Grundlagen einer bedarfsgerechten Stickstoffdüngung

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1 Grundlagen einer bedarfsgerechten Stickstoffdüngung Dr. Erhard Albert Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

2 Gliederung Globale Herausforderungen Notwendigkeit der N-Optimierung Novellierung der Düngeverordnung N-Düngebedarfsermittlung Fazit Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

3 FAO: Das Wachstum der Weltbevölkerung auf 9,1 Mrd. bis 2050 erfordert einen Anstieg der Nahrungsmittelproduktion um weitere 70 % Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

4 Die weltweiten Ackerflächen pro Kopf schrumpfen Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

5 Auswirkungen des Klimawandel auf die globalen Erträge bis Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Müller et al., World Bank

6 Anstieg der Nahrungsmittelproduktion kann realisiert werden entweder durch Steigerung der Erträge oder Ausdehnung der Ackerflächen oder Kombination beider Möglichkeiten Aber: Stärkere Ausdehnung der Ackerflächen hätte gravierende Umweltfolge: Zerstörung wertvoller Ökosysteme wie Regenwälder, natürliches Grasland und Moore Anstieg der CO 2 -Emission durch Abbau gespeicherter Humus- bzw. C-Vorräte in Böden und in Gehölzen Ziel: Ertragssteigerung durch nachhaltige Intensivierung Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

7 Ertragsentwicklung von Winterweizen in Deutschland seit Ertrag in dt/ha b= 0,361 R 2 = 0, b = 0,0989 R² = 0, Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Statistisches Bundesamt

8 Notwendigkeit der Optimierung der N-Düngung Starkes Lager von Winterweizen Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

9 Häufigkeitsverteilung der mittleren Nitratgehalte im Zeitraum 2008 bis Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: BMELV, Honecker

10 Nitratgehalte in mg/l (EU 27) Anteil der Messstellen nach Gehaltsklassen Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Report der EU-KOM zur Umsetzung der Nitratrichtlinie 2013

11 Nitratgehalte im Grundwasser in Deutschland Aktuelle Situation Guter chemischer Zustand (Nitrat) Schlechter chemischer Zustand (Nitrat) Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Berichtsportal WasserBlick/BfG, Stand:

12 N-Flächenbilanzüberschuss Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

13 N-Anfall aus tierischen Ausscheidungen Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: VTI

14 Niederschläge im Referenzzeitraum Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: DWD

15 Jährliche Sickerwassermenge 50mg NO 3 /l im SW entspricht: N-Eintrag (kg/ha) Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: BGR Hannover

16 Beziehung zwischen GE-Ertrag und dem N-Bilanzsaldo (774 Auswertungen) Verlust an Bodenfruchtbarkeit Potenziell umweltbelastend R² = 0, GE-Ertrag [dt/ha] N-Bilanzsaldo [kg/ha] Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

17 Vergleich N-Saldo ausgewählter Fruchtarten in Abhängigkeit vom Ertragsniveau ( Schläge) 140 < Durchschnittsertrag -30 % Durchschnittsertrag von -30 bis +30 % > Durchschnittsertrag +30 % N-Saldo (kg/ha) Winterweizen Sommergerste Brau Winterraps Spätkartoffeln Zuckerrüben Silomais Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

18 Einflußfaktoren auf den Rapsertrag (Einschätzung leistungsstarker Betriebe) 6 4 Standort/Klima Betriebsleiter Bodenbearbeitung Pflanzenschutz Düngung Fruchtfolge Sorte Ernte Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Hollmann

19 Die Hauptziele der gegenwärtigen Novellierung der Düngeverordnung bestehen darin. die Nitratgehalte des Grundwassers durch reduzierte N-Bilanzüberschüsse zu verbessern um so die Anforderungen der EU-Nitratrichtlinie langfristig zu erfüllen Maßnahmen: Effizienter N-Einsatz durch bedarfsorientierte N-Düngung und durch Verlustreduktion Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

20 Zusammenhang zwischen N-Düngung und Ertragsbildung Ökonomisch optimaler Ertrag Biologisch möglicher Höchstertrag Ertrag wirtschaftlicher Ertragsanstieg durch N-Düngung unwirtschaftlicher und umweltbelastender Ertragsanstieg N-Düngung Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

21 Den N-Düngebedarf bestimmende Faktoren N-Pflanzenbedarf in Abhängigkeit von Ertrag und Qualität N-Düngebedarf N min -Vorrat zu Vegationsbeginn N-Nachlieferung in der Vegetationzeit N-Bereitstellung aus dem Boden Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

22 Beziehung zwischen Kornertrag und Korn-N-Entzug bei Winterweizen Lö-Standorte, 11 Versuchsjahre, n = 465) 250 R² = 0, Korn-N-Entzug kg/ha Ertragshöhe bestimmt N-Bedarf Kornertrag dt/ha Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

23 N-Bereitstellung N-Bereitstellung N-Bereitstellung des Bodens des Bodens des Bodens (50 kg/ha) (100 kg/ha) (150 kg/ha) 250 N-Aufnahme des Pflanzenbestandes N-Aufnahme [kg/ha] N-Düngebedarf N-Düngebedarf N-Düngebedarf ( (205 kg/ha) -( kg/ha) (105 kg/ha) kg/ha) Modell der N-Aufnahme, der N- Bereitstellung des Bodens und des N- Düngebedarfes bei Winterweizen (Ertrag: dt/ha) 50 0 N-Nachlieferung aus Bodenvorräten (100 kg/ha) N-Nachlieferung aus Bodenvorräten (60 kg/ha) N-Nachlieferung aus Bodenvorräten (20 kg/ha) N min -Vorrat zu Vegetationsbeginn (50 kg/ha) N min -Vorrat zu Vegetationsbeginn (30 (40 kg/ha) Februar März April Mai Juni Juli August Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

24 Erträge ohne N-Düngung sowie optimale N-Aufwandmengen und Erträge von Winterweizen (Lö-Standorte) Jahr Ertrag ohne N-Düngung (dt/ha) opt. N-Aufwand (kg/ha) Optimalertrag (dt/ha) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

25 Erträge ohne N-Düngung sowie optimale N-Aufwandmengen und Erträge von Winterweizen (Lö-Standorte) Jahr Ertrag ohne N-Düngung (dt/ha) opt. N-Aufwand (kg/ha) Optimalertrag (dt/ha) , , , , , , , , , ,0 59, ,3 Optimaler N-Aufwand schwankt von Jahr zu 74, ,7 Jahr z. T. erheblich 64, ,4 75, ,6 Gleiche Erträge erfordern oft unterschiedliche 45, ,2 N-Mengen 89, ,5 55, ,5 Optimale N-Mengen werden stark von der N- 69, ,5 Bereitstellung 75,8 aus dem Bodenvorrat 166 bestimmt 104,3 N-Düngebedarf 73,5 hängt nur 141schwach von der 103,6 54, ,6 Ertragshöhe ab 55, , , , , , , , Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

26 Wirkung steigender N-Düngung auf den Kornertrag von Winterweizen ( ) Kornertrag [dt/ha] Nossen Nossen Pommritz Pommritz N-Optima N-Düngung [kg/ha] Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

27 Beziehung zwischen der N-Düngung und dem GE-Ertrag in Abhängigkeit von der organischen Düngung (Lehm, 1966 bis 2010) N-Optima GE-Ertrag [kg/ha] FF: ZR SG KA - WW Humusgehalt in % ( ) ohne organische Düngung 1,75 Stallmist 2,39 Stroh 1, mineralische N-Düngung [kg/ha] Positiveffekt höherer Humusgehalte bleibt auch bei hoher min. N-Düngung erhalten Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

28 Beziehung zwischen Humusgehalt und N-Gesamtvorrat im Boden N-Gesamtvorrat in kg/ha in 30 cm Bodenschicht y = 3651,5x 0,6959 R 2 = 0, Humusgehalt in % Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

29 Wirkung steigender N-Düngung auf den Kornertrag von Winterweizen in Abhängigkeit von der Vorfrucht 100 (Lö-Standorte, 9 Versuchsjahre) N opt = 82 Kornertrag [dt/ha] N opt = 162 Vorfrucht Erbsen Vorfrucht Getreide N-Düngung [kg/ha] Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

30 Wirkung unterschiedlicher Aussaattermine von Winterweizen auf die Bestandesentwicklung im Frühjahr Aussaat: Mitte Sep. EC 26 Aussaat: Ende Sep. EC 23 Aussaat: Mitte Okt. EC 21 Aussaat: Ende Okt. EC Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

31 N-Aufnahme ( 15 N) von Winterweizen in Abhängigkeit von der Pflanzenentwicklung zu Vegetationsbeginn N-Aufnahme [kg/ha] kg /ha als 15 N zu Vegetationsbeginn Aussaat und EC zu VB EC EC EC 22 A EC Wochen nach N-Düngung Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

32 Verfügbarkeit des N min -Gehaltes für Getreide zu Vegetationsbeginn Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

33 Wassergehalt in 1 m Bodentiefe zu Vegetationsbeginn und Relativertrag von vier Erntejahren lehmiger Sand l /m³ nfk Wassergehalt toniger Lehm l/m³ nfk Relativertrag Wasservorrat bestimmt wesentlich die Ertragshöhe Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Schliephake

34 Entwicklung der Erträge von Winterweizen auf zwei Versuchsorten 140 Winterweizenertrag [dt/ha] Pommritz, Lö4, L, AZ: 65, nfk: 238 mm b = 1,37 R² = 0,51 Baruth, D3, ls, AZ: 35, nfk: 115 mm b = - 0,19 R² = 0, Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

35 N-Düngung mittels Sensortechnik auf heterogenen Schlägen Verbesserung der N-Effizienz durch bedarfsorientierte ortsspezifische Applikation unter Beachtung der Bestandes- und Bodenheterogenität (Online + Map-Overlay) Abreifender Wintergerstenbestand Schlag Am Flugplatz Köllitsch Erzeugung einheitlicher Partien mit ausgeglichenen Rohproteingehalten Verminderung qualitätsreduzierender Lagerbildung Verbesserung der Druscheigenschaften N-Sensortechnik Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Reduktion von Umweltbelastungen durch Verminderung von lokalen N-Bilanzüberschüssen

36 Möglichkeiten zur Abschätzung der N-Aufnahme als Basis für die Düngebedarfsermittlung visuelle Verfahren Wiegeverfahren Bildverarbeitung Satellitenaufnahmen Einsatz von Sensoren Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

37 Kräftig entwickelter Raps ( ; 2,5 kg FM/m²; ca. 125 kg N/ha) Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

38 Raps mit N-Mangel ( ; 0,7 kg FM/m², ca. 35 kg/ N ha) Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

39 Beziehung zwischen der gebildeten Frischmasse und der N-Aufnahme zum Ende der Vegetation N-Entzug (kg/ha) Datensätze - vier Versuchsjahre - Böden der AZ differenzierte Aussaatzeit - unterschiedliches N-Niveau y = 49,27x + 3,08 R 2 = 0,93 50 mittlerer N-Gehalt in der TM 3,6 % (2,1-5,1 %) 0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Frischmasse (kg/m²) Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Schliephake

40 N-Sensormessung im Winterraps Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

41 Biomasseindex des Yara-N-Sensors und die dazugehörige N-Aufnahme Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Schliephake

42 Korrektur der N-Düngung in Abhängigkeit von der N-Aufnahme von Raps vor Winter 90 Korrektur der N-Düngung [kg/ha] schwach normal üppig sehr üppig Stickstoff in der Biomasse vor Winter [kg/ha] Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

43 N-Optima bei unterschiedlichen Düngerpreisen 60 Ertrag [dt/ha] N- Optima bei 40 /dt Raps und Stickstoffpreisen von 0,5 /kg 1,0 /kg 1,5 /kg 2,0 /kg N-Düngung [kg/ha] Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

44 N-Optima bei unterschiedlichen Rapspreisen 60 N-Optima bei N-Preisen von 1,00 /kg und Rapspreisen von Ertrag [dt/ha] /dt 30 /dt 40 /dt 50 /dt N-Düngung [kg/ha] Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

45 Wirkung von N-Düngerformen auf GE-Ertrag, N-Entzug, N- Bilanzsaldo und Nmin-Gehalt nach Ernte (Mittel 4 Standorte, statischer Versuch von 2000 bis 2012, 44 Ernten,) N-Form N-Düngung GE-Ertrag dt/ha N-Entzug kg/ha N-Saldo kg/ha N min nach Ernte kg/ha ohne ohne 57, KAS reduziert 88, KAS optimal 90, HS reduziert 86, HS optimal 90, ASS/KAS reduziert 87, ASS/KAS optimal 91, ENTEC reduziert 87, ENTEC optimal 91, Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

46 Wirkung der N-Düngerform auf den Rapsertrag (Mittel aus 5 Jahren, 4 Standorten und 3 Düngungsterminen) Ertrag in dt/ha relativ ,6 41,2 42,1 41,7 KAS Harnstoff AHL ASS Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

47 Stickstoffverwertung in Abhängigkeit von den verfügbaren P-Gehalten im Boden 100 (Gefäßversuche mit Winterweizen und Wintergerste) N-Verwertung [%] y = -0,7237x ,106x + 46,092 R 2 = 0, A B C D P DL -Gehalt des Bodens in mg/100 g Boden Gehaltsklasse Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

48 Auswirkungen langjährig differenzierter Düngung auf Erträge, Bodengehalte und N-Ausnutzung (Statischer Dauerversuch Bad Lauchstädt, Anlage :1902) Variante Bodengehalte [mg/100g] Erträge [dt/ha] Kartoffeln P DL K DL Zuckerrüben Sommergerste Winterweizen N- Ausnutzung [%] NPK 11 (D) 15 (C) , ,9 98 NP 11 (D) 6 (B) , ,2 93 NK 2 (A) 15 (C) , ,6 81 N 2 (A) 7 (B) , ,8 62 PK 11 (D) 24 (D) , ,4 - ohne 4 (B) 8 (B) , , Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert Quelle: Körschens und Eich

49 Fazit: Optimierung des N-Nährstoffmanagements Exakte Ermittlung des Düngebedarfes verfügbare Nährstoffe (N min, P, K, Mg, S min, ph ) im Boden analysieren Berücksichtigung der Nährstoffnachlieferung des Standortes realistische Einschätzung der Ertragserwartung und damit des Nährstoffbedarfes (Nitrattest, Pflanzenanalyse, N-Tester, Biomasse, Düngefenster, Luftbilder ) Anrechnung der Nährstoffbereitstellung aus organischen Düngern mittels MDÄ Reduktion der Auswaschungsverluste und der gasförmigen Emissionen schnelle Einarbeitung von flüssigen Wirtschaftsdüngern/Gärresten in den Boden Ausbringung von flüssigen Wirtschaftsdüngern möglichst im Frühjahr Beachtung der Anwendungseigenschaften von Mineraldüngern N-Konservierung z. B. durch Zwischenfrüchte, Nitrifikationshemmer Reduktion der Bodenbearbeitungsintensivität im Herbst exakte Verteilung der Dünger auf der Fläche teilschlagspezifische Düngung heterogener Standorte Beseitigung von Ertragsbegrenzungen durch andere Nährstoffe, Krankheiten, Schädlingen, Bodenverdichtung Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert

50 Januar 2014 SKW; Dr. Erhard Albert