Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen

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1 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen Nr. I 1/2014 (3. Auflage) Zusammengestellt von der Arbeitsgruppe I (Substratproduktion) im Biogas Forum Bayern von: Dr. Karen Zeise Dr. Maendy Fritz

2 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 1 Inhaltsverzeichnis 1. Allgemeines Standortansprüche Bodenbearbeitung und Saatbettbereitung Saattermin, Saatgut, Saattechnik, Saatstärke und Reihenweite Sortenwahl Platz in der Fruchtfolge Pflege - Pflanzenschutz Düngung und Gärrestverwertung Ernte und optimaler Erntetermin Erträge, Qualität und Zusammensetzung des Ernteprodukts, Methanausbeute Eignung zum Zweitfruchtanbau Ökologische Aspekte... 8

3 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 2 Kurzsteckbrief Saattermin Saatstärke Saattechnik Sortenwahl Pflanzenschutz Düngung Ernte Methanausbeute Besonderheiten Als Hauptfrucht Mitte Mai; in warmen, nicht spätfrostgefährdeten Lagen auch Anfang Mai möglich; als Zweitfrucht bis spätestens Mitte Juni S. bicolor (Futtertyp): 20 bis 25 keimfähige Körner/m² S. bicolor x S. sudanense: 35 bis 40 keimfähige Körner/m² Drillsaat oder Einzelkornablage; Saattiefe 2-3 cm, bei Trockenheit bis 5 cm; gute Einbettung und kapillarer Wasseranschluss für gleichmäßigen Feldaufgang erforderlich 25 bis 50 cm Reihenabstand optimal für zügigen Reihenschluss; bis 75 cm Reihenabstand möglich Sorten beider Arten der Reifegruppen 4 und 5 (mittelspät): für warme Lagen in Hauptfruchtstellung Sorten beider Arten der Reifegruppen 1 bis 3 (früh bis mittelfrüh): für kühle Lagen in Hauptfruchtstellung für Zweitfruchtstellung Mechanisch oder chemisch für unkrautfreies Saatbett sorgen; im Nachauflauf ab BBCH 13 mit zugelassenen Herbiziden N-Sollwert bei 150 kg/ha; abzüglich N min in einer Gabe zwischen Saat bis BBCH 13; in späteren Stadien Gefahr der Verätzung durch Düngerkörner in den Blatttüten Der Mineraldünger kann komplett durch Wirtschaftsdünger/Gärrest unter Beachtung der empfohlenen N-Höchstmenge substituiert werden GSP-Ernte mit Häcksler ab Mitte September bis Eintritt der ersten Nachtfröste; TS-Gehalte zur Ernte bei möglichst 28 % und darüber 305 ± 5 NL/kg organischer Trockenmasse nach Hohenheimer Biogastest bei den Futtersorten von S. bicolor und S bicolor x S. sudanense Sehr kälteempfindlich; Basistemperatur von 10 C für Wachstum und Entwicklung

4 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 3 1. Allgemeines Sorghum ist ein Süßgras, das seinen Ursprung in den nordöstlichen Savannengebieten Afrikas hat. Es ist wie der Mais eine C4-Pflanze und diesem bis zum Eintritt in die generative Entwicklungsphase habituell sehr ähnlich. Sorghum ist hinsichtlich seines Nährstoff- und Wasserbedarfs anspruchsloser als der Mais hat aber einen noch höheren Wärmeanspruch und eine ausgeprägte Kälteempfindlichkeit. Weltweit wird Sorghum in erster Linie zur Körnernutzung mit einer Jahresproduktion von ca. 65 Mio. Tonnen angebaut. Der Fokus in Deutschland liegt allerdings auf seinem Einsatz als Substrat für Biogasanlagen. Für diese Nutzungsrichtung sind weniger die kurzen Sorghum bicolor Körnersorten, sondern vielmehr die massewüchsigen Futtersorten der Arten S. bicolor und S. sudanense sowie die interspezifischen Zuchthybriden S. bicolor x S. sudanense interessant. Wegen der Gefahr der Blausäureakkumulation unter unseren kühlen Bedingungen wird von ihrer Nutzung als Raufutter in frischer, getrockneter oder silierter Form abgeraten. Die genannten Sorghumarten sind keine invasiven Pflanzenarten. Die Sorten der frühen und mittelfrühen Reifegruppen 1 bis 3 können zwar durchaus bis zur physiologischen Reife (BBCH 89) kommen, doch ist Ausfallsorghum oder gar ein Durchwuchs in Folgefrüchten noch nicht beobachtet worden. Demgegenüber ist vor einer auch nur versuchsweisen Einführung der rhizombildenden Arten S. halepense (Johnsongras) und S. x almum (Columbusgras) zu warnen, die sich mittlerweile in vielen warm-gemäßigten Regionen als lästige, schwer bekämpfbare Ungräser etabliert haben. 2. Standortansprüche Kalte und staunasse Standorte sind zu meiden, ansonsten stellt Sorghum keine besonderen Bodenansprüche. Es gedeiht in einem ph-bereich von 5,0 bis 8,5 und ist salz- und alkalitolerant. Sorghum ist noch kälteempfindlicher als Mais, was seiner verfügbaren Vegetationszeit unter den hiesigen Verhältnissen sehr enge Grenzen setzt. Mit seiner Trockenheitstoleranz qualifiziert sich Sorghum insbesondere für Grenzstandorte von Mais und als Zweitfrucht nach einem früh räumenden GPS-Getreide. 3. Bodenbearbeitung und Saatbettbereitung Es kann die übliche Anbaukombination wie bei Mais, Getreide oder Zuckerrüben zur Saatbettbereitung verwendet werden. Allerdings sind die Ansprüche von Sorghum an einen gut abgesetzten Boden mit feinkrümeligem Saatbett höher als beim Mais. 4. Saattermin, Saatgut, Saattechnik, Saatstärke und Reihenweite Sorghum benötigt für ein gleichmäßiges rasches Auflaufen einen auf mindestens 10 C erwärmten Boden. Aufgrund der hohen Kälteempfindlichkeit ist die Aussaat mit wenigen Ausnahmen erst ab Mitte Mai ratsam. In nicht Spätfrost gefährdeten Lagen kann eine Saat Anfang Mai zwar gelingen, doch bringt sie ertraglich nur wenig Vorteile. Als problematisch wird hierbei auch der erhöhte Unkrautdruck gesehen, dem die im Kühlen nur langsam wachsenden Sorghumpflanzen leicht unterliegen können. Schlimmstenfalls erreicht Sorghum

5 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 4 das für eine Nachauflaufbehandlung unbedenkliche Stadium BBCH 13 so spät, dass die Unkräuter ihrer herbizidempfindlichen Phase längst entwachsen sind. Bei einer Aussaat nach Mitte Juni wird die Siloreife nicht mehr erreicht. Die Saatstärke ist abhängig von der Sorghumart. Für S. bicolor werden 20 bis 25 keimfähigen Körnern/m² empfohlen und für S. bicolor x S. sudanense und S. sudanense 35 bis 40 keimfähigen Körnern/m². Höhere als die empfohlenen Pflanzendichten können die Lagerneigung verstärken. Die Saattiefe beträgt 2 bis 3 cm, bei Trockenheit auch bis 5 cm. Optimale Reihenweiten mit Blick auf einen zügigen Bestandesschluss liegen zwischen 25 bis 50 cm. Auf erosionsgefährdeten Flächen sind bei Reihenweiten 45 bis 75 cm die Auflagen zum Pflugeinsatz zu berücksichtigen. Im Gegensatz zu Mais ist eine Drillsaat ausreichend. Eine Einzelkornsaat ist nicht erforderlich, führt aber zu einer einheitlicheren Verteilung der Pflanzen auf der Fläche. Entscheidend ist, dass mit der Aussaattechnik eine gleichmäßige Ablagetiefe, der kapillare Wasseranschluss der Samenkörner und ihre gute Einbettung gewährleistet werden können. 5. Sortenwahl Mit dem am TFZ entwickelten vorläufigen Reifegruppenmodell ist eine zweckmäßige Einteilung der Sorghumsorten in die frühe, mittelfrühe, mittelspäte und späte Reifegruppe vorgenommen worden. Deren Abreifeverhalten ist durch marktgängige Sorten definiert: als Referenzen werden die Sorten Lussi (früh), KWS Freya (mittelfrüh), Herkules (mittelspät) und Jumbo (spät) verwendet. Die vier Reifegruppen sind durch ungerade Ziffern von eins bis sieben und die jeweiligen Zwischenstufen durch die geraden Ziffern von 2 bis 8 belegt worden. Für bayerische Bedingungen geeignete Sorten umfassen Vertreter der Arten S. bicolor und S. bicolor x S. sudanense und gehören den Reifegruppen (RG) 1 bis 5 an. Spätere Sorten (RG 6 und darüber) können ihr Ertragspotenzial aufgrund der begrenzten Vegetationszeit nicht ausschöpfen und werden deshalb nicht empfohlen. Das Modell lehnt sich an die Wärmesummenmethode für Mais an. Während dieser jedoch bereits bei 6 C zu wachsen beginnt, liegt die Minimumtemperatur für Sorghum bei 10 C 1. Für die Siloreife von Sorghum (TS-Gehalt von mindestens 28 %) sind folgende Wärmesummen zugrunde zu legen: Reifegruppe 1 (früh): bis 800 C Reifegruppe 3 (mittelfrüh): 800 bis 900 C Reifegruppe 5 (mittelspät): 1000 bis 1100 C Reifegruppe 7 (spät): ab 1200 C Größere Abweichungen von den Prognosewerten können im Fall von Mangel oder Überschuss an Wasser auftreten. Die leistungsstarken mittelspäten Sorten der RG 5 eignen sich für warme Standorte mit hoher Einstrahlung. Sie sollten als Hauptfrucht bis Mitte Mai gesät werden können. Ausgesprochen kühle Standorte mit kurzer Vegetationszeit, wie in den ostbayerischen 1 Wärmesummenmodell nach AGPM, angepasst an Sorghum: Der Tagestemperaturwert errechnet sich hier aus dem Temperaturmittel (T min +T max /2), von dem anschließend die Basistemperatur von 10 C abgezogen wird. Ein negativer Wert wird gleich Null gesetzt und T max geht mit einer Höchsttemperatur von 37,7 C in die Gleichung ein. Die Tageswerte werden ab der Saat zusammengerechnet und ergeben die aktuelle Wärmesumme.

6 Trockensubstanzgehalt Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 5 Mittelgebirgen, definieren die Grenzlagen für den Sorghumanbau hinsichtlich des Wärmeangebots. Hier erreichen nur frühe, höchstens noch mittelfrühe Sorten der RG 1 bis 3 die Siloreife (Abbildung 1). Im Zweitfruchtanbau mit Aussaat bis Mitte Juni sollten generell Sorten der RG 1 bis 3 gewählt werden. Die ertragliche Überlegenheit der mittelspäten gegenüber den früheren Sorten ist dann nicht mehr groß, letztere liefern aber noch ausreichend hohe Trockensubstanzgehalte. 45 % 40 Reifegruppe früh Reifegruppe mittelspät Ostbayer. Straubinger Mittelgebirge Gäu Fränkisches Gäu Ostbayer. Straubinger Mittelgebirge Gäu Fränkisches Gäu 2013 Abbildung 1: Eignungsgebiete der Reifegruppen früh und mittelspät Hinsichtlich der Lagerneigung lassen sich Trends in Abhängigkeit von der Art- und RG- Zugehörigkeit erkennen. So werden die frühen und mittelfrühen Sorten von S. bicolor x S. sudanense aufgrund prall gefüllter Rispen auf vergleichsweise dünnen Halmen mit Eintritt in die Samenreife kopflastig und beginnen sich zu neigen. Schweres Lager kommt dabei selten vor, so dass die Erntearbeiten meist nicht beeinträchtigt werden. In den späteren Reifegruppen von S. bicolor x S. sudanense ist die Einkörnung stark eingeschränkt, was sich günstig auf die Standfestigkeit auswirkt. Besonders anfällig für Lager sind die massewüchsigen mittelspäten Sorten von S. bicolor. Vor allem unter sehr niederschlagsreichen Bedingungen führen fortgesetzte Schübe vegetativen Wachstums zum Umknicken eines weichen Halmgewebes unter Windlast oder aber zum Umsinken der über 4 Meter hohen Pflanzen im aufgeweichten Boden. Die Lagerneigung ist überwiegend genetisch bestimmt und so konnten züchterisch bereits bemerkenswerte Fortschritte erzielt werden. Als wirklich standfeste Alternativen können jedoch nur die kurzstrohigen Körnersorten von S. bicolor betrachtet werden. Im Mittel der Jahre weisen diese aber ein unterdurchschnittliches Ertragsniveau auf. Detaillierte aktuelle Sortenempfehlungen können abgerufen werden unter

7 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 6 6. Platz in der Fruchtfolge An die Vorfrucht werden keine speziellen Ansprüche gestellt. Sorghum als Hauptfrucht können Winterzwischenfürchte zur Gründüngung vorangestellt werden. Gute Erfahrungen gibt es mit abfrierendem Senf, dessen organische Masse zum Zeitpunkt der Saatbettbereitung fast vollständig zersetzt ist, bis dahin aber noch wirkungsvoll aufkeimende Unkräuter unterdrückt hat. Als Zweitfrucht steht Sorghum in der Regel nach Wintergetreide, das Anfang bis Mitte Juni als Grün- oder GPS-Getreide geerntet wird. In Abhängigkeit von den Bodenverhältnissen nach der Getreideernte sind Maßnahmen der konservierenden Bodenbearbeitung bis hin zur Direktsaat ausreichend. Nach Weidelgras ist entweder eine wendende Bodenbearbeitung oder aber ein Abspritzen der Grasnarbe erforderlich. Die Auswahl an potenziellen Nachfrüchten ist aufgrund der späten Ernte sehr eingeschränkt. 7. Pflege - Pflanzenschutz Wegen der zögerlichen Jugendentwicklung von Sorghum ist eine Unkrautbekämpfung in der Regel unverzichtbar. Der ersten Unkrautwelle kann vor der Saat mechanisch mit Grubber, Egge oder Striegel oder auch chemisch begegnet werden. Felder mit starkem Druck durch Unkrauthirse sollten generell gemieden werden. Zur chemischen Unkrautbekämpfung im Nachauflauf (ab BBCH 13) sind Arrat, B 235/ Bromoxynil 235/ Caracho 235/ Certrol B/ Profi Bromoxynil, Gardo Gold/ Primagram Gold, Spectrum, Stomp Aqua/ Stomp Raps und Mais Banvel WG (Stand ) durch das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit zugelassen. Nach dem derzeitigen Wissensstand ist Sorghum keine Wirtspflanze für den Westlichen Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera virgifera). Der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis) befällt Sorghum weniger als Mais. Im Versuchsanbau werden regelmäßig Blattläuse sowie durch Bakterien und Pilze verursachte Blattflecken festgestellt, jedoch ohne wirtschaftlichen Schaden zu verursachen. 8. Düngung und Gärrestverwertung Sorghum verfügt über ein gutes Nährstoffaneignungsvermögen. Unter Anrechnung der N min - Gehalte ist eine Stickstoffversorgung von insgesamt 150 kg N/ha in der Regel ausreichend. Damit bleibt die Empfehlung hinter den N-Entzügen von durchschnittlich 13 kg je Tonne Trockenmasse zurück, doch hat sich gezeigt, dass höhere Gaben nur noch unwesentlich den Ertrag steigern, dafür aber zulasten der Standfestigkeit gehen können. Organische Dünger, wie Stallmist, Gülle, Jauche und Gärrest, die möglichst vor der Saat einzuarbeiten sind, werden gut verwertet. Auch deren Gaben sind unter Berücksichtigung ihrer Mineraldüngeräquivalente auf die oben genannte Gesamtversorgung zu begrenzen. Für die Folgefrucht müssen Nährstoffentzüge von 6 kg P 2 O 5 und 19 kg K 2 O je Tonne Trockenmasse berücksichtigt werden. 9. Ernte und optimaler Erntetermin Sorghum wird ab Mitte September bis Ende Oktober möglichst noch vor Eintritt der ersten Nachtfröste mit der für Mais üblichen Häckseltechnik geerntet. Das Häckselgut kann problemlos siliert werden. Um einen sicheren Gärverlauf zu gewährleisten, wird ein Trockensubstanzgehalt von 28 bis 32 % im Erntegut angestrebt. Gehalte unter 25 und über

8 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 7 35 % verursachen Probleme bei der ordnungsgemäßen Verdichtung des Substrates. Erntegut mit weniger als 30 % TS-Gehalt darf nicht in Foliensilos ohne dichte Bodenplatte gelagert werden. Die sehr massewüchsigen mittelspäten Sorten der Reifegruppe kommen nur auf ausgesprochen warmen Standorten dem angestrebten Gehalt nahe. Für die meisten Anbaugebiete sind aus diesem Grund die etwas ertragsschwächeren frühen und mittelfrühen Sorten der Reifegruppen 1 bis 3 zu bevorzugen. Sorghum erreicht mit Beginn des Rispenschiebens Trockensubstanzgehalte von 20, mit Beginn der Blüte von 25 und erst ab Beginn der Fruchtbildung (BBCH 71/73) von 28 %. 10. Erträge und Methanausbeute Je nach Sorte, Standort und Jahreswitterung werden in Feldversuchen Trockenmasseerträge von 12 bis über 20 t/ha realisiert. Bei einem Trockenmasseertrag von 17 t/ha kann bei einer Methanausbeute von 305 Nl/kg otm 2 ein Methanertrag von m³/ha erwartet werden. Methanausbeuten und erträge von Referenzsorten aus den Jahren 2011 und 2012 am Standort Straubing sind der Tabelle 1 zu entnehmen. Die kurzen Körnersorten von S. bicolor mit ihrem engeren Korn/Restpflanze-Verhältnis sind besser verdaulich als die hohen Futtersorten. Wenn die Witterungsbedingungen die Ausbildung gut gefüllter Rispen bis zur Teigreife zulassen, können entsprechend höhere Methanausbeuten bis zu 335 N/kg otm 3 erwartet werden. Allerdings haben solche hohen Werte selbst im Gunstjahr 2012 nicht ausgereicht, um die im Vergleich zu den Futtersorten geringeren TM-Erträge im Merkmal Methanhektarertrag kompensieren zu können (Tabelle 1). Das wiegt umso schwerer, wenn die Pollenbildung und damit die Einkörnung aufgrund ungünstiger Witterungsbedingungen stark reduziert sind oder sogar ausbleiben und nur noch mit den Futtersorten vergleichbare Methanausbeuten erreicht werden (Abbildung 2). Abbildung 2: Männliche Sterilität durch niedrige Temperaturen während der Blüte (links) führt zu mangelnder Einkörnung (rechts) 2 Messung mit Hohenheimer Biogastest; n=76 Futtersorten (S. bicolor und S. bicolor x S. sudanense) 3 Messung mit Hohenheimer Biogastest; höchster bei einer Körnersorte ermittelter Wert; Durchschnitt von n=15 Körnersorten bei 320 Nl/kg otm

9 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 8 Tabelle 1: Methanausbeuten und Methanhektarerträge von Sorghum-Referenzsorten aus dem Versuchsanbau der Jahre 2011 und 2012 Art Sorte Reifegruppe Jahr TS- Gehalt in % TM- Ertrag in dt/ha Methanausbeute in Nl/kg otm 4 Methanertrag in Nm³/ha S. bic. x S. sud. Lussi , , S. bic. x S. sud. KWS Freya , , S. bicolor (Futtertyp) S. bicolor (Körnertyp) Biomass , , GK Emese , , Eignung zum Zweitfruchtanbau Als Zweitfrucht steht Sorghum in der Praxis meist nach Grünroggen bzw. Wintergetreide für die Nutzung als Ganzpflanzensilage (GPS-Getreide). Bei angepasster Sortenwahl kann er dabei hohe Trockenmasseerträge und silierfähige Trockensubstanzgehalte erreichen. Aufgrund des hohen Temperaturanspruchs liegt der passende Saatzeitpunkt für Sorghum an den meisten Standorten ohnehin oftmals so spät, dass sich die Winterbegrünung mit Getreide gebietet. Sorghum in Zweitfruchtstellung bietet darüber hinaus arbeitswirtschaftliche Vorteile und eine Möglichkeit, im Juni noch effektiv Gärreste zu nutzen. 12. Ökologische Aspekte Aufgrund der großen habituellen Ähnlichkeiten von Sorghum und Mais wird das Akzeptanzproblem für den maisdominierten Energiepflanzenbau durch Sorghum nicht gelöst. Auch in ihren Umweltwirkungen ähneln sich Sorghum und Mais. Allerdings sind Detailfragen z. B. zur Wasser- und Nährstoffeffizienz von Sorghum sowie zu seinem Einfluss auf Bodenstruktur und Humushaushalt (Verbleib reproduktionswirksamer organischer Substanz) nicht abschließend beantwortet. Im Vergleich zu Mais wird mit einem geringeren Schaden durch Wild gerechnet, das zwar im Bestand Schutz sucht, die Sorghumpflanzen aber weitestgehend verschont. 4 Gemessen im Hohenheimer Biogastest. Nach KTBL liegt der Richtwert für den Gasertrag einer Sorghumsilage mit 28% TS-Gehalt bei 610 Nl/kg otm mit einem Methangehalt von 52 %. Das entspräche einer Methanausbeute von 317 Nl/kg otm.

10 Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen 9 Das Biogas Forum Bayern ist eine Informationsplattform zum Wissenstransfer für die landwirtschaftliche Biogasproduktion in Bayern Arbeitsgruppe I (Substratproduktion) hier erarbeiten Experten Publikationen zu folgenden Themen: Züchtung und Anbau von Nachwachsenden Rohstoffen Fruchtfolgen Gärrestverwertung und Düngung Mitglieder der Arbeitsgruppe I (Substratproduktion) Amt für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Bamberg und Ansbach Landesanstalt für Landwirtschaft Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung Institut für Landtechnik und Tierhaltung Institut für Agrarökologie, Ökologischen Landbau und Bodenschutz Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau Bayerisches Landesamt für Umwelt C.A.R.M.E.N. e.v. Hochschule Weihenstephan Triesdorf Landeskuratorium für pflanzliche Erzeugung in Bayern e.v. Landwirtschaftliche Lehranstalten Triesdorf Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe Zitiervorschlag: Zeise, K., Fritz, M. (2014): Sorghum für die Verwendung in Biogasanlagen. In: Biogas Forum Bayern Nr. I - 1/2014 (3. Auflage), Hrsg. ALB Bayern e.v., Stand [Abrufdatum] Herausgeber: Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.v. Vöttinger Straße Freising Telefon: 08161/ Telefax: 08161/ Internet: info@biogas-forum-bayern.de