Treibhausgasemissionen nach der Düngung mit Gülle und Gärresten

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1 Treibhausgasemissionen nach der Düngung mit Gülle und Gärresten J. Augustin, U. Hagemann, M. Drösler, S. Glatzel, H. Kage, A. Pacholski, K.H. Mühling, u.a. Gülletag Landmaschinenschule Triesdorf, 21. Mai 2015

2 Im Zusammenhang mit dem C/N-Kreislauf stehende klimarelevante Spurengase Kohlendioxid (CO 2 ) Methan (CH 4 ) Lachgas (N 2 O) aktuelle Konzentration 400 ppm 1,80 ppm 323 ppb relatives Treibhauspotential (kg CO 2 -Äquivalente) jährlicher Anstieg 2 ppm 0,01 ppm 0,8 ppb Anteil am anthropogenen Treibhauseffekt 64 % 19 % 6 % Weiteres Spurengas mit vielen negativen Umweltwirkungen: Ammoniak (NH 3 )

3 Abschwächung oder Verstärkung von Folgenwirkungen des Anbaus von Energiepflanzen durch Gülle bzw. Gärreste? Wichtige Eigenschaften von Güllen und Gärresten (nach Döhler u. a. 2010) Rindergülle Gärrest (Rindergülle/Nawahroh) Verstärkung des anthropogenen Treibhauseffektes? Ausbringung stickstoffreicher Gärrückstände erhöhte N 2 O-Freisetzung & geringere CH 4 -Aufnahme bzw. stark erhöhte Freisetzung von NH 3 Humusabbau bei mangelnder C-Rückführung (Netto-)CO 2 -Freisetzung. Gärreste aber positiv? Dilemma Trockenmasse % 9,1 7,3 C/N-Verhältnis ph-wert NH 4 -N Kg/t FM 10,8 7,3 1,8 6,8 8,3 2,6 Wissen zu lückenhaft und widersprüchlich für eine eindeutige Einschätzung der langfristigen Wirkungen des Energiepflanzenanbaus Ableitung von zielgerichteten Minderungsmaßnahmen zur Zeit nicht möglich

4 FNR-Verbundvorhabens Klimawirkung von Energiepflanzen zur Biogasgewinnung ( ) Zielstellungen Einfluss von Gärresten, Fruchtart, Fruchtfolge und Standort auf N 2 O-, CH 4 - und CO 2 -Flüsse und die resultierende Klimawirkung sowie die NH 3 -Verflüchtigung Abschätzung der regionalen Relevanz des Anbaus von Energiepflanzen als Quelle und Senke von Treibhausgasen Erstellen standortspezifischer Ökobilanzen des Energiepflanzenanbaus Empfehlungen für Anbausysteme mit reduzierter Klimawirkung und Erhaltung des Vorrates an organischer Bodensubstanz

5 Vorgehensweise Durchführung von identischen Untersuchungen auf breitem Standortspektrum in Kopplung mit dem EVA- Projekt Hohenschulen (K) Gülzow (G) Dedelow (D; CARBO-ZALF) Dornburg (J) Ascha (A) Abb. nach Jungkunst et al. 2006

6 Versuche und Varianten Kleiner Gärrestversuch (Triticale-Mais-Winterweizen-Senf-Mais-Roggen-Sorghum) Einfluss von Fruchtfolge und Gärresten auf Klima- und Boden-C-Bilanz 100% Mineral-N 50% Mineral-N + 50% Gärrest-N 100% Gärrest-N (doppelt, um ein FF-Jahr versetzt) Großer Gärrestversuch (Mais) Einfluss von Gärrestapplikation auf N 2 O-, CH 4 - und NH 3 -Emission Ohne N-Düngung Mineralisch mit ortsüblicher N-Menge (Kontrolle) 50 % Gärrest-N 75 % Gärrest-N 100 % Gärrest-N 125 % Gärrest-N 200 % Gärrest-N

7 NH 3 -, CO 2 -, N 2 O- und CH 4 -Austausch CO 2 -, N 2 O- und CH 4 -Austausch ( Klimawirkung) manuelle (bzw. automatische) Großhauben in Kombination mit Modellierung NH 3 -Austausch Träger Tube Methode, Passivsammler und meteorologische Verfahren (N 2 -Freisetzung: He-Inkubationsmethode im Labor)

8 Veränderungen im Vorrat an Bodenkohlenstoff (SC) Kombination von einer C-Flächenbilanz (Import & Export) mit den jährlichen Netto-CO 2 - (NEE) und CH 4 - Austauschraten SC = NEE + CH 4 -C + (EG OD) BPP CH 4 R eco Organ. Düngung (OD) Ernteentzug (EG)

9 Ergebnisse

10 NH 3 -Verflüchtigung 1 Die applizierte Gärrestmenge hat nur begrenzten Einfluss; Wirkung von Piadin nicht erkennbar, mittlere N-Verluste im Bereich von 4-22 kg N ha -1 (gilt grundsätzlich auch für Gülle!) Großer Gärrestversuch; Mais; 3 Jahre x 5 Standorte

11 NH 3 -Verflüchtigung 2 Höherer Verluste bei Getreide bzw. Kopfdüngung als bei Mais und Hirse bzw. Einarbeitung; Wirkung der Injektion sehr variabel (ähnliche Ergebnisse bei Gülle) Kleiner Gärrestversuch; unterschiedliche Fruchtarten; 4 Jahre x 5 Standorte Fruchtartengruppen Varianten der Ausbringung

12 N 2 O-Emissionen Mit Ausnahme des (süddeutschen) Standortes Ascha hat Gärrestmenge nur geringe Wirkung (Gülzow 2012 seltener, unklarer Extremfall), mittlere N-Verluste zwischen 1-5 kg N ha -1 (Ascha 5-14 kg N ha -1 ) (sehr ähnliche Ergebnisse bei Gülle, auch auf Moorgrünland bei Freising!) Großer Gärrestversuch; Mais; 3 Jahre x 5 Standorte

13 N 2 O-Austausch bei unterschiedlicher Applikationstechnik auf Mais (Dedelow 2013) Applikationstechnik hatte keinen Einfluss auf die N 2 O-Verluste 150 kg ha -1 Gärrest-N

14 Verhältnis zwischen N 2 O- und N 2 -Emissionen (Inkubationsversuch) Gärreste bewirken (kurzfristig) höhere N 2 O- und vor allem N 2 -Verluste als Mineral-N; N 2 O stärker von Standort und Bodenfeuchte, N 2 stärker von Düngevariante und NH 4 -N beeinflusst; potenzielle N-Verluste durch N 2 ähnlich hoch wie NH 3 -Verflüchtigung Großer Gärrestversuch 2012; Mais; 2 Düngevarianten x 5 Standorte

15 N-Bilanzen N-Überschüsse (Immobilisierung, Nitrat- und N 2 -Verluste?) werden erst ab Gärrest-N-Gaben > kg N ha -1 sichtbar Großer Gärrestversuch; Mais; 3 Jahre x 2 Standorte

16 CO 2 -Austausch und C-Bilanzen 1: Fruchtarten-Effekte GPP und C-Bilanzen fallen bei Pflanzen mit hoher Produktivität (Mais!) bzw. solchen mit langen Standzeiten (Wintergetreide) höher bzw. positiver aus GPP Kleiner Gärrestversuch ; alle Standorte C-Bilanz

17 C-Bilanzen: Gärrestwirkung Wirkung der Gärreste auf C-Bilanzen ist begrenzt Daher nur bedingt Ausgleich der tendenziellen Boden-C-Verluste in der Fruchtfolge durch Gärreste (Gülle wirkt wahrscheinlich noch ungünstiger keine aktuellen Ergebnisse vorhanden) Kleiner Gärrestversuch ; alle Standorte C-Bilanz 800 Tage 720 Tage

18 CO 2 -Austausch und C-Bilanzen 3: Einfluss der Jahreswitterung Einfluss der Jahreswitterung auf GPP und C-Bilanz ist deutlich größer die Wirkung der Gärresteffekte Kleiner Gärrestversuch ; nur Winterweizen; alle Standorte GPP C-Bilanz

19 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Gärrest- und Güllemenge hat begrenzte Wirkung auf NH 3 -N-, N 2 O-N-Verluste und starke Wirkung auf potenzielle N 2 -N-Verluste, Verlustraten fallen in der Regel niedrig bis mäßig aus NH 3 -Verflüchtigung wird stark von der Art der Ausbringung und der mit Gärreste/Güllen versorgten Kultur beeinflusst N 2 O-Emission wirk stark von den den Standortverhältnissen, aber kaum von der Art Ausbringung beeinflusst Tendenziell Verluste an Boden-C in der Fruchtfolge, Gärrestapplikation reicht nicht immer zum Schließen der Bilanzlücke aus (bei Gülle wahrscheinlich noch problematischer) Eindeutige und verallgemeinerbare Aussagen zur Gülle- und Gärrestwirkung auf CO 2 -Flüsse und C- Bilanzen setzen weitere Untersuchungen voraus. Das gilt auch für Grünland.

20 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!

21 CO 2 -Austausch 1: Dynamik Pflanzenart hat starken, Art der N-Düngung geringen Einfluss auf Intensität und zeitliche Variabilität Kleiner Gärrestversuch ; 2 Düngevarianten; Standort Dedelow 100% MIN 100% GÄR

22 CO 2 -Austausch 2: Dynamik Pflanzenart hat starken, Art der N-Düngung geringen Einfluss auf Intensität und zeitliche Variabilität Kleiner Gärrestversuch ; 2 Düngevarianten; Standort Dedelow 100% MIN