Wirkungsmechanismen von Nitrifikations- und Ureaseinhibitoren in Mineral- und Wirtschaftsdüngern.

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1 EuroChem Agro GmbH Wirkungsmechanismen von Nitrifikations- und Ureaseinhibitoren in Mineral- und Wirtschaftsdüngern. Bernhard Fuchs, Fachberatung EuroChem Agro

2 Wirkungsmechanismen von Nitrifikations- und Ureaseinhibitoren in Mineraldüngern sowie NI S in Wirtschaftsdüngern Einleitung mit rechtlichen Rahmenbedingungen Wirkungsweise von Stickstoffinhibitoren (NI) Wirkung von Ureaseinhibitoren Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren in organischen Düngern 2

3 Welche Probleme in der Düngung bestehen bzw. sind zu lösen? Hohe N-Salden (Durchschnitt der BRD ca. 80 kg N/ha u. Jahr) Hohe Lachgasbildungen, klimarelevant, Ozonloch (79 % der Lachsgasbildung stammt von der Landwirtschaft) Hohe Ammoniak-Ausgasungen 3

4 Verursacher von Lachgas-Emissionen in Deutschland 4

5 N 2 O- Emissionen aus der Landwirtschaft (=100) 5

6 Landwirtschaftliche Quellen von Ammoniakemissionen in Deutschland 800 mineralische Dünger Weide andere Tiere Geflügel Schweine sonst. Rinder Milchkühe 700 NH 3 Emissionen (Gg NH 3 ) Jahr (2020 Prognose) 6

7 Wirkungsmechanismen von Nitrifikations- und Ureaseinhibitoren in Mineraldüngern sowie NI S in Wirtschaftsdüngern Einleitung mit rechtlichen Rahmenbedingungen Wirkungsweise von Stickstoffinhibitoren (NI) Wirkung von Ureaseinhibitoren Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren in organischen Düngern 7

8 Wirkungsmechanismus der Nitrifikationshemmung DZD+Triazol, DMPP, TZ+MP, MPA, DMPSA N-Mineraldünger N-organisch Gülle Biogasgärrest Nitrifikations -hemmstoff 1. Verlängerung der Ammoniumphase 2. Reduktion von NO 3 -Verlusten 3. Reduktion von N 2 O-Verlusten Ammonium Nitrit Nitrat NH 4 + Nitrosomonas NO 2 - Nitrobacter NO 3 - Nitritation Nitratation Nitrifikation

9 Lachgasmessung bei unterschiedlicher N-Düngung in Winterraps am Standort Roggenstein Quelle: Dr. F. X. Maidl, Lehrstuhl für ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme TU-München- Weihenstephan 9

10 Bedingungen für Lachgasbildung Nitrat im Boden Sauerstoffmangel (Bodenverdichtungen, hohe Tongehalte, Regen) Mikroorganismentätigkeit (natürlich, organische Düngung) Wichtig: Für Lachgasbildung müssen immer alle drei Bedingungen geben sein Quelle: Dr. F. X. Maidl, Lehrstuhl für ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme TU-München-Weihenstephan 10

11 Wirtschaftlichkeit und N-Bilanz der stabilisierter N-Düngung zu Winterweizen (Ø , Nossen ohne 2014) effektive Mehrleistung in /ha Forchheim (V8a) Nossen (Lö4b) Pommritz (Lö4c) Christgrün (V5) N-Saldo N-Gabe BEFU BEFU+100 BEFU+50 BEFU BEFU+100 BEFU+50 BEFU BEFU 2. N-Gabe N-Gabe Summe KAS i n S u m m e e i n h e i t l i c h e D ü n g u n g s h ö h e ü b e r a l l e d r e i G a b e n ENTEC (NO 3 -N; NH 4 -N; NH 4 -Stabilisator DMPP; S) ALZON 40-S (Harnstoff mit Dicyandiamid M e h r w e r t u. m 1H-1,2,4-Triazol; i t S t i c k s t o f fs)

12 12

13 Fazit: Nitrifikationsinhibitoren (NI) Verlängerung der Ammoniumphase Reduktion von NO 3 -Verlusten Reduktion von N 2 O-Verlusten Zusammenlegung von N-Gabe Höhere N-Bereitstellung 13

14 Reduzierung der Ammoniakverluste - neue DüVo Umsetzung der NEC-Richtlinie: 550 Kilotonnen Ammoniak Quelle: BMEL

15 Mineraldünger - Emissionsfaktoren t NH 3 15

16 Wirkungsmechanismus der Ureasehemmung Harnstoff-Inhibierung Nitrifikationshemmstoff Urease- Inhibitor Nitrifikationshemmung Harnstoff Enzym Urease Nitrosomonas Bakterien Nitrobacter Bakterien Ammonium Nitrit Nitrat Hydrolyse Nitrifikation Durch Urease-Inhibitoren wird das Risiko der Ammoniakemissionen eingedämmt. Die kritische Anwendung von Harnstoffdüngern auf unbestelltem Ackerboden ohne sofortige Einarbeitung kann dadurch entschärft werden.

17 NH 3 -Emissionen nach mineralischer Düngung in Deutschland (je 3 Applikationen) Standort Jahr U KAS U+NI U+NI+UI U+UI % Hohenschulen/S.H. Dürnast/Bayern Mittelwert < 1** < 1** < 1** < 1** < 1** Mittelwert Cunersdorf/Sachsen 2013: Mittelwert (3 Standorte): Düngerfachtagung Einbeck,Dr. Pacholski 17

18 Kornertrag (t/ ha) Abhängigkeit der Ertragswirkung von NH3-Verlusten von N-Düngungsniveau Maximaler Ertragseffekt des NH 3 -Verlustes Nopt ± 25 kg N/ha 8 6 Ertrag y = x x N-Düngung (kg N/ha) FACHSYMPOSIUM NÄHRSTOFFMANAGEMENT, EUROCHEM AGRO, EINBECK AMMONIAKEMISSIONEN PACHOLSKI LEUPHANA UNIVERSITÄT LÜNEBURG 18

19 NH 3 -Emissionen (% ged. NH 4 + -N) NH 3 -Emissionen nach mineralischer Düngung zeitliche Dynamik Ausbringung mineralischer Dünger ca. 24% der nationalen Emissionen (2013), v.a. allem aus Harnstoff organisch mineralisch Nloss org = N max * t/(t+k m ) (Michaelis-Menten-Typ) Nloss min = N max * (1-e(-b *t))^c t (Zeit nach Düngung h) FACHSYMPOSIUM NÄHRSTOFFMANAGEMENT, EUROCHEM AGRO, EINBECK AMMONIAKEMISSIONEN PACHOLSKI LEUPHANA UNIVERSITÄT LÜNEBURG 19

20 Nutzung stabilisierter Düngesysteme (NI,UI) NH 3 -Verluste und N-Aufnahme 2011 nach Harnstoffdüngung unter Verwendung von Urease- Inhibitoren (UI) und Nitrifikations-Inhibitoren (NI) (UI = 2-NPT, NI = DCD-1,2,4T) Urease-Inhibitoren verringern nachhaltig die Ammoniakemissionen und erhöhen gleichzeitig die N-Aufnahme bei Harnstoffdüngern. KAS: geringe gasförmige Ammoniakverluste Pacholski et al

21 Ertrag dt/ha Rohprotein % Ertrags- und Qualitätswirkungen von KAS im Vergleich zu Harnstoff und Harnstoff+UI Kultur Sorten 120 Winterweizen, Kerubino, RGT Reform, Patras und KWS Magic 11,4 Versuchsjahre 2016 und 2017 Versuchsstandort Roggenstein, Bayern in Zusammenarbeit mit TU München-Weihenstephan N-Saldo kg N/ha ,8 11, , ,1 98,4 103, , Gabe 2. Gabe 3. Gabe Gesamt Kontrolle ungedüngt KAS 60 KAS 40 KAS Harnstoff 60 Harnstoff 40 Harnstoff Quelle: TU-München, Dr. Maidl, Auszug Versuch mit Normalsaat Harnstoff+UI 60 Harnstoff+UI 40 Harnstoff+UI

22 Übersicht stabilisierte N-Dünger Produktnahme Wirkstoff Grunddünger Düngerzusammensetzung Hersteller 1. Nitrifikationsinhibitoren (NI) ENTEC 26 Alzon 46 DMPP 3,4-Dimethyl-1H-pyrazolphosphat Gemisch aus Decyanamid und 1 H- 1,2,4 Triazol 2. Nitrifikationsinhibitoren (NI) und (UI) Alzon neo N 3. Urease-Inhibitoren (UI) Harnstoff mit Nitrifikationshemmstoff (MPA) und Ureasehemmstoff (2-NPT) (N-((3(5)-Meythyl-1H-pyrazol-1-yll) methyhyl)acetamid) + UI (2-NPT) 46 Ammonsulfatsalpeter mit Schwefel Harnstoff granuliert Harnstoff granuliert UTEC 46* NBPT = N-(n-Butyl)-thiophosphortriamid Harnstoff granuliert YaraVera AMI PLUS NBPT = N-(n-Butyl)-thiophosphortriamid Harnstoff granuliert Novurea mit Agrotain NBPT = N-(n-Butyl)-thiophosphortriamid Harnstoff granuliert Ureastabil NBPT = N-(n-Butyl)-thiophosphortriamid Harnstoff geprillt Piagran pro 2-NPT Harnstoff granuliert 26 % N Gesamtstickstoff 7,5 % Nitratstickstoff 18,5 % Ammoniumstickstoff 13 % Wasserlöslicher Schwefel 46 % Gesamtstickstoff als Carbamidstickstoff 46 % Gesamtstickstoff als Carbamidstickstoff Eurochem Agro GmbH SKW Piesteritz SKW Piesteritz 46 % Gesamtstickstoff als Carbamidstickstoff Eurochem Agro GmbH 46 % Gesamtstickstoff als Carbamidstickstoff Yara 46 % Gesamtstickstoff als Carbamidstickstoff 0,25 % Agrotain Triferto BV 46 % Gesamtstickstoff als Agra Groupt a.s Carbamidstickstoff Tschechien 46 % Gesamtstickstoff als Carbamidstickstoff SKW Piesteritz * in Deutschland noch nicht auf dem Markt Quelle: Eurochem Agro GmbH, eigene Recherchen 22

23 Fazit: Ureaseinhibitoren (UI) Reduktion von NH 4 -Verlusten Höhere N-Aufnahme Bessere Stickstoffausnutzung In Versuchen wurde bei Weizen höhere Rohproteingehalte nachgewiesen 23

24 Wirkungsmechanismen von Nitrifikations- und Ureaseinhibitoren in Mineraldüngern sowie NI S in Wirtschaftsdüngern Einleitung mit rechtlichen Rahmenbedingungen Wirkungsweise von Stickstoffinhibitoren (NI) Wirkung von Ureaseinhibitoren Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren in organischen Düngern 24

25 Längere Sperrfristen für flüssige Wirtschaftsdünger Konsequenz: Notwendigkeit zur Optimierung des betrieblichen N-Kreislauf zur Vermeidung von Aufbringungs und Bilanzierungsverluste bei Güllen und flüssigen Gärresten Einarbeitungsgebot bis 4 Stunden nach Ausbringung ab nur noch streifenförmige Ablage betrieblicher Nährstoffvergleich bei Stickstoff ab nur noch 50 kg N/ha*a (im 3 jährigen Mittel) 25

26 Verfügbare Fläche für Gülle/Gärreste im Herbst 26

27 Ammoniakverluste von Gülle und Biogasgärresten nach der Ausbringung 27

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30 NI 1) NI 1) 30

31 relativ Ertrag (%) Ertragswirkung von Nitrifikationsinhibitoren in unterschiedlichen Gülle-Ausbringverfahren Kultur Silomais Versuchsjahre Versuchsstandort Bredenbeck in Zusammenarbeit mit LWK Schleswig-Holstein Schleswig-Holstein TM relativ (100 % = 184 dt./tm ha) Kontrolle Gülle (SS) 2-5 Tg.v.S. (SS) = Schleppschlauch (ST) = Strip-Till Gülle (SS) 2-5 Tg.v.S. 4 l ETFL + NI Gülle UFD (ST) 30 Tg.v.S. NI = 6 bzw. 4 l ENTEC FL Gülle UFD (ST) 30 Tg.v.S. 4 l ETFL + NI

32 Strip Till Versuch mit und ohne NI im Mais 2017 Kultur Silomais, Flavi Versuchsansteller Inh. Büro Müller & Schliephake Standort Meltewitz Versuchsanlage 1-faktorielle, randomisierte Anlage, 4 Wdh. Versuchsjahr(e) 2017 Ø Niederschlag / a ,9 c Jahresmittel Bodenart lehmiger Sand (ls) Bodenpunkte Vorfrucht: W-Raps Düngetermin StripTill: Aussaat: Blattbehandlung Crenel Topvital Grundnährstoffgehalte Bodenstatus Nmin-Beprobungen Probedatum ph-wert P K MgO PN-Datum cm cm cm Messwerte (mg/100 g) 6,7 8,4 (D) 13,9 (D) 13,8 (D) Messwerte (kg/ha) NO 3 NH 4 NO 3 NH 4 NO 3 NH 4 NO 3 NH Inhaltsstoffe der eingesetzten Rindergülle ph TS N t NH 4 -N P K S Mg % kg/m³ 6,7 8,4 3,7 2,2 0,6 3,4 0,6 0,6 Streifenbearbeitung am Gülleband in einer Tiefe von cm 32

33 Ertrag TM (dt/ha) NEL MJ/kg TM Strip Till Versuch mit und ohne NI im Mais 2017 Kultur Silomais, Flavi Versuchsansteller Inh. Büro Müller & Schliephake Standort Meltewitz Versuchsanlage 1-faktorielle, randomisierte Anlage, 4 Wdh. Versuchsjahr(e) 2017 Ø Niederschlag / a ,9 c Jahresmittel Bodenart lehmiger Sand (ls) Bodenpunkte Vorfrucht: W-Raps Düngetermin StripTill: Aussaat: Blattbehandlung Crenel Topvital N-Saldo kg N/ha ,35 7,40 7,28 8, ,0 6,0 5,0 4, ,6 A 194,9 B 206,4 B 3,0 2,0 1,0 0 Kontrolle ohne Düngung 30 m3 R-Gülle 111 kg N/ha Strip Till 0,0 30 m3 R-Gülle 4 l ENTEC FL Strip Till 33

34 Reduktion der N 2 O-Emissionen nach Gülleapplikation durch Einsatz von Nitrifikationsinhibitor bei Gülleinjektion N2O Emissions (kg N2O N/(ha*265 Herr, 2016; Hohenheim Olfs, 2016, FH Osnabrück 34

35 kg N2O-N / ha Nitrifikationsinhibitoren reduzieren Lachgasverluste Prof. Dr. Schmidhalter, Lehrstuhl für Pflanzenernährung,TUM Weihenstephan Agrarwissenschaftliches Symposium September ,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Kontrolle (ohne Gülle) Gülle bandförmig = wie Schleppschlauch N2O-Emission Gülle mit Stabilisator bandförmig Gülle injiziert Gülle injiziert mit Stab. Schmidhalter et al. (2011) 35

36 Übersicht Nitrifikationsinhibitoren für organische Dünger 36

37 Nitrifikationshemmstoffe: Vorteile / Nutzen bei der Ausbringung von organischen Flüssigdüngern Reduzierung des Auswaschungsrisikos von Nitrat im Boden zeitlich flexiblere Ausbringung von Gülle und fl. Biogasgärrest - breiteres Zeitfenster im Frühjahr - bodenschonendere Ausbringung möglich - Vorverlegen von Güllegaben vor der Saat möglich (> 1 Monat) Reduktion von Lachgasbildung bis zu 60% möglich höhere Erträge bei verbesserter N-Aufnahme Hinweis: Rasche Einarbeitung bzw. Injektion von Gülle bei Einsatz von Nitrifikationshemmstoffen erforderlich! Prof. Dr. Schmidhalter, Lehrstuhl für Pflanzenernährung,TUM Weihenstephan Agrarwissenschaftliches Symposium September

38 Zusammenfassung Die DüV richtet den Fokus auf die Steigerung der Nährstoffverwertung im intensiven Pflanzenbau. Als Regulativ dienen ein einheitliches, verbindliches Stickstoff-Bedarfswertesystem je Kultur und Fläche und die Einschränkung von zulässigen N- und P-Bilanzüberschüssen. Die Herausforderung liegt in der Optimierung des Nährstoffmanagements. Stickstoffstabilisatoren wie NI und UI reduzierten NO 3 -, N 2 O und NH 3 Verluste und leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der N-Effizienz und zum Umweltschutz. 38