Düngungssysteme Welche N-Form wann und wie oft zu Winterweizen?

Transkript

1 Düngungssysteme Welche N-Form wann und wie oft zu Winterweizen? Düngungstag 2013 LTZ Augustenberg Rheinstetten, 10. April 2013 Dr. M. Mokry, LTZ Augustenberg

2 Rahmenbedingungen für (N-) Düngungsmaßnahmen

3 Gesetzlicher Rahmen EU-Nitratrichtlinie Dünge-VO Düngemittel-VO Bioabfall-VO WRRL Klimaschutz-Vorgaben

4 N -Effizie n z [N -O u tp u t/n -In p u t] Entwicklung der N-Effizienz in Deutschland ,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Effizienz der N-Düngung (mineralisch & organisch): < 50 %!! 0 N-Überschüsse (mineralisch & organisch): > 80 kg je ha und Jahr!! Frede & Bach, 2011 (veränd.)

5 wichtigste N-Verbindungen und Emittenten Gesamtemissionen in der BRD [Gg N a -1 ] 43 kg/ha 7 kg/ha 35 kg/ha Sektor Luft Wasser Summe [kt] NO x NH 3 N 2 O NO /NH 4 Anteil [%] Autor (Zeitraum) Landwirtschaft 1 31,0 517,4 84,0 423,0 1055,4 57,1 ZSE (01-03) UBA (98-00) Verkehr 257,7 9,1 2,8 269,6 14,6 ZSE (2004) Industrie/Energie 187,0 17,6 39,2 243,8 13,2 ZSE (2004) Müllverbrennung 0,9 0,9 0,0 NPVE (2005) Biogene Abfälle 9,5 9,5 0,5 IFEU (2003) Abwasser/ 4,7 256,0 269,7 14,6 UBA (98-00) Oberflächenabfluss 2 ZSE (2004) Summe [kt] 476,6 553,6 130,7 688,0 1848,9 100,0 Anteil [%] 25,8 29,9 7,1 37,2 100,0 Anteil Landwirtschaft [%] 6,5 93,5 64,3 61,5 57,1 1 inklusive Klärschlammausbringung, 2 ohne Landwirtschaft Ruser, 2010

6 Globalisierung zunehmende Abhängigkeit von der wirtschaftlichen Entwicklung sog. Schwellenländer (Energieverbrauch, Bevölkerung, eigene lw. Produktion...) Steigende Energiepreise Kraftstoff, Elektrizität, Dünger, PSM, Futtermittel, Saatgut... Schwer kalkulierbare Marktpreise (starke Weltmarktabhängigkeit, Welternte...)

7 klimatische Unwägbarkeiten - Wasserversorgung

8 Witterungsdaten Rheinstetten Jahresverlauf April im 10 Jahresverlauf im Mittel: 735 mm 11,3 C 5 % d. J. Niederschlags Mai im 10 Jahresverlauf Juni im 10 Jahresverlauf 10 % d. J. Niederschlags 8 % d. J. Niederschlags

9 Besonderheiten der N-Formen für die Pflanzenernährung

10 Die Wirkungsgeschwindigkeit der wichtigsten N- Formen in Stickstoff-Einzeldünger Nitrat, Salpeter NO 3 Kalksalpeter schnell Ammonium NH 4 schwefels. Ammoniak Amid CH 4 N 2 O Harnstoff Cyanamid CN 2 Kalkstickstoff langsam Baumgartner, 2012 Diese N- Formen sind alleine oder in unterschiedlichen Anteilen in N- haltigen Mineraldüngern enthalten.

11 Wirkungsprinzip von Harnstoff bzw. ammoniumhaltigen Düngern (breitflächig gedüngt) Umwandlungsdauer von Harnstoff zu Ammonium-N (NH 4 -N) Bodentemperatur Umwandlungsdauer 2 C 4 Tage 10 C 2 Tage 20 C 1 Tag Umwandlungsdauer von Ammonium-N (NH 4 -N) zu Nitrat-N (NO 3 -N) Bodentemperatur Umwandlungsdauer 5 C 6 Wochen stabilisierter Harnstoff!! 8 C 4 Wochen 10 C 2 Wochen 20 C 1 Woche Quelle: Amberger, 1996

12 N-Aufnahme über die Blätter N-Aufnahme als Nitrat, Ammonium oder Harnstoff N-Aufnahme über die Wurzeln als Nitrat, Ammonium, Harnstoff oder Cyanamid (H 2 CN 2 ) (letztere auch direkt als Molekül aufnehmbar!) aktiv (durch Austausch von OH - und HCO 3 - bzw. H + und andere Kationen) und passiv (Transpirationsstrom) Keine zeitlichen Unterschiede bei der Aufnahme! Im natürlichen System handelt es sich um eine Mischernährung m. Betonung der Nitrataufnahme

13 Ertragsaufbau/N-Aufnahme von Getreide und Aufteilung der N-Düngung Winterweizen (70 dt/ha, 14% RP) kg N Stroh 155 kg N Korn N-Gabe 2. N-Gabe 3. N-Gabe Frühjahrsnässe Frühjahrstrockenheit Frühsommertrockenheit

14 Einfluss der N-Form auf das Wachstum (Hydrokultur, Mokry 1984) N-Form EC 25/29 EC 39/41 [g TS/Gefäß] EC 59 [g TS/Gefäß] [Pfl./Gef.] NO 3 -N 5,7 17,6 37,8 36 NH 4 NO 3 -N 5,7 15,1 33,6 30 NH 4 -N 6,6 16,9 39,6 29 GD 5% 1,2 2,7 4,9 5 Im Mittel aus 3 Versuchen mit Hafer Wichtig: für ph-ausgleich sorgen!!

15 Physiologie NO 3 -N Sprossdominanz Kohlen- hydrate Auxine, Gibbereline NO 3 - NH4 + AS NO 3 - NO 3 - NO - 3 NO April 2013 Fachtagung Düngung Ibbenbüren Nitrat

16 Physiologie NH 4 -N Wurzeldominanz Kohlen- hydrate Amino- säuren Ammonium NH 4 + CO 2 NH4 + AS Cytokinine 15. April 2013 Fachtagung Düngung Ibbenbüren

17 Physiologische Versauerung verbessert die Wurzelleistung In Abhängigkeit von der N-Form entwickelt sich in der sog. Rhizosphäre der ph-wert unterschiedlich: Nitrat: Erhöhung ph-wert Ammonium: Senkung ph-wert. Quelle: Römheld, Inst. F. Pflanzenernährung Hohenheim ph-wert 5,3 5,6 5,9 6,2 6,5 Nebenwurzeln bei Ammonium stärker entwickelt als bei Nitrat. Größeres Bodenvolumen erschließbar. Nitraternährung Ammoniumernährung 6,6 6,8 7,0 7,4 8,0 ph-wert Erhöhung ph-wert Senkung: verbesserter Aufschluss von Phosphat und Spurennährstoffen ph-wert Senkung

18 Vorteile einer Ammoniumernährung Energiegewinn Selbststeuerung der N-Aufnahme keine Gefahr des Luxuskonsums wurzeldominante Ernährung bessere Wurzelausbildung, Standfestigkeit... bessere Nutzung des Wasservorrates (?) ph Absenkung im Bereich der Rhizosphäre verbesserte Phosphat- und Spurennährstoff- Verfügbarkeit 21

19 N- Düngungssysteme im Vergleich

20 (ungesteuerte) Flächendüngung Verwendung Nitrat-haltiger/-betonter N-Dünger Aufteilung der N-Gaben unabdingbar (2, 3, 4 und mehr Teilgaben) (Extremvariante: sog. Löffeldüngung) Phase nach N-Gabe nicht kalkulierbar! (Witterungsrisiko, Verlustrisiko: hoch) Verwendung Ammonium-haltiger/-betonter N-Dünger Reduktion der Teilgaben möglich Einsatz von NH 4 -Stabilisierung N-Düngung in einer Gabe möglich (aber Qualität unsicher!) Phase nach N-Gabe nicht kalkulierbar! (Witterungsrisiko, Verlustrisiko: geringer)

21 NH 3 -Verlustpotential (%) verschiedener N-Dünger ( 3 Jahre; Gefäßversuch im Windkanal, oberflächige Düngung ohne Einarbeitung) 40 ph 5,6 ph 7, Harnstoff AHL SSA KAS NPK Stickstoffform u. ph-wert des Bodens sind maßgebende Kriterien für die Höhe der Stickstoffverluste (nach Gutser 1991, TU München-Weihenstephan)

22 Wurzelentwicklung bei breitwürftiger N-Düngung mit NH 4 NO 3 Weimar, pers.

23 NH 4 -Stabilisierung zu Mineraldünger Faktor: Wasserversorgung N-Düngesystem [kg N/ha] ohne N /0 55,0 Ertrag dt ha -1 < 620 mm n=16 Niederschläge am Standort Rohprotein (N x 5,7) % TS Ertrag dt ha -1 > 620 mm n=16 Rohprotein (N x 5,7) % TS c 10,6 b 52,6 c 10,1 c ASS + ASS + KAS /40 KAS + ENT /0 76,9 80,5 b 13,2 a 86,2 b 12,9 a a 13,1 a 89,3 a 12,7 ab ENT + KAS 75, /0 ASS: Ammonsulfatsalpeter KAS: Kalkammonsalpeter ENT: N-Dünger mit Ammoniumstabilisator DMPP (ENTEC 26) b 13,1 a 87,2 ab 12,5 b geändert Oppitz et. al (2005)

24 sensorgesteuerte Flächendüngung mit Nitrat-haltigen/-betonten N-Dünger Vorteil: Ernährungszustand-Pflanze zum Düngungstermin über die Fläche bekannt (Bodenunterschiede!) Nachteil: ausreichender Pflanzenbestand nötig N-Düngung ebenso auf Teilgaben ausgerichtet Phase nach N-Gabe nicht kalkulierbar! (Witterungsrisiko // Verlustrisiko: hoch) Düngungssystem wenig verändert!

25 ... im praktischen Einsatz... GPS Sensoreinheit Lasch, 2007

26 Beispiel 2006 Langenauer-Ried Versuchsfläche - Bohner 2 Winterweizen Tommy Vorfrucht: ZR Ertragserwartung: 95 dt/ha N-Düngung V1 - N-Sensor (100%) NID: 150 kg N/ha (teilfl. spez.) V2 - N-Sensor (80%): 120 kg N/ha (teilfl. spez.) V3 -NID (80%): 130 kg N/ha (fixe Menge)

27 1., 2. und 3. N-Gabe Düngung in kg N/ha NID: 150 kg N/ha NID: 125 kg N/ha NID: 130 kg N/ha T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1 T2 T3 T4 T5 T6 Variante 1:N-Sensor 100% Variante 2:N-Sensor 80 % Variante 3:NID 80% Lasch, 2007

28 Applikationskarte vom Lasch, 2007

29 Übersicht Düngung/Erträge Kultur - Anbauhäufigkeit Mittel - Weizen (n=7) Mittel - Triticale (n=2) Mittel-Gerste (n=3) Mittel-Raps (n=2) N-Düngung [kg/ha] N-Saldo [kg/ha] Kornertrag [dt TS/ha] V1 V2 V3 V1 V2 V3 V1 V2 V ,3 86,7 81, ,8 75,2 75, ,7 74,1 71, ,0 36,6 33,9 N-Ersparnis (Vergleich: 100% NID Hydro-N und 80% NID Hydro-N) Weizen: - 17% Triticale: - 14% W. Gerste: - 36% Raps: - 12% LTZ, 2007 Kornerträge: geringe Unterschiede

30 Depotdüngung (= platzierte Düngung)... mit Ammonium-betonten Düngern (vgl. CULTAN) Vorzüge Witterungsrisiko geringer Kontinuierliche N-Aufnahme entsprechend N-Bedarf = Pflanze steuert N-Aufnahme!! Ertrag und Qualität gut bis sehr gut keine NH 4 -Stabilisierung nötig (Kosten!) Flüssigdünger und notwendige Technik vorhanden

31 Depotdüngung (= platzierte Düngung) Handicap Düngungstermin: 1. Gabe in EC (= Paradigmenwechsel ) Ammonium-Festdünger/Injektionstechnik (erforderliche) Anpassungsstrategie, wenn N-arme / ungünstige Vorfrucht N-armer oder flachgründiger Standort sehr trockenes Frühjahr...dann reagieren mit: Düngungstermin N-Höhe Spätdüngung

32 N-Konzentration(flächengewichtet) Faktor: 2 bis 6 Wurzelentwicklung bei einem injizierten NH 4 -Depot aus NH 4 - Wasser (früher Zeitpunkt) Weimar, pers.

33 Depot-geeignete Düngerarten Ammoniumdünger in fester/flüssiger Form (z.b. Ammoniumsulfat) Harnstoff (besser stabilisiert ) AHL (Ammoniumnitrat-Harnstoff)Recyklingstoffe (z.b. schwefelsaurer Ammoniak...) Phosphat (z.b. DAP) Kalium und Gips Gülle (Verfahren!; Gülleanreicherung sinnvoll) NN 4 -Stabilisatoren werden je nach Standort, Einsatztermin/Kultur empfohlen (z.b. Piadin fl.)

34 Flüssige mineralische Dünger im Band -Depot oberflächlich NH 3 -Verluste!!!

35 Flüssige mineralische Dünger im Band injiziert NH 3 -Verluste geringer, da Kontakt mit Boden!!

36 Flüssige Dünger im Punkt -Depot injiziert

37 Versuchsglieder (fixe Varianten) V arian te V eg. Beg in n (E C 21-25) M itte Besto ck u n g E C E C b. b eg in n en d en A u fh ellu n g en (E C 31-32) S p ätd ü n g u n g 1 o h n e N 2 30 % KAS % KAS % KAS De p o td ü n g u n g m it AHL b z w. AS L % A HL In je ktio n % A HL S ch le p p sch la u ch % A S L In je ktio n % A S L S ch le p p sch la u ch % A S L In je ktio n -- N-Düngung: (i. Mittel von 11 Versuchen) 100 %: 185 kg/ha 80 %: 150 kg/ha Vorfrucht: Winterraps und Hafer % A S L S ch le p p sch la u ch -- P rü fu n g vo n F e std ü n g e r in e in e r G a b e % K A S % Ha --

38 Kornertrag v. Winterweizen im Mittel über alle Jahre und Standorte im Mittel: 83,8 dt TM/ha (86 % TM)

39 Rohproteingehalt Winterweizen im Mittel über alle Jahre und Standorte im Mittel: 12,9 % TM

40 korrigierte Netto-N-Effizienz im Mittel über alle Jahre und Standorte im Mittel: 69 % (netto N-Abfuhr)

41 Rest-N (n. Ernte) im Mittel über alle Jahre und Standorte im Mittel: 32 kg Nitrat-N/ha Vergleich Injektion - Schleppschlauch ASL (100%): 6 kg N/ha mehr N! AHL (100%): 8 kg N/ha mehr N!

42 Zusammenfassung N-Effizienz/WW ( ) ASL Injektion ASL S.Schlauch AHL Injektion AHL S.Schlauch KAS (3*) KAS (1*) Ha (1*) breit ASL Injektion ASL S.Schlauch AHL Injektion AHL S.Schlauch KAS (3*) KAS (1*) Ha (1*)

43 Fazit Aufnahmeverhalten der N-Formen identisch. Entscheidend ist die Erreichbarkeit der N-Quelle: Nitrat/Harnstoff > Ammonium. Verlustrisiko entsprechend: Nitrat/Harnstoff > Ammonium. Energetisch ist Ammonium die günstigere N-Form. Hinsichtlich N-Effizienz insbesondere bei zunehmendem Witterungsrisiko - sind die Düngungssysteme neu einzuordnen: Platzierte Düngung > gesteuerte Flächendüngung > ungesteuerte Flächendüngung.

44 Die platzierte Düngung (Depotdüngung) mit flüssigen oder festen Düngern ist einer (ungesteuerten) Flächendüngung ökonomisch gleichwertig, ökologisch jedoch überlegen!

45 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit