Gärreststrategien zur Optimierung von Nährstoffeffizienz, Wasser- und Klimaschutz im Pflanzenanbau; Akronym: RESOURCE; Teilvorhaben 1: Exaktversuchsanlage zur Ableitung optimierter ackerbaulicher Maßnahmen in Marktfrucht- und Nährstoffüberschussregionen; Teilvorhaben 2: Modellierung von Stickstoffflüssen, Quantifizierung von Treibhausgasmessungen und Praxisversuchsanlage zur Ableitung optimierter ackerbaulicher Maßnahmen in Marktfrucht- und Nährstoffüberschussregionen

Abstract

Der Ersatz von Mineraldüngern durch Gärreste kann unter bestimmten Voraussetzungen sowohl betriebswirtschaftlich sinnvoll sein und zur Reduktion von N-Emissionen in die Umwelt beitragen. Hohe Mineraldüngergaben bergen hingegen das Risiko, dass hohe N-Emissionen auftreten können. So traten in den durchgeführten Exaktversuche auf tonigen Böden bei hohen Niederschlagsmengen und Staunässe im Zuge der Denitrifikation hohe Lachgasverluste auf. Auf sandigen Böden besteht hingegen ein hohes Nitratauswaschungsrisiko, teils bereits während der Vegetationsperiode. Eine Düngung mit Gärresten ist daher aus Klimaschutzsicht aus mehreren Gründen sinnvoll: Zum einen müssen Gärreste nicht wie Mineraldünger energieaufwendig synthetisiert werden, zum anderen können hohe direkte und indirekte Lachgasverluste (auch durch Denitrifikation des ausgewaschenen Nitrats) vermieden werden. Die Auswertung der im Projekt durchgeführten Feldversuche zeigt, dass die Düngung mit Gärresten vor allem beim Maisanbau zahlreiche Vorteile bietet. So konnten auf verschiedenen Standorten und in mehreren Jahren mit alleiniger Gärrestdüngung vergleichbare Maiserträge wie mit einer äquivalenten mineralischen Düngung erzielt werden. Aus ökonomischer Sicht ist der Gärresteinsatz zu Mais immer dann zu bevorzugen, wenn Gärreste lokal verfügbar sind (Transportdistanzen <10 km aufweisen) und kostenlos zur Verfügung stehen. Zudem wurden in den Gärrest-Maisversuchen nur relativ geringe N-Emissionen gemessen. So führte die (gesetzlich vorgeschriebene) unmittelbare Einarbeitung der Gärreste dazu, dass Ammoniakemissionen wirksam vermindert werden konnten. Auch das Nitratauswaschungsrisiko und die Höhe der gemessenen Lachgasemissionen waren im Vergleich zur Mineraldüngung deutlich reduziert. Um das Emissionsrisiko weiter zu reduzieren ist es möglich, die Düngewirksamkeit des im Gärrest enthaltenen N rechnerisch etwas höher anzusetzen (und damit die gedüngte Gärrestmenge zu reduzieren) ohne dass kurzfristig Auswirkungen auf die Maiserträge auftreten. Die Modellierungsergebnisse zeigen, dass auch langfristig keine negativen Ertragseffekte zu erwarten sind. Dies sollte aber im Rahmen von Dauerversuchen und mithilfe von egetationsbegleitenden Untersuchungen abgesichert werden. Darüber hinaus führt eine moderate Gärrestdüngung laut Modellierungsergebnissen mittelfristig zum Aufbau von Bodenkohlenstoff und somit zur Stabilisierung bzw. Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit und zur Festlegung von klimawirksamem Kohlenstoffdioxid. Die langfristige Modellierung über 30-50 Jahre zeigt jedoch auch, dass der Aufbau hoher Gehalte organischer Bodensubstanz mit dem Risiko erhöhter Lachgasemissionen durch Mineralisation verbunden sein kann. Auch vor diesem Hintergrund ist eine Reduzierung der absoluten Gärrestfrachten zu Mais anzustreben. Im Getreideanbau ist eine ausschließliche Gärrestdüngung ohne weitere emissionsmindernde Maßnahmen auf Basis der Versuchsergebnisse hingegen nicht empfehlenswert. In den Exaktversuchen des Marktfruchtstandorts zeigte sich, dass die alleinige Gärrestdüngung tendenziell zu sinkenden Erträgen, vor allem aber zu stark reduzierten Rohproteingehalten im Korn führte. Dies ist vor allem auf die teils sehr hohen Ammoniakverluste zurückzuführen, die auftreten können, wenn der Gärrest (wie im Getreide) nicht eingearbeitet wird. Erschwerend kommt hinzu, dass die N-Verfügbarkeit bei alleiniger Gärrestdüngung zeitlich oft nicht mit dem N-Bedarf der Bestände zusammenfällt: Zum einen erfolgt die erste Gärrestdüngung auf tonigen Böden im Frühjahr aus Befahrbarkeitsgründen häufig verspätet, zum anderen stimmt die NMineralisation des organischen gebundenen N in Abhängigkeit der Witterung nicht immer mit dem Zeitpunkt der N-Hauptaufnahmephase der Bestände überein.In der Praxis wird daher häufig eine Kombinationsstrategie aus mineralischer und organischer Düngung angewendet. Diese Strategie konnte in den Praxisdemonstrationsversuchen ertraglich überzeugen und weist auch gemäß Modellierungsergebnissen geringe N-Emissionen auf. Zur wissenschaftlichen Absicherung wären jedoch weitere Exaktversuche erforderlich, in denen pflanzenbauliche und umweltrelevante Parameter analog zum Vorgehen in RESOURCE erhoben werden. Eine Erhöhung der N-Anrechenbarkeit zu Getreide kann auf Basis der Versuche nicht empfohlen werden. Die Exaktversuchsergebnisse auf den tonigen Marktfruchtstandort zeigen, dass die N-Mineraldüngeräquivalente der Gärreste im Getreide mit nur 40-60 % sehr niedrig ausfallen. Eine weitere Erhöhung der NAnrechenbarkeit würde die Vermarktungsmöglichkeiten des Getreides deutlich reduzieren und die Akzeptanz des Gärresteinsatzes in Marktfruchtregionen weiter schmälern. Aus Erwägungen des Umweltschutzes sollte grundsätzlich eine Düngepraxis angestrebt werden, die das NAngebot bestmöglich auf den pflanzlichen N-Bedarf abstimmt und hohe N-Überschüsse zu jeder Zeit vermeidet. Dabei hat auch eine unterlassene Düngung (Kontrolle) nicht zwangsläufig eine bessere Umweltwirkung, da es hier unter den Klimabedingungen der Zukunft mittel- und langfristig zum Abbau von organischem Bodenkohlenstoff kommt. Werden Mineraldüngern durch Gärreste ersetzt, sollten diese aber direkt eingearbeitet oder verlustmindernd ausgebracht werden, da sonst hohe Ammoniakverluste auftreten können (siehe oben), die zur Eutrophierung sensibler Ökosysteme führen können. Auch aus Sicht des Bodenschutzes ist von der Gärrestapplikation im zeitigen Frühjahr vor allem auf tonigen Böden aufgrund von Verdichtungsgefährdungen eher abzuraten. Die ackerbaulichen Rahmenbedingungen werden künftig voraussichtlich besonders durch langanhaltende Witterungsperioden, Temperaturerhöhung, und Extremwetterereignisse geprägt sein. Vor diesem Hintergrund sind alle Bewirtschaftungsmaßnahmen zu bevorzugen, die die physikalischen Bodenbedingungen stabilisieren, also z.B. für ein intaktes Porengefüge und eine hohe Infiltrationsleistung bzw. Erhöhung der Wasserhaltekapazität von Böden sorgen. Neben der Bodenbearbeitung kann dies unter anderem durch die Wahl der Düngestrategie gesteuert werden. Die Zufuhr an organischem Material in den Boden kann die Mineralisation des Bodenkohlenstoffgehalts teilweise kompensieren und damit die physikalischen Bodenbedingungen potenziell stabilisieren. Gemäß Modellierungsergebnissen sind aber eher moderate Gärrestmengen zu bevorzugen, da eine hohe Zufuhr an organischem Material langfristig auch ein hohes Risiko der Lachgasbildung birgt.