Bewertung von Nährstoff- und Humusbilanzen im Fruchtfolgesystem

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1 Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research Bewertung von Nährstoff- und Humusbilanzen im Fruchtfolgesystem Dr. Matthias Willms 3. Forum Energiepflanzen Juli 2012 Jena M. Willms 2012

2 Gliederung Nährstoff- und Kohlenstoff-Wege Stickstoff in Erntegut und Gärresten Humusbilanzen von Energiepflanzen Gesetze, Verordnungen Methode Ergebnisse Zusammenfassung, Empfehlungen

3 Methoden 1: Welcher Anteil von Kohlenstoff wird mit Gärresten zurück geführt? NawaRo 1 ha, t/ha TM kg N/ha kg C/ha Silierverlust 15 % Biogasanlage C-Nutzung Gärrest Bodenatmung M. Willms Boden, Humus kg Humus-C/ha Gülle 1 GV kg N Stallverluste Auf Grund der gasförmigen Verluste sind C, N, und S prinzipiell ähnlich. Dagegen treten bei P, K und Mg keine gasförmigen Verluste auf.

4 Methoden 2: Welcher Anteil an Stickstoff wird mit Gärresten zurück geführt? NawaRo 1 ha, t/ha TM kg N Gülle 1 GV kg N Silierverlust 15 % Stallverluste [N-Menge nicht verändert] Gärrest Mineraldüngeräquivalents 70 % Auswaschung Abfuhr mit M. Willms Erntegut Boden, Pflanze

5 N-Abfuhr mit Erntegut [kg/ha] Wie viel Stickstoff ist im Erntegut, im Substrat und im Gärrest enthalten? N-Verlust durch Silierung Beispiel Mais TM-Ertrag [t/ha] N-Sollwert N-Abfuhr mit Erntegut N im Substrat (abzügl. Silierverlust) Wirksame N-Düngung aus Gärrest (abzügl. Silierverlust, Mineraldüngeräquivalente) N organisch gebunden im Gärrest M. Willms N min, mineralische Düngung Fazit: Bei einem MDÄ von 70 % für Gärreste, werden bei vollständiger Rückfuhr des Gärrestes 60 % des geernteten N angerechnet.

6 Beispielrechnung Mais Beispiel: N-Abfuhr 250 kg/ha bei Silierverlust + MDÄ = 70: 60 % N von Abfuhr = mineraldüngerwirksam: ~150 kg/ha N-Sollwert 190 kg/ha N min Frühjahr 40 kg/ha = vollständige organische N-Düngung Es besteht kein zusätzlicher Bedarf der P, K, Mg Düngung.

7 Humusbilanzen

8 Gesetze, Verordnungen 1 7. der standorttypische Humusgehalt des Bodens, insbesondere durch eine ausreichende Zufuhr an organischer Substanz... zu erhalten ist

9 Gesetze, Verordnungen 2 3 Erhalt der organischen Substanz im Boden und Schutz der Bodenstruktur (1) Der Betriebsinhaber hat seine Ackerflächen so zu bewirtschaften, dass die organische Substanz im Boden erhalten bleibt. Dies hat er nachzuweisen durch...

10 Bodenfunktionen und Humus Verbesserung der Ertragsfunktion der Böden schnellere Bodenerwärmung Wachstumsförderung im Frühjahr Wirkungen von Humus auf Bodenfunktionen Förderung des Bodenlebens: erhöhte Bodengare, leichtere Bearbeitbarkeit (Energieeinsparung), Phytosanitäre Wirkung Abbau von Schadstoffen stabilere Bodenstruktur Infiltrationsvermögen, Befahrbarkeit Verminderung Erosionsanfälligkeit Erhöhung der Wasserspeicherfähigkeit Erhöhung von Nährstoffspeicherung und Nährstoffnachlieferung (N, S, P) nach Rogasik & Reinhold, 2006, verändert

11 Was kann die Humusbilanz? Ziel: Empfehlungen zur optimalen Höhe der organischen Düngung, bei hohen Erträgen, d. h. die Ertragsfunktion des Bodens wird optimal gefördert bei gleichbleibenden C org -Gehalten des Bodens (...) ausreichender N-Effizienz Bewertung erfolgt für die stabilisierte Humusfraktion Ableitung aus Dauerversuchen keine Vorhersagen zum C org -Gehalt des Bodens keine Minimierung der Stickstoffausträge Gewässerschutz

12 Berechnung Humusbilanz Humussaldo = Humuszufuhr Veränderungen der Humusversorgung des Bodens Zufuhr organischer Substanzen: Gärrest, Stroh, Gülle, Mist VDLUFA, 2004, verändert Humuszehrung Fruchtarten, die zum Abbau der org. Substanz beitragen Humusmehrung Fruchtarten, die zur Reproduktion der org. Substanz beitragen 3. Forum Energiepflanzen Juli 2012 Jena M. Willms, 2012

13 Methoden: Datengrundlage TM- und otm-erträge EVA-Versuche Berechnung der Gärrestmenge gemessene EVA- Biogasausbeuten (C. Herrmann, M. Heiermann, ATB-Potsdam), eigene Berechnungen spezifische Humusreproduktionsleistung je Tonne Gärrest, Humuswirkung der Fruchtarten VDLUFA-Standpunkt Humusbilanzierung, eigene Ableitungen

14 Fragen an die Humusbilanz beim Energiepflanzennbau a) Welchen Einfluss hat der Energiepflanzenanbau auf den Humushaushalt? b) Wie wurde das VDLUFA-Humusbilanzverfahren auf Energiepflanzen angewendet? c) Bei welchem Ertrag erreichen die Fruchtarten eine ausgeglichene Humusbilanz?

15 a) Welchen Einfluss hat der Energiepflanzenanbau auf die Humusbilanz? Flächenverhältnis: Anbaufläche von Mais wird ausgeweitet. Andere Fruchtarten sind möglich, z. B. Sorghum. Anbaudauer: Getreide-Erntetermine: Beginn Schossen, Ende Schossen, Blüte, Teigreife. Kein Koppelprodukt (Stroh) verbleibt auf den Schlägen. Anbau von Zweikultur-Nutzungssystemen und Zwischenfrüchten. Einsatz von Gärresten. Was ist der Nettoeffekt?

16 Erträge mit: Hf 2F SUD FHI WRO TRI WeiGr Hauptfrucht Zweitfrucht Sudangras Futterhirse Winterroggen Triticale Weidelgras Daten: EVA-Versuche, Mittel des Grundversuches

17 b) Anwendung Humusbilanzverfahren 1. Bewertung der Energiepflanzen auf Basis der Fruchtarten nach VDLUFA 2. Bewertung der Humuswirkung des Gärrestes dieser Fruchtart mit: Hf 2F SUD FHI WRO TRI WeiGr Hauptfrucht Zweitfrucht Sudangras Futterhirse Winterroggen Triticale Weidelgras Herleitung der Gärrestmenge: unter Verwendung der Analysen zur Biogasausbeuten des ATB-Potsdam, C. Herrmann, M. Heiermann, 2012

18 Humussalden mit: Hf 2F SUD FHI WRO TRI WeiGr Hauptfrucht Zweitfrucht Sudangras Futterhirse Winterroggen Triticale Weidelgras TM-Ertrag [t/ha] Hauptfrüchte Szf Mais, Hf SUD, Hf FHI, Hf WRO, Gp TRI, Gp WeiGr, Szf GRO+Zweitfrucht GRO + Mais 2F GRO + SUD 2F

19 c) Bei welchem Ertrag sind die Bilanzsalden ausgeglichen (=0)? mit: Hf 2F SUD FHI WRO TRI WeiGr Hauptfrucht Zweitfrucht Sudangras Futterhirse Winterroggen Triticale Weidelgras

20 Humuswirkung Gärrest je Tonne TM-Ertrag Tabelle Fruchtart Humuswirkung je t Gärrest [kg/t] Silomais, Hf 21,7 Sudangras, Futterhirse, Hf 33 bis 34 W. Getreide 21,5 bis 22,1 Grünschnittroggen 30,1 Silomais Zweitfrucht 21,6 Sudangras Zweitfrucht 33,1 Einj. Weidelgras, Szf 29,3

21 Rangfolge der Einflussgrößen auf den Humussaldo 1. Viehbesatz 2. Wahl der Fruchtart 3. Ertragshöhe 4a Stroh verbleibt auf dem Feld 4b Anbau von Zwischenfrüchten 5. Biogasausbeute

22 Zusammenfassung Nährstoffsalden Durch die vollständiger Ausbringung der gesamten Gärrestmenge im Rahmen der Fruchtfolge auf die Anbaufläche ist für die P-, K-, Mg- Düngung gesorgt. Bei Stickstoff führt dies zu einer pflanzenbaulichen Verwertung von 60 % des Stickstoffs im Erntegut. Unter Berücksichtigung der N min -Konzentration im Frühjahr und dem N-Sollwert, wird bei Mais häufig der N-Bedarf vollständig durch organische Dünger gedeckt. 3. Forum Energiepflanzen Juli 2012 Jena M. Willms, 2012

23 Zusammenfassung Humusbilanzen Änderung gegenüber Markfrüchten: Anbauverhältnis der Fruchtarten, neue Fruchtarten möglich, Wegfall der Koppelprodukte, Zwischenfrüchte gut integrierbar. Ein Ausgleich der Humusbilanz ist auch bei Fruchtfolgen mit Energiepflanzen gut möglich durch die Wahl der angebauten Fruchtarten sowie zusätzlicher Anbau von Zwischenfrüchten und Druschgetreide. Nährstoffbilanzen und Humusbilanzen können zu Zielkonflikten führen. In diesem Fall sind die Anforderungen der Nährstoffbilanz stets vorrangig. Zur Präzisierung der Humusbilanz für Energiepflanzenanbauverfahren besteht Forschungsbedarf für die Präzisierung von Koeffizienten für Fruchtarten und Gärreste. 3. Forum Energiepflanzen Juli 2012 Jena M. Willms, 2012

24 Handlungswege Humusbilanz Senkung des Bilanzsaldos... Export von Gärresten, bzw. der Feststoff-Fraktion gleichzeitig Export von Nährstoffen Erhöhung der Methanausbeute Nutzung des gesamten Aufwuchses ohne Rückführung des Kohlenstoffs z. B. BtL Erhöhung des Bilanzsaldos... Früchte: mehrjähriges Ackerfutter, Zwischenfrüchte Wechsel von Energiepflanzen und Getreide mit Kornnutzung, Stroh verbleibt auf dem Feld Maßnahmen: Rückführung des Gärrestes, Einsatz von Gülle tierischer Herkunft Kohlenstoffimport durch Futtermittel, externe Kosubstrate sowie von Nicht-NawaRo-Flächen (z. B. Grünland) 3. Forum Energiepflanzen Juli 2012 Jena M. Willms, 2012

25 Vielen Dank! All denen die zu den Ergebnissen beigetragen haben!

26 Vielen Dank! Fragen? Weitere Informationen: 3. Forum Energiepflanzen Juli 2012 Jena M. Willms. 2012

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