Humus- und Nährstoffbilanzen auf Basis von EVA-Versuchsdaten unter besonderer Berücksichtigung der Düngung mit Gärresten Ergebnisse aus dem EVA-Projekt (Entwicklung und Vergleich von Anbausystemen für Energiepflanzen) Matthias Willms Methoden Welcher Anteil der Nährstoffe wird mit Gärresten zurück geführt? NawaRo 1 ha, 1-2 t/ha TM 1-25 kg N 46-92kg C Silierverlust Biogasanlage C-Nutzung Gärrest Mineraldüngeräquivalente Bodenatmung Humus Gülle 1 GV 9-13 kg N Stallverluste prinzipiell ähnlich sind C, N, S, da gasförmige Verluste auftreten. bei P, K, Mg treten keine gasförmigen Verluste auf 1
Stickstoff [kg/ha] Ergebnisse Stickstoff im Erntegut Stickstoff im Gärrest Beispiel Silomais 4 3 2 1 1 15 2 25 3 TM-Ertrag [t/ha] N-Abfuhr mit Erntegut N im Erntegut 1 % N im Substrat (abzügl. 15 % Silierverluste) N im Substrat (abzügl. Mineraldüngeräquivalent Silierverlust) 7% Wirksame N organisch N- gebunden Düngung aus Gärrest (abzügl. Silierverlust, Mineraldüngeräquiva lente) Fazit: Bei einem MDÄ von 7 für Gärreste, werden bei vollständiger Rückfuhr der Gärreste 5-6 % des geernteten N angerechnet Humusbilanzen Wie unterscheiden sich Energiepflanzen von Marktfrüchten aus Sicht der Humusbilanz? Flächenverhältnis: Anbaufläche Mais wird ausgeweitet andere Fruchtarten möglich, z. B. Sorghum Anbaudauer: Getreide kann geerntet werden: Beginn Schossen, Ende Schossen, Blüte, Teigreife, Druschreife Anbau von Zweikulturnutzungs-Systemen Einsatz von Gärresten 2
Methode Prinzip Humusbilanzierung Humussaldo Veränderungen der Humusvorräte im Boden = Humus- Reproduktionsleistung organischer Materialien Zufuhr organischer Substanzen: z. B. Stroh, Mist, Gülle, Gärrest unter Berücksichtigung von Ertrag Düngungsniveau Ackerzahl anbauspezifische Veränderung der Humusvorräte Humusmehrer, Humuszehrer Fruchtart (Anbauverfahren + Erntewurzelrückstände, Rhizodeposition) + Grafik: HÜLSBERGEN u. SCHMIDT (28), verändert VDLUFA dynamische Humuseinheiten- Methode (REPRO) Ergebnisse Bewertung der Fruchtarten EVA-Parzellenversuche, Mittelwerte aller Standorte Humus-C [kg/ha] 5-5?? -1 Silomais alle Sudangras alle Futterhirse Getreide, Hf Grünschnittroggen Wzf Humuseinheiten-Methode, dynamisch (REPRO) VDLUFA "oberer Wert" VDLUFA "unterer Wert" Einj. Weidelgras Szf Klee-, Luzerneu. Ackergras 3
Ergebnisse Bewertung von Silomais mit verschiedenen Methoden Humus-C [kg/(ha*a)] 9 4-1 -6 Saldengruppe E, sehr hoch C, optimal A, sehr niedrig -11 Az 29-31 Az 47-5 Az 65-75 Az 29-31 Az 47-5 Az 65-75 Az 29-31 Az 47-5 Az 65-75 V unt. Wert V ob. Wert Grärrest HR "mittel" Humusbedarf Saldo, HR Gärrest "mittel" Saldo, HR Gärrest "wie Gülle" Saldo, HR Gärrest "> Stallmist" Ergebnisse Rangfolge der Einflussgrößen auf den Humussaldo 1. Humusreproduktionskoeffizient von Gärrest 2. Wahl der Fruchart 3. Biogasausbeute (Wirkung auf C-Menge im Gärrest) 4. Ertragshöhe 5. Anbau von Zwischenfrüchten 6. Stroh verbleibt auf dem Feld 4
Exkurs Ergebnisse EVA, Bodentiere: Collembolenabundanzen bei unterschiedlicher Gärrestdüngung 3 25 1-15 cm 5-1 cm -5 cm Ind. 2 15 1 5 Gärrest /N 1 Gärrest 5/N 5 Gärrest 1/N Collembolen Anzahl der Collembolenindividuen in drei Bodenschichten bei unterschiedlichen Gärrestanteilen (Summe aus sechs Probenahmeterminen im Jahre 21) Exkurs Ergebnisse EVA, Bodentiere: Jahreszeitliche Aktivität Collembolen bei unterschiedlicher Gärrestdüngung Ind. 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 GR 1 GR 5 GR 22.4. 2.5. 22.6. 22.7. 23.8. 23.9. Collembolen Bodentiefe -5 cm Anzahl der Collembolenindividuen für die Bodentiefe -5 cm und unterschiedlichen Gärrestanteilen (GR) für die einzelnen Probenahmetermine des Jahres 21 (die Düngebehandlung auf den Probeflächen erfolgte am 4.5. und 6.5.21, die Maissaat am 5.5.21, kumulierte Werte über 5 Wiederholungen) - Bodenfeuchte gesteuert 5
Exkurs Ergebnisse EVA, Bodentiere: Jahreszeitliche Aktivität Milben bei unterschiedlicher Gärrestdüngung Ind. 18 16 14 12 1 8 6 4 2 GR 1 GR 5 GR 22.4. 2.5. 22.6. 22.7. 23.8. 23.9. Milben Bodentiefe -5 cm Anzahl der Milbenindividuen für die Bodentiefe -5 cm und unterschiedlichen Gärrestanteilen (GR) für die einzelnen Probenahmetermine des Jahres 21 (die Düngebehandlung auf den Probeflächen erfolgte am 4.5. und 6.5.21, die Maissaat am 5.5.21, kumulierte Werte über 5 Wiederholungen) Fazit Erfahrungen mit Humusbilanzen I + Auch komplexe Fruchtfolgen mit Energiepflanzen lassen sich mit Humusbilanzen bewerten + Wesentlich für den Ausgleich der Humusbilanzen ist die Düngung mit Gärresten, anderen organischen Düngern oder der Anbau von mehrjährigem Ackergras. + Für Gärreste wurde zunächst mit minimalen und maximalen Humusreproduktionskoeffizienten gearbeitet - Anbaudauer: Getreide ist zu Beginn des Schossens humusmehrend, zur Druschreife humuszehrend, was gilt dazwischen? - Änderung im Anbauverfahren seit der Ableitung der Humusbilanzen Beispiele: Ertragsniveau, Mais ist eine Hackfrucht... - Neue Fruchtarten nur nach Expertenschätzung bewertbar (Analogieschluss), da Einzelfaktoren unbekannt, Beispiele: Schattengare, N-Aufnahme, Anbaudauer, Wurzelmenge, erhöhte Bodenbewegung... - VDLUFA: die Höhe des Ertrages spielt keine Rolle bei organischer Düngung wird jedoch je Tonne gerechnet das ist unlogisch damit wird Mais bei genügend hohem Ertrag und damit über die Gärreste zum Humusmehrer. - Ist Getreidestroh wie Maisstroh oder Rapsstroh zu bewerten? 6
Fazit Leistungen einzelner Methoden der Humusbilanzierung Ertragshöhe: dynam. HE-Methode (REPRO), HUMOD Anbaudauer: HUMOD, C-N-Modelle Ableitung neuer Koeffizienten (Fruchtarten, Düngung): HUMOD, dynam. HE-Methode, Änderung der Koeffizienten in Abhängigkeit von der Höhe der org. Düngung: standortangepasste Methode Vorhersage Corg-Gehalt absolut Standortangepasste Methode, CCB, C-N-Modelle wie CANDY, MONICA Corg-Gehalte relativ Relation zwischen 2 Szenarien: REPRO, HUMOD Was soll eine Humusbilanz-Methode können? 1. einfacher als C-N-Modell 2. Bezug zu Corg-Gehalt im Boden, absolut oder relativ 3. Berücksichtigung von Bodenart, Niederschlag und Temperatur in vereinfachter Form (Bedingungen f. Mineralisierung) 4. C und N gemeinsam untersuchen (hier gibt es fachlich verschiedene Meinungen!) 5. Abbildung von integriertem und ökologischem Landbau, berücksichtigend deren Anforderungen an Humusfunktionen 6. Berücksichtigung von: Anbaudauer, Ertrag, N-Düngung (wenn C-N- Kopplung) 7. begründete Ableitungen für neue Fruchtarten 8. unterschiedliche Gärreste bewerten auf Basis von C-Gehalten und C- Verwertungsraten 7
Handlungsbedarf Fragen der Forschung: Humusreproduktions-Wirkung der Gärreste welche Methoden? Kurzzeitexperimente Bewertung neuer Fruchtarten (welche Methoden?, Kurzzeitexperimente, welches sind die Teilfaktoren um neue Koeffizienten abzuleiten?) Bewertung geänderter Anbaudauer (Getreide: Korn, Ganzpflanze Blüte, Ährenschieben, Schossen) Prüfung der Verfahren in Dauerfeldversuchen Handlungsbedarf Praxistransfer: Anrechnung der Gärreste bei Berechnung der Gesamtdüngung (Höhe des MDÄ) Düngemittelverordnung: Anrechnung der Gärreste aus NawaRo bei der Obergrenze für N aus Wirtschaftsdüngern Anwendung der Humusbilanzmethode in der Praxis Vielen Dank an alle die zu den Ergebnissen beigetragen haben! 8
Humusbilanzierung: Weg des Kohlenstoffs von der Pflanze zum Humussaldo C-Bindung durch Pflanzen erntbare Biomasse Silieren Verluste C-Nutzung, Biogas Humussaldo Gärrest Fermenter Atmung Ergebnisse: Methodenvergleich VDLUFA und dynam. HE-Methode (REPRO) Fruchtfolge 4 Jahre: Silomais Grünschnittroggen Sudangras Triticale (Gp) Einj. Weidelgras Weizen (Korn) Fehlerbalken zeigen unterschiedliche Humusreproduktions-Faktoren Humus-C, Summen je Fruchtfolge [kg*ha -1 ] 3. 1. -1. -3. dynhe ohne GR 5 % N aus GR 72 % N aus GR 1 % N aus GR Stroh Humusmehrer Humusbedarf Gärrest Standort Werlte, lehmiger Sand 9
Gärreste: Methodenvergleich VDLUFA und dynam. HE-Methode (REPRO) Humus-C, jährl. Saldo [kg*ha -1 a -1 ] 4 2-2 -4-6 dynhe E ohne GR 5 % N aus GR 72 % N aus GR 1 % N aus GR D C B A Ergebnisse EVA, Bodentiere: Milbenabundanzen bei unterschiedlicher Gärrestdüngung 25 2 1-15 cm 5-1 cm -5 cm Ind. 15 1 5 Gärrest /N 1 Gärrest 5/N 5 Gärrest 1/N Milben Anzahl der Milbenindividuen in drei Bodenschichten bei unterschiedlichen Gärrestanteilen (Summe aus sechs Probenahmeterminen im Jahre 21) 1