Einfluss von Leguminosen und organischer Düngung auf die Nitratauswaschung in Maisfruchtfolgen

Transkript

1 Ackerbautagung 25. /26. November in Iden/Bernburg Einfluss von Leguminosen und organischer Düngung auf die Nitratauswaschung in Maisfruchtfolgen Zentrum für Ackerund Pflanzenbau Dr. N. Tauchnitz

2 Nitratbelastung Grundwasser (Medien) planet e ZDF-Sendung vom [Archiv] Zeitbombe im Trinkwasser: Nitrat belastet das Grundwasser Deutschland gehört zu den größten Trinkwasserverschmutzern in der EU: Kot und Urin aus der Massentierhaltung gefährden unser Wasser. Denn diese Gülle wird auf die Felder gekippt und sickert ins Grundwasser. Die Zahlen sind dramatisch: Der Nitrat-Grenzwert wird in der Hälfte aller Messstellen in Deutschland nicht mehr eingehalten. Dabei kann der Stoff beim Menschen Krebs auslösen. Brüssel schlägt Alarm. Die Welt: Beitrag vom Wann explodiert die Zeitbombe im Grundwasser? Die Trinkwasserqualität in Deutschland ist gut noch. Die Überdüngung der Felder mit Kot und Urin aus der Massentierhaltung belastet jedoch das Grundwasser. Dabei gibt es einen Verzögerungseffekt. Deutschlandfunk: Beitrag vom Deutsche Wasserqualität: Alarmierende Nitratbelastung Gülle, synthetischer Dünger und Mist werden als Stickstoff- Lieferant auf den Acker oder die Weide gekippt. Doch so viel Stickstoff, wie auf dem Boden landet, brauchen die Pflanzen nicht zum Wachsen. Der Überschuss gerät in Flüsse und Grundwasser. Der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft sorgt sich um die Wasserqualität in Deutschland. (Von Dieter Nürnberger) Hintergrund Ein Landwirt in Niedersachsen bei Hoopte bringt Gülle aufs Feld. (picture alliance / dpa) 1

3 Rechtlicher Hintergrund Europäische Gewässerschutzbestimmungen EU Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) [Nr. 2/6/EG] guter ökologischer und chemischer Zustand europäischer Gewässer bis 215 Bewertung chemischer Zustand Grundwasser [GrwV, Anlage 2] Oberflächengewässer [OGewV, PSM: Anlage 5 und 6] Auszug Anlage 2 (GrwV) Substanzname CAS-Nr.1 1) Schwellenwert Ableitungskriterium Nitrat (NO 3- ) - 5 mg/l Grundwasserqualitätsnorm Foto: M. Schrödter gemäß Richtlinie 26/118EG Wirkstoffe in Pflanzenschutzmitteln und Biozidprodukten einschließlich relevanter Stoffwechsel-, Abbau- und Reaktionsprodukte 2) Hintergrund - jeweils,1 µg/l insgesamt 3),5 Grundwasserqualitätsnorm gemäß Richtlinie 26/118EG Ammonium (NH 4+ ) ,5 mg/l Trinkwasser Grenzwert für Indikatorparameter 2

4 Gewässerzustand Sachsen-Anhalt 21 % der Oberflächenwasserkörper und 52 % der Grundwasserkörper (GWK) in einem schlechten chemischen Zustand 24 GWK in einem schlechten chemischen Zustand aufgrund von Nitrat GWK in einem schlechten chemischen Zustand aufgrund von Nitrat (Stand 214, Quelle LHW) Hauptursache diffuse Nährstoffeinträge aus der Fläche - verursachen 89 % der Stickstoff- und 73 % der Phosphor-Einträge in die Gewässer Sachsen-Anhalts (MLU, 215) Hintergrund 3

5 Gesamt-N-Einträge in die Gewässer Sachsen-Anhalts differenziert nach Eintragspfaden Verhältnis punktuelle zu diffuse Quellen 13 % : 87 % Hintergrund Nährstoffmodellierung durch das FZ Jülich für ST mittels Modellkombination GROWA-WEKU-MEPhos 4

6 N-Bilanzen nach DüV für Sachsen-Anhalt N-Saldo [kg N/ha LN] Gewichtetes Mittel (über LVG 1 ) 55,7 53,1 22,9 Minimum 18, 17,7 3,6 Maximum 74,1 75,1 43,9 Gewichtetes Mittel (über LVG 1 ) ,9 LVG: Landwirtschaftliches Vergleichsgebiet Hintergrund Privates Institut für Nachhaltige Landbewirtschaftung GmbH 5

7 Maßnahmen zur Minimierung von N-Verlusten Düngemanagement Fruchtfolge Bodenbearbeitung - an Pflanzenbedarf angepasst - Ermittlung Bedarf (Nmin, Ernährungszustand, etc.) - möglichst ganzjährige Bodenbedeckung - Vermeidung hoher Herbst-Nmin-Gehalte (Auswaschungsgefahr ) - Reduzierte Bodenbearbeitung (Erosionsschutz, Minimierung von Mineralisationsschüben) Zwischenfrüchte - Speicherung auswaschungsgefährdeten Nitrats - Verbesserung Bodenstruktur Ausbringungstechnik - Wurzelnahe Applikation - Depot-Düngung Foto: J. Bischoff Reduzierungsmaßnahmen 6

8 Wirksamkeitsnachweis von Reduzierungsmaßnahmen Dränagemessfeld Ermittlung der Nährstoffauswaschung über den Dränagepfad bei differenzierten Standortbedingungen Dränagemessfeld in Lückstedt (nördliche Altmark) Schwerpunkte: Langfristiges Monitoring und Optimierung der Bewirtschaftung auf dränierten Schlägen Berücksichtigung differenzierter Nitrat- Abbaubedingungen (Verweilzeiten) aufgrund kleinräumig variierender Standortbedingungen (hydrologisch, geologisch, bodenkundlich) Methoden 7

9 Wirksamkeitsnachweis von Reduzierungsmaßnahmen Lysimeterversuche Ermittlung der Nitratauswaschung über den Sickerwasserpfad bei differenzierter Bewirtschaftung Lysimeterstation Falkenberg (Altmark) des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung-UFZ Schwerpunkte: Integration legumer Zwischenfrüchte in Maisfruchtfolgen Gülle-Strip-Till Langjährige Bewirtschaftung ökologisch und konventionell Methoden 8

10 Wirksamkeitsnachweis von Reduzierungsmaßnahmen Saugkerzenmessfeld Ermittlung der Nitratverlagerung in Schwarzerdeböden bei differenzierter Düngung Versuchsstation der LLG Bernburg Schwerpunkte: Vergleich der Nitratverlagerung bei langjährig organischer und mineralischer Düngung Bezug zu N-Salden und Nmin-Gehalten im Boden Tiefenverteilung Nitrat im Boden Einflussfaktoren (Bodenfeuchte, Bodentemperatur, etc. Methoden 9

11 Wirksamkeitsnachweis von Reduzierungsmaßnahmen Parzellenversuche Anwendung des Gülle-Strip-Till-Verfahrens in Maisfruchtfolgen zur Erhöhung der N-Effizienz Lückstedt (LK Stendal) Pseudogley-Braunerde (schwach bis mittel-lehmiger Sand) Burgsdorf (LK Mansfeld-Südharz) Kolluvisol-Tschernosem (Lehm) Quellendorf (LK Anhalt-Bitterfeld) Salmtieflehm-Gley (lehmiger Sand) Varianten: Kontrolle (ohne Gülle), Strip-Till mit NI, Strip-Till ohne NI, Ganzflächige Gülleausbringung mit NI, Ganzflächige Gülleausbringung ohne NI m³/ha Gülle/Gärreste im Frühjahr zu Mais, 5 l/ha NI NI: Nitrifikationsinhibitor Methoden 1

12 Witterungsverlauf 215 -Lückstedt NS [mm] 12, Niederschlag (Versuchszeitraum) Langjähriger Niederschlag ( ) Temperatur (Versuchszeitraum) Langjähriges Temperaturmittel ( ) T [ C] 25 1, NS (215): NS (langjährig): 483 mm 542 mm Ø T (215): Ø T (langjährig): 1,1 C 8,5 C 2 8, 15 6, 1 4, 5 2,, Nov 14 Dez 14 Jan 15 Feb 15 Mrz 15 Apr 15 Mai 15 Jun 15 Jul 15 Aug 15 Sep 15 Okt 15-5 Ergebnisse 11

13 Dränagemessfeld Stoffkonzentrationen im Dränwasser MW Min Max MW WHJ MW SHJ Nitrat [mg/l] 92,7 1,5 227,7 19,4 77,4 Nitrit [mg/l],6, 8,7,2,9 Ammonium [mg/l],2,,4,1,3 Gesamt-Stickstoff [mg/l] 24,1 5,5 52,5 27,1 22, Kalium [mg/l] 1,4,2 4,2 1,5 1,4 Magnesium [mg/l] 19,3 7, 35,4 17,5 21, Calcium [mg/l] 15, 44,7 272,6 166,7 134, Sulfat [mg/l] 11,6 8, 258,6 11,5 11,8 Gesamt-Phosphor [mg/l],2,,23,3,2 Gelöster org. Kohlenstoff [mg/l] 6,7, 151,3 3,9 9,2 ph 8, 7,4 8,5 8,1 8, MW: Mittelwert, WHJ: Winterhalbjahr, SHJ: Sommerhalbjahr Ergebnisse 12

14 Dränagemessfeld HJ 214 % WHJ % SHJ Nitrat-Stickstoff [kg/ha] 2,41 73,5 26,5 Nitrit-Stickstoff [kg/ha],15 28, 72, Ammonium-Stickstoff [kg/ha],1 37, 63, Gesamt-Stickstoff [kg/ha] 22,7 73,6 26,4 Kalium [kg/ha] 1,24 72, 28, Magnesium [kg/ha] 15, 66, 34, Calcium [kg/ha] 139,5 72,2 27,8 Sulfat-Schwefel [kg/ha] 31,3 68,6 31,4 Gesamt-Phosphor [kg/ha],2 82,5 17,5 Gelöster organischer Kohlenstoff Stoff-Frachten im Dränabfluss [kg/ha] 4,11 6, 4, Auswaschung: Calcium > Sulfat > Nitrat > Magnesium Ergebnisse HJ: Hydrologisches Jahr, WHJ: Winterhalbjahr, SHJ: Sommerhalbjahr 13

15 15 1 Dränagemessfeld- Nmin-Verlauf Nmin [kg N/ha] 3 cm3 cm6 cm 96 cm cm NO3-Auswaschung 9 cm 25 N-Salden [kg N/ha] Organische Düngung (Rindergülle) 213: -24 Mineralische Düngung (KAS, ASS) 214: : ,5-4,1-9,7-12,4-13,7-15, -15, ,3-19, -19,3-19,9-2,4 -,4-3, -16,9-17, -19, NO3-N [kg N/ha] -2,5-21, -21, Okt 12 Ergebnisse Nov 12 Dez 12 Jan 13 Feb Mrz 13 Apr 13 Mai 13 N-Entzug -149 kg/ha Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Dez 13 Jan 14 Feb 14 Mrz 14 Apr 14 Mai 14 N-Entzug -298 kg/ha Jun 14 Jul 14 Aug 14 Sep 14 Okt 14 Nov 14 Dez 14 1 Landsberger Gemenge/Winterroggen Jan 15 Feb 15 Mrz 15 Apr 15 N-Entzug -138 kg/ha Brache Silomais ZWF 1 Silomais Winterweizen Mai 15 Jun 15 Jul 15 Aug

16 Ergebnisse Lysimeterversuche Nitrat-Auswaschung bei Integration legumer Zwischenfrüchte in Maisfruchtfolgen NO 3 - Konzentration [mg l -1 ] NO 3 -Auswaschung [kg N ha -1 yr -1 ] Jahre Varianten SB Luz. ZF abfr. ZF Umbruch Konv k.sw. k.sw k.sw Mittelwert Mittelwert SB: Schwarzbrache, Luz.: mehrjähriges Luzernegras, ZF abfr. : abfrierende Zwischenfrüchte, ZF Umbruch : Umbruch der ZF im Herbst, Konv.: konventionell ohne Zwischenfrüchte k.sw..: kein Sickerwasser 15

17 Lysimeterversuche Zeitlicher Verlauf der Nitrat-Konzentrationen im Sickerwasser unter mehrjährigem Luzernegras NO 3- [mg/l] 12 NO3 Konzentration [mg/l] Sickerwassermenge [mm] SW [mm] Umbruch Luzernegras Ergebnisse 16

18 Parzellenversuche Stabilität der Ammonium-Depots bei Strip-Till-Varianten % Nitrat am Nmin Lückstedt (214) Tage nach Gülleausbringung Burgsdorf (215) % Nitrat am Nmin Tage nach Gülleausbringung Strip-Till mit NI Strip-Till ohne NI Strip-Till mit NI Strip-Till ohne NI % Nitrat am Nmin % Nitrat am Nmin Lückstedt (215) Tage nach Gülleausbringung Quellendorf ( Tage nach Gülleausbringung Ergebnisse NI: Nitrifikationsinhibitor 17

19 Parzellenversuche Stabilität der Ammonium-Depots bei ganzflächiger Gülle-Ausbringung % Nitrat am Nmin Lückstedt (214) Tage nach Gülleausbringung Ganzflächige Gülleausbringung mit NI Ganzflächige Gülleausbringung ohne NI % Nitrat am Nmin Lückstedt (215) Tage nach Gülleausbringung % Nitrat am Nmin Burgsdorf (215) Tage nach Gülleausbringung Ganzflächige Gülleausbringung mit NI Ganzflächige Gülleausbringung ohne NI % Nitrat am Nmin Quellendorf (215) Tage nach Gülleausbringung Ergebnisse NI: Nitrifikationsinhibitor 18

20 Parzellenversuche Tiefenverteilung Nmin im Boden Quellendorf Lückstedt [%] -3 cm 3-6 cm 6-9 cm 1 [%] ,7 16,1 13,1 16,4 14, ,8 19,1 13,6 15,9 19, , 24,7 18,8 2,6 23, ,1 19,9 16,5 15,7 21, ,4 59,3 68,1 63,1 61,8 Nullvariante GF ohne NI STR mit NI STR ohne NI GF mit NI 54,1 61, 69,9 68,4 59,1 Nullvariante GF ohne NI STR mit NI STR ohne NI GF mit NI Geringerer Nmin-Anteil in tieferen Bodenschichten bei stabilisierter Strip-Till- Variante im Vergleich zu anderen Varianten Geringere Nitrat-Verlagerung Ergebnisse GF: Ganzflächige Gülleausbringung, STR: Strip-Till, NI: Nitrifikationsinhibitor 19

21 Ergebnisse SEITE 21 Trockenmasse-Erträge (TM) und N-Entzüge (NE) von Silomais (Quellendorf) TM [dt/ha] TM [dt/ha] TM [dt/ha] Null (ohne Gülle) Strip-Till ohne NI Strip-Till mit NI Ganzflächig Ganzflächig ohne NI mit NI NE [kg/ha] NE [kg/ha] NE [kg/ha] Null (ohne Gülle) Strip-Till ohne NI Strip-Till mit Ganzflächig Ganzflächig NI ohne NI mit NI 2

22 Zusammenfassung auch bei moderaten N-Salden ist Nitrat-Schwellenwert (WRRL) kaum einzuhalten besondere klimatische Verhältnisse in Sachsen-Anhalt (geringe Niederschläge und Sickerwassermengen) Stoffumsatz (Mineralisierung) Maßnahmen, wie Zwischenfruchtanbau, Gülle-Strip- Till und der Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren können zu einer Minimierung der Nitrat- Auswaschung beitragen Foto: J. Bischoff Zusammenfassung 21

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 1