Was macht die Körnerleguminosen für die Fruchtfolge so interessant?

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1 1. Körnerleguminosentag Vom Anbau bis zur Verwertung 22. November 2011 Haus Düsse Was macht die Körnerleguminosen für die Fruchtfolge so interessant? Prof. Dr. agr. Knut Schmidtke Fachgebiet Ökologischer Landbau Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden

2 Anbauläche in 1000 ha Ackerbohne Erbse Abb. 1: Anbauumfang von Körnererbse und Ackerbohne in der Bundesrepublik Deutschland (BSA 2011) Einleitung

3 Kornertrag [dt ha -1 ] Ackerbohne Erbse Abb. 2: Kornertrag von Körnererbse und Ackerbohne in der Bundesrepublik Deutschland (BSA 2011) Einleitung

4 Körnererbse Ackerbohne (aus: BSA 2011) Einleitung

5 Lupine (aus: BSA 2011) Einleitung

6 Fruchtfolge im intensiv wirtschaftenden Futterbaubetrieb Silomais 1. Wintergerste/ Winterweizen Winterweizen Problem Fruchtfolgekrankheiten Parasitärer Halmbruch Fusarien (+ Mykotoxine) Schwarzbeinigkeit Fruchtfolge

7 Tab. 1: Wirtspflanzen der Fruchtfolgekrankheiten des Weizens und deren Ertragswirkung (Hofmann & Schmutterer 1993) Erreger neben Weizen werden befallen Überdauerung Ertragsverluste bei Weizen Parasitärer Halmbruch G, Ro, (Ha) Stroh, Boden 5 bis 10 (30) % Fruchtfolgekrankheiten

8 Tab. 1: Wirtspflanzen der Fruchtfolgekrankheiten des Weizens und deren Ertragswirkung (Hofmann & Schmutterer 1993) Erreger neben Weizen werden befallen Überdauerung Ertragsverluste bei Weizen Parasitärer Halmbruch G, Ro, (Ha) Stroh, Boden 5 bis 10 (30) % Fusariun ssp. G, Ro, Triticale, Mais Stroh, Saatgut bis 50 % Fruchtfolgekrankheiten

9 Tab. 1: Wirtspflanzen der Fruchtfolgekrankheiten des Weizens und deren Ertragswirkung (Hofmann & Schmutterer 1993) Erreger neben Weizen werden befallen Überdauerung Ertragsverluste bei Weizen Parasitärer Halmbruch G, Ro, (Ha) Stroh, Boden 5 bis 10 (30) % Fusariun ssp. G, Ro, Triticale, Mais Stroh, Saatgut bis 50 % Schwarzbeinigkeit G, Ro, Triticale Stroh, Boden 30 bis 100 % Fruchtfolgekrankheiten

10 Fruchtfolge im intensiv wirtschaftenden Futterbaubetrieb Silomais 1. Wintergerste/ Winterweizen Winterweizen Problem Fruchtfolgekrankheiten Parasitärer Halmbruch Fusarien (+ Mykotoxine) Schwarzbeinigkeit Problemunkräuter Windhalm Ackerfuchschwanz Fruchtfolgeprobleme

11 Abb. 3: Einbußen an Kornertrag des Weizens nach Stoppelweizen versus Blattfrucht (aus: Lütke Entrup et al. 2006) Fruchtfolgeprobleme

12 Fruchtfolge im intensiv wirtschaftenden Ackerbaubetrieb mit Ackerbohne (Blattfrucht) Winterraps 1. Wintergerste/ Winterweizen Winterweizen 3. Ackerbohne Fruchtfolge

13 Tab. 2: Zuwachs an Kornertrag verschiedener Getreidearten nach Vorfrucht Körnerleguminose im Vergleich zur Vorfrucht Winterweizen (Albrecht 2002) Fruchtart Ertragszuwachs Korn (dt ha -1 ) Winterweizen +9,3 Wintergerste +6,7 Wintertriticale +12,6 Sommergerste +14,6 Vorfruchtwirkungen

14 Fazit 1. Mit dem Anbau von Körnerleguminosen wird eine Unterbrechung von Infektionsketten in getreidereichen Fruchtfolgen erzielt Leistung der Leguminosen: Mehrertrag der Getreidefolgefrucht um 9 bis 15 dt/ha Schlussfolgerungen

15 Molekularer Luftstickstoff N 2 Symbiotische Stickstoff-Fixierung Energiereiche Fotosyntheseprodukte Aminosäure-N -Protein - Ammoniak NH 3

16 Symbiotisch fixierter Stickstoff wird akkumuliert im Spross in der Wurzel im Boden (während des Wachstums über Rhizodeposition in den Boden gelangt)

17 Vergleich der symbiotischen N 2 -Fixierleistung von Erbse, Ackerbohne und Schmalblättriger Lupine Leistungen von Leguminosen

18 Tab. 3: Kornertrag, N 2 -Fixierleistung und N-Flächenbilanz beim Anbau von Körnerleguminosen (Wichmann, 2004) 1) Erbse Ackerbohne Lupine Kornertrag [dt TM/ha] 41,0 32,1 11,9 N 2 -Fixierleistung [kg N/ha] ) Mittel aus 2 Versuchsjahren Leistungen der Arten

19 Tab. 4: Kornertrag, N 2 -Fixierleistung und N-Flächenbilanz beim Anbau von Körnerleguminosen (Wichmann, 2004) 1) Erbse Ackerbohne Lupine Kornertrag [dt TM/ha] 41,0 32,1 11,9 N 2 -Fixierleistung [kg N/ha] N-Bilanz [kg N/ha] ) Mittel aus 2 Versuchsjahren Leistungen der Arten

20 Fazit 1. Mit dem Anbau von Körnerleguminosen wird eine Unterbrechung von Infektionsketten in getreidereichen Fruchtfolgen erzielt Leistung der Leguminosen: Mehrertrag der Getreidefolgefrucht um 9 bis 15 dt/ha 2. Körnerleguminosen können sich vollständig selbst mit Stickstoff über die Symbiose versorgen und können auch bei Ernte des Kornes zusätzlich dem Boden Stickstoff zuführen Leistung der Leguminosen: Einsparung von Stickstoff und Steigerung des N-Vorfruchtwertes Schlussfolgerungen

21 Umweltkosten der technischen Stickstoff-Fixierung CO 2 + H 2 O Photosynthese Erdgas (Erdöl, Kohle) Technische Stickstoffixierung 498,4 kj/mol aus fossilen Energieträgern 400 C bis 500 C 150 bis 250 bar Überdruck 3 H 2 Eisen- oder molybdänhaltiger Katalysator N 2 2NH 3 Haber-Bosch-Verfahren Reaktor Mineralische N-Düngemittel

22 Benötigte Energiemenge zur Bereitstellung von 200 kg mineralischer N-Düngemittel entspricht in etwa dem Energiegehalt von 230 l Diesel

23 Kosten der Bereitstellung 1 kg Mineral-N 1)2) 49,1 MJ aus fossilen Energieträgern 2984 g CO 2 15,1 g N 2 O + 7,45 g CH 4 Emission 4836 g CO 2 Klimarelevanz 7820 g CO 2 1) aus Patyk & Reinhardt (1997) 2) IPCC (1995) Klimarelevanz in der aktuellen N-Düngemittelbereitstellung: 5844 g CO 2 je kg N (ART 2007, Wendrock 2008) entspricht ca. 40 km Fahrt mit PKW (150 g CO 2 /km)

24 Emissionen durch die Bereitstellung mineralischer N-Düngemittel Emissionen aus mineralischen N- Düngemitteln (CO 2 -Äquivalent in t) 2,0 Mio 1,8 Mio 1,6 Mio 1,4 Mio 1,2 Mio 1,0 Mio 0,8 Mio 0,6 Mio 0,4 Mio 0,2 Mio ca.10 Mio t CO 2 -Äquivalente a -1 0 BW BY BB HE MV NS NW RP SL SN ST SH TH Abb. 4: Jährliche Emissionen klimarelevanter Spurengase (in t CO 2 - Äquivalente) durch die in den Bundesländern abgesetzten mineralischen N-Düngemittel (Mittel der 2002 bis 2009) (Wendrock & Schmidtke 2011)

25 Umweltleistungen der symbiotischen Stickstoff-Fixierung CO 2 + H 2 O Photosynthese Erdgas (Erdöl, Kohle) Technische Stickstoffixierung 498,4 kj/mol aus fossilen Energieträgern 400 C bis 500 C 150 bis 250 bar Überdruck 3 H 2 Eisen- oder molybdänhaltiger Katalysator N 2 2NH 3 CO 2 + H 2 O Haber-Bosch-Verfahren Reaktor Biologisch-regenerative Stickstoffixierung 570 kj/mol Photosynthese aus Photosyntheseprodukten Atmosphärendruck 2 C bis 35 C Kohlehydrate 6e H + Eisen- Molybdän-Protein: Nitrogenase N 2 2NH 3 Mineralische N-Düngemittel Aminosäuren Ureide Knöllchenbakterium Ressourcenschonung

26 Körnerleguminosen Futterleguminosen Abb. 5: Entwicklung der Anbaufläche von Körner- und Futterleguminosen in Deutschland in den Untersuchungsjahren 2002 bis 2009 (in ha, Statistisches Bundesamt ) Ressourcenschutz

27 Deutschland: zwischen t N (2003) und t N (2007) Ackerbohne: bis 230 kg N ha -1 (SH, NW); Anteil 0,1 % Luzerne Reinsaat: bis 340 kg N ha -1 (MV); Anteil 0,3 % Symbiotische N 2 -Fixierleistung (t) Abb. 6: Symbiotische N 2 -Fixierleistung der Leguminosen im Ackerbau in Deutschland im Mittel der Jahre 2002 bis 2009 (in t) (Wendrock & Schmidtke 2011)

28 hierdurch wurde eine Emission in Höhe von rd t CO 2 -Äqui- Valente vermieden (Mittel ) Eingesparte Emissionen (CO 2 -Äquivalent in t) BW BY BB HE MV NS NW RP SL SN ST SH TH Abb. 7: Jährlich eingesparte Emissionen durch die symbiotische N 2 -Fixierung der Leguminosen im Ackerbau in den Bundesländern (in t CO 2 -Äquivalente a -1, Mittel 2002 bis 2009) (Wendrock & Schmidtke 2011)

29 Monetäre Bewertung der symbiotischen N 2 -Fixierleistung von Leguminosen in Deutschland: bei 880 je t Mineral-N = 58,6 Mio Abb. 8: Anteil der symbiotischen N 2 -Fixierung an der Gesamtmenge eingesetzten Stickstoffs aus mineralischen N-Düngemitteln und symbiotischer N 2 -Fixierung (Wendrock & Schmidtke 2011) Eigene Abbildung Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

30 Fazit 1. Mit dem Anbau von Körnerleguminosen wird eine Unterbrechung von Infektionsketten in getreidereichen Fruchtfolgen erzielt Leistung der Leguminosen: Mehrertrag der Getreidefolgefrucht um 9 bis 15 dt/ha 2. Körnerleguminosen können sich vollständig selbst mit Stickstoff über die Symbiose versorgen und können auch bei Ernte des Kornes zusätzlich dem Boden Stickstoff zuführen Leistung der Leguminosen: Einsparung von Stickstoff und Steigerung des N-Vorfruchtwertes 3. Nutzung symbiotischer Stickstofffixierung beim Anbau von Leguminosen ist aktiver Klimaschutz Leistung der Leguminosen: Klimaschutz und 58 Mio je a -1 Einsparung Schlussfolgerungen

31 1. Körnerleguminosentag Vom Anbau bis zur Verwertung 22. November 2011 Haus Düsse Was macht die Körnerleguminosen für die Fruchtfolge so interessant? Prof. Dr. agr. Knut Schmidtke Fachgebiet Ökologischer Landbau Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

32 Einleitung Grundlagen und Vorgehensweise Ergebnisse Zusammenfassung 10 Monetäre Bewertung der symbiotischen N 2 -Fixierleistung von Leguminosen Anwendung der Menge an symbiotisch fixiertem Stickstoff bei Kosten von 880 je Tonne mineralischem N-Düngemittel (Wirtschaftsjahr 2007/2008, STATISTISCHES BUNDESAMT 2008) entspricht jährliche Kostenersparnis in Deutschland von rund 58,6 Mio

33 Einleitung Grundlagen und Vorgehensweise Ergebnisse Zusammenfassung 8 Beispiel für Einsparung durch Ausweitung des Leguminosenanbaus» Aufwand Stickstoff je Hektar landwirtschaftlich genutzter Fläche 110,8 kg ha -1 (Wirtschaftsjahr 2007/2008, STATISTISCHES BUNDESAMT 2008)» mittleren Emissionsfaktor von kg CO 2 -äquivalente Emissionen je t N (Wert für Deutschland, Mittel der Untersuchungsjahre) = Einsparung von 656 kg CO 2 -äquivalenten Emissionen je Hektar

34 Einleitung Grundlagen und Vorgehensweise Ergebnisse Zusammenfassung 10 Monetäre Bewertung der symbiotischen N 2 - Fixierleistung von Leguminosen» Anwendung der Menge an symbiotisch fixiertem Stickstoff bei Kosten von 880 je Tonne mineralischem N-Düngemittel (Wirtschaftsjahr 2007/2008, STATISTISCHES BUNDESAMT 2008) = jährliche Kostenersparnis in Deutschland von rund 58,6 Mio

35 Ackerbaubetrieb 2005 Anteil in der Fruchtfolge 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Winter- Futtergerste Eruca-Raps Non-Food-Raps (Biodiesel) Zuckerrübe Sonnenblume Körnererbse Winter-Brotweizen Speisekartoffel Ackerbohne 10% 0% 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 Stickstoffpreis ( /kg N) Abb. 6: Veränderung des optimalen Anbauplanes eines sächsischen Modell-Ackerbaubetriebes in Abhängigkeit vom Preis Kalkammonsalpeter-N (Gocht & Schmidtke 2007)

36 Gemischtbetrieb LN des Modellbetriebs (ha) Futtergerste Eruca-Raps Zuckerrübe Sonnenblume Grünland - Koppelweide Silomais Non-Food-Raps (Biodiesel) Körnererbse Winter-Brotweizen Kleegras- Grünfutter (mehrjährig) Speisekartoffel Ackerbohne 0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 Stickstoffpreis ( /kg N) Abb. 7: Veränderung des optimalen Anbauplanes eines sächsischen Modell-Gemischtbetriebes in Abhängigkeit vom Preis Kalkammonsalpeter-N (Gocht & Schmidtke 2007)

37 Tab. 7: Ertrag an Trockenmasse und symbiotisch fixierter N-Menge in Spross und Wurzel von Luzerne, Rotklee und Persischem Klee im 1. Hauptnutzungsjahr (Jung 2003) TM-Ertrag [dt TM ha -1 ] N 2 -Fixierleistung [kg N ha -1 ] Luzerne 1) Rotklee 1) Persischer Klee 2) 1) nach Blanksaat im August des vorhergehenden Jahres (Mittel 3 Sorten) 2) nach Blanksaat im April des Hauptnutzungsjahres (Mittel 2 Sorten)

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