1. Infoveranstaltung 2015

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1 1. Infoveranstaltung 2015 WRRL-Umsetzung im Maßnahmenraum Limburg-Weilburg Stickstoffnachlieferung des Bodens und Zwischenfruchtrückblick Dezember Uhr König-Konrad-Halle Villmar Ingenieurbüro für Ökologie und Landwirtschaft(IfÖL) 1

2 Programm 1. Vorwinter-Nmin-Werte Jahresrückblick & Wie geht s weiter? 3. Nachgereichte Demoflächenergebnisse 4. Stickstoffnachlieferung was kommt aus dem Boden? (Dr. Beisecker, IfÖL) 5. Zwischenfruchtanbau 2015 ein Rückblick auf die Besonderheiten (Wilhelm Möller, LLH) 2

3 Vorwinter-Nmin-Werte 2015: Kulturen 79 Roggen Winterweizen Mittelwert Nmin-Vorrat [kg/ha] Ackerbohne Grünland Hafer/Erbse Klee- o. Futtergras Raps Sommergerste Mais Sommerweizen Triticale Wi.Gerste Anzahl Flächen cm cm 0-30 cm 3

4 Vorwinter-Nmin-Werte 2015: Gemarkungen Nmin-Vorrat [kg/ha] Trockenheit schlechte Erträge nicht genutzter Stickstoff feuchter Herbst Aulenhausen Aumenau Blessenbach Edelsberg Elkerhausen Gräveneck Langenbach Laubuseschbach Rohnstadt Seelbach Villmar Weilmünster Weinbach Mittelwert VW 15 Vergleich: FJ 15 Vergleich: VW 14 Anzahl Flächen cm cm 0-30 cm 4

5 Rückblick 2015: Witterung Witterung seit Jahresbeginn (Wetterstation Gladbacher Hof bis ) Niederschlag (9 Mon.): 2014: 557 mm 2015: 374 mm!!! mm bzw. C Ø-Temperatur: 2014: 12,1 C 2015: 11,2 C NS [mm] Lufttemp Mittel 5

6 Rückblick 2015: Aktivitäten im Maßnahmenraum 100 Frühjahrs-Nmin-Werte 3 Feldbegehungen Infoveranstaltung m. Frau Ebert vom HMUKLV im Januar 1 AK-Sitzung 3 Rundschreiben 12 Demoflächen ZF-Anbau (4x), Legum.-Umbruch (2x), reduz. WW-Anbau, SM-Untersaat, Raps: wendend vs. Konservierend, Hafer-Erbse Zwischenfruchtfinder Wirtschaftsdüngerverteilplan HALM-Beratungsscheine 98 Vorwinter-Nmin-Werte 6

7 Wie geht s weiter mit der WRRL-Umsetzung? Geplante Aktivitäten in Nmin-Proben im Frühjahr schlagspezifische Düngeempfehlungen (?) 100 Nmin-Proben im Vorwinter (?) 1AK-Sitzung 1 Infoveranstaltung KEINE Demoflächen mehr! Wahrscheinlich EINE Feldbegehung nach thematischem Bedarf Themenwünsche, Schwerpunkte jederzeit äußern! 7

8 Ausgewählte Demoflächenergebnisse 8

9 Längerfristige Wirkung eines Leguminosenumbruchs nach Ackerbohne Nmin [kg/ha] unter und nach Ackerbohne Datum Summe 0-90 cm Nach der Ernte November Februar März November 2015 (nach SW) 40 9

10 Längerfristige Wirkung eines Leguminosenumbruchs nach Kleegras Nmin [kg/ha] nach Kleegras zu Winterweizen Datum Summe 0-90 cm Fazit: Ackerbohne mit höheren Nmin- Werten Nmin nach Kleegras steigt verzögert leicht an Einfluss der Pflanzenzusammensetzung und Mineralisierbarkeit Folgefrucht? 10

11 Nmin-Entwicklung im Raps im Vergleich wendender vs. konservierender Bodenbearbeitung N in der Biomasse [kg/ha] Pflug pfluglos Herbst März Nmin [kg/ha] Pflug pfluglos Juli

12 Zwischenfruchtanbau N in der (oberirdischen) Biomasse 120 N in der Biomasse [kg/ha] Schnitte am 20. Oktober 2015

13 Zwischenfruchtanbau 120 Bestandshöhe Bestandeshöhe [cm] Schnitte am 20. Oktober 2015

14 Reduzierte N-Düngung im Winterweizen Fläche mit seit Jahren extrem hohen Nmin-Werten Überprüfung und Suche nach den Ursachen Reduzierte Düngevariante um zu gucken, ob s an der Düngung liegen könnte!

15 Düngungsvarianten Frühjahrs-Nmin: 167 kg/ha DÜNGUNG Normale Variante Reduzierte Variante ,1 dt/ha Harnstoff 51 kg/ha N 0,55 dt/ha Harnstoff 25 kg/ha N ,5 dt/ha DAP 27 kg/ha N 1,5 dt/ha DAP 27 kg/ha dt/ha ASS 54 kg/ha N keine SUMME (kg/ha) Zum Vergleich: Sollwert für Weizen (LLH): = 220kg/ha N Mit Frühjahrs-Nmin theoretisch: = 100 kg/ha N 15

16 26. Juni 2015 IfÖL 16

17 Auswertung Komponente Einheit Normale Variante reduziert TKG g Spindelstufen Stck Ährentragende Halme Stck/ m (laufende Reihe) Körner je Halm 51,5 50,9 17

18 Auswertung Ertragsunterschied? Wiegung d. Ertrags ca. 75 zu 63 dt/ha Nachernte-Nmin: 197 ( normal ) vs. 142 (reduziert) kg/ha Bewertung Komponente der N-Dünge-Reduzierung Einheit Normale geht nur Variante mit Bezug auf reduziert die aktuellen Dünger- und Erzeugerpreise! TKG g KAS: 26 /dt 0,96 /kg N B-Weizen: 15 /dt Spindelstufen Stck Ährentragende N-Ersparnis (80 kg) = 76,80 rntereduzierung Halme (12 dt) = 180 = 103,20 geringerer Deckungsbeitrag! Stck / m² bei einem Ertragsunterschied von maximal 5,1 dt/ha ist die reduzierte Variante aber ökonomisch besser! Körner je Halm 51,5 50,9 Ursachenforschung setzt sich fort - Reliefposition? - Humusgehalt? - Grünlandumbruch vor einigen Jahren 18

19 WRRL-Infoveranstaltung Limburg-Weilburg Stickstoffnachlieferung was kommt aus dem Boden? Ergebnisse aus dem DVGW-Forschungsvorhaben Abschätzung der standortspezifischen Stickstoffnachlieferung zur Optimierung der gewässerschonenden N-Düngeberatung Kurztitel:N-Nachlieferung Boden Dr. Richard Beisecker Ingenieurbüro für Ökologie und Landwirtschaft (IfÖL) 19

20 Gliederung 1. Hintergrund 2. Methodik und Vorgehensweise 3. Abschätzung der N-Poolgrößen im Boden 4. Abschätzung der N-Mineralisation 5. Anwendungen zur Optimierung der N-Düngung 20

21 Hintergrund 21

22 Hintergrund 22

23 Hintergrund Schema Stickstoffhaushalt im Boden gasförmige N-Verluste Wurzelraum Sickerzone gesättigte Zone mineralischer Bodenstickstoff NO 3- + NH 4+ Nitratauswaschung Grundwasserstrom Mineralisation Immobilisierung organischer Bodenstickstoff Norg 23

24 Methodik und Vorgehensweise I. Mineralisationsansatz: Berechnung der potenziellen N-Mineralisation (MIN N ) der Feldmessflächen anhand der kontinuierlichen Messung von Bodenfeuchte und Bodentemperatur und begleitenden Boden-und Pflanzenanalysen auf 8 landwirtschaftlichen Praxisschlägen II. Bilanzansatz: Berechnung der apparenten Stickstoff-Nettomineralisation (anmr N )aus dem Bodenvorrat durch statistische Datenauswertungen verschiedener Düngungsversuche und Ergebnissen aus Wasserschutzkooperationen sowie Berechnung der N-Freisetzung aus der N-Gesamtbilanz (FREI N ) und N-Schlagbilanz (N-Saldo) der Feldmessflächen 24

25 Feldversuche Feldmessflächen: Berechnung der N-Mineralisation (MIN N )auf 8 Praxisschlägen der beteiligten Wasserversorger kontinuierliche Messung der Bodenfeuchte und Bodentemperatur in 3 Bodentiefen (15, 45, 75 cm) an 2 Messplätzen pro Fläche (16 Messplätze) für 2 Jahre (+2014) begleitende Boden-und Pflanzenanalysen (N min -Gehalte, Wassergehalte, Biomasse, N-Aufnahme) Modellierung des Wasser-und Stickstoffhaushaltes (HERMES) der Feldmessflächen = Mineralisationsansatz!! 25

26 Einteilung Betrachtungsperioden Jahr: bis Wachstumsperiode: Vegetationsbeginn bis Ernte Hauptfrucht Nachernteperiode: Ernte bis Vegetationsende Winterperiode: Vegetationsende bis Vegetationsbeginn Vegetationsbeginn: 5 aufeinander folgende Tage mit Tagesmitteltemperaturen >5 C Vegetationsende: 5 aufeinander folgende Tage mit Tagesmitteltemperaturen <5 C In Abhängigkeit von Kultur und Flächenlage ergeben sich unterschiedliche Anzahl an Tagen der jeweiligen Periode 26

27 Konzeptioneller Ansatz Schema N der N-Pools im Boden t -Gesamtvorrat N-Immobilisation N-Mineralisation N-Eintrag: (N-Düngung, N-Deposition, organische Substanz) N slow N min N fast N-Austrag: N-Entzug, N-Auswaschung (NH 4+ +NO 3- ) 27

28 N-Poolgrößen N-Poolgrößen (HERMES) in Abhängigkeit der Bodenart nach RBS 28

29 Größenordnung N-Pools im Boden N t -Gesamtvorrat kg/ha ( ) PTF 1 : N slow -Pool(HERMES)±48,08 [kg/ha] = 170,81±61,6 x C org -Gehalt[%] ,07±603,21 x N N-Immobilisation N-Mineralisation t -Gehalt[%] + 5,77±1,60 x Tongehalt[%]; korr. R 2 = 0, kg/ha (0-135) N fast N slow 780 kg/ha ( ) 40 kg/ha (11 92; max. 288) N min (NH 4+ +NO 3- ) 29

30 Verlauf potenzielle N-Mineralisation Fläche C 2013: CCM nach WW; AZ: 45; Bodenart: SL; N t : 0,133 %; C/N: 8,44 Höchster N-Bedarf Pflanze: Mitte Juni bis Mitte August Höchste N-Mineralisationsraten: Mitte Mai bis Juli 30

31 Verlauf potenzielle N-Mineralisation Fläche E 2013: WG nach SM; AZ: 20; Bodenart: Sl; N t : 0,102 %; C/N: 9,43 Höchster N-Bedarf Pflanze: Mitte März bis Anfang Juni Höchste N-Mineralisationsraten: Anfang Juli bis Anfang September 31

32 Mittlere potenzielle N-Mineralisation Berechnete mittlere N-Mineralisation für die Perioden Mittlere berechnete N-Mineralisation aus N slow -Pool: Jahr 140 kg N/ha Wachstumsperiode 80 kg N/ha Nachernteperiode 40 kg N/ha Winterperiode 20 kg N/ha 32

33 Mittlere potenzielle N-Mineralisation Mittlere potenzielle N-Mineralisation pro Tag [kg N/ha] Mittlere tägliche N-Mineralisation aus N slow -Pool in der Wachstumsperiode: 0,46 kg N/ha 33

34 Einflussfaktoren auf potenzielle N-Mineralisation Wodurch wird die N-Mineralisation beeinflusst? Witterung - Niederschlag, Temperatur Boden -Humusgehalt (C org, N t ), Bodenart, Tongehalt Bewirtschaftung - Kultur(Anzahl der Tage in der Wachstumsperiode), N-Düngung - N-Entzug = N-Saldo 34

35 Einflussfaktoren auf potenzielle N-Mineralisation Berechnete N-Mineralisation aus dem N slow -Pool (HERMES) in den Wachstumsperioden 2012 bis

36 Einfluss des Bodens auf N-Mineralisation Anteil der potenziellen N-Mineralisation aus dem N slow -Pool während der Wachstumsperiode am N t -Gehalt der Krume 36

37 Einfluss der Kulturart auf N-Mineralisation Berechnete mittlere N-Mineralisation (HERMES) in der Wachstumsperiode 37

38 Einfluss der Bewirtschaftung 38

39 Zwischenfazit Übersicht der wichtigsten Ergebnisse Bodenart nach RBS N slow -Pool [kg N/ha] Sl 688 ls 999 SL 689 sl,lt 1252 Mittelwert 778 Kultur MIN Nslow [kg N/ha] WG 25 TR 54 WW 66 RA 48 SM 96 ZR 125 gew. Mittel 82 Mittlere potenzielle N-Mineralisation aus dem N slow -Poolim Jahr ca. 140 kg/ha, in der Wachstumsperiode ca. 80 kg/ha 39

40 Exkurs Nmin-Gehalte Nmin-Gehalte Frühjahrs-Nmin-Gehalt Nachernte-Nmin-Gehalt Vorwinter-Nmin-Gehalt Statistischer Kennwert [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] Fallzahl Median 38,7 37,2 44,6 Mittelwert 45,6 47,4 59,8 Std.fehler Mittelwert 0,32 0,41 1,50 Minimum Maximum

41 Exkurs Nmin-Gehalte Vorwinter-Nmin-Gehalte [kg/ha] Entscheidendfür Vorwinter-N min -Gehaltesind Kultur, Witterungsverhältnisse und Bodenbearbeitung ETA 2 = 0,044 N =

42 Auswertung Partnerdaten Berechnung der apparenten Stickstoff-Nettomineralisation anmr N anmr N = (N-Entzug + Nachernte-N min -Gehalt) (N-Düngung + Frühjahrs-N min -Gehalt); alle Größen in [kg/ha] N-Entzug[kg/ha] = N-Gehalt_HEG [%] Ertrag_HEG [dt/ha] + N-Gehalt_NEG [%] Ertrag_NEG [dt/ha] N-Saldo[kg/ha] = N-Düngung (min.+org.) [kg/ha] N-Entzug [kg/ha] HEG = Haupterntegut; NEG = Nebenerntegut 42

43 Ergebnisse Mittlere apparente Stickstoff-Nettomineralisation (anmr N ) [kg/ha] mit Standardabweichung in Abhängigkeit der N-Düngung [kg ha -1 ] organisch + mineralisch gedüngte Flächen gedüngte Flächen alle Flächen nur mineralisch gedüngte Flächen nur organisch gedüngte Flächen keine N-Düngung Standardabweichung 43

44 Ergebnisse Einfluss der Bewirtschaftungsfaktoren auf die apparente Stickstoff- Nettomineralisation anmr N [kg/ha] 44

45 Anwendung N-Düngungoptimierung Schema N-Düngebedarfsermittlung Erweiterter Bilanzansatz Organische Düngung Analyse N org Rindergülle ca. 45 % Schweinegülle ca % Gärrest ca % N-Pools Boden Erntereste Organische Düngung Gesamt N-Bedarf (Ertragserwartung x kulturspezifischer N-Bedarf) abzüglich N min zu Vegetationsbeginn abzüglich N-Aufnahme im Herbst abzüglich N-Nachlieferung Bisher: Abschätzung ca. 1-3 % Mineralisation aus N-Pool Ziel: Standortspezifische Ableitung der N-Mineralisation NH 4 -N Rindergülle ca. 55 % Schweinegülle ca % Gärrest ca % 100 % düngewirksam = N-Düngebedarf abzüglich Organische N-Düngung = mineralische Ergänzungsdüngung 45

46 Optimierung N-Düngung Nmin-Sollwertverfahren Schema N-Düngebedarfsermittlung kulturartspezifischer N-Sollwert - Frühjahrs-Nmin-Gehalt ±Zu-und Abschläge für Standorteigenschaften, organische Düngung, Bewirtschaftungsverhältnisse, Ertragsniveau, etc. N-Sollwerte der Bundesländer unterschiedlich Nmin-Sollwerte einzelner Bundesländer Kultur LLH LWK-NRW LWK-Nds. LWK-SH TLL LfL WG 170/ WR WW 220/ / RA 200(+40) SM 200/ ZR

47 Optimierung N-Düngung N-Steigerungsversuche Nmin-Sollwertverfahren Hessen: Beispiel Winterweizen Ableitung der N-Sollwerte für Optimalertrag anhand von N- Steigerungsversuchen der Landesversuchsanstalten Bsp. LLH; Heyn(2006) LLH: Heyn, J. (2006) 47

48 Optimierung N-Düngung SBA-Verfahren Hessen N-Düngungssteigerungsversuche LLH (Heyn, 2010) Kultur N-Düngung [kg/ha] für Differenz Fj-N min -Gehalt Summe SBA max. Ertrag opt. KGR doku opt. KGR neu max. Ertrag - KGR doku [kg/ha] N-Angebot Sollwert WW (230) WG WR RA (240) ZR (Naturalertrag) ZR (BZE) N-Angebot = N-Düngung zu opt. KGR doku + Fj-N min -Wert KGR doku = korrigierter Geldrohertrag mit den damaligen Preis-/Kostenrelationen KGR neu = korrigierter Geldrohertrag mit den Preis-/Kostenrelationen von 2009 N-Sollwert liegt zwischen N-Düngung für höchsten Naturalertrag und derjenigen für optimalen KGR N-Sollwerte berücksichtigen bereits eine N-Nachlieferung des Bodens 48

49 Optimierung N-Düngung Berücksichtigung der N-Nettomineralisation bei N-Düngung Berechnung kulturartspezifische N-Produktionsfunktion Ertrag [dt/ha] = a + bx+ cx 2 mit x = N-Düngung [kg ha -1 ] Standardisierte Koeffizienten N-Produktionsfunktion mittlere Frühjahrs- und Nachernte-Nmin-Gehalte(Partnerdaten) 49

50 Exkurs Gesetz vom abnehmenden Ertragszuwachs (Produktionsfunktion) (Turgot 1767/68; v. Thünen 1842) die Nährstoffausnutzung Wirkungsgesetz der nimmt mit zunehmender Düngungshöhe zwangsläufig Wachstumsfaktoren ab!! (Mitscherlich ) 50

51 Optimierung N-Düngung Beziehung zwischen N-Produktionsfunktion (schematisch) und zugehöriger app. N-Nettomineralisation (anmr N ) für Winterweizen Winterweizen Ertrag [dt/ha] opt. Ertrag 28 N-Düngung [kg/ha] 29 max. Ertrag Ertrag [dt/ha] anmr N [kg/ha] anmr_n [kg/ha] 51

52 Optimierung N-Düngung Beziehung zwischen N-Produktionsfunktion (schematisch) und zugehöriger app. N-Nettomineralisation (anmr N ) für Wintergerste Ertrag [dt/ha] opt. Ertrag Wintergerste 35 N-Düngung [kg/ha] 15 max. Ertrag Ertrag [dt/ha] anmr N [kg/ha] anmr_n [kg/ha]

53 Optimierung N-Düngung Beziehung zwischen N-Produktionsfunktion (schematisch) und zugehöriger app. N-Nettomineralisation (anmr N ) für Raps Winterraps Ertrag [dt/ha] Ertrag [dt/ha] anmr N [kg/ha] anmr_n [kg/ha] -40 opt. Ertrag max. Ertrag N-Düngung [kg/ha]

54 Optimierung N-Düngung Beziehung zwischen N-Produktionsfunktion (schematisch) und zugehöriger app. N-Nettomineralisation (anmr N ) für Silomais 200 Silomais Ertrag [dt TM/ha] Ertrag [dt/ha] anmr_n [kg/ha] opt. Ertrag max. Ertrag anmr N [kg/ha] N-Düngung [kg/ha] 54

55 Optimierung N-Düngung Beziehung zwischen N-Produktionsfunktion (schematisch) und zugehöriger app. N-Nettomineralisation (anmr N ) für Zuckerrüben Zuckerrüben opt. Ertrag (BZE) max. Ertrag Ertrag [dt FM/ha] Ertrag [dt/ha] anmr N [kg/ha] anmr N [kg/ha] N-Düngung [kg/ha]

56 Optimierung der N-Düngung aus Sicht des Gewässerschutzes ist die N-Düngung bis zu dem Punkt zu reduzieren, bei dem die Ertragskurve gerade beginnt abzusinken (optimaler Ertrag) Berücksichtigung der anrechenbaren apparenten N-Nettomineralisation beim N-Sollwert app. N-Nettomineralisation (anmr N ) bei Ø Fj.-N min N-Düngung Kultur max. Ertrag opt. Ertrag anmr N -Werte SBA N-Düngeempfehlung [kg/ha] bei N-Saldo = 0 [kg/ha] [kg/ha] Sollwert SBA-Fj.-N min SBA-Fj.-N min - anmr N n. Heyn (2010) WW WG WR RA SM ZR N-Saldo n. Heyn (2010) = N-Düngung - N-Abfuhr 56

57 Optimierung N-Düngung N-Düngebedarfsermittlung nach erweitertem Bilanzansatz Kultur Anrechnung der anmr N bei optimalem Ertrag Ertrag [dt/ha] Entzugsfaktor N-Entzug [kg/ha] N-Düngebedarfsermittlung nach dem erweiterten Bilanzansatz Fj.-Nmin- N-Nettomineralisation EWR N-Gesamtbedarf [kg/ha] Gehalt [kg N/ha] [kg/ha] [kg/ha] N-Aufnahme Herbst [kg/ha] N-Düngebedarf gesamt [kg/ha] N-Düngebedarf Fj. [kg/ha] WW (12% Rp) 90 2, WW (14% Rp) 90 2, WR 85 2, WG 80 2, RA 45 4, SM 550 0, ZR 650 0,

58 Fazit anhand der Ergebnisse des F+E-Vorhabens zur N- Nachlieferung können die N-Pools und die potenzielle N- Mineralisation in der kulturartspezifischen Wachstumsperiode abgeschätzt werden durch Berücksichtigung der N-Nettomineralisation kann die N-Düngung um ca kg/ha reduziert werden zur Reduzierung der Nitratauswaschung spielen neben der N-Düngung auch die vegetationsbegleitende Bestandesführung, das Nacherntemanagement und die Bodenbearbeitung eine wichtige Rolle bezüglich der Anrechnung der potenziellen N- Mineralisation besteht noch weiterer Forschungsbedarf

59 Wilhelm Möller Zwischenfrucht-Anbau 2015 ein Rückblick auf die Besonderheiten 59

60 Folien stehen nicht öffentlich zur Verfügung Für konkrete Nachfragen wenden Sie sich bitte an 60

61 Kostenpunkt Kalkulation mit Faustzahlen (Daten aus WRRL-Demoflächen und KTBL) Ungefähre Kosten ( /ha) Saatgut Maschinenkosten (1x Grubbern, 1xEgge + Saatbettkombi, 1x Saat 102 kw- Schlepper, Saat mit 67 kw, mittlerer Boden, Feld-Hof: 2km) 125 Lohnkosten (Ansatz 20 /Akh) 45 Gülleausbringung (Schleppschlauch, inkl. Lohn) 59 Summe Kosten Leistungen N-Bindung Biomasse / Düngeeinsparung (1 je kg) HALM-Förderungen (in best. Gebietskulissen) Bodenfruchtbarkeit, Humusbildung, Wasserhaushalt, Gefügeverbesserung, Erosionsschutz??? monetär kaum zu bewerten Summe Leistungen Saldo ± 0 bis

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