Möglichkeiten der Erhöhung der ... - lms-lufa.de · PDF file353 275 0 100 200 300 400 1997 1998 1999 Mittel ENTEC 26 Vergleichsdünger Gasförmige N-Verluste Quelle: Ottow et al.,

1

24.02.2006 X:\groups\CAD_D_Gruppe\CAD_DP\Zerulla\Abbildungen\Präsentationen\2006\Vortrag_LUFA_Rostock 23_02_06.ppt 1

Geschäftseinheit Düngemittel Europa

CAD/D

Möglichkeiten der Erhöhung der Stickstoffdünger-Ausnutzung

- chemische Modifikationen

Dr. Wolfram Zerulla, BASF Agrarzentrum Limburgerhof

9. Düngungstag Mecklenburg-Vorpommern, 23.02.2006, Rostock



CAD/D

Erhöhung der Stickstoffdünger-Ausnutzung heißt vereinfacht:

� mehr ernten bei gleichem N-Düngungsniveau

� stabile Erträge mit weniger N-Dünger



CAD/D

Erhöhung der Stickstoffdünger-Ausnutzung liegt im Interesse aller:

Landwirt: ökonomische Vorteile

Gesellschaft: ökologische Vorteile

Industrie: gesellschaftspolitische Verant-wortung, Differenzierungsmöglichkeit



CAD/D

Der Weg technisch fixierten Stickstoffs von der

Düngerproduktion zur Nahrung

-

100 94 47 31 7 4

6 47 16 24 3 4

Quelle: Davidson 2002

N-DüngerProduktion

N-DüngerAusbringung

N ausDünger in

der Pflanze

N ausDünger

im Futter

N ausDünger

im Nutztier

N ausDünger

im Verzehr

nur 4 % des aus Dünger stammenden Stickstoffsgelangt via Tier in den Menschen

2



CAD/D

Der Weg technisch fixierten Stickstoffs von der

Düngerproduktion zur Nahrung

-

100 94 47 31 7 4

6 47 16 24 3 4

Quelle: Davidson 2002

N-DüngerProduktion

N-DüngerAusbringung

N ausDünger in

der Pflanze

N ausDünger

im Futter

N ausDünger

im Nutztier

N ausDünger

im Verzehr

nur 4 % des aus Dünger stammenden Stickstoffsgelangt via Tier in den Menschen



CAD/D

Der Stickstoffhaushalt des Bodens

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

organischeDüngung,Erntereste

Mineral-düngung

N-Bindungdurch

Leguminosen

N inNieder-

schlägen

Entzugder

Pflanzen

NH -Verlust

Denitri-fizierung

NO,N

N O,N

Bodenoberfläche

Mineralisierung

Immobilisierung

organisch gebundenerSTICKSTOFF

(Humus)

fixiertes

NH4+

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –Freisetzung

Fixierung

MINERALSTICKSTOFF

NH4+ NO

2- NO

3-

Nitrifizierung

AUSWASCHUNG

Untergrenze derDurchwurzelung

3

22



CAD/D


– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –


Mineral-düngung

N-Bindungdurch

Leguminosen

N inNieder-

schlägen

Entzugder

Pflanzen

NH -Verlust

Denitri-fizierung

NO,N

N O,N

Bodenoberfläche

Mineralisierung

Immobilisierung


(Humus)

fixiertes

NH4+

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –Freisetzung

Fixierung

MINERALSTICKSTOFF

NH4+ NO

2- NO

3-

Nitrifizierung

AUSWASCHUNG


3

22



CAD/D

Verteilung der Nitratgehalte im Grundwasser (2002)

nach den Messdaten aus dem bundesweiten EUA-

Grundwassermessnetz

- 26,7

22,9

20

16

9,6

4,8

0

5

10

15

20

25

30

< 1 > 1 - 10 > 10 - 25 > 25 - 50 > 50 - 90 > 90A

ntei

l in

%

Klassengrenzen in mg/l Nitrat

N = 730

Quelle: Umweltbundesamt

3



CAD/D

Eutrophierung

Störung des biolog.Gleichgewichts

Gothenburg Protokoll

NOx

NH3

Umweltprobleme durch gasförmige N-Verbindungen

Abbau der Ozonschicht

ChlorCFK

Atmosphärische Verunreinigungen

saurer Regen

Versauerung

SO2

NOx

NH3

bodennahes Ozon

photochemisch

Vorstufen

NOx

VOC+ Sonnen-UV

Erderwärmung

Glashauseffekt

Kyoto Protokoll

CO2CH4H2OO3

N2OCFK



CAD/D

Strategien zur Verbesserung der Stickstoffdünger-

Ausnutzung

-� Verteilgenauigkeit bei der Ausbringung von Düngern- Zusammenarbeit mit Düngerstreuerhersteller

(wie z. B. Amazone, Rauch, Bøgballe etc.)

� Minimierung des Verlustpotentials von N-Düngern- Nitrifikationsinhibitoren

- Ureaseinhibitoren- Umhüllte Dünger

- Langzeitdünger

� Optimierte Anwendungsstrategien wie teilflächenspezifische Ausbringung



CAD/D


Ausnutzung





- Langzeitdünger




CAD/D

Lagergetreide führt zu Ertrags- und Qualitätsverlusten

und zu Ernteerschwernis

-

4



CAD/D

Vereinfachte N-Bilanz (N-Saldo) über eine Querverteilung bei

ungleichmäßiger Ausbringung eines N+P+K-Bulk blends (Formel: 13+13+21)

39

21

48

59

81

51

43

79

73 71

46

67

74

52

28

8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

130 86 116 147 161 136 126 149 153 146 131 148 155 119 94 78

ausgebrachte Nährstoffmengen (kg/ha)

vere

infa

chte

N-B

ilan

z kg

/ha

Nitrophoska13+13+21

Querverteilung prom Arbeitsbreite

NgleichmäßigeVerteilung überdie Fläche in Formvon NPK 13+13+21



CAD/D


Ausnutzung





- Langzeitdünger




CAD/D


Ausnutzung





- Langzeitdünger




CAD/D


Ausnutzung



� Minimierung des Verlustpotentials von N-Düngern- Nitrifikationsinhibitoren (BASF/COMPO, SKW)


- Langzeitdünger


5



CAD/D


– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –


Mineral-düngung

N-Bindungdurch

Leguminosen

N inNieder-

schlägen

Entzugder

Pflanzen

NH -Verlust

Denitri-fizierung

NO,N

N O,N

Bodenoberfläche

Mineralisierung

Immobilisierung


(Humus)

fixiertes

NH4+

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –Freisetzung

Fixierung

MINERALSTICKSTOFF

NH4+ NO

2- NO

3-

Nitrifizierung

AUSWASCHUNG


3

22



CAD/D

Wirkungsweise eines Nitrifikationsinhibitors

NITROBACTER2 NO + O

2-

22 NO

3-

Nitrit Nitrat

Ammonium Nitrit

NITROSOMONAS2 NO + 2 H O + 4 H

2-

2+2 NH + 3 O

4+

2

Nitrifikationsinhibitor

Umwandlung von Ammonium im Boden



CAD/D

Wirkungsweise eines Nitrifikationsinhibitors

Ein Nitrifikationsinhibitor verzögert über einengewissen Zeitraum die natürliche Umwandlung

von Ammonium zu Nitrat im Boden



CAD/D

Vorteile eines Nitrifikationsinhibitors

�� reduziert das Risiko der Nitratauswaschung

�� reduziert die N2O-Emission

�� erhöht häufig die Erträge und verbessert die Qualität

�� ermöglicht die Einsparung von Mineraldüngerstickstoff

�� vereinfacht die Düngungsstrategien des Landwirtes / Gärtners

6



CAD/D

N-Auswaschung im Gefäßversuch mit Spinat bei

Verwendung verschiedener Nitrifikationsinhibitoren

(Mitscherlichgefäß; Boden Ruchheim; Düngung nach Auflauf;pro Auswaschung ca. 20 mm zusätzliche Bewässerung)

Vergleichsdünger Vergleichsdünger + DCD ENTEC 26

Au

sw

as

ch

un

g, %

vo

m D

ün

ger-

N

21,7

16,1

7,6

DAT 7 DAT 18 DAT 220

5

10

15

20

25



CAD/D

N-Frachten im Sickerwasser (140 cm Bodentiefe) bei

Verwendung von Ammonium-stabilisierten Düngern(Scheffer und Schäfer 2003; Sandboden)

ohne N Ammonium-stab. Dgr. KAS

N-F

rach

t, kg

/ha

N

1995/96 1996/97 1997/98 1998/99 1999/00 Durchschnitt

40

10

30

20

0

50

90

100

60

70

80

2000/01 2001/02



CAD/D









CAD/D

Wirkung eines Nitrifikationsinhibitors auf gasförmige N-

Verluste (Lachgas)

� Deutliche Verminderung der N-Verluste an die Atmosphäre durch den Einsatz von ENTEC

79

181165

142132

340353

275

0

100

200

300

400

1997 1998 1999 Mittel

ENTEC 26

Vergleichsdünger

Gasförmige N-Verluste

Quelle: Ottow et al., 1999

N-A

usg

asu

ng

g N

2O

-N/h

a

7



CAD/D









CAD/D

Einfluss verschiedener Düngesysteme mit ENTEC 26 auf

den Kornertrag von Winterweizen - 1997 - 1999 (n = 6)(Lehrstuhl Pflanzenernährung, TU München-Weihenstephan)

*) Werte mit gleichem Buchstaben unterscheiden sich nicht signifikant (Duncan-Test, α = 5 %)

38,6

75,179,7 80,1 78,6 79,5

0

20

40

60

80

100

120

Kor

nert

rag

(dt/h

a)

ungedüngt---

N kg/haAnzahl N-GabenBetonung

Vgl.-Dünger160

3-

ENTEC 26160

2Andüngung

ENTEC 26160

2Schosserdgg.

ENTEC 261601-

A* B C BC C

Vgl.-Dünger2003-

C



CAD/D

Unterschiedliche Strategien zur Verbesserung der

N-Effizienz





- Langzeitdünger




CAD/D


N-Effizienz




- Ureaseinhibitoren (SKW, Yara)- Umhüllte Dünger

- Langzeitdünger


8



CAD/D


– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –


Mineral-düngung

N-Bindungdurch

Leguminosen

N inNieder-

schlägen

Entzugder

Pflanzen

NH -Verlust

Denitri-fizierung

NO,N

N O,N

Bodenoberfläche

Mineralisierung

Immobilisierung


(Humus)

fixiertes

NH4+

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –Freisetzung

Fixierung

MINERALSTICKSTOFF

NH4+ NO

2- NO

3-

Nitrifizierung

AUSWASCHUNG


3

22



CAD/D

NH3-Emissionen der Landwirtschaft

Rinder49%

Schweine22%

Geflügel7%

Sonstige4%

Mineraldünger-anwendung

18%

Quelle: DÖHLER et al. 2002



CAD/D

Umwandlung von Harnstoff im Boden

NH3

+ H2O NH

4+ + OH-

O

||

H2N-C-NH2

O

||

HO-C-NH2

NH4

+

NO2

-

NO3

-

CO2

+

+

Urease

Nitrosomonas

Nitrobacter

SpontanerZerfall

Harnstoff Carbamidsäure

-H+

+H+

NH3

NHNH33

+ H2O

Möglichkeit volatiler Verluste

Ureaseinhibitor

autokatalytische Reaktion



CAD/D

Modell des aktiven Zentrums der Enzymsurease

9



CAD/D

Ureaseinhibitoren verzögern für einige Tagedie natürliche Umwandlung von

Harnstoff in Dicarbonsäure



CAD/D

Einflussfaktoren der NH3-Volatilisation aus Harnstoff

Bewirtschaftungs-maßnahmen

Bodenfaktoren Umweltfaktoren

N-Aufwand-

menge

Applika-tions-

methode

pH, pH-Pufferung

KAK Urease-aktivität

Gehaltder org.

Substanz

Boden-wasser-gehalt

Tempe-ratur

Wind-geschwin-

digkeit

Größenordnung PotentialAktuelle

Größenordnung



CAD/D

"Unterfuß-Bewässerung" um die Einwaschung von Harnstoff

in den Boden für die ersten 10 Tage nach der Düngung zu verhindern



CAD/D

N-Aufnahme im Aufwuchs von Weidelgras nach Düngung

mit Harnstoff bei unterschiedlicher Bewässerung

Tage nach Düngung

0 30 60 90 120 150

N-A

ufn

ahm

e im

Auf

wuc

hs, k

um

ulie

rt

[mg

N/G

efäß

]

0

500

1000

1500

2000

mit Überkopf-Bewässerungab dem Tag der Düngung

ohne Überkopf-Bewässerungdie ersten 10 Tage nach Düngung

Düngung:

2,4 g Harnstoff-N/Gefäß

27 %

70 %

apparente

N-Ausnutzung:

10



CAD/D

Gasförmige NH3-N-Verluste von Harnstoff auf 8 Böden

Expositionsdauer [Tage]

0 2 4 6 8 10 12 14

Gas

förm

ige

NH

3-N

Ver

lust

e(%

von

ged

üngt

em H

arns

toff-

N)

0

10

20

30

40

50

60

19 %20 %21 %

48 %

57 %

28 %26 %

Bodenherkunft:

Waldsee

RuchheimHannover

KaldenkirchenLimburgerhof

La Veuve Troyes

Dürnast



CAD/D

Einfluss verschiedener Ureaseinhibitoren auf den N-Entzug mit Korn und Stroh (kg N ha-1) verschiedener Getreidearten(Schuster, C.; Fuchs, M.; Michel, H.-J.; Wozniak, H.; Niclas, H.;VDLUFA-Schriftenreihe, Band 60 – Kongressband 2004, 213-220)

Trossin Rosenow

Versuchsjahr 2001 2002 2003 2001 2002 2003

Kultur SG WG SG WW WW WW

Harnstoff 75,5 140,3 53,2 193,5 214,8 216,2

Harnstoff + UI 1 – 0,5 % 87,0* 225,8*

Harnstoff + UI 1 – 0,2 % 165,4* 270,7*

Harnstoff + UI 2 – 0,2 % 61,5* 223,7*

KAS 79,6 165,0* 63,7* 225,3* 272,0* 224,9*

GD (Dunett, 5 %) 9,42 16,03 7,47 11,79 14,92 7,21

*=signifikanter Unterschied gegenüber Harnstoff ze060001.doc



CAD/D


N-Effizienz





- Langzeitdünger




CAD/D


N-Effizienz




- Ureaseinhibitoren- Umhüllte Dünger (BASF/COMPO, Scotts)

- Langzeitdünger


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