Neue Wege der Stickstoffdüngung bei Mais mehr Effizienz für Landwirtschaft und Umwelt mit dem CULTAN-Verfahren

Transkript

1 More efficiency in Nitrogen fertilization with CULTAN Neue Wege der Stickstoffdüngung bei Mais mehr Effizienz für Landwirtschaft und Umwelt mit dem CULTAN-Verfahren / funded by Jürgen Maier, Dr. Karl Müller-Sämann, Agentur ANNA, Freiburg

2 Introduction Ausgangslage und Motivation / Initial situation Nitratreduktion im im Grundwasser (Landkreis, Stadt Stadt Freiburg) Freiburg) --ca. ca ha ha Körnermais: NO NO 3 -N/ha 3 -N/ha (0-90 (0-90 cm, cm, nach nach Ernte) Ernte) --Nitratgehalte im im Grundwasser: mg/l mg/l Kostenreduktion Stickstoffdüngung Anpassung an an Klimawandel (Sommertrockenheit) (Sommertrockenheit) Reduktion von von Treibhausgasen (N (N 2 0, 2 0, NH NH 3 ) 3 )

3 Materials and methods Kurzbeschreibung des CULTAN-Verfahrens Mögliche Lösung für alle vier kritischen Punkte: Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition kontrollierte N-Aufnahme durch langfristige NH 4 -Ernährung (Sommer, 2005)

4 Materials and methods Die beiden Grundsätze des CULTAN-Verfahren 1. Grundsatz: Stickstoff als Depot im Boden Platzierung eines Stickstoffdüngers = Verringerung der Oberfläche = Stabilisierung 2. Grundsatz: Stickstoff als Ammonium (NH 4 ) CULTAN-Dünger im engeren Sinn : 100 % NH 4 -N CULTAN-Dünger im weiteren Sinn : <100 % NH 4 -N (N-Depot-Dünger = nur 1. Grundsatz 0 % NH 4 -N)

5 Materials and methods Der oberste Leitsatz des CULTAN- / N-Depot-Verfahrens Je kleinräumiger das Depot im Boden platziert und je höher der Ammoniumanteil ist, umso stabiler ist es! stabil = langlebig = verlustarm = effizient! ohne chemisch-synthetische Wirkstoffe! = bodenfreundlich!

6 Materials and methods Auswahl erwarteter Erfolge des CULTAN-Verfahren (Arbeitshypothese) Cultan Projekt 1. Reduzierter Stickstoffdüngereinsatz (bis 20 %) 2. Reduzierte Stickstoffausträge in die Umwelt (NO 3, N 2 0) 3. Vorteile der Ammoniumernährung nutzbar (Gesundheit ) 4. Reduzierter Arbeitsaufwand (kombinierte Arbeitsgänge) 5. Größere Flexibilität beim Düngungszeitpunkt 6. Keine Randeffekte bei der Ausbringung

7 Materials and methods CULTAN-Verfahren altes Verfahren neu aufgelegt!? Quelle: Kising, W., Mit weniger Arbeit mehr verdienen, Selbstverlag Staufen 1967, S. 102

8 Introduction Versuchsgebiet / site description Projektgebiet Projektgebiet Mais: Mais: Naturraum Naturraum Südlicher Südlicher Oberrhein Oberrhein mit mit Freiburger Freiburger Bucht Bucht // Markgräfler MarkgräflerLand Höhe Höhe ü. ü. NN NN ca. ca m Klima Klima C C Jahresmittel Jahresmittel mm mm pro pro Jahr Jahr Bodenarten Bodenarten ul, ul, sl slbis bis L (teils (teils auf auf Kies) Kies) Bodentypen Bodentypen Auenböden Auenböden // Parabraunerden Parabraunerden Ackerzahlen Ackerzahlen bis bis 85 85

9 Cultan Projekt Experimental Design Versuchsaufbau Mais Experimental Design - Maize Großparzellen (5 Orte / Wdh.) Konventionell CULTAN Kultur Bodenbearbeitung Körnermais (Daueranbau) Pflug Herbst (25 cm) Sorte PR38B85 (290) / PR38A79 (280) / PR37Y12 (ca. 290) Aussaat / / Saatstärke bis Saattiefe Pflanzenschutz 5 cm Herbizid (NA) N-Düngung 100 % GLP (ø 144 / 119 / 123 kg N/ha) Unterfußdüngung ngung DAP N-Düngerform Harnstoff 20 / 36 / 36 kg N/ha Harnstoff-Ammonium- Sulfat Formulierung fest flüssig Anwendung breit oberflächig Linieninjektion Zeitpunkt zur Saat und 6-Blatt mit Saat

10 Cultan Projekt Experimental Design Versuchsaufbau Mais Experimental Design - Maize Großparzellen (5 Orte / Wdh.) Konventionell CULTAN Kultur Bodenbearbeitung Körnermais (Daueranbau) Pflug Herbst (25 cm) Sorte PR38B85 (290) / PR38A79 (280) / PR37Y12 (ca. 290) Aussaat / / Saatstärke bis Saattiefe Pflanzenschutz 5 cm Herbizid (NA) N-Düngung 100 % GLP (ø 144 / 119 / 123 kg N/ha) Unterfußdüngung ngung DAP N-Düngerform Harnstoff 20 / 36 / 36 kg N/ha Harnstoff-Ammonium- Sulfat Formulierung fest flüssig Anwendung breit oberflächig Linieninjektion Zeitpunkt zur Saat und 6-Blatt mit Saat

11 Anhang CULTAN-Dünger im weiteren Sinn Kenndaten der Harnstoff-Ammonium-Sulfat-Lösung: Name: Domamon L 26 Hersteller: DOMO Caproleuna GmbH Gehalte: Gesamt-N 20 % Harnstoff-N 14 % ph Wert (20 C): 6-7 Transport: Wassergefährdung: Schwefel 6 % Ammonium-N 6 % kein Gefahrgut i.s.d. Transportvorschriften WGK 1 (schwach wassergefährdend)

12 Anhang CULTAN-Dünger im weiteren Sinn Kenndaten der Harnstoff-Ammonium-Sulfat-Lösung: Name: Domamon L 26 Hersteller: DOMO Caproleuna GmbH Gehalte: Gesamt-N 20 % Harnstoff-N 14 % ph Wert (20 C): 6-7 Transport: Wassergefährdung: Schwefel 6 % Ammonium-N 6 % kein Gefahrgut i.s.d. Transportvorschriften WGK 1 (schwach wassergefährdend)

13 Injection technique Anwendung des CULTAN-Verfahrens in Mais Application of CULTAN in maize Cultan Projekt N-Düngung mit Unterfuß-Startgabe (fest) & Hauptdüngung (flüssig) mit Linieninjektion bei Saat in jeder 2. Gasse (alle 1,5 m, 15 cm tief) Unterfuß -Dünger fest (DAP) CULTAN-Dünger flüssig (Domamon L 26) CULTAN- Injektionsschar

14 Injection technique Anwendung des CULTAN-Verfahrens in Mais Application of CULTAN in maize Cultan Projekt Austritt 4 CULTAN- Injektionsschare 8 Unterfuß- Injektionsschare

15 Injection technique Anwendung des CULTAN-Verfahrens in Mais Application of CULTAN in maize Cultan Projekt CULTAN-Injektionsschar (Eigenbau Lohnunternehmer) Bis hier herkömmliche PS-Technik: Pumpe (düngertauglich) Bordcomputer Armaturen Tank Düsenkopf (Dosierblende) Düngeraustritt: drucklos Liniendepot

16 Injection technique Mais - Wurzelwachstum am Düngerdepot (Querschnitt) Liniendepot zwischen zwei Maisreihen

17 Results:5 sites/3 years Mais - Kornertrag und Düngeverfahren (ø 5 Orte) Maize - yield and Fertilization Technique (ø 5 sites) Cultan Projekt dt/ha (85%TS) 126 B 117 A Konventionell (ø 5 Orte) 114 A A CULTAN (ø 5 Orte) 113 A A A 116 A Mittelwert A, B = Siginifikanzgruppen Newman-Keuls-Test (α = 0,05)

18 Results: 5 sites,3 Years Mais - Kornqualität und Düngungsverfahren Maize - kernel quality and fertlization technique Cultan Projekt Düngung / Jahr Konventionell (100 % N) dt/ha (85 %TS) % TS (Ernte) TKM (g) N (%its) P (%its) K (%its) Mg (%its) , ,52 0,3 0,4 0, , ,44 0,3 0,4 0, , ,16 0,3 0,4 0,1 Mittel , ,37 0,3 0,4 0,1 CULTAN (100 % N) , ,64 0,3 0,4 0, , ,40 0,3 0,4 0, , ,24 0,3 0,4 0,1 Mittel , ,43 0,3 0,4 0,1 Statistik Grenzdifferenz Newman-Keuls-Test (α = 0,05): ,92 ns 11,11 0,06 ns ns ns 2009 ns ns ns ns ns ns ns 2010 ns ns ns 0,06 ns ns ns Mittel ns ns ns 0,05 ns ns ns

19 Results: 5 sites,3 Years Mais - Kornqualität und Düngungsverfahren Maize - kernel quality and fertlization technique Cultan Projekt Düngung / Jahr Konventionell (100 % N) dt/ha (85 %TS) % TS (Ernte) TKM (g) N (%its) P (%its) K (%its) Mg (%its) , ,52 0,3 0,4 0, , ,44 0,3 0,4 0, , ,16 0,3 0,4 0,1 Mittel , ,37 0,3 0,4 0,1 CULTAN (100 % N) , ,64 0,3 0,4 0, , ,40 0,3 0,4 0, , ,24 0,3 0,4 0,1 Mittel , ,43 0,3 0,4 0,1 Statistik Grenzdifferenz Newman-Keuls-Test (α = 0,05): ,92 ns 11,11 0,06 ns ns ns 2009 ns ns ns ns ns ns ns 2010 ns ns ns 0,06 ns ns ns Mittel ns ns ns 0,05 ns ns ns

20 Results: soil analysis N min - Beprobungen in Cultan Variante Mais N min - Soil sampling - Cultan Treatment in Maize

21 Maize N min soil analysis 2008 Vergleich N-Düngung Konventionell vs. CULTAN (ø 5 Orte, 2008) Conventional N-Fertilization vs. CULTAN (mean 5 sites, 2008) kg NO 3 -N/ha (ø 5 Orte 2008) cm cm cm * kg NH 4 -N/ha 0-30 cm Konventionell CULTAN 1 (Injektionsreihe) 7 CULTAN 2 (Maisreihe) 8 CULTAN 3 (inj.freie Reihe) 6 * Konventionell CULTAN 1 (Injektionsreihe) 5 * CULTAN 2 (Maisreihe) 3 * CULTAN 3 (inj.freie Reihe) 3 Konventionell 2 CULTAN 1 (Injektionsreihe) 3 CULTAN 2 (Maisreihe) 2 CULTAN 3 (inj.freie Reihe) 6-Blatt ( ) Blüte ( ) * 3 Orte N-Konzentration! N-Konzentration! Ernte ( ) N-Konzentration!

22 Maize Nitrate leaching Materials & Methods: Vergleich N-Düngung Materials Konventionell & Methods: vs. CULTAN (Blühstadium) Conventional N-Fertilization vs. CULTAN (maize, flowering stage) SIA-Method (Self-Integrating Accumulators) Field with plants Water + Target Substance (Soil profile) SIA Filling of the SIA: Mixture of Substrate and Adsorber Target Substance accumulates on the Adsorber only water 10 Wdh. pro Parzelle in drei diagonalen Bodenprofilen Groundwater

23 Nitrate leaching Vergleich N-Düngung Konventionell vs. CULTAN NO 3 -Auswaschung Conventional N-Fertilization vs. CULTAN leaching of NO kg N/ha (ø 5 Orte) Konventionell (100 % N) CULTAN (100 % N) Sommer 2008 Winter 2008/2009 Sommer 2009 Winter 2009/2010

24 Conclusions Erste Schlussfolgerungen nach drei Versuchsjahren Mais Preliminary conclusions after three years Maize Cultan Projekt Effekte kleinräumiger CULTAN Depots zur Aussaat bzw. Pflanzung: 1) gleichwertige Erträge und Qualitäten 2) Mais wird ausreichend mit Stickstoff versorgt 3) die Versorgung mit Grundnährstoffen ist gesichert 4) auch mit Harnstoff-Ammonium-Sulfat-Lösungen langlebige Depots möglich 5) die Nitratkonzentrationen in der Injektionsreihe waren nach der Ernte höher 6) die Nitratauswaschung tendenziell niedriger 7) CULTAN bietet das Potenzial zur Reduktion von Düngermenge, Düngeremissionen und Düngerkosten bei Stickstoff

25 Ausblick für Mais Chance for Maize Conclusions Die Zukunft der CULTAN- / N-Depot-Düngung wird abhängig sein von: 1) höher konzentrierten Formulierungen für die Praxis 2) Klärung der Notwendigkeit einer Unterfußdüngung 3) Klärung des N-Düngungsniveaus von 80 Prozent 4) praxistauglicher und serienreifer Injektionstechnik Abschlussbericht CULTAN-Projekt: ab Juli 2011