Stickstoffflüsse im Zusammenwirken von Fruchtfolge und Bodenbearbeitung verbessern

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1 Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. Wintertagung zum Ökologischen Landbau Jan. 212 Institut für Landnutzungssysteme Stickstoffflüsse im Zusammenwirken von Fruchtfolge und Bodenbearbeitung verbessern J. Bachinger Foto: R. Bloch

2 Justus v. Liebig zum Thema Stickstoff Es haben Millionen Menschen seit Jahrtausenden geglaubt und Millionen glauben es noch, daß die Sonne sich um die Erde bewege, weil der Augenschein dafür spricht. In gleicher Weise haben Tausende von Landwirten geglaubt und Tausende glauben es noch, daß sich alle Interessen der praktischen Agrikultur um den Stickstoff" bewegen, und dennoch ist diese Ansicht niemals wissenschaftlich begründet worden, noch wird sie jemals wissenschaftlich begründet werden können, weil alle Fortschritte und alle Verbesserungen in der Landwirtschaft sich um den Boden bewegen. (Über Theorie und Praxis in der Landwirtschaft,1856, Braunschweig)

3 Gliederung Überblick zu N-Flüsse und N-Pools im ökologischen Betrieb innerbetriebliche N-Verluste und Einflussgrößen der N-Mineralisierung Überblick über die Arbeiten am ZALF zu Stickstoffmanagement im ÖL (Versuchen, Planungsgrundlagen, Planungswerkzeuge Modellentwicklungen) Standortsspezifischen Fruchtfolgeplanung (N-Bilanzen inklusive NAusträge, Kalkulationsbeispiele des Fruchtfolgeplaners ROTOR) Futterleguminosenanbau und N2-Fixierung Schätzverfahren und modelle, Versuche Anbauverfahrensentwicklung Möglichkeiten zur verbesserten Abstimmung von N-Mineralisierung und N-Aufnahme (Aussaattermin Wintergetreide, Zwischenfruchtanbau, reduzierte Bodenbearbeitung)

4 N-Pools und N-Flüsse in Produktionssystemen des Ökologischen Landbaus Futterzukauf Verkauf gasförm. Lagerverluste Verkauf Körnerleg. Zukaufsdünger Biogasgülle! Tiere Tierbesatz Dunglager Biogas Pflanzen Spross Spross Wurzel Wurzel Leguminosen Organ. Substanz gasförm. Ausbring.Verluste N2 Nichtleguminosen Verkauf mikrob. Biomasse Bakterien / Pilze Protozoen 2-5 Nmin jede N-Mineralisierung nur durch intrano3 NH3 zellulärenboden Mikrobenstoffwechsel leicht mineralisierbare org. Substanz Produktionssystem (C:N-Verhältnis) ausreichend Wasser / O2/ Temp / ph Nitratauswaschung Denitrifikation physikalische Zugänglichkeit leicht / schwer zersetzbar 1 :

5 Die Höhe der mikrobiellen N-Freisetzung hängt ab: 1. von der Menge an mineralisierbarer organischer Substanz im Boden (Pflanzenrückstände, organische Dünger, Humus) 2. deren C:N-Verhältnis 3. ph-wert 4. deren mikrobieller Verfügbarkeit (physikalische Zugänglichkeit) 5. Bodenwassergehalt 6. Bodensauerstoffgehalt 7. Bodentemperatur Temperaturerhöhung um 1 C 2-3fach schnellerer Umsatz

6 Modellrechnung: Stickstoffgehalte und jährliche Mineralisation in Abhängigkeit der Bodengüte Annahmen: = 1,724 = Corg mit C/NC1/1mit Annahmen:- Humus - Humus 1,724 C/N 1/1 2% % jährliche jährliche Abbaurate Abbaurate von von C Corg -- 2 org org 225 mm mm NS NS Winterhalbjahr Winterhalbjahr Acker- Humuszahl gehalt % Ap Norg cm kg / ha N Durchwaschmineralisiert ungsrate des kg / ha * a Profils 25 1, ,7 4 1, ,2 5 1, ,7 65 2, ,5

7 Bedeutung der standortabhängigen N-Bilanzen in der Fruchtfolgeplanung N-Entzüge und N-Austräge Fruchtfolgen für viehlose Betriebe (525 mm NS) N-Effizienz ~ 1.5 Ackerzahl: Ackerzahl: Nitrat-Austrag [kg N *ha *a ] -1 nitrate-leaching [kg N *ha -1*a-1] -1 Nitrat-Austrag [kg N *ha *a ] N-Effizienz ~ f-FF 5f-FF 3 4f-FF 3f-FF 3 Ackerzahl: 63-1 Nitrat-Austrag [kg N *ha *a ] Ackerzahl: N-Entzug [kg N *ha *a ] 7f-FF Nitrat-Austrag [kg N *ha *a ] 6-1 N-Entzug [kg N *ha *a ] 15 kg N-Auswaschung / ha*a N-Effizienz ~ N-Effizienz ~ N-Entzug [kg N *ha *a ] N-Entzug [kg N *ha-1*a-1] 6 8

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9 Verbesserung der N-Flüsse in Anbausystemen des ÖL (leichte Trockenstandorte) Gerade leichte Trockenstandorte bedürfen wegen ihrer begrenzten Wasser und Nährstoffverfügbarkeit einer konsequenten Gestaltung der Anbausysteme. Im Mittelpunkt stehen dabei: 1. Wie optimiere ich standortspezifisch den Leguminosen-Grasanbau in Hinblick auf die N2Fixierung? 2. Wie gestalte ich die Anbauverfahren (Aussaatzeitpunkt, Zwischenfrucht) der einzelnen Fruchtarten und die Fruchtfolge, Bodenbearbeitung, um N-Mineralisierung und N-Aufnahme zeitlich aneinander anzupassen?

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11 Einfluss von Ertrag und Leguminosenanteil bei LeguminosenGras-Beständen auf N2-Fixierung und N-Saldo Leguminosenanteil in TM [%] Klee-LuzerneGras TM-Ertrag [dt ha a ] N2-Fixierung / N-Saldo (2% Ernteverluste) [kg N ha-1 a-1] 65 / / / 5 9 / / / / / 2 24 / 9 (25 dt FM) 63 (35 dt FM) 81 (45 dt FM)

12 Leguminosen-Schätztrainer

13 N-Saldo-Rechner einzelner Aufwüchse von Futterleguminosen-Gras-Gemenge

14 Optimierung Leguminosengras 1 6.M a i 2 6

15 3. Aug. 26

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17 St a n d o r t f l e x i b l e L e g u m i n o s e n grasgem enge T e i l f l ä c h s p e zi f i s c h e K a l k u n g

18 Futterleguminosengrasgemenge Optimierung von Anbau und Nutzungverfahren Wahl der Ansaatpartner Nährstoffversorgung (ph-wert, Molybdän, Zink, Schwefel ) Ansaatart (Blank- Untersaat in Winter bzw. Sommergetreide) Ansaattechnik Nutzung (Schnitthöhe und zeitpunkt)

19 Anpassung von Anbauverfahren zur besseren Abstimmung von N-Aufnahme und N-Mineralisation Frühsaaten bei Wintergetreide Untersaaten und Zwischenfrüchte bei/nach Körnerleguminosen Bodenbearbeitungsintensität

20 Wintergetreide: Winterroggen & Triticale a) Wintergetreidefrühsaat b) mit abfrierenden Körnerleguminosen Winterroggen Aussaattermine: 3. Sept. / 21. Sept.

21 23 dt/ha 32 dt/ha Triticale Aussaattermine/-stärke: 21. Sept. / 28 Kö m-2 3. Sept. / 14 Kö m-2

22 N-Verlustminimierung nach Körnerleguminosenanbau durch Untersaaten / Stoppelsaaten

23 Erträge der Folgefrucht Hafer nach Untersaatvarianten bei Futtererbsen 5 4 b a -1 [dt ha ] 3 a a a WG WG/KG 2 1 ohne KG KG/WG WG WG/KG Wi.Rübsen 25 Feuchter Frühsommer KG = Knaulgras; WG = ausdauerndes Weidelgras KG KG/WG 26 Trockener Frühsommer

24 Warum Fokus der Anpassungsstrategien auf reduzierte Bodenbearbeitungssysteme? Reduzierung der Bodenerosion Verringerung unproduktiver Verdunstung (Bestand, Stoppel) Verbesserung der Durchwurzelbarkeit & -tiefe Erhöhung der Infiltrationsleistung Verbesserung der Befahrbarkeit (Frühjahr, Starkniederschläge) Foto: J. Bachinger

25 Mechanische Bestandesabtötung Wassersparende Stoppelbearbeitung 25

26 Zwischenschwad-Stoppelbearbeitung & Zwischenfruchtaussaat Zw is che nfruchtaufw uchs b [TM dt ha-1] 3 2 a 1 Grubbe r Rings chne ide r Foto: R. Bloch 26

27 Optimierung des Winterweizenanbaus nach zweijährigem Luzerne-Kleegras

28 Optimierung des Winterweizenanbaus nach zweijährigem Luzerne-Kleegras Anfälligkeit gegenüber Extremwetter: hoch A LKG (Pflug) WWE B1 LKG (Ring) VerdunstungsBrache (Ring) WWE mit Beisaat B2 LKG (Ring) C1 C2 LKG (Pflug) LKG (Ring) mittel März April Mai Hafer Hafer Juni Juli ZWF (Pflug) Stoppelbe. (Pflug) Stoppelbe. (Ring) August September Oktober November WWE WWE WWE Dezember Januar Februar gering

29 Optimierung des Winterweizenanbaus nach zweijährigem Luzerne-Kleegras Pflug Ringsc hne id er a Pflug Pflug Ringsc hne id er a a ab a a ab b V a ria nt e A: Spä t sa a t m it Pflug V a ria nt e B1 : Frühsa a t m it Be isa a t ohne Pflug V a ria nt e C2 : M it t le re r Aussa a tt e rm in ohne Pflug

30 2 1 3 Woc he n na c h H a fe re rnt e Z u V e ge t a t ionsbe ginn Nmin V6 Wilmersdorf (3-6cm Einzelproben) Nmin V5 Wilmersdorf (3-6cm Einzelproben) A B1 B2 C1 C2 LKG LKG LKG HAF HAF B2 C1 C2 WKG WKG WKG HAF HAF kg/ha] cm 3-6cm -3cm Nmin-Werte (Wilmersdorf V6) Kuppe A a B1 B2 C1 b ab b C2 A b B1 B2 C1 1 2 b [kg/ha] 2 4 Nm in-we r te am 5..4 (Wilm e r s dor f V 5) Se nk e b b ab 3 3-6cm 1 [kg * ha-1] B1 2 [kg/ha] A a cm 3-6cm -3cm 3-6cm C2

31 Exaktversuch Müncheberg WWE V Kornertrag (86%); Müncheberg 25 [dt ha -1] Pflug Ring Pflug Ring Frühs aat m it Beis aat Frühs aat ohne Beis aat Pflug Ring Norm als aat

32 Ausblick 211/12 Weiterentwicklung der Anbausystemversuche durch Aussaattechnik mit Krumenlockerung (GrubberSämaschine)

33 Vergleich Direktsaat (Grubber-Drillmaschine / Pflug + Drillsaat mit Kreiselgrubber und Reifenpacker Müncheberg,

34 Informationsplattform "Klimaflexible Bodenbearbeitung"

35 Verbesserung der N-Flüsse im ÖL durch Gestaltung von Anbauverfahren und Fruchtfolgen 1. Optimierung des N-Inputs Erhöhung der N2-Fixierung durch standortangepassten Leguminosengrasanbau, standortangepasste/flexible Saatmischungen, ph-wert,.. 2. Minimierung der Nitrat-Verluste im Winter und nach der Ernte Zwischenfruchtanbau, Untersaaten, Aussaattermin Wintergetreide 3. Standortangepasste Synchronisierung von N-Mineralisation und NAufnahme / Bedarf Früchtefolgen, Zwischenfruchtwahl, Aussaattermine, Bodenbearbeitung 4. Optimierung der N-Mineralisierung im Frühjahr (Bodenbearbeitung, Einarbeitungstiefe von organischer Düngung, Beregnung, Verdunstungsreduktion: Striegeln, Hacken, effektive Unkrautkontrolle) 5. Mindestens ausgeglichenes N-Saldo der Fruchtfolge unter Berücksichtigung a) des Leguminosenanteils im Leguminoengrass b) potenzieller Nitrat-Austräge

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37 Einfluss des ph-wertes des Bodens auf die Organismenpopulation und Nitrifizierungsleistung (Sattelmacher ) Heterogene Standorte Teilfächenspezifische Kalkung

38 Verdunstungsreduktion durch flache nichtwendende Stoppelbearbeitung 38

39 Warum N-Saldo auf leichten Standorten inklusive N-Austrag kalkulieren? Fruchtfolge N-Salden mit Fruchtfolgeplaner ROTOR kalkuliert Ertrag Fruchtart N2Fixierung [dt/ha] Stilllegung mit Legum.-Gras 2 x Mulchen 75% Leguminosen NEntzug NAustrag N-Saldo [kg N /ha] Winterroggen Winterroggen Lupine ,5 3,5 2,5-5,5 Hafer Legum.-Gras-US Fruchtfolgesalden:

40 Warum N-Saldo auf leichten Standorten inklusive N-Austrag kalkulieren? Fruchtfolge N-Salden mit Fruchtfolgeplaner ROTOR kalkuliert Ertrag Fruchtart N2Fixierung [dt/ha] Stilllegung mit Legum.-Gras 2 x Mulchen 75% Leguminosen NEntzug NAustrag N-Saldo [kg N /ha] Winterroggen Winterroggen Lupine ,5 31,5 16,5-3 Hafer Winterrübsen Legum.-Gras-US Fruchtfolgesalden:

41 Standortabhängige Hauptfragen des N-Managements Im Ökologischen Landbau 1. Habe ich auf meinen Flächen zumindest ein ausgeglichenes NSaldo? (Dabei Nitrat-Austräge und Lagerungsverluste bei Wirtschaftsdünger mit berücksichtigen) 2. Nach welcher Vor- bzw. Vorvorfrucht kann ich auf meinem Standort wann mit wieviel N-Mineralisation rechnen? 3. Mit welcher Fruchtart und mit welchem Anbauverfahren kann ich den N-Aufnahme mit der N-Mineralisation aus synchronisieren? (Bodenbearbeitung, Striegeln / Hacken; Zwischenfruchtanbau; Aussaat, Sorte, Saatzeitpunkt Sorte, Saatstärke, organische Düngung, Art, Menge, Zeitpunkt,) Schwerpunkt: strategische, langfristige Planungebene

42 Leguminosenanteil in leguminosengrasgemenge Vergleich Messung / Schätzung 1 r2 =,88 geschätzt [%] :1 Gerade gemessen [%] 8 1

43 Futterleguminosenertragsmodell Validierung: Berechnung von Jahreserträgen mitteleuropäischer Versuche Inputdaten: Bodenart, Tageswerte Niederschlag, Temperatur & Globalstrahlung

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45 Erträge, Rohproteingehalte und TKM-Werte von Winterweizen bei verschiedenen Saatvarianten Praxisversuche Bayern 25 und 26 Betriebsnr.: 7 Untersaatvariante Ertrag [dt ha-1] TKM [g] Ertrag [dt ha1 ] RP [%] TKM [g] Ertrag [dt ha-1] TKM [g] Ertrag [dt ha-1] RP [%] TKM [g] SWi 1) 18,9 b 38, 44,3 11,7 42,7 b 57,6 b 46,1 b 61, b 11,8 a 45,9 ABO/FER 2) 2,4 b 37,2 45,1 11,7 43,5 b 54, ab 45,7 b 57,2 b 12,3 ab 44,5 ohne 18,6 a 38,5 45,4 11,7 42,2 b 5,2 a 44,1 ab 55,3 a 11,7 a 45,3 45,5 12, 37,3 a 52,8 ab 42,5 a 56,8 ab 12,7 b 43, Spät ) SoWi = Sommerwicke ; 2) ABO = Ackerbohne (Betrieb 6 u. 1) FER = Futtererbse (Betrieb 8);

46 Futterleguminosengras-Untersaaten in Getreide Untersaat in Winterroggen Aussaat US: Ernte: Foto: ,5 dt/ha Untersaat in Hafer Aussaat US: Ernte: 1.8. Foto: dt/ha Kultur Sorte kg/ha Luzerne Planet 8, Rotklee Viola 5, Knaulgras Trebina 1, Wiesenschweidel Paulita 1, Wiesenschwingel Lifara 2, Dt. Weidelgras Liprior 1,5

47 dt TM/ha Luz Klee Gras 35,1 7,8% 79,3% 12,9% Untersaat in Winterroggen Foto: Ernte: dt TM/ha Luz Klee Gras 35,4 34,3% 33,1% 32,6% Untersaat in Hafer Foto: Ernte: 15.5.

48 Einfluss von Frühsaaten auf Kornerträge von Winterroggen und Triticale nach Winterweizen. (Müncheberg) Winterroggen Erntejahr 25 Variante 26 Triticale Kornertrag [dt ha-1 ] (86% TS) früh, alle Varianten 38,8 b 39,9 a 31,8 b 35,5 b späte Saat (3 Wo.) 31,6 a 39,5 a 22,9 a 29,5 a Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen statistisch signifikante Unterschiede (α=,5)

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50 Brodowin,

51 Optimierung des Silomaisanbau WRO (Pflug) WRO (Ring) GPSWRO (Ring) GPSWRO (Pflug) März April Mai Juni SMA SMA SMA SMA Juli August September Oktober WRO (Pflug) WRO (Pflug) WRO (Pflug) WRO (Pflug) November Dezember Januar

52 Optimierung des Silomaisanbau 1. H a ndsc hnit t Grünrogge n: Ernt e sc hnit t Grünrogge n: Gesamtertrag Grünroggen und Silomais Pretschen 21 1 [TM dt ha-1] Mai 7. Mai 2. Mai Pflug 7. Mai Ringschneider GRO SMA

53 Optimierung des Silomaisanbau Erträge SMA , Pretschen (Aussaat 4. und 16. Mai) [dt ha ] Mai Pflug (Präp.) 16. Mai 4. Mai Pflug SMA Stengel 16. Mai 4. Mai Ringschneider SMA Kolben

54 Optimierung des Silomaisanbau Ex a k t ve rsuc h M ünc he be rg V (LK G-SM A) Ertag V358 Silomais [dt ha-1] 12 Stengel 1 Kolben 8 Hächsel Mazurka Mazurka Lorado Pflug Ring Ring