APPLIKATIONSTECHNIKK ZUR GÜLLEDÜNGUNG: EFFEKTE VON INJEKTION UND UND GASFÖRMIGE STICKSTOFFVERLUSTE

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1 APPLIKATIONSTECHNIKK ZUR GÜLLEDÜNGUNG: EFFEKTE VON INJEKTION UND ANSÄUERUNG AUF ERTRÄGE UND GASFÖRMIGE STICKSTOFFVERLUSTE Andreas Pacholski a,b, Achim Seideli b, Antje Hermann b, Tavs Nyordc, Henning Kage b a Leuphana Universität Lüneburg b Christian Albrechts Universität Kiel c Universität Aarhus INNOVATIONS-INKUBATOR

2 Gliederung 1. Düngung mit Gülle: Ertragsw wirkungen und Umwelteffekte 2. Versuche a. Injektion vs. Schleppschlauchh b. Injektion, Ansäuerung, Schleppschlauch 3. zu Ertragseffekten und THG-Wirkung 4. Schlussfolgerungen

3 Kurzfristige N-Düngerwirkung verschiedener Wirtschaftsdünger Jauche 8-9 % Hühnergülle 6-8 % Hühnertrockenkot Gärrest Koferment Düngewirkunghauptsächlich abhängig vom Ammoniumgehalt Gärrest NawaRo 35-6 % 5-3 % Harnsäure 45-7 % Rindergülle Festmist 5-2 % 4-6 % Verringerung der N-Wirksamkeit durch Ammoniak (NH 3 -)Verluste Gründüngung - 1 % Zahlen = Anteil NH 4 + -N [%] Mineraldüngeräquivalente [%] (kurzfristige Wirkung) nach Gutseret al. 25

4 Einfluss von Temperatur und ph-wert auf die NH 4+ -Dissoziation 1 Anteil NH3 / NH4 + (%) C 2 C 3 C NH 4 + NH ph berechnet nach Denmead et al. (1982)

5 Einfluss von Temperatur und ph-wert auf die NH 4+ -Dissoziation 1 Anteil NH3 / NH4 + (%) C 2 C 3 C NH 4 + NH berechnet nach Denmead ph et al. (1982)

6 Einfluss von Temperatur und ph-wert auf die NH 4+ -Dissoziation Anteil NH3 / NH4 + (%) C 2 C 3 C NH 4 + NH 3 NH 3 -Verluste nach Ausbringung: -> 5% [NH 4+ -N] in Abhängigkeit von: Gülleeigenschaften Witterung Applikationstechnik ph berechnet nach Denmead et al. (1982)

7 Anteil der Landwirtschaft an Umweltwirkungen durch gasförmige Emissionen in der EU Anteil der Landwirtschaft [%] Feinstaub Eutrophierende Substanzen Versauernde Substanzen Klimwandel Erisman et al. 28

8 Anteil der Landwirtschaft an atmosphärischen Säureeinträgen (NH 3 -Verluste) Säure-Äquivalente [t] Deutschland gesamt davon Landwirtschaft nach UBA Jahr Säure-Äquivalente: stöchiometrisch errechnet bezogen auf das wirksame Säure-Ion H+ (d. h. die Berechnung erfolgt aus den Emissionsangaben von SO2 (/32), NH3 (/17) und NOx(berechnet als NO2 /46))

9 Quellen der NH 3 -Emissionen in Deutschland NEC- Grenzwert UBA 214

10 Ammoniakverluste in Abhängigkeit von der Applikationstechnik (Windtunnel) Ammoniakve erlust [% Verlust Breitverte eiler] Breitverteiler Schlepp- schlauch Schleppschuh Injektion Applikationstechnik nach Steffens und Lorenz 211

11 Graserträge in Abhängigkeit von Applikationstechnik Rela ativertrag [% Breitverteiler] kühl-feucht, 1. Schnitt warm-trocken, 3.Schnitt 8 Breitverteiler Schleppschlauchh Schleppschuh Applikationstechnik Injektion nach Steffens und Lorenz 211

12 Effekte der Applikationstechnik auf die Grasnarbe 25 Lü ücken in der Grasnarbe [% Flä ächenanteil nach 3 Jahren] Sand Marsch Breitverteiler Schlepp- schlauch Schleppschuh Injektion Applikationstechnik nach Steffens und Lorenz 211

13 Zielkonflikt: Minderung NH 3 -Verflüchtigung und N 2 O-Emission - Effekt der Gülleinjektion vs. Breitverteilung - Bodenart Methode Rate N-Konz. N 2 O-N Verlust NH 3 -N Verlust [m³ ha -1 ] [kg m -3 ] [% ged. N] [% ged. N] Toniger Lehm Sandiger Lehm Injektion 3 oberflächlich 3 Injektion 34 oberflächlich (Chadwick et al. 1999)

14 Emissionsarme Applikationstechniken auf Grünland (open slot) Injektion: Schlitzen des Bodens mit 1-2 Injektionsscheiben (ca. 5 1 cm) Einleiten von Gülle Arbeitsbreite: max. 12 m Ansäuerung (ph 6 6.5) Einmischung von konzentrierter Schwefelsäure vor Applikation mit Schleppschlauch S- + N-Düngung Arbeitsbreite max. 36 m (auf dem Feld - im Stall/Lager) Säuretank Quelle: Biocover A/S

15 Offene Fragen Emissionsmindernde Techniken: NH 3 -Verluste nach Injektion und Ansäuerung Wirkung auf Erträge und N-Aufnahme Interaktion zwischen NH 3 - und N 2 O Emissionen? Zwei Feldversuche: Kalkmarsch / Sandstandort Dänemark Sichtung weiterer Studien

16 Messungen Expositionsdauer 3 6 Stunden Messdauer 1 5 min Rand -streifen Ernte -streifen Probenahme -streifen Rand -streifen 3 m

17 NH 3 -Messungen:Vergleich Parzellenmethode (DSM) und mikrometeorologisches Standard-Verfahren kumuliert te NH Verluste DSM [kg N ha ] y =.96x +.5 r² = kumulierte NH kumulierte 3 -Verluste NH mikromet. 3 -Verluste Method blm de [kg [kg N N ha ha -1 ] -1 ] 1: (Gericke et al, Biosys Eng. 211)

18 Injektionsversuch Mai Oktober 211 Ackergras (4 Schnitte, n = 4) Quelle: de.wikipedia.org N Dünger Ausbringtechnik N Stufen (kg N ha -1 ) okas obiogasgärrest (appliziert entsprechend Nges): Koferm. Schweinegülle + Getreide-/Gras-GPS ph ~7.8 NH 4+ -N 65% N -3 ges 5 kg m o KAS: Streuer, KAS-Lösung injiziert, Injektion + Streuer ogärrest: Schleppschlauch, injiziert o, 12 (2. Schn.), 7 (3. Schn.), 7 (4. Schn)

19 NH 3 -Verluste N-Düngung zum 2. Schnitt ( ; 12 kg N ha -1, trockener Boden) mm 1 mm Verlust [kg N ha -1 ] KAS Inj. + KAS Gärrest Schleppschauch Gärrest inj. KAS-Lösung inj NH Zeit [h] Injiziert Schleppschlauch

20 NH 3 -Verluste N-Düngung zum 4. Schnitt ( ; 7 kg N ha -1, feuchter Boden) NH 3 Verlust [kg N ha -1 ] KAS Inj + KAS Gärrest Schleppschlauch Gärrest inj. KAS-Lösung inj. 12 mm Zeit nach Applikation [h]

21 Effekt von Ausbringungstechniken und Düngerform auf NH 3 und N 2 O Emissionen kum mulierte NH 3 Verluste [kg N ha -1 ] GR = Gärrest inj = Injektion c c c Inj+KAS KAS KAS inj GR inj GR Schlepps. b a kumulie erte N 2 O Emission [kg N ha -1 ] a ab abc cd GR = Gärrest Inj = Injektion bcd Inj+KAS KAS KAS inj GR inj GR Schlepps.Kontrolle d Dünger/Applikationstechnik Dünger/Applikationstechnik Hermann et al. 211

22 Graserträge Ertrag [dt TM/ha] 16 Behandlung p<.1 Schnitt p<.1 BehandlungxSchnitt p< a a a b b c a a a b b c KAS+Inj. KAS Inj. KAS-Lösung Inj. Gärrest Schleppschlauch Kontrolle a a a ab ab b 4 a a a ab a b Schnitt 2 Schnitt 3 Schnitt 4 Summe

23 N-Effizienz in Abhängigkeit von Ausbringungstechnik 1 A AB B C C Scheinb bare N-Ausnutzung [%] KAS KAS+Inj. Inj. KAS- Lösung Schleppschlauch Injektion Gärrest

24 Quelle: de.wikipedia.org Ansäuerung+ Injektion März Oktober Ackergras (Marsch 4 Schnit tte, n = 4, Dänemark Sandboden 2 Schnitte, n = 4) Dünger o KAS (4 N-Stufen:, 16, 32, 48) o Rindergülle (appliziert nach NH 4+ -N): ph ~7.2, NH 4+ -N 55%, N ges 5 kg m -3 o S: 5 kg/ha (Parzellen ohne Ansäuerung) Gülle-Ausbringung o Injektion (Abstand): 17.5 cm, 35 cm o Schleppschlauch: einfach, ph 6.5, ph 6. N-Teilgaben (kg N ha -1 ) o Rindergülle 8, 8, 6, 6 o KAS-N3: 12, 8, 6, 6

25 NH 3 -Verluste Marsch, 27/8/213 Wind: 3.8 m s -1 Temperatur: 19.2 C

26 Injektion und Ansäuerung: NH 3 -Verflüchtigung (Fehlerbalken = Standardabweicung, n = 4, ANOVA, Student-Newman-Keuls Test, p <.5, N-Mengen = applizierte NH 4+ -Menge) kumulier rte NH 3 -N Verluste [kg N ha -1 ] a 4. Appl. (6 kg 2. Appl. (8 kg b N/ha) N/ha) c Probleme bei Ansäuerung 3. Appl. (6 kg N/ha) 1. Appl. (8 kg N/ha) b c Schleppschlauch anges. ph 6.5 anges. ph 6. Inj cm Inj. 35 cm

27 7 NH 3 -V Verlust [kg/ha] B C B C A 1. Schnitt 2. Schnitt 3. Schnitt 4. Schnitt Erträge Marsch (n=4, Fehlerbalken = Standardfehler, Student-Newman-Keuls Test) Gesamterträge der organischen Varianten (28 kg NH 4+ -N) auf Niveau von 16 kg KAS Ertrag TM [t/ha] Injektion 17.5 C C C C C C Injektion 35 ph 6.5 ph 6. Schleppschlauch D KAS KAS 16 B KAS 32 A KAS 48 Über alle Schnitte kein signifikanter Unterschied zwischen Applikationstechniken Zu 3. Schnitt Injektion 35 cm anderen Varianten leicht überlegen Abnehmende Unterschiede zwischen Varianten mit Schnittanzahl: keine Unterschiede beim 4. Schnitt

28 NH 3 -Verlu ust [kg N/ha] Ertrag [t TM/ha] cd c bc cd d bc bc b a c d c Schnitt 1 Schnitt 2 ab a Erträge Sandboden Dänemark (n=4, Fehlerbalken = Standardfehler, Student-Newman-Keuls Test) Geringste NH 3 -Emissonen bei ph 6 und Injektion 35 cm Gesamterträge der organischen Varianten (28 kg NH 4+ -N) auf Niveau von kg KAS Über alle Schnitte signifikante Unterschied zwischen Applikationstechniken 2 Injektion 17.5 Injektion 35 ph 6.5 ph 6. Schleppschlauch KAS KAS 16 KAS 24 KAS 32

29 Beziehung zwischen NH 3 -Emissionen und Ertrag Achsenabschnitt 13.7 p<.1 Steigung -.3 p=.56 adj. r Marsch Dänemark Regressionslinie Vorhersageintervall Ertrag [t TM/ha] Achsenabschnitt 8.8 p<.1 Steigung -.6 p<.1 adj. r NH 3 -Verlust [kg N/ha]

30 N 2 O-Emission: KAS und Rindergülle-Applikation auf Ackergras Marsch Kumul. N2O-Emission (kg N/ /ha) Injektion (DD) KAS Kontrolle Schleppschl. ph_6 ph_6.5 Messperiode: 23. März -4. August 212 kein gesicherter Effekt der Behandlung Hermann et al. 212

31 NH 3 -Verluste: Dänemark 35 NH 3 -Verlust [% NH 4 + -N] Schleppschlauch Injektion (25 cm) Ansäuerung ph 6..4 Ansäuerung ph 6..1 A B B a b b 5 Winterweizen Mai 21 Kleegras Juni 21 Nyordet al. 213

32 Effekt von Separation und Ansäuerung auf THG-Emissionen GHG THG Emissionen, emission, kg CO kg 2 -Äquivalente CO 2 eqv Gülle Schnecken -presse Polymer & Drainage Dekanter Zentrifuge y -A +A -A +A -A +A -A +A Flüssigphase/Gülle, Lager N 2 O Flüssigphase/Gülle, Feld N 2 O Flüssigphase/Gülle, Lager CH 4 Festphase, Lager N 2 O Festphase, Feld N 2 O Festphase, CH 4 -A = unbehandelt +A = angesäuert (nach Sommer et al.213)

33 P-Verfügbarkeit in Abhängigkkeit vom ph-wert (Fanguiero et al. 213) Rindergülle Schweinegülle 33

34 P in der Bodenlösung in Abhängigkeit von der Ansäuerung (Fanguiero et al. 213) 34

35 Maiserträge in Abhängigkeit von der Ansäuerung (Fanguiero et al. 213) 35

36 Nicht N-Effekte der Ansäuerung nach Fanguiero et al. 213 Güllezusammensetzung Lager Feldausbringung Lösliches P anorganisches C CO 2 CH 4 H 2 S Nitrifikation N 2 O 2 CO 2 P Verfügbarkeit Erträge (andere Kinetik) (verzögert) 36

37 Schlussfolgerungen + Ausblick Ansäuerung reduziert NH 3 -Emissionen mit größerer Zuverlässigkeit (ca. 5% bei ph 6.5) Höhe der Reduktion: Effekte von Injektionsabstand und ph-wert, Boden-/ Umweltbedingungen Keine Reduktion der Erträge/N-Aufnahme durch emissionsmindernde Technik tendenziell und z.t. signifikant höhere Erträge Keine Erhöhung von N 2 O-Emissionen durch emissionsreduzierende Technik in untersuchten Systemen Neben Wirkungen auf N-Verluste, verbesserte P-Verfügbarkeit und verringerte THG-Emissionen aus Lager Offene Fragen: o o o o o Effekte von Praxissystemen Wirtschaftlichkeit (Säuremenge + -preis), Sicherheit des Säuresystems, Mobilisierung oder Festlegung von Schadstoffen (Agropharmaka, Schwermetalle etc.), Boden ph-wert

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39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Und besonders an: Robert Quakernack Anna Techow Achim Seidel Steffi Rost Dr. Edgar Techow Hans-Christian Hinrichsen