1. Körnerleguminosentag Vom Anbau bis zur Verwertung 22. November 2011 Haus Düsse Was macht die Körnerleguminosen für die Fruchtfolge so interessant? Prof. Dr. agr. Knut Schmidtke Fachgebiet Ökologischer Landbau Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden
Anbauläche in 1000 ha 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Ackerbohne Erbse 0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Abb. 1: Anbauumfang von Körnererbse und Ackerbohne in der Bundesrepublik Deutschland (BSA 2011) Einleitung
Kornertrag [dt ha -1 ] 50 40 30 20 10 Ackerbohne Erbse 0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Abb. 2: Kornertrag von Körnererbse und Ackerbohne in der Bundesrepublik Deutschland (BSA 2011) Einleitung
Körnererbse Ackerbohne (aus: BSA 2011) Einleitung
Lupine (aus: BSA 2011) Einleitung
Fruchtfolge im intensiv wirtschaftenden Futterbaubetrieb Silomais 1. Wintergerste/ Winterweizen 3. 2. Winterweizen Problem Fruchtfolgekrankheiten Parasitärer Halmbruch Fusarien (+ Mykotoxine) Schwarzbeinigkeit Fruchtfolge
Tab. 1: Wirtspflanzen der Fruchtfolgekrankheiten des Weizens und deren Ertragswirkung (Hofmann & Schmutterer 1993) Erreger neben Weizen werden befallen Überdauerung Ertragsverluste bei Weizen Parasitärer Halmbruch G, Ro, (Ha) Stroh, Boden 5 bis 10 (30) % Fruchtfolgekrankheiten
Tab. 1: Wirtspflanzen der Fruchtfolgekrankheiten des Weizens und deren Ertragswirkung (Hofmann & Schmutterer 1993) Erreger neben Weizen werden befallen Überdauerung Ertragsverluste bei Weizen Parasitärer Halmbruch G, Ro, (Ha) Stroh, Boden 5 bis 10 (30) % Fusariun ssp. G, Ro, Triticale, Mais Stroh, Saatgut bis 50 % Fruchtfolgekrankheiten
Tab. 1: Wirtspflanzen der Fruchtfolgekrankheiten des Weizens und deren Ertragswirkung (Hofmann & Schmutterer 1993) Erreger neben Weizen werden befallen Überdauerung Ertragsverluste bei Weizen Parasitärer Halmbruch G, Ro, (Ha) Stroh, Boden 5 bis 10 (30) % Fusariun ssp. G, Ro, Triticale, Mais Stroh, Saatgut bis 50 % Schwarzbeinigkeit G, Ro, Triticale Stroh, Boden 30 bis 100 % Fruchtfolgekrankheiten
Fruchtfolge im intensiv wirtschaftenden Futterbaubetrieb Silomais 1. Wintergerste/ Winterweizen 3. 2. Winterweizen Problem Fruchtfolgekrankheiten Parasitärer Halmbruch Fusarien (+ Mykotoxine) Schwarzbeinigkeit Problemunkräuter Windhalm Ackerfuchschwanz Fruchtfolgeprobleme
Abb. 3: Einbußen an Kornertrag des Weizens nach Stoppelweizen versus Blattfrucht (aus: Lütke Entrup et al. 2006) Fruchtfolgeprobleme
Fruchtfolge im intensiv wirtschaftenden Ackerbaubetrieb mit Ackerbohne (Blattfrucht) Winterraps 1. Wintergerste/ Winterweizen 4. 2. Winterweizen 3. Ackerbohne Fruchtfolge
Tab. 2: Zuwachs an Kornertrag verschiedener Getreidearten nach Vorfrucht Körnerleguminose im Vergleich zur Vorfrucht Winterweizen (Albrecht 2002) Fruchtart Ertragszuwachs Korn (dt ha -1 ) Winterweizen +9,3 Wintergerste +6,7 Wintertriticale +12,6 Sommergerste +14,6 Vorfruchtwirkungen
Fazit 1. Mit dem Anbau von Körnerleguminosen wird eine Unterbrechung von Infektionsketten in getreidereichen Fruchtfolgen erzielt Leistung der Leguminosen: Mehrertrag der Getreidefolgefrucht um 9 bis 15 dt/ha Schlussfolgerungen
Molekularer Luftstickstoff N 2 Symbiotische Stickstoff-Fixierung Energiereiche Fotosyntheseprodukte Aminosäure-N -Protein - Ammoniak NH 3
Symbiotisch fixierter Stickstoff wird akkumuliert im Spross in der Wurzel im Boden (während des Wachstums über Rhizodeposition in den Boden gelangt)
Vergleich der symbiotischen N 2 -Fixierleistung von Erbse, Ackerbohne und Schmalblättriger Lupine Leistungen von Leguminosen
Tab. 3: Kornertrag, N 2 -Fixierleistung und N-Flächenbilanz beim Anbau von Körnerleguminosen (Wichmann, 2004) 1) Erbse Ackerbohne Lupine Kornertrag [dt TM/ha] 41,0 32,1 11,9 N 2 -Fixierleistung [kg N/ha] 171 205 170 1) Mittel aus 2 Versuchsjahren Leistungen der Arten
Tab. 4: Kornertrag, N 2 -Fixierleistung und N-Flächenbilanz beim Anbau von Körnerleguminosen (Wichmann, 2004) 1) Erbse Ackerbohne Lupine Kornertrag [dt TM/ha] 41,0 32,1 11,9 N 2 -Fixierleistung [kg N/ha] 171 205 170 N-Bilanz [kg N/ha] + 24 + 63 + 98 1) Mittel aus 2 Versuchsjahren Leistungen der Arten
Fazit 1. Mit dem Anbau von Körnerleguminosen wird eine Unterbrechung von Infektionsketten in getreidereichen Fruchtfolgen erzielt Leistung der Leguminosen: Mehrertrag der Getreidefolgefrucht um 9 bis 15 dt/ha 2. Körnerleguminosen können sich vollständig selbst mit Stickstoff über die Symbiose versorgen und können auch bei Ernte des Kornes zusätzlich dem Boden Stickstoff zuführen Leistung der Leguminosen: Einsparung von Stickstoff und Steigerung des N-Vorfruchtwertes Schlussfolgerungen
Umweltkosten der technischen Stickstoff-Fixierung CO 2 + H 2 O Photosynthese Erdgas (Erdöl, Kohle) Technische Stickstoffixierung 498,4 kj/mol aus fossilen Energieträgern 400 C bis 500 C 150 bis 250 bar Überdruck 3 H 2 Eisen- oder molybdänhaltiger Katalysator N 2 2NH 3 Haber-Bosch-Verfahren Reaktor Mineralische N-Düngemittel
Benötigte Energiemenge zur Bereitstellung von 200 kg mineralischer N-Düngemittel entspricht in etwa dem Energiegehalt von 230 l Diesel
Kosten der Bereitstellung 1 kg Mineral-N 1)2) 49,1 MJ aus fossilen Energieträgern 2984 g CO 2 15,1 g N 2 O + 7,45 g CH 4 Emission 4836 g CO 2 Klimarelevanz 7820 g CO 2 1) aus Patyk & Reinhardt (1997) 2) IPCC (1995) Klimarelevanz in der aktuellen N-Düngemittelbereitstellung: 5844 g CO 2 je kg N (ART 2007, Wendrock 2008) entspricht ca. 40 km Fahrt mit PKW (150 g CO 2 /km)
Emissionen durch die Bereitstellung mineralischer N-Düngemittel Emissionen aus mineralischen N- Düngemitteln (CO 2 -Äquivalent in t) 2,0 Mio 1,8 Mio 1,6 Mio 1,4 Mio 1,2 Mio 1,0 Mio 0,8 Mio 0,6 Mio 0,4 Mio 0,2 Mio ca.10 Mio t CO 2 -Äquivalente a -1 0 BW BY BB HE MV NS NW RP SL SN ST SH TH Abb. 4: Jährliche Emissionen klimarelevanter Spurengase (in t CO 2 - Äquivalente) durch die in den Bundesländern abgesetzten mineralischen N-Düngemittel (Mittel der 2002 bis 2009) (Wendrock & Schmidtke 2011)
Umweltleistungen der symbiotischen Stickstoff-Fixierung CO 2 + H 2 O Photosynthese Erdgas (Erdöl, Kohle) Technische Stickstoffixierung 498,4 kj/mol aus fossilen Energieträgern 400 C bis 500 C 150 bis 250 bar Überdruck 3 H 2 Eisen- oder molybdänhaltiger Katalysator N 2 2NH 3 CO 2 + H 2 O Haber-Bosch-Verfahren Reaktor Biologisch-regenerative Stickstoffixierung 570 kj/mol Photosynthese aus Photosyntheseprodukten Atmosphärendruck 2 C bis 35 C Kohlehydrate 6e - + 6 H + Eisen- Molybdän-Protein: Nitrogenase N 2 2NH 3 Mineralische N-Düngemittel Aminosäuren Ureide Knöllchenbakterium Ressourcenschonung
260.000 240.000 220.000 200.000 180.000 160.000 140.000 120.000 100.000 80.000 60.000 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Körnerleguminosen Futterleguminosen Abb. 5: Entwicklung der Anbaufläche von Körner- und Futterleguminosen in Deutschland in den Untersuchungsjahren 2002 bis 2009 (in ha, Statistisches Bundesamt 2002-2009) Ressourcenschutz
Deutschland: zwischen 45.435 t N (2003) und 75.401 t N (2007) Ackerbohne: bis 230 kg N ha -1 (SH, NW); Anteil 0,1 % Luzerne Reinsaat: bis 340 kg N ha -1 (MV); Anteil 0,3 % Symbiotische N 2 -Fixierleistung (t) 80.000 60.000 40.000 20.000 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Abb. 6: Symbiotische N 2 -Fixierleistung der Leguminosen im Ackerbau in Deutschland im Mittel der Jahre 2002 bis 2009 (in t) (Wendrock & Schmidtke 2011)
hierdurch wurde eine Emission in Höhe von rd. 400.000 t CO 2 -Äqui- Valente vermieden (Mittel 2002-2009) Eingesparte Emissionen (CO 2 -Äquivalent in t) BW BY BB HE MV NS NW RP SL SN ST SH TH Abb. 7: Jährlich eingesparte Emissionen durch die symbiotische N 2 -Fixierung der Leguminosen im Ackerbau in den Bundesländern (in t CO 2 -Äquivalente a -1, Mittel 2002 bis 2009) (Wendrock & Schmidtke 2011)
Monetäre Bewertung der symbiotischen N 2 -Fixierleistung von Leguminosen in Deutschland: bei 880 je t Mineral-N = 58,6 Mio Abb. 8: Anteil der symbiotischen N 2 -Fixierung an der Gesamtmenge eingesetzten Stickstoffs aus mineralischen N-Düngemitteln und symbiotischer N 2 -Fixierung (Wendrock & Schmidtke 2011) Eigene Abbildung Bundesamt für Kartographie und Geodäsie
Fazit 1. Mit dem Anbau von Körnerleguminosen wird eine Unterbrechung von Infektionsketten in getreidereichen Fruchtfolgen erzielt Leistung der Leguminosen: Mehrertrag der Getreidefolgefrucht um 9 bis 15 dt/ha 2. Körnerleguminosen können sich vollständig selbst mit Stickstoff über die Symbiose versorgen und können auch bei Ernte des Kornes zusätzlich dem Boden Stickstoff zuführen Leistung der Leguminosen: Einsparung von Stickstoff und Steigerung des N-Vorfruchtwertes 3. Nutzung symbiotischer Stickstofffixierung beim Anbau von Leguminosen ist aktiver Klimaschutz Leistung der Leguminosen: Klimaschutz und 58 Mio je a -1 Einsparung Schlussfolgerungen
1. Körnerleguminosentag Vom Anbau bis zur Verwertung 22. November 2011 Haus Düsse Was macht die Körnerleguminosen für die Fruchtfolge so interessant? Prof. Dr. agr. Knut Schmidtke Fachgebiet Ökologischer Landbau Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Einleitung Grundlagen und Vorgehensweise Ergebnisse Zusammenfassung 10 Monetäre Bewertung der symbiotischen N 2 -Fixierleistung von Leguminosen Anwendung der Menge an symbiotisch fixiertem Stickstoff bei Kosten von 880 je Tonne mineralischem N-Düngemittel (Wirtschaftsjahr 2007/2008, STATISTISCHES BUNDESAMT 2008) entspricht jährliche Kostenersparnis in Deutschland von rund 58,6 Mio
Einleitung Grundlagen und Vorgehensweise Ergebnisse Zusammenfassung 8 Beispiel für Einsparung durch Ausweitung des Leguminosenanbaus» Aufwand Stickstoff je Hektar landwirtschaftlich genutzter Fläche 110,8 kg ha -1 (Wirtschaftsjahr 2007/2008, STATISTISCHES BUNDESAMT 2008)» mittleren Emissionsfaktor von 5.917 kg CO 2 -äquivalente Emissionen je t N (Wert für Deutschland, Mittel der Untersuchungsjahre) = Einsparung von 656 kg CO 2 -äquivalenten Emissionen je Hektar
Einleitung Grundlagen und Vorgehensweise Ergebnisse Zusammenfassung 10 Monetäre Bewertung der symbiotischen N 2 - Fixierleistung von Leguminosen» Anwendung der Menge an symbiotisch fixiertem Stickstoff bei Kosten von 880 je Tonne mineralischem N-Düngemittel (Wirtschaftsjahr 2007/2008, STATISTISCHES BUNDESAMT 2008) = jährliche Kostenersparnis in Deutschland von rund 58,6 Mio
Ackerbaubetrieb 2005 Anteil in der Fruchtfolge 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Winter- Futtergerste Eruca-Raps Non-Food-Raps (Biodiesel) Zuckerrübe Sonnenblume Körnererbse Winter-Brotweizen Speisekartoffel Ackerbohne 10% 0% 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 Stickstoffpreis ( /kg N) Abb. 6: Veränderung des optimalen Anbauplanes eines sächsischen Modell-Ackerbaubetriebes in Abhängigkeit vom Preis Kalkammonsalpeter-N (Gocht & Schmidtke 2007)
Gemischtbetrieb 2005 350 LN des Modellbetriebs (ha) 300 250 200 150 100 50 Futtergerste Eruca-Raps Zuckerrübe Sonnenblume Grünland - Koppelweide Silomais Non-Food-Raps (Biodiesel) Körnererbse Winter-Brotweizen Kleegras- Grünfutter (mehrjährig) Speisekartoffel Ackerbohne 0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 Stickstoffpreis ( /kg N) Abb. 7: Veränderung des optimalen Anbauplanes eines sächsischen Modell-Gemischtbetriebes in Abhängigkeit vom Preis Kalkammonsalpeter-N (Gocht & Schmidtke 2007)
Tab. 7: Ertrag an Trockenmasse und symbiotisch fixierter N-Menge in Spross und Wurzel von Luzerne, Rotklee und Persischem Klee im 1. Hauptnutzungsjahr (Jung 2003) TM-Ertrag [dt TM ha -1 ] N 2 -Fixierleistung [kg N ha -1 ] Luzerne 1) 207 409 Rotklee 1) 186 361 Persischer 103 165 Klee 2) 1) nach Blanksaat im August des vorhergehenden Jahres (Mittel 3 Sorten) 2) nach Blanksaat im April des Hauptnutzungsjahres (Mittel 2 Sorten)