Stickstoff-Verwertung verschiedener Rebsorten und Anbausysteme unter veränderten klimatischen Bedingungen

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1 Stickstoff-Verwertung verschiedener Rebsorten und Anbausysteme unter veränderten klimatischen Bedingungen Otmar Löhnertz und Friederike Möller Hochschule Geisenheim Institut für Bodenkunde und Pflanzenernährung

2 Einleitung Fragestellung Stickstoffversorgung im Weinbau Rechtliche Rahmenbedingungen Aufnahmeverlauf Stickstoff Entzugszahlen Versuche N-effizienz Einfluss erhöhter CO2 Gehalte Schlussfolgerungen 2

3 RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN: EU-Wasserrahmenrichtlinie Aktuelle Düngeverordnung Situation: hohe Belastung des Grundwassers mit Nitrat Weinbauflächen mit sehr hohem Anteil Risikogebiete nach Düngeverordnung Paragraph 3 besondere Regelungen für Weinbau Löhnertz N Effizienz 3

4 SITUATION IN HESSEN Umsetzung WRRL im hessischen Weinbau

5 N MIN -ERGEBNISSE VEGETATIONSBEGINN FRÜHJAHR 2016 Sollwert Frühjahr kg NO 3 -N/ha 7 Flächen im Sollwert 6 % 7 Flächen über Sollwert 6 % 101 Flächen unter Sollwert 88 % Fazit: ein hoher Anteil der Böden hat einen Düngebedarf

6 N MIN -ERGEBNISSE VEGETATIONSENDE HERBST Herbstbeprobung % > 40 kg NO 3 -N/ha cm cm 0 30 cm Fazit: ein zu hoher Anteil der Böden mit zu hohem Gehalt im Herbst

7 RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN: EU-Wasserrahmenrichtlinie Aktuelle Düngeverordnung Situation: hohe Belastung des Grundwassers mit Nitrat Weinbauflächen mit sehr hohem Anteil Risikogebiete nach Düngeverordnung Paragraph 3 besondere Regelungen für Weinbau Geringer Bedarf Düngebedarfsermittlung. Kaum Einfluss auf Ertrag Hoher Einfluss auf Inhaltsstoffbildung Eine Möglichkeit Schätzrahmen Nmin keine Akzeptanz Löhnertz N Effizienz 7

8 Schätzverfahren zur Stickstoff-Düngebedarfsermittlung mit modularem Aufbau: 1 ha Reben 75 kg N 140 dt Trauben 31 kg N Triebe und Blätter 44 kg N 30 dt Trester 24 kg N 3 hl Trub 1.5 kg N 4 hl Hefe 3 kg N Humusgehalt: Durchschnitt: ca. 1,2 % C Gesamt N im Boden: kg/ha Mineralische Düngung: 40 kg/ha/jahr Jährliche Aufnahme: ca kg N/ha Abfuhr mit Trauben: kg N/ha Abfuhr durch Wein: 2 kg N/ha 140 hl Wein 2 kg N Nährstofffluss während der Trauben und Weinproduktion (ZIEGLER) 8

9 RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN: EU-Wasserrahmenrichtlinie Aktuelle Düngeverordnung Situation: hohe Belastung des Grundwassers mit Nitrat Weinbauflächen mit sehr hohem Anteil Risikogebiete nach Düngeverordnung Paragraph 3 besondere Regelungen für Weinbau Geringer Bedarf Düngebedarfsermittlung. Eine Möglichkeit Schätzverfahren Nmin keine Akzeptanz Löhnertz N Effizienz 9

10 RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN: EU-Wasserrahmenrichtlinie Aktuelle Düngeverordnung Situation: hohe Belastung des Grundwassers mit Nitrat Weinbauflächen mit sehr hohem Anteil Risikogebiete nach Düngeverordnung Paragraph 3 besondere Regelungen für Weinbau Geringer Bedarf Düngebedarfsermittlung. Eine Möglichkeit Schätzverfahren Nmin keine Akzeptanz Bedeutung von Stickstoff Kaum Einfluss auf Ertrag Hoher Einfluss auf Inhaltsstoffbildung Löhnertz N Effizienz 10

11 AUFNAHMEVERLAUF REBE 1400 N Aufnahme der Rebe [g ha 1 d 1 ] Düngung 0 Austrieb Blüte Erbsengröße Traubenschluß Reifebeginn Lese Nach SCHALLER und LÖHNERTZ 11

12 N-DÜNGUNG Mineraldünger Ammoniumnitrat (NH 4 NO 3 ), 27% N Meist kombiniert mit 24 % CaCO 3 (Kalkammonsalpeter, KAS) Pros: relativ billig einfach zu applizieren wirkt der Versauerung entgegen (CaCO 3 ) Cons: muss in Lösung gehen um aktiv zu werden (Regen) große Auswaschungsgefahr bei viel regen und hoher Nitrifikation 12

13 N-DÜNGUNG Stabilisierte N-Dünger ENTEC Ammoniumnitrat kombiniert mit Ammoniumstabilisator Der Stabilisator unterdrücken die Nitrifikation von NH 4 zu NO 3 Pros: einfach zu applizieren kontinuierliche N Versorgung durch die ganze Saison reduzierte Auswaschungsgefahr von Nitrat Cons: muss in Lösung gehen um aktiv zu werden (Regen) teurer als KAS 13

14 N-DÜNGUNG Flüssigdünger Ammonium Nitrat Harnstoff Lösung (AHL) Pros: schnelle Wirkung, da bereits in Lösung relativ billig Cons: spezielle Technik zur Ausbrigung wird benötigt Verätzungsrisiko an Blättern große Auswaschungsgefahr bei viel regen und hoher Nitrifikation 14

15 N-DÜNGUNG Fertigation = Kombination aus Bewässerung und Düngung Pros: schnelle Wirkung, da bereits in Lösung kontinuierliche N Versorgung durch die ganze Saison Bewässerungsmöglichkeit, kein Trockenstress reduzierte Auswaschungsgefahr von Nitrat Cons: teuer und aufwendig zu installieren benötigt Wasserquelle Pflege und Instanthaltung 15

16 N-DÜNGUNG Flüssigdüngung CULTAN (Controlled Uptake Longterm Ammonium Nutrition) Unterflurinjektion einer NH 4 Lösung Pros: schnelle Wirkung kontinuierliche N Versorgung Hemmung der Nitrifikation durch hohe Konzentration (Toxizität) reduzierte Auswaschungsgefahr von Nitrat Cons: special equipment is needed system needs to adapt 16

17 N-DÜNGUNG Flüssigdünger Blattdüngung (Harnstofflösung) Folur Pros: direkte Wirkung kann mit Pflanzenschutz maßnahmen kombiniert werden Cons: Verätzungs und Verbrennungsgefahr der Blätter arbeitsintensiv Max Ausbringungsmenge ca. 10 kg/ha 17

18 N-DÜNGUNG Organische Dünger Kompost Pros: umweltfreundlich viele positive Eigenschaften auf den Boden erhöht Bodenqualität Cons: keine bzw. geringe direkte Wirkung Amonifizierung/Nitrifiktion hängen von vielen Faktoren ab (Temp., H 2 O, Sauerstoff...) N Versorgung ist schlecht vorhersehbar 18

19 N-EFFIZIENZ N-DÜNGUNG 50 KG/HA Traubenertrag Ertrag [kg ha -1 ] Null KAS Cultan Fert Blatt Streifen Komp Entec Mittel Art und Weise der Düngung hat keinen Einfluss auf den Ertrag (Kunz, Löhnertz) 19

20 N-EFFIZIENZ N-DÜNGUNG 50 KG/HA 0,2 0,15 N Verwertungseffizienz N Trauben N gedüngt 0,1 Effizienz 0,05 0 0,05 0, Mittel der Jahre KAS Cultan Fertigation Blattdüngung Flüssig Unterstock Kompost Entec Die Art und Weise der Dünung hat einen Einfluss auf den N Gehalt in den Trauben (Kunz, Löhnertz) 20

21 N-EFFIZIENZ N-DÜNGUNG 50 KG/HA 50 Prozentuale Änderung des Trauben N Gehaltes zur Lese gegenüber der Nullvariante (keine Düngung) 40 Veränderung [%] Mittel der Jahre KAS Cultan Fertigation Blattdüngung Flüssig Unterflur Kompost Entec Cultan, Entec, Fertigation und vor allem Blattdüngung führen zu einer höheren N Einlagerung in den Trauben (Kunz, Löhnertz) 21

22 Bedeutung Stickstoffdüngung Traubenertrag [kg ha 1 ] N Steigerungsversuch Vollrads 00/00 30/00 00/60 30/60 90/00 90/ Mittel Mittel N Menge hat keinen Einfluss auf den Ertrag (Löhnertz) 22

23 Bedeutung Stickstoffdüngung N Steigerungsversuch Vollrads 00/00 00/60 90/60 Amino N im Most [mg L 1 ] Avarage Mittel N Menge hat einen Einfluss auf die Aminosäurekonz. im Most (Löhnertz) 23

24 Fruchtkomponenten nehmen bei N Mangel ab! Stress führt zur Abnahme der Fruchtigkeit bei Riesling Capronsäureethylester : Apfelschale, Erdbeer, grüner Apfel, fruchtig = Abnahme Caprylsäureethylester : fruchtig, süßlich, seifig, reife Frucht, verbrannt, Bier)= Abnahme 4 Ethylguajacol: phenolisch, rauchig, würzig; Brett Aroma) = Zunahme Phenolische Substanz Aromaprofil von unterschiedlich gedüngten Varianten Riesling Wein 2003; Linsenmeier u. Löhnertz

25 Bedeutung Zunahme CO 2 25

26 Eines der Ursachen des Klimawandels: Treibhausgasemissionen FACE (free air carbon-dioxide enrichment) Geisenheimer FACE für Spezialkulturen Stickstoff-Effizienz bei Reben[BK] Wohlfahrt

27 VERSUCHSAUFBAU Ringsystem mit Innendurchmesser von 12 m E-D 2 Behandlungen: atmosphärisches CO 2 (ambient) & erhöhtes CO 2 (elevated) 2 Rebsorten: Riesling & Cabernet Sauvignon A-G E-B A - ambient E - elevated E-E Pflanzjahr 2012 Zeilenbreite: 1,80 m, Stockabstand: 0,90 m A-K Standraum:1,60 m 2 A-L Riesling Kl. 198, SO4 Cabernet Sauvignon, RGB-Luftaufnahme der Reben-FACE-Anlage geo-konzept 2014 physiologische Messungen innerhalb der Ringe erfolgten: innerhalb der mittleren drei Zeilen pro Zeile 3 Reben pro Sorte pro Ring 9 Reben & Sorte Y. Wohlfahrt, S. Tittmann & M. Stoll

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29 HYPOTHESEN PROJEKT höhere Netto-Photosynthese und besseres Pflanzenwachstum unter erhöhtem CO 2 -Gehalt der Atmosphäre N-Nutzungseffizienz der Pflanze wird verbessert N-Gehalte in der Pflanze (hier: Traube) sinken Änderung Aktivität von Schlüsselenzymen im N-Haushalt Rebe (NR, GDH) Zusammensetzung der N-Fraktionen in Trauben ändert sich: Ammonium Amine Aminosäuren Peptide Proteine geringere Aminosäuregehalte in der Traube Verhältnis Glutamat/Glutamin verändert sich Einfluss auf: YAN, Gärverlauf, Fehlgärungen, UTA etc. 29

30 VERÄNDERUNG GESAMTSTICKSTOFFGEHALT IM MOST 500 Gesamt-N Konz. Most (mg N L -1 ) ambient CO 2 elevated CO Riesling Cabernet Sauvignon Gesamt N Konzentration im Most von Riesling und Cabernet Sauvignon in den Jahren 2014 und 2015, Mittelwerte + Standardfehler, n=3. (Berlebach, Löhnertz) Löhnertz N Effizienz 30

31 250 Amino-N Konz. Most (mg N L -1 ) ambient CO 2 elevated CO Riesling Cabernet Sauvignon Amino N Konzentration im Most (mg Amino N L 1, Mittelwerte + Standardfehler, n=3; Löhnertz N Effizienz 31

32 Amino-N Konz. Beeren (mg N kg -1 ) Riesling ambient CO 2 elevated CO Cabernet Sauvignon ( Oechsle) Löhnertz N Effizienz 32 0 ( Oechsle) Amino N Konzentration im Most (mg Amino N L 1, Mittelwerte + Standardfehler, n=3; Der Zielwert für Amino N bei Weißweinmost liegt bei 150 mg N L 1! Dieser Wert wurde in keinem der Jahre bisher erreicht.

33 80 ambient CO 2 (*) Aminosäuren (% Ges.-N) elevated CO 2 (p=0.085) 0 A E A E A E A E Riesling Cabernet Sauvignon Aminosäure N in % der Gesamt N Konzentration im Most von Riesling und Cabernet Sauvignon in den Jahren 2014 und 2015, Löhnertz N Effizienz 33

34 FERMENTATION VERLAUF IN ABHÄNGIGKEIT VOM CO 2 GEHALT Riesling /SO Cabernet Sauvignon/ Residual sugar {g/l] Residual sugar [g/l] Delta RI_e Bravo_RI_e Echo_RI_e Delta_CS_e Bravo_CS_e Echo_CS_e Golf_RI_a Kilo_RI_a Lima_RI_a Golf_CS_a Kilo_CS_a Lima_CS_a Löhnertz N Effizienz 34

35 ZUSAMMENFASSUNG Hohe Nitratbelastung im Grundwasser Probleme bei der Umsetzung der Düngeverordnung Geringer Bedarf Schlechte N-Effizienz Einfluss auf Qualität Einfluss steigender CO2 Gehalte sehr kompliziert Generelle Abnahme der N-Gehalte kann nicht beobachtet werden

36 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit