Gewässer- und Klimaschutz im Energiepflanzenanbau Synergie oder Widerspruch? Dr. agr. Christine von Buttlar, IGLU (Referentin) Birgit Kräling, IGLU

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1 Gewässer- und Klimaschutz im Energiepflanzenanbau Synergie oder Widerspruch? Dr. agr. Christine von Buttlar, (Referentin) Birgit Kräling, 4. Energiepflanzenforum Nachhaltige Bereitstellung von Biomasse am 5./6. Juli 216 Altes Schloss, Dornburg

2 Tops Einführung Anforderungen WRRL und Klimaschutzziele Ergebnisse des Teilprojektes Grundwasserschonender Biomasseanbau nach den Anforderungen der EG Wasserrahmenrichtlinie im Verbundvorhaben EVA II und III Fazit Mais Getreide GPS Untersaaten/ Zwischenfrüchte Fruchtfolgebewertung

3 Gewässerschutzziele: Anforderungen durch die EG-WRRL Ziel: Erreichung und Erhaltung eines guten Zustandes der Grund- und Oberflächengewässer bis Ende 215, bis max. 227 Grundwasser: Ziel guter mengenmäßiger u. chemischer Zustand bis 215 Nitrat: flächendeckender Schwellenwert 5 mg NO 3 /l 36% der GW-Körper zeigen einen schlechten chemischen Zustand! 14,3 % der Messstellen zeigen schon im Mittelwert über 5 mg NO3/l Ursache überwiegend diffuse Einträge aus der Landwirtschaft Oberflächengewässer: Ziel guter ökologischer und chemischer Zustand für Fließgewässer, Seen, Meere Schlechter chemischer Zustand (Nitrat) Guter chemischer Zustand (Nitrat) Orientierungswerte für Phosphor- und Gesamtstickstoffeinträge. Derzeit bei 82% der der Flüsse Bäche, Seen und 71% der Küstengewässer Ziel nicht erreicht Quelle: Bundestagsdrucksache 18/4393 vom

4 Grundlagen: Standortabhängige Nitratverlagerung - Beispiele Podsol (ms) Braunerde (Ls2) Löß-Parabraunerde (Ut3) Tonreiche Böden (Tu3) Maximal tolerierbarer N- Austrag: (entspricht rechnerisch 5 mg Nitrat/l 32 kg N/ha kg N/ha kg N/ha kg N/ha Annahmen: Niederschlag: 65 mm; Bodenauflage: >1m Denitrifikationsprozesse o.ä. nicht berücksichtigt Grenzwert 5 mg NO3/l

5 Klimaschutzziel: Das Ziel der Bundesregierung ist es, die THG-Emissionen bis 22 um 4% gegenüber dem Jahr 199 zu senken. Die Landwirtschaft ist dabei ein wichtiger Baustein. Sie ist die Hauptquelle von Methan und Lachgas.

6 THG-Emissionen aus der Landwirtschaft N2O aus Düngung und Wirtschaftsdüngereinsatz CH4 aus Verdauung und Tierhaltung Aus der Landwirtschaft kommen 77% der N2O- Emissionen Aus der Landwirtschaft kommen 53% der CH4- Emissionen Weitere wichtige landwirtschaftl. Quellen: CO2-Emissionen aus dem landwirtschaftlichen Energieverbrauch (IPPC) CO2 Emissionen aus Moorentwässerung und Grünlandumbrüchen (vti 212)

7 Focus: THG Emissionen aus der N-Düngung THG Freisetzung bei Düngerherstellung: 1 kg Stickstoff benötigt 1 l Diesel für die Mineraldüngerherstellung 15 kg CO2 Äqu./kg N d.h. bei 17 kg N/ha werden 17 l Diesel für Mineraldüngerherstellung + 4 l für Ausbringung gebraucht. Das entspricht einer Klimagasfreisetzung von 2.25 kg CO2 Äqu/ha. Stellschrauben der N-Einsparung: Düngeniveau ertragsorientiert anpassen Effizienz im Wirtschaftsdüngereinsatz steigern Lagerraum abdecken, Kapazitäten anpassen - Mineraldünger einsparen - N-Überschüsse abbauen Beispiel: Reduktion N- Überschuss um 1 kg N/ha (ertragsunwirksam) Minderung um ~15 kg CO 2 Äqu./ha Minderung um ~11 mg NO 3 /l (ut3, 65 mm Nd)

8 Versuchsstandorte: Lage der Leitbetriebe Nordost- Niedersachsen Sachsen-Anhalt BGA: 97 kw el., 62 kw el. Gemeinschaftsanlage Energie-F-Folge: SM SM GPSGetreide 15 ha Marktfrucht, davon 75 ha Ackerbau Niederschlag: Langj. Mittel: 8 mm NS ; mm NS Jahresdurchschnittstemperatur: 7,6 C Nordhessen Sand, sandiger Lehm

9 Wieviel N braucht der Mais? Anpassung der Gesamtdüngergabe Düngung im Praxisversuch zu Anpassung der N-Düngung: Ausgangsituation sind betriebsübliche Düngegaben, im Versuch zusätzliche Staffelungen des Düngeniveaus N- Gabe berechnet sich aus: Nmin + ggf. N-mineralisch + N-organisch (Gärrest) bei 7% Anrechnung von Gesamt-N. Ertragserfassung: Teilflächen mit 4 Wiederholungen und gesamter Schlag N min Werte aus 9 cm Tiefe Daten: Niedersächsischer Praxisbetrieb

10 Wieviel N braucht der Mais?: Anpassung der Gesamtdüngergabe Herbst Nmin Ergebnisse Daten: Niedersächsischer Praxisbetrieb Herbst-Nmin nach Mais [kg Nmin/ha] [t TM/ha] kg N/ha 26 kg N/ha 17 kg N/ha 194 kg N/ha 147 kg N/ha 215 kg N/ha Mais 6-9 cm 3-6 cm -3 cm TM-Ertrag : Betriebsübliche N-Gaben hinterlassen hohe Herbst-Nmin Werte Anpassung der N-Gaben führt zu niedrigen Herbst-Nmin Werten unter 4 kg N/ha bei hohem Ertragsniveau. Ertragsschwankungen erfolgen witterungsbedingt.

11 Zusammenhang N-Düngung Ertrag Herbst-Nmin? Ergebnisse Daten: Niedersächsischer Praxisbetrieb Maisertragin Abhängigkeitvon der N-Düngung 1 Herbst-Nmin in Abhängigkeit von der N- Düngung [TM dt/ha] y =,16x + 148,3 R² =, N-Düngegabe (bei 7% MDÄ) Herbst-Nmin kg/ha] y =,2525x + 8,1369 R² =, N-Düngung (bei 7% MDÄ) Trockenmasserertrag Linear (Trockenmasserertrag) Herbst-Nmin Linear (Herbst-Nmin) Ab 11 kg N-Gabe keine Ertragssteigerung mehr Hohes Nachlieferungspotenzial des Standorts (langjähr.organische Düngung) N-Düngehöhe und Herbst-Nmin positiv korreliert

12 Mais mit und ohne Untersaat, Herbst-Nmin (Nds ) Daten: Niedersächsischer Praxisbetrieb , Düngeniveau betriebsüblich kg/ha Nmin [kg/ha] 1-46 kg/ha -13 kg/ha kg/ha kg/ha TM [dt/ha] ohne US mit US ohne US mit US Mais mit Untersaat Weidelgras ohne US Weidelgras nach derusmaisernte ohne US mit US ohne mit US mit US 213 Herbst Nmin [kg/ha] (Maisstoppeln mit Zünslerschreck geschlegelt) TM [t/ha] Ertragsniveau wird durch die Untersaat nicht beeinträchtigt (Ø 74 mm Ns) Herbst Nmin wird durch Untersaat reduziert Witterungsbedingte Jahresschwankungen im Herbst-Nmin Niveau erheblich Minderungseffekte der Untersaat unterliegt ebenfalls Jahresschwankungen

13 Mais mit und ohne Untersaat, Herbst-N min im Mittel der Jahre Herbst Nmin nach Mais mit und ohne Gräseruntersaat Mittel 211 bis dttm/ha 2 18 [kg Nmin/ha] Nmin-22 kg/ha ohne Untersaat + Bodenruhe Mais mit Untersaat Nmin_9 cm Nmin_6 cm Nmin_3 cm TM-Ertrag Ertragsniveau trotz Untersaaten stabil (Wasserverfügbarkeit prüfen) Untersaat im Mais senkt Herbst Nmin-Wert im Mittel um ~2 kg pro Jahr. Untersaaten schützen vor Boden- und Nährstoffabtrag durch Erosion und verbessern die Humusbilanz. Bei warmen Wintern nehmen die Untersaaten weiterhin N auf (Klimawandel)

14 GPS-Getreide mit Untersaat oder Nachsaat Z-Frucht: Erträge, HerbstNmin u. N-Saldo ( ) Daten: Niedersächsischer Praxisbetrieb Wi-Roggen-GPS Hafer-GPS TM-Ertrag [dt/ha], N [kg/ha] 2 So-Triticale-GPS So-Roggen-GPS Wi-Roggen-GPS kg N/ha +Weidelgras 23 kg N/ha +Senf 35 kg N/ha +Weidelgras 23 kg N/ha +Z-Frucht kg N/ha +Untersaat Weidelgras Untersaat mittm-ertrag Wiesenschwingel Weidelgras zur Ernte 15-1 TM-Ertrag -15 Herbst-Nmin (-9cm) Weidelgras zur Ernte imn-bilanz Herbst *N aus Gärrest: MDÄ 7%; incl. Nmin Hohe Erträge 15 bis 18 t TM/ha bei Roggen-GPS+US-Ackergras. Sommergetreide: ~ 1 t TM/ha plus 2-5 t TM/ha Ackergras möglich Äußerst niedrige Herbst-Nmin-Werte in allen Varianten! Unter- und Nachsaaten erschließen neue Zeitfenster für die Gärrestausbringung, jedoch können bei mangelnder Ertragsbildung der Zweitfrucht hohe Bilanzüberschüsse entstehen. N-Gaben sollten den praxisnahen Ertragserwartungen angepasst werden (211 u. 14 zu hoch)

15 Was leisten Zwischenfrüchte? Nährstoff bindung Aktivierung und Förderung des Bodenlebens Humusbildung Wirkungen von Zwischenfrüchten Wirkung auf Nematoden und Krankheiten Verbesserung der Wasserspeicherfähigkeit Stabilisierung des Bodengefüges

16 Aufwuchsleistung und Nährstoffentzüge von Zwischenfrüchten Praxisversuch Standort Niedersachsen 214, Betriebsübliche Düngung, Zwischenfruchtanbau nach Roggen-GPS 5 2 Gesamtnäharstoffgehalt [kg/ha] Aqua Pro Beta Maxx TR Winter Green MaisPro TR Senf TM-Ertrag [dt/ha] N-Gehalt K-Gehalt P-Gehalt Mg-Gehalt TM-Ertrag Aufwuchsleistung um 4-6 t TM/ha Hohe N- und K-Aufnahme der unterschiedlichen Zwischenfrüchte Deutliche Verbesserung der Bodenstruktur und Erosionsminderung Flexible N-Anrechnung in der Düngeplanung der Folgekultur entscheidend (novellierte DÜV = 2 kg N/ha für Nichtleguminosen, 4 kg N/ha für Leguminosen, winterhart u. im Frühj. eingearbeitet)

17 Nmin-Werte unter Zwischenfrüchten (Nds. 214) Praxisversuch Standort Niedersachsen 214, Zwischenfrüchte nach Roggen GPS ohne Bewuchs * MaisPro TR BetaMaxx TR AquaPro Senf WinterGreen Leguminosenfrei Gräserbetont + Kleeanteil Nmin-Nachernte (-9cm) Nmin-Herbst (-9cm) *ohne Bewuchs: Vergleichsparzelle ohne Z-Fruchtaussaat, ohne Herbstdüngung mit Bodenbearbeitung Ohne Bewuchs: Vergleichsparzelle zeigt das hohe Mineralisationspotenzial des Standortes im Herbst 214 auf Hohe Grundwasserschutzleistung der Z-Früchte (-25 bis -55 kg N/ha Reduktion) Hohe N-Nachlieferung unter der Folgekultur zu erwarten. Anrechnung erforderlich!

18 Wasser- und Klimaschutzbewertung von Kulturen bei unterschiedlicher N-Intensität Nieders. Versuchsergebnisse Parameter Mais 2 Mais 2 kg +US Mais 16 kg +US Mais 135 +US Sorghum Zuckerrübe Wi- Roggen- GPS+Acke rgrasnutzung Wi-Roggen- GPS +Zwfr ohne Nutzung N-ges. + Nmin [kg N/ha] TM-Ertrag [dt TM/ha] Methanertrag [m³/ha] Humus [HÄ /ha*jahr] N-Bilanz [kg N/ha] Herbst-Nmin [kg Nmin/ha] NO 3 -Konz. im Sickerwasser [mg NO 3 /l] * CO 2 Äqu. Fläche [kg CO 2 /ha] CO 2 Äqu. Produkt [kg CO 2 /ha] 7,5 5,5 4,1 3,4 11,9 4,2 1,5 1,7 Mais mit red. N + Untersaat ist gewässerschonend Wasserschutzleistung bei GPS + Ackergras od. Untersaat optimal Niedrige N-Überschüsse + gute Erträge senken THG-Emissionen Schlechte Erträge führen zu N-Überhängen und THG Emissionen (Sl3 29**) (Ut3 45**) * SW-Konz. und CO2 Äquiv. auf Basis Herbst Nmin berechnet. ** rechnerisch max. tolerierbare Herbst-Nmin Werte für 5 mg NO3/l im Sickerwasser Farblegende Herbst Nmin SW Konz.(Ut3) CO2 Äqu. Produkt sehr gut <3 <34 <3,5 gut >3 bis bis 5 <5,5 bis 3,5 mäßig >45 bis 6 >5 bis 7 <7,5 bis 5,5 schlecht >6 >7 >7,5

19 Wasser- und Klimaschutzbewertung von WRRL-optimierten Fruchtfolgen Nieders. Versuchsergebnisse Jahr/Einheit Ff 1 (Referenz) Ff 2 Ff 3 1 Mais 2 WR-GPS+Zwfr WR+Ackergr.+1S 2 Mais 2 Mais 2+US Mais 16 kg +US Parameter 3 Mais 2 Mais 2+US Mais 16 kg +US 4 Mais 2 WR-GPS+Zwfr WR+Ackergr.+1S 5 Mais 2 Mais 2+US Mais 16 kg +US Ff 4 Ff 5 WR+Ackergr.+1S WR-GPS+Zwfr Mais 16 kg +US Mais 135 +US Sorghum ZR WR-GPS+Zwfr WR-GPS+Zwfr ZR Mais 135 +US TM-Ertrag [dt TM/ha] Methanertrag [m³/ha] Humus [HÄ / (ha*jahr] N-Bilanz [kg N/ha] Herbst-Nmin [kg Nmin/ha] Nitratkonz. SW [NO 3 /l] Ut CO 2 Äqu. Fläche [kg CO 2 /ha] CO 2 Äqu. Produkt [kg CO 2 /dt TM] 7,5 4, 3, 4,7 2,9 N-Salden und Humussalden durch Fruchtfolge gut bzw. mittelfristig tolerierbar NO3 Konzentrationen unter 5 mg NO3/l auf besseren Böden möglich. Für leichte Böden empfiehlt sich Ackergras. Grundwasserschonende Energiepflanzenfruchtfolgen sind machbar und wirken bei sicheren Erträgen zusätzlich THG mindernd.

20 Fazit und Ausblick Die Anforderungen sind gestiegen Maßnahmenbewertung für den Energiepflanzenanbau: Wasserrahmenrichtlinie stellt klare Ziele zur Nährstoffreduktion bis 227 Aktuelle Düngeverordnung und Maßnahmen reichen nicht aus (EU-GH Klage) Novellierung der DÜV wird höhere Maßstäbe setzen. Auch ergänzende Maßnahmen sind erforderlich. N-Effizienz im Anbau muss weiter gesteigert um N-Austräge zu senken. N-Effizienzsteigerung wichtige Stellschraube für Wasser- und Klimaschutz. Anpassung der N-Gaben an realistische Erträge und Berücksichtigung von Anrechnungsfakoren und Abschlägen senken N-Verluste bei gutem Ertrag. Mais kann mit ~15 kg N/ha grundwasserschutzschonend angebaut werden. Untersaaten und Zwischenfrüchte, Getreide-GPS und Ackergras senken Auswaschungsrisiko im Herbst und binden N für die Folgekultur. Entscheidend für den Erfolg ist die Anrechnung i.d. Düngeplanung und Reduktion von Mineraldünger. Abbau von N-Überschlüssen wirkt THG-mindernd. Nicht berücksichtigt wurde hier die Substitution von Mineraldüngung, z.b. bei Marktfrüchten durch Gärreste weitere Potenziale vorhanden! Technische Weiterentwicklungen wie Strip Till, Gülleunterfuss- u. Schlitztechnik bieten weitere Potenziale zur Steigerung der N-Effizienz.

21 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Weitere Informationen unter: Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft unter dem Förderkennzeichen gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.