Kombination von Aufbereitungstechnik mit Ackerbaumanagement

Effekte durch Interaktion von Aufbereitungstechnik mit pflanzenbaulichem Management

Viele Effekte können nur durch Kombination von zielgerichtetem pflanzenbaulichem Management mit Aufbereitungstechnologien und jeweils geeigneter Ausbringtechnik erreicht werden. Die möglichen Synergien erlauben technologische, ökonomische und ökologische Optimierungen. 

Durch geeignetes pflanzenbauliches Management können erhebliche Vorteile in Bezug auf die Logistik (Lagerung, Transport, Ausbringung) erreicht werden. So wurden Effekte durch starke Nährstoffabreicherung einer Flüssigphase in den Kapiteln „Lagerungskosteneffekte“ und „Transportkosteneffekte“ nicht berücksichtigt, weil sie nur in Kombination mit zielgerichtetem pflanzenbaulichem Management erschlossen werden können. Die Abscheidung von Flüssigfraktionen mit niedrigem Nährstoffgehalt kann für den Lagerraumbedarf unter Berücksichtigung der Anforderungen der DüV, § 12 (1) bei guter pflanzenbaulicher Einbindung je nach betrieblicher Konstellation erhebliche Möglichkeiten bieten. Unter Berücksichtigung der maximalen N- bzw. Ammonium-N-Menge von 60 bzw. 30 kg pro ha, die bis zum 15.9. zu Wintergerste, bis zum 1.10. zu Raps, Feld-utter oder Zwischenfrüchten ausgebracht werden darf (DüV, § 6, (9), 1.), bedeutet dies bei N-Gehalten des Gärrestes von 6 kg N und 3 kg NH4-N/m3, dass lediglich 10 m3 pro Hektar vor der winterlichen Lagerperiode aufgebracht werden dürfen. Bei Gärresten, die nicht einer Strippung unterzogen wurden, dürfte meist jedoch der NH4-N-Gehalt begrenzend sein, die zulässigen Ausbringungsmengen also entsprechend geringer. Bei einer N-seitig sehr stark auf einen Gehalt von 1 kg N/m3 abgereicherten Gärrestflüssigkeit können dagegen auf entsprechende Flächen vor der winterlichen Lagerperiode noch bis zu 60 m3/ha ausgebracht werden. Da solch niedrige Gehalte nur mit einer Ammoniakstrippung erreichbar sind, ist hier i. d. R. auch nur der Gesamt-N-Gehalt begrenzend.

Zur Optimierung des Lagerraumbedarfes ist es sinnvoll, diesen mit der Anbauplanung abzustimmen. Hilfreich sind dafür Ausbringkalender, wobei zu berücksichtigen ist, dass mit Gärresten gedüngte Zwischenfrüchte gegenüber Leguminosengemengen häufig keine Mehrerträge ergeben, Gärprodukte also möglichst für düngebedürftige Kulturen reserviert werden sollten. Außerdem sollte berücksichtigt werden, dass die flüssigen Gärprodukte i. d. R. einen höheren Ammonium-N-Anteil am Gesamt-N aufweisen und daher z. B. im Vergleich zu Gülle besser pflanzenverfügbar sind. Im Sinne einer effizienten Nutzung dieser wertvollen organischen Dünger sollten Lagerraum und Ausbringungsplanung so abgestimmt sein, dass eine Ausbringung auch vor Winter ertragsrelevant ist und nicht zur Nährstoffvergeudung führt. Die Beeinflussbarkeit der Ausbringzeiten durch die Ausbringtechnologie in Interaktion mit dem Anbau sollte berücksichtigt werden. Die größte Knappheit an Lagerraum besteht zum Ende der Sperrzeit bis zum Beginn einer technisch und pflanzenbaulich sinnvollen Düngung. Der größte Düngungsbedarf zu fast allen Kulturen besteht im Frühjahr, so dass meist vor der Maisbestellung die Gärrestlager komplett geleert sind. Relevant sind daher vor allem eine möglichst frühe Ausbringmöglichkeit nach Ende der Sperrfrist im Frühjahr, um die Lagersituation möglichst schnell entlasten zu können sowie die Verlagerung möglichst großer Anteile sinnvoller Gärrestmengen in spätere Düngungszeiten im Jahr, um mit möglichst geringer Füllmenge in den Sperrzeitraum zu starten. Üblich ist aus diesem Grund die zwar bezüglich der Vermeidung von Nitratauswaschung vertretbare, unter dem Gesichtspunkt der Düngerwirksamkeit jedoch ineffiziente Vergeudung wertvoller Gärreste zu Zwischenfrüchten ohne Ertragsvorteil gegenüber Zwischenfruchtgemengen mit Leguminosen. Zielführender sind ergänzend zu einer auf die Düngezeiträume abgestimmten Fruchtfolgeplanung folgende Ansätze:

Je nach Standort und Witterung kann im Frühjahr durch Verschlauchung gegenüber fassgebundener Ausbringung ein um mehrere Wochen früherer Ausbringungsbeginn erreicht werden (s. u.).

1. 

   Wenn Mais oder Hirse, ggf. ein Sommergetreide-GPS mit ergänzender Unkrautabschöpfung erst in Zweitfruchtstellung, z. B. nach Grünroggen/früh geerntetem GPS gebaut wird, liegt die Aussaat gegenüber dem üblichen Aussaatzeitraum von Mais (Mitte bis Ende April in den meisten Regionen) um vier bis 8 Wochen später. Wenn ergänzend flüssige Gärprodukte in den wachsenden Bestand geschlitzt werden, z. B. im Vier- Sechsblattstadium, bedeutet das weitere vier Wochen. Dann kann die teure Ausbringtechnik besser ausgelastet und die Arbeitsspitzen können besser verteilt werden. Zudem sind die Gärrestlager gegenüber Anfang bis Mitte April erst zwei bis drei Monate später komplett entleert. Insbesondere auf Standorten mit hohem Unkrautdruck könnte diese Option interessant sein, weil das Unkraut bei der Ernte abgeschöpft wird und die nachgebaute Zweitfrucht den Gärrest gut verwer-ten kann, je nach Unkrautdruck kann dies ein gedüngtes Sommergetreide-Unkraut-Gemenge oder eine sauber gehaltene weniger konkurrenzstarke Kultur wie Mais oder Hirse sein. In jedem Fall sollte durch die einfache oder doppelte Abschöpfung der Unkrautdruck reduziert werden.
   Diese Effekte könnten zumindest teilweise als sozioökonomische Kompensation des höheren Aufwandes von Zweitfruchtbau dienen.

Transportseitig sind Aufbereitungstechnologien, die Fraktionen mit höherer Nährstoffdichte ergeben, v. a. für weiter entfernt liegende Schläge interessant. Wenn im Fall von Trennverfahren gleichzeitig eine hoch- und eine niedrig konzentrierte Fraktion entsteht, lassen sich Einsparungen bei den Transportkosten dann erzielen, wenn die niedriger konzentrierten Fraktionen (= höhere Ausbring- und Transportmengen pro ha) für die näher gelegenen Flächen genutzt werden und die höher konzentrierten Fraktionen auf den weiter entfernt liegenden Flächen. Pflanzenbaulich ist zu berücksichtigen, dass in den konzentrierten, meist festen Fraktionen v. a. Trockensubstanz, C, P und organischer N angereichert werden.

Die Flüssigfraktionen weisen nach der Trennung einen geringeren TS-Gehalt, eine bessere Fließfähigkeit, ein engeres C/N-Verhältnis, einen höheren NH4- N Anteil in Bezug auf den Gesamt-N aufweisen (siehe Ergebnisse AP 2). Sie verstopfen also Ausbringgeräte weniger leicht, dringen schneller in den Boden ein und haben eine deutlich schnellere N-Wirkung, v. a. bei noch kaltem Boden im Frühjahr. Sie sind recht schnell wirksame, N und K betonte Dünger und können daher gut zur Frühjahrsdüngung von Winterungen eingesetzt werden. Das bessere Eindringen in den Boden hat gerade bei diesen Kulturen wegen der fehlenden Einarbeitung Vorteile. Wie die Ergebnisse der Parzellenversuche der sehr anspruchsvollen Kultur Winterweizen zeigen, die einen hohen N-Bedarf im frühen Frühjahr bei noch kaltem Boden und entsprechend geringer Mineralisierung hat, besteht zur Anwendung flüssiger Gärprodukte hier noch ein gewisser Lern- und Optimierungsbedarf (minimierte NH3-Verluste, optimaler Düngungszeitpunkt, Berücksichtigung der Mineralisierung im Zeitverlauf zur Optimierung der Wirksamkeit) gegenüber der üblichen mineralischen Düngung. Eine Herausforderung ist bei der Düngung von Winterungen im Frühjahr stets der Zielkonflikt zwischen Bodenschutz, zeitlichem Nährstoffbedarf und Vermeidung von NH3-Verlusten. Bei noch sehr feuchtem Boden können die schweren Ausbringungsfahrzeuge im Frühjahr erhebliche Bodenschäden bis hin zu kaum behebbaren Unterbodenschadverdichtungen verursachen. Dies spricht für spätere Düngungszeitpunkte, wenn der Boden besser abgetrocknet ist. Demgegenüber steigt mit dem Beginn der Vegetationsperiode der Nährstoffbedarf der wachsenden Kulturen stark an, bei zu später Düngung werden also ggf. die Ertragsanlagen nicht voll ausgebildet. Eine frühe Düngung mit Gärresten ist auch zur Begrenzung der Ammoniakverluste sinnvoll, weil diese mit steigenden Temperaturen ansteigen.

Mit der Ausbringungstechnologie der Verschlauchung kann dieser Zielkonflikt reduziert werden, weil statt der schweren Tankwagen mit Ausbringgerät und Zugfahrzeug nur noch die Schlauchhaspel mit Ausbringungsgerät und Zugfahrzeug auf dem Acker fährt, die Last ist also um 10 bis 30 t reduziert. Je nach Boden und Witterung können damit um einige Wochen frühere Ausbringtermine ermöglicht und die o. g. Zielkonflikte entsprechend reduziert werden. Diese Technologie bietet darüber hinaus in Verbindung mit Gärproduktaufbereitung Chancen zur Reduzierung der Ausbringungskosten. Bei fassgebundener Ausbringung steigen die Ausbringkosten nahezu linear mit der Ausbringmenge. Demgegenüber wirken sich steigende Ausbringmengen bei der Verschlauchung kaum auf die Ausbringkosten pro ha aus, entsprechend entsteht bei hohen Ausbringmengen eine Kostendegression in Bezug auf die Ausbringmenge. Es sind also Kostensenkungen möglich, wenn besonders für die nährstoffabgereicherten Fraktionen (mit entsprechend höheren Ausbringmengen) Verschlauchungstechnik genutzt wird.

Sollen die langsamer wirkenden festen Gärreste auf den weiter entfernten Schlägen effizient genutzt werden, müssen sie entsprechend des weiten C/N-Verhältnisses in das pflanzenbauliche Management unter Berücksichtigung der düngerechtlichen Rahmenbedingungen eingebunden werden. Sie sollten also bevorzugt zu Zeitpunkten und Kulturen gegeben werden, bei denen Mineralisierung und Zeitverlauf des Nährstoffbedarfes zusammenpassen.

Wenn v. a. im Winterhalbjahr zur Reduzierung des Lagervolumens separiert wurde (siehe Lagerungskosteneffekte) und durch möglichst kurze Lagerung in der wärmeren Jahreszeit Emissionen vermieden werden sollen, sollte eine möglichst frühe Nutzung im Frühjahr angestrebt werden. Bei weitem C/N- Verhältnis und/oder sich nur langsam erwärmenden Standorten mit entsprechend langsamer Mineralisation bietet sich die Düngung zu Körnerleguminosen an, die dann von einer Kultur mit hohem N-Bedarf noch im Ansaatjahr gefolgt werden sollten (z. B. Raps, Futterbaugemenge). Sommergetreide bietet sich v. a. als Gemenge mit Leguminosen, z. B. zur GPS-Nutzung zur Nutzung an. Wenn die Ausbringung mit geringem Ammoniakemissionsrisiko, z. B. unmittelbar vor Regen oder bei leichtem Regen, möglich ist, so dass die bereits verfügbaren Nährstoffe in den Boden eingewaschen werden können, kann auch die Kopfdüngung auf Getreide sinnvoll sein. Die Nachfrucht (incl. Zwischenfrucht) muss dann der höheren Mineralisierung nach der Ernte Rechnung tragen.

Im Herbst bietet sich nach der Gersteneinsaat unter Berücksichtigung der Vorgaben der DüVO nur der Einsatz zu Feldfutter und Grünland, jeweils nach dem letzten Schnitt oder zu Zwischenfrüchten an. Da hier nur eine Kopfdüngung erfolgen kann, müssen passende Wetterbedingungen, mit geringem Risiko für Ammoniakverluste und nach Möglichkeit unmittelbar folgender Einwaschung der Nährstoffe durch Regen genutzt werden. Aufgrund der Ammoniakverluste entspricht eine Ausbringung bei sonnigem und/oder windigem Wetter nicht der guten fachlichen Praxis.

Zur Nutzung im späteren Frühjahr bieten sich daher späte Sommerungen mit langer Vegetationszeit an (z. B. Silo- oder Körnermais, Hirsen, Zuckerrüben), was von den guten Ergebnissen der Zuckerrüben in den Exakt-Parzellenversuchen sowohl gegenüber flüssigen Gärprodukten als auch gegenüber der mineralischen Düngung bestätigt wird. Für die späte Sommerung Kartoffeln, mit ihrem vergleichsweise schwach ausgeprägten Wurzelwerk, dürften feste Gärprodukte mit langsamer Mineralisierung im Frühjahr weniger geeignet sein, was in anderen Feldversuchen bestätigt wurde.

Nach der Druschfruchternte im Sommer bietet sich die Einarbeitung fester Gärprodukte vor Zwischenfruchtgemengen, auch für futterbauliche bzw. biogasseitige Nutzung an. Wegen der langsamen N-Mineralisierung und dem schnellen Wachstum und entsprechend schnell ansteigenden Nährstoffbedarf ist dies jedoch nur sinnvoll, wenn die Zwischenfruchtgemenge ausreichende Leguminosenanteile enthalten und damit eine zeitweise geringere mineralische N-Verfügbarkeit ohne Wachstumsverlust durch biologische N2-Fixierung und entsprechend stärkeres Wachstums der Leguminosenkomponenten ausgleichen können.

In späteren Zeitpunkten des Jahres macht die Einarbeitung fester Gärprodukte v. a. zu Raps Sinn, der die Nährstoffe vor Winter gut verwerten und je nach Mineralisierung auch hohe N-Mengen sehr gut abschöpfen und in Biomasse umsetzen kann.

Die Gärrestdüngung zu üblicherweise nur mineralisch gedüngten Kulturen erschließt regionale Ausbringflächen an Stelle des Transportes zu weit entfernten Flächen. Zuckerrüben als in vielen Regionen wichtige Kultur wurden daher sowohl in den Exaktparzellenversuchen, als auch in den Praxisversuchen untersucht. Sie zeigen jeweils gute Ergebnisse bei Gärrestdüngung, in den Exaktversuchen sowohl bei festen, als auch bei flüssigen Gärprodukten, auch im Vergleich mit mineralischer Düngung. Dies ist damit auch eine wichtige Kultur für die Nutzung von Gärprodukten in Marktfruchtregionen. Die Erschließung von Kartoffeln zur Gärrestdüngung ist von hoher Bedeutung, weil diese gerade auf den sandigen Böden in intensiven Veredlungsregionen wie dem Weser-Ems-Gebiet oder dem Münsterland (z. B. Kreis Borken) eine große Rolle spielen und einen zweistelligen Anteil an den Anbauflächen einnehmen, der derzeit fast nur mineralisch gedüngt wird (= Nährstoffimporte in die Regionen, höherer Nährstoffdruck durch fehlende Ausbringflächen). Die Ergebnisse der Exaktparzellenversuche zeigen die guten Möglichkeiten auf, wenn auch mit bestehendem gewissem Optimierungsbedarf und weiterem Forschungsbedarf. Weitere Versuche sollten berücksichtigen, dass gerade Kartoffeln einen sehr hohen Kaliumbedarf haben und dass vor allem die abgereicherten Flüssiggärprodukte hohe Kalifrachten aufweisen.

Da zudem der Feldgemüsebau gerade in den o. g. Intensivtierhaltungsregionen eine große Rolle spielt, macht es auch hier Sinn, zumindest indirekt Gärproduktdüngung einzubinden, z. B. in stark gedüngte Vorfruchtgemenge, die mit dem Unkraut abgeschöpft werden können und Gärproduktnährstoffe aus der Mineralisierung für das Gemüse zur Verfügung stellen.

Neben Winterweizen, Wintergerste bzw. regional unterschiedlich Roggen gehören Zuckerrüben und Raps zu den wichtigsten Kulturen in Marktfruchtregionen. Zum Ausgleich von Nährstoffen zwischen Regionen ist gerade der Raps mit seiner hohen Nährstoffverwertungsmöglichkeit vor Winter sehr interessant (s. o.). Ebenso wie beim Winterweizen zeigt sich jedoch auch bei der üblicherweise mit Mineraldünger intensiv geführten Kultur Raps anhand der Ergebnisse der Exaktfeldversuche, dass das notwendige pflanzenbauliche Fingerspitzengefühl bei der Düngung und Kulturführung mit Gärprodukten erst erarbeitet werden muss.

Umwelteffekte

Die Reduzierung des Transportaufwandes führt direkt zu einer Verringerung des Dieselbedarfes und damit zu entsprechend verringerten Treibhausgasemissionen (siehe Transportkosteneffekte).

Die positiven Umwelteffekte eines guten Wirtschaftsdünger- und Gärproduktmanagements gehen jedoch deutlich darüber hinaus. Relevant ist v. a., dass die Verringerung des Lagervolumens sowie günstigere Kosten zur effizienten Verwertung und Abgabe von Nährstoffen in andere Regionen zentrale Bausteine sind, um Hauptfrucht-NawaRo`s verstärkt durch Wirtschaftsdünger ersetzen zu können, was für die Biogasanlagen weitaus höhere Lageraumbedarfe und weitaus umfangreichere Nährstoffmengen zur Folge hat. Die Erhöhung der Wirtschaftsdüngervergärung ist zusammen mit der Erhöhung der N-Effizienz einer der wichtigsten Bausteine des Klimaschutzprogramms 203046, das 2019 beschlossen wurde.

Tabelle 46: Wichtige Bausteine des Klimaschutzprogramms 2030 im Sektor Landwirtschaft.

Der Aspekt der Lagerung und der zugehörigen Kosten als Hemmnis der Wirtschaftsdüngervergärung wurden bereits im Kapitel Lagerungskosteneffekte und in Tabelle 39 und Tabelle 40 dargestellt. Auch die Kosten des Managements der Nährstoffmengen sind dabei relevant, weil bei Umstieg von Energiepflanzen auf Wirtschaftsdünger ein Mehrfaches an Nährstoffen von den Anlagen gemanagt werden muss. Sie werden also verstärkt zu regionalen Nährstoffdrehscheiben.

Die Nährstoffeffizienz wird durch zielgerichteten Einsatz von Gärprodukten in Kombination mit geeigneter Ausbringtechnik und Gärproduktaufbereitung verbessert. Insbesondere bei notwendiger Kopfdüngung, z. B. zu Grünland und Feldfutterbaubeständen, aber auch zu Wintergetreide hilft das bessere Eindringen separierter flüssiger Gärreste, N-Verluste in die Umwelt in Form von Ammoniakverlusten zu vermeiden.47

Die im Projekt verfolgten Ansätze, entweder über Depotablage oder über Struvitfällung sowohl die Nährstoffeffizienz zu verbessern, als auch die Lachgasemissionen zu verringern, zeigen interessante Ansätze, die Ergebnisse sind jedoch noch zu heterogen für belastbare Aussagen. Wie aus Abbildung 106 deutlich wird, basiert die Annahme verringerter N-Emissionen bei Struvitfällung auf folgender Arbeitshypothese:

• Wenn N als Ammonium stabil bleibt und nicht als Ammoniak in die Umwelt entweicht, kann weder Nitrat, noch Lachgas aus dem stabil gehaltenen Ammonium entstehen (siehe Abbildung 106);
• Bei Entstehung von Struvit wird ein entsprechender Anteil des Ammonium-N in Struvit festgelegt, das nur bei tiefen pH-Werten löslich ist (zitronensäurelöslich, für Pflanzen erschließbar)
• Dieser Anteil ist nicht mehr gelöst, ist also dem Fließgleichgewicht zwischen dem leicht emittierenden NH3 und der Ionenform NH4+ entzogen > die NH3 Emissionen werden gemindert
• Gleichzeitig steht dieser Anteil den mikrobiellen Oxidationsprozessen nicht zur Verfügung, weil die Mikroben keinen Energieüberschuss in die Bildung einer Säure investieren können, um das Struvit zu lösen
• Damit steht der im Struvit gebundene N zwar zur Pflanzenernährung zur Verfügung, kann jedoch weder zur Lachgasbildung, noch zur Nitratauswaschung beitragen.

Es sind weitere Versuche notwendig, v. a. um eine effektive und reproduzierbare Fällung in geplanten Bereichen erreichen zu können.

Arbeitshypothese bei der Depotdüngung ist, dass durch Sorption an den umliegenden Tonmineralen eine Ammoniumkonzentration erreicht wird, die mikrobielle Aktivität und damit die weitere Nitrifizierung mindert. Entsprechend ist zu erwarten, dass die Lachgasbildung gemindert wird und das Nitratauswaschungsrisiko sinkt, weil die N-seitige Pflanzenernährung weitgehend auf Ammoniumbasis erfolgt, vergleichbar dem mineraldüngerbasierten CULTAN48-Effekt. Zwar wurden Vermeidungsreaktionen der Wurzeln beobachtet, was auf ausreichende Ammoniumkonzentrationen zu Beginn hindeutet, jedoch bildete sich nicht der typische Ring aus.