstruktur wurden in einigen Fällen mit den positiven Auswirkungen der Fruchtfolge in Verbindung gebracht. ⓘ

Zu den weiteren Vorteilen von Fruchtfolgesystemen gehören Vorteile bei den Produktionskosten. Die finanziellen Gesamtrisiken sind breiter über eine vielfältigere Produktion von Feldfrüchten und/oder Viehbestand verteilt. Die Abhängigkeit von zugekauften Betriebsmitteln ist geringer, und die Kulturen können im Laufe der Zeit die Produktionsziele mit weniger Betriebsmitteln erreichen. In Verbindung mit höheren kurz- und langfristigen Erträgen macht dies die Fruchtfolge zu einem wirkungsvollen Instrument zur Verbesserung landwirtschaftlicher Systeme. ⓘ

Organische Substanz im Boden

Die Verwendung verschiedener Arten in der Fruchtfolge ermöglicht eine Erhöhung der organischen Bodensubstanz (SOM), eine bessere Bodenstruktur und eine Verbesserung des chemischen und biologischen Bodenmilieus für die Pflanzen. Mit mehr SOM verbessert sich die Wasserinfiltration und -rückhaltung, was zu einer höheren Trockentoleranz und weniger Erosion führt. ⓘ

Die organische Substanz im Boden ist eine Mischung aus verrottendem Material aus Biomasse und aktiven Mikroorganismen. Die Fruchtfolge erhöht naturgemäß die Exposition gegenüber Biomasse aus Grassoden, Gründüngung und verschiedenen anderen Pflanzenresten. Der geringere Bedarf an intensiver Bodenbearbeitung im Rahmen der Fruchtfolge ermöglicht die Anhäufung von Biomasse, was zu einer besseren Nährstoffbindung und -verwertung führt und den Bedarf an zusätzlichen Nährstoffen senkt. Durch die Bodenbearbeitung wird der Boden aufgerissen und oxidiert, was die Vielfalt und Vermehrung der Mikroorganismen im Boden beeinträchtigt. Diese Mikroorganismen sind es, die die Nährstoffe für die Pflanzen verfügbar machen. Während also die "aktive" organische Substanz im Boden der Schlüssel zu einem produktiven Boden ist, liefert ein Boden mit geringer mikrobieller Aktivität den Pflanzen deutlich weniger Nährstoffe; dies gilt selbst dann, wenn die Menge der im Boden verbliebenen Biomasse die gleiche ist. ⓘ

Bodenmikroorganismen verringern auch die Aktivität von Krankheitserregern und Schädlingen durch Konkurrenz. Darüber hinaus produzieren die Pflanzen Wurzelausscheidungen und andere Chemikalien, die ihre Bodenumgebung und die Umgebung der Unkräuter beeinflussen. So ermöglicht die Fruchtfolge höhere Erträge aufgrund der Nährstoffverfügbarkeit, aber auch eine Verringerung der Allelopathie und der Unkrautkonkurrenz. ⓘ

Bindung von Kohlenstoff

Studien haben gezeigt, dass Fruchtfolgen den Gehalt an organischem Kohlenstoff (SOC) im Boden, dem Hauptbestandteil der organischen Bodensubstanz, deutlich erhöhen. Kohlenstoff ist zusammen mit Wasserstoff und Sauerstoff ein Makronährstoff für Pflanzen. Es hat sich gezeigt, dass sehr vielfältige Fruchtfolgen, die sich über lange Zeiträume erstrecken, den SOC-Gehalt sogar noch stärker erhöhen, während Bodenstörungen (z. B. durch Bodenbearbeitung) für einen exponentiellen Rückgang des SOC-Gehalts verantwortlich sind. In Brasilien hat sich gezeigt, dass die Umstellung auf Direktsaatverfahren in Kombination mit intensiven Fruchtfolgen eine SOC-Bindung von 0,41 Tonnen pro Hektar und Jahr bewirkt. ⓘ

Neben der Steigerung der Pflanzenproduktivität hat die Bindung von atmosphärischem Kohlenstoff große Auswirkungen auf die Verringerung des Klimawandels, da Kohlendioxid aus der Luft entfernt wird. ⓘ

Stickstoffbindung

Durch Fruchtwechsel werden dem Boden Nährstoffe zugeführt. Leguminosen, Pflanzen aus der Familie der Fabaceae, haben beispielsweise Knöllchen an ihren Wurzeln, die stickstoffbindende Bakterien namens Rhizobien enthalten. Bei einem Prozess, der als Nodulation bezeichnet wird, nutzen die Rhizobien die von der Pflanze bereitgestellten Nährstoffe und das Wasser, um Luftstickstoff in Ammoniak umzuwandeln, das dann in eine organische Verbindung umgewandelt wird, die die Pflanze als Stickstoffquelle nutzen kann. Daher ist es aus landwirtschaftlicher Sicht sinnvoll, sie im Wechsel mit Getreide (Familie Poaceae) und anderen Pflanzen, die Nitrate benötigen, anzubauen. Wie viel Stickstoff den Pflanzen zur Verfügung gestellt wird, hängt von Faktoren wie der Art der Hülsenfrucht, der Wirksamkeit der Rhizobia-Bakterien, den Bodenbedingungen und der Verfügbarkeit von Elementen ab, die für die Pflanzennahrung notwendig sind. ⓘ

Kontrolle von Krankheitserregern und Schädlingen

Die Fruchtfolge wird auch zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten eingesetzt, die sich im Laufe der Zeit im Boden festsetzen können. Der Wechsel der Kulturen in einer Abfolge verringert die Population von Schädlingen, indem (1) die Lebenszyklen der Schädlinge unterbrochen werden und (2) der Lebensraum der Schädlinge gestört wird. Pflanzen aus der gleichen taxonomischen Familie haben in der Regel ähnliche Schädlinge und Krankheitserreger. Durch den regelmäßigen Wechsel der Kulturen und die Belegung des Bodens mit Deckfrüchten anstelle von Brachland können Schädlingszyklen unterbrochen oder eingeschränkt werden, insbesondere Zyklen, die von der Überwinterung in Rückständen profitieren. So ist beispielsweise der Wurzelknöterich ein ernstes Problem für einige Pflanzen in warmen Klimazonen und auf sandigen Böden, wo er sich langsam im Boden ansammelt und die Produktivität der Pflanzen stark beeinträchtigen kann, indem er die Durchblutung der Pflanzenwurzeln unterbricht. Der Anbau einer Pflanze, die nicht als Wirt für den Wurzelknöterich dient, führt zu einer starken Reduzierung der Nematodenkonzentration im Boden, so dass in der folgenden Saison eine anfällige Pflanze angebaut werden kann, ohne dass der Boden begast werden muss. ⓘ

Dieses Prinzip ist besonders im ökologischen Landbau von Nutzen, wo die Schädlingsbekämpfung ohne synthetische Pestizide erfolgen muss. ⓘ

Unkrautbekämpfung

Die Integration bestimmter Kulturen, insbesondere von Deckfrüchten, in die Fruchtfolge ist für die Unkrautbekämpfung von besonderem Wert. Diese Pflanzen verdrängen Unkraut durch Konkurrenz. Darüber hinaus verlangsamen die Grasnarbe und der Kompost von Deckfrüchten und Gründüngung das Wachstum von Unkräutern, die noch in der Lage sind, den Boden zu durchdringen, und verschaffen den Pflanzen einen weiteren Wettbewerbsvorteil. Durch die Verlangsamung des Wachstums und der Ausbreitung von Unkräutern während des Anbaus von Deckfrüchten können die Landwirte das Auftreten von Unkräutern in zukünftigen Kulturen, einschließlich flach wurzelnder und in Reihen angebauter Pflanzen, die weniger widerstandsfähig gegen Unkräuter sind, erheblich reduzieren. Deckfrüchte gelten daher als konservierende Kulturen, weil sie ansonsten brachliegende Flächen vor dem Überwuchern mit Unkraut schützen. ⓘ

Dieses System hat Vorteile gegenüber anderen gängigen Verfahren zur Unkrautbekämpfung, wie etwa der Bodenbearbeitung. Die Bodenbearbeitung soll das Wachstum von Unkräutern durch Umwälzung des Bodens hemmen; dies hat jedoch den gegenteiligen Effekt, dass Unkrautsamen, die sich möglicherweise vergraben haben, freigelegt und wertvolle Pflanzensamen vergraben werden. Im Rahmen der Fruchtfolge wird die Zahl der lebensfähigen Samen im Boden durch die Verringerung der Unkrautpopulation reduziert. ⓘ

Unkräuter wirken sich nicht nur negativ auf die Qualität und den Ertrag der Pflanzen aus, sondern können auch den Ernteprozess verlangsamen. Unkräuter beeinträchtigen die Effizienz der Landwirte bei der Ernte, da sich Unkräuter wie Bindekräuter und Staudenknöterich in den Geräten verfangen können, was zu einer Art Stop-and-go-Ernte führt. ⓘ

Bei fehlender Fruchtfolge wird die an die Kultur angepasste Ackerbegleitflora gefördert, also die Unkräuter, die durch die dann über Jahre kontinuierlichen Bedingungen bessere Möglichkeiten haben, sich auszubreiten. Durch effektives Fruchtfolgemanagement lässt sich die Ausbreitung von Ackerbegleitflora regulieren, da durch den Wechsel der Kulturen allelopathische Effekte und die Konkurrenz der Ackerkulturen variieren; daraus folgt eine unterschiedliche Vergesellschaftung der Arten innerhalb des landwirtschaftlichen Ökosystems, und Unkräuter werden unterdrückt. ⓘ

Beispiele:

• Klettenlabkraut
• Ackerfuchsschwanz
• Klatschmohn
• Kornblume
• Windhalm ⓘ

Verhinderung von Bodenerosion

Die Fruchtfolge kann den Verlust von Boden durch Wassererosion erheblich verringern. In stark erosionsgefährdeten Gebieten können landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmethoden wie Null- und reduzierte Bodenbearbeitung durch spezielle Fruchtfolgeverfahren ergänzt werden, um den Aufprall von Regentropfen, die Ablösung von Sedimenten, den Sedimenttransport, den Oberflächenabfluss und den Bodenverlust zu verringern. ⓘ

Der Schutz vor Bodenverlusten wird durch Fruchtfolgeverfahren maximiert, bei denen die größte Menge an Stoppeln (Pflanzenreste nach der Ernte) auf dem Boden verbleibt. Der Kontakt der Stoppeln mit dem Boden minimiert die Erosion durch Wasser, indem er die Fließgeschwindigkeit und die Strömungskraft des Wassers verringert und damit die Fähigkeit des Wassers, Sedimente abzulösen und zu transportieren. Bodenerosion und Zerkleinerung verhindern das Aufbrechen und Ablösen von Bodenaggregaten, die Makroporen verstopfen, die Infiltration verringern und den Abfluss erhöhen. Dadurch wird die Widerstandsfähigkeit der Böden in Zeiten von Erosion und Stress erheblich verbessert. ⓘ

Bei der Zersetzung einer Futterpflanze entstehen Bindemittel, die wie ein Klebstoff auf den Boden wirken, so dass die Partikel zusammenkleben und Aggregate bilden. Die Bildung von Bodenaggregaten ist wichtig für den Erosionsschutz, da sie dem Aufprall von Regentropfen und der Wassererosion besser standhalten können. Bodenaggregate verringern auch die Winderosion, da sie aus größeren Partikeln bestehen und dem Abrieb durch die Bodenbearbeitung besser widerstehen. ⓘ

Die Auswirkungen der Fruchtfolge auf den Erosionsschutz sind je nach Klima unterschiedlich. In Regionen mit relativ konstanten Klimabedingungen, in denen die jährlichen Niederschlags- und Temperaturwerte angenommen werden, können starre Fruchtfolgen ein ausreichendes Pflanzenwachstum und eine ausreichende Bodenbedeckung gewährleisten. In Regionen, in denen die klimatischen Bedingungen weniger vorhersehbar sind und unerwartete Regen- und Dürreperioden auftreten können, ist ein flexiblerer Ansatz für die Bodenbedeckung durch Fruchtfolgen erforderlich. Ein Opportunity-Cropping-System fördert eine angemessene Bodenbedeckung unter diesen unbeständigen Klimabedingungen. In einem Gelegenheitsanbausystem werden Pflanzen angebaut, wenn der Boden ausreichend Wasser führt und ein verlässliches Zeitfenster für die Aussaat vorhanden ist. Diese Form des Anbausystems führt wahrscheinlich zu einer besseren Bodenbedeckung als eine starre Fruchtfolge, da die Pflanzen nur unter optimalen Bedingungen gesät werden, während starre Systeme nicht unbedingt unter den besten Bedingungen gesät werden. ⓘ

Fruchtfolgen beeinflussen auch den Zeitpunkt und die Dauer der Brache auf einem Feld. Dies ist sehr wichtig, denn je nach den klimatischen Bedingungen in einer bestimmten Region kann ein Feld während der Brache besonders erosionsgefährdet sein. Ein effizientes Brachflächenmanagement ist ein wesentliches Element zur Verringerung der Erosion in einem Fruchtfolgesystem. Die Null-Bodenbearbeitung ist eine grundlegende Bewirtschaftungsmethode, die die Beibehaltung der Stoppeln bei längerer ungeplanter Brache fördert, wenn keine Feldfrüchte angebaut werden können. Derartige Bewirtschaftungspraktiken, die eine geeignete Bodenbedeckung auf den brachliegenden Flächen aufrechterhalten, verringern letztlich den Bodenverlust. In einer kürzlich durchgeführten Studie, die sich über ein Jahrzehnt erstreckte, wurde festgestellt, dass eine übliche Winterbegrünung nach der Kartoffelernte, wie z. B. Herbstroggen, den Bodenabfluss um bis zu 43 % verringern kann, und dies ist in der Regel der nährstoffreichste Boden. ⓘ

Artenvielfalt

Die Erhöhung der Biodiversität von Kulturpflanzen wirkt sich positiv auf das umgebende Ökosystem aus und kann eine größere Vielfalt an Fauna, Insekten und nützlichen Mikroorganismen im Boden beherbergen, wie McDaniel et al. 2014 und Lori et al. 2017 festgestellt haben. Einige Studien weisen auf eine höhere Nährstoffverfügbarkeit durch Fruchtfolgen in ökologischen Systemen im Vergleich zu konventionellen Praktiken hin, da ökologische Praktiken weniger wahrscheinlich nützliche Mikroben in der organischen Bodensubstanz hemmen, wie z. B. arbuskuläre Mykorrhizen, die die Nährstoffaufnahme der Pflanzen erhöhen. Eine größere biologische Vielfalt erhöht auch die Widerstandsfähigkeit agro-ökologischer Systeme. ⓘ

Landwirtschaftliche Produktivität

Die Fruchtfolge trägt durch eine verbesserte Bodenernährung zu höheren Erträgen bei. Da verschiedene Kulturen zu unterschiedlichen Zeiten gepflanzt und geerntet werden müssen, kann mit demselben Maschinen- und Arbeitsaufwand mehr Land bewirtschaftet werden. ⓘ

Risikomanagement

Unterschiedliche Kulturen in der Fruchtfolge können die Risiken ungünstiger Witterungsbedingungen für den einzelnen Landwirt verringern. ⓘ

Herausforderungen

Die Fruchtfolge erfordert viel Planung, denn die Wahl der Kulturen muss nicht nur auf eine Reihe fester Bedingungen (Bodenart, Topografie, Klima und Bewässerung) reagieren, sondern auch auf Bedingungen, die sich von Jahr zu Jahr drastisch ändern können (Wetter, Markt, Arbeitskräfteangebot). Aus diesem Grund ist es unklug, den Anbau Jahre im Voraus zu planen. Die unsachgemäße Umsetzung eines Fruchtfolgeplans kann zu Ungleichgewichten in der Nährstoffzusammensetzung des Bodens oder zu einer Anhäufung von Krankheitserregern führen, die eine wichtige Kultur beeinträchtigen. Die Folgen einer fehlerhaften Fruchtfolge können selbst für erfahrene Bodenkundler erst nach Jahren sichtbar werden, und es kann ebenso lange dauern, sie zu korrigieren. ⓘ

Die Fruchtfolge birgt viele Herausforderungen in sich. So kann beispielsweise die Gründüngung von Leguminosen zu einer Invasion von Schnecken oder Nacktschnecken führen, und die Fäulnis der Gründüngung kann gelegentlich das Wachstum anderer Kulturen unterdrücken. ⓘ

Entstehung

Beginn des modernen Landbaus

Mitte des 18. Jahrhunderts begann allmählich die Überwindung der mittelalterlichen Dreifelderwirtschaft und die Geschichte des modernen Landbaus. Es wurde begonnen beispielsweise Rotklee für den gezielten Anbau von Futterpflanzen auf dem Acker zu nutzen und damit höherwertiges Futter für das Vieh zu produzieren. Johann Christian Schubart Edler von Kleefeld war einer der deutschen Pioniere auf diesem Gebiet. Auch die Einführung der Kartoffel in Deutschland als Hackfrucht und Nahrungspflanze trug zur Erweiterungen der Fruchtfolgen bei. Ende des 18. Jahrhunderts begründete Albrecht Daniel Thaer den wissenschaftlichen Landbau und setzte sich ebenfalls für dieses System ein. Er sah im ausgedehnten Ackerfutterbau die Möglichkeit, die Bodenfruchtbarkeit sowohl durch die Rückstände der Ackerfutterpflanzen als auch durch die gezielte Düngung mit Stalldung zu fördern und den Humus auf den Feldern zu mehren. Somit begann eine schrittweise Intensivierung des Landbaus und damit auch eine variable Fruchtwechselwirtschaft, die sich an den natürlichen und betrieblichen Erfordernissen orientierte und die starren Systeme der Vergangenheit aufbrach. ⓘ

Heute ist der Fruchtwechsel ein wichtiger Bestandteil der Landwirtschaft und des modernen Agrarmanagements, sowohl im konventionellen als auch im ökologischen Landbau. Er sichert den Landwirten eine gewisse Flexibilität in der Vermarktung ihrer Produkte, schützt das Bodengefüge, vermindert beispielsweise Erosion und Austrocknung und spart Kosten für Pestizide und Kunstdünger. Eine sinnvolle und optimierte Fruchtfolge ist daher ein wichtiges Werkzeug für eine nachhaltige und bodenschonende Landwirtschaft. ⓘ

Es gibt heute weltweit auch eine Konzentration von Monokulturen, zum Beispiel beim Anbau von genverändertem Soja oder Mais in Südamerika und den USA. Dies wird zum Großteil durch Resistenzen gegenüber Totalherbiziden oder Schädlingen erreicht. Auch der vereinzelte Anbau von mehrjährigen Selbstfolgen, also der 3- bis 5-malige Anbau gleicher Feldfrüchte, beispielsweise von Mais, gehören heute zur gängigen Praxis und steht häufig in der Kritik. ⓘ

Nachteile der Fruchtfolgenwirtschaft

Die Nachteile der Fruchtfolge sind meist wirtschaftlich bedingt: Fruchtfolgen stellen besondere Anforderungen an das Agrarmanagement. Es werden beispielsweise für Kartoffeln und Zuckerrüben ganz andere Maschinen und Techniken zur Lagerung benötigt als bei Getreide. Auch haben heutzutage nicht alle Betriebe Tiere, wodurch ein Kreislauf aus Viehwirtschaft und Pflanzenbau nur erschwert realisiert werden kann. Eine gezielte Düngung mit tierischen Düngern (Gülle, Jauche, Stallmist) ist oft schwieriger als bei synthetischen oder mineralischen Düngern. Der Einsatz von Futterpflanzen ist damit nicht immer gewährleistet. Zwischenfruchtanbau ist zumeist teurer als der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln, spart aber Dünger und sichert das Bodengefüge. ⓘ

Eine regelmäßige Kontrolle des Humusgehaltes und eine Humusbilanzierung sind für ein gutes Fruchtfolgemanagement sehr sinnvoll. Sie bedeuten zwar mehr Aufwand, können aber auch Fördermittel innerhalb der Cross-Compliance-Bestimmungen der EU ermöglichen. ⓘ

Fruchtfolgesystematik

Innerhalb der Fruchtfolge unterscheidet man zwischen Hackfrucht (z. B. Rüben, Kartoffeln, Raps, Silomais), Halmfrucht (Getreide) und Zwischenfrüchten, die wiederum in Sommer- und Winterzwischenfrüchte eingeteilt werden (z. B. Senf, Sonnenblumen usw.). Halmfrüchte werden häufig als Humusmehrer und Blattfrüchte als Humuszehrer bezeichnet. Diese Einteilung wurde zum einen durch die Ernterückstände, die Durchwurzelung und die Bodenbearbeitung entwickelt. Jedoch haben alle Früchte unterschiedliche Eigenschaften, wodurch sie dem Boden Nährstoffe entziehen oder zuführen sowie dessen Eigenschaften verbessern oder verschlechtern. Auch eine fruchtspezifische Düngung wie beim Raps (stickstoffreich) kann für die Nachfruchtgestaltung eine wichtige Rolle spielen. Zwischenfrüchte werden, ohne geerntet zu werden, in den Boden eingearbeitet und haben vielseitige Funktionen, z. B. Schadverdichtungen aufzubrechen, Nährstoffe für die Nachfrucht zu halten oder zurückzuführen, das Bodengefüge zu stabilisieren, aber auch Schaderreger abzutöten. ⓘ

Bei der Fruchtfolgegestaltung ist besonders auf die zeitliche Einteilung der Pflanzenbestände zu achten. Für die Entscheidung, welche Blattfrüchte und Halmfrüchte genutzt werden, ist das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis maßgeblich. Es entscheidet, wie schnell die Ernterückstände von den Bodenlebewesen umgewandelt werden können. Hier gilt: Je mehr Stickstoff, desto schneller werden Rückstände dem Boden zugeführt. Dafür bieten sich besonders Leguminosen (Lupinen, Luzerne oder Klee) an. Sie besitzen stickstofffixierende Bakterien in den Wurzeln und sind somit sehr gut geeignet, die Bodenfruchtbarkeit zu erhöhen. Da sie zum Teil mehrjährig sind, ist der Einsatz eines Springschlages möglich. Das heißt, dass innerhalb der Fruchtfolge auf einem Ackerschlag beispielsweise Luzerne angebaut wird, die etwa drei bis vier Jahre auf dem Ackerschlag steht und für die Ernte von Futterpflanzen genutzt wird. Danach können wieder Weizen oder ähnliche Feldfrüchte angebaut werden. ⓘ

Heute werden Fruchtfolgen variabel, je nach Betriebsansprüchen, gestaltet und sind keineswegs starre Gebilde. Jedoch können sie nach Anzahl der bebauten Schläge oder der Anordnung in Blatt- und Halmfrüchte eingeteilt werden. ⓘ

Dreifelderwirtschaft

Die Fruchtfolge der Dreifelderwirtschaft besteht aus drei Fruchtfolgefeldern. Je Fruchtfolgefeld wird innerhalb eines Jahres eine bestimmte Frucht angebaut. Diese Fruchtfolge hat eine hohe Gewichtung auf Halmfrüchte. ⓘ

Die Fruchtfolgefelder sind wie folgt angeordnet:

• Blattfrucht (z. B. Raps)
• Halmfrucht (z. B. Weizen)
• Halmfrucht (z. B. Roggen) ⓘ

Vierfelderwirtschaft

Die Vierfelderwirtschaft besteht aus vier Fruchtfolgefeldern. Sie ist stark halmfruchtdominiert und wird wie folgt eingeteilt:

• Blattfrucht (z. B. Raps oder Zuckerrüben)
• Halmfrucht (z. B. Weizen mit einer Sommerzwischenfrucht)
• Halmfrucht (z. B. Hafer oder Gerste)
• Halmfrucht (z. B. Winterroggen oder Triticale) ⓘ

Rheinische Fruchtfolge

Die Rheinische Fruchtfolge besteht aus fünf Fruchtfolgefeldern. Das Blattfrucht/Halmfruchtverhältnis liegt bei 40:60. Hier herrscht ebenfalls eine dominierende Position von Halmfrüchten. ⓘ

Die Anordnung der Fruchtfolgeglieder geschieht wie folgt:

• Blattfrucht (z. B. Kartoffeln, Rüben, Raps)
• Halmfrucht (z. B. Winterroggen, Wintergerste, Winterweizen)
• Halmfrucht (z. B. Wintergerste)
• Blattfrucht (z. B. Sommerzwischenfrucht und Silomais)
• Halmfrucht (z. B. Sommergerste, Hafer) ⓘ

Fruchtwechselwirtschaft

Die Fruchtwechselwirtschaft hat das günstigste Blattfrucht/Halmfruchtverhältnis. Hier wechseln Blattfrüchte und Halmfrüchte jedes Jahr, so dass ein Verhältnis von 50:50 entsteht. ⓘ

Dementsprechend ist die Gestaltung wie folgt:

• Blattfrucht (z. B. Zuckerrüben)
• Halmfrucht (z. B. Sommergerste)
• Blattfrucht (z. B. Ackerbohnen)
• Halmfrucht (z. B. Winterweizen/Sommerzwischenfrucht) ⓘ

Doppelfruchtwirtschaft

Bei der Doppelfruchtwirtschaft werden Blattfrüchte und Halmfrüchte ebenfalls abgewechselt. Allerdings wechseln zwei Blattfrüchte mit zwei Halmfrüchten. Hier ist besonders darauf zu achten, dass die Blattfrüchte untereinander verträglich sind. Dies gilt auch für die Blattfrüchte, zum Beispiel sollten Raps und Zuckerrüben nie nacheinander angebaut werden, da sie beide anfällig sind für unterschiedliche Nematoden und Schaderreger, die sowohl den Raps als auch die Zuckerrüben befallen. Bei Halmfrüchten gilt dies beispielsweise für Sommergerste und Wintergerste. Eine Einhaltung der Anbaupausen ist sehr wichtig. Roggen und Mais sind häufig selbstverträglich. Sie sollten aber auch nicht länger als zweimal hintereinander angebaut werden, da sonst Probleme wie ein verstärkter Befall von Fusarien beim Mais oder Mutterkorn beim Roggen auftreten können. ⓘ

Die Einteilung:

• Blattfrucht (z. B. Kichererbsen)
• Blattfrucht (z. B. Winterraps)
• Halmfrucht (z. B. Winterweizen)
• Halmfrucht (z. B. Wintergerste/Sommerzwischenfrucht) ⓘ

Oder wechselnd: (Intensivnutzung ohne Zwischenfrucht)

• Blattfrucht (z. B. Zuckerrüben)
• Halmfrucht (z. B. Winterweizen)
• Blattfrucht (z. B. Kartoffeln)
• Halmfrucht (z. B. Winter/Sommergerste, Winterweizen oder Winterroggen) ⓘ

Überfruchtwechselwirtschaft

Die Überfruchtwechselwirtschaft hat einen höheren Anteil an Blattfrüchten. Sie kann eingeteilt werden in:

• Blattfrucht (z. B. Kartoffeln)
• Blattfrucht (z. B. Feldgemüse)
• Halmfrucht (z. B. Winterweizen)
• Blattfrucht (z. B. Kichererbsen)
• Blattfrucht (z. B. Winterraps)
• Halmfrucht (z. B. Wintergerste) ⓘ

Typische Phytopathogene, die durch Fruchtfolgen reguliert werden können

Durch Nichteinhaltung der Fruchtfolgen und durch die fehlende Einhaltung von Anbaupausen werden besonders bodenbürtige Schaderreger (Phytopathogene, siehe auch: Fruchtfolgeerreger) begünstigt. Das liegt primär daran, dass ihre Überlebenschancen im Boden und auf Ernterückstände über maximal einen Winter viel höher sind als über mehrere Jahre bei wechselnden Fruchtfolgen. Auch kann der einseitige Entzug von Nährstoffen den Kulturpflanzenbestand schwächen und so zu einer Begünstigung von Pilzen und anderen Pflanzenkrankheiten führen. ⓘ

Beispiele:

• Halmbruchkrankheit
• Schwarzbeinigkeit
• Nematoden (z. B. Rübenzystenählchen)
• Rostpilze
• Fusarien
• Mutterkorn
• Westlicher Maiswurzelbohrer ⓘ