Ergebnisse und Empfehlungen zur Düngung mit Biogas-Gärresten
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1 Ergebnisse und Empfehlungen zur Düngung mit Biogas-Gärresten Schröter, H.; Eckner, J. Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Jena-Zwätzen Bernburg-Strenzfeld, 19. Januar 2015 Vortragstagung Pflanzenbau aktuell
2 Inhalt Problemstellung N-Mineraldüngeräquvalente Humuswirkung Einfluss auf Bodenreaktion Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
3 Problemstellung Starker Anstieg der Biogaserzeugung Größerer Anfall von Gärprodukten Einsparung des Zukaufs mineralischer N-Dünger Wirtschaftsdünger als mögliche Alternative Effizienter und umweltverträglicher Einsatz Kohlenstoffabbau bei Vergärung Humusreproduktion im Boden
4 Gärrestanfall in Thüringen (Stand Januar 2012) 226 landwirtschaftliche Biogasanlagen Jahresanfall von Gärprodukten: 3,5 Mio. m 3 78 % aus Wirtschaftsdünger - ca. 55 % der flüssigen - fast 20 % der festen 18 % aus Feldfrüchten (Mais) 4 % aus Bioabfällen
5 Zusammensetzung der verwendeten Gärprodukte (Mittelwerte) Parameter RG-roh Feldversuch Bad Salzungen RGverg. GP- SLR RGroh RGverg. GP- Nawaro GP- SG Mikroparzellenversuch Jena Feldversuch Dornburg TS % 10,5 6,5 3,6 10,1 5,8 12,0 2,8 N t % 0,40 0,38 0,50 0,42 0,30 0,79 0,45 NH 4 -N 0,21 0,26 0,42 0,21 0,19 0,51 0,40 NH 4 -N % N t ph-wert 6,6 7,6 7,9 6,8 7,6 7,7 7,9 Corg 4,68 2,78 1,33 4,71 2,19 3,84 1,11 ots, % d.tm
6 Feldversuche zur Ermittlung von Ertragswirkung und N-MDÄ von Gärprodukten (Dornburg, Bad Salzungen) Dornburg Lößparabraunerde Lö1c auf Muschelkalkverwitterung stark toniger Schluff Az m ü. NN 8,3 C 584 mm Niederschlag Mineral. N-Düngung als KAS (0/50/75/100% des N-Bedarfs) Org. N-Düng.: 100% N-Bedarf (+ 0 / 25 / 50 % als KAS) 1 Rindergülle, 3 Gärreste insgesamt 16 Prüfglieder Bad Salzungen Braunerde V4a auf Buntsandsteinverwitterung lehmiger Sand Az m ü. NN 7,7 C 566 mm Niederschlag Mineral. N-Düngung als KAS (0/60/100/140% des N-Bedarfs) Org. N-Düng.: 100% N-Bedarf (+ 0 / 40 % als KAS) 1 Rindergülle, 2 Gärreste insgesamt 10 Prüfglieder 2009 Silomais 2012 Dornburg Winterraps 2010 Winterweizen Bad Salzungen Weidelgras 2011 Wintergerste 2013 Winterweizen 2014 Dornburg Wintertriticale Bad Salzungen Winterroggen
7 Gärprodukte-Versuch in VST Dornburg
8 Mineralische bzw. organische N-Düngung der 100%- SBA-Varianten, Dornburg 2010, zu Winterweizen m 3 RG bzw. GP / ha
9 Jährliche und mittlere N-MDÄ (in %), Dornburg Silomais Winter- Winter- Winter- Winter- Wintertriticale Mittel PG 2009 Weizen 2010 Gerste 2011 Raps 2012 Weizen miner. N RG-roh RG-verg GR-Nawaro GR-SG
10 Mineralische bzw. organische N-Düngung der 100%-SBA- Varianten, Bad Salzungen 2010, zu Winterweizen m 3 RG bzw. GP / ha
11 Kornertrag Winterweizen in Abhängigkeit von org. und min. N-Düngung (Bad Salzungen, 2010)
12 Rohproteingehalt Winterweizen in Abhängigkeit von org. und min. N-Düngung (Bad Salzungen, 2010)
13 Jährliche mittlere N-MDÄ, Bad Salzungen (Mittel ohne Trockenjahr 2011, sehr niedriger Ertrag) PG Silomais 2009 Winterweizen 2010 Wintergerste 2011 Weidelgras 2012 Winterweizen 2013 Winterroggen 2014 Mittel miner. N GP-SLR RG-roh RG-verg
14 Nährstoffwirkung von Gärprodukten (LfL, nach Lichti, F.) MDÄ bez. TM-Ertrag, N-Düngung nach NH 4 -N-Gehalt Rindergülle: ca % separiert flüssig % Separiert fest % Gärprodukte: von %
15 Einfluß des NH 4 -N-Anteils auf N-MDÄ
16 Zusammensetzung von Gärprodukten (Substratdatenblatt Mumday, Zorn, Reinhold; 2012) Parameter Mittelwert s in % kg/ m 3 FM kg mit 40 m 3 FM TS 5,8 % in FM Corg 2,28 % in FM Nt 0,428 % in FM 22 4,3 172 davon NH4-N 69,0 % 21 3,0 120 P 0,08 % in FM 33 0,8 32 K 0,307 % in FM 27 3,1 124 Mg 0,063 % in FM 33 0,6 24 S 0,039 % in FM 34 0,4 ph 7, Zn 620 mg/kg TM g/m 3 FM Cu 394 mg/kg TM g/m 3 FM
17 Düngewert, einfache ökonomische Bewertung Reinnährstoffpreise N (z.b. KAS) 1,00 P (z.b. TSP) 2,00 K (z.b. K60) 0,80 Ausbrigungskosten 3,40 / m 3 Reinnährstoffwert/m 3 4 kg N 4,00 1 kg P 2,00 3 kg K 2,40 Wertsumme 8,40 Minus 3,40 Düngewert : 5 /m 3
18 Kohlenstoffabbau durch Biogasprozess C-Abbau von vergorener und unvergorener Gülle im Brutversuch (REINHOLD, 1988) ohne Vergärung nach Vergärung 16,5 % C - Abbau im Biogasreaktor 37,8 % 20,5 % C - Abbau während der Bebrütung 62,2 % 63,0 % C - Abbau während der Bebrütung Im Boden verbleibender Kohlenstoff
19 Humusgehalte Thüringer Böden aus Sicht der Bodenfruchtbarkeit C org * 1,724 = Humusgehalt (Org. Bodensubstanz) Änderungen des OBS-Gehaltes sehr langfristig messbar Wirkung der Humusbilanz auf den Humusgehalt sehr langfristig messbar Bewertung: - cross compliance (Grenzwerte für den Erhalt der OBS im Boden bei der Bodenhumusuntersuchung) - Tongehalt im Boden <13% : Humusgehalt > 1,0 Prozent - Tongehalt im Boden >13% : Humusgehalt > 1,5 Prozent Prof. Körschens: Diese Werte sind nicht begründet, ihre Anwendung ist irreführend!!!
20 Humusgehalte Thüringer Ackerböden in Abhängigkeit vom Tongehalt 383 Nährstoffdynamiktestflächen 0 20 cm Tiefe (2008) 9 % OBS CC-Grenzwerte für Böden >13% Ton % Ton % Ton
21 Winterweizen im Mikroparzellenversuch Jena-Zwätzen 4 Böden Löß, Gneis, Muschelkalk, Buntsandstein Fruchtfolge 2007 Silomais 2010: Fu-Roggen/Silomais 2008: Fu-Roggen/Silomais 2011: Winterweizen 2009: Winterweizen 2012: Sommergerste
22 Gülle- und Gärrestdüngung im Mikroparzellenversuch Jena-Zwätzen, Ri-Gülle Ri-Gülle BBG-Nawaro S-Gülle roh vergoren vergoren vergoren 10% TS 5,8% TS 12% TS 2,8% TS
23 Änderungen des C org- Gehaltes im Boden nach 6-jähriger OD (Kleinparzellenversuch, Jena) Kahla-Buntsandstein, Einzelwerte 0,7 C org % C org zu Versuchsbeginn: 0,51 % 0,6 0,5 0,4 Mittel 2009 a b c Mittel 2011 a b c Mittel 2009/2011 0, ohne OD, N min. N RG roh RG verg. GP- Nawaro GP- SG
24 Änderungen des C org- Gehaltes im Boden nach 6-jähriger OD (Kleinparzellenversuch, Jena) C org in % 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 ohne 1 min. 2 RG 3 RG 4 GP- 5 GP- 6 SG 7 OD, N N roh verg. Nawaro Boden mit C org zu Versuchsbeginn Mukalk, 3,10 % Gneis, 2,37 % Löß, 1,69 % Busa, 0,51 %
25 Änderung des Corg-Gehaltes im Boden in Abhängigkeit von der C-Fracht (Kleinparzellenversuch Jena-Zwätzen nach 5 Jahren Laufzeit, Mittel von 4 Böden) 0,20 0,15 0,10 GP SG m. PIADIN Ri-Gülle vergoren GP Nawaro m./o. PIADIN RG roh % C org 0,05 0,00 GP SG o. PIADIN -0,05 min. N-Düngung -0,10 ohne OD, N 0,1 % C org. in 0 20 cm Tiefe = 260 kg C/ha -0, kg C/ha in 5a anbauspezifische Änderung des Humusvorrates: (nach VDLUFA) kg Humus-C/ha (untere Werte) kg Humus-C/ha (obere Werte)
26 Änderung des C org -Gehaltes durch differenzierte Düngung (Kleinparzellenversuch Jena-Zwätzen, Mittel von 4 Böden) C-Bedarf zur Erhöhung des C org -Gehaltes um 0,1% in t/ha 7,7 4,3 4,5 2,8
27 800 kg/ha*a Humuswirkung Frucht Humus-C -Zufuhr Humus-Saldo Humus-C -Bilanz min mix org min mix org Anlage I Anlage II Quelle: Formowitz, B.(TFZ), 2013
28 Humusbilanzierung, Standort Dornburg, EVA- FF03: Mais- W.Roggen/ Sorghum- einj. Weidelgras/W.Triticale- W.Weizen(Korn) Quelle: Willms, M.(ZALF), 2014
29 Änderung des C org -Gehaltes (%) durch differenzierte Düngung (Gärproduktversuche Bad Salzungen und Dornburg) Bad Salzungen Dornburg Variante 2012 Mittel 2012/13 Variante 2012 Mittel 2012/13 ohne org. Düngung 0, ,81 0, ,81 ohne org. Düngung 1,25 1,24 GP- SLR GP- SLR + KAS 0,83 0,82 0,81 0,81 RG-roh 1,30 1,31 RG-roh RG-roh + KAS 0,89 0,94 0,87 0,90 RG-vergoren 1,29 1,31 RG-vergoren 0,88 0,88 GP- Nawaro 1,30 1,30 RG-verg. + KAS 0,93 0,91 GP-SG 1,29 1,28 KAS erhöht C org -Gehalt bei OD KAS: keine Wirkung auf C org -Gehalt
30 ph-werte des Bodens, Dauerdüngungsversuch Bad Salzungen, nach 6 Jahren Prüfglied vor Anlage ohne N 5,6 5,6 5,7 5,7 5,7 5,5 5,5 miner. N 5,6 5,3 5,3 5,3 5,3 5,0 5,2 GP-SLR 5,7 5,5 5,5 5,6 5,9 5,4 5,8 RG-roh 5,5 5,7 5,7 5,8 6,0 5,6 5,7 RG-verg. 5,5 5,7 5,7 5,8 6,0 5,7 5,9
31 THG-emissionen nach Kategorien, Standort Dornburg, , verschiedene Bewirtschaftungsstrategien EVA- FF03: Mais- W.Roggen/ Sorghum- einj. Weidelgras/W.Triticale- W.Weizen(Korn) Quelle: Eckner, J.(TLL), Peter, C.(ZALF), 2014
32 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Gärprodukte aus der Biogaserzeugung können entsprechend dem betrieblichen Nährstoffbedarf gut im Ackerbau verwertet werden. Fundiertes Datenmaterial über die stoffliche Zusammensetzung: mittleren TM-Gehalte bei ca. 6 % (Spanne von 3 bis über 10 %), mittlerer N-Gehalt von 0,4 %,hoher Anteil, im Mittel 70 % (65 bis 90 % NH 4 -N des Gesamt-N-Gehaltes). N-MDÄ für Rohgüllen: 45 bis 60 % N-MDÄ für Gärprodukte: 60 bis 90 (100) % ermittelte N-MDÄ der Gärprodukte korrelieren mit dem TS-Gehalt und dem Ammoniumgehalt (NH 4 -N-Anteil am N-Gesamtgehalt hohe N-Pflanzenverfügbarkeit ammoniumreicher Gärprodukte
33 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Bei mittlerem C org -Gehalt von 2,3 %, Gabe von 40 m 3 /ha, zugeführte C-Menge 920 kg C/ha mit zunehmender C-Zufuhr über Gülle und Gärprodukt steigen die C org -Gehalte Zur Erhöhung des C org -Gehaltes um 0,1% bei Rindergülle 7,7 t C/ha sowie bei den verschiedenen Gärprodukten nur 2,8 4,3 t C/ha erforderlich. Zum Aufbau vergleichbarer Humusgehalte im Boden sind geringere C-Zufuhren über Gärprodukte als über Gülle erforderlich, größere Abbaustabilität des Kohlenstoffs des Gärproduktes
34 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen langjährige Anwendung von Gärprodukten im Ackerbau hat bisher zu keiner Verschlechterung der Bodenfruchtbarkeit wie Versauerung oder Verschlämmung geführt weitere Untersuchungen zum Einfluss von Gärproduktdüngung auf bodenchemische und physikalische Bodeneigenschaften notwendig (Austauschkapazität, Sorptionskomplex, Aggregatstabilität)
35 Gülleausbringung in den Feldversuchen ab 2009
36 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung Höhere Anforderungen des Gesetzgebers an Ausbringetechnik Pflanzenbauliche, betriebswirtschaftliche und umweltrelevante Vorteile einer streifenweisen Gärproduktablage Erste Variante - Schleppschlauchverteiler - Ständige Weiterentwicklungen: Gestängeführung, Arbeitsbreite, Aufteilung des Güllestromes, Hangtauglichkeit, Verstopfungsgefahr u.ä. Schleppschlauchverteiler ideal für stehende Getreidebestände, geeignet auch für Grünlandflächen
37 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung (H. Heß)
38 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung (M. Schwabe)
39 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung (M. Schwabe)
40 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung Höhere Anforderungen des Gesetzgebers an Ausbringetechnik Pflanzenbauliche, betriebswirtschaftliche und umweltrelevante Vorteile einer streifenweisen Gärproduktablage Weitere Variante Schleppschuhverteiler Ablage in und auf obersten Bodenbereich Vielseitig einsetzbar nahezu von allen Herstellern angeboten Gute Lösung im Hinblick auf Emissionsminderung, Verteilgenauigkeit und Betriebssicherheit Anstelle von Kufen - Scheiben zur Bodenöffnung Schlitzgerät Insbesondere auf Grünland etwas tiefere und emissionsärmere Gülleablage in den Boden
41 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung
42 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung
43 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung Höhere Anforderungen des Gesetzgebers an Ausbringetechnik Pflanzenbauliche, betriebswirtschaftliche und umweltrelevante Vorteile einer streifenweisen Gärproduktablage Weitere Varianten Selbstfahrer mit Injektoren Verringerung der Geruchs- und Ammoniakfreisetzung um 90 % Vor allem vor der Maisaussaat Im Herbst auf Stoppelacker nur eingeschränkt, bei Zwischenfrucht bzw. bei Bedarf vor frühen Wintersaaten
44 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung (G. Reinhold)
45 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung (G. Reinhold)
46 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung Höhere Anforderungen des Gesetzgebers an Ausbringtechnik Pflanzenbauliche, betriebswirtschaftliche und umweltrelevante Vorteile einer streifenweisen Gärproduktablage Weitere Varianten Geräte zu Gülleunterfußdüngung von Mais Einsatz auf bewachsenen oder nichtbewachsenen Ackerflächen Gärproduktbänder in 75 cm Abstand, in Tiefe von 10 bis 20 cm Je nach Bodenart und Witterung Stunden bzw. 2-3 Wochen vor Maisaussaat Bisher gute Erfahrungen Erkenntnisse insbesondere im Hinblick auf Ablagetiefe und Gabensplittung im Zusammenhang mit Bodenart und Gärprodukteigenschaften vertiefen
47 Gülletechnik zur Gärproduktausbringung (Strip Tillage)
48 In der Diskussion höhere Anforderungen an die Lagerkapazität von Wirtschaftsdüngern im Rahmen von Bundesverordnungen (Anlagenverordnung oder Düngeverordnung) In Verbindung mit der geringeren Gülleverwertung im Herbst und verstärkter Ausbringung im Frühjahr sind unter Umständen Investitionen in Güllelagerstätten und Ausbringtechnik zur Erhöhung der Schlagkraft erforderlich Da noch nicht alle Regelungen endgültig sind, ist der genaue Verordnungstext abzuwarten. Änderungen sind möglich
49 Einfluß des NH 4 -N-Anteils auf N-MDÄ Feldtag Pflanzenschutz/Düngung 24. Thüringer Düngungs- und Pflanzenschutztagung VST Dornburg, Erfurt (Messe),
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