CULTAN Neues altes Düngungsverfahren

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1 CULTAN Neues altes Düngungsverfahren Bild Schuler Die Bezeichnung CULTAN steht für die Abkürzung des englischen Begriffs Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition und muss als geregelte, möglichst lang andauernde Ernährung der Pflanzen mit Ammonium- (NH 4 +)-N übersetzt werden. Das CULTAN - oder Depot-Düngungsverfahren ist inzwischen auch in der Praxis erprobt. Hierzu werden zur Stickstoffdüngung von Ackerkulturen nitratfreie oder nitratarme Ammonium- (Harnstoff-)Lösungen mit speziellen Geräten direkt in den Boden zwischen die Pflanzenreihen in Wurzelnähe injiziert. An den Injektionsstellen bilden sich Stickstoffdepots, die bei korrekter Bemessung den Düngebedarf für das zu erwartende Pflanzenwachstum abdecken und zur Ernte vollständig verbraucht sind. Die hohe Ammoniumkonzentration macht die Depots gegen mikrobielle Umsetzungen (Nitrifikation und Denitrifikation) sehr stabil. Dadurch wird Ammonium nicht oder erst allmählich zu Nitrat umgewandelt. Auf diese Weise entsteht im Boden insbesondere zu Vegetationsbeginn oder bei Kulturen mit später N-Aufnahme wie etwa Mais weniger auswaschungsgefährdetes Nitrat sowie möglicherweise weniger Lachgas (N 2 O). Ein weiterer Vorteil ist, dass die gesamte Stickstoffmenge zu einem späteren Entwicklungsstadium z. B. bei Winterweizen in EC 29 bis 30/31 in einer Gabe erfolgen kann. Dies kann Arbeitsspitzen brechen und den Arbeitsaufwand sowie mögliche Bodenbelastungen reduzieren. Bislang schränken fehlende auf die jeweilige Region bezogene konkrete Düngeempfehlungen für dieses Verfahren den Praxiseinsatz noch ein. Das Landwirtschaftliche Technologiezentrum LTZ Augustenberg in Karlsruhe führt daher in Zusammenarbeit mit den Regierungspräsidien in Baden-Württemberg und den unteren landwirtschaftlichen Behörden bei den Landratsämtern dieses Bundeslandes sowie der Universität Hohenheim und der FH Nürtingen-Geislingen seit 2008 Feldversuche durch, um vorhandene Wissenslücken zu schließen. Erste Versuche 50

2 Abbildung 1: Kornertrag und Rohproteingehalt von Winterweizen im Mittel von 2 Jahren und 6 Versuchsstandorten (LTZ Augustenberg) bestätigen, dass nach der CULTAN -Methode gedüngte Getreidebestände meist ein gleich hohes Ertragsniveau aufweisen und die Rohproteingehalte durchwegs höher als bei den konventionell gedüngten Vergleichsflächen (s. Abbildung 1) sind. N-Abfuhr und N-Saldo sind folglich mit konventionellen Düngeverfahren vergleichbar. Grundlage des CULTAN -Verfahrens ist, dass Stickstoff, der als Ammonium gedüngt wird, zum überwiegenden Teil auch als Ammonium-N von den Pflanzen aufgenommen und verwertet wird. Wird ein nitrathaltiger Dünger verwendet, ist es fachlich korrekter, von einer Depotdüngung zu sprechen, unabhängig davon, ob ein Depot an der Bodenoberfläche oder im Boden (Punkt- oder Bandinjektion) angelegt wird. Die aus dem Maisanbau bekannte Unterfußdüngung beispielsweise mit einem NP-Dünger stellt letztendlich eine Form dieser Depodüngung dar. Bei dem CULTAN -Verfahren oder einem vergleichbaren Depotdüngungsverfahren wird der Dünger nicht oberflächlich auf den Boden aufgebracht (ohne oder mit Einarbeitung), sondern als konzentriertes Ammonium-Depot in den Boden eingebracht (injiziert). Hierbei wird mit einer speziellen Injektionstechnik eine möglichst hoch konzentrierte Ammoniumlösung je nach Kultur 7 cm bis 20 cm tief in den Wurzelraum der Kulturpflanzen injiziert. Abbildung 2 zeigt deutlich den Unterschied im Wurzelwachstum in Abhängigkeit vom Düngungsverfahren. Bei der Düngung mit Nitrat oberflächlich entsteht ein gleichmäßiges Wurzelbild infolge der gleichmäßigen Abb. 2: Wurzelbild von Mais bei Düngung von Nitrat oberflächlich im Vergleich zu einer Ammoniumdüngung injiziert (Kücke, 2010). Verteilung des Düngers im Boden. Beim Verfahren Ammonium injiziert wachsen die Wurzeln allmählich an das Depot heran und nehmen entsprechend dem jeweiligen N-Bedarf kontrolliert Ammonium-N oder Bild Mokry 51

3 bei beginnender Nitrifikation Nitrat-N auf, während das Depot selbst zunächst nicht durchwurzelt wird. Bei allen konventionellen Verfahren der N- Düngung muss der Landwirt entsprechend dem Verlauf des Pflanzenwachstums darüber entscheiden, wann, wie viel und in welcher Form er den Pflanzen Stickstoff zur Verfügung stellt. Meist werden dazu Nitrat-betonte Mineraldünger verwendet, die breitflächig in fester oder flüssiger Form auf den Boden aufgebracht werden. Eine Einarbeitung des N-Düngers in die durchwurzelbare Bodenzone erfolgt jedoch nur zu wenigen hierfür geeigneten Kulturen. Aufgrund dessen sowie der guten Wasserlöslichkeit nitrathaltiger Dünger können diese in den Wurzelraum einerseits eingewaschen, jedoch auch in mehr oder weniger großen Mengen witterungsabhängig ausgewaschen werden. Obwohl das CULTAN -Verfahren stetig weiterentwickelt wird, können nach Jahrzehnte langer Forschung und praktischer Erfahrungen Teilaspekte als gesichert betrachtet werden. Zusammenfassend ist als aktueller Stand des Wissens festzuhalten, dass Ammonium als N-Quelle zeitlich begrenzt stabil ist, die N-Versorgung auch bei ungünstiger Witterung berechenbar ist, die Regulation der N-Aufnahme durch die Pflanze als Folge der Toxizität von Ammonium-N für die Pflanze gewährleistet ist, die Wurzeln an das N-Depot herangeführt werden und das Wurzelwachstum gefördert wird, eine (teilweise) räumliche Trennung der Synthese von Kohlehydraten und Eiweißverbindungen erfolgt, hieraus Harmonisierung des Wachstums zwischen Spross und Wurzeln resultiert, Source/Sink-Effekte als Grundlage für gute Ertragsbildung gefördert werden, die in den Pflanzen vorhandenen Ertragspotenziale ausgeschöpft werden, weniger Nitrat in den Pflanzen angereichert wird, sich die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber Stressfaktoren erhöht, die Qualität der Ernteprodukte durch die exakte Regulierung der N-Versorgung gefördert wird, sich der Unkrautdruck durch einen latenten N-Mangel auf der Restfläche verringert und dass N-Verluste durch Auswaschung und Denitrifikation reduziert werden können. Besonderheiten einer Ammoniumdüngung: Bisher betrachtet man Ammonium in der Pflanzenproduktion als wenig verträgliche Stickstoffform. Gleichmäßig im Wurzelraum verteilter Ammonium-N kann jedoch von Spezialgeräte injizieren konzentrierte Ammoniumlösung oder flüssige Wirtschaftsdünger direkt in den Wurzelraum. Bild Schuler 52

4 Ertrag ist planbar! Optimieren Sie Ihre Düngung mit N-Tester und YARA Plan Ermitteln Sie den N-Düngebedarf Ihres Getreides im Bestand - einfach, treffsicher, schnell! Düngeplanung und Nährstoffbilanzierung gemäß Offizialberatung - CD jetzt kostenlos online bestellen! YARA GmbH & Co. KG, Hanninghof 35, D Dülmen / yara.de@yara.com Tel / 79 80, Fax / /

5 pots nur einen Teilbereich des vorhandenen Bodenvolumens einnehmen, bleibt der restliche Bodenraum relativ frei von Ammonium- Ionen. So kann in diesem Bereich eine sichere Versorgung der Pflanzen mit anderen Nährstoffen auch mit Nitrat stattfinden. Im Gegensatz zum gleichmäßig im Boden verteilten Nitrat- oder Ammonium-N kommen bei Depots nur wenige Wurzeln an den Grenzflächen dieser Depots mit dem Ammonium in Kontakt. Dort nehmen die Wurzeln nur dann Ammonium-N aus dem Depot auf, wenn sie vom Spross ausreichend mit Kohlenhydraten versorgt sind, um das Ammonium-Ion direkt in den Stoffwechsel der organischen N-Verbindungen (Amine, Aminosäuren, Amide etc.) einbauen (= aktive Aufnahme) und so entgiften zu können. Die Pflanze reguliert somit die Ammonium- N-Aufnahme entsprechend ihrer jeweils aktuellen assimilatorischen Leistung. Das bedeutet, dass das Wachstumspotenzial der Pflanze dem Witterungsverlauf folgend stets voll ausgeschöpft wird. Bei Abnahme der Ammoniumgehalte an den Grenzbereichen des Depots wachsen die Wurzelspitzen direkt nach und brauchen so allmählich das gesamte Depot auf (siehe Abbildung 2). Unter den Bedingungen der N-Aufnahme aus den konzentrierten Ammonium-Depots verändert sich infolge der gesamte Stoffwechsel. Da der Ort des Stickstoff-Einbaus von den Blättern zu den Wurzeln verlagert In der Landwirtschaft hat der hohe und regelmäßige Einsatz von Handels- (Mineraldünger) und Wirtschaftsdüngern (organisch-mineralische Dünger wie Gülle, Jauche, Gärreste aus Biogasanlagen und Mist) maßgeblich zu den hohen Ertragszuwächsen beigetragen. Andererseits führte aber die erhöhte Zufuhr an Nitrat-N auch zu höheren Auswaschungsverlusten in der Regel in der vegetationsfreien Zeit mit der Folge einer Belastung des Grundwassers mit Nitrat-N. Nitrat selbst wird zwar nicht als direkt gesundheitsschädlich bezeichnet, kann aber im Verdauungstrakt zu Nitrit umgewandelt werden. Nitrit wiederum kann insbesondere bei Säuglingen und Kleinkindern zu mangelnder Versorgung des Gehirns mit Sauerstoff (Blausucht) führen. Ferner entstehen aus Nitriten im Körper u. U. krebserregende Nitrosamine. Da auch weitere negative Auswirkungen auf den Organismus auftreten können, hat der Gesetzgeber für Trinkwasser einen Grenzwert von max. 50 Milligramm Nitrat pro Liter festgelegt (für Säuglinge 10 mg/l). Für pflanzliche Erzeugnisse existieren verbindliche Höchstwerte. Darüber hinaus ist der Nitrateintrag in Oberflächengewässer zusammen mit den Phosphaten ursächlich für die Eutrophierung dieser Gewässer, mit der Folgen von Massenwachstum von Algen und Sauerstoffzehrung. Ausbringung direkt in den Wurzelraum verringert die Auswaschungsgefahr. den Pflanzen sowohl aktiv als auch passiv aufgenommen werden. Bei aktiver Aufnahme wird Ammonium in den Wurzeln direkt in den Stoffwechsel organischer N-Verbindungen übernommen. Bei der passiven Aufnahme kann Ammonium dagegen in ausgewachsenen Blättern angereichert werden, wo jedoch bereits niedrige Konzentrationen Wachstumsstörungen hervorrufen können. Bei höheren Konzentrationen werden durch Ammonium Nekrosen an den Blatträndern gebildet. Da beim CULTAN -Verfahren die Bodende- wird, verändern sich auch die Konzentrationen der organischen Substanzen und die hieraus resultierenden osmotischen Drücke innerhalb der Pflanze. Diese Veränderungen, die in der Biologie als sogenannte Source- Sink-Effekte bezeichnet werden, führen zur Verbesserung des Pflanzenwachstums und der Qualität der pflanzlichen Produkte. Die Nitrat-Problematik Bild Schuler Einsatzmöglichkeiten flüssiger Wirtschaftsdünger Die im landwirtschaftlichen Betrieb mit Viehhaltung oder beim Betrieb landwirtschaftlicher Biogasanlagen anfallenden flüssigen Wirtschaftsdünger wie Gülle oder Gärreste müssen nach den Regeln guter fachlicher Praxis ökologisch und ökonomisch sinnvoll in der Pflanzenproduktion eingesetzt werden. Dies geschieht häufig nicht immer konsequent, da je nach Art der Anwendung dieser Wirtschaftsdünger insbesondere ohne zeitnahe Einarbeitung in Abhängigkeit von der Witterung erhebliche Mengen an Ammonium-N über die Luft als Ammoniak verloren gehen können. Obwohl bei den flüssigen Wirtschaftsdüngern ein Großteil des Stickstoffs als Ammonium vorliegt, sind diese jedoch als typische CULTAN -Dünger weniger geeignet, da die Konzentration an Ammonium-N zu gering ist (Ausnahme: Depot-/Unterfußdüngung mit flüssigen Wirtschaftsdüngern zu Mais in einer vor oder zur Maissaat ausgebrachten Gabe). Zur Verwendung flüssiger Wirtschaftsdünger als CULTAN - Dünger sollte der Gehalt an Ammonium-N etwa 10 kg/m3 betragen. Nach entsprechender Aufbereitung kann diese dann als CULTAN -Dünger bezeichnet werden. Unterfußdüngung zu Mais mit Gülle oder Gärrest Selbst bei ausreichender P-Versorgung der Böden hat sich eine Unterfußdüngung 54

6 (UFD) mit mineralischen (N-) P-Düngern bei Mais in vielen Regionen insbesondere bei langsamer Bodenerwärmung und folglich verzögerter Jugendentwicklung als vorteilhaft erwiesen. Bei der Verwendung von mineralischen Düngern lassen sich Unterfußdüngung und Aussaat gut kombinieren, weil in den Mineraldüngern die Nähstoffe in relativ hoch konzentrierter Form vorliegen. Problematisch bei der Unterfußdüngung mit Mineraldüngern kann allerdings sein, dass damit häufig schon ein Drittel bis zur Hälfte des Phosphatbedarfs der Pflanzen abgedeckt wird. Betriebe, bei denen aufgrund intensiver Veredelung in Form der flüssigen Wirtschaftsdünger mehr Phosphat anfällt als zur Düngung benötigt wird, haben bei mineralischer Unterfußdüngung noch deutlich Autor mehr P-Überschüsse oder Überschussgülle. Da der Transport der Überschussgülle zu Bedarfsbetrieben sowie der Einsatz von Mineraldünger zusätzliche Kosten verursacht, wäre es schon aus wirtschaftlicher Sicht interessant, die Unterfußdüngung beispielsweise mit Gülle vorzunehmen. Möglichkeiten einer Unterfußdüngung zu Mais mit flüssigen Wirtschaftsdüngern Kombination von Ausbringung der flüssigen Wirtschaftsdünger und Saat Bewertung: Eine gute Jugendentwicklung vergleichbar mit UFD mineralisch ist gewährleistet. Jedoch kann es auf strukturschwachen Böden oder bei feuchten Kornertrag und N-Effizienz von Körnermais im Feldversuch 2010 Versuchsglieder Kornertrag [rel. zu KAS] N-Effizienz [% N-Düngung] KAS 9,3 t TM/ha 89 Gärrest-Depot (ohne Stab.) Gärrest-Depot (mit Stab.) Fazit Die Depotdüngung mit mineralischen, aber auch organisch-mineralischen Düngern (flüssige Wirtschaftsdünger) stellt eine interessante Option in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion insbesondere im Maisanbau dar. Zahlreiche Versuche und Untersuchungen belegen, dass Ertrag und Produktqualität mit den üblichen Düngeverfahren vergleichbar sind. Entscheidend für den einzelnen landwirtschaftlichen Betrieb werden die vorhandene oder überbetrieblich einsetzbare Ausbringtechnik, geeignete Dünger, die Produktionsausrichtung und die Standorteigenschaften sein. Um unter ökologischen wie ökonomischen Aspekten eine fachgerechte Ausbringung flüssiger Wirtschaftsdünger im Depot zu erreichen, ist ein überbetrieblicher Einsatz der durchaus teuren Technik von Vorteil. Besonders im Hinblick auf ökologische Anforderungen an die N-, aber auch P-Düngung, eröffnen sich mit dem Verfahren neue Wege. Dr. Markus Mokry im Referat Agrarökologie, Landwirtschaftliches Technologiezentrum LTZ Augustenberg, Außenstelle Karlsruhe, zuständig für den Bereich Pflanzenernährung-Umwelt, Düngeberatung und Ökologischer Landbau Nesslerstrasse Karlsruhe T 0721/ markus.mokry@ltz.bwl.de Bodenverhältnissen infolge der hohen Tragegewichte (Sägerät und Güllewagen sind miteinander verbunden) zu Bodenverdichtungen sowie zu Vernässung im Saatbereich kommen. Entkoppelung von Ausbringung der flüssigen Wirtschaftsdünger und Saat Bewertung: Die Saatgutablage erfolgt oberhalb des tiefer liegenden Güllebandes (= räumlicher Vorteil). Es sind zwei zeitlich voneinander unabhängige Arbeitsgänge notwendig, die jedoch zu einer Entzerrung von Arbeitsspitzen führen und die Gülledüngung zu einem geeigneten, bodenschonenden Zeitpunkt (Bodenstruktur, Erosion!) ermöglichen. Erste Beobachtungen der Landwirtschaftskammer Niedersachsen zeigen, dass aus pflanzenbaulicher Sicht zwischen einer Unterfußdüngung mit Mineraldünger im Vergleich zu einer Unterfußdüngung mit flüssigen Wirtschaftsdüngern keine wesentlichen Unterschiede bestehen. Sowohl bei der Mineraldüngervariante als auch bei der Variante, bei der die Gülle in den Boden als Depot abgelegt wurde, war eine deutlich bessere Jugendentwicklung festzustellen als auf den Parzellen ohne Unterfußdüngung. Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Varianten mit Unterfußdüngung waren dagegen gering. Um für die Landwirtschaft in Baden-Württemberg geeignete Verfahren zu testen, werden am LTZ Augustenberg zum Thema Depotdüngung zu Mais mit flüssigen Wirtschaftsdüngern verschiedene Düngungssysteme geprüft. In der Tabelle sind Teilergebnisse des Versuchsjahres 2010 zur Depotdüngung mit Gärresten zu Körnermais dargestellt. Kornertrag sowie die N-Effizienz der Depotvarianten sind mit einer mineralischen N-Düngung mit KAS (bei ausgeglichener P- und K-Versorgung) vergleichbar. In weiteren Versuchsjahren wird nun auch der Frage der P-Wirkung einer Unterfuß- oder Depotdüngung mit flüssigen Wirtschaftsdüngern im Exakt-Feldversuch nachgegangen. Diese Fragestellung ist besonders vor dem Hintergrund der Bilanzierung von Phosphat nach der Dünge-Verordnung im Vieh haltenden oder Biogas-Betrieb zu sehen. 55