Bedarfsgerechte N-Düngung im Depotverfahren

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1 Bedarfsgerechte N-Düngung im Depotverfahren Konzepte und Projekte zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie 28. März 2011 LEL Schw. Gmünd Dr. M. Mokry, LTZ Augustenberg

2 (mgl.) Gründe für eine Depotdüngung betriebswirtschaftliche Aspekte (Kosten für Düngemittel, Ausbringung, Ausbringungstechnik...) Aspekte der Pflanzenernährung (Nährstoff-Synergismen, N- Aneignungsverhalten und Energiehaushalt der Pflanzen...) Ökologische Aspekte: Bodenschutz (Struktur, Erosion...) Schutz der Atmosphäre (Ammoniak, Lachgas) Schutz von Grund- und Oberflächenwasser (Nitrat, Phosphat...) Schutz von Biotopen, Wälder... (N-Einträge...) Biodiversität (...Überdüngung)

3 Anteil der wichtigsten N-Verbindungen und Emittentengruppen an den Gesamtemissionen in der BRD [Gg N a -1 ] 43 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 7 kg/ha Ruser, 2010

4 niedrige Effizienz in Folge von NH 3 -Verlusten:... bei der Ausbringung flüssiger Wirtschaftsdünger (Gülle, Gärreste...) oder Harnstoff!! Nitratverlusten:... außerhalb der Vegetationszeit und in Folge zunehmender Bodenfruchtbarkeit!! N 2 O-Verlusten:... in Abhängigkeit von N-Umsatz (Bodenfrucht-barkeit!) und Düngungsniveau...!! Stickoxide...

5 NH3 N2; N2O Festlegung verf. Menge NH3 N2; N2O Festlegung verf. Menge NH3 N2; N2O Festlegung verf. Menge [kg NH4-N/ha] Ausbringungstechnik Verbleib des Gülle-N bei unterschiedlicher Ausbringtechnik Prallteller (Gülle vor Saat) Schleppschlauch (wachsender Bestand) Injektion (wachsender Bestand) Gutser, 1996

6 [kg N2O/ha *a] N 2 O-Verluste/organische Düngung Lachgas-Emissionen in Abhängigkeit vom Düngeverfahren 5,0 4,5 4,0-30 % 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-70 % Kontrolle Ha Ha + NiHe GR flächig GR flächig + NiHe GR Depot - 75 % GR Depot + NiHe Schraml, 2009

7 Bewertung - Stickstoff 1 ha (Silo-) Energiemais entzieht ca. 220 kg Ges.-N/ha Biogasanlage keine Verluste (im System)! Lagerverluste 5 % Ausbringungsverluste 14,3 % = ca kg N/ha ca kg Ges.-N/ha zur Düngung davon anrechenbar: derzeit 60 % (?) = ca. 110 kg N/ha

8 N-Ergänzung Höhe der mineralischen N-Ergänzung: tolerierbarer N-Überschuss ( 5, 6 DüV) 60 kg N/ha * a Differenz zwischen anr. N und Gesamt-Bedarf in voller Höhe Erhöhung des anrechenbaren N-Anteils

9 Modellrechnung Nährstoffvergleich N-Saldo [kg/ha] nach DüV ( 5) Jahr / Kultur Mais Weizen Gerste Senf Summe Mittel 50% Düngung mit Gärrest /50% Düngung mit Gärrest 100% Düngung mit Gärrest DüV wird eingehalten! Raum f. min. N-Gabe vorhanden!

10 Bewertung - Phosphor 1 ha (Silo-) Energiemais entzieht ca. 80 kg P 2 O 5 /ha Biogasanlage keine Verluste (im System)! Lagerverluste 0 % Ausbringungsverluste 0 % ca. 80 kg P 2 O 5 /ha zur Düngung davon anrechenbar: 100 % (max. mögliche) mineralische P-Ergänzung: 20 kg P 2 O 5 /ha n. DüV (??)

11 P-/K-Bilanzierungsbeispiel (Energie-) Mais 50 t FM/ha Wi.Weizen (Korn) 8,5 t/ha Wi.Gerste (Korn) 7,5 t/ha (plus Gründüngung m. Gärrest-Dg.) Düngung: 50% Gärrest P 2 O 5 K 2 O Zufuhr über Gärrest mineralisch Abfuhr Saldo (im Mittel von 3 Jahren) Düngung: 100% Gärrest P 2 O 5 K 2 O Daten LTZ Forchheim, , 6 DüV

12 Häufigkeitsverteilung der CAL-P- Gehaltsklassen in Baden-Württemberg Nutzung Zeitraum Anteil [%] untersuchte Bodenproben A B C D E Acker (n = ) Grünland (n = ) LTZ/IUD, 2010 Bei Biogasproduktion mittelfristig keine Entspannung zu erwarten: P-Wirkung einer UFD org.? Transportkosten!

13 Prinzip einer Depotdüngung? Düngerplatzierung N-Form N-Menge? Terminierung

14 Flächendüngung (Amid-, Ammon-, Nitratdünger) Maximale Oberfläche der Düngermenge = schnelle Umwandlung Depotdüngung/CULTAN (Amid-, Ammondünger) Minimale Oberfläche der Düngermenge = langsame bis fehlende Umwandlung NH 3 NO x, N 2 NH 3 NO x, N 2 NH 2 NH 4 NO 3 kation kation NH 4 CO(NH 2 ) 2 NH 2 NH NO 3 NO 3 NH 4 4 Nitrifi- Ammonifi- Ton Ton NH 4 Ammonifikation Nitrifikation NO 3 NH 4 NH 4 NO 3 organisch gebundener Stickstoff (Humus, Mikroben) Auswaschung... bis zur N-Aufnahme... Auswaschung

15 Ergebnisse aus Exakt- Feldversuchen in Baden- Württemberg (2 Jahre, 6 Standorte) Verfahrensvergleich mineralische N-Düngung zu Winterweizen

16 fl. mineralische N-Dünger: Pflanzenschutzspritze (Band, oberflächlich) Bild: Ostalbkreis

17 Pflanzenschutzspritze (Band, oberflächlich) Bild: Ostalbkreis

18 fl. mineralische N-Dünger: Sternradtechnik Punktdepot, injiziert)

19 Sternrad

20 Variante 1 Veg. Beginn (EC 21-25) Versuchsplan Mitte Bestockung EC EC % KAS % KAS % KAS ohne N b. beginnenden Aufhellungen (EC 31-32) Depotdüngung mit AHL bzw. ASL 100 % AHL Injektion Spätdüngung % AHL Schleppschlauch 100 % ASL Injektion 100 % ASL Schleppschlauch % ASL Injektion % ASL Schleppschlauch -- Prüfung von Festdünger in einer Gabe % KAS % Ha --

21 Versuchsdurchführung Vorfrucht: Winterraps - Z. Rüben - Hafer Weizensorten: Korntypen (d.h. Kornzahl/Ähre und TKM betonte Sorten!!): z.b. Pamir, Limes N-Bedarf: kg/ha

22 Zeitlicher Verlauf der Ammoniumgehalte im Oberboden (0 20 cm) 80 % ASL Schleppschlauch 80 % ASL Injektion 100 % ASL Schleppschlauch 100 % ASL Injektion 100 % AHL Schleppschlauch 100 % AHL Injektion 3 * KAS ohne [mg/l] Termin-Depotdüngung: (Münzesheim)

23 Zeitlicher Verlauf der Nitratgehalte im Oberboden (0 20 cm) 80 % ASL Schleppschlauch 80 % ASL Injektion 100 % ASL Schleppschlauch 100 % ASL Injektion 100 % AHL Schleppschlauch 100 % AHL Injektion 3 * KAS ohne Termin-Depotdüngung: (Münzesheim) [mg/l]

24 Variante Injektion: tendenziell niedrigere Best.Dichte ASL < AHL Veg. Beginn (EC 21-25) Mitte Bestockung EC EC b. beginnenden Aufhellungen (EC 31-32) 1 ohne N % KAS % KAS % KAS 528 Depotdüngung mit AHL bzw. ASL Spätdüngung Bestandesdichte [absolut/m²] [rel. z. VG 2] % AHL Injektion % AHL Schleppschlauch % ASL Injektion % ASL Schleppschlauch % ASL Injektion % ASL Schleppschlauch Prüfung von Festdünger in einer Gabe % KAS % Ha

25 Injektion = Schleppschlauch ASL = AHL Variante Veg. Beginn (EC 21-25) Mitte Bestockung EC EC b. beginnenden Aufhellungen (EC 31-32) Spätdüngung Kornertrag [dt/ha] [rel. z. VG 2] 1 ohne N 55, % KAS % KAS % KAS 89,5 Depotdüngung mit AHL bzw. ASL % AHL Injektion -- 89, % AHL Schleppschlauch -- 89, % ASL Injektion -- 87, % ASL Schleppschlauch -- 90, % ASL Injektion -- 86, % ASL Schleppschlauch -- 85,2 95 Prüfung von Festdünger in einer Gabe % KAS -- 89, % Ha -- 87,5 98

26 Variante Injektion: deutlich höhere Rohproteingehalte ASL >> AHL Veg. Beginn (EC 21-25) Mitte Bestockung EC EC b. beginnenden Aufhellungen (EC 31-32) 1 ohne N 9, % KAS % KAS % KAS 12,5 Depotdüngung mit AHL bzw. ASL Spätdüngung Rohprotein [% TM] [rel. z. VG 2] % AHL Injektion -- 12, % AHL Schleppschlauch -- 12, % ASL Injektion -- 13, % ASL Schleppschlauch -- 12, % ASL Injektion -- 12, % ASL Schleppschlauch -- 12,1 96 Prüfung von Festdünger in einer Gabe % KAS -- 11, % Ha -- 11,5 92

27 N-Saldo: ausgeglichen Ausnahme: 80 % N-Gabe!! Variante Veg. Beginn (EC 21-25) Mitte Bestockung EC EC b. beginnenden Aufhellungen (EC 31-32) Spätdüngung N-Saldo N-Dynamik [kg N/ha] 1 ohne N % KAS % KAS % KAS 1 12 Depotdüngung mit AHL bzw. ASL % AHL Injektion % AHL Schleppschlauch % ASL Injektion % ASL Schleppschlauch % ASL Injektion % ASL Schleppschlauch Prüfung von Festdünger in einer Gabe % KAS % Ha

28 Variante Veg. Beginn (EC 21-25) [%] [rel. z. VG 2] 1 Injektion > Schleppschlauch ASL > AHL Mitte Bestockung EC EC b. beginnenden Aufhellungen (EC 31-32) Spätdüngung N-Effizienz ohne N 2 30 % KAS % KAS % KAS 1,00 Depotdüngung mit AHL bzw. ASL % AHL Injektion -- 1, % AHL Schleppschlauch -- 0, % ASL Injektion -- 1, % ASL Schleppschlauch -- 1, % ASL Injektion -- 1, % ASL Schleppschlauch -- 1, Prüfung von Festdünger in einer Gabe % KAS -- 0, % Ha -- 0,91 91

29 ... Kornqualität keine Unterschiede Variante Veg. Beginn (EC 21-25) Mitte Bestockung EC EC [g] [rel. z. VG 2] [2,5-2,8 mm] [rel. z. VG 2] 1 ohne N 46,6 94, % KAS % KAS % KAS 46,9 96, b. beginnenden Aufhellungen (EC 31-32) 100 % AHL Injektion 100 % AHL Schleppschlauch Spätdüngung Depotdüngung mit AHL bzw. ASL TKM Siebsortierung -- 45, , , , % ASL Injektion 100 % ASL Schleppschlauch -- 44, , , , % ASL Injektion -- 44, , % ASL Schleppschlauch -- 45, ,3 98 Prüfung von Festdünger in einer Gabe % KAS -- 44, , % Ha -- 45, ,2 99

30 [dt TM/ha] Verfahrensvergleich N-Düngung zu Winterweizen (6 Standorte, 2 Jahre) [% TM] 100 Kornertrag Rohprotein 16, , ,5 12,5 12,7 12,9 9,4 12,8 11,2 9, ohne N-Düngung 3* KAS AHL 100 % Injektion ASL 100 % Injektion ASL 80 % Injektion N-Düngung 8,0 6,4 4,8 3,2 1,6 0,0

31 Fazit (1) Technische Voraussetzungen vorhanden oder kostengünstig zu beschaffen. Steigende N-Düngerpreise fördern Verfahren, da Kosteneinsparung möglich. N-Effizienz (Klima- und Wasserschutz!) im Injektionsverfahren erwartungsgemäß höher (zus. Reduktion der Lachgasemission). Die Depotdüngung im Injektionsverfahren ist eine Möglichkeit, auf sich ändernde ökonomische und ökologische Rahmenbedingungen zu reagieren!

32 Verfahrensvergleich mit fl. Wirtschaftsdünger zu Silo- und Körnermais Versuchsstandorte: Ettlingen (Silo- und Körnermais) Vorfrucht: Winterweizen/Zw. Frucht

33 oberflächlich, ohne Einarbeitung J. Schuler

34 oberflächlich, eingearbeitet

35 Güllegrubber (eingearbeitet, Band-eng) J. Riexinger

36 Injektion, Band-eng Bild: Schuler

39 Versuchsplan: Form Verfahren Stabilisierung Bemerkung ohne N mineralisch N KAS 2 Teilgaben ALZON 46 1 Gabe zur Saat Gärrest Gärrest Gärrest flächig Banddepot Banddepot ohne ENTEC fl. PIADIN fl. ohne PIADIN fl. 25 % ATS 25 % ALZON % Varianten, wenn P-Saldo nach DüV nicht erreichbar!

40 Kenndaten fl. Gärrest TS [% FM] 7,7 ph 8,3 Gesamt-N 4,4 60 % Ammonium! NH 4 -N 2,4 P 2 O 5 1,9 K 2 O [kg/m³ FM] 4,8 Mg 0,8 S 0,4 org. S. 52 C repr. 9,4 [kg/m³ FM] bws 4,8 N schnell!!!

41 ... ausgebrachte Nährstoffe (b. 100 % Düngung m. GR fl.) Düngerstoff [kg/ha] Gesamt-N 246 NH 4 -N 134 anr. N 70 % anr. N!! 156 P 2 O K 2 O 270 C rep. 470 bas. wirksame Substanz 270

42 Ammonium- und Nitratgehalte im Boden (0 20 cm) Anfang Juni bis Mitte Juli Exaktversuch 2010 ohne N GR + Stab. GR ohne Stab. Alzon 46 (flächig) Ammonium-N Nitrat-N KAS (flächig) [mg N/L]

43 Ertrag und Rest-N bei Silomais Versuchsglieder Ertrag-Silomais N min n. Ernte [t TM/ha] [rel. zu KAS] [kg/ha] 0-90 cm ohne N 14,7 KAS 19,4 6 Alzon 46 18, Gärrest - flächig (ohne Stab.) 19, Gärrest - flächig (mit Stab.) 18, Gärrest - Depot (ohne Stab.) 17, Gärrest - Depot (mit Stab.) 18, Versuchsmittel (ged. Varianten) 18,5 Keine signifikanten Ertragsunterschiede (Ausnahme: GR-Depot ohne Stabilisierung?)

44 Nährstoffentzüge von Silomais Versuchsglieder ohne N N-Entzug P 2 O 5 -Entzug K-Entzug [kg/ha] KAS Alzon Gärrest - flächig (ohne Stab.) Gärrest - flächig (mit Stab.) Gärrest - Depot (ohne Stab.) Gärrest - Depot (mit Stab.) ca. 20 kg P 2 O 5 /ha Positivsaldo

45 Ertrag und N-Effizienz von Körnermais Versuchsglieder ohne N Ertrag-Körnermais N-Effizienz [t TM/ha] [rel. z. KAS] [%] [kg/ha] Nmin (n. Ernte) KAS 10, Alzon 46 8, Gärrest - flächig (ohne Stab.) 10, Gärrest - flächig (mit Stab.) 10, Gärrest - Depot (ohne Stab.) 9, Gärrest - Depot (mit Stab.) 9, Versuchsmittel 10,0 N-Effizienz: 80 % bis > 100 % (d.h. die Erhöhung des anr. N auf 70 % wurde bestätigt!)

46 Nährstoffentzüge von Körnermais N-Entzug P 2 O 5 -Entzug K-Entzug Versuchsglieder [kg/ha] ohne N KAS Alzon Gärrest - flächig (ohne Stab.) Gärrest - flächig (mit Stab.) Gärrest - Depot (ohne Stab.) Gärrest - Depot (mit Stab.) Versuchsmittel ca. 30 kg P 2 O 5 /ha Positivsaldo

47 Fazit Eine nachhaltige Düngung von Mais mit fl. Wirtschaftsdüngern ist ohne größere Ertragseinbußen prinzipiell möglich. Technische und verfahrenstechnische Möglichkeiten wie die Depotverfahren zur Verbesserung der (Dünge-) N-Effizienz sind vorhanden. Häufig wird jedoch der n. DüV mögliche P-Saldo überschritten (insb. bei Körnermais auch bei Teildüngung m. fl. WD).

48 Ausblick Fortführung der Depotdüngungsversuche zu Mais Überprüfung der P-Wirkung fl. WD im Depot (UFD) im Vergleich zu mineralischer P-UFD Einsatz fl. WD im Herbst zu W. Gerste im Depotverfahren ergänzt um eine NH 4 -Stabilisierung

49 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit