Wie und unter welchen Bedingungen funktionieren Leguminosen und ihre Stickstoffbindung?

Dazu muss ich zuerst ein paar Sachen, definieren, dann lässt sich das schnell erklären:
- Pflanzen = Lebewesen die aus anorganischer Masse organische Masse aufbauen
- Pflanzennährstoffe = bestimmte Salze und deren Ionen, welche die Pflanze zum überleben und zum Aufbau organischer Substanz braucht: N, P, K, Mg, Ca, S, Fe, Zn, Mo, Co, Cu, Cl, B, Ni sowie H, O und C
- Nützliche Elemente = Stoffe die die Pflanze nicht essentiell braucht, aber die sie einbaut, wenn sie vorhanden sind z.B. Si, Na,
- N = Stickstoff, wichtiger Bestandteil aller Eiweiße als Bestandteil der Aminogruppe NH2-
- Nmin = mineralisch vorliegender Stickstoff, also NO3- oder NH4+ den Pflanzen verfügbar
- Norg = organisch gebundener Stickstoff, den Pflanzen nicht verfügbar
- Mineralisierung = Zersetzung von Organischer Masse durch das Bodenleben zu anorganischer Masse unter Zuhilfenahme von Sauerstoff
- Denitrifikation = Umwandlung des im Nitrat (NO3−) gebundenen Stickstoffs zu molekularem Stickstoff (N2), das passiert im Boden unter bestimmten Bedingungen
- Stickstoffbindung aus der Luft durch Gewitter (Blitze + Regen), bringt im Schnitt 5 kg N / ha / a (in Städten bis zu 20 kg N / ha / a); a= Jahr
- Pflanzenverfügbar = anorganische Pflanzennährstoffe an Austauschern oder in Bodenlösung
- Humusaufbau = Umbau von Pflanzenmasse zu organischer Humusmasse, wobei nur ein Teil der Nährstoffe frei werden und schwer zersetzbare Pflanzenmasse zu Humus wird
- schwer zersetzbare Pflanzenmasse = z.B. langkettige Zellulosen und Lignine
- Gründüngung = bringt neue Pflanzennährstoffe, beziehungsweise N in den Boden, z.B. Leguminosen, Ölweiden
- Zwischenfrucht = liegt zwischen den Hauptfrüchten, bindet vorhandene Nährstoffe und verhindert deren Auswaschung z.B. Senf, Phacelia, Feldsalat, bindet auch CO2 und erhöht den Humusgehalt
- beerntbare Zwischenfrucht = Tei lder Zwischenfrucht wird als Erntegut entfernt -> entzieht auch dem Boden Nährstoffe z.B. Feldsalat, Rosenkohl, Radieschen
- Gründüngung wird oft mit Zwischenfrucht fälschlicherweise synonym verwendet
- limitierende Pflanzennährstoffe für Pflanzenwachstum: terrestrisch = N, Süßwasser = P, Salzwasser = Fe
- N-Überschuss führt zu Anfälligkeit gegen Schädlinge und Schadpilze, typisches Symptom sind Blattläuse-Massenvermehrungen sowie reduzierte Wintervorbereitung und reduzierte Frosthärte.
- N-Wert der Vorfrucht = der Wert an N, der bei typischer Ernte der Vorfrucht im Boden als Norg zurück bleibt
- Kleegras = beliebte landwirtschaftliche Mischung aus Klee (Leguminose) und Gras, welches einen Teil des N bindet und bessere Wuchs-, Futter- und Lagerwerte als der Klee hat.
- N-Mangel durch Rotte bei weitem C:N-Verhältnis. Wenn das C:N-Verhältnis weit auseinander liegt, bindet das Bodenleben alles organische N, um Biomasse aufzubauen, um das energetische Kohlenstoffhaltige Material aufzuschließen. Alles frei werdende N wird sofort wieder gebunden, bis das C abgebaut / verstoffwechselt wurde und wird danach wieder frei (weil die Mikroorganismen verhungern und sterben)

Mit diesen Begriffen lässt sich auch gute, experimentbasierte Literatur finden.

Pflanzen brauchen Stickstoff zum Aufbau von Eiweißen und damit zum Wachstum.
Je weniger N verfügbar ist, desto schlechter wachsen Pflanzen.
Es gibt Pflanzen, die sich auf N-Mangel eingestellt haben z.B. Doldenblütengewächse und wenig brauchen.
Trotzdem wachsen sie mit mehr N auch besser.

Leguminosen haben eine Symbiose mit Knöllchenbakterien, aber nicht unbedingt.
Infektion mit Knöllchenbakterien ist eine Infektion und wird möglichst vermieden.
Leguminosen brauchen recht viel N in der Blüte, weil Eiweiß der Energieträger ihrer Samen ist.
Wer Erbsen und andere Leguminosen einige Zeit vor der Blüte ausgräbt, wird keine Knöllchen finden, da sie erst später zur Blüteneinleitung gebildet werden.
Wenn genügend Nmin vorliegt (ca. 80 kg N / ha bzw. 8 g / m²), dann erfolgt keine Infektion mit Knöllchenbakterien, weil sich die Pflanzen dann auch ohne die Infektion mit ausreichend N versorgen können.
Wenn aber einmal Knöllchen da sind, dann gehen die nicht wieder weg und N wird fortlaufend gebunden, deswegen bringt es soviel Kleegras über mehr als ein Jahr stehen zu lassen.

Ein Beispiel:
Wenn ich Mist auf das Feld bringe und auf 300 kg N / ha komme, dann bindet die Leguminose kein N, ist ja genug da.
Wenn ich dort Blumenkohl anbaue, dann bindet der 300 kg während der Kultur, wenn ich ihn ernte, bleiben Blätter, Wurzeln und Strünke auf dem Feld und da können 160 kg Norg anfallen. Wenn ich Blätter und Strünke mit Ernte sind es nur noch 50 - 90 kg Norg.
Je mehr ich ernte, desto mehr nehme ich aus dem Kreislauf raus.
Wenn ich die Wurzeln heraus reißen würde, wären nur noch 20 kg N / ha (=2 g N / m²) erhalten.

Das heißt bei nur der Ernte der Blüten bringen die folgenden Leguminosen keine Knöllchen, weil aus den 160 kg Norg, werden mehr als 80 kg Nmin.
Je nachdem wie viele Blätter und Strünke ich mit ernte, kann es sein, dass die Leguminosen auch keine Knöllchen bei der verbleibenden Stickstoffmenge bilden.
Wenn auch die Wurzeln raus sind, bilden die Leguminosen durch den N-Mangel Knöllchen.
Wenn ich nach dem Kohl einen Mittelzehrer z.B. Freiland-Paprika und dann einen Schwachzehrer wie Möhren anbaue, ist nicht mehr viel N im boden und die Humusmehrer (Leguminosen) binden sicher Stickstoff.
Dann kann ein weiterer Mittel- und nochmal ein Schwachzehrer folgen.

So geht es auch in der Natur. Leguminosen binden kein N für andere. Sondern für sich, wenn nicht genug da ist. Aus ihren Resten zehren dann die folgenden Leguminosen oder die anderen Pflanzen, je nachdem was sich durchsetzt.
Deswegen düngen wir mit Leguminosenschnitt oder -schrot.

Es fällt viel organische Masse im Boden an, da die Feinwurzeln wachsen und die daran befindlichen Wurzelhärchen nur 3 Tage leben. Dort fällt unglaublich viel Biomasse an.
Wie auch bei Schwachzehrern ist bei Leguminosen das N-Aneignungsvermögen nicht so hoch wie bei Starkzehrern, so dass ihr aus sterbenden Teilen freigesetztes N teilweise geklaut wird.

Leguminosen verbessern den Boden für sich und ihre Nachkommen, die anderen nutzen das nur aus. Aber es gibt Nischen mit schlechten Böden oder Waldböden mit hohem Anteil an C, wo der frei werdende Stickstoff vom Bodenleben gebunden wird. Dort gewinnen Leguminosen.

Wenn keine Knöllchen an der Pflanze zu finden sind, kann es sein, dass diese spezielle Pflanze gar keine hatte, denn Werte wie 8 g N / m² können auch heißen, dass auf 10 cm² alles N liegt und daneben praktisch nichts. Da sollte die gleiche Pflanze untersuchen werden und nicht verschiedene, dass kann sonst durch Standortunterschiede auf kleinstem Raum zu Fehlern führen.

Wie oben beschrieben, je mehr Pflanzengut verbleibt, desto besser für die Folgekultur.

Wenn einen "Gründünger" (bzw. eine Zwischenfrucht) zum Humusaufbau gesät wird - was ist dein Ziel dabei? Humusaufbau kann viel bringen, aber dann ernte ich nichts, wenn ich das nicht während meiner Kultur mache.

Die Stickstoffbindung kann nachlassen, wenn der Boden bestimmte Mengen erreicht, aber vor allem die Pflanzen Endgröße erreichen. Deswegen wird für eine gute N-Ernte regelmäßig geschnitten und das Erntegut mitgenommen, so müssen die Pflanzen ständig neue Biomasse aufbauen und dort N einbauen. Der erste Schnitt muss aber ab der Blüte des Klee erfolgen, sonst kann es passieren, dass die N-Bindung nicht startet.

Bitte vernachlässigt über den Stickstoff nicht die anderen Nährstoffe. Oft gehen die schneller verloren, denn N können wir unendlich über die Luft nachliefern, S hingegen nicht mehr und B gar nicht.
Oft ist Stickstoffmangel nicht so das Problem wie P-Mangel.

Für Stickstoffbindung ist ein guter Gasaustausch im Boden nötig. Deswegen Verdichtungen unbedingt vermeiden.

Organic-Eprints ist da eine gute Quelle, da gibt es viele, gute Arbeiten zu dem Thema.