Strategien zur Verminderung gasförmiger N-Verluste bei organischer und mineralischer Düngung

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1 Ackerbautagung 23./24. November 216 in Bernburg /Iden Strategien zur Verminderung gasförmiger N-Verluste bei organischer und mineralischer Düngung Zentrum für Ackerund Pflanzenbau Dr. N. Tauchnitz

2 Inhalt o Hintergrund o Ammoniak-Emissionen o Projekte o Ergebnisse DBU-Projekt o Zusammenfassung

3 1 Hintergrund 1 Europäische Wasserrahmenrichtlinie (WRRL): Klage der Europäischen Kommission gegen Deutschland wegen Überschreitung Nitratschwellenwerte im Grundwasser (Verschärfung DüV) Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen (NEC): Verpflichtung Deutschlands ab 21 keine Überschreitung der Emissionsobergrenze von 55 kt NH 3 pro Jahr, weitere Reduzierung im Zuge der Novellierung des Multikomponentenprotokolls bis 22 um 5 % Neue Berechnungsmethode der NH 3 Emissionen seit 215 bei nationaler Berichterstattung: Erhöhung Emissionsfaktoren für Mineraldünger Überschreitung Emissionshöchstgrenze Verlustarme Verfahren der Düngerausbringung!

4 Ammoniak-Emissionen in Deutschland Emissionshöchstgrenze NEC-RL 2 Ammoniak-Emissionen Quelle: Umweltbundesamt (Stand 3/216) 2

5 2 Ammoniak-Emissionen 3 Ammoniak-Emissionen in Deutschland Berichterstattung Tabelle: NH 3 -Emissionsfaktoren für synthetische Dünger Verpflichtung zur jährlichen Erstellung von Emissionsinventaren für Treibhausgase N-Düngemittel und Luftschadstoffe EMEP 213 (NH EMEP 3 ) 29 Änderung neu Berechnung der Emissionen nach internationalen einheitlichen Vorgaben Verwendung von Standard-Emissionsfaktoren (EF) wenn keine anerkannten nationalen EF vorhanden sind seit Harnstoff-Lösung 215 neue Berechnungsmethode für NH 3 -Emissionen (EMEP Inventory Guidebook, 213) - neue EF für synthetische Dünger *für Böden mit ph<7 liegen deutlich über bisher gültigen EF berechnete NH 3 Emissionen aus dem Einsatz synthetischer Dünger erhöhen sich drastisch [kg NH 3 /kg N] [%] Kalkammonsalpeter,22, Ammoniumnitrat,37, Ammoniumsulfat,13 *,16 * -19 Ammoniumphosphat,113 *,16 * +66 Ammoniumnitrat-,125, Harnstoff,243,

6 2 Ammoniak-Emissionen 4 Ansätze zur Minderung von Ammoniak-Emissionen sofortige Einarbeitung von Düngern NH 3 -Verluste [%] des applizierten NH 4 -N % Einsatz von Ureasehemmstoffen (Harnstoff) Wahl der N-Form im Dünger Höhe der N-Düngung Verzicht auf eine späte N- Gabe (Temperatureinfluss) Ansäuerung von Gülle/ Gärresten

7 3 Projekte 5 N-Stabilisierung und wurzelnahe Platzierung als innovative Technologien zur Optimierung der Ressourceneffizienz bei der Harnstoff-Düngung (STAPLARES) Laufzeit: 7/216 bis 6/219 Projektkoordination: SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH Kooperationspartner: Landesanstalt für Landwirtschaft und Gartenbau Sachsen-Anhalt (LLG) Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) Rauch Landmaschinenfabrik GmbH Technische Universität München (TUM) Zentrum für Agrarlandschaftsforschung Müncheberg (ZALF) e.v. Johann Heinrich von Thünen-Institut (TI) Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG)

8 STAPLARES Fruchtfolgeversuch Winterraps-Winterweizen-Wintergerste Randomisierte Parzellenversuche Bernburg (LLG, MLU) Cunnersdorf (SKWP) Roggenstein (TUM) Prüfung der NH 3 -Minderungs- strategien Wurzelnahe Platzierung N-Stabilisierung 3 Projekte 6

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12 3 Projekte 7 Verbesserung der N-Effizienz der organischen und mineralischen N-Düngung durch Anwendung des Gülle-Strip-Till-Verfahrens sowie der N-Injektion Laufzeit: 3/213 bis 12/216 Kooperationspartner: Landesanstalt für Landwirtschaft und Gartenbau Sachsen-Anhalt (LLG) Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH-UFZ Agrargenossenschaft Altmärkische Höhe Lückstedt e.g. Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH gefördert durch

13 Zielstellung Erhöhung der N-Effizienz bei der Ausbringung flüssiger organischer Dünger zu Mais durch platzierte Ammonium-Depot-Düngung Gülle-Strip-Till + Nitrifikationsinhibitoren (NI) Hypothesen: o Verringerung der Nitrat-N-Auswaschung durch Stabilisierung des Ammonium-N im Dünger (NI, biozide Wirkung hoher NH 4 -Konz.) o Realisierung ammoniumbetonte Ernährung der Maispflanzen (positive Effekte auf Wurzelwachstum, Feinwurzeln) o Höhere Erträge und N-Entzüge o Geringere Ammoniak- und Lachgasverluste Foto: J. Bischoff 3 Projekte 8

14 3 Projekte 9 5 m Vorgewende Versuchsvarianten Var Erläuterung Kontrolle ohne Gülle Parzellenversuche 1 Ganzflächige Gülleausbringung ohne NI Gülle-Strip-Till mit NI 3 Gülle-Strip-Till ohne NI 4 Ganzflächige Gülleausbringung mit NI Standorte Standorte Lückstedt/Kossebau Quellendorf Burgsdorf Lage Klima T: 9,2 C N: 562 mm Boden Schutzstreifen (keine Gülle) nördliche Altmark, LK Stendal LK Anhalt-Bitterfeld LK Mansfeld-Südharz Pseudogley-Braunerde (schwach bis mittel lehmiger Sand) m Vorgewende T: 9,7 C N: 533 mm Salmtieflehm-Gley (lehmiger Sand) m T: 9, C N: 55 mm Bearbeitungsrichtung m m m Kolluvisol-Tschernosem (Lehm) Vorgewende

15 SEITE 15

16 Nutzbare Feldkapazitäten (Modellierung DWD) % nfk Niederschlag ( ) 214: 636 mm 215: 494 mm 216: 391 mm Jan. 11. Jan. 21. Jan. 31. Jan. 1. Feb. 2. Feb. 2. Mrz. 12. Mrz. 22. Mrz. 1. Apr. 11. Apr. 21. Apr. 1. Mai. 11. Mai. 21. Mai. 31. Mai. 1. Jun. 2. Jun. 3. Jun. 1. Jul. 2. Jul. 3. Jul. 9. Aug. 19. Aug. 29. Aug. 8. Sep. 18. Sep. 28. Sep. 8. Okt. 18. Okt. 28. Okt. 4 Ergebnisse DBU-Projekt 1

17 Trockenmasse(TM)-Erträge Silomais TM [dt/ha] (c) 2 (abc) (abc) 15 (ab) (a) (ab) (ab) (ab) (bc) (bc) (a) 17 (ab) (ab) 27 (bc) (bc) Null Ganzflächig Ganzflächig +NI Strip-Till Strip-Till +NI NI: Nitrifikationsinhibitor Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, Tukey-Test, p<.5, n=4 4 Ergebnisse DBU-Projekt 11

18 N-Entzüge (NE) Silomais NE [kg N/ha] (abc) (c) (bc) (abc) 2 (ab) (ab) (ab) (bc) 15 (a) (ab) (a) (ab) (ab) (bc) (bc) Null Ganzflächig Ganzflächig +NI Strip-Till Strip-Till +NI NI: Nitrifikationsinhibitor Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, Tukey-Test, p<.5, n=4 4 Ergebnisse DBU-Projekt 12

19 Tiefenverteilung Nmin Unterboden (3-9 cm) Anteil Nmin [%] Oberboden (-3 cm) Anteil Nmin [%] Null Null GF GF GF +NI 3 7 GF +NI STR STR STR +NI STR +NI [mm] mm [mm] mm GF: ganzflächige Gülleausbringung, NI: Nitrifikationsinhibitor, STR: Strip-Till 4 Ergebnisse DBU-Projekt 13

20 Tiefenverteilung Nmin Null GF GF +NI STR STR +NI [mm] Anteil Nmin [%] mm GF: ganzflächige Gülleausbringung, NI: Nitrifikationsinhibitor, STR: Strip-Till Unterboden (3-9 cm) Oberboden (-3 cm) 4 Ergebnisse DBU-Projekt 14

21 4 Ergebnisse DBU-Projekt 15 % Nitrat NI: Nitrifikationsinhibitor Stabilität der Ammonium-Depots Strip-Till-Varianten Tage nach Gülleausbringung % Nitrat % Nitrat Tage nach Gülleausbringung Tage nach Gülleausbringung Strip-Till+NI Strip-Till

22 4 Ergebnisse DBU-Projekt 16 % Nitrat NI: Nitrifikationsinhibitor Stabilität der Ammonium-Depots Tage nach Gülleausbringung % Nitrat Ganzflächige Ausbringung % Nitrat Tage nach Gülleausbringung Tage nach Gülleausbringung Ganzflächig +NI Ganzflächig

23 Gasförmige N-Verluste Ammoniak (NH 3 ) NH 3 [kg N/ha*a] Strip-Till+NI Strip Till Ganzflächig+NI Ganzflächig 4 Ergebnisse DBU-Projekt 214 NH [kg N/ha*a] 2,2 2,3 3,7 4,4 (a) NI: Nitrifikationsinhibitor Emission (% NH 4 -N Dünger) (a) (b) (b) ,3 7,8 5,3 6,5 (a) (b) (b) (b) Strip-Till + NI Strip Till Ganzflächig+NI Ganzflächig - insgesamt geringe NH 3 -Emissionen (beides verlustarme Ausbringungsverfahren) - signifikant niedrigere Emissionen bei Strip-Till-Variante und stabilisierter Strip-Till-Variante Ergebnisse von Pietzner, B. et al. 216 Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, Tukey-Test, p<.5, n=4 17

24 Gasförmige N-Verluste Lachgas (N 2 O) N 2 O-N [kg N/ha*a] 2,5 2, 1,5 1, Reihe Emission (% N-Dünger),6,3,3 (a) (a) (a) N 2 O-N [kg N/ha*a] 2,5 2, 1,5 1, Reihenzwischenraum,4,8,8 (a) (a) (a),5,5, Null Strip Till Ganzflächig, Null Strip Till Ganzflächig - N 2 O-Emissionen auf einem sehr geringen Niveau - keine signifikanten Unterschiede zwischen den Varianten, kein Effekt des Nitrifikationsinhibitors - signifikant höhere Emissionen im Reihenzwischenraum Ergebnisse von Pietzner, B. et al. 216 Unterschiedliche Buchstaben zeigen signifikante Unterschiede zwischen den Varianten, Tukey-Test, p<.5, n=4 4 Ergebnisse DBU-Projekt 18

25 5 Zusammenfassung 19 Erhöhung NH 4 -Anteil in der Krume bis mindestens 3 Tage nach Gülleausbringung bei stabilisierter Strip-Till-Variante ammoniumbetonte Ernährung der Maispflanzen geringere Auswaschungsgefahr geringere N-Verlagerung bei Strip-Till-Varianten im Vergleich zur ganzflächigen Gülleausbringung höhere TM-Erträge und N-Entzüge bei Strip-Till-Varianten (kein Effekt des Nitrifikationsinhibitors) geringe NH 3 -Verluste: niedrigere NH 3 -Emissionen bei Strip-Till- Varianten sehr geringe N 2 O-Emissionen: keine Unterschiede zwischen den getesteten Verfahren, kein Effekt des Nitrifikationsinhibitors Strip-Till ist ein geeignetes Verfahren zur Erhöhung der N-Effizienz!

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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