Minderung von Nitratausträgen in Trinkwassereinzugsgebieten durch optimiertes Stickstoffmanagement

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1 Minderung von Nitratausträgen in Trinkwassereinzugsgebieten durch optimiertes Stickstoffmanagement Düngung mit Pflanzensensoren - Die Pflanze fragen was sie an Nährstoffen braucht F.-X. M a i d l Lehrstuhl Ökolog. Landbau und Pflanzenbausysteme, Weihenstephan Fachsymposium Wasserschutz eine Herausforderung für die Landwirtschaft am

2 Gliederung Düngung bisher Warum Düngung mit Pflanzensensoren Funktionsprinzip von Pflanzensensoren Modell der sensorgesteuerten N-Düngung Ergebnisse aus dem Trinkwassereinzugsgebiet Hohenthann-Pfeffenhausen Vergleich Düngung nach Bodenuntersuchung Sensordüngung Nährstoffscans landwirtschaftlicher Flächen in Hohenthann Zusammenfassung 2

3 Düngung bisher: Bodenuntersuchung, maximal eine Untersuchung pro Jahr Flächeneinheitliche Düngung auf gesamten Schlag 3

4 Warum Düngung mit Pflanzensensoren I Heterogene Flächen bedingen eine Variabilität der Erträge und des Nährstoffbedarfs; Flächeneinheitliche Düngung führt auf heterogenen Flächen zu mehr oder minder großen (N-)Über- oder (N-)Unterbilanzen auf Teilflächen Wechselnde Boden- Bedingungen in einem Schlag 4

5 Warum Düngung mit Pflanzensensoren II Unkenntnis der Nährstoffverfügbarkeit aus organischen Düngern erschwert Abschätzung des Mineraldüngerbedarfs Nährstoffgehalte in der Gülle unterliegen Schwankungen In Abhängigkeit der aktuellen Witterung unterschiedliche Verluste bei der Ausbringung In Abhängigkeit der Jahreswitterung unterschiedliche Nährstofffreisetzung aus dem Boden 5

6 Warum Düngung mit Pflanzensensoren III Berührungslos arbeitende Reflexionssensoren ermöglichen eine schnelle und zerstörungsfreie Bestimmung des Nährstoffstatus der Pflanzen Intelligente Düngealgorithmen erlauben eine Abschätzung des Düngerbedarfs 6

7 Funktionsprinzip - Reflexionsmessungen Feldspektrometer im Einsatz 7

8 Funktionsprinzip - Reflexionsmessungen Reflexionskurven von Winterweizen unterschiedlicher Stickstoffdüngung Reflexionsgrad 0,6 0,5 0,4 Stickstoffdüngung [kg/ha] 0 N 0,3 30 N 0,2 40 N 0,1 60 N 0 90 N Wellenlänge [nm] 8

9 Reflexionsmessungen Sensorsysteme verschiedener Hersteller Yara ALS NT Greenseeker, USA Multispektralsensor TUMA Fritzmeier Isaria mit TUMA Düngesystem 9

10 Reflexionsmessungen Vergleich von Mess- und Düngealgorithmen verschiedener Sensorsysteme System Yara 1 Vegetationsindex für alle Kulturen Notwendigkeit der Sortenkorrektur 3 Messalgorithmen für eine Vegetationsperiode (Weizen EC 30-36, 37-51, 59-69) Keine Berücksichtigung der Produktqualität Keine Berücksichtigung der Bodengüte System TUMA Kulturartspezifische Vegetationsindices Sortenunabhängige Messung Stadienspezifische Messalgorithmen (Weizen 38 Algorithmen, EC 27-EC65) Berücksichtigung der Produktqualität (Weizen E-, A-, B-, C-, K-Qualität) Berücksichtigung des Ertragspotentials des Bodens (Weizen: dt/ha) 10

11 N-Aufnahme [kg/ha] Modell der sensorgesteuerten N-Düngung Optimale N-Aufnahmekurven für Brotweizen TUMA 60dt 80dt 100dt VB EC30 EC32 EC49 EC92 11

12 N-Aufnahme [kg/ha] Modell der sensorgesteuerten N-Düngung Ermittlung der Düngermenge im Modell TUMA N-Düngung 80dt N-Düngung = VB EC30 EC32 EC49 EC92 (Zielwert zum Düngetermin aktuelle N-Aufnahme + N-Aufnahme bis zur nächsten Düngung) * DIMA 12

13 Versuche im Trinkwassereinzugsgebiet Hohenthann, Pfeffenhausen 1. Einteilung der Felder in Ertragszonen durch Bodenschätzungskarten 2. Anlage von Exaktdüngeversuchen in Hoch- bzw. Niedrigertragszonen vierfache Wiederholung 3. Anlegen von Messparzellen nach Bodenschätzungskarte fünffache Wiederholung 4. Sensorfahrten auf ganzen Schlägen Messparzellen und Schläge: - keine unterschiedliche Düngung - freie Düngeentscheidung des Landwirts 13

14 Prüfung der Soll-N-Aufnahmemengen Wirkung differenzierter N-Düngung auf die Ertragsbildung von Winterweizen (Standort mit mäßiger organischer Düngung, ohne Herbstgülle) Landwirt Gesamt-N 255 Düngemenge 14

15 Prüfung der Soll-N-Aufnahmemengen Wirkung differenzierter N-Düngung von Winterweizen auf den N-Saldo (Standort mit mäßiger organischer Düngung, ohne Herbstgülle) Gesamt-N 255 Düngemengen kgn/ha 15

16 Prüfung der Soll-N-Aufnahmemengen Wirkung differenzierter N-Düngung auf die Ertragsbildung von Weizen Standort mit hoher Gülledüngung im Herbst und Frühjahr Gesamt-N 343 Düngemengen kgn/ha 16

17 Vergleich der tatsächlichen N-Aufnahme von Wi-Weizen mit Sollwerten des TUM-Modells: Standort hoher org. Düngung, Hochertragsbereich EC 30 EC 32 EC 49 EC 65 17

18 Sensorscans landwirtsch. Flächen Sensormessung Traktor Gerste EC 32, Standort hohe N-Nachlieferung Düngung Landwirt: VB-Gülle: 14m³/ha VB-Mineralisch: 65 kg N/ha (ASS) EC32: 60 kg N/ha (Alzon) N-Bedarf nach Sensormessung: Roter Bereich: Überversorgt (0-35 kg N/ha) Gelber Bereich: Düngung (15 40 kg N/ha) Grüner Bereich: Düngung (40 80 kg N/ha) 18

19 Sensorscans landwirtsch. Flächen Sensormessung Traktor Gerste EC 65, Standort hohe N-Nachlieferung Düngung Landwirt: VB-Gülle: 14m³/ha VB-Mineralisch: 65 kg N/ha (ASS) EC32: 60 kg N/ha (Alzon) Ertrag Protein Düngemenge gesamt N-Aufnahme Korn N-Saldo Sensormessung: Roter Bereich: Überversorgt (>50 kg N/ha) Gelber Bereich: Überversorgt (50 0 kg N/ha) Grüner Bereich: Einfluss durch Versuchsbereich 94 dt / ha 13 % 209 kg N/ha 183 kg N/ha 26 kg N/ha 19

20 Vgl. Düngung nach Bodenuntersuchung - Sensordüngung Winterweizenerträge bei Düngung nach Bodenuntersuchung mit Sensordüngung auf Standorten mit und ohne organischer Düngung (Hohenthann 2015) 20

21 Vgl. Düngung nach Bodenuntersuchung - Sensordüngung N-Düngermengen zu Winterweizen nach Bodenuntersuchung und nach Sensor auf Standorten mit und ohne organischer Düngung (Hohenthann 2015) 21

22 Sensorscans landw. Flächen Düngevergleich Landwirt - TUMA-Sensorsystem Landwirt TUMA Zielertrag dt/ha tats. Ertrag 94,95 95,82 dt/ha Ziel-Rohprotein 13,0 13,0 % tats. Rohprotein 12,7 13,0 % N-Düngung kg N/ha N-Entzug kg N/ha N-Bilanz 18-6 kg N/ha Winterweizen Sorte Kerubino

23 Zusammenfassung Bodenheterogenitäten führen zu unterschiedlichen Nährstoffbedarf auf den Teilflächen Die Nutzung des Ertragspotentials der Schläge unter Einhaltung entsprechender Umweltstandards ist nur bei einer teilflächenspezifischen Düngung möglich Der Einsatz großer Mengen organischer Dünger führt zu hoch volatilen N-Quellen, die das Kompensationsvermögen der Pflanzen übersteigen kann, so dass neben negativen Umwelteffekten auch Ertragsminderungen auftreten können Die Beherrschung dieser volatilen N-Mengen aus organischen Düngern erfordert eine mehrmalige Pflanzenanalyse (z.b. Sensor oder Nitratsaft) während der Vegetationsperiode Das vorgestellte System der sensorgestützten N-Düngung (TUIMA) ermöglicht hohe Erträge bei ausgeglichenen N-Salden. 23

24 Schlussfolgerung Probleme von heute lassen sich nicht durch Technologien von gestern lösen. (J.W. Goethe) 24

25 Dank an die Mitarbeiter Dennert, Huber, Kern, Kimmelmann, Liebler, Limbrunner, Prücklmaier, Schächtl, Spicker, Strenner Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 25