Auswirkung der Gärrestausbringung auf den Nitrataustrag Luise Giani Universität Oldenburg

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1 Auswirkung der Gärrestausbringung auf den Nitrataustrag Luise Giani Universität Oldenburg

2 Gliederung Umweltproblem Nitrat Nitratverhalten im Boden Gärrestausbringung und Nitrat - Qualität des Wirtschaftsdüngers - Quantität des Wirtschaftsdüngers - Veränderung von Bodeneigenschaften Forschungsvorhaben GäKoStiNi Schlussbemerkungen

3 Chemischer Zustand der Grundwasserkörper in Deutschland Quelle: NLWKN Betriebsstelle Aurich, 2009

4 Stickstoffkreislauf Quelle:

5 Allgemeine Parameter, Wert- und Nährstoffe im Vergleich von Gülle und Gärprodukten (Mittelwerte) Gülle Gärprodukte Trockenmasse [%] ph 7,3 8,3 org. Substanz [kg t -1 ] C/N ,2 6,4 Stickstoff [N kg t -1 ] Ammonium [NH + 4 N kg t -1 ] 1,5 2,8 Phosphor [P 2 O 5 kg t -1 ] 1,5 2,0 1,5 2,0 Kalium [K 2 O kg t -1 ] 3,5 4,5 3,5 4,5 Magnesium [MgO kg t -1 ] 0,6 1,0 0,6 1,0 Kalzium [CaO kg t -1 ] 1,8 2,4 1,8 2,4 Schwefel [S kg t -1 ] 0,30 0,35 0,30 0,35 Quelle: Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg, Baden-Württemberg, 2008

6 Isomorpher Ersatz in einem Dreischichttonmineral Quelle: Brady and Weil, 2002 Kationeneinbau in einem Dreischichttonmineral Quelle:

7 Sorption von Kationen und Anionen Sorbenten mit variabler (ph-abhängiger) Ladung: Tonminerale (für Kationen und Anionen) Oxide (für Kationen und Anionen) Organische Substanz (für Kationen) Anionensorptionsstärke Phosphat > Sulfat > Nitrat Spezifische Phosphatsorption Durch Ligandenaustausch Quelle: Scheffer / Schachtschabel, 2010

8 Nitratkonzentration im Boden bei Feldkapazität in Bodentiefen > 80 cm (n = 310) Quelle: Bayrisches Landesamt für Wald- und Forstwirtschaft, 2010

9 Grundlegende Maßnahmen (EG-WRRL Art. 11 Abs. 3) Ergänzende Maßnahmen (EG-WRRL Art. 11 Abs. 4) z.b. Umsetzung Nitrat-Richtlinie, Düngeverordnung, Cross-Compliance-Regelungen z.b. Agrarumweltmaßnahmen, Wasserschutzberatung Umsetzung Fachrecht Freiwillige Umsetzung Maßnahmen NAU (Auswahl) A2 Mulchsaat, reduzierte Bodenbearbeitung A3 Umweltfreundliche Gülleausbringung A7 Zwischenfruchtanbau/Untersaat Standard W2 Zwischenfrucht winterhart W3 Verzicht auf Bodenbearbeitung nach Mais W4 Verzicht auf Bodenbearbeitung nach Raps (Ausfallraps) W5 Winterrüben vor Wintergetreide B1 Ext. Grünlandbewirtschaftung, handlungsorientiert B2 Ext. Grünlandbewirtschaftung, ergebnisorientiert C Ökologischer Landbau Zielsetzung Erosionsschutz Gewässer- u. Atmosphärenschutz WRRL WRRL WRRL WRRL WRRL Biodiversität, Gewässerschutz Biodiversität, Gewässerschutz Ressourcenschutz allgemein

10 Nitrat in mg/l GäKoStiNi Wasserwerk Holdorf Mittlerer Nitratgehalt im oberflächennahen Grundwasser 52 Grundwassermessstellen mit einem Abstand von <=20 m zur Geländeoberkante im Wasserschutzgebiet/Einzugsgebiet Trinkwassergrenzwert: 50 mg/l Quelle: Penning (OOWV)

11 Quelle: Penning (OOWV) GäKoStiNi

12 Bestandsentwicklung Biogasanlagen in Deutschland GäKoStiNi

13 Substrateinsatz Biogasanlagen (D) NaWaRo-Einsatz in Biogasanlagen (D)

14 Gärreste erhöhtes Nitrataustragspotenzial? Gülle Gärprodukte Trockenmasse [%] ph 7,3 8,3 org. Substanz [kg t -1 ] C/N ,2 6,4 Stickstoff [N kg t -1 ] Ammonium [NH + 4 N kg t -1 ] 1,5 2,8 Phosphor [P 2 O 5 kg t -1 ] 1,5 2,0 1,5 2,0 Kalium [K 2 O kg t -1 ] 3,5 4,5 3,5 4,5 Magnesium [MgO kg t -1 ] 0,6 1,0 0,6 1,0 Kalzium [CaO kg t -1 ] 1,8 2,4 1,8 2,4 Schwefel [S kg t -1 ] 0,30 0,35 0,30 0,35 Quelle: Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg, Baden-Württemberg, 2008

15 Gärreste erhöhtes Nitrataustragspotenzial? Höhere Gehalte an Gesamtstickstoff erhöhte NO 3 -Austragsgefährdung Aufkonzentrierung des Düngers Höhere Gehalte an Ammonium-N mehr pflanzenverfügbarer Stickstoff erhöhte NO 3 -Austragsgefährdung Geringere C/N-Verhältnisse erhöhte biotische Aktivität und N-Umsetzungsprozesse erhöhte NO 3 -Austragsgefährdung Geringere Gehalte an organischer Substanz Bilanz? erhöhte NO 3 -Austragsgefährdung negative Humus- Geringere Gehalte an organischer Substanz, geringere Trockenmassen erhöhte Versickerungsraten erhöhte NO 3 -Austragsgefährdung Veränderte Zusammensetzung Gefügeauswirkung? veränderte Versickerungsraten erhöhte NO 3 -Austragsgefährdung?

16 Gesamtziel Projekt GäKoStiNi Untersuchung der Auswirkung einer wiederholten Gärrestdüngung auf den Stickstoff- und Kohlenstoffhaushalt unterschiedlich genutzter landwirtschaftlicher Flächen. 1. Welchen Einfluss hat eine Gärrestdüngung auf die unterschiedlichen Kohlenstofffraktionen im Boden? 2. Inwieweit verändert sich die Bodenaggregierung und damit das Porensystem des Bodens? 3. Besteht ein Zusammenhang zwischen den Anteilen der Kohlenstofffraktionen und den Stickstoffgehalten im Boden? 4. Findet durch eine Gärrestdüngung ein erhöhter Austrag an Nitrat ins Grundwasser statt?

17 Untersuchungsgebiet - Niedermoor - Hochmoor - Podsol - Gley (NIBIS-Kartenserver (BÜK 50), 2012)

18 Untersuchungsflächen Untersuchungsflächen Weerts (A) Eilers (G) Biogasanlage Ihausen Hilmer (G) Bunger (A)

19 Probendesign Probenahme 1 pro Fläche: 4 identisch große Transekte pro Transekt: 4 Stechzylinder aus dem Oberboden (=16) 6-8 Bohrstockeinschläge (Mischprobe) Grünland: Beprobung in 4 Tiefen (0-10, 10-30, 50-60, 60-90) Acker: Beprobung in 3 Tiefen (0-30, 50-60, 60-90)

20 Grünlandstandort Eilers Ah (0-10 cm) reiner Sand, sehr dunkelbraun (10YR 2/2), Einzelkorngefüge mit vereinzelten Torffragmenten, stark humos, schwach durchwurzelt fap (10-40 cm) reiner Sand, sehr dunkel grau-braun (10YR 3/2), Einzelkorngefüge mit vereinzelten Torffragmenten, stark humos, schwach durchwurzelt R (40-90 cm) reiner Sand, sehr dunkel grau-braun (10YR 3/2), Einzelkorngefüge oder Torf, stark humos, sehr schwach durchwurzelt

21 Tiefe [cm] GäKoStiNi Grünlandstandort Eilers Korngrößenverteilung 0% 20% 40% 60% 80% 100% gs ms fs gu mu+fu T relative Korngrößenfraktionen

22 Grünlandstandort Eilers Horizont Ah fap R Bodendichte [g cm 3 ] Feldkapazität [Vol%] 1,12 42,63 1,24 44,16 1,39 39,74 1,36 39,55 1,32 40,18 1,31 39,43 1,33 42,43 1,35 40,95 1,44 36,26 1,23 41,68 1,33 39,51 1,36 38,72

23 GäKoStiNi ph-werte Vergleich: Grünland Acker Eilers (in CaCl2) Hilmer (in CaCl2) 3 Weerts (in CaCl2) Bunger (in CaCl2) Tiefe [cm] Tiefe [cm]

24 Gehalt [mg/kg Boden] GäKoStiNi 3,5 Nmin-Gehalte Grünland (Eilers) 3,0 2,5 2,0 1,5 Ammonium (Mittel) Nitrat (Mittel) 1,0 0,5 0,0 Tiefe [cm]

25 Gehalt [mg/kg Boden] GäKoStiNi 9,00 Nmin-Gehalte Acker (Bunger) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 Ammonium (Mittel) Nitrat (Mittel) 2,00 1,00 0,00 Tiefe [cm]

26 Take home Gärreste haben ein erhöhtes Nitrataustragungspotenzial GäKoStiNi untersucht die Auswirkungen von Gärrestdüngung auf N- und C-Dynamik erste Ergebnisse (ph-werte) ergeben verstärkten Düngeeffekt bei Gärrestdüngung erste Ergebnisse ergeben ein verringertes Nitratauswaschungspotenzial als Effekt auf Redoxverhältnisse Ergebnisse zum Nitratauswaschungspotenzial sind nicht grundsätzlich übertragbar

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit GäKoStiNi