Christof Engels, Fachgebiet Pflanzenernährung und Düngung, Humboldt- Universität zu Berlin

Transkript

1 Auswirkungen des Strukturwandels in der Landwirtschaft sowie Bedeutung der zunehmenden Erzeugung nachwachsender Rohstoffe zur energetischen Verwertung auf den Humusbedarf von Ackerböden Christof Engels, Fachgebiet Pflanzenernährung und Düngung, Humboldt- Universität zu Berlin

2 C-Flüsse in einem landwirtschaftlichen Betrieb (vereinfacht, schematisch) Atmosphärisches CO 2 Bodenerosion Serodünger-C Zukauffutter-C Pflanzenbiomasse-C Tierbiomasse-C Organischer C in Ausscheidungen Organischer Boden-C Auswaschung von löslichem C

3 Mögliche Folgen einer Veränderung der Umweltbedingungen oder Bewirtschaftungsmaßnahmen auf den Gehalt an organischem Boden-C a) Veränderung der C-Zufuhr = Veränderung des C-Verlustes keine Veränderung des Boden-C-Gehaltes b) C-Zufuhr nimmt vorübergehend stärker ab als C-Verlust Boden-C-Gehalt nimmt ab und pendelt sich langfristig auf einem geringeren Fließgleichgewichtsniveau ein c) C-Verlust nimmt vorübergehend stärker ab als C-Zufuhr Boden-C-Gehalt nimmt zu und pendelt sich langfristig auf einem höheren Fließgleichgewichtsniveau ein

4 Führt der Strukturwandel/die energetische Verwertung von Biomasse zu einer Abnahme des Boden-C-Gehaltes? wenn ja: Führt die Verringerung des Boden-C-Gehaltes zu einer nachteiligen Veränderung der Bodenfruchtbarkeit oder von ökologisch relevanten Bodenfunktionen?

5 Führt der Strukturwandel/die energetische Verwertung von Biomasse zu einer Abnahme des Boden-C-Gehaltes? wenn ja: Führt die Verringerung des Boden-C-Gehaltes zu einer nachteiligen Veränderung der Bodenfruchtbarkeit oder von ökologisch relevanten Bodenfunktionen? wenn ja: Erhöhter Bedarf an organischen Düngern, der durch Zufuhr von Kompost bzw. Sero-Düngern in den Betrieb gedeckt werden kann

6 Wie verändern sich die C-Flüsse, wenn landwirtschaftliche Betriebe statt herkömmlicher tierischer und pflanzlicher Produkte Biomasse zur Energiegewinnung produzieren? Atmosphärisches CO 2 Bodenerosion Sero- Dünger-C Zukauffutter-C Pflanzenbiomasse-C Tierbiomasse-C Organischer C in Ausscheidungen Organischer Boden-C Auswaschung von löslichem C

7 Möglichkeiten zur Nutzung von Biomasse zur Energiegewinnung A) Biogas aus tierischen Rückständen, Düngung der Rückstände aus der Biogasgewinnung B) Biogas aus Ernterückständen und Energiemais (Ausweitung des Maisanbaus), Düngung der Rückstände aus der Biogasgewinnung C) Verbrennung von Energiepflanzen (Anbau mehrjähriger Energiepflanzen)

8 A) Biogas aus tierischen Rückständen Atmosphärisches CO 2 Zukauffutter-C Pflanzenbiomasse-C Tierbiomasse-C C in Ausscheidungen Biogasanlage Organischer Boden-C? C in Gärrückstand

9 A) Biogas aus tierischen Rückständen Atmosphärisches CO 2 Zukauffutter-C Pflanzenbiomasse-C Tierbiomasse-C C in Ausscheidungen Biogasanlage Organischer Boden-C? C in Gärrückstand Wie viel organischer C geht in der Biogasanlage verloren ( Nährhumuswirkung)? Wie ist die Humusreproduktionsleistung von Gärrückständen zu beurteilen ( Dauerhumuswirkung)?

10 Trockenmasseabbau während der Biogasbildung 33% (Rindergülle) bis 46% (Schweinegülle) G. Reinhold, Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft

11 Richtwerte für die Humus-Reproduktionsleistung Substrat kg Humus-C (t Substrat-TM) -1 Schweinegülle (SG) 100 Rindergülle (RG) Geflügelkot Gärrückstände flüssig Gärrrückstände fest 144 Gärrückstandskompost nach VDLUFA-Standpunkt Humusbilanzierung; Körschens et al., 2004 Trockenmasseabbau während der Biogasbildung 33% (RG) bis 46% (SG) G. Reinhold, Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft

12 Richtwerte für die Humus-Reproduktionsleistung Substrat kg Humus-C (t Substrat-TM) -1 Schweinegülle (SG) 100 Rindergülle (RG) Geflügelkot Gärrückstände flüssig Gärrrückstände fest 144 Gärrückstandskompost nach VDLUFA-Standpunkt Humusbilanzierung; Körschens et al., 2004 Gärrückstände 303 nach: De Neve et al., Nutrient Cycling in Agroecosystems 67, Trockenmasseabbau während der Biogasbildung 33% (RG) bis 46% (SG) G. Reinhold, Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft

13 A) Folgen der Nutzung von Rückständen aus der Tierproduktion zur Biogasgewinnung für die Humusversorgung der Böden: a) Nährhumusversorgung und -wirkung nimmt ab. b) Gehalt an organischem C verringert sich (vermutlich nur geringfügig). (nur wenige Daten zur Humusreproduktionsleistung von Gärrückständen in der wissenschaftlichen Literatur verfügbar)

14 B) Wie verändern sich die C-Flüsse, wenn oberirdische Ernterückstände zur Energiegewinnung genutzt werden und der Energiemaisanbau ausgeweitet wird? Atmosphärisches CO 2 Zukauffutter-C Pflanzenbiomasse-C Tierbiomasse-C Stoppel + Wurzeln Biogasanlage Organischer C in Gärrückständen Organischer Boden-C Bodenerosion

15 Atmosphärisches CO 2 Zukauffutter-C Pflanzenbiomasse-C Tierbiomasse-C Stoppel + Wurzeln Biogasanlage Organischer C in Gärrückständen Organischer Boden-C Bodenerosion Wie wirkt sich erhöhter Maisanbau auf den Bodenhumusvorrat aus? Wie wirkt sich eine Verwertung der oberirdischen Ernterückstände in der Biogasanlage auf den Bodenhumusvorrat aus?

16 Richtwerte für die anbauspezifische Veränderung der Gehalte an organischem Boden-C Kultur untere Werte kg C ha -1 a -1 obere Werte Mais Getreide, Ölpflanzen mehrjähriges Feldfutter nach VDLUFA-Standpunkt Humusbilanzierung; Körschens et al., 2004

17 Richtwerte für die anbauspezifische Veränderung der Gehalte an organischem Boden-C Kultur untere Werte kg C ha -1 a -1 obere Werte Mais Getreide, Ölpflanzen mehrjähriges Feldfutter nach VDLUFA-Standpunkt Humusbilanzierung; Körschens et al., 2004 Veränderung der Gehalte an organischem Boden-C infolge einer Ausweitung des Maisanbaus auf Kosten von Getreide/Ölpflanzen oder mehrjährigem Futterbau Ersetzte Kulturart Getreide, Ölpflanzen mehrjähriges Feldfutter kg C ha -1 a -1 untere Werte obere Werte

18 Wie aussagekräftig sind Zahlen zum Maisanbau aus dem VDLUFA-Standpunkt für den heutigen Energiemaisanbau? Kesten, Tagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs

19 Wie gut kann man mit den VDLUFA-Richtwerten die Veränderung der Gehalte an organischem Boden-C bei Anbau neuer Energiemaissorten abschätzen? Wurzelbiomasse? Kesten, Tagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs

20 Atmosphärisches CO 2 Zukauffutter-C Pflanzenbiomasse-C Tierbiomasse-C Stoppel + Wurzeln Biogasanlage Organischer C in Gärrückständen Organischer Boden-C Bodenerosion Wie wirkt sich erhöhter Maisanbau auf den Bodenhumusvorrat aus? Wie wirkt sich eine Verwertung der oberirdischen Ernterückstände in der Biogasanlage auf den Bodenhumusvorrat aus?

21 Mengen an organischem Boden-C (0-45 cm Bodentiefe) nach 23-jähriger differenzierter Bodenbearbeitung und Düngung mit Ernterückständen Behandlung 0-Bodenbearbeitung + ER* 0-Bodenbearbeitung ER* Grubber + ER* Grubber ER* Pflug + ER* Pflug ER* Organischer C (Mg ha -1 ) 106a 108a 117a 97a 117a 108a Schwarzbrache 79b *+ ER = Ernterückstände auf dem Feld belassen - ER = Ernterückstände vom Feld entfernt Dolan et al., Soil & Tillage Research 89,

22 A) Folgen der Nutzung von Rückständen aus der Tierproduktion zur Biogasgewinnung für die Humusversorgung der Böden: a) Nährhumusversorgung und -wirkung nimmt deutlich ab b) Gehalt an organischem C verringert sich vermutlich nur geringfügig (nur wenige Daten zur Humusreproduktionsleistung von Gärrückständen in der Literatur verfügbar) B) Folgen der Nutzung von Ernterückständen und einer Ausweitung des Energiemaisanbaus zur Biogasgewinnung für die Humusversorgung a) In Erosionsgefährdeten Lagen nimmt der C-Austrag durch Bodenerosion zu b) Nährhumusversorgung und -wirkung nimmt ab c) Gehalt an organischem C verringert sich vermutlich nur geringfügig, wenn der Energiemaisanbau den Anbau von Getreide ersetzt. (keine Daten zum C-Eintrag und zur Humusreproduktionsleistung von Stoppel und Wurzeln neuer Sorten verfügbar)

23 Pappeln Energiepflanzen Chinaschilf Weiden SMUL.Sachsen.de

24 C) Wie verändern sich die C-Flüsse bei Anbau mehrjähriger Energiepflanzen? Atmosphärisches CO 2 oberirdische Pflanzenbiomasse Ober- und unterirdische Pflanzenstreu Verbrennung Organischer C in Gärrückständen Organischer Boden-C Bodenerosion

25 Atmosphärisches CO 2 oberirdische Pflanzenbiomasse Ober- und unterirdische Pflanzenstreu Verbrennung Organischer C in Gärrückständen Organischer Boden-C Bodenerosion Ist der C-Eintrag durch ober- und unterirdische Pflanzenstreu ausreichend, um den Boden-C-Gehalt aufrechtzuerhalten?

26 Jährlicher Eintrag an reproduktionswirksamer organischer Substanz (ROS) mit Ernterückständen bei Anbau von Miscanthus im Vergleich zu anderen Kulturarten Kulturart Miscanthus oberirdisch Miscanthus unterirdisch Zuckerrüben, Kartoffeln Mais Getreide, Ölfrüchte Luzerne t ROS* a -1 4,2-5,5 3,1-3,9 0,4-0,8 1,0-1,4 1,2-2,0 2,0-3,0 *1 t ROS = Menge an reproduktionswirksamer organischer Substanz, die in 1 t Stallmist-Trockenmasse enthalten ist nach Beuch et al., Journal of Agronomy & Crop Science 184,

27 Bodenhumusgehalte und -vorräte nach 10-jährigem Anbau von Miscanthus im Vergleich zu vorwiegend mit Lolium spp. bewachsenen angrenzenden Flächen (ohne Miscanthus) Klein Markow, Mecklenburger Grundmoräne; 100 kg N ha -1 a -1 ; mit Miscanthus ohne Miscanthus *0-20 cm Bodentiefe Corg (%)* 1,62 1,08 Humusvorrat (t ha -1 )* nach Kahle et al., Journal of Agronomy and Crop Science 188,

28 A) Folgen der Nutzung von Rückständen aus der Tierproduktion zur Biogasgewinnung für die Humusversorgung der Böden: a) Nährhumusversorgung und -wirkung nimmt deutlich ab b) Gehalt an organischem C verringert sich vermutlich nur geringfügig (nur wenige Daten zur Humusreproduktionsleistung von Gärrückständen in der Literatur verfügbar) B) Folgen der Nutzung von Ernterückständen und einer Ausweitung des Energiemaisanbaus zur Biogasgewinnung für die Humusversorgung a) Erosionsgefährdung nimmt zu b) Nährhumusversorgung und -wirkung nimmt ab (ER) c) Gehalt an organischem C verringert sich vermutlich nur geringfügig, wenn der Energiemaisanbau den Anbau von Getreide ersetzt. (keine Daten zum C-Eintrag und zur Humusreproduktionsleistung von Stoppel und Wurzeln neuer Sorten verfügbar) C) Folgen des Anbaus mehrjähriger Energiepflanzen zur Verbrennung für die Humusversorgung der Böden a) C-Austrag durch Bodenerosion nimmt ab b) Nährhumusversorgung und Gehalt an organischem Boden-C erhöhen sich wegen hohem C-Eintrag über Spross- und Wurzelstreu geringer C-Mineralisation (Bodenruhe)