Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Eine hohe N-Effizienz der pflanzlichen Produktion in Agrar\u00f6kosystemen bei gleichzeitig geringen N-Verlusten ist die zwingende Voraussetzung f\u00fcr eine umweltgerechte Landbewirtschaftung, was eine besondere Herausforderung f\u00fcr den Feldgem\u00fcsebau darstellt. Im Vergleich zu Getreide sind einige Gem\u00fcsekulturen (Kategorie III und teilweise Kategorie II, Anhang Novelle der D\u00fcngungsverordnung) mit teils sehr hohen N-Verlusten verbunden, da diese in einer Phase starken vegetativen Wachstums geerntet werden. Dies kann ein gro\u00dfes N-Verlustpotential durch den Transport in benachbarte Kompartimente wie das Grundwasser (Nitratverlagerung und gel\u00f6stes N2O – indirekte Emission) und\/oder die Atmosph\u00e4re (wie z. B. das klimarelevante Spurengas N2O – direkte Emission) bedingen, was ein umweltrelevantes Problem darstellt.
\nBei den hohen Gehalten an mineralischem N in gem\u00fcsebaulich genutzten B\u00f6den war davon auszugehen, dass die annuelle N2O-Emission im Vergleich zu Getreide oder Mais aufgrund des h\u00f6heren N-Inputs und der ung\u00fcnstigeren Synchronisation von Angebot und Bedarf, deutlich h\u00f6her ist. Obwohl die N2O-Emission, welche zuverl\u00e4ssig nur mit Hilfe annueller Datens\u00e4tze abgebildet werden kann, ein wichtiger Bestandteil der N-Bilanzen darstellt, wurde sie im Gem\u00fcsebau bislang nur abgesch\u00e4tzt. Bis zum Projektbeginn lagen f\u00fcr unsere Breiten keine annuellen Daten zur N2O-Freisetzung aus Gem\u00fcsebaufl\u00e4chen vor. Weitere N-\u00dcbersch\u00fcsse k\u00f6nnen zudem vor allem im Herbst zu einer Nitratbelastung des Grundwassers f\u00fchren.
\nZiele des Projekts waren es, die direkten und indirekten (gel\u00f6stes) N2O-Emissionen ganzj\u00e4hrig zu erfassen und geeignete, leicht in die Praxis umsetzbare Strategien zur Reduktion der N2O-Emissionen und zur Minderung der Nitratverlagerung in intensiv gem\u00fcsebaulich genutzten B\u00f6den zu erarbeiten. Der Fokus sollte hierbei auf praxisorientierten Strategien wie unterschiedlichen D\u00fcngungsma\u00dfnahmen und optimiertem Management des Zwischenfruchtanbaus liegen, wobei die Ertragsstabilit\u00e4t und -sicherung als Erfolgskriterium zugrunde gelegt wurde.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Umsetzung erfolgte mit Hilfe einer vollst\u00e4ndig randomisierten Blockanlage in 4facher Wiederholung auf einer Parabraunerde auf der Filderebene nahe Hohenheim. In den beiden ersten Versuchsjahren wurde jeweils ein Satz Kopfsalat gefolgt von einem Satz Blumenkohl angebaut, im dritten Versuchsjahr wurden weiterf\u00fchrende Untersuchungen in Mangold durchgef\u00fchrt. Dabei wurden die N-D\u00fcngermenge (praxis\u00fcblich, D\u00fcngung nach Sollwert aus KNS-System und eine reduzierte N-D\u00fcngung jeweils in Form von ASS), die N-Applikation (breitfl\u00e4chig und Depotd\u00fcngung) sowie der Zusatz eines Nitrifikationshemmstoffes (DMPP) variiert. Da der Anbau von Zwischenfr\u00fcchten die N2O-Bildung in B\u00f6den sowohl steigern (erh\u00f6htes Substratangebot f\u00fcr die Denitrifikation nach Abfrieren) als auch reduzieren k\u00f6nnte (Nitratkonservierung), wurde der Anbau einer winterharten und einer abfrierenden Zwischenfrucht (Gr\u00fcnroggen und Phacelia) hinsichtlich der N-Verluste getestet. Als Kontrollvariante hierzu dient eine Winterschwarzbrache.
\nIm Teilprojekt \u0082direkte Emissionen wurden die Spurengasfl\u00fcsse in mindestens w\u00f6chentlichem Rhythmus mit der \u0082closed chamber Methode \u00fcber zwei Jahre hinweg erfasst und durch weitere ereignisbezogene Zusatzmessungen (Frost\/Tau, Trocknung\/Wiederbefeuchtung, N-D\u00fcngung) erg\u00e4nzt.
\nIm Teilprojekt \u0082indirekte Emissionen wurden die Spurengaskonzentrationen der Bodenluft mit Hilfe von Mulitlevel-Sammlern und in frei dr\u00e4nendem Bodenwasser mittels modifizierten Saugkerzen in unterschiedlichen Tiefen in derselben zeitlichen Aufl\u00f6sung ermittelt. Hier wurde zudem die Nitratverlagerung durch monatliche Tiefenbeprobung quantifiziert.
\nMittels zus\u00e4tzlicher Entnahme von Bodenproben zur Bestimmung der wesentlichen Steuergr\u00f6\u00dfen der Spurengasproduktion (Wasser-, Nmin- und DOC-Gehalte) sollten die Gasemissionen beider Teilprojekte parametrisiert werden.
\nAuf einigen Plots wurde 15N angereicherter N-D\u00fcnger ausgebracht. Durch die Bestimmung der 15N-H\u00e4ufigkeit im N2O sollte der Beitrag verschiedener N-Quellen (D\u00fcnger, Boden, Erntereste) quantifiziert werden. Dazu wurden die Erntereste der mit 15N-angereichertem D\u00fcnger behandelten Parzellen gegen unmarkierte Erntereste ausgetauscht. Dies erfolgte separat f\u00fcr die D\u00fcngung des Kopfsalats und des Blumenkohls. Auf den Plots mit den 15N-angereicherten Erntereste konnte der Beitrag der Erntereste zur N2O-Freisetzung ermittelt werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Jahresemission (direkte Emission) zeigte eine sehr hohe inter-annuelle Variabilit\u00e4t. Sie war im ersten Versuchsjahr etwa doppelt so hoch wie im zweiten Jahr. Die Emissionen schwankten zwischen 1,9 kg N2O-N ha-1 a-1 in der unged\u00fcngten Kontrollvariante und 10, 6 kg N2O-N ha-1 a-1 in der Variante mit praxis\u00fcblicher N-D\u00fcngung. Neben der N-Verf\u00fcgbarkeit zeigte sich, dass die N2O-Bildung zumindest zeitwei-se durch die C-Verf\u00fcgbarkeit limitiert wurde. Aufgrund dieser Limitierung waren die Emissionen aus Mangold umso h\u00f6her, je k\u00fcrzer der Zeitraum zwischen der N-D\u00fcngung und dem Umbruch der Winterzwischenfrucht vor dem Mangoldanbau war.
\nDie Jahresemissionen stiegen in beiden Jahren mit der H\u00f6he der N-D\u00fcngung an. Eine Reduktion der N-D\u00fcngung von praxis\u00fcblichen Aufwandmengen auf die N-Mengen nach dem kulturbegleitenden Nmin-Sollwertsystem (KNS) f\u00fchrte zu einer Emissionsminderung um 23% bzw. 11%, ohne dass der Ertrag einer der angebauten Gem\u00fcsekulturen beeinflusst wurde. Eine weitere Reduktion der N-D\u00fcngung f\u00fchrte dagegen zu geringeren Ertr\u00e4gen bei Kopfsalat. Somit kann diese Reduktion der N-D\u00fcngung zur Minderung der N2O-Emissionen auf vergleichbaren Standorten empfohlen werden.
\nEine sehr effektive Ma\u00dfnahme zur Minderung der N2O-Emission war die Anwendung des Nitrifikationshemmstoffs 3,4-Dimethylpyrazolphosphat (DMPP). In dem Projekt wurden erstmals N2O-Emissiondaten auf ganzj\u00e4hriger Basis f\u00fcr diesen Hemmstoff erarbeitet. In beiden Versuchsjahren f\u00fchrte die DMPP-Anwendung zu einer Minderung der direkten N2O-Emission von mindestens 40%. \u00dcberraschenderweise waren die Emissionen bei DMPP-Anwendung auch im Winter geringer als bei einer D\u00fcngung ohne Hemmstoff. M\u00f6glicherweise hatte der Hemmstoff eine Wirkung auf funktionelle bzw. strukturelle Eigenschaften der (vermutlich denitrifizierenden) Mikroflora. Weitergehende Untersuchungen dazu scheinen sinnvoll.
\nObwohl eine Hemmung der Nitrifikation \u00fcber ein hohes Angebot an NH4+ (Depot- bzw. CULTAN-D\u00fcngung) wahrscheinlich war, f\u00fchrte dies nicht zu einer Minderung der N2O-Freisetzung. Punktuell hohe NO3- -Konzentrationen im mikrobiell intakten Boden in der direkten Umgebung des D\u00fcngerdepot d\u00fcrften Grund f\u00fcr die Emissionen gewesen sein, die sich nicht von den Emissionen bei breitfl\u00e4chiger N-D\u00fcngung unterschieden.
\nDas synchrone Angebot von mineralischem N und leicht umsetzbarer organischer Substanz f\u00fchrte zu \u00fcberproportional hohen N2O-Emissionen. Deshalb muss der Umbruchtermin der Winterzwischenfrucht von der N-D\u00fcngung entkoppelt werden. Anhand der Messungen in diesem Projekt wird eine Wartezeit von zwei Wochen zwischen dem Umbruch und der N-D\u00fcngung empfohlen.
\nDie N2O-Konzentrationen in der Bodenluft nahmen mit der Bodentiefe zu. Wie bei den direkten Emissionen waren auch die Bodenluftkonzentrationen im ersten Versuchsjahr h\u00f6her als im zweiten Jahr. Sie stiegen in Abh\u00e4ngigkeit von der N-D\u00fcngermenge und waren bei Anwendung von DMPP geringer als bei der Vergleichsvariante ohne Hemmstoff. Die h\u00f6chsten N2O-Konzentrationen traten bei der Depotd\u00fcngung auf.
\nDie aus den Untersuchungen abgeleiteten Emissionsfaktoren f\u00fcr die direkten Emissionen entsprachen den Vorgabewerten des IPCC (2006). Im Gegensatz dazu waren die nach IPCC-Ansatz berechneten Mengen an gel\u00f6stem N2O ca. 50-fach h\u00f6her als im Projekt gemessen. Die Rolle der indirekten Emissionen \u00fcber den Emissionspfad Verlagerung von gel\u00f6stem N2O mit dem Sickerwasser war somit im Vergleich zu den direkten N2O-Emissionen gering.
\nIn allen untersuchten ged\u00fcngten Varianten waren die Nitratgehalte im Unterboden im Vergleich zur Kontrolle geringf\u00fcgig h\u00f6her. Die h\u00f6chsten Nitratgehalte im Unterboden und damit auch die gr\u00f6\u00dfte Nitratverlagerung fanden sich bei praxis\u00fcblicher N-D\u00fcngung sowie bei Depotd\u00fcngung.
\nEs hat sich gezeigt, dass alle Ma\u00dfnahmen, die die N-\u00dcbersch\u00fcsse im Gem\u00fcsebau reduzieren, als positiven Nebeneffekt auch eine Minderung der N2O-Freisetzung zur Folge haben.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Zur Verbreitung der Projektergebnisse wurde eine Kommission aus Fachleuten gebildet, die sich wis-senschaftlich, beratend oder in ausbildenden T\u00e4tigkeiten mit dem Thema N-D\u00fcngung im Gem\u00fcsebau besch\u00e4ftigt. Bei der Auswahl der Fachleute wurde zudem darauf geachtet, die gro\u00dfen Gem\u00fcse-Anbauregionen in Deutschland weitestgehend zu ber\u00fccksichtigen. Insgesamt geh\u00f6rten zehn Personen dieser Kompetenzgruppe an, die teils bereits in die Konzeption des Versuchsdesigns eingebunden wurden. Die Expertengruppe wurde in Form eines Newsletters jeweils zweimal im Jahr \u00fcber die Projektergebnisse informiert. Zudem wurde am 27.01.2011 ein Workshop mit der Expertengruppe in Hohenheim veranstaltet, bei dem die beiden Teilprojekte ihre Ergebnisse nochmals detailliert und empfehlungsgerichtet darstellten. Zudem wurden beim Workshop aktuelle Teilaspekte zur N-D\u00fcngung im Gem\u00fcsebau und deren Umweltwirkung durch Vortr\u00e4ge der Expertengruppe erg\u00e4nzt.<\/p>\n
Die Ergebnisse der Messungen wurden in Form von Artikeln in f\u00fcnf Fachartikeln in internationalen wissenschaftlichen Zeitschriften ver\u00f6ffentlicht bzw. zur Ver\u00f6ffentlichung eingereicht. Jeweils ein Artikel wurde au\u00dferdem in einer popul\u00e4rwissenschaftlichen und in einer Fachzeitschrift einem breiten Publikum nahegebracht. Zudem wurden Teilaspekte des Projekts im Rahmen von Fachvortr\u00e4gen bei nationalen (Tagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft 2009 in Bonn, KTBL-Tagung Bad Staffelstein 2010, JKI-Tagung zur Injektionsd\u00fcngung in Braunschweig, 2010) und internationalen Tagungen (16. internationaler N-Workshop in Turin, 2009, Jahrestagung der European Geosciences Union in Wien) vorgestellt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
In dem Projekt wurden Ma\u00dfnahmen entwickelt, um die direkten N2O-Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten B\u00f6den zu vermindern. Dies waren die Reduktion der N-D\u00fcngung auf den Sollwert aus dem KNS-System, der Einsatz eines Nitrifikationshemmstoffes sowie die zeitliche Entkopplung des Angebots an leicht verf\u00fcgbarer organsicher Substanz (Zwischenfrucht) und der Ausbringung mineralischen N-D\u00fcngers. Das Minderungspotential lag auf Jahresbasis zwischen 11 und 40%. F\u00fcr die indirekten N2O-Emissionen konnte kein entsprechendes Minderungspotential nachgewiesen werden. Allerdings traten bei praxis\u00fcblicher N-D\u00fcngung sowie bei Depotd\u00fcngung die h\u00f6chsten Nitratkonzentrationen im Unterboden auf, sodass eine Reduktion der N-D\u00fcngung auch den Nitrataustrag vermindert. Die Depotd\u00fcngung ist sowohl hinsichtlich des Nitrataustrags als auch hinsichtlich der N2O-Emissionen auf vergleichbaren Standorten (L\u00f6\u00dfb\u00f6den) S\u00fcddeutschlands nicht zu empfehlen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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