Nährstoffe Kommen wir im Jahr 2025 zu geschlossenen Nährstoffkreisläufen? Jutta Rogasik und Ewald Schnug
Was sind geschlossene Nährstoffkreisläufe?
Natürliche Ökosysteme zeichnen sich durch weitgehend geschlossene Nährstoffkreisläufe aus. Durch die weitgehende Entkoppelung von Tierhaltung und Pflanzenproduktion sind die Nährstoffkreisläufe in der Landwirtschaft einerseits überfrachtet, andererseits völlig offen, so dass der mit dem Verkauf pflanzlicher Produkte verbundene Nährstoffexport durch Düngerzukauf ausgeglichen werden muss. Sinnvolle Gestaltung der globalen Stoffkreisläufe!!!
N Stickstoff Ackerbau und Umwelt heute 2025? Geschlossener N-Kreislauf? NEIN hohe N-Überschüsse NH 3 - und N 2 O Emission NO 3 Auswaschung N-Eutrophierung Treibhauseffekt Akzeptable N- Bilanz-Überschüsse Flächenbilanz < 40kg ha -1 N Gesamtbilanz < 80kg ha -1 N N-Effizienz unbefriedigend! Flächenbilanz 60% Gesamtbilanz 30% Verbesserung der N-Effizienz
Schema des N-Kreislaufes
Einfluss von Bodenbearbeitung und Düngung auf Ertrag und Qualität von Zuckerrüben
N min -Konzentration im Bodenprofil als Funktion der N-Bilanzsalden (Müncheberg, V140/00, 0-50cm) 20 N min [mg kg -1 ] 15 y = 5,72 + 0,111x r = 0,77 10 5 ungedüngt NPK NPK+Stm 1 NPK+Stm 2 NPK+Stroh 0-40 -20 0 20 40 60 80 N - Bilanzsaldo [kg ha -1 ]
Einfluss der Bodenbearbeitungsintensität auf umweltrelevante Bodeneigenschaften
Stickstoffeffizienz [%] N-Effizienz für Flächen- und Gesamtbilanz in Deutschland 70 60 Flächenbilanz 50 40 30 Gesamtbilanz 20 10 0 1985 1990 1995 2000
Stickstoffflächenbilanz der Bundesrepublik Deutschland und Möglichkeiten der Reduzierung des Stickstoffüberschusses Parameter 1991-1993 2000-2002 Reduktionsszenario N-Input [kg ha -1 ] 210,5 212,0 204,5 Dünger Mineraldünger organische Stoffe Input tierischer Exkremente Anfall tierischer Exkremente Lager- und Ausbringverluste Sonstige N-Input Deposition Biologische N-Fixierung Saat- und Pflanzgut 105,0 103,1 1,9 67,0 87,9 21,0 38,5 23,0 14,3 1,2 N-Output [kg ha -1 ] 111,2 113,3 110,5 2,8 60,9 80,2 19,4 37,8 23,0 13,6 1,2 128,9 105,0 105,0 0-5 % -100 % 62,8 80,2 17,4-10 % 36,7 21,9 13,6 1,2 128,9-5 % Feldfrüchte Futterpflanzen Koppelprodukte 51,1 58,9 1,2 N-Saldo [kg ha -1 ] 99,3 65,8 61,7 1,4 83,1 65,8 61,7 1,4 75,6-10 %
N-Saldo [kg ha -1 ] Entwicklung der N-Bilanzsalden für Flächen- und Gesamtbilanz Bundesrepublik Deutschland 150 Gesamtbilanz: y = -7,13ln(x) + 134 r 2 = 0,48 Prognose 2025 79 kg ha -1 N 100 50 Flächenbilanz: y = -9,71ln(x) + 105 r 2 = 0,75 31 kg ha -1 N 0 1991 1993 1995 1997 1999 2001
N Stickstoff Ackerbau und Umwelt heute 2025? Geschlossener N-Kreislauf? NEIN hohe N-Überschüsse NH 3 - und N 2 O Emission NO 3 Auswaschung N-Eutrophierung Treibhauseffekt Akzeptable N-Bilanzüberschüsse Flächenbilanz < 40kg ha -1 N Gesamtbilanz < 80kg ha -1 N N-Effizienz unbefriedigend! Flächenbilanz 60% Gesamtbilanz 30% Verbesserung der N-Effizienz
P Phosphor Ackerbau und Umwelt heute 2025? Geschlossener P-Kreislauf? JA hohe P-Überschüsse in Veredlungsbetrieben P-Eutrophierung und Verlagerung im Boden P-Verluste durch Erosion und Runnoff ausgeglichene P-Bilanz, aber P ist eine sehr knappe Ressource Rückführung von P aus Sekundärrohstoffen P-Eutrophierung von Oberflächen- und Grundwasser Ressourcenvergeudung
Phosphorbilanzen für drei Betriebstypen Durchschnittswerte in kg ha -1 P für die Wirtschaftsjahre 1995/96 Marktfrucht Futterbau Veredlung Zufuhr gesamt 13 17 41 Entzug durchmarktprodukte 22 12 20 Überschuss - 9 5 21 Hans-Georg Frede, 2003
P DL [mg kg -1 Boden] Beziehung zwischen kumulativem P-Bilanzüberschuss und Gehalt des Bodens an DL-löslichem P (0-25 cm Bodentiefe, kumulativ 25 Versuchsjahre) 250 200 150 V 140/01 V 140/02 V 140/03 V 140/04 100 50 y = 0,0622x + 60,6 r 2 = 0,9206 n = 56 0 0 500 1000 1500 2000 P-Bilanzüberschuss [kg ha -1 ]
kg ha -1 P Phosphor: Bilanzparameter für die Bundesrepublik Deutschland 50 40 30 P Input P mineralisch P organisch P Output Ackerfrüchte Futterpflanzen 20 10 0 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 Jahre 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Phosphoreintrag [t a -1 P] P-Einträge in die Gewässer Deutschlands (nach Behrendt et al., 1999) 100.000 80.000 93.540 t a -1 P 1985-1987 Reduktion -60% 37.250 t a -1 P 1993-1997 60.000 73.148 40.000 20.000 20.392 16.651 20.599 0 Kläranlagen Urbane Flächen Industrie Erosion Grundwasser Runoff Dränage Deposition
P Phosphor Ackerbau und Umwelt heute 2025? Geschlossener P-Kreislauf? JA hohe P-Überschüsse in Veredlungsbetrieben P-Eutrophierung und Verlagerung im Boden P-Verluste durch Erosion und Runnoff ausgeglichene P-Bilanz, aber P ist eine sehr knappe Ressource Rückführung von P aus Sekundärrohstoffen P-Eutrophierung von Oberflächen- und Grundwasser Ressourcenvergeudung
Ca Calcium Ackerbau und Umwelt heute 2025? Geschlossener Ca-Kreislauf? Abnehmender Trend in der Kalkung des Ackerlandes trotz hoher unvermeidbarer Ca- Verluste (bis 380 kg ha -1 ) CaO [10 6 t] 3,0 Ausgewogene Ca-Bilanzen Kationenbelegung ist Indikator für Ca- Bedarfsermittlung 2,0 NEIN 1,0 0 Verschlechterung der Bodenstruktur geringere Infiltrationsraten Bodenversauerung CaCO 3 [t ha -1 a -1 ]
C org - Gehalt [%] C org Humus Ackerbau und Umwelt heute 2025? Geschlossener C-Kreislauf? Bewirtschaftungsbedingter Humusabbau 5 4 Waldboden Zunahme der konservierenden Bodenbearbeitung Profiltiefe 0-30 cm 30-60 cm Profiltiefe: 0-12 cm 12-24 cm 3 2 Waldrodung langjährige Ackernutzung konservierende BB konventionelle BB NEIN 1 0 N-Austrag in Hydround Atmosphäre Quantifizierung der C- Senken- und Quellenpotentiale Minimierung des Treibhauseffektes 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.3 0.4 0.5 C org [%] Humusbilanzierung ist integraler Indikator für Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit
Cd, Cr, Cu, Zn Schwermetalle Ackerbau und Umwelt heute 2025? Geschlossene SM- Kreisläufe? JA deutliche Reduktion des Schadstoffeintrages erreicht Aber: Eintrag > Austrag Gesamteintrag von Cd in das System Boden-Pflanze- Tier/Mensch Düngemittel 30 % Deposition 50 % Wirtschaftsdünger 14 % Umsetzung des Vorsorgeprinzip Keine Anreicherung von Schwermetallen im Boden Verzicht auf schwermetallhaltige Leistungsförderer in der Tierernährung
Schwermetalleinträge und -entzüge Schwermetall Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn 0,15 6,1 2,9 0,0 1,5 0,24 4,5 Eintrag g ha -1 a -1 (Düngemittelfracht von 50 kg ha -1 a -1 P 2 O 5 ) 1,37 70 124 0,18 15,4 35 432 3,11 464 454 0,98 97,0 321 1189 Entzug g ha -1 a -1 (gewichtet über Fruchtartenanteil) 0,75 11 37 0,15 9 11 260 UBA 2001, 2003
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wir sehen uns wieder auf dem Mikronährstoff-Tag am 25.11.2004! Infos unter: www.pb.fal.de