Formen der N-Stabilisierung Wirkung, Wirtschaftlichkeit und praktische Anwendung. Michael Fuchs, SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH

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1 Formen der N-Stabilisierung Wirkung, Wirtschaftlichkeit und praktische Anwendung Michael Fuchs, SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH

2 Effizientere N-Düngemittel Stabilisierungsmöglichkeiten Umhüllung Chemische Struktur (Langkettige N- Verbindungen) Nitrifikationsinhibitoren Ureaseinhibitoren 2

3 Idealbild der Nährstoffbereitstellung 250 Nährstoffbereitstellung aus dem Dünger Pflanzenaufnahme 3

4 1. N-Gabe 2. N-Gabe 3. N-Gabe Anpassung an den N-Bedarf durch Mehrfachgaben 250 Pflanzenaufnahme 4

5 N-Verluste und -Verfügbarkeitsprobleme Winter Denitrifikation N 2 NO x N 2 O N-Düngung mineralisch organisch NH 3 org. Dünger Sommer Mineralisation NO 3 - Schlechte Befahrbarkeit Verfügbarkeitspobleme Verlagerung Wassersättigung im Boden Michael Fuchs, SKW-Fachtagungen Düngung 2012/13 5

6 Strategien zur Erhöhung der N-Dünger-Effizienz verbesserte Anwendung Ausbringtechnik Alle Düngemittel kein Privileg des Nitrates Bedarfsermittlung Precision Farming Platzierte Düngung effiziente Düngemittel Langsame Freisetz. Umhüllung hpts. Harnstoff bzw. Ammonium Ureaseinhibitoren Nitrifikationsinh. 6

7 N-Umsetzung im Boden und Verlustrisiken Ammoniakverluste Lachgas- und Denitrifikations -verluste Ha NH 4 + NO 3 - Hydrolyse Max. 4 Tage ( 2 0 C) < 1 Tag (20 0 C) Nitrifikation 6 Wochen ( 5 0 C) 1 Woche (20 0 C) Nitrat 7

8 Effizientere N-Düngemittel Stabilisierungsmöglichkeiten Umhüllung Chemische Struktur (Langkettige N- Verbindungen) Nitrifikationsinhibitoren Ureaseinhibitoren 8

9 Umhüllte Dünger Polymerhülle Wachse Schwefel Ha NH 4 NO Monate 9

10 Mechanismus Nährstoff-Freisetzung Schwefelumhüllung Polymerumhüllte Dünger 10

11 Nitrat-N-Auswaschung (mg N / Gefäß) Umhüllte Dünger - Nitratauswaschung Gefäßversuch Nitrat-N-Auswaschung (mg N/Gefäß) Simulation Starkniederschlag 21 Tage nach Düngerapplikation a A Mais Weidelgras 140 b 120 B BC c 40 D 15 c ohne N NPK Plantacote OSMOCOTE Signifikanzen Newman-Keuls-Test 11

12 Trockenmasseertrag (g TM/pot) Umhüllte Dünger - Ertragsbildung Gefäßversuch Ertrag (g Trockenmasse/Gefäß) Einjährigem Weidelgras Schnitt a Schnitt 3. Schnitt 4. Schnitt 5. Schnitt gesamt c b 10 d 5 0 ohne N NPK Plantacote OSMOCOTE Signifikanzen Newman-Keuls-Test 12

13 Einsatz von controlled-release-düngern 2005 USA West-Europa Japan 31% Sonderkulturen landwirtschaftliche Kulturen Gartenmarkt Quelle: Fertilizer International 455/ July-August 2013 insgesamt < 1 % des Weltdüngermarktes davon 70 % USA 19 % West-Europa 11 % Japan 13

14 Effizientere N-Düngemittel Stabilisierungsmöglichkeiten Umhüllung Chemische Struktur (Langkettige N- Verbindungen) Nitrifikationsinhibitoren Ureaseinhibitoren 14

15 Langzeitdünger Ha NH 4 NO 3 15

16 Langzeitdünger + umhüllte Dünger zu teuer bei 200 kg/ha N = /ha Quelle: 16

17 Effizientere N-Düngemittel Umhüllung Chemische Struktur (Langkettige N- Verbindungen) Nitrifikationsinhibitoren Ureaseinhibitoren Stabilisierungsmöglichkeiten 17

18 mg N pro 100 g Boden HS-Umsetzung unter verschiedenen Temperaturen Applikation von 10 mg HS-N pro 100 g Boden Cunnersdorf (50 % WKmax) Mittelwerte aus 3 Wiederholungen C - HS-N 20 C - NH4-N 5 C - HS-N 5 C - NH4-N HS-Abbau (t 50 -Wert): 20 C: 3,9 Stunden 5 C : 9,5 Stunden Stunden nach Applikation 18

19 Ureaseinhibitoren Ammoniakverluste Ureaseinhibitor Gaben können nicht zusammengelegt werden. Düngungssysteme wie bei traditionellen Düngern sind notwendig, Ha da kaum verzögert NH + 4 Nitrat entsteht NO - 3 Hydrolyse ca. 2 Wochen Nur wenig verzögert wird Ha zu NH 4 + und anschl. zu NO 3 - umgewandelt 19

20 Kumulative NH 3-N-Freisetzung (mg N/Gefäß) Verminderung NH 3 -Emissionen durch Ureaseinhibitor 23 mg Dünger-N pro 30 g Boden 50 % max. Wasserkapazität 20 C Bodentemperatur Modell-Untersuchungen ohne Ureaseinhibitor mit Ureaseinhibitor Tage nach Dünger-Applikation 20

21 NH 3 -Verlust rel. NH 3 -Verluste nach Ausbringung verschiedener N-Dünger Applikation zu Winterweizen Düngung 80 kg/ha N - 10-tägige Messperiode, ,6 0,2 0,1 0,2 NH3-Verlust rel. KAS 1,5 NH3-Verlust rel. HS 5,5 1,4 0,7 Ende März Anfang April Ende April Anfang Juni NS (mm) 10d 41,7 32,3 4,8 9,5 ØT ( C) 10d 5,7 8,0 15,4 18,5 Quelle: TU München/Lehrstuhl für Pflanzenernährung (SCHMIDHALTER, GUTSER, WEBER 2000)

22 NH 3 /NH 4 + -Verhältnis und ph-wert + Temperatur in wässriger Lösung bei 20 C: bei ph 9,4 50 % NH 3, 50 % NH + 4 bei ph 8 4,0 % NH 3, 96 % NH + 4 bei ph 7 0,4 % NH 3, 99,6 % NH + 4 Quelle: Denmead et al

23 Temperatur beeinflusst Ureaseaktivität Quelle: Pacholski,

24 War das nicht schön ( warm) in Brasilien? 24

25 Kornertrag (to/ha) Anwendung UI unter tropischen Bedingungen N-Düngung zu no-till-mais in Brasilien Mittel aus 7 Standorten (Cantarella etal., 2009) 10 9 a b b 8 7 7,1 7,4 7, Ha Ha + UI AN 25

26 Ertrag (relativ) Anwendung UI unter mitteleuropäischen Bedingungen N-Düngung zu WiWei, Raps und Mais LAF Cunnersdorf, WiWei Raps Mais a a a ,5 dt/ha 50,6 dt/ha 217 dt/ha TM Ha Ha + Agrotain KAS 26

27 N-Formenvergleich Harnstoff-KAS Relativertrag, 353 Versuche , verschiedene Standorte Getreide Raps Mais Kartoffel Zuckerrübe Gesamt Versuchsanzahl ohne N PIAGRAN (91,6 dt/ha) Kornertrag (47,3 dt/ha) Samenertrag (106,7 dt/ha) Kornertrag (432 dt/ha) Knollenertrag (713 dt/ha) Rübenertrag 100 KAS

28 Kornertrag (dt/ha), N-Entzug (kg/ha) Rohprotein (%) Harnstoff gleich KAS: Ertrag und N-Effizienz N-Düngung des Winterweizens Düngerformen im Vergleich (Boese, L., LLFG Sachsen-Anhalt ) , ,7 12, , , ,7 84,1 12,6 12,6 12,6 12, , KAS Harnstoff 12,6 12,5 Ertrag (dt/ha) N-Entzug (kg N/ha) RP (%) 28

29 Harnstoff gleich KAS: Ertrag und N-Effizienz 29

30 N-Umsetzung im Boden und Verlustrisiken Ammoniakverluste Verluste der N- Formen in der Summe gleich Lachgas- und Denitrifikations -verluste Ha NH 4 + NO 3 - Hydrolyse Max. 4 Tage ( 2 0 C) < 1 Tag (20 0 C) Nitrifikation 6 Wochen ( 5 0 C) 1 Woche (20 0 C) Nitrat 30

31 Zielindikationen zur Emissionsminderung Kyoto-Protokoll 1997 Minderung Emission Treibhausgase um 21 % ( ) im Rahmen EU-Lastenverteilung Zielindikation BRD CH 4-53 % N 2 O - 30 % 1990/ NO x - 61 % Reduzierung NH 3 -Emission auf 550 kt/a bis 2010 (-28 %) Internationale Vereinbarungen UN/ECE Protokoll zur Bekämpfung von Versauerung, Eutrophierung und bodennahem Ozon (Göteborger Protokoll 1999) EU-Richtlinie für nationale Emissionshöchstgrenzen (NEC-Richtlinie) SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH

32 NH 3 -Emissionen [kt/a] Politische Vorgaben Ammoniak-Emissionen NEC (2010) 550 kt Kommissionspläne (2030) energy industry solvent etc. -40% 200 mineral fertilizer cattle 100 grazing pigs poultry 0 horses other Quelle: in Anlehnung an Döhler, H. 2014, UBA 2014

33 Fazit Ureaseinhibitoren Ureaseinhibitoren (UI) werden nach DüMV zugelassen UI verlangsamen die N-Umsetzung von Ha zu Ammonium und verminderen dadurch Ammoniakverluste Ammonium wird trotzdem ungebremst zu Nitrat umgesetzt Gabenzusammenfassung wie bei NI nicht möglich Gunstlage Mitteleuropa für Harnstoff (Klima + Böden) Ha und KAS sind in der Ertragswirkung gleich (UI notwendig?) UI wirtschaftlich gerechtfertigt? Forderungen der Politik? Nicht jeder UI ist stabil auf Harnstoff (Wirkstoffverlust) UI der SKW ist stabil auf Harnstoff

34 Effizientere N-Düngemittel Umhüllung Chemische Struktur (Langkettige N- Verbindungen) Nitrifikationsinhibitoren Ureaseinhibitoren? Stabilisierungsmöglichkeiten 34

35 Nitrifikationsinhibitoren Lachgas- und Denitrifikations -verluste Nitrifikationsinhibitor Ha NH 4 + NO 3 - Nitrifikation 6 Wo. ( 5 0 C) Wochen 1 Wo. (20 0 C) 4-8 Wochen Nitrat 35

36 Einsatz von NI-stabilisierten N-Düngern Risikominderung: N-Verluste und Witterung 250 Wasserüberschuss zu Vegetationsbeginn Starkregen- Risiko Frühjahrs- und Frühsommertrockenheit traditionelle N-Düngung N G a b e n (kg/ha) N-stabilisierte Düngung (110) 90 (60)

37 N-Dünger auf trockenem Boden (Gerste ) ca. 2 Wochen ohne Niederschlag Dünger bleibt auf der Bodenoberfläche liegen und steht der Pflanze nicht zur Verfügung N-Stabilisierte Düngung senkt diese Risiken durch Gabenzusammenlegung, frühzeitige Düngung und höher pflanzenverfügbare N-Vorräte im Boden

38 Ertrag/N-Entzug (relativ) ALZON im statischen Dauerversuch Einfluss der Düngung mit ALZON flüssig auf Ertrag und N-Entzug (Mittelwerte statischer Dauerversuch 2 Standorte, , n=34) Ertrag N-Entzug * ohne N AHL 28 ALZON flüssig (100%) LSD 0,05 rel. = 2,88 (Ertrag), 3,95 (N-Entzug) ALZON flüssig (70%) * signifikant

39 Relativertrag ALZON im statischen Dauerversuch Nass/kaltes Frühjahr ausgeglichenes Frühjahr Trocken/warmes Frühjahr ALZON flüssig (100%) AHL 28 (100%)

40 Reduktion Nitratauswaschung Lysimeterversuch Bodentyp erodierte Braunerde Nitrifikations- inhibitor ohne mit N-Austrag mit dem Sickerwasser kg N/ha 50,8 30,9 % Minderung 39 Bleichstaugley ohne mit 19,4 9,2 51 Braunerde Parabraunerde ohne mit 33,0 21,3 35 N-Austrag: 97 % Nitrat-N 40

41 N 2 O-Emissionen (g N ha -1 ) Reduzierung Lachgas-Emissionen (N 2 O) 200 Feldversuch TU München, Weihenstephan Reduktion 112 g N ha -1 = 60 % Harnstoff Harnstoff ALZON + DCD/TZ 46 Reduzierung der Lachgas-Emissionen durch Nitrifikationsinhibitor um % im Mittel zahlreicher Versuche 41

42 Zulassung von Nitrifikations- (Urease) inhibitoren Für die Zulassung eines Nitrifikationsinhibitors müssen (a) die Wirksamkeit (b) die toxikologische und ökotoxikologische Unbedenklichkeit (c) die Unbedenklichkeit hinsichtlich sonstiger Umwelteffekte des Inhibitors gesichert und belegt sein. Die derzeit in der Praxis verfügbaren Nitrifikationsinhibitoren der SKWP (DCD/TZ und TZ/MP) besitzen sowohl die deutsche als auch die EU-Zulassung. 42

43 Umweltverhalten der NI Toxikologische Beurteilung Ökotoxikologie und Umweltwirkung Akute Toxizität Akute Hauttoxizität, Haut- & Augenreizung Sensibilisierungstest Akute Inhalationstoxizität Chronische Toxizität Kanzerogenität Multignerationstest Teratogentoxizität / Embryotoxizität Mutagenität Neurotoxizität Kinetik & Metabolismus Fisch- und Algentoxizität Wasserschadstoff-Einstufung Vogeltoxizität Effekte auf Bodenmikroorganismen Effekte auf Bodentiere Austrag von Nitrat-N Nitratgehalt von Kulturpflanzen Phytotoxizität Rückstandsverhalten Metabolismus in Pflanze, Boden, Tier 43

44 number of individuals (% of untreated soil solution) Umweltverhalten der NI 130 untreated treated Laborversuche Bodensuspension ppm MP = kg ha konstant 20 C 24 h Einwirkung Proteolyts Cellulolyts nitrifying bacteria N fixing bacteria symbiotic bacteria Aspergillus Fusarium Penicillien Nuccraceen Bodenbakterien Bodenpilze

45 Umweltverhalten der NI Beispiel: PIADIN (TZ / MP) Lysimeter- und Drainageversuche, Versuche mit 15 N: kein Wirkstoffeintrag in das Grundwasser geringes Verlagerungsverhalten Zitat: Daher ist die intendierte Verwendung von 1H-1,2,4-Triazol als robust sicher anzusehen. Hieraus folgt weiterhin, dass auch die vorgesehene Verwendung des Produktes PIADIN sicher ist

46 Vorteile der N-Stabilisierung NI-stabilisierte N-Dünger Hemmung der Nitrifikation Geringere N-Verluste Ammoniumbetonte Pflanzenernährung Verminderte Verminderte gas- Nitratauswaschung förmige N-Verluste (N 2 O, N 2 ) geringerer N-Eintrag in die Umwelt bedarfsgerechte N-Bereitstellung ph-absenkung Rhizosphäre Bessere P-, Fe-, Mn-, Zn-, Cu-, Si- Verfügbarkeit Angepasstes Pflanzenwachstum Besseres Wurzelwachstum höhere N-Bereitstellung Gabenzusammenfassung flexible Termine Bessere Erträge und N-Effizienz 46

47 Fazit Nitrifikationsinhibitoren Nitrifikationsinhibitoren (NI) werden nach DüMV zugelassen NI verlangsamen die N-Umsetzung zu Nitrat Neben Ammonium auch stets geringe Mengen an Nitrat verfügbar Nutzung der Eigenschaften des Kations NH 4 + für Pflanzen und Boden N-Effizienz und Erträge werden erhöht N-Verluste vermindert Umstellung der Düngungssysteme Gabenzusammenfassung Flexible Düngungsterme verbessern die Witterungsunabhängigkeit Einschränkende Hinweise: Keine Einzelgaben < 60 kg/ha N (dann Anwendung konventioneller Düngemittel) keine Anwendung bei N-Gesamt bedarf kleiner kg/ha N je nach Kultur Unsicherheiten beim Anwender durch anders Erscheinungsbild nach der Düngung visuell selten Vorteilswirkung sichtbar zunächst höherer Beratungsbedarf Anwendungsempfehlungen beachten!!!!!

48 Effizientere Düngemittel Umhüllung Chemische Struktur (Langkettige N- Verbindungen) Nitrifikationsinhibitoren Ureaseinhibitoren? Stabilisierungsmöglichkeiten 48

49 Zusammenfassung (1) Mit Langzeitdüngern und umhüllten Düngern ist eine bedarfsgerechte N-Ernährung gut möglich Eingeschränkte Anpassung an schwankenden N-Bedarf Für Landwirtschaftliche Kulturen zu teuer N-Stabilisierung Sammelbegriff für Urease- und Nitrifikationsinhibitoren Erhebliche Unterschiede zwischen UI und NI in Wirkung und Nutzen 49

50 Zusammenfassung Ureaseinhibitoren Mitteleuropa stellt Gunstlage für Harnstoff dar (Klima und Böden) Keine Ertragsunterschiede der N-Formen UI notwendig???? UI senkt Ammoniakverluste soweit vorhanden UI verbessert N-Effizienz unter außergewöhnlichen Bedingungen Düngungssysteme mit Gabenteilung müssen erhalten bleiben!!!! UI erhöhen den Düngerpreis rechnet sich das??? Fordert die Politik zukünftig die Anwendung von UI????» SKW ist darauf vorbereitet und forscht intensiv an diesen Fragen!!!! 50

51 Zusammenfassung Nitrifiaktionsinhibitoren NI-stabilisierte Düngungssysteme mit ALZON und PIADIN haben sich durch zahlreiche wirtschaftliche und umweltrelevante Vorteilswirkungen in der Praxis bewährt durch eine ammoniumbetonte, bedarfsgerechte Stickstoffernährung wird die N-Effizienz erhöht und N-Verluste vermindert Gabenzusammenlegung spart Arbeit Flexible Düngungsterme verbessern die Witterungsunabhängigkeit NI-stabilisierte N-Dünger lassen sich mit innovativen Düngetechniken gut kombinieren NI-stabilisierte N-Düngungssysteme bedeuten: Weniger Arbeit - Mehr Ertrag - Umwelt schonen 51

52 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und viel Erfolg SKW-Feldtag 10. Juni