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Düngungssysteme – Welche N-Form wann und wie oft zu

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Düngungssysteme – Welche N-Form
wann und wie oft zu Winterweizen?
Düngungstag 2013 LTZ Augustenberg
Rheinstetten, 10. April 2013
Dr. M. Mokry, LTZ Augustenberg
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Rahmenbedingungen
für (N-)
Düngungsmaßnahmen
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Gesetzlicher Rahmen
EU-Nitratrichtlinie
Dünge-VO
Düngemittel-VO
Bioabfall-VO
WRRL
Klimaschutz-Vorgaben
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Entwicklung der N-Effizienz in Deutschland
0 ,6
0 ,4
0 ,3
Effizienz der N-Düngung (mineralisch & organisch):
0 ,2
< 50 %!!
0 ,1
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
0
1990
N - E f f iz ie n z [ N - O u t p u t /N - In p u t ]
0 ,5
Frede & Bach, 2011 (veränd.)
N-Überschüsse (mineralisch & organisch):
> 80 kg je ha und Jahr!!
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
wichtigste N-Verbindungen und Emittenten
Gesamtemissionen in der BRD [Gg N a-1]
7 kg/ha
43 kg/ha
Sektor
Landwirtschaft
Luft
1
Verkehr
Industrie/Energie
Müllverbrennung
Biogene Abfälle
Abwasser/
2
Oberflächenabfluss
Summe [kt]
Anteil [%]
Anteil Landwirtschaft [%]
1
35 kg/ha
Wasser
-
+
Summe
[kt]
Anteil
[%]
Autor
(Zeitraum)
ZSE (01-03)
UBA (98-00)
ZSE (2004)
ZSE (2004)
NPVE (2005)
IFEU (2003)
UBA (98-00)
ZSE (2004)
NOx
NH3
N2O
NO3 /NH4
31,0
517,4
84,0
423,0
1055,4
57,1
257,7
187,0
0,9
9,1
17,6
2,8
39,2
4,7
256,0
269,6
243,8
0,9
9,5
269,7
14,6
13,2
0,0
0,5
14,6
130,7
7,1
64,3
688,0
37,2
61,5
1848,9
100,0
57,1
100,0
9,5
476,6
25,8
6,5
553,6
29,9
93,5
2
inklusive Klärschlammausbringung, ohne Landwirtschaft
Ruser, 2010
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Globalisierung
zunehmende Abhängigkeit von der wirtschaftlichen
Entwicklung sog. Schwellenländer (Energieverbrauch,
Bevölkerung, eigene lw. Produktion ...)
•
Steigende Energiepreise
Kraftstoff, Elektrizität, Dünger, PSM, Futtermittel, Saatgut....
•
Schwer kalkulierbare Marktpreise
(starke Weltmarktabhängigkeit, „Welternte“...)
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
klimatische
„Unwägbarkeiten“ -
Wasserversorgung
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Witterungsdaten
10 Jahresverlauf
im Mittel:
735 mm
11,3 C
Mai im 10 Jahresverlauf
Rheinstetten 2002 - 2012
April im 10 Jahresverlauf
5 % d. J. Niederschlags
Juni im 10 Jahresverlauf
10 % d. J. Niederschlags
8 % d. J. Niederschlags
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Besonderheiten der
N-Formen
für die
Pflanzenernährung
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Die Wirkungsgeschwindigkeit der
wichtigsten N- Formen in Stickstoff-Einzeldünger
Nitrat, Salpeter
NO3
Kalksalpeter
Ammonium
NH4
schwefels. Ammoniak
Amid
CH4N2O
Harnstoff
Cyanamid
CN2
Kalkstickstoff
schnell
langsam
Baumgartner, 2012
Diese N- Formen sind alleine oder in unterschiedlichen Anteilen
in N- haltigen Mineraldüngern enthalten.
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Wirkungsprinzip von Harnstoff bzw.
ammoniumhaltigen Düngern
(breitflächig gedüngt)
Umwandlungsdauer von
Harnstoff zu
Ammonium-N (NH4-N)
Bodentemperatur
Umwandlungsdauer
2°C
4 Tage
10°C
2 Tage
20°C
1 Tag
stabilisierter
Harnstoff!!
Umwandlungsdauer von
Ammonium-N
(NH4-N) zu Nitrat-N (NO3-N)
Bodentemperatur
Umwandlungsdauer
5°C
6 Wochen
8°C
4 Wochen
10°C
2 Wochen
20°C
1 Woche
Quelle: Amberger, 1996
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
N-Aufnahme
N-Aufnahme über die Blätter
 als Nitrat, Ammonium oder Harnstoff
N-Aufnahme über die Wurzeln
 als Nitrat, Ammonium, Harnstoff oder Cyanamid (H2CN2)
(letztere auch direkt als Molekül aufnehmbar!)
 aktiv (durch Austausch von OH- und HCO3- bzw. H+ und
andere Kationen) und passiv (Transpirationsstrom)
• Keine zeitlichen Unterschiede bei der Aufnahme!
• Im natürlichen System handelt es sich um eine
Mischernährung m. Betonung der Nitrataufnahme
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Ertragsaufbau/N-Aufnahme von Getreide
und Aufteilung der N-Düngung
35 kg N Stroh
155 kg N Korn
Winterweizen (70 dt/ha, 14% RP)
250
30
50
80
130
150190
2 00
150
1 00
50
0
1. N-Gabe
Frühjahrsnässe
Frühjahrstrockenheit
2. N-Gabe
3. N-Gabe
Frühsommertrockenheit
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Einfluss der N-Form auf das Wachstum
(Hydrokultur, Mokry 1984)
EC 25/29
N-Form
EC 59
EC 39/41
[g TS/Gefäß]
[g TS/Gefäß]
[Pfl./Gef.]
NO3-N
5,7
17,6
37,8
36
NH4NO3-N
5,7
15,1
33,6
30
NH4-N
6,6
16,9
39,6
29
GD 5%
1,2
2,7
4,9
5
Im Mittel aus 3 Versuchen mit Hafer
Wichtig: für pH-Ausgleich sorgen!!
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Physiologie – NO3-N
Auxine,
Gibbereline
Sprossdominanz
Kohlenhydrate
NO3-
NH4+
AS
NO3-
NO3NO3NO315. April 2013
Fachtagung Düngung – Ibbenbüren 2011
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Nitrat
17
Physiologie – NH4-N
Wurzeldominanz
Kohlenhydrate
Aminosäuren
CO2
AS
Ammonium
NH4+
NH4+
Cytokinine
15. April 2013
Fachtagung Düngung – Ibbenbüren 2011
Landwirtschaftliches
Technologiezentrum Augustenberg
18
Physiologische Versauerung verbessert die
Wurzelleistung
Quelle: Römheld, Inst. F. Pflanzenernährung Hohenheim
•
•
In Abhängigkeit von der N-Form
entwickelt sich in der sog. Rhizosphäre
der pH-Wert unterschiedlich:
Nitrat:
Erhöhung pH-Wert
Ammonium: Senkung pH-Wert.
pH-Wert
5,3
5,6
5,9
6,2
6,5
•
6,6
Nebenwurzeln bei Ammonium stärker
entwickelt als bei Nitrat.
6,8
7,0
•
7,4
Größeres Bodenvolumen erschließbar.
8,0
Nitraternährung
Ammoniumernährung
pH-Wert Erhöhung
pH-Wert Senkung
pH-Wert Senkung: verbesserter Aufschluss von Phosphat und
Spurennährstoffen
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Vorteile einer Ammoniumernährung
 Energiegewinn
 Selbststeuerung der N-Aufnahme
 keine Gefahr des Luxuskonsums
 wurzeldominante Ernährung
 bessere Wurzelausbildung, Standfestigkeit....
 bessere Nutzung des Wasservorrates (?)
 pH – Absenkung im Bereich der Rhizosphäre
 verbesserte Phosphat- und SpurennährstoffVerfügbarkeit
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
21
N- Düngungssysteme
im Vergleich
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
(ungesteuerte) Flächendüngung
Verwendung Nitrat-haltiger/-betonter N-Dünger
• Aufteilung der N-Gaben unabdingbar (2, 3, 4 und mehr Teilgaben)
• (Extremvariante: sog. Löffeldüngung)
• Phase „nach N-Gabe“ nicht kalkulierbar!
(Witterungsrisiko, Verlustrisiko: hoch)
Verwendung Ammonium-haltiger/-betonter N-Dünger
• Reduktion der Teilgaben möglich
• Einsatz von NH4-Stabilisierung
N-Düngung in einer Gabe möglich (aber
Qualität unsicher!)
• Phase „nach N-Gabe“ nicht kalkulierbar!
(Witterungsrisiko, Verlustrisiko: geringer)
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
NH3-Verlustpotential (%) verschiedener N-Dünger
(
3 Jahre; Gefäßversuch im Windkanal, oberflächige Düngung ohne Einarbeitung)
pH 5,6
pH 7,1
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Harnstoff
AHL
SSA
KAS
NPK
Stickstoffform u. pH-Wert des Bodens sind maßgebende Kriterien für die Höhe der Stickstoffverluste
(nach Gutser 1991, TU München-Weihenstephan)
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Weimar, pers.
Wurzelentwicklung bei breitwürftiger N-Düngung mit NH4NO3
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
NH4-Stabilisierung zu Mineraldünger
Faktor: Wasserversorgung
N-Düngesystem
[kg N/ha]
Niederschläge am Standort
< 620 mm
> 620 mm
n=16
n=16
Ertrag
Rohprotein
-1
(N x 5,7) % TS
dt ha
ohne N
Ertrag
Rohprotein
-1
(N x 5,7) % TS
dt ha
55,0
c
10,6
b
52,6
c
10,1
c
76,9
b
13,2
a
86,2
b
12,9
a
80,5
a
13,1
a
89,3
a
12,7
ab
75,7
b
13,1
a
87,2
ab
12,5
b
0 + 0 + 0/0
ASS + ASS + KAS
60 + 40 + 40/40
KAS + ENT
60 + 120 + 0/0
ENT + KAS
120 + 60 + 0/0
ASS: Ammonsulfatsalpeter
KAS: Kalkammonsalpeter
ENT: N-Dünger mit Ammoniumstabilisator DMPP (ENTEC 26)
geändert Oppitz et. al (2005)
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
„sensorgesteuerte“ Flächendüngung
mit Nitrat-haltigen/-betonten N-Dünger
Vorteil: „Ernährungszustand-Pflanze“ zum Düngungstermin
über die Fläche bekannt (Bodenunterschiede!)
Nachteil:
• ausreichender Pflanzenbestand nötig
• N-Düngung ebenso auf Teilgaben ausgerichtet
• Phase „nach N-Gabe“ nicht kalkulierbar!
(Witterungsrisiko // Verlustrisiko: hoch)
Düngungssystem wenig verändert!
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
... im praktischen Einsatz ...
GPS
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Sensoreinheit
Lasch, 2007
Beispiel 2006 – Langenauer-Ried
Versuchsfläche - Bohner 2
• Winterweizen „Tommy“ – Vorfrucht: ZR
• Ertragserwartung: 95 dt/ha
N-Düngung
 V1 - N-Sensor (100%) NID: 150 kg N/ha (teilfl. spez.)
 V2 - N-Sensor (80%): 120 kg N/ha (teilfl. spez.)
 V3 -NID (80%): 130 kg N/ha (fixe Menge)
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
1., 2. und 3. N-Gabe
Düngung in kg N/ha
07.04.2006
NID: 150 kg N/ha
NID: 125 kg N/ha
12.05.2006
27.06.2006
NID: 130 kg N/ha
180
152
120
130
160
34
34
140
30
30
34
34
120
34
80
80
70
70
54
34
40
40
40
40
40
40
34
34
40
34
34
40
40
34
40
40
40
40
40
40
100
80
30
30
64
60
40
20
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T1
T2
T3
T4
T5
T6
0
Variante 1:N-Sensor 100%
Variante 2:N-Sensor 80 %
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Variante 3:NID 80%
Lasch, 2007
Applikationskarte vom 12.05.2006
Lasch, 2007
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Übersicht – Düngung/Erträge
N-Düngung [kg/ha]
V1
V2
V3
Kultur - Anbauhäufigkeit
Mittel - Weizen (n=7)
N-Saldo [kg/ha]
V1
V2
V3
Kornertrag [dt TS/ha]
V1
V2
V3
164
136
124
-40
-65
-53
84,3
86,7
81,5
139
149
166
119
96
146
123
48
132
-39
-27
40
-31
-63
25
-25
-88
21
81,8
75,7
36,0
75,2
74,1
36,6
75,9
71,0
33,9
Mittel - Triticale (n=2)
Mittel-Gerste (n=3)
Mittel-Raps (n=2)
Kornerträge: geringe
Unterschiede
N-Ersparnis
(Vergleich: 100% NID Hydro-N und 80% NID Hydro-N)
Weizen:
- 17%
Triticale:
W. Gerste:
Raps:
- 14%
- 36%
- 12%
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LTZ, 2007
Depotdüngung (= platzierte Düngung)
... mit Ammonium-betonten Düngern (vgl. CULTAN)
Vorzüge
• Witterungsrisiko geringer
• Kontinuierliche N-Aufnahme entsprechend N-Bedarf =
Pflanze „steuert“ N-Aufnahme!!
• Ertrag und Qualität gut bis sehr gut
• keine NH4-Stabilisierung nötig (Kosten!)
• Flüssigdünger und notwendige Technik vorhanden
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Depotdüngung (= platzierte Düngung)
„Handicap“
• Düngungstermin:
1. Gabe in EC 27 - 31 (=„Paradigmenwechsel“)
• Ammonium-Festdünger/Injektionstechnik
(erforderliche) Anpassungsstrategie, wenn
• „N-arme“ / „ungünstige“ Vorfrucht
• N-armer oder flachgründiger Standort
• sehr trockenes Frühjahr
...dann reagieren mit:
• Düngungstermin
• N-Höhe
• Spätdüngung
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N-Konzentration(flächengewichtet)
Faktor: 2 bis 6
Wurzelentwicklung bei einem injizierten NH4-Depot aus NH4Weimar, pers.
Wasser (früher Zeitpunkt)
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Depot-geeignete Düngerarten
• Ammoniumdünger in fester/flüssiger Form (z.B. Ammoniumsulfat)
• Harnstoff (besser „stabilisiert“)
• AHL (Ammoniumnitrat-Harnstoff)Recyklingstoffe (z.B. schwefelsaurer Ammoniak ....)
• Phosphat (z.B. DAP)
• Kalium und Gips
• Gülle (Verfahren!; Gülleanreicherung sinnvoll)
NN4-Stabilisatoren werden je nach Standort, Einsatztermin/Kultur
empfohlen (z.B. Piadin fl.)
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Flüssige mineralische Dünger – im „Band“-Depot
oberflächlich
NH3-Verluste!!!
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Flüssige mineralische Dünger – im „Band“ injiziert
NH3-Verluste
geringer, da Kontakt
mit Boden!!
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Flüssige Dünger – im „Punkt“-Depot injiziert
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Versuchsglieder (fixe Varianten)
V arian te
V eg .
M itte
B eg in n
B esto ck u n g
(E C 21-25)
E C 25 - 29
b . b eg in n en d en
E C 29 - 31
S p ätd ü n g u n g
(E C 31 - 32)
ohne N
1
2
A u fh ellu n g en
30 % K A S
--
40 % K A S
--
30 % K A S
D e p o td ü n g u n g m it A H L b z w . A S L
3
4
--
--
--
--
--
--
5
--
--
--
6
--
--
--
7
--
--
--
8
--
--
--
100 % A H L
In je ktio n
100 % A H L
S ch le p p sch la u ch
100 % A S L
In je ktio n
100 % A S L
S ch le p p sch la u ch
80 % A S L In je ktio n
80 % A S L
S ch le p p sch la u ch
N-Düngung:
(i. Mittel von 11 Versuchen)
--
100 %: 185 kg/ha
--
80 %: 150 kg/ha
--
--
--
Vorfrucht: Winterraps
und Hafer
--
P rü fu n g vo n F e std ü n g e r in e in e r G a b e
9
--
--
--
100 % K A S
--
10
--
--
--
100 % H a
--
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Kornertrag v. Winterweizen
im Mittel über alle Jahre und Standorte
im Mittel: 83,8 dt TM/ha (86 % TM)
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Rohproteingehalt Winterweizen
im Mittel über alle Jahre und Standorte
im Mittel: 12,9 % TM
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„korrigierte“Netto-N-Effizienz
im Mittel über alle Jahre und Standorte
im Mittel: 69 % (netto N-Abfuhr)
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Rest-N (n. Ernte) im Mittel über alle Jahre und Standorte
im Mittel: 32 kg Nitrat-N/ha
Vergleich Injektion - Schleppschlauch
ASL (100%): 6 kg N/ha mehr N!
AHL (100%): 8 kg N/ha mehr N!
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Zusammenfassung – N-Effizienz/WW (2009-2012)
ASL
Injektion
AHL
ASL
S.Schlauch Injektion
KAS (3*)
AHL
S.Schlauch
KAS (1*)
Ha (1*)
breit
ASL Injektion
ASL S.Schlauch
10
-10
2
12
4
10
15
-8
2
-8
-2
5
10
2
8
13
-8
-2
4
5
12
-2
8
-12
-2
-10
KAS (3*)
-4
8
-2
8
KAS (1*)
-10
2
-8
2
-5
Ha (1*)
-15
-5
-13
-4
-12
AHL Injektion
AHL S.Schlauch
4
-4
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Fazit
• Aufnahmeverhalten der N-Formen identisch.
• Entscheidend ist die „Erreichbarkeit“ der N-Quelle:
Nitrat/Harnstoff > Ammonium.
• Verlustrisiko entsprechend: Nitrat/Harnstoff > Ammonium.
• Energetisch ist Ammonium die günstigere N-Form.
• Hinsichtlich „N-Effizienz“ – insbesondere bei zunehmendem
Witterungsrisiko - sind die Düngungssysteme neu
einzuordnen:
Platzierte Düngung >
gesteuerte Flächendüngung >
ungesteuerte Flächendüngung.
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Die platzierte Düngung
(Depotdüngung) mit flüssigen oder
festen Düngern ist einer
(ungesteuerten) Flächendüngung
ökonomisch gleichwertig,
ökologisch jedoch überlegen!
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
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