Optimale Nährstoffausnutzung aus Wirtschaftsdüngern

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1 Optimale Nährstoffausnutzung aus Wirtschaftsdüngern Ausbringverfahren für flüssige Wirtschaftsdünger Empfehlungen für die Nutzung in Schleswig-Holstein 1

2 Titelbild: Einsatz eines Schleppschuhverteilers auf Grünland. Foto: Zunhammer Gülle/Gärrest zu Getreide im Frühjahr mit Schleppschlauch ausgebracht. Foto: Zunhammer 2

3 1. Einleitung Aus dem Runden Tisch Nährstoffmanagement heraus ist die Arbeitsgruppe Ausbringverfahren gegründet worden. Die Mitglieder der Arbeitsgruppe setzten sich aus Praktikern, Lohnunternehmern, Beratern, der Landwirtschaftskammer, dem Landesamt für Land - wirtschaft, Umwelt und ländliche Räume, der Forschung und den betroffenen Verbänden zusammen. Flüssige Wirtschaftsdünger sind pflanzenbaulich sinnvolle und wertvolle Düngemittel. Der Einsatz von bedarfsgerechten Ausbringmengen, die mit einer emissionsmindernden Ausbringtechnik auf die Flächen erfolgt, kann den zusätzlichen Bedarf an Mineraldüngern erheblich senken. Ein Einsatz von organischen Düngemitteln ist für das Bodenleben, die Bodenfruchtbarkeit und den Humusaufbau sehr positiv zu beurteilen. Die Anwendung von organischen Düngemitteln wirkt sich generell vorteilhaft auf das Ertragspotenzial und die Ertragsstabilität der Böden aus. Wirtschaftsdünger bieten den Vorteil, dass sie sich positiv auf die Treibhausgasbilanz der erzeugten Produkte auswirken. Diese entstehen nämlich als Koppelprodukt in der Tier - haltung oder Biogaserzeugung, und dadurch fallen keine gesonderten Treibhausgas-Emissionen bei ihrer Herstellung an, wie dies bei Mineraldünger der Fall ist. Für eine maximale Ausnutzung (Düngewirkung) und eine geringe Umweltbelastung sind verlustarme Ausbringtechniken und die zeitnahe Ausbringung in Phasen mit nachweis - lichem Düngebedarf von größter Bedeutung. Ausbringzeitpunkte ohne pflanzenbaulichen Bedarf oder eine zu geringe Anrechnung der Düngewirkung wären nicht nur betriebswirtschaftlich von Nachteil, sondern könnten auch unerwünschte Umweltbelastungen zur Folge haben. Die Kosten der Ausbringung für flüssige Wirtschaftsdünger sollten aus betriebswirtschaftlichen Gründen immer auf den Anteil der pflanzenbaulich verfügbaren Nähr stoffe pro Kubikmeter umgelegt werden. Je höher der Nährstoffausnutzungsgrad pro Kubikmeter ist, desto geringer sind die Ausbringkosten pro Kilogramm nutzbarem Nährstoff aus dem Wirtschaftsdünger. Aus diesem Grund wäre die Nutzung einer emissionsarmen Ausbring - technik auf jeden Fall zu bevorzugen. Gülle- beziehungsweise Gärrestausbringung mit Schleppschläuchen in einem Silomaisbestand. Foto: Dr. Steinmann 3

4 2. Ausbringsysteme für flüssige Wirtschaftsdünger Für die Ausbringung von flüssigen Wirtschaftsdüngern stehen gemäß der aktuell gültigen Düngeverordnung (2009) verschiedene Systeme zur Verfügung, die sich in den Punkten Emissionsverluste, Verteilgenauigkeit, Gewicht und Kosten unterscheiden (Tabelle 1). Die Wahl der Ausbringtechnik sollte immer im Zusammenhang mit dem Einsatzbereich (Grünland, Winterkulturen im Frühjahr, wachsende Bestände, Stoppeln), der Struktur des Betriebes sowie der vorhandenen Wegenetze erfolgen. Aus Gründen der besseren Nährstoffausnutzung sind bodennahe oder in den Boden einbringende Techniken zu bevorzugen. Diese Verfahren sind in Bezug auf Emissionsverluste und Verteilgenauigkeit deutlich vorteilhafter als Prallteller, Düsenbalken oder Möscher - verteiler. Bei den Ausbringsystemen ergibt sich jedoch ein Zielkonflikt zwischen emissionsarmer Technik und Gesamtgewicht. Die Ausbringsysteme mit den geringeren Emissionsverlusten haben zugleich höhere Grundgewichte, sodass die Nutzlast der Ausbringfahrzeuge sinkt. Tabelle 1: Auflistung der Systeme zur Ausbringung von flüssigen Wirtschaftsdüngern Breitverteilung bodennahe Ausbringtechnik in den Boden einbringende Technik Prallteller* Schleppschlauch Schlitztechnik mit Scheibe Düsenbalken Schleppschuh Güllegrubber Möscherverteiler direkte Einarbeitung in den Boden Unterfußdüngung Depotdüngung * Prallteller/-verteiler, mit denen nach oben abgestrahlt wird, sind seit 2010 verboten! Geräte, die bis zum in Betrieb genommen wurden, dürfen noch bis zum für das Ausbringen benutzt werden (siehe 3 Abs. 10 i. V. mit Anlage 4 der Düngeverordnung vom ). Schlitzgerät für die Ausbringung von Gülle oder Gärresten direkt in den Boden (li.) und Ausbringung per Breit - verteilung auf Grünland. Foto links: Dr. Steinmann; Foto rechts: Uschi Dreiucker, Pixelio.de 4

5 Pralltellerwagen bei der Ausbringung auf Getreidestoppeln. Foto: Sönke Schmidt Ein Lösungsansatz für dieses Problem stellt die Trennung von Ausbringung und Transport dar. Die Ausbringfahrzeuge auf den beiden Fotos oben und unten unterscheiden sich hauptsächlich in Bezug auf ihr Grundgewicht, bedingt durch die Ausbringtechnik. Der Pralltellerwagen hat ein geringeres Grundgewicht, was sich auf den ersten Blick günstig auf den Bodendruck auswirkt. Bei der Nutzung eines Schlitzgerätes kann aber ein Teil des Fahrzeuggewichtes während des Ausbringprozesses über das Schlitzgerät auf dem Boden abgestützt werden. Deswegen relativiert sich dieses Argument in Teilbereichen. In der folgenden Tabelle 2 sind die vorhandenen Ausbringsysteme von den Arbeitsgruppenmitgliedern in Bezug auf ihre Standort - eignung, die technischen Eigenschaften und ihre Einsatzfelder bewertet worden. Güllewagen mit Schlitzgerät beim Schlitzen. Foto: Dr. Steinman 5

6 Tabelle 2: Ausbringverfahren für flüssige Wirtschaftsdünger System Jan. bis Febr. Stickstoffverluste in % bei Ammonium-Stickstoff Frühjahr direkte Einarbeitung Sommer Verteilgenauigkeit bis 15 m bis 24 m Einsatz auf gefrorenem Boden sonstige Voraussetzungen Mais vor der Saat Flüssige Wirtschaftsdünger Prallteller bis 25 bis 50 + bis 75 unbefriedigend ja ja Düsenbalken bis 25 bis 50 + bis 75 unbefriedigend ja ja Möscherverteiler bis 25 bis 50 + bis 75 unbefriedigend ja ja Schleppschlauch reiner Schlauch bis 25 bis bis 60 gut gut ja ja mit Pralltellern am Schleppschlauch bis 25 bis bis 60 gut gut ja ja Schleppschuh bis 25 bis 30 bis 40 gut gut suboptimal ja Verschlauchung (basiert auf den Annahmen des Schleppschlauchsystems) bis 25% bis bis 60 gut gut ja steinfreie Schläge (ansonsten Spezialtechnik) Schlitztechnik mit Scheibe - bis 20 bis 30 gut gut nein geringste Emissionsverluste, aber erhöhte Boden - feuchtigkeitsverluste im Sommer, große Scheiben eher von Vorteil ja Selbstfahrer braucht Zubringer direkte Einbringung in den Boden Güllegrubber - bis 15 bis 50 gut gut nein 15 bis 20 cm tief ja Unterfußdüngung - bis 10 gut gut nein ja Depotdüngung - bis 10 gut gut nein ja Quelle: Mitglieder der AG-Ausbringverfahren 6

7 Kulturen (Anwendung pflanzenbaulich sinnvoll) Standortfaktoren Eignung der Technik bei der Ausbringung Mais in den Bestand Raps, Rüben und Getreide vor der Saat in den Bestand Ackergras und Dauergrünland Narbenverträglichkeit des Systems Bodenarten Moor Sand Lehm Abschwemmgefahr Kupiertheit des Geländes hohe Temperatur hohe Windgeschwindigkeiten nein ja nein nein nein ja nein nein nein ja nein nein ja ja ja nein ja ja ja nein ja ja ja ja nein ja bei Getreide, nein bei Raps wie Schleppschlauch ++ (Problem Raps), geht aber bei Getreide nur in der ersten Gabe nein ja nein ja + (in Abhängigkeit von der Anzahl der Überfahrten und vom Standort nein ja nein nein nein ja nein nein nein ja nein nein

8 3. Emissionsverluste Die Emissionsverluste beschreiben den Anteil an Stickstoff, der während der Ausbringung gasförmig als Ammoniak in die Luft entweicht. Faktoren wie Außentemperatur, Windgeschwindigkeit, Strahlungsintensität der Sonne und die Dauer bis zur Einarbeitung beeinflussen die Höhe der Emissions - verluste. Die Tabelle 3 stellt Emissionsverluste an drei verschiedenen Beispielsszenarien anteilig dar. Es zeigt sich ganz eindeutig, dass Emissionsverluste hauptsächlich von der Ausbringtechnik und der Lufttemperatur beeinflusst werden. Um Emissionsverluste im Zusammenhang mit hohen Außentemperaturen zu verhindern, ist es daher auch pflanzenbaulich sinnvoll, eine möglichst große Menge an Wirtschaftsdünger im zeitigen Frühjahr auf den betreffenden Flächen zu platzieren. Betriebswirtschaftlich sind die Ausbring - kosten auf die pflanzenbaulich wirksame Nährstoffmenge umzulegen, um die tatsächlichen Verfahrenskosten vergleichen zu können. Bei dieser Betrachtung sollten natürlich alle Nährstoffe aus Wirtschaftsdüngern bewertet werden. Der Schleppschlauch, der Schleppschuh und das Schlitzgerät sind nährstoffeffiziente Ausbringsysteme, die den oberirdischen Breit - verteilungssystemen für die Ausbringung in Bestände oder auf Grasnarben vorgezogen werden sollten. Die direkte Einarbeitung von Nährstoffen, wie in Szenario 3 dargestellt, bietet ebenfalls Direkteinarbeitung von Gülle beziehungsweise Gärresten mit Scheibenegge am Ausbringfahrzeug. Foto: Dr. Steinmann 8

9 Ausbringung mit einem Breitverteiler auf eine Grünlandnarbe im Sommer. Dieses Ausbringverfahren ist bei hohen Außentemperaturen mit relativ hohen Emissionsverlusten verbunden. Foto: Dr. Steinmann eine gute Möglichkeit, Emissionsverluste gering zu halten. Die direkte oder zeitnahe Einarbeitung von flüssigen Wirtschaftsdüngern sichert eine hohe Nährstoffausnutzung. Schlussendlich besteht eine Chance, Nährstoffüberhänge gemäß der Düngeverordnung durch emissionstechnisch effiziente Ausbringsysteme zu reduzieren. Tabelle 3: NH 3 -Verluste (in % der ausgebrachten NH 4 -N) bei der Nutzung verschiedener Ausbringsysteme und unterschiedlichen Witterungsbedingungen Witterungsbedingungen Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Ausbringtechnik Lufttemperatur > 25 C Wind > 3 m/s Lufttemperatur > 15 und < 25 C Wind < 1 m/s direkte Einarbeitung < 0,5 h nach Ausbringung Breitverteiler Schleppschlauch Schleppschuh Schlitzgerät 25 Quelle: nach Demmel (2011), verändert 9

10 4. Ausbringkosten im Vergleich Emissionsarme Ausbringtechnik verursacht bei oberflächlicher Betrachtung höhere Kosten für die Verteilung der organischen Dünge - mittel. Zur genauen Bewertung der Kosten müssen verschiedene Faktoren herangezogen werden. In der folgenden Tabelle sind für Rindergülle, Schweinegülle und Biogasgärreste die Anteile der Hauptnährstoffe Stickstoff, Phosphor und Kali abgebildet (Tabelle 4). In der Tabelle 5 sind Kosten für die Aus - bringung mit Prallteller, Schleppschlauch und Schleppschuh für verschiedene organische Düngemittel beispielhaft dargestellt. Das Temperaturniveau entspricht in etwa den Ausbringbedingungen im späten Frühjahr und im Sommer. Die Nährstoffgehalte basieren auf den Annahmen aus der vorherigen Tabelle. Dabei ist Tabelle 4: Inhaltsstoffe von organischen Düngemitteln (in kg/m 3 ) organischer Dünger TS-Gehalt in % Stickstoff N Phosphor P 2 O 5 Kali K 2 O Gesamtkilogramm pro m 3 Rindergülle 7 3,5 1,4 3,4 8,3 Schweinegülle 3 3,6 1,6 2,3 7,5 Biogasgärrest 5,1 4 1,4 3,7 9,1 Quelle: Richtwerte für die Düngung LWK-SH 2013 Die Gehalte der einzelnen Nährstoffarten und auch der Gesamtnährstoffgehalt pro Kubikmeter sind je nach Wirtschaftsdüngerart unterschiedlich. Je nach Ausbringsystem er - geben sich in Bezug auf Stickstoffverluste verschiedene Niveaus, wie unter Punkt 3 dar - gestellt. Deswegen sollten die Ausbringkosten immer auf die insgesamt anrechenbaren Nährstoffe umgelegt werden. Tabelle 5: Vergleich der Kosten für verschiedene Ausbringsysteme pro kg anrechenbarem Nährstoff Prallteller Kosten pro Stunde ohne Diesel und ohne Mwst. 85 m 3 pro Stunde 60 allerdings immer nur der Teil des Stickstoffs mit angerechnet worden, der auch pflanzenbaulich wirksam wird. Phosphor und Kali wurden bei den Berechnungen bei allen Verfahren in der vollen Menge berücksichtigt. Bei der Kostenkalkulation der Ausbringfahrzeuge wurden Nettostundenpreise eines 18-Kubikmeter-Güllewagens angesetzt. Die Annahmen basieren darauf, dass die Fahrzeuge eine Hof-Feld-Ent- Ausbringtechnik Netto- Ausbringkosten pro m 3 in 1,42 Stickstoffverluste bei Ausbringung zwischen 15 und 25 C Lufttemperatur in % 75 Ausbringkosten pro kg Nährstoff (Inhaltsstoffe siehe Tabelle vorher) in 0,25 Rindergülle Schweinegülle 0,30 Gärrest 0,23 Schleppschlauch , ,24 0,28 0,22 Schleppschuh , ,22 0,25 0,21 Quelle: eigene Berechnungen BVSH 10

11 Gülle in Getreide - stoppeln mit Untersaat geschlitzt... Foto: Dr. Steinmann fernung von drei Kilometer überbrücken bei einer Leistung von 60 Kubikmeter pro Stunde. Beim reinen Vergleich der Kosten pro Stunde oder Kubikmeter erscheint der Prall - tellerwagen vorerst als günstigste Alternative. Unter den genannten Annahmen hat der Prallteller aber die höchsten Stickstoffverluste durch Emissionen. Das Schleppschlauchsystem und auch der Schleppschuh schneiden hier deutlich vorteilhafter ab. Dieser Effekt spiegelt sich in den Kosten für die Ausbringung pro kg Nährstoff wider. Je geringer die Emissionsverluste beim Stickstoff, desto geringer die Ausbringkosten pro kg Nährstoff. Dadurch rentiert sich die emissionstechnisch bessere Ausbringtechnik langfristig. Je nach Gehalt an Phosphor und Kali, die immer in voller Menge angerechnet wurden, verändern sich die Ausbringungskosten der verschiedenen organischen Düngemittel. Der Gärrest im Beispiel hat im Vergleich zur Rinderoder Schweinegülle die höchsten Gehalte an Kali und Phosphor. Deswegen ist der Effekt auf die Ausbringkosten im Verhältnis geringer anzusetzen als bei den anderen Wirtschaftsdüngern.... und in eine Grünlandnarbe eingebracht. Foto: Zunhammer 11

12 5. Transportsysteme, Zwischenlagerung und Transportkosten Für den Transport flüssiger Wirtschafts - dünger stehen verschiedene Systeme zur Verfügung: l Transport direkt während der Ausbringung mit dem Güllewagen l Transport per Zubringer zum Feld l Transport per Zubringer zu einem dezentralen Lagerbehälter In Abhängigkeit von der Schlaggröße und dem Grad der Arrondierung muss im Einzelfall abgewogen werden, welches System betriebswirtschaftlich am sinnvollsten ist. Grundsätzlich sind emissionsarme Ausbringverfahren mit einer hohen Nährstoffeffizienz in Kombination mit hoher Schlagkraft zu bevorzugen. Dadurch kann der Wirtschafts - dünger ohne größeren Zeitverlust direkt hinter dem Ausbringfahrzeug eingearbeitet werden. Für eine hohe Auslastung der emissionsarmen Ausbringtechnik bieten sich Zubringersysteme an. Dabei entstehen zusätzliche Kosten. Aus der folgenden Abbildung wird beispielhaft ersichtlich, wie sich die Kosten von Lkw- und Schlepperzubringern im Verhältnis zur Transport - entfernung zueinander verhalten. Die Datenbasis stammt vom Lohnunternehmerverband Schleswig-Holstein und beruht auf Netto - preisen inklusive Dieselkosten. Das Lkw-System mit 27 Kubikmeter Zu - ladung (blaue Linie) ist von den Kosten her günstiger als das Schleppergespann mit 21 Kubikmeter Zuladung (grüne Linie). Mit steigender Transportentfernung wächst die Vor- Abbildung: Vergleich der Transportkosten für flüssige Wirtschaftsdünger zwischen Lkw- und Schlepperzubringer /m Schlepper mit Zubringfass Lkw mit Auflieger km Quelle: Nach Daten des Lohnunternehmerverbandes Schleswig-Holstein 12

13 Direkte Übergabe von Gülle vom Zubringer an einen Güllewagen. Foto: Dr. Steinmann züglichkeit des Lkw. Der Übergabepunkt zum Ausbringfahrzeug sowie das Wegenetz müssen den Lkw-Einsatz natürlich gestatten, damit dieser seine Vorteile ausspielen kann. Zubringersysteme können die Wirtschaftsdünger entweder direkt übergeben oder in einen Feldrandcontainer überladen. Der Vorteil des Feldrandcontainers liegt bei entsprechender Flächengröße darin, dass weder das Zubring-, noch das Ausbringfahrzeug Wartezeiten für die Übergabe in Kauf nehmen müssen. Übergabe vom Zubringer-Lkw an einen Container. Foto: landpixel 13

14 6. Precision Farming bei der Ausbringung flüssiger Wirtschaftsdünger Parallelfahrsysteme können bei der Aus - bringung unerwünschte Überlappungen und damit Doppelausbringung mit der Ausnahme von Keilen minimieren. Auf diese Art und Weise ist eine weitere Verbesserung der Ausbringgenauigkeit und damit der pflanzenbaulich bedarfsorientierten Düngung möglich. Zusätzlich werden die Ausbringkosten durch den Einsatz dieser Technik optimiert. Eine weitere Einsatzmöglichkeit für Precision Farming bietet die Depotdüngung im Silomais. Bei diesem Verfahren wird die Gülle beziehungsweise der Gärrest in einem Band im Boden auf fest definierten Spuren abgelegt. Das Maissaatgut wird dann mittels GPS-unterstützter Aussaat genau oberhalb von diesem Nährstoffband abgelegt. Bei diesem Verfahren treten fast keine Emissionsverluste bei der Ausbringung auf. Gülle- beziehungsweise Gärrestausbringung mit einem Striptillgerät. Foto: Prof. Reckleben Überlappung bei der Ausbringung mit einem Schleppschlauchsystem. Foto: Johannes Scherrer Depotdüngung im Band im Boden. Foto: Prof. Reckleben 14

15 7. Empfehlungen der Arbeitsgruppe Ausbringverfahren Bei einem Vergleich der Ausbringsysteme sollten eine hohe Nährstoffausnutzung, die Gegebenheiten vor Ort und die Ausbringkosten die bestimmenden Faktoren der Verfahrenswahl sein. Der reine Vergleich der Ausbringkosten pro Stunde ist für die Bewertung der Vorzüglichkeit eines Systems nicht ausreichend. Stattdessen müssen die Kosten pro ausgebrachtem und nutzbarem Kilogramm Nährstoff angesetzt werden. In diesem Vergleich schneiden die emissionstechnisch besseren Ausbringsysteme wie der Schleppschuh, die Schlitztechnik und die Direkteinarbeitung in vielen Fällen besser ab als die scheinbar kostengünstigere Variante. Emissionsarme Ausbringtechniken reduzieren Nährstoffbilanzüberschüsse, sparen Mineraldünger und steigern so die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von organischen Düngemitteln. Direkte Übergabe von Gülle- oder Gärresten von einem Lkw-Zubringer an ein Ausbringfahrzeug. Foto: Lohnunternehmen Holger Thomsen Gülle beziehungsweise Gärreste in den Boden geschlitzt. Fotos: Dr. Steinmann 15

16 Zusammenfassung der Ergebnisse der AG 4 Ausbringverfahren aus der Allianz für den Gewässerschutz unter Beteiligung von: Fachhochschule Kiel, Fachbereich Agrarwirtschaft Bauernverband Schleswig-Holstein Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein Landesverband der Maschinenringe Schleswig-Holstein Landesverband der Lohnunternehmer in der Land- und Forstwirtschaft Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Ingenieurbüro INGUS Grundwasserschutzberatung Nord Stand: August