Landesamt für Ländliche Entwicklung, Landwirtschaft und Flurneuordnung Brandenburg Abteilung Landwirtschaft und Gartenbau Referat Ackerbau und Grünland Ergebnis-Zwischenbericht Berichtszeitraum Januar 2011 bis Dezember 2011 Thema: Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands Phase II (EVA II) Teilprojekt 1: Entwicklung und Optimierung von standortangepassten Anbausystemen im Fruchtfolgeregime (Land Brandenburg) inklusive Satellitenprojekt: Erntezeitpunkt / Vegetationszeitausnutzung Laufzeit: 02/2009 09/2012 (Antrag vom 25.08.2008) Förderkennzeichen: 22013008 Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Gülzow Projektleiter: wissenschaftlicher Bearbeiter: Dr. Gert Barthelmes Dr. Gunter Ebel Versuchstechniker: Herr Rainer Piontek (bis 02/2011) Herr Joachim Käthe (ab 04/2011) Techniker: Herr Meik Schmidt Güterfelde, den 20.02.2012 Dr. G. Barthelmes Projektleiter Dr. G. Ebel wiss. Bearbeiter
INHALTSVERZEICHNIS 1 STANDORT GÜTERFELDE 5 2 WITTERUNG AM STANDORT GÜTERFELDE 5 3 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG 7 4 DATENERHEBUNG 11 5 ERGEBNISSE 13 5.1 ERTRAG VERGLEICH DER FRUCHTARTEN 13 5.2 VERGLEICH ERNTETERMINE (VERSUCH ERNTEZEITPUNKT) 15 5.3 TROCKENMASSEERTRAG VERGLEICH DER FRUCHTFOLGEN 17 5.4 INHALTSSTOFFE, AUSBEUTEN UND METHANERTRÄGE 20 5.5 NÄHRSTOFFGEHALTE, -ENTZÜGE UND -BILANZEN 22 5.6 VEGETATIONSZEITAUSNUTZUNG 24 6 BESONDERHEITEN / STAND DER ARBEITEN 29 7 LITERATUR 30 8 ANHANG 31 2
TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1: Kurzcharakteristik des Standortes Güterfelde 5 Tabelle 2: Parameter der Bodenuntersuchung (0-30 cm) und Gehaltsklassen für die Flächen des Fruchtfolgeversuches, Güterfelde, Frühjahr 2011 5 Tabelle 3: Witterung am Standort Güterfelde, 2010/2011 6 Tabelle 4: Fruchtfolgeversuche EVA 2 am Standort Güterfelde - Grundversuch (GV) und Regionalversuch Brandenburg (RV) 7 Tabelle 5: Bewirtschaftungsdaten 2010/11 Anlage 3 9 Tabelle 6: Bewirtschaftungsdaten 2010/11 Anlage 4 10 Tabelle 7: Ganzpflanzenerträge (dt TM/ha) der EVA Fruchtfolgeversuche, Güterfelde, 2011 im Vergleich mit bisherigem Gesamtzeitraum 13 Tabelle 8: Ganzpflanzenerträge (dt TM/ha), TM-Gehalt (%), errechneter Methangasertrag (m³/ha) der Fruchtarten bei Ernte zum Standardtermin und Ertragsentwicklung im Zeitraum zwischen vorfristigem und Standardtermin; Korn- (K. bei TM 86%) und Stroherträge (St.), Anlage 3, Güterfelde 2011 14 Tabelle 9: Ganzpflanzenerträge (dt TM/ha), TM-Gehalt (%), errechneter Methangasertrag (m³/ha) der Fruchtarten bei Ernte zum Standardtermin und Ertragsentwicklung im Zeitraum zwischen vorfristigem und Standardtermin, Korn- und Stroherträge (St.), Anlage 4, Güterfelde 2011, 15 Tabelle 10: Ertragszunahme je Tag; TM-Gehalt bei Standardernte bzw. TM-Gehaltszunahme je Tag zwischen dem vorfristigen und dem Standardtermin, Fruchtfolgeversuch 2005 bis 2011, Güterfelde 16 Tabelle 11: Rohnährstoffe (g/kg TM) der Fruchtarten (Ernte zum Standardtermin: Datum und Entwicklungsstadium vgl. Tabelle 8) sowie die daraus errechnete Biogas- und Methangasausbeute (l/kg otm), Güterfelde 2011, Anlage 3 20 Tabelle 12: Rohnährstoffe (g/kg TM) der Fruchtarten (Ernte zum Standardtermin: Datum und Entwicklungsstadium vgl. Tabelle 9) sowie die daraus errechnete Biogas- und Methangasausbeute (l/kg otm), Güterfelde 2011, Anlage 4 21 Tabelle 13: Theoretisch ermittelter Methanertrag (m³ CH 4 /ha) der Pflanzenarten in den EVA Fruchtfolgeversuchen (Güterfelde 2011) im Vergleich mit bisherigem Gesamtzeitraum 22 Tabelle 14: Versuch: Vegetationszeitausnutzung (VZA), Trockenmasseertrag (dt TM/ha) und TM- Gehalt (%) bei einheitlicher Ernte der Maissorten, Vergleich von drei Saatzeiten (SZ) und drei Sorten - Versuch 1, Güterfelde 2009-2011 (VZA 1) 25 Tabelle 15: Versuch: Vegetationszeitausnutzung (VZA), Trockenmasseertrag (dt TM/ha) und TM- Gehalt (%) bei reifegerechter Ernte der Maissorten, Vergleich von drei Saatzeiten (SZ) und drei Sorten - Versuch 2, Güterfelde 2009-11 (VZA 2) 26 Tabelle 16: Versuch: Vegetationszeitausnutzung (VZA), Winterroggen Korn- und Strohertrag (bei 86 % TM-Gehalt) nach einer reifegerechten Ernte der Maissorten (Vorfrucht) und zeitversetzten Aussaat (Saatzeiten = SZ) der Nachfrucht Winterroggen, Güterfelde Ernten 2010-11 (VZA 2) 27 3
Tabelle 17: Versuch: Vegetationszeitausnutzung (VZA2) - reifegerechte Ernte der Maissorten (Vorfrucht) und zeitversetzter Aussaat der Nachfrucht Winterroggen (Kornnutzung) - Zweijahresertrag in der Summe von Mais (Ganzpflanze), Winterroggen Korn- (bei 100 % TM-Gehalt) und Strohertrag, Güterfelde Ernten 2009/10, 2010/11 28 ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1: Abbildung 2: Abbildung 3: Abbildung 4: Kumulierter TM-Ertrag (dt TM/ha) der Fruchtfolgen des Grundversuchs (FF1 bis FF5), Güterfelde, Ernte zum Standardtermin (Korn: 100 % TM), Fruchtfolgeglieder von drei Erntejahren der Anlagen 1 bis 3 (A1, A2, A3) und der ersten beiden Erntejahre der Anlage 4 (A4 = 2010/11) 18 Kumulierter TM-Ertrag (dt TM/ha) der Fruchtfolgen des Regionalversuchs (FF6 bis FF9), Güterfelde, Ernte zum Standardtermin (Korn: 100 % TM), Fruchtfolgeglieder von drei Erntejahren der Anlagen 1 bis 3 (A1, A2, A3) und der ersten beiden Erntejahre der Anlage 4 (A4 = 2010/11) 12 19 Düngungsmengen, Entzüge und Bilanz (kg/ha) der Fruchtarten des Standarderntetermins Anlage 3, Fruchtfolgen 1-9, Güterfelde 2011 23 Düngungsmengen, Entzüge und Bilanz (kg/ha) der Fruchtarten des Standarderntetermins Anlage 4, Fruchtfolgen 1-9, Güterfelde 2011 24 4
1 STANDORT GÜTERFELDE Der Standort Güterfelde (vgl. Tabelle 1) ist dem Boden-Klima-Raum 104 (trocken-warme diluviale Böden des ostdeutschen Tieflandes) zugeordnet. Tabelle 1: Kurzcharakteristik des Standortes Güterfelde KREIS: Potsdam - Mittelmark Ackerzahl: 29-33 Bodenform: Salm- bis Sandtieflehm - Fahlerde Bodenart: Lehmiger Sand (ls) 1950-1980: 589 mm 1970-2000: 570 mm Niederschlag (mehrjähriges Mittel/a) Lufttemperatur (mehrjähriges Mittel/a) 1996-2005: 545 mm 1950-1980: 8,6 C 1970-2000: 8,9 C 1996-2005: 9,1 C Die Bodenparameter auf der Fläche des Fruchtfolgeversuches am Standort Güterfelde im Frühjahr 2011 sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2: Parameter der Bodenuntersuchung (0-30 cm) und Gehaltsklassen für die Flächen des Fruchtfolgeversuches, Güterfelde, Frühjahr 2011 # Datum Bodenprobeentnahme Anlage 3 (1)* 15.03.2011 Anlage 4 (2)* 16.03.2011 ph-wert P DL K DL Mg CaCl2 C t N t mg/100 g (lufttrockene Substanz) % (lufttrockene Substanz) 6,2/ C 8,3/ D 10,5/ C 3,9/ B 0,66 0,06 5,8/ C 9,1/ D 8,3/ C 6,0/ C 0,63 0,05 Anmerkung: (vgl. Anhang 7: Ergebnisse Bodenproben 2011); Die Untersuchungen P DL und K DL (Doppellactat-Methode) werden in Brandenburg, wie auch in den nördlichen Bundesländern allgemein üblich, für die Diluvialböden empfohlen (ANONYMUS 2008). *Anlagenbezeichnung vgl. Abschnitt 3; # Werte von C t und N t wurden zu Beginn der 2. Projektphase im Frühjahr 2009 erhoben. 2 WITTERUNG AM STANDORT GÜTERFELDE Die Witterung im Versuchsjahr 2011 ist mit einer Jahresmitteltemperatur von 10,8 C und einem Jahresniederschlag von 525 mm als zu warm und eher zu trocken zu charakterisieren (Tabelle 3). Das siebenjährige Mittel (2005 bis 2011) weist in der Tendenz wärmere (um ca. 1,1 C) und trotz des niederschlagsreichen Jahres 20 07, eher trockenere Jahre auf (Anhang 2.1: Witterung-Standort Güterfelde). Wie die Vorjahre auch war die Anbauperiode 2010/11 durch extreme Witterungsperioden gekennzeichnet, geprägt durch sehr feuchte Aussaatbedingungen für das Wintergetreide im September, durch Dauerfrost und Schnee (gesamte 5
Niederschlagsmenge) im Dezember, einer Wärme periode im Januar, Kahlfröste im Februar und einer deutlich zu warmen Periode von März bis Juni. Diese führte in Verbindung mit den ausbleibenden Niederschlägen im März und Mai zu einer deutlich negativen Klimatischen Wasserbilanz in diesem Zeitraum (vgl. Anhang 2.1:Witterung- Standort Güterfelde). Dadurch wurden die Pflanzenentwicklung und der Ertrag der Winterungen extrem beeinflusst (vgl. Abschnitt 5). Noch stärker traf das für die Jugendentwicklung der Sommerungen zu (z. B. Trockenstress beim Zweitfruchtanbau vgl. Abschnitt 5.2). Erst nach den intensiven Niederschlägen ab dem 22.06.2011 bzw. Anfang Juli (ca. 220 % des Monatsmittels Juli) konnten sich Mais und Sorghum optimal entwickeln. Tabelle 3: Witterung am Standort Güterfelde, 2010/2011 (vgl. Anhang 2.1: Witterung Standort Güterfelde) (rot: extreme Abweichungen vom Mittel) Niederschlag Temperatur Charakterisierung im Vergleich Monat (mm) ( C) zum mj. Monatsmittel September 2010 104,3 13,8 deutlich zu feucht Oktober 2010 16,9 8,4 trocken und eher kühl November. 2010 81,3 5,6 feucht und zu warm Dezember 2010 48,3-4,0 Schnee und Dauerfrost Januar 2011 32,9 1,8 zu warm Februar. 2011 17,9 0,5 Frost und kein Schnee März 2011 8,0 5,4 deutlich zu trocken/zu warm April 2011 34,1 13,2 deutlich zu warm Mai 2011 13,5 15,7 deutlich zu trocken/zu warm Juni 2011 31,3 19,4 zu trocken/deutlich zu warm Juli 2011 158,0 18,5 deutlich zu feucht August 2011 65,3 19,4 eher zu warm September 2011 61,7 16,5 deutlich zu warm Oktober 2011 33,6 10,5 eher trocken/deutlich zu warm November. 2011 1,1 4,2 zu trocken Dezember 2011 67,2 4,6 feucht und zu warm Summe/Mittel 2011 525 10,8 mj. Mittel 545 9,1 Die hier im Überblick dargestellte Jahreswitterung und deren Einfluss auf die Bestandes- und die Trockenmassegehaltsentwicklung sowie die Ertragsbildung wird im Abschnitt 5 detailliert betrachtet. 6
3 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG In Fortführung der laufenden Projektphase sind im Herbst 2010 bzw. Frühjahr 2011 die Pflanzenarten in den Fruchtfolgen der Anlagen 3 und 4 lt. Plan angebaut worden (Tabelle 4). Die Bewirtschaftungsdaten für das Anbaujahr 2010/11 sind der Tabelle 5 und der Tabelle 6 zu entnehmen. Die Düngung wurde nach Projektvorgabe entzugsorientiert unter Berücksichtigung der Gehaltsklassen für die Grunddüngung und des Gehaltes an mineralischem Bodenstickstoff vorgenommen. Tabelle 4: Fruchtfolgeversuche EVA 2 am Standort Güterfelde - Grundversuch (GV) und Regionalversuch Brandenburg (RV) 1 vgl. Anhang 4: Fruchtfolgen - Ablaufschema - Fruchtfolgeplan Fruchtfolge 1 2 3 4 5 Anlage 3: 2009 Anlage 4: 2010 Anlage 3: 2010 Anlage 4: 2011 Anlage 3: 2011 Anlage 4: 2012 Anlage 3: 2012 (Anlage 4: 2013) Wintergerste / Sudangras H. (SZF) Mais Wintertriticale / Phacelia (SZF, GD) Sudangras- Hybride Grünschnittroggen (WZF) / Mais (ZF) Wintertriticale Grundversuch (GV) Mais Grünschnittroggen (WZF) / Sudangras (ZF) Wintertriticale / W. Weidelgras (SZF) Hafer - Sortenmischung Wintertriticale Winterraps Sommergerste + US Luzernegras Luzernegras Luzernegras Winterroggen Winterroggen Winterroggen Winterroggen Winterroggen Regionalversuch (RV) - Brandenburg Fruchtfolge 6 7 8 9 Anlage 3: 2009 Anlage 4: 2010 Winterroggen / Senf (SZF, GD) Sonnenblume / Senf (SZF, GD) Sorghum bicolor Mais Anlage 3: 2010 Anlage 4: 2011 Anlage 3: 2011 Anlage 4: 2012 Anlage 3: 2012 (Anlage 4: 2013) Mais Erbsen Winterroggen Winterroggen Sudangras- Hybride Grünschnittroggen (WZF) / Mais (ZF) Mais Grünschnittroggen (WZF) / Sudangras (ZF) Winterroggen Winterroggen Winterroggen Winterroggen Auch in EVA 2 werden neun verschiedene Fruchtfolgen mit Pflanzenarten für die Gärsubstrat- bzw. Marktfruchtnutzung (Tabelle 4) auf der Grundlage der im Methodenhandbuch des 1 Anlage 3 = Fortführung der Fruchtfolgen Anlage 1 (EVA 1 - Beginn 2005); Anlage 4 = Fortführung der Anlage 2 (EVA 1 - Beginn 2006) projektinterne Änderung der Anlagenbezeichnung aufgrund der Unterscheidung der Projektphasen EVA 1 und EVA 2; grün unterlegte Felder definieren die Fruchtarten für die Biogasproduktion außer Senf bzw. Phacelia GD = Gründüngung; weiß unterlegte Felder definieren die Marktfrüchte (Körnerproduktion); ZF = Zweitfrucht, SZF = Sommerzwischenfrucht, WZF = Winterzwischenfrucht; An den Standorten in Brandenburg und Sachsen wird in Absprache mit dem Koordinator (TLL) im 4. Jahr Winterroggen statt Winterweizen angebaut. Winterroggen, als Winterzwischenfrucht im BBCH Stadium 49 bis 59 für die energetische Nutzung geerntet, wird im Folgenden synonym als Grünschnittroggen bezeichnet. 7
Verbundvorhabens festgelegten Parameter verglichen (Abschnitt 4). Die am Standort Güterfelde 2005/06 eingerichteten Langparzellenanlagen mit Standardausgleich (dreifach breite Parzellen mit Kernbeerntung) wurden methodisch in der 2. Projektphase (ab 2009/10) beibehalten (vgl. Anhang 3: Versuchsanlage Standort Güterfelde). 8
Tabelle 5: Bewirtschaftungsdaten 2010/11 Anlage 3 "Entwicklung und Vergleich des Biomassepflanzenanbaus zur Optimierung von standortangepassten Anbausystemen für Energiepflanzen im Fruchtfolgeregimen EVA 2: 02/2009 09/2012 (FNR: 22013008) Standort: Güterfelde (BIVn) Parameter Anlage 3-2011 Aussaat N-Düngung Feld 1/4/7/11 Feld 2 Feld 3 Feld 5 Feld 6 Feld 8 Feld 9 Feld 10 Feld 12 FF 1 FF 2 FF 3 FF 4 FF 5 FF 6 FF 7 FF 8 FF 9 W. Triticale (GP) Massimo 300 Kö./m² 01.10.10 Phacelia SZF (GD) Be Happy 10 kg/ha 30.06.11* 1. KAS 60 kg N/ha 21.03.11 2. KAS 40 kg N/ha 27.04.11 - W. Triticale (Korn) Moderato 300 Kö./m² 01.10.10 KAS 60 kg N/ha 21.03.11 2. KAS 50 kg N/ha 27.04.11 W. Triticale (GP) Massimo 300 Kö./m² 06.10.10 E. Weidelgras SZF (GPS) Liquattro 45 kg/ha 27.06.11 1. KAS 60 kg N/ha 21.03.11 2. KAS 40 kg N/ha 27.04.11 KAS 40 kg N/ha 27.06.11 W. Raps (Korn) Visby 55 kg/ha 26.08.10 ASS 40 kg N/ha 14.10.10 Rapspower 140 kg N/ha 15.03.11 Luzernegras Planet/Paulita/Licora 31 kg/ha; 01.04.09 (Saatpartner So.Gerste) KAS 40 kg N/ha 21.03.11 Sorghum 1 HF (GP) Lussi 20 kg/ha 17.05.11 Alzon 46: 100 kgn/ha 16.05.11 Grünschnittroggen (GP) Vitallo 300 Kö/m² 23.09.10 Mais (GP) Salgado 7,4 Kö/m² (1,47 Einheiten/ha) 12.05.11 KAS 60 kg N/ha 21.03.11 Alzon 46: 100 kgn/ha 12.05.11 Mais (GP) Ronaldinio 7,4 Kö/m² (1,47 Einheiten/ha) 21.04.11 Alzon 46: 120 kgn/ha 18.04.11 Grünschnittroggen (GP) Vitallo 300 Kö/m² 23.09.10 Sorghum 1 ZF (GP) Lussi 23 kg/ha 19.05.11 KAS 60 kg N/ha 21.03.11 Alzon 46: 100 kgn/ha 18.05.11 P-Düngung P 40 (40 % P 2 O 5 ) 26 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 26 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 26 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 26 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 26 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 30 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 26 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 50 kg P/ha 22.03.11 keine Düngung Gehaltsklasse E K-Düngung 40-Kornkali 150 kg K/ha 23.03.11 40-Kornkali 150 kg K/ha 23.03.11 40-Kornkali 150 kg K/ha 23.03.11 40-Kornkali 225 kg K/ha 23.03.11 40-Kornkali 235 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 210 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 195 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 175 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 150 kg K/ha 24.03.11 Herbizid Herold 0,4 kg/ha 25.10.10 Insektizid - Herold 0,4 kg/ha 25.10.10 - Herold 0,4 kg/ha 25.10.10 - Butisan 1,5 l/ha 31.08.10 Mospilan SG 0,2 kg/ha 19.04.11; Biscaya 0,3 l/ha 06.05.11 - - Gardo Gold 4,0 l/ha 10.06.11 (Tankmischung mit Insektizid) Karate Zeon 0,075 l/ha 10.06.11 (Tankmischung mit Herbizid) - - Gardo Gold 3,0 l/ha + Callisto 0,75 l/ha 10.06.11 (Tankmischung mit Insektizid) Gardo Gold 4,0 l/ha 10.06.11 (Tankmischung mit Insektizid) - - Karate Zeon 0,075 l/ha 10.06.11 Gardo Gold 3,0 l/ha + Callisto 0,75 l/ha 16.05.11 (Tankmischung mit Insektizid) Karate Zeon 0,075 l/ha 16.05.11 (Tankmischung mit Herbizid) Karate Zeon 0,075 l/ha 10.06.11 Wachstumsregulartor - - - - - - - - - - - Fandango 1,0 l/ha Fungizid - - - - 11.05.11 - - - - - - Ernte (Datum/BBCH/ TM-Ertrag dt/ha/ TS%) 30.05.11/ 69/ 48/ 37% 19.07.11/ BBCH 99 30.05.11/ 69/ 36/ 36% 13.07.11/ BBCH 99 1.A: 10.05.11/ 19/26% 02.09.11/ 75/ 133/ 30%04.05.11/ 53/ 36/ 18% 26.08.11/ 83/ 147/ 32%04.05.11/ 53/ 36/ 17% 07.06.11/ 75/ 55/ 37% Korn: 26 dt/ha; 86% 07.06.11/ 75/ 41/ 37% Korn: 15 dt/ha; 91% 1.A: 01.06.11/ 21/30% 16.09.11/ 83/ 143/ 30,5%11.05.11/ 59/ 44/ 23% 02.09.11/ 85/ 167/ 35%17.05.11/ 61/ 59/ 24% Stroh: 21 dt/ha; 86 % 12.09.11/ 63/ 11,5/ 26%Stroh: 18 dt/ha; 86 % 2.A:23.06.11/ 7/36% 16.09.11/ 81/ 144/ 28% 12.09.11/ 79/ 119/ 30% Korn: 25 dt/ha; 86% 22.09.11/ 65/ 12,6/ 31%Korn: 13 dt/ha; 91% 2.A: 19.07.11/ 9/ 29% 23.09.11/ 85/ 147/ 31% 1 23.09.11/ 79/ 114/ 33% Stroh: 22 dt/ha; 86 % Stroh: 13 dt/ha; 86 % 3.A:16.08.11/ 18/22% Korn : Stroh = 1 : 0,88 (1: 1,1)* Korn : Stroh = 1 : 1 3.A: 12.09.11/ 11/ 4.A:12.09.11/ 5,4/20% Sorghum 1 - Sorghum bicolor * Sorghum sudanense - Sudangras Raps Feld 5: Vorbehandlung mit Roundup Turbo (2,65 kg/ha) - am 10.08.10; Bordüngung am 19.04.11 mit Hydroplus = 3 kg/ha - Tankmischung mit Insektizid Vorbehandlung mit Roundup Turbo (2,65 kg/ha): am 31.08.10 Feld 12; mit Roundup Ultramax (4 l/ha) - am 06.05.11 (Sudangras Feld 8) - Unterschiedliche Entwicklung der Zweitfrucht bedingt durch unterschiedliche Standzeiten der Vorfrucht (Unterschiedlicher Wasserentzug) - vgl. differente Ernte Schraffur ist der Standardtermin 1 Strohertrag im Feld 2 - das vom Feld aufnehmbare, erntefähige Stroh; - parallel wurde Stroh gesamt mit Spreu gewogen - daraus ergeben sich höhere theoretische Stroherträge mit einem engeren Korn : Strohverhältnis für Roggen (in Klammern)*; Strohertrag Feld 5 Raps mit Plane aufgefangen 39 dt TM/ha bei 38 % TS-Gehalt bzw. 35 dt TM/ha bei 31 % TS-Gehalt generell im Herbst/Frühjahr 2010/11 pfluglose Bearbeitung 9
Tabelle 6: Bewirtschaftungsdaten 2010/11 Anlage 4 Parameter Anlage 4-2011 Aussaat N-Düngung Feld 13/16/19/23 Feld 14 Feld 15 Feld 17 Feld 18 Feld 20 Feld 21 Feld 22 Feld 24 FF 1 FF 2 FF 3 FF 4 FF 5 FF 6 FF 7 FF 8 FF 9 Mais (GP) Ronaldinio 7,4 Kö/m² (1,47 Einheiten/ha) 21.04.11 Alzon 46: 120 kgn/ha 18.04.11 Grünschnittroggen (GP) Vitallo 300 Kö/m² 01.10.10 Mais (GP) Salgado 7,4 Kö/m² (1,47 Einheiten/ha) 12.05.11 KAS 60 kg N/ha 21.03.11 Alzon 46: 100 kgn/ha 12.05.11 Grünschnittroggen (GP) Vitallo 300 Kö/m² 23.09.10 Sorghum 1 ZF (GP) Lussi 23 kg/ha 19.05.11 KAS 60 kg N/ha 21.03.11 Alzon 46: 100 kgn/ha 18.05.11 W. Triticale (GP) Massimo 300 Kö./m² 01.10.10 1. KAS 60 kg N/ha 21.03.11 2. KAS 40 kg N/ha 27.04.11 Luzernegras Planet/Paulita/Licora 33 kg/ha; 30.03.10 (Saatpartner So.Gerste) KAS 40 kg N/ha 21.03.11 Mais (Korn) Ronaldinio 7,4 Kö/m² (1,47 Einheiten/ha) 21.04.11 Alzon 46: 120 kgn/ha 18.04.11 Erbsen (Korn) Rocket 90 Kö/m² 25.03.11 - W. Roggen (Korn) Visello 220 Kö./m² 06.10.10 KAS 60 kg N/ha 21.03.11 2. KAS 50 kg N/ha 27.04.11 W. Roggen (GP) Fugato 220 Kö./m² 01.10.10 1. KAS 60 kg N/ha 21.03.11 2. KAS 40 kg N/ha 27.04.11 P-Düngung P 40 (40 % P 2 O 5 ) 44 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 26 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 20 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 20 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 20 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 44 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 26 kg P/ha 22.03.11 P 40 (40 % P 2 O 5 ) 20 kg P/ha 22.03.11 keine Düngung Gehaltsklasse E K-Düngung 40-Kornkali 255 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 150 kg K/ha 23.03.11 40-Kornkali 195 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 150 kg K/ha 23.03.11 40-Kornkali 280 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 210 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 195 kg K/ha 24.03.11 40-Kornkali 150 kg K/ha 23.03.11 40-Kornkali 195 kg K/ha 24.03.11 Herbizid Insektizid Gardo Gold 3,0 l/ha + Callisto 0,75 l/ha 16.05.11 (Tankmischung mit Insektizid) Karate Zeon 0,075 l/ha 16.05.11 (Tankmischung mit Herbizid) - - Gardo Gold 3,0 l/ha + Callisto 0,75 l/ha 10.06.11 (Tankmischung mit Insektizid) Gardo Gold 4,0 l/ha 10.06.11 (Tankmischung mit Insektizid) - - Karate Zeon 0,075 l/ha 10.06.11 Karate Zeon 0,075 l/ha 10.06.11 Herold 0,4 kg/ha 25.10.10 - - - Gardo Gold 3,0 l/ha + Callisto 0,75 l/ha 16.05.11 (Tankmischung mit Insektizid) Karate Zeon 0,075 l/ha 16.05.11 (Tankmischung mit Herbizid) Stomp SC 3,5 l/ha 25.03.10 Trafo WG 0,15 kg/ha 21.04.10 Herold 0,4 kg/ha 25.10.10 - Herold 0,4 kg/ha 25.10.10 - Wachstumsregulartor - - - - - - - - Camposan extra - - 0,5 l/ha 03.05.11 - - Fungizid - - - - - - Fandango 1,0 l/ha - - 11.05.11 26.08.11/ 83/ 152/ 31%04.05.11/ 49/ 32/ 17% 04.05.11/ 51/ 31/ 17% 30.05.11/ 69/ 56/ 36% 1.A: 10.05.11/ 30/23% 17.10.11/ BBCH 99 12.07.11/ BBCH 99 19.07.11/ BBCH 99 30.05.11/ 71/ 49/ 36% 02.09.11/ 85/ 164/ 35%11.05.11/ 59/ 40/ 23% 17.05.11/ 61/ 52/ 25% 07.06.11/ 75/ 69/ 37% 1.A: 01.06.11/ 39/31% Korn: 106 dt/ha; 86% Korn: 6 dt/ha; 86% Korn: 43 dt/ha; 86% 07.06.11/ 75/ 63/ 37% Ernte 16.09.11/ 83/ 120/ 31%12.09.11/ 79/ 113/ 30% 2.A: 23.06.11/11/35% Restpfl: 84 dttm/ha Stroh: 7 dt/ha; 86% Stroh: 19 dt/ha; 86 % (Datum/BBCH/ 23.09.11/ 85/ 122/ 31% 23.09.11/ 79/ 114/ 33% 1 2.A: 19.07.11/ 24/ (38% TS); Korn: 7,5 dt/ha; 86% Korn: 43 dt/ha; 86% TM-Ertrag dt/ha/ 3.A:16.08.11/ Korn: 107 dt/ha; 86% Stroh: 7,5 dt/ha; 86% Stroh: 20 dt/ha;86 % TS%) 3.A: 22.09.11/ 24/ Restpfl: 86 dttm/ha; Korn : Stroh = 1 : 1 Korn : Stroh = 1 : 0,5 4.A:12.09.11/ 12/25% (38% TS); (1: 0,7)* Sorghum 1 - Sorghum bicolor * Sorghum sudanense - Sudangras Schraffur ist der Standardtermin Strohertrag im Feld 21 - Erbse mit Plane aufgefangen 13 dt TM/ha bei 51 % TS-Gehalt bzw. 12 dt TM/ha bei 54 % TS-Gehalt; Strohertrag im Feld 22 - das vom Feld aufnehmbare, erntefähige Stroh; - parallel wurde Stroh gesamt mit Plane gewogen - daraus ergeben sich höhere theoretische Stroherträge (32 dt TM/ha) mit einem engeren Korn : Strohverhältnis für Roggen (in Klammern)* Vorbehandlung mit Roundup Turbo (2,65 kg/ha): FF 4 am 31.08.2010 generell im Herbst/Frühjahr 2010/11 pfluglose Bearbeitung 10
Gegenüber der ersten Projektphase wurden neben der Standardfruchtfolge 1 (Projektvorgabe) auch die Regionalfruchtfolgen 6 bis 9 teilweise bzw. komplett umgestellt (vgl. Bericht EVA 1 und Tabelle 4). Die insbesondere in der Fruchtfolge 8 (EVA 1: dreijährige Krautnutzung von Topinambur) nachteiligen Ergebnisse begründeten eine veränderte Fruchtfolgegestaltung in der zweiten Projektphase mit bisher überzeugenderen Pflanzenarten und einem Marktfruchtanteil von 50 % (Winterroggen). Die für die ökologischen Begleituntersuchungen des ZALF Müncheberg (vgl. Abschnitt 4) ausgewiesenen Zeiternten (Grünschnitte) sowie die regelmäßigen Probenahmen zur TM- Gehaltsbestimmung erfolgten in den Randparzellen, so dass die Kernparzellen für die Haupternte zur Verfügung standen. Am Standort Güterfelde wird seit 2005 innerhalb des Fruchtfolgeversuchs die Optimierung des Erntezeitpunktes im Satellitenprojekt Erntezeitpunkt/Vegetationszeitausnutzung zusätzlich betrachtet. Mit dem Ziel, maximale Methanerträge zu erreichen, wurden die einzelnen Fruchtarten abhängig vom Entwicklungsstadium, dem TM-Gehalt sowie der Witterungssituation zu zwei verschiedenen Terminen geerntet. Neben dem im Projekt üblichen Standardtermin erfolgte eine um etwa 7-14 Tage vorgezogene Ernte (vgl. Tabelle 5 und Tabelle 6; Abschnitt 5.2). Der Grund für die Prüfung eines vorverlegten Erntetermins, waren die nach dem Kenntnisstand aus der Literatur 2 zu erwartenden höheren spezifischen Methangasausbeuten. Des Weiteren werden ab 2009 zwei Versuche zur Vegetationszeitausnutzung von drei Maissorten in Abhängigkeit des Aussaat- und Erntetermins (drei Aussaattermine bei reifegerechter bzw. bei sorteneinheitlicher Ernte) durchgeführt sowie die Wirkungen auf die Nachfrucht Winterroggen (Kornnutzung) untersucht (Versuchsbeschreibung Anhang 8.1: Anlageplan- Vegetationszeitausnutzung 2009/2010: Ergebnisse - Abschnitt 5.6). 4 DATENERHEBUNG In den Fruchtfolgen sind die Prüfmerkmale bzw. Untersuchungen lt. dem abgestimmten Material- und Methodenbuch zur Auswertung in den einzelnen Teilprojekten erhoben und durchgeführt worden (vgl. Übersicht 1 und http://www.eva-verbund.de). Die Rohnährstoffe (Weender Futtermittelanalyse Berechnung Biogasausbeute) und Makronährstoffe N, P, K und Mg wurden nasschemisch im Labor des Landeskontrollverbands Brandenburg e.v. analysiert (2011: n = 214). Mit den ermittelten Entzügen an Makronährstoffen wurde die Nährstoffbilanzierung 3 für die Fruchtarten eines Erntejahres (Jahresbilanz) vorgenommen (für die Fruchtfolgen im Versuchszeitraum - vgl. Endbericht EVA 1, bzw. Willms 2008). 2 z. B. LINKE et al. 2003; HEIERMANN & PLÖCHL 2004; LINKE 2004; ANONYMUS 2005 3 Die Vorgaben erfolgten durch Dr. WILLMS - ZALF Müncheberg (2008). 11
Im ATB Potsdam-Bornim (vgl. Teilprojekt 4: Ermittlung des Einflusses der Pflanzenart und der Silierung auf Substratqualität und Biogasausbeute ) wurden an ausgewählten Pflanzenproben der am Teilprojekt 1 beteiligten Partner die Siliereignung bestimmt und Gärtests vorgenommen (Güterfelde 2011, n = 51) 4. Aus Kosten- und Zeitgründen sind Gärtests unter Laborbedingungen in großen Serien nicht möglich. Daher wird die potenzielle Biogasausbeute nach Vorgabe des Projektkoordinators mit dem Ansatz der Handreichung Biogasgewinnung 5 unter Verwendung der Mittelwerte der spezifischen Biogasausbeute und des Methangehaltes (SCHATTAUER & WEILAND, 2010) geschätzt. Für diese Kalkulation wurden die Verdaulichkeitsquotienten aus den DLG-Futterwerttabellen (ANONYMUS, 1997) und die im Projekt untersuchten Parameter der erweiterten Weender Futtermittelanalyse berücksichtigt. Da die Inhaltsstoffparameter am getrockneten Erntegut (keine Konservierungsverfahren wie Silierung bzw. Heubereitung) ermittelt wurden, fand die Futterwerttabelle 1 (Grünfutter) Verwendung. Für das Teilprojekt 2 Ökologische Folgewirkungen des Energiepflanzenanbaus wurden 2011 für das ZALF Müncheberg 624 Bodenproben entnommen. Standort Witterung Übersicht 1: Untersuchungen / Prüfmerkmale Bodenuntersuchungen N min, S min, P, K, Mg Bodentiefen: 0-30 cm, 30-60 cm, 60-90 cm Zeitpunkte: Vegetationsbeginn, Ernte, Vegetationsende Bestandesmerkmale Aufgang Bestandesdichte Bodenbedeckung Bestandeshöhe Unkrautbesatz Lagerneigung, Mängelbonituren, Krankheiten und Schädlinge Bodenbeschattung Abiotische Folgewirkungen Zeiternten Biomasseertrag und N-Gehalte der Grünschnitte; N min und Bodenwassergehalt auf Flächen der Grünschnitte Analyse Erntegut Erträge Elementaranalyse (CNPS) Rohasche Gesamtzucker/Stärke NfE Rohfaser Rohprotein Rohfett Trockensubstanz ADF, NDF, ADL Mineral-, Mikronährstoffe Silierversuche und Biogas-Gärtests im ATB Bornim Für das Erntegut - Korn zusätzlich: - TKM, - Hektolitergewicht Ökonomische Bewertung (für den Projektpartner: Universität Gießen) Arbeitsgänge und Betriebsmittel Fruchtarten und Fruchtfolgen 4 inklusive Mischsilagen vereinbarungsgemäß mit dem ATB 5 Broschüre der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v.; Auflage 2010 12
5 ERGEBNISSE 5.1 ERTRAG VERGLEICH DER FRUCHTARTEN In den EVA-Fruchtfolgeversuchen 2011 wies im Artenvergleich Mais mit 165 dt TM/ha die höchsten Erträge vor Sorghum (b. x s.) (relativ 87) - gegensätzlich zum Trockenjahr 2006 (85 vs. 99 dt TM/ha) bzw. dem einheitlichen Ertragsniveau 2010 (116 dt TM/ha) - auf (Tabelle 7). Bedingt durch die günstige Niederschlagsverteilung im Juli und August 2011 lagen somit beide Pflanzenarten über dem Ertragsdurchschnitt aller Versuchsjahre. Dagegen erbrachten Sonnenblumen, Winter- und Sommergetreide sowie Luzernegras deutlich unterdurchschnittliche TM-Erträge im Mittel der Jahre (Tabelle 7). Tabelle 7: Ganzpflanzenerträge (dt TM/ha) der EVA Fruchtfolgeversuche, Güterfelde, 2011 im Vergleich mit bisherigem Gesamtzeitraum Ganzpflanzenertrag TM-Ertrag (2011) Erntejahr TM-Ertrag Spanne Hauptfrüchte dt/ha relativ % dt/ha relativ % dt/ha Mais 165 100 2005/06/07/09/10/11 147 100 85 192 Sorghum (b. x s.) 143 87 2005/06/07/09/10/11 130 88 99 153 Sonnenblumen 68 41 2005/06/09/10/11 80 54 55 123 Winterroggen 63 38 2007/08/09/10/11 80 54 63 108 Wintertriticale 55 33 2006/07/08/10/11 72 49 55 93 Wintergerste 2009 / 10 79 53 68 89 Hafer 26 16 2005/06/09/10/11 56 38 26 89 Sommergerste 2009 /10 58 40 56 60 Luzernegras 64 39 2007/08/10/11 87 59 41 114 Kleegras 2006 / 2007 64 43 46 82 Topinamburkraut 2005/06/07 80 55 50 104 Ein Grund dafür ist die deutlich zu warme Periode von März bis Juni, die in Verbindung mit den ausbleibenden Niederschlägen im März und Mai zu einer deutlich negativ Klimatischen Wasserbilanz von 360 mm in diesem Zeitraum 2011 führte (vgl. Abschnitt 2;Anhang 2.1:Witterung-Standort Güterfelde). Wird für das Wintergetreide die Witterung in den Entwicklungsphasen des Längenwachstums (Schossen) und der Fruchtentwicklung bis zur Ernte betrachtet, zeigen sich für 2011 deutliche Nachteile im Wasserangebot gegenüber 2009 und 2010 (vgl. Endbericht Projekt Getreideganzpflanzen - Anhang). So wurde 2011 die aus den Trockenjahren bekannte Ertragsrelation Winterroggen > Wintertriticale in den Fruchtfolgeversuchen wiederum festgestellt (Tabelle 7), im Gegensatz zu den optimaleren Bedingungen des Frühjahres 2010 (Ertragsvorteile Wintertriticale: 93 dt TM/ha zu 85 dt TM/ha für Winterroggen). Sommergetreide wies bei diesen Bedingungen nur ein bis zwei Bestockungstriebe auf und ging Anfang Mai sofort in das Längenwachstum bzw. Ende Mai in die generative 13
Phase über. Durch die Witterung war der Biomassezuwachs (Längenwachstum) im Zeitraum des Schossens im Vergleich der Jahre nur eingeschränkt möglich (beim Getreide, bei den ersten beiden Aufwüchsen des Luzernegrases als auch bei den am Standort zusätzlich geprüften Sonnenblumen). Die ab Ende Juni einsetzenden intensiven Niederschläge waren für das Ganzpflanzengetreide (vorher geerntet) unrelevant und für die Sonnenblumen nur noch bedingt (Längenwachstum abgeschlossen, Korb- und Kornausbildung) nutzbar. Tabelle 8: Ganzpflanzenerträge (dt TM/ha), TM-Gehalt (%), errechneter Methangasertrag (m³/ha) der Fruchtarten bei Ernte zum Standardtermin und Ertragsentwicklung im Zeitraum zwischen vorfristigem und Standardtermin; Korn- (K. bei TM 86%) und Stroherträge (St.), Anlage 3, Güterfelde 2011, * Erträge der vorfristigen Ernte nicht erreicht Frucht- Fruchtart Datum BBCH FM TM TM CH 4 - TM-Ertragszunahme folge Anlage 3 dt/ha % dt/ha m³/ha dt/ha d dt/ha*d 1 Wintertriticale 07.06.11 75 147 37,4 54,9 1485 6,7 8 0,8 Phacelia GD 22.09.11 51-61 82 13,5 11,1 2 W.Triticale K. 99 25 86 21,6 19.07.11 W.Triticale St. 99 25 86,6 22,1 Wintertriticale 07.06.11 75 110 37,3 41,2 1114 5,6 8 0,7 3 E. Weidelgras 22.09.11 65 41 30,9 12,6 334 1,1 10 0,1 Summe 151 53,9 1448 4 Winterraps K. 92-99 13 91 11,8 13.07.11 Winterraps St. 92-99 115 31,0 35,6 5 Luzernegras 1.6./19.7./ 12.9.11 61 150 27,5 41,2 1023 * 25 * 6 Sorghum b.xs. 16.09.11 81-85 469 30,4 142,6 3314 9,3 14 0,7 GS-Roggen 11.05.11 59 193 23,0 44,4 1205 8,7 7 1,2 7 Mais ZF 23.09.11 83-85 480 30,7 147,4 4026 3,4 7 0,5 Summe 673 191,7 5231 8 Mais 02.09.11 85 472 35,4 167,1 4920 19,7 7 2,8 GS-Roggen 6 17.05.11 63 242 24,4 59,1 1605 23,1 13 1,8 9 Sorghum ZF 23.09.11 75-81 346 32,8 113,5 2747 * 11 * Summe 588 172,5 4352 Fazit: Stark abweichende Jahreswitterungen mit Extremereignissen führten auf dem zur Vorsommertrockenheit neigenden Diluvialstandort bei allen Pflanzen zu erheblichen Ertragsschwankungen (z.b. Mais 85 192; Sorghum b. x s. 99 153; Wintergetreide 55 108 dt TM/ha). Diese extremen Schwankungen sind für die Rohstoffbereitstellung zu berücksichtigen und erfordern eine mehrjährige Bewertung der Fruchtarten und der Fruchtfolgen (Risikoabschätzung Planung EVA 3). In Jahren mit ausgeprägter Vorsommer- /Sommertrockenheit konnte Sorghum das Ertragsniveau von Mais erreichen bzw. teilweise einen höheren Ertrag (2006) erzielen. Wintergetreide ist dem Sommergetreide auf Grund der Ertragshöhe und -stabilität vorzuziehen. 6 Grünschnittroggen FF 9 Methanertrag extrapoliert Proben verschollen 14
2011 erzielte die Zweikulturnutzung innerhalb der Fruchtfolgen in den Kombinationen Grünschnittroggen/Mais 177 dt TM/ha und Grünschnittroggen/Sorghum (b. x s.) 169 dt TM/ha ein höheres Ertragsniveau als der Hauptfruchtanbau (vgl. Tabelle 8 und Tabelle 9; vgl. Abschnitt 5.2) 7. Während für 2009 und 2010 eine ähnliche Tendenz auftrat, konnten im Trockenjahr 2006 und auch im niederschlagsreichen Jahr 2007 keine Ertragsvorteile im Zweitfruchtanbau (Erst- plus Zweitfrucht) gegenüber dem Hauptfruchtanbau erzielt werden. Tabelle 9: Ganzpflanzenerträge (dt TM/ha), TM-Gehalt (%), errechneter Methangasertrag (m³/ha) der Fruchtarten bei Ernte zum Standardtermin und Ertragsentwicklung im Zeitraum zwischen vorfristigem und Standardtermin, Korn- (K. bei TM 86%) und Stroherträge (St.), Anlage 4, Güterfelde 2011, Frucht- Fruchtart Datum BBCH FM TM TM CH 4 - TM-Ertragszunahme folge Anlage 4 dt/ha % dt/ha m³/ha dt/ha d dt/ha*d 1 Mais 02.09.11 85 473 34,7 164,0 4857 11,7 7 1,7 GS-Roggen 11.05.11 59 175 22,9 40,1 1092 8,0 7 1,1 2 Mais ZF 23.09.11 83-85 387 31,4 121,5 3566 1,3 7 0,2 Summe 563 161,6 4658 GS-Roggen 17.05.11 61 210 25,0 52,4 1427 21,0 13 1,6 3 Sorghum ZF 23.09.11 75-81 344 33,1 113,7 2664 0,7 11 0,1 Summe 554 166,1 4091 4 Wintertriticale 07.06.11 75 186 37,2 69,3 1869 12,9 8 1,6 5 Luzernegras 8 1.6./19.7./ 22.9.11 61 305 28,2 86,7 2160 0 28 0 6 Mais K. 99 107 86 92,3 17.10.11 Mais St. 99 228 37,9 86,2 7 Erbsen K. 97 7,5 86 6,5 12.07.11 Erbsen St. 97 22 53,7 11,9 8 W.Roggen K. 99 43 86 37,0 19.07.11 W.Roggen St. 99 31 74,9 23,1 9 Winterroggen 07.06.11 75 169 37,2 63,0 1695 14,2 8 1,8 Insgesamt wurde in den Jahren 2009-2011 das für die Silierung notwendige Optimum der TM-Gehalte (28-35/38%) besser eingehalten (Tabelle 8 und Tabelle 9) als in den Jahren 2006 und 2008, die durch Trockenstress und raschen Anstieg der TM-Gehalte auf > 40-50% innerhalb von wenigen Tagen vor der Getreideernte gekennzeichnet waren. Durch die Witterung 2011 erfolgte eine um ca. 10 bis 14 Tage zeitigere Ernte als 2010. Dabei wurde beim Mais in Hauptfruchtstellung der zur Ernte optimalste TM-Gehalt von 35 % wie im Jahr 2009 erreicht 9. 5.2 VERGLEICH ERNTETERMINE (VERSUCH ERNTEZEITPUNKT) Im Mittel der Jahre konnte mit Mais der für die Silierung optimale TM-Gehaltsbereich von 28 bis 35 % am besten eingehalten werden (Tabelle 10). Sortenbedingt (Sorghum, Sonnen- 7 Mittel der Fruchtfolgen 7 (Anlage 3) und 2 (Anlage 4) bzw. 9 (Anlage 3) und 3 (Anlage 4) 8 Luzernegras 3-Schnittnutzung (Standard) gegenüber 4-Schnittnutzung (vorfristiger Termin) gleiches Ertragsniveau 9 2010: kühler Mai; bzw. feuchte Bedingungen ab August verzögerten eine Abreife bei Mais, Sorghum und Sonnenblumen, so dass nur der untere Bereich des TM-Gehaltsoptimums (28-30 %) zur Ernte erreicht wurde. 15
blumen), witterungsbedingt (Winter- und Sommergetreide) sowie aufgrund des Verfahrens (Grünschnittroggen, Luzerne- bzw. Kleegras) weicht das Mittel der TM-Gehalte über die Jahre vom Optimum ab. Letztere Pflanzenarten sind vor der Silierung anzuwelken. Vor allem beim Ganzpflanzengetreide unterschied sich zwischen den Jahren das Abreifeverhalten. Die Ergebnisse weisen für Getreide mittlere TM-Gehaltszunahmen von 0,7 bis 1,0 % je Tag aus, maximal von bis zu 1,8 % (Tabelle 10). Darin liegt das Risiko, den optimalen TM-Bereich innerhalb weniger Tage zu überschreiten. Hier ist die Witterung im Zeitraum Blüte und Kornfüllung entscheidend. Ein Zusammenhang zwischen den Entwicklungsstadien und dem TM- Gehalt kann besonders auf leichten und trockenen Böden nicht hergestellt werden (vgl. Endbericht Getreideganzpflanzenprojekt). Tabelle 10: Ertragszunahme je Tag; TM-Gehalt bei Standardernte bzw. TM-Gehaltszunahme je Tag zwischen dem vorfristigen und dem Standardtermin, Fruchtfolgeversuch 2005 bis 2011, Güterfelde (vgl. Abschnitt 3) Ertragszunahme TM-Gehalt % TM-Gehaltszunahme %/d Ganzpflanzenertrag Erntejahr dt TM/d (Standardernte) Hauptfrüchte Mittel Spanne Mittel Spanne Mittel Spanne Mais 2005-07; 09-11 1,4 0,4 2,1 32 25 36 0,6 0,2 1,2 Sorghum (b.xs.) 2005-07; 09-11 1,2 0 2,1 29 25 33 0,2 0 0,4 Wintergetreide 2006-2011 1,5 0,5 2,1 36 28 56 0,7 0,1 1,5 Sommergetreide 2005/06/09/10 0,3 0 1,0 39 36 61 1,0 0 1,8 Luzernegras 2007/08/10/11 1,7 (0) 4,3 24 17 28 0,1 0 0,2 Kleegras 2006 / 2007 1,9 0,9 2,9 19 17 20 0,0 0 0,2 Sonnenblumen 2005/06/09/10 0,4 0 1,6 27 15 38 0,2 0 0,6 Topinamburkraut 2005/06/07 0,8 0,5 1,0 28 23 36 0,0 0 0,3 Die Ertragszuwächse zwischen dem vorfristigen und dem Standarderntetermin waren bei den Fruchtarten verschieden (Tabelle 10) und beim Luzernegras (2007) mit ca. 40 dt TM/ha am höchsten. Größere tägliche Ertragszunahmen (> 1,5 dt TM/ha) zeigten je nach Jahreswitterung Luzernegras (2007 und 2008), Kleegras (2007), Wintergetreide (2009-2011) Mais und Sorghum in Hauptfruchtstellung sowie Grünschnittroggen als Winterzwischenfrucht. Mit Einbeziehung der Ergebnisse des Versuchsjahres 2011 fallen allerdings die in den Vorjahren beobachteten Tendenzen der fruchtartbezogenen Ertragszunahme nicht mehr so deutlich aus (vgl. Tabelle 8 und Tabelle 9). Unterschiede zwischen den Jahren ergaben sich witterungsbedingt z. B. für Luzernegras mit 0 (2011) 10 bis 4,3 dt TM-Ertragszunahme je Tag (2007); für Mais mit 0,4 (2010) bis 2,8 dt TM-Ertragszunahme je Tag (2011). 2009 und 2010 wurde für Wintergetreide das Doppelte des täglichen Ertragszuwachses (feuchte Maiwitterung) im Vergleich zu den Vorjahren ermittelt. Sommergetreide und Sonnenblumen wiesen die geringsten Ertragszuwächse auf. So ist für Sommergetreide kaum mit relevanten Ertragszuwächsen im Zeitraum Milch- bis Teigreife zu rechnen. Hier sollte bedingt durch die 10 Luzernegras 2011 keine Mehrerträge der 3-Schnittvariante (Standardtermin) gegenüber der 4- Schnittvariante (vorgezogener Termin vgl. Abschnitt 3) 16
rasante TM-Gehaltsentwicklung (in jedem Jahr beobachtet) eine rasche Ganzpflanzenernte vorgenommen werden (s.o.). Im Zweitfruchtanbau war im direkten Vergleich beider Varianten 2011 bei einer 13tägigen späteren Ernte des Grünschnittroggens (= 21 dt TM/ha Mehrertrag, d. h. höherer Wasserverbrauch der Vorfrucht) die Jugendentwicklung von Sorghum extrem nachteilig gegenüber dem Bestand auf der Fläche mit der früheren Grünschnittroggenernte (vgl. Bild Sorghum rechte und linke Seite, Sorghumaussaat einheitlich am 19.05.2011). Ernte Grünschnittro ggen (Vorfrucht) 04.05.2011: 31 dt TM /ha 17.05.2011: 52 dt T M/ha Ernte Sorghum (b. x s.) am 23.09.2011 130 dt TM/ha 115 dt TM/ha Bild: Sorghum Zweitfruchtanbau 2011 (einheitlicher Aussaattermin am 19.05.2011), nach Grünschnittroggen bei unterschiedlichen Ernteterminen; Güterfelde 21.06.2011 Visuell konnte eine Beeinträchtigung der Sorghumzweitfrucht nach späterer Vorfruchtnutzung ebenso bei den fortschreitenden Entwicklungsstadien deutlich beobachtet werden, was offensichtlich den Ertrag beeinflusste. Erst mit den intensiveren Niederschlägen am 22.06.2011 ließen sich die Trockenstressauswirkungen nicht mehr bonitieren. Ein stetiges Wachstum setzte auch hier ein (rechte Bildseite), während bei dem offenbar höheren Wasserangebot (linke Seite) die Pflanzen trotz der Trockenheit Wachstum aufwiesen. Bei weiterer anhaltender Trockenheit wäre eine stärkere Schädigung der Pflanzen (rechte Seite) zu vermuten. Ein höherer Biomasseertrag der Erstfrucht wirkte sich nicht zwangsläufig postiv auf den Jahresgesamtertrag aus. Des Weiteren bewirkte die schlechtere Jugendentwicklung auch Unsicherheiten bei der Bestimmung des optimalen Einsatztermins für die Herbizidbehandlung mit der Folge höherer Anteile der Segetalflora am Deckungsgrad. Mit den Erntezeitpunktversuchen am Standort Güterfelde lassen sich zusätzlich verbesserte Aussagen und Wertungen zum Zweitfruchtanbau für die Region mit diluvialen Standorten Nordostdeutschlands ableiten. 5.3 TROCKENMASSEERTRAG VERGLEICH DER FRUCHTFOLGEN Der kumulierte Trockenmasseertrag (Abbildung 1 und Abbildung 2) wies für die Fruchtfolgen 1 und 3 sowie 6 bis 8 Dreijahreserträge (Anlage 3 2009 bis 2011) von ca. 350 dt TM/ha auf. Mit 435 dt TM/ha erzielte die Fruchtfolge 9 (Mais GP/Winterroggen GP/Winterroggen WZF/ Sorghum b.xs. GP) die höchsten Erträge in diesem Zeitraum. In den Fruchtfolgen 1 und 3 (Anlage 3) wurde das Ertragsniveau der ersten beiden Anlagen 17
(EVA 1) vor Abschluss des letzten Fruchtfolgegliedes (Winterroggen Korn) erreicht. Dagegen schnitt Fruchtfolge 2 bisher im Gesamtertrag u. a. durch den schwachen Kornertrag 2011 schlechter ab als in der ersten Rotation. Hafer und Wintertriticale (Fruchtfolge 4, Anlage 3) erbrachten 2009/10 witterungsbedingt überdurchschnittliche Erträge. Allerdings konnte der schlecht etablierte Raps (lange Regenperiode zur Aussaat) des Weiteren verbunden mit Auswinterungsschäden nur sehr geringe Erträge 2011 erzielen, so dass mit dieser Folge ebenfalls nur das Niveau des ersten Projektzeitraums (Anlage 1) erreicht wurde. 11 Das Luzernergras (Anlage 3) blieb im 2. Hauptnutzungsjahr deutlich unter den Erwartungen und konnte die Erträge der ersten Rotation (Anlage 2) nicht erreichen. Mögliche Ursachen könnten hier u. a. der relativ schlechte Etablierungserfolg der Luzerne (Anlage 3 - Aussaat in die Deckfrucht Sommergerste in Kombination mit dem sehr trockenen April 2009) sein. Dagegen wies das Luzernegras in der Anlage 4 im 1. Hauptnutzungsjahr deutlich höhere Ertragsanteile an Luzernegras auf, so dass mit 86 dt TM/ha ein doppelter Ertrag als in der Anlage 3 2012 ermittelt wurde. Trockenmasseertrag (dt/ha) 450 400 Fruchtfolgen des Grundversuchs - Vergleich der Anlagen 350 300 250 SZF SZF GD S K S K S K SZF SZF SZF 200 150 100 50 GD GD SZF SZF ZF ZF ZF ZF ZF ZF ZF ZF WZF WZF WZF WZF WZF WZF WZF WZF S K S K S K 0 A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 FF 1 FF 2 FF 3 FF 4 FF 5 Mais Sommergerste Ölrettich Wintertriticale Sudangrashybride Winterroggen Klee-/Luzernegras Hafersortenmischungen Sommerroggen Wintergerste Phacelia - Gründüngung Einjähriges Weidelgras Raps Futterhirse Abbildung 1: Kumulierter TM-Ertrag (dt TM/ha) der Fruchtfolgen des Grundversuchs (FF1 bis FF5), Güterfelde, Ernte zum Standardtermin (Korn: 100 % TM), Fruchtfolgeglieder von drei Erntejahren der Anlagen 1 bis 3 (A1, A2, A3) und der ersten beiden Erntejahre der Anlage 4 (A4 = 2010/11) 12 11 Fruchtfolgewechsel (FF4 und FF5) zwischen den Projektzeiträumen beachten; Fruchtfolge 5 Anlage 4 nur ein Schnitt Luzernegras im Ansaatjahr 2010 12 ZF = Zweitfrucht; SZF = Sommerzwischenfrucht; WZF = Winterzwischenfrucht; GD = Gründüngung; K = Kornertrag; S = Strohertrag 18
In den Regionalfruchtfolgen (Abbildung 2) wirkten sich eine biomassebetonte Sonnenblumensorte (Fruchtfolge 7) sowie Fruchtfolgeumstellungen (FF 6, 8 und 9; Endbericht EVA1; Abschnitt 3) positiv auf das Ertragsniveau aus. Aus dem Fruchtfolgevergleich des ersten Erntejahres (Anlage 4 2010) sind höhere Wintergetreide-Ganzpflanzenerträge 2010 (ca. 120 %), ein ähnliches Ertragsniveau bei Sorghum sowie deutlich geringere TM-Erträge bei Mais (ca. 70 %), Sonnenblumen (ca. 65 %) und Sommergetreide (ca. 80 %) gegenüber der Anlage 3 2009 (Abbildung 1 und Abbildung 2) erkennbar. Trockenmasseertrag (dt/ha) 450 Fruchtfolgen des Regionalversuchs - Vergleich der Anlagen 400 350 300 250 200 150 100 50 SZF K S GD SZF S K GD S K GD S K GD SZF S K GD SZF S K GD ZF WZF S K K+S KnT SZF S K S K WZF WZF GD WZF 0 A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 FF 6 FF 7 FF 8 FF 9 Mais Lupine Ölrettich Senf Erbsen Sonnenblumen Topinambur Hafer-Erbsen-Leindottermischung Futterhirse Winterroggen Buchweizen - GD Raps Sommerroggen Sudangrashybride Wintertriticale Abbildung 2: Kumulierter TM-Ertrag (dt TM/ha) der Fruchtfolgen des Regionalversuchs (FF6 bis FF9), Güterfelde, Ernte zum Standardtermin (Korn: 100 % TM), Fruchtfolgeglieder von drei Erntejahren der Anlagen 1 bis 3 (A1, A2, A3) und der ersten beiden Erntejahre der Anlage 4 (A4 = 2010/11) 12 Die geringeren Getreideerträge 2011 (Fruchtfolge 8 bzw. 9) führten des Weiteren zu deutlichen Unterschieden zwischen den Anlagen 3 und 4 im Zweijahresvergleich. Die Mehrerträge beim Körnermais 2011 (Fruchtfolge 6) konnten einen deutlichen Vorteil im Zweijahresertrag der Anlage 4 gegenüber der Anlage 3 erbringen. Fazit: Mit der Umstellung der Regionalfruchtfolgen zur zweiten Projektphase konnten bisher deutlich höhere Erträge erzielt werden (Abbildung 2). Fruchtfolgen mit Mais, Sorghum (Sudangras- und Futterhirsehybriden), Winterroggen und Wintertriticale (als Einsatzstoff für Biogasanlagen) kombiniert mit Zwischenfrüchten und dem Marktfruchtanbau mit Winterroggen und Mais überzeugten bisher am Standort. Die getesteten Arten zur Auflockerung der 19
Fruchtfolgen (Sommergetreide, Topinambur, Artenmischungen aus Hafer/Erbse/Leindotter, Winterraps für die Biogassubstratnutzung, aber auch Lupine und Erbsen für die Körnernutzung) entsprachen seitens der Ertragsquantität bzw. qualität nicht den Erwartungen. 5.4 INHALTSSTOFFE, AUSBEUTEN UND METHANERTRÄGE Auf Grund der Inhaltsstoffzusammensetzung (Tabelle 11, Tabelle 12) hoher Anteil an stickstofffreien Extraktstoffen - XX und geringer Rohfaseranteil - XF) werden für Silomais (Hauptfrucht) hohe Ausbeuten (errechnet nach Schattauer und Weiland 2006) ausgewiesen. Bedingt durch das TM-Ertragsniveau 2011 ergab sich daraus ein Methanertrag von ca. 4860 m³/ha (Tabelle 8, Tabelle 9), das damit unter dem Niveau des Jahres 2007 aber über dem von 2005, 2006 und 2010 sowie einem ähnlichen CH 4 -Ertrag von 2009 liegt (Tabelle 13). Im Fruchtartenvergleich bestätigte Mais auch 2011, dass er die höchsten Methanerträge liefert. Tabelle 11: Rohnährstoffe (g/kg TM) der Fruchtarten (Ernte zum Standardtermin: Datum und Entwicklungsstadium vgl. Tabelle 8) sowie die daraus errechnete Biogas- und Methangasausbeute (l/kg otm), Güterfelde 2011, Anlage 3 Frucht- Fruchtart xa xp xl xf XX Biogas CH 4 folge g/kg TM l/kg otm 1 Wintertriticale 49 97 29 298 527 518 285 Phacelia GD 144 2 W.Triticale K. 140 W.Triticale St. 42 3 Wintertriticale 54 107 30 284 524 518 286 E. Weidelgras 95 100 19 319 468 534 292 4 Winterraps K. 246 388 Winterraps St. 80 Luzernegras 1 75 89 34 299 504 490 270 5 Luzernegras 2 103 133 29 296 440 498 280 Luzernegras 3 142 144 30 298 386 499 282 6 Sorghum b.xs. 44 64 14 361 516 452 244 7 GS-Roggen 67 104 25 367 436 528 291 Mais ZF 30 58 26 170 717 562 303 8 Mais 29 73 31 164 705 557 303 9 GS-Roggen 528 291 Sorghum ZF 41 53 12 351 543 453 243 Bei Sorghum wurden aufgrund der geringeren TM-Erträge 2011 (Tabelle 7) und der ungünstigeren Inhaltsstoffzusammensetzung (d. h. geringere Methanausbeuten) mit 3314 m 3 CH 4 /ha geringere Methanerträge (relativ 68; = 2. Rang) geschätzt (Tabelle 8, Tabelle 9, Tabelle 13). Dieser lag somit im Vergleich der Jahre über dem absoluten Mittel und war nur 2005 höher. Die zusätzlich 2011 am Standort geprüften Sonnenblumen waren mit 1854 m 3 CH 4 /ha in der Rangfolge hinter Sorghum aber noch vor Wintergetreide und schnitt aus Sicht des Methanertrags schlechter ab als in den Jahren 2009-10 (mit 3380 m 3 CH 4 /ha, 2. Rang im Fruchtartenvergleich 2009). Wintergetreide erreichte mit relativ 30-35 % des Maismethanertrags 2011 das schlechteste Niveau im Jahresvergleich (Tabelle 13). Ein ähnlich schwaches 20
Niveau erzielte Luzernegras aufgrund des geringeren TM-Ertrags 2011 und lag im Mittel beider Anlagen deutlich niedriger als in den Vorjahren (Tabelle 13). Allerdings sind bedingt durch die Ertragsunterschiede und Höhe des Ertragsanteils von Luzerne am Luzernegrasgemenge 2011 zwischen den Anlagen 3 und 4 (vgl. Abschnitt 5.3) ca. 1020 m 3 CH 4 /ha (Anlage 3, ca. 21 % Relativertrag vom Mais) bzw. 2160 m 3 CH 4 /ha (Anlage 4, ca. 44 % Relativertrag vom Mais) ermittelt worden. Diese Unterschiede gilt es im weiteren Projektverlauf aus Sicht der Bestandesstruktur intensiver zu betrachten. Tabelle 12: Rohnährstoffe (g/kg TM) der Fruchtarten (Ernte zum Standardtermin: Datum und Entwicklungsstadium vgl. Tabelle 9) sowie die daraus errechnete Biogas- und Methangasausbeute (l/kg otm), Güterfelde 2011, Anlage 4; n.u. = nicht untersucht/nicht gefordert Frucht- Fruchtart xa xp xl xf XX XS XZ Biogas CH 4 folge g/kg TM l/kg otm 1 Mais 26 74 31 152 717 377 68 559 304 2 GS-Roggen 69 110 30 354 437 0 89 528 293 Mais ZF 29 56 25 184 706 338 80 560 302 3 GS-Roggen 528 293 Sorghum ZF 36 57 13 349 545 4 118 453 243 4 Wintertriticale 52 95 27 287 538 0 158 519 285 Luzernegras 1 82 96 26 331 465 n.u. n.u. 486 268 5 Luzernegras 2 112 162 23 294 408 n.u. n.u. 496 281 Luzernegras 3 105 189 29 328 349 n.u. n.u. 493 283 6 Mais K.* 87 Mais St. 48 7 Erbsen K. 229 Erbsen St. 72 8 W.Roggen K. 108 W.Roggen St. 34 9 Winterroggen 47 88 23 319 523 n.u. n.u. 517 282 Hohe Anteile an Rohasche (xa), Rohfaser (xf) bzw. niedrige Gehalte an stickstofffreien Extraktstoffen (XX) bedingen u. a. geringe Ausbeuten. Deutlich wird dieses insbesondere bei Sorghum, Luzernegras und dem Weidelgras (Tabelle 11, Tabelle 12 orange markiert). 2011 wurden für die Zweikulturnutzung innerhalb der Fruchtfolgen in den Kombinationen Grünschnittroggen/Mais 4660 5230 m 3 CH 4 /ha nur zum Teil höhere Methanerträge als bei Mais in Hauptfruchtstellung ausgewiesen (vgl. Tabelle 8, Tabelle 9 und Tabelle 13). Gegensätzlich zum Vorjahr lag der Ertrag des Zweitfruchtanbaus Grünschnittroggen/Sorghum (b. x s.) mit 4090 4350 m 3 CH 4 /ha unter dem der Maishauptfrucht, aber deutlich höher als bei der Sorghumhauptfrucht (ca. 3310 m 3 CH 4 /ha). Für 2011 lassen sich durch die obigen Aussagen ökonomische Vorteile des Zweitfruchtanbaus (Grünschnittroggen/Mais) gegenüber der Maishauptfrucht ausschließen. Die vorliegenden TM- und Methangasertragsvorteile der Zweikulturnutzung 2010 bzw. der Vergleich beider Anbausysteme mit Sorghum 2011 müssen ökonomisch bewertet werden (Bericht TP 3). Eine Verallgemeinerung kann insbesondere für die nordostdeutschen Diluvi- 21
alstandorte aufgrund gegensätzlicher Tendenz in den Jahren derzeit nicht vorgenommen werden. Tabelle 13: Theoretisch ermittelter Methanertrag (m³ CH 4 /ha) der Pflanzenarten in den EVA Fruchtfolgeversuchen (Güterfelde 2011) im Vergleich mit bisherigem Gesamtzeitraum Methanertrag CH 4 -Ertrag (2011) Nutzungsjahre CH 4 -Ertrag Spanne Hauptfrüchte (m³ch 4/ha) relativ% (m³ch 4/ha) relativ% (m³ch 4/ha) Mais 4870 100 2005/06/07/09/10/11 4211 100 2383 5409 Sorghum (b.xs.) 3314 68 2005/06/07/09/10/11 2953 70 2296 3489 Sonnenblumen 1854 38 2005/06/09/10/11 2158 51 1449 3379 Winterroggen 1695 35 2007/08/09/10/11 2192 52 1695 2861 Wintertriticale 1487 31 2006/07/08/10/11 1929 46 1487.2478 Wintergerste 2009 / 10 Hafer 653 13 2005/06/09/10/11 1459 35 653 2467 Sommergerste 2009 /10 Luzernegras 1592 33 2007/08/10/11 2176 52 1023 2907 Kleegras 2006 / 2007 Topinamburkraut 2005/06/07 Nochmals wird an dieser Stelle auf die im Endbericht EVA 1 dargelegten Nachteile des Rechenansatzes zur Bestimmung des potenziellen Methangehaltes hingewiesen. Der Abgleich mit den Ergebnissen aus den Batch-Versuchen (ATB Bornim) ist für die abschließende Wertung (Bericht TP 4) notwendig. 5.5 NÄHRSTOFFGEHALTE, -ENTZÜGE UND -BILANZEN Allgemein kann die Düngung nach durchschnittlichem Entzug je Jahr in ertragsschwachen Jahren zu Bilanzüberschüssen und in ertragsstarken Jahren zu Defiziten im Saldo führen 13. Beide Situationen sind aus ökonomischer und ökologischer Sicht nach Möglichkeit zu vermeiden. Regelmäßige Bodennährstoffuntersuchungen und Pflanzenanalysen sind für die entzugsorientierte Düngung mit Zu- und Abschlägen je nach Gehaltsklasse notwendig (vgl. Anhang 7: Ergebnisse Bodenproben 2011). Die Nährstoffjahresbilanz ist daher in Wechselwirkung mit der Gehaltsklasse zu betrachten. So erfolgte im Fruchtfolgeversuch in Güterfelde 2011 aufgrund der Gehaltsklasse E in den Fruchtfolgen 9 keine P-Düngung (Abbildung 3, Abbildung 4) 14. Deshalb wird hier eine negative Jahresbilanz ausgewiesen (vgl. Anhang 6: Nährstoffentzüge und -bilanzen 2011). Eine Interpretation der Bilanzen darf daher nur im Zusammenhang mit dem Versorgungszustand im Boden (Gehaltsklassen) vorgenommen werden (vgl. Anhang 7: Ergebnisse Bodenproben 2011). Die insbesondere bei Mais hohen N-Entzüge bis ca. 190 kg N/ha (Anhang 6: Nährstoffentzüge und -bilanzen 2011) wurden durch die ortsübliche Düngung nicht ausgeglichen, was sich in der Abbildung 3 bzw. Abbildung 4 mit negativen Bilanzen darstellt. Wird allerdings der mineralische Bodenstickstoff im 13 Die Entzüge vor allem bei Mais, Sorghum und Sonnenblumen hängen sehr stark von der witterungsbedingten Ertragsvariabilität ab. 14 Fruchtfolge 9: Anlage 4 Gehaltsklasse E; Anlage 3 im oberen Bereich Gehaltsklasse D 22