N-Dünger: Fluch oder Segen

N-Dünger: Fluch oder Segen Mit intelligenten Düngungssystemen für die Zukunft gerüstet 22. Fachtagungen Düngung der SKW Piesteritz 2016 Michael Fuchs SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH Landwirtschaftliche Anwendungsforschung Cunnersdorf

Gliederung 2» Fluch oder Segen die beiden Gesichter der Stickstoffdüngung» N-Stabilisierung Funktionsweise und Umweltwirkungen» Neue Düngeverordnung wesentliche Änderungen Lösungsmöglichkeiten mit N-stabilisierten Düngungssystemen 29. Januar 2016

Fluch oder Segen Die Tageszeitung DIE WELT vom 23.08.2011 29. Januar 2016 3

Fluch oder Segen Zwei Gesichter des Stickstoffs Weltbevölkerung NO2-Emisionen (Tg N) Mineraldüngereinsatz (Tg N) Gesamter antropogener N (Tg N) Biologische Fixierung Landwirtschaft (Tg N) Sicherung der Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung Haber- Bosch Steigerung der Nahrungsmittelproduktion auf nahezu gleichbleibender Ackerfläche Steigerung der Menge reaktiven Stickstoffs in der Umwelt Umweltschädliche N-Wirkungen (Emissionen, Austrag in Gewässer) Quelle: Stickstoff Zuviel des Guten?, UBA 2010 29. Januar 2016 4

Fluch oder Segen Landwirtschaftliche Nutzfläche Quelle: IVA-Broschüre wichtige Zahlen 2014-15 29. Januar 2016 5

Fluch oder Segen Düngung = Ernährungssicherung Die Mineraldüngung ernährt heute bereits etwa 50 % der Weltbevölkerung Quelle: Erismann et al.; Nature Geoscience 2008, in IVA-Broschüre wichtige Zahlen 2014-15 29. Januar 2016 6

Ertrag (dt/ha) Fluch oder Segen Wege zur Ertragssteigerung Züchtung Ertragspotenzial Resistenzen gegen Krankheiten und Schädlinge Anpassung an Standorte Qualitätsverbesserung/-eigenschaften Nährstoffeffizienz Landtechnik erhöhte Leistungsfähigkeit innovative Techniken verbesserte Arbeitsqualität Pflanzenschutz angepasste Nährstoffversorgung 100 80 60 40 20 0 ohne N ohne PSM Roggen-Ertrag (dt/ha), 1989-2005 44 44 + 5 44 + 21 44 + 44 ohne N mit PSM mit N ohne PSM Quelle: Deike, Palut, Christen, 2007 mit N mit PSM 29. Januar 2016 7

Fluch oder Segen N-Überschuss in der Flächenbilanz 8 N-Bilanz (60 kg/ha N, 50 kg/ha N ab 2018) Deutschland, Mittel 2007 2010 (Frede 2014) 29. Januar 2016

Fluch oder Segen Zusammenhang N-Saldo und Nitrataustrag Optimierung N-Management, Schriftenreihe des LfULG, Heft 25/2010 Tolerabler Nitrataustrag 23 kg N/ha 29. Januar 2016 9

N-Bilanzüberschuss (kg N/ha) N-Bilanzflächenüberschüsse Trend 1999-2009 10 120 100 80 60 40 20 0 1999 2003 2005 2007 2008 2009 Linear (BY) Linear (BB) Linear (MV) Linear (Nds) Linear (SN) Linear (SAT) Linear (TH) Linear (SH) Quelle: Nitratbericht 2012 29. Januar 2016

Fluch oder Segen N-Verluste nach REPRO Nitratauswaschung 29 67 kg N ha -1 Ammoniakemissionen 4 20 kg N ha -1 Denitrifikation 11 16 kg N ha -1 Optimierung N-Management, Schriftenreihe des LfULG, Heft 25/2010 Berechnungen nach REPRO der teilnehmenden Betriebe (n=16) Problem Klimawandel: Milde, nasse Winter Stetige Mineralisation Geringe Pflanzenaufnahme Zunahme Nitrat- und Denitrifikationsverluste 29. Januar 2016 11

Fluch oder Segen Stickstoff im lw. Kreislauf und nicht in der Umwelt N-Dünger und sauberes Wasser Beides soll bzw. muss erhalten bleiben!!! 29. Januar 2016 12

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2020 NH 3 -Emissionen [kt/a] Fluch oder Segen Politische Vorgaben Ammoniak-Emissionen 700 600 500 574 548 560 545 NEC (2010) 550 kt Kommissionspläne (2030) 400 300 energy industry solvent etc. -29% (-39%) Korrektur Dez. 2015 200 mineral fertilizer cattle 100 grazing pigs poultry 0 horses other Quelle: in Anlehnung an Döhler, H. 2014, UBA 2014

Fluch oder Segen Entwicklung N 2 O-Emissionen - Deutschland Landwirtschaft Industrie 29. Januar 2016 14

Fluch oder Segen Treibhausgasemissionen im Vergleich Treibhausgas- Emissionen in der Gesamtbilanz bei optimaler N-Düngung am geringsten Quelle: Informationsserie Pflanzenernährung, Fonds der Chemischen Industrie im VCI e.v., 2012 29. Januar 2016 15

Fluch oder Segen Fluch = zu viel Stickstoff in der Umwelt Quelle: P. Ritschel, Thüringer Düngungs- und Pflanzenschutztagung 2015 29. Januar 2016 16

Fluch oder Segen Genug Fluch Für Segen/Aufklärung sorgen Verbraucherumfrage: Sollte die Verwendung von Dihydrogenmonoxid in der EU verboten oder reglementiert werden? Ergebnis: ca. 75% waren dafür und nur ca. 10% dagegen Dihydrogenmonoxid klingt aber auch viel gefährlicher als Wasser 29. Januar 2016 17

N-Stabilisierung - Funktionsweise und Umweltwirkungen Nitrifikation und deren Beeinflussung ohne NI ca. 50% in 1 Woche (20 C) 6 Wochen (5 C) mit NI 5-8 Wochen (20 C) 10-14 Wochen (5 C) 29. Januar 2016 19

N-Stabilisierung - Funktionsweise und Umweltwirkungen Grundvoraussetzungen für Nitrifikationsinhibitoren Ammoniumhaltige Mineraldünger (>50%) organische Dünger (Gülle, Gärrückstände) Geeignete Nitrifikationsinhibitoren selektive Wirksamkeit (Enzymaktivität der Nitrosomonas) toxikologische und ökotoxikologische Unbedenklichkeit Abbauverhalten Formulierbarkeit am Düngemittel Pflanzenverträglichkeit keine Resistenzprobleme 29.01.2016 20

N-Stabilisierung - Funktionsweise und Umweltwirkungen Zulassung per Gesetz IVA 29. Januar 2016 21

Ertrag/N-Entzug (relativ) N-Stabilisierung - Funktionsweise und Umweltwirkungen Langzeitanwendung von ALZON flüssig in einer Fruchtfolge Einfluss der Düngung mit ALZON flüssig auf Ertrag und N-Entzug (Mittelwerte statischer Dauerversuch 2 Standorte, 1994-2014, n=34) 110 100 Ertrag 100 100 104 103 97 90 N-Entzug 84 80 70 62 60 50 44 40 ohne N AHL 28 ALZON flüssig (100%) LSD 0,05 rel. = 2,9 (Ertrag), 4,0 (N-Entzug) ALZON flüssig (70%)

N-Stabilisierung - Funktionsweise und Umweltwirkungen Einfluss der Witterung auf die Mehrerträge im Dauerversuch

N-Stabilisierung - Funktionsweise und Umweltwirkungen Lysimeter-Untersuchungen Fruchtfolge: WW WG Weidelgras Kartoffeln WW Kartoffeln N-Düngung: Ø 122 kg N/ha, Harnstoff Bodentyp Nitrifikations- inhibitor N-Austrag mit dem Sickerwasser kg N/ha % Minderung erodierte ohne 50,8 Braunerde mit 30,9 39 Bleichstaugley ohne 19,4 mit 9,2 51 Braunerde ohne 33,0 Parabraunerde mit 21,3 35 Lysimeter Blösien 1982-87 29. Januar 2016 24

Lachgasemission (g N/ha) Lachgasemissionen mindern 25 700 600 500 400 300 200 100 Kummulative Lachgasemissionen LAF Cunnersdorf 2011-14 (n=4) 65 543-56% 250 Minderung durch: verlangsamte Nitratbildung weniger Nitrat im Boden Lachgas extrem klimaschädigend Minderungsmaßnahmen sind zu erwarten! 0 ohne N KAS ALZON 46 Düngung: 100 kg N/ha Frisch eingearbeitete org. Substanz Hohe Wassersättigung im Boden Quelle: Thiel et al.; Effekte der Nitrifikationsinhibierung auf die N2O-Freisetzung nach Mineraldüngung auf einem sandigen Lehm-Standort: Versuchsergebnisse 2011-2014, Jahrestagung DBG 2015 29. Januar 2016

Neue DüV Wesentliche Änderungen 27» Bundeseinheitliche Regelung Düngebedarfsermittlung (Dokumentation und Umsetzung Nichteinhaltung bußgeldbewehrt)» Präzisierung Beschränkungen bei der Düngerausbringung» Verlängerung Sperrfristen» Ausweitung Abstände zu Gewässern» Bis 2018 max. N-Bilanzüberschuss bis 60 kg N/ha (Ø 3 Jahre)» Ab 2018 Absenkung auf 50 kg N/ha» Bundeseinheitliche Vorgaben Fassungsvermögen für Lagerung von Wirtschaftsdüngern 29. Januar 2016

Neue DüV Düngebedarfsermittlung 28» + N-Sollwert ertragsabhängig (Ø Ertrag letzte 3 Jahre)» - N min» - Humusgehaltskorrektur (>4,5% Abschlag 20 kg N/ha)» - Vorfrucht (Raps -10, Leguminosen -20, Getreide, Mais, Kartoffel ± 0 kg N/ha)» - Nachlieferung org. Düngung» = mögliche/notwendige Düngung»! Mindestwerte MDÄ org. Dünger»! Keine Strohausgleichsdüngung»! Stark eingeschränkte Herbstdüngung 29. Januar 2016

Neue DüV Stickstoffbedarfswerte/Sollwerte Ackerkulturen Kultur Ertragsniveau in dt/ha N-Bedarfswert in kg/ha Zu-/Abschlag Winterraps 40 200 (5 dt) 10/15 Winterweizen A,B 80 230 (10 dt) 10/15 Winterweizen C 80 210 (10 dt) 10/15 Winterweizen E 80 260 (10 dt) 10/15 Wintergerste 70 180 (10 dt) 10/15 Sommergerste 50 140 (10 dt) 10/15 Körnermais 90 200 (10 dt) 10/15 Silomais 450 200 (50 dt) 10/15 Zuckerrübe 650 170 (100 dt) 10/15 Kartoffel 400 180 (50 dt) 10/10 Basis = Ertragsniveau der letzten 3 Jahre, Zuschläge max. 40 kg N/ha, Kart. max. 30 kg N/ha

Neue DüV Wirksamkeit organischer Dünger Düngemittel Mindestwirksamkeit im Jahr des Aufbringens in % des Gesamtstickstoffgehaltes Rindergülle 50 Schweinegülle 60 Rinder-, Schaf- und Ziegenfestmist 25 Schweinefestmist 30 Hühnertrockenkot 60 Rinderjauche 90 Schweinejauche 90 Grünschnittkompost 3 Sonstige Komposte 5 Biogasanlagengärrückstand flüssig 50 Biogasanlagengärrückstand fest 30 30

Neue DüV N-Verluste und -Verfügbarkeitsprobleme Winter Denitrifikation N 2 NO x N 2 O N-Düngung mineralisch organisch NH 3 org. Dünger Sommer Mineralisation NO 3 - Schlechte Befahrbarkeit Verfügbarkeitsprobleme Verlagerung Wassersättigung im Boden 31

Neue DüV Lösungsansätze Wintergetreide 32» N-Menge und Ertragsziel nach DüV» Wetter verstärkter Trend zu trockenen Vegetationsperioden» Aufteilung in mehrere Gaben? (Wirksamkeit, Abschätzung Ertragspotential)» Möglichst frühe und hohe Gaben? (N-Verlustrisiko, N-Verfügbarkeit)» Bestandesdichten nicht zu hoch (Förderung Hauptähren, Reduzierung unproduktiver Triebe, Minderung Transpirationsfläche, geringerer Wasserverbr.)» Wurzelwachstum fördern (Trockenperioden, Nährstoffaufnahme)» Gülle/Gärrückstand früh und hohe Mengen einarbeiten/einschlitzen 29. Januar 2016

Neue DüV Positiver Einfluss von NH 4 auf das Wurzelwachstum Nitrat Ammonium Nitrat ALZON 46 Gerendas et al. 1997 29. Januar 2016 33

Neue DüV N-stabilisierte Düngung Winterweizen 2007 N 10B-07-C 25.04.2007 ohne N konv. N-Dünger 60 VB 70 ES 32 50 ES 49/51 ALZON 100 VB 80 ES 37

Kornertrag (dt/ha) Neue DüV ALZON -Düngungssysteme in Winterweizen (geeignet/ungeignet) 130 Kornertrag [dt/ha] von Winterweizen bei Anwendung verschiedener N-stabilisierter Düngungssysteme im Mittel aus 5 Jahren (Cunnersdorf 2009-2013) 120 110 100 102,9 104,9 104,0 105,5 100,8 102,7 90 80 70 60 57,5 50 40 ohne N PIAGRAN 46 ALZON 46 ALZON 46 ALZON 46 ALZON 46 KAS 70/80/50 100/100 100/100 100/100 200 70/80/50 VB/32/51 VB/32 VB/37 vor VB/32 VB VB/32/51 LSD 0,05 = 2,9 dt/ha)

Kornertrag (dt/ha) Rohprotein (%) Neue DüV ALZON 46/GetreidePower - Winterweizen 2015 (WW-N52-15-Z) 36 120 100 Kornertrag (dt/ha) Rohprotein (%) Kornertrag (dt/ha) und Rohprotein (%) ZALF Dedelow 89,0 89,2 94,5 93,1 20 80 15 60 55,1 10,8 13,2 12,1 12,7 13,0 10 40 5 20 0 BBCH Datum kg N/ha ohne N PIAGRAN 46 ALZON 46 GetreidePower GetreidePower - VB/32/49-51 VB/37 VB/37 vor VB/32 5.3/16.4/28.5 5.3/7.5 5.3/7.5 20.2/16.4-60/80/60 100/100 90/110 90/110 0 GP = GetreidePower = Mischdünger aus 58% ALZON M-plus + 42% PIAMON 33-S (40% N; 5% S) 29. Januar 2016 Sorte: Opal Aussaat: 19.9.2014 GD 5% Ertrag = 6,6 dt/ha GD 5% Rohprotein = 0,76%

Neue DüV Obergrenze organische Düngung Wirtschaftsdünger nur bis zu 170 kg Gesamt-N je ha und Jahr im Durchschnitt der landwirtschaftlich genutzten Flächen Einbeziehung Gärrückstände pflanzlicher Herkunft Unverzügliche Einarbeitung (4 Std.) http://www.allmystery.de/ 37

Neue DüV Sperrfristen und N-Mengen im Herbst Ackerland nach der Ernte der letzten Hauptfrucht bis 31. Januar Winterraps, Zwischenfrüchte, Feldfutter (Aussaat bis 15. 09.) Wintergerste nach Getreide 60 kg Gesamtstickstoff/ha bzw. 30 kg NH 4 -N/ha bis zum 01. Oktober Grünland und Ackerland mit mehrjährigen Feldfutterbau (Aussaat bis 15. Mai) vom 01. November bis 31. Januar Forderung der EU: 1. September (z.b. Holland) 38

Neue DüV Sperrfristen organische Düngung Ackerland Grünland* Festmist** Monate 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 * Grünland und Ackerland mit mehrjährigem Feldfutteranbau ** Festmist von Huf- und Klauentieren, Komposte, feste Gärrückstände Keine Strohausgleichsdüngung mehr möglich!!! Quelle: Wendland 2015 39

Neue DüV Konsequenzen für die organische Düngung 40» Weniger Ausbringung im Herbst» Verschiebung in das Frühjahr (Verlustrisiko, Schlagkraft, Befahrbarkeit?)» Mehr Lagerraumbedarf» Umgestaltung der Fruchtfolgen (Stoppelweizen, Raps, Mais)» Verstärkter Zwischenfruchtanbau Fotos: NQ-Anlagentechnik GmbH, LWK NRW 29. Januar 2016

MDÄ (%) Neue DüV N-Wirksamkeit von Gülle/Gärrest 65 60 55 Mittlere pflanzenbauliche N-Wirksamkeit (MDÄ) von Gülle im Ausbringungsjahr (in Anlehnung an Werte aus Umsetzung der Düngeverordnung, Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft 2007 und eigene Ermittlungen) Wi-Getr. Mais 50 45 40 35 30 Optimaler Anwendungszeitraum für Nitrifikationshemmer Sept. Okt. Febr. März April Mai Juni 41

Gefahr von Ammoniakverlusten bei später Ausbringung ist groß (keine Einarbeitung, hohe Temperaturen)

Ertrag/N-Entzug (relativ) PIADIN zu Gülle und Gärrückständen Einfluss von PIADIN auf Ertrag und N-Entzug 120 (Mittel der Jahre 2003 bis 2014) 115 110 105 Ertrag rel. N-Entzug rel. 103 105 109 107 107 112 100 BB 100 % = ohne PIADIN 95 90 81,3 dt/ha LSD 0,05=1,8% 129 kg N/ha LSD 0,05=2,4% 93,0 dt/ha LSD 0,05=4,5% 122 kg N/ha LSD 0,05=4,5% 163 dt/ha TM LSD 0,05=2,1% Getreide Körnermais Silomais n=28 n=11 n=35 182 kg N/ha LSD 0,05=2,8% 29. Januar 2016 43

Kornertrag (dt/ha)/n-entzug (kg N/ha) Neue DüV PIADIN Wintergerste 2015 (WG-N15-15-C) 44 160,0 140,0 120,0 100,0 Kornertrag (dt/ha) 123,7 116,3 98,2 102,3 N-Entzug (kg N/ha) 143,4* 130,3* 113,4 98,0 103,9 106,2 80,0 60,0 59,2 60,5 40,0 Datum ohne N Gülle Gülle + PIADIN Gülle Gülle + PIADIN Gülle + PIADIN (Herb.) GP** (Fj.) - 18.2 18.2 5.3 5.3 24.9/10.4** kg N/ha - 160 160 150 150 60/100** Gülleausbringung: eingeschlitzt Sorte: Anja Aussaat: 27.9 GD 5% Ertrag = 9,3 dt/ha GD 5% N-Entzug= 13,9 kg N/ha GP-GetreidePower (58% ALZ Mplus + 42% PIAMON 33-S) ** = sign.. Effekt 29. Januar 2016

FM-Ertrag (dt/ha) Neue DüV Gülle + PIADIN frühe späte Ausbringung Frischmasseertrag von Mais bei Gülleausbringung 4 Wochen vor und kurz vor der Maissaat (2015) 370 ohne NI PIADIN 365 360 355 350 353 355 345 340 335 330 329 337 325 320 Mitte März Mitte April 135 kg anrechenbarer Gülle-N/ha = 55m³/ha

TM, Energieertrag/N-Entzug (relativ) Neue DüV Gülle + PIADIN im Strip-Till-Verfahren 120 Einfluss von Gülle-Strip-Till im Frühjahr ohne und mit PIADIN auf den Ertrag von Mais 115 110 105 100 TM (rel.) Energieertrag (rel.) N-Entzug (rel.) 105 100 100 100 101 101 104 104 109 95 90 Gülle breit + min. UFD Gülle UFD ohne PIADIN Gülle UFD mit PIADIN Quelle: HARMS, K.G., LWK Niedersachsen, Innovation 1/2013

NH4-N im Gülleband (%) Neue DüV Gülle + PIADIN im Strip-Till-Verfahren Mehr Ammoniumstickstoff nutzbar durch PIADIN 110 24 Tage nach Injektion 61 Tage nach Injektion 90 70 50 68-46% 86-37% 49 30 22 10 ohne NI PIADIN Quelle: OLFS et al., dlz Special Gülledüngung 2015

Korn- bzw. Trockenmasseertrag (relativ) Neue DüV ALZON flüssig zu Mais 2000-2014 Mit ALZON lassen sich Korn- bzw. Trockenmasseertrag (relativ) 110 N-Bilanzüberschüsse wirksam 105 begrenzen! 100 100 Mais erzielt mit ALZON - 95 Düngemitteln bei um 10..max.20% 96,1 90 88 dt/ha verminderter N-Düngung das 85 annähernd gleiche Ertragsniveau 80 wie mit 100% traditionell gedüngt. ohne N PIASAN 28 Gleichfalls kann die N-Ausnutzung (100%) von Gülle/Gärrückstand mittels PIADIN um N-Düngung: 140 kg N/ha 102 ALZON flüssig (100%) 99 ALZON flüssig (70-80%) 1 Gabe 1 Gabe 1 Gabe n=18 n=18 n=18 n=17 5% (Getreide) bis 12% (Mais) verbessert werden. Michael Fuchs, SKW Piesteritz/Lanwirtschaftliche Anwendungsforschung Cunnersdorf

Fluch und Segen der Stickstoffdüngung 49» Fluch = Entweichen von reaktivem N in die Umwelt» Nitrat» Lachgas (+N 2 )» Ammoniak» Vermeidbare Verluste» Unvermeidbare Verluste» N-Verluste auch ohne N-Dg.» N-Verluste auch im Ökolandbau» Segen = höhere Erträge» Ernährungssicherung» Geringerer Landverbrauch» Bessere Ressourcennutzung» Zusätzlicher Segen NI» Weniger Nitrat und Lachgas» Helfen bei der Umsetzung der Forderungen der neuen DüV» Mehr N in der Pflanze weniger in der Umwelt» Positiv für den Klimawandel» Mehr Ertrag weniger Arbeit 29. Januar 2016 Fuchs, SKW Stickstoffwerke Piesteritz GMBH/LAF Cunnersdorf 2015

Fluch relativieren für Segen sorgen Quelle: agrarmanager 02/2015 29. Januar 2016 50

SKW- Fachtagung Düngung 2016/17 Termine und Orte 18.01.2017 Ziegenhagen (ST) 19.01.2017 Wittenberg (ST) 25.01.2017 Cdf./Machern (SN) 26.01.2017 Bösleben (TH) 01.02.2017 Strausberg (BB) 02.02.2017 Linstow (MV) 22. SKW-Feldtag 8.06.2016 Cunnersdorf (SN) 51

Energieeinsatz der N-Düngung durch Energiegewinn des Mehrertrages mehr als gerechtfertigt Quelle: Informationsserie Pflanzenernährung, Fonds der Chemischen Industrie im VCI e.v., 2012 29. Januar 2016 52