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Stickstoff Kreislauf – Düngung – UmweltPraxisratgeber von Josef Galler

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Herausgeber: Landwirtschaftskammer Salzburg,Betriebsentwicklung und UmweltAutor: Dipl.-HLFL-Ing. Josef Galler, LK SalzburgGrafik: AWMA – Werbe- und Mediaagentur, SalzburgDruck: Salzburger Druckerei

1. Auflage, 2007©

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StickstoffKreislauf – Düngung – Umwelt Stickstoff – Bedeutung und Aufgaben ................................................................... 4 Stickstoffkreislauf ...................................................................................................... 5Geschichte der Düngung ........................................................................................... 6Justus von Liebig – Wende in der Düngung .............................................................. 7Entwicklung der Stickstoffproduktion ........................................................................ 8Stickstoffversorgung der Pflanze ........................................................................... 9Luftstickstoffbindung durch Leguminosen ................................................................. 9Organischer Stickstoff im Boden ............................................................................. 10Organische Stickstoffünger ......................................................................................11Mineralisierungsvorgänge .........................................................................................11Ammonifikation und Nitrifikation ............................................................................. 12Immobilisierung von Düngestickstoff ...................................................................... 13Mineraldüngeräquivalent (MDÄ) organischer Dünger .............................................. 13Ammoniumanteil bestimmt Jahreswirkung ............................................................ 15Mineralische Stickstoffdüngung .......................................................................... �6N-Aufnahme der Pflanze .......................................................................................... 16N-Formen in Stickstoffdüngern ................................................................................ 17Blattdünger, Langzeitdünger, Nitrifikationshemmer ................................................. 17Zusammensetzung der wichtigsten Stickstoffdünger ............................................. 18Stickstoffdünger brauchen Kalk ............................................................................... 18Mineralische N-Formen im Vergleich ....................................................................... 19Ausbringung von Harnstoff und AHL ....................................................................... 20Lagerung von Stickstoffdüngern .............................................................................. 21Düngemittelgesetz (DMG) ....................................................................................... 22Bemessung der Stickstoffdüngung ......................................................................... 22Hilfsmittel zur Optimierung der N-Düngung ............................................................ 24Stickstoffdüngung für Getreide ................................................................................ 25Stickstoffdüngung bei Kartoffel und Mais ................................................................ 26Stickstoffdüngung im Grünland ............................................................................... 27Düngung und Umweltaspekte ............................................................................. �9Düngung und Qualität ............................................................................................. 29Düngung und N-Verluste ......................................................................................... 31Unvermeidbare Stickstoffverluste ............................................................................ 32Mineraldünger und Ammoniakverluste .................................................................... 38Wirtschaftsdünger und Ammoniakverluste ............................................................. 38N-Ausbringungsverluste bei Wirtschaftsdüngern .................................................... 39Ammoniak und Umwelt ........................................................................................... 40Lachgas und Umwelt ............................................................................................... 42Nitrat – ein Umweltparameter ............................................................................. 4�Düngung und Nitratauswaschung ........................................................................... 44Nitrat und Gesundheit ............................................................................................. 46Stickstoff und Eutrophierung ............................................................................... 48EU-Nitratrichtlinie ..................................................................................................... 49Stickstoffbilanzierung ........................................................................................... 50Energiebilanz der Düngung .................................................................................. 5�Stickstoff und Bioenergie ..................................................................................... 56

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Stickstoff

Stickstoff ist die Voraussetzung für die Bildung von pflanzlichem und tierischem Eiweiß. Der durchschnittliche Gehalt in den Pflanzen beträgt 3 bis 4 %. Er ist als der „Motor des Wachstums“ bekannt und hat von allen Nährstoffen die höchste Energieeffizienz. Ohne Stickstoff gäbe es keine grünen Pflanzen und kein Leben auf unserem Planeten.

Stickstoff – Bedeutung und AufgabenStickstoff ist ein lebensnotwendiger Bestandteil der Aminosäuren (Eiweißbausteine), aus denen pflanzliches und tierisches Eiweiß aufgebaut wird. Zudem ist er Bestandteil des Chlorophylls (Blattgrün) und für die Assimilation (Stoffauf-bau) unentbehrlich. Mit Hilfe des Chlorophylls können Pflanzen unter Ausnutzung der Sonnenenergie die Photosynthese (Bildung von verdaulichen Nährstoffen) aus Kohlen-dioxid und Wasser durchführen. Dies ist der einzige Weg, Tiere und Menschen mit Ener-gie in essbarer Form zu versorgen.Stickstoff ist unverzichtbar für die Energieübertragung sowie Bildung von Enzymen, Hormonen und Vitaminen. Er ist ferner Baustein der Nukleinsäuren, aus denen das ge-netische Material aller lebenden Organismen besteht. Für eine optimale N-Verwertung der Pflanze ist auch eine ausreichende Versorgung mit Magnesium, Schwefel und Kup-fer wichtig.

Was die Pflanze zum Leben braucht

n. Gruber, 1980

Stickstoff hat von allen Nährstoffen die höchste Produktionskraft. Der Pflanzenbau ist dank der Assimilation der grünen Blätter der einzige Wirtschaftszweig, der mehr Ener-gie produziert als er verbraucht.

Assimilation (Stoffaufbau)Bei der Assimilation werden aus Kohlendioxid und Wasser unter Mithilfe von Nähr-stoffen Kohlenhydrate gebildet, wobei auch Sauerstoff frei wird.

6 CO2 + 6 H2O (Chlorophyll + Sonnenenergie) � C6H12O6 (Zucker) + 6 O2

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Dissimilation (Stoffabbau)Dissimilation ist der rückläufige Prozess der Assimilation. Dabei werden die gebil-deten Kohlenhydrate wieder unter Einwirkung von Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser zerlegt, wobei Energie frei wird.

C6H12O6 (Zucker) + 6 O2 � 6 CO2 + 6 H2O + Energie (2822 KJ)

Stickstoffkreislauf Die Schlüsselstelle des zirkulierenden Stickstoffkreislaufes zwischen den Lebewesen, Boden, Wasser und der Atmosphäre liegt im Boden, wo hohe N-Mengen in Humus, Pflanzenresten und Mikroben organisch gebunden sind. Dabei kommt den mikrobiolo-gischen Abläufen zwischen Boden und Pflanze (N2-Bindung, Mineralisierung und Nähr-stoffaufnahme, Rückführung durch Denitrifizierung, Immobilisierung) große Bedeutung zu.Der Stickstoffeintrag in den Boden erfolgt neben der Luftstickstoffbindung durch Le-guminosen, über organische Düngung sowie mineralische Ergänzungsdüngung. Auch über die Nahrung von Mensch und Tier wird Stickstoff aufgenommen und gelangt über deren Ausscheidungen wieder in den Boden zurück.Ferner haben die Aktivitäten des Menschen durch fossile Verbrennung (Ausstoß von Stickoxiden) die zirkulierende Stickstoffmenge („Saurer Regen“) erhöht.Aus der Sicht der Umwelt ist eine möglichst ausgeglichene Bilanz zwischen Stickstoff-eintrag und Stickstoffaustrag anzustreben, um eine unerwünschte Eutrophierung bzw. Versauerung unserer Ökosysteme zu vermeiden.

Globaler Stickstoffkreislauf

BAD,2006

StickstoffbilanzierungBei der Stickstoffbilanzierung ist zu berücksichtigen, dass im Boden auch Immobilisie-rungsvorgänge stattfinden und gewisse gasförmige N-Verluste (Ammoniakverluste bei der Minerralisierung bzw. Düngerausbringung, Denitrifikationsverluste im Boden etc.) sowie Auswaschungsverluste in Form von Nitrat unvermeidbar sind.

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Geschichte der Düngung

Einst lebte der Mensch als Jäger und Sammler. Mit der Sesshaftwerdung und dem Übergang zu Ackerbau und Viehzucht vor ca. 10.000 Jahren begann die erste Epoche der Landbewirtschaftung. Dabei erkannten die Menschen sehr bald, dass selbst auf fruchtbaren Böden die Erträge allmählich sanken. In der Folge dieser Bodenverarmung an Nährstoffen entwickelten sich zwei Formen des Ackerbaus.

Urformen des Ackerbaus Beim sogenannten „Wanderfeldbau“ werden die Felder nach einigen Jahren wegen Unfruchtbarkeit wieder aufgegeben und dann neues jungfräuliches Land in Kultur ge-nommen. Eine Form des Wanderfeldbaues ist die Brandrodung, wo die verbleibende Asche einige Jahre als Nährstoffquelle dient.Die zweite Form ist der Ackerbau in Flusstälern, wo mit der jährlichen Überflutung und der Ablagerung nährstoffreichen Schlamms die mit den Ernten abgeführten Nährstoffe wieder ersetzt werden. Diese Form der Düngung war vor allem bei den alten Kulturen in den Stromländern am Nil, Euphrat, Indus usw. bekannt.

Ankurbelung des NährstoffkreislaufesIm alten Rom gaben die landwirtschaftlichen Schriftsteller (Cato, Columella etc.) um-fangreiche Darstellungen über die Düngung mit Asche, Tang, Flussschlamm, Fäkalien und Kompost. Bestimmte Dünger galten im Altertum als so wertvoll, dass deren Dieb-stahl unter Strafe stand. Im alten Rom wurde „Stercutius“ als Symbolfigur für die Fort-schritte in der Düngung von den Göttern sogar die Unsterblichkeit verliehen.Auch in unseren Breiten haben die Bauern seit jeher „gemergelt“ oder „gegipst“, d. h. kalk- und tonreichen Boden (aus Sedimentgesteinen entstanden) auf ihre nährstoffar-men Felder geholt, wenn der Boden ausgemergelt („verarmt“) war.Bereits Plinius D. J. (61–114) bezeichnete den Mergel als „Schmalz der Erde“, da der Mergel einige Mineralstoffe wie z. B. Kalium und Magnesium enthält.

Einführung von Fruchtfolge und LeguminosenanbauDie Römer führten die zweigliedrige Fruchtfolge (1 Jahr Acker + 1 Jahr Brache) ein. Die heute ökologisch unerwünschte Bracheperiode war infolge von Nährstoffmangel not-wendig. Im 8. Jahrhundert begann unter Karl dem Großen die Einführung der Dreifel-derwirtschaft (Winterung – Sommerung – Brache), da man nicht ständig die Hälfte des Ackerlandes brach liegen lassen wollte. Diese Form hat über 1.000 Jahre angehalten. Zusätzlich mussten auf Grund der geringen Erträge und der zunehmenden Bevölkerung ständig Wälder gerodet und Sümpfe trockengelegt werden.Erst Mitte des 18. Jahrhunderts begann sich allmählich durch den Anbau von Kleegras anstelle von Brache die verbesserte Dreifelderwirtschaft durchzusetzen.Die Futterleguminosen brachten nicht nur Stickstoff in den Kreislauf, sondern erhöhten in weiterer Folge auch den Anfall an Stallmist. Phosphormangel schränkte jedoch da-mals das Wachstum der Leguminosen stark ein. Es gelang nicht den Nährstoffkreislauf zu schließen.Nährstoffmangel und sinkende Erträge bei stark zunehmender Bevölkerung (besonders in England) haben dazu geführt, dass die Engländer menschliche Skelette wegen ihres Kalk- und Phosphatgehaltes kauften. Die Skelette stammten aus großstädtischen Fried-höfen und auch vom Gelände der Völkerschlacht bei Leipzig (1813). Die Knochenmüller hatten damals „Hochkonjunktur“, indem sie die Gebeine zu Dünger vermahlten.

Im Niltal konnte sich frühzeitig eine

Form des Ackerbaus entwickeln.

BAD, 2006

Brandrodung

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Erst später nach dem Erscheinen von Liebigs Buch „Agrikulturchemie“ im Jahre 1840 wurde in England (Verfahren nach „Flemming“) erstmals Superphosphat hergestellt. Dabei wurde Knochenmehl mit Schwefelsäure versetzt, um dadurch die Pflanzenver-fügbarkeit zu verbessern. Superphosphat wurde anfangs bezeichnenderweise als „Ger-man Kompost“ vertrieben. Die erste deutsche Superphosphatfabrik entstand 1856 am Heufeld bei Rosenheim.

Justus von Liebig – Wende in der DüngungJustus von Liebig (1803–1873) wird zu Recht als Vater der Agrikulturchemie bezeichnet und seine vor 150 Jahren publizierten Schriften haben nach wie vor Gültigkeit. Liebig entdeckte auch, dass sich die Pflanze bei organischer Düngung nicht vom Humus, son-dern aus den darin nach Mineralisierung freigesetzten Mineralstoffen ernährt. Er löste damit die Humustheorie von Albrecht Thaer (1752–1828) ab.Mit dieser Erkenntnis begann der bergmännische Abbau der wichtigsten Mineralstoffe für die Pflanzenernährung (Phosphatlager, Kalilager, Chilesalpeter), wodurch der Nähr-stoffkreislauf entscheidend verbessert werden konnte. Seit Einführung der Mineraldüngung und insbesondere der synthetischen Luftstick-stoffbindung haben sich bei uns nicht nur die Erträge, sondern auch der Anfall an Wirt-schaftsdüngern über die Wirkungskette „Mineraldüngereinsatz – mehr Futter – mehr Vieh – mehr Wirtschaftsdüngeranfall“ vervielfacht.Von Christi Geburt bis ins Spätmittelalter konnten die Erträge kaum gesteigert werden und lagen bei 6 bis 8 dt/ha. Erst die Fortschritte in der Züchtung, Düngung und dem Pflanzenschutz sowie in der Bodenbearbeitung brachten eine Wende. Neben dem Zuchtfortschritt und ackerbaulichen Maßnahmen sind ca. 50 % der Ertrags-steigerungen auf die Erfolge der Düngung und des Pflanzenschutzes zurückzuführen.

Biotechnischer Fortschritt am Beispiel Körnermais

n. Gruber, 1980 (ergänzt)

1950 21,6 = 100 %1970 55,5 = 256 %2000 88,0 = 407 %

Justus von Liebig(1803–1873)

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Entwicklung der Erträge wichtiger Kulturpflanzen in dt /haJahr 1850 1900 2005Weizen 9,7 12,8 53,6 Roggen 9,3 11,4 41,0Gerste 12,3 13,2 55,8Hafer 7,7 9,9 43,8Kartoffel 75,1 102,5 344,0Körnermais 10,2 12,3 102,3Zuckerrübe 192,2 239,5 710,5

ÖDB, 1980, ergänzt

Entwicklung der StickstoffproduktionAnfang des 19. Jahrhunderts wurden die ersten Stickstoffquellen außerhalb der Land-wirtschaft verfügbar. In den Großstädten hatte die Leuchtgasproduktion Einzug gehal-ten, für die Leuchtgas aus Kohle hergestellt wurde. Kokereigas enthält etwa 1,5 % Am-moniak, dass als Ammonsulfat (21 %) ausgefällt wurde. Die Produktion war jedoch durch die Gasproduktion limitiert. In der Atacamawüste begann 1930 der Abbau von Natriumnitrat (Chilesalpeter). Dieses Salz wurde aufwendig mit Hilfe von heißem Wasser aus einer stickstoffreichen Boden-schicht (bis zu 5 % N) ausgewaschen, getrocknet und diente ursprünglich der Produk-tion von Schießpulver.Ab 1840 wurde dann verstärkt „Guano“ (angesammelter Kot von Seevögeln vor der Küste Perus mit ca. 14 % N und 14 % Phosphor) abgebaut und verschifft, bis die Lager-stätten 1875 trotz ihrer Mächtigkeit von über 60 m weitgehend erschöpft waren.Segelschiffe transportierten Millionen Tonnen Guano und Chilesalpeter nach Europa.Nach wie vor fehlte eine nachhaltige N-Quelle.Angesichts der zunehmenden Weltbevölkerung und drohender Hungersnöte rief der englische Chemiker „William Crookes“ alle Kollegen auf, nach einer Möglichkeit zu su-chen, den unbegrenzt vorhandenen Luftstickstoff zu binden. Denselben Luftstickstoff, den auch die Knöllchenbakterien der Leguminosen synthetisieren können. Der natürliche Vorgang, bei dem durch die Hitze eines Blitzschlags elementarer Luft-stickstoff (N2) zu Stickoxid (NO) oxidiert wird, war ja bereits seit dem 18. Jahrhundert bekannt.1895 gelang es Adolf Frank nachzuweisen, dass Calciumcarbid bei 1.000 °C mit dem Stickstoff der Luft zu Calciumcyanamid (Kalkstickstoff) reagiert. 1905 gingen bereits die ersten Kalkstickstoffwerke in Betrieb. Die notwendige Energie lieferten Wasserkraft- bzw. Braunkohlekraftwerke.Den großen Durchbruch für die Luftstickstoffbindung erreichte 1904 der Chemiepro-fessor Fritz Haber aus Karlsruhe. Es gelang ihm aus Wasserstoff und Luftstickstoff bei einem Druck von 200 Atmosphären und einer Temperatur von 550 °C Ammoniak zu synthetisieren und zu verflüssigen. Zur Weiterentwicklung nahm Haber Kontakt mit der Badischen Anilin und Sodafabrik (BASF) auf, wo er gemeinsam mit Carl Bosch das Ver-fahren verbesserte. 1913 ging die erste Versuchsanlage in Betrieb. Der Energiebedarf für 1 kg Ammoniak betrug ursprünglich 100 MJ und konnte inzwischen auf 27 MJ gesenkt werden. Die Weltstickstoffproduktion liegt heute bei mehr als 100 Mill. Tonnen, das ist etwa fünf-mal so viel wie noch vor 40 Jahren. Den größten Verbrauchsanstieg hat Asien, gefolgt von Südamerika und Afrika. Europa verbraucht etwa ein Viertel der Weltproduktion.

Die Laborapparatur, mit der Haber 1908

erstmals Ammoniak erzeugte.

BAD, 2006

Fritz Haber (1868–1934)

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Neben dem Einsatz von Wirtschaftsdüngern dient heute auch die Mineraldüngung zunehmend der Ernährung der Pflanze. Überall dort auf der Welt, wo die Pflan-zen hungern, dort hungern auch die Menschen. In einem UNESCO-Schreiben von �9�� kommt dies sehr treffend in einem Satz zum Ausdruck:

„Von nun an wird die Hälfte der Menschheit von der Mehrproduktion ernährt, die durch die Mineraldüngeranwendung erzielt wird.“

Der Begriff „Kunstdünger“ (Mineraldünger) ist heute ein strapaziertes Wort. Das Wort entstand um 1860 und hatte damals eine andere Bedeutung als heute.Kunst hatte früher die Grundbedeutung von „Können“ und bedeutete im weiteren Sinne eine auf Wissen und Übung begründete Tätigkeit (z. B. Baukunst, Kochkunst, Reitkunst etc.). Im Wandel der Zeit hat das Wort im Sinne von „künstlich“ eine an-dere Bedeutung erlangt.

Stickstoffversorgung der PflanzeAus der Sicht der Düngung kommt Stickstoff in der Natur in verschiedenen Verbindungen vor. Dabei sind für die Stickstoffversorgung der Pflanze drei Gruppen von Bedeutung.

n Luftstickstoffbindung der Leguminosenn Organisch gebundener Stickstoffn Mineralischer Stickstoff N-Bindung durch LeguminosenDie erdnahe Atmosphäre besteht zu 78 % aus elementarem Stickstoff in Form von N2. Das sind etwa 86.000 t Stickstoff in der Luft über jedem Hektar Land. Pflanzen können jedoch diesen Stickstoff aufgrund der starken Bindungskräfte zwi-schen den beiden Atomen eines N2-Moleküls nicht direkt nutzen. Nur durch die Knöllchenbakterien der Leguminosen oder die synthetische Stickstoff-synthese (Haber-Bosch-Verfahren) kann Luftstickstoff in bedeutsamen Mengen in eine pflanzenverwertbare Form übergeführt werden.

Im Laufe ihrer Entwicklung sind einige Pflanzenarten (Leguminosen) eine Symbiose mit N-bindenden Mikroorganismen eingegangen, die in Knöllchen an ihren Wurzeln le-ben. Diese Mikroorganismen besitzen Enzymsysteme, die atmosphärischen Luftstick-stoff durch Aufbrechen des stabilen N2-Moleküls nutzen können, den sie dann ihrer Wirtspflanze zur Verfügung stellen. Wenn die Leguminosen absterben und verwesen, wird dieser Stickstoff auch für andere Pflanzen verfügbar. Im Gegenzug muss die Pflan-ze die Mikroorganismen mit Energie (Kohlenhydraten) aus ihrer Photosyntheseleistung versorgen.Unter optimalen Bedingungen kann ein reiner Kleebestand mehr als 200 kg N/ha und Jahr aus der Luft binden. Andere frei im Boden lebende stickstoffbindende Organismen können nur etwa 2 bis 10 kg N/ha und Jahr binden und sind daher für die Praxis kaum von Bedeutung.

Globale Entwicklung des Mineraldünger-Stickstoff- Verbrauchs

Jahr Mill. t1905 0,41950 3,51975 30,01980 55,01990 74,02007 104,0

FAO, 2007 (ergänzt)

�0

Auch Knöllchenbakterien brauchen EnergieDie Energiebereitstellung bzw. Umleitung eines Teils der von den Leguminosen gebil-deten Assimilate zu den Knöllchenbakterien ist auch der Grund, warum Leguminosen (z. B. Erbsen, Bohnen) deutlich geringere Hektarerträge erbringen, als aufgrund ihrer Photosyntheseleistung zu erwarten wäre.Die Umwandlung vom sehr stabil gebundenem, elementarem Luftstickstoff (N2) in pflanzenverfügbare N-Formen benötigt viel Energie. Dieser Energieaufwand von knapp 30 GJ pro Tonne Stickstoff ist im Chemismus begründet, weshalb die Knöllchenbakte-rien etwa gleich viel Energie verbrauchen wie moderne technische Anlagen zur synthe-tischen Luftstickstoffbindung mittels Haber-Bosch-Verfahren.Eine gezielte N-Düngung hat jedoch über die Assimilation eine hohe Energieeffizienz, d. h. der Energieertrag beträgt ein Vielfaches der eingesetzten Energie (siehe Kapitel „Energiebilanz der Düngung“).

Organisch gebundener Stickstoff im BodenDer Boden stellt mit Stickstoffgehalten in Kulturböden von 0,02 bis 0,4 % den größten und stabilsten N-Pool dar. Daneben sind Wirtschaftsdünger eine wichtige, vorrangig or-ganische N-Quelle. Sie enthalten den Stickstoff sowohl in organisch gebundener Form als auch in Form von Ammonium.Im Boden ist der Stickstoff zu mehr als 98 % des Gesamtgehaltes organisch im Humus bzw. in lebender Biomasse (Pflanzen, Bodenlebewesen, Bodentiere) gebunden. Bei mittleren Humusgehalten von 1,5 bis 2,5 % sind in Ackerböden etwa 3.000 bis 6.000 kg N enthalten, die alle 30 bis 70 Jahre einmal umgesetzt werden.Geringe N-Mengen sind auch als Ammonium an Tonminerale gebunden.

Bodenpool – Mineralisierung und Immobilisierung Die jährliche N-Nachlieferung aus dem Bodenpool hängt von der Humusqualität bzw. dem C/N-Verhältnis im Boden ab und beträgt etwa 1 bis 2 % vom N-Vorrat des Bo-dens. Am Dauergrünland liegt hingegen die Mineralisierungsrate aufgrund der fehlen-den Ackerung (Humusoxidation) unter 1 %.Dadurch können jährlich ca. 30 bis über 100 kg organisch gebundener Stickstoff mit Hil-fe von Bodenmikroben zu mineralischem Stickstoff, d. h. zu Ammonium und letztlich Nitrat übergeführt werden. Andererseits fixieren Mikroben auch mineralischen Stickstoff, indem sie einen Teil in die organische Substanz einbauen.Dabei gilt: Wenn das Verhältnis Kohlenstoff zu Stickstoff (C:N) größer ist als 20:1, wird die Immobilisierung (Fixierung) begünstigt und mineralischer Stickstoff in stabile or-ganische Verbindungen umgewandelt. Dabei wird praktisch kein Stickstoff mehr frei-gesetzt. Erst bei einem Verhältnis unter 15:1 beginnt die Mineralisierung und somit Nutzbarwerdung für die Pflanze. Fruchtbare Ackerböden haben meist ein C/N-Verhält-nis zwischen 8 und 12:1.Stark humose oder anmoorige Böden haben Humusgehalte bis zu 15 % und ein C/N-Verhältnis von etwa 10 bis 15:1. Organische Böden bzw. Torf mit Humusgehalten bis zu 30 % und darüber haben ein C/N-Verhältnis über 15 bis 20:1 und damit kaum noch eine N-Dynamik.

An den Wurzeln von Leguminosen leben

Knöllchen mit der Fähigkeit zur Luftstick-

stoffbindung. BAD, 2006

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Geschätzte Stickstoffmengen (kg N/ha) in den verschiedenen Pools und Reaktions-pfade des Stickstoffkreislaufs in landwirtschaftlich genutzten Böden

BAD, 2006

Organische StickstoffdüngerNeben dem Leguminosenstickstoff und der Nachlieferung aus dem Bodenpool wird der Hauptstickstoffbedarf der Pflanzen über Wirtschafts- und Mineraldünger gedeckt.Organische Abfallstoffe, Ernterückstände und Kompost etc. waren seit jeher die wich-tigste Nährstoffquelle für die Pflanze. Ferner haben Wirtschaftsdünger sowohl für den Nährstoff- als auch den Humushaushalt im Boden eine große Bedeutung.Stallmist bzw. Kompost enthält den Stickstoff großteils organisich gebunden und teil-weise in Form von Ammonium. Während der Ammoniumanteil relativ rasch im Jahr der Düngung wirksam wird, geht der organische Stickstoffanteil vorerst in den N-Pool des Bodens und wird nur langsam in den Folgejahren nachgeliefert.

MineralisierungsvorgängeDie Mineralisierung von Düngemitteln läuft im Boden bei Wirtschaftsdüngen wie auch Mineraldüngern gleich ab. Wirtschaftsdünger enthalten jedoch keinen Stickstoff in Form von Nitrat.

Stickstoffdynamik im Boden (nach Fink, 1991)

NH� NH�

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Ammonifikation und NitrifikationDer organisch gebundene Stickstoffanteil in den Wirtschaftsdüngern liegt zu 2/3 in Form von Aminosäuren und Amidstickstoff (Harnstoff) vor. Organische Amid-N-Verbin-dungen werden zuerst durch das im Boden vorhandene mikrobielle Enzym „Urease“ in Abhängigkeit von Temperatur, Sauerstoff und Wasser über die Zwischenstufe „Ammo-niak“ zu Ammoniumcarbonat abgebaut. Das unstabile Ammoniumcarbonat wird dann weiter zu Ammonium mineralisiert (Ammonifikation).

Stufe � – Ammonifikation CO (NH2)2 + H2O � Urease � (NH4)2 CO3 � NH4 Carbamid Ammoniumcarbonat Ammonium

Durch das Enzym Urease wird Harnstoff beginnend bei Bodentemperaturen ab 2 bis 4 °C langsam, bei höheren Temperaturen über 15 °C innerhalb weniger Tage relativ rasch zu Ammonium ammonifiziert. Dabei steigt im Zuge der Umsetzung durch die vor-übergehende Ammoniakbildung der pH-Wert an, wodurch in Verbindung mit höheren Temperaturen auch gasförmige Ammoniakverluste auftreten können.Die weitere Mineralisierung von Ammonium erfolgt dann durch die Bodenbakterien Nitrosomas zu Nitrit bzw. weiter über Nitrobacter zu Nitrat.Dabei spielt die Bodentemperatur bzw. Bodenfeuchtigkeit eine wichtige Rolle. Bei einer Bodentemperatur von 8 °C dauert es etwa 4 bis 6 Wochen, bei 12 °C etwa 2 bis 3 Wochen und bei 16 °C etwa 1 Woche bis die Mineralisation bzw. Nitrifikation an-läuft (siehe Abb.).

Stufe � – Nitrifikation NH4+ � NO2

- � NO3-

Ammonium Nitrit Nitrat

Nitrifikation von Rindergülle im Boden in Abhängigkeit von der Bodentemperatur

nach Amberger,1994

Wirtschaftsdünger enthalten keinen

Stickstoff in Form von Nitrat.

Ammonium wird bei niedrigen Temperaturen

im Winter nicht zu Nitrat mineralisiert,

weshalb auf bepflanz-ten Böden (z. B.

Grünland) ganzjährig keine nennenswerte

Auswaschungsgefahr über die natürliche, un-vermeidbare Grundlast besteht. Eine Düngung

im Winter ist jedoch wegen der Gefahr der Abschwemmung (vor allem auf gefrorenen bzw. schneebedeck-

��

Bodentemperatur im Jahresverlauf

nach Amberger, 1994

Immobilisierung von DüngestickstoffGrundsätzlich erfolgt bei jeder Düngung eine gewisse N-Immobilisierung infolge N-Bin-dung durch Humusanreicherung im Boden, da sich Bodenmikroben von organischer Substanz ernähren und einen Teil des mineralisierten Stickstoffes in ihre Körpersubs-tanz als Mikrobeneiweiß einbauen. Dies geschieht umso stärker, je mehr stickstoffar-me und leicht zersetzbare organische Substanz (z. B. Stroh) zur Verfügung steht. Da-durch können bis zu 100 kg Stickstoff zeitweilig festgelegt werden. Die vielfach praktizierte N-Ausgleichsdüngung bei der Einackerung von Stroh ist eine Maßnahme, um diesen Immobilisierungsvorgängen im Boden entgegenzuwirken.Diese düngungsbedingte N-Immobilisierung (Fixierung) beträgt etwa 15 bis 20 % der gedüngten N-Menge und ist bei organischen Düngern mit geringen Ammoniumantei-len bzw. weitem C/N-Verhältnis (Stallmist, Kompost) größer als z. B. bei Gülle mit hö-herem Ammoniumanteil bzw. engem C/N-Verhältnis. Auch bei Mineraldüngeranwendung wird ein Teil des Ammoniumanteiles (10 bis 20 %) mikrobiell im Boden gebunden.

Mineraldüngeräquivalent (MDÄ) organischer DüngerUm eine objektive Bewertung unterschiedlicher Düngemittel zu ermöglichen, wird die Wirkung organischer Dünger mit der Wirkung von Mineraldüngerstickstoff (genauer mit dem Mehrertrag gegenüber der ungedüngten Kontrolle) verglichen. Der Maßstab „Mineraldüngeräquivalent (MDÄ) in %“ ermöglicht einen Vergleich verschiedener organischer Dünger sowohl mit der kurzfristigen Jahreswirkung als auch mit der langfristigen Gesamtwirkung (Jahreswirkung + Nachwirkungen in den Folgejahren).Ein MDÄ von 75 % bedeutet, dass die Düngewirkung gegenüber einer Mineraldün-gung 75 % beträgt. Anders ausgedrückt können bei einer organischen Düngung von 100 kg Gesamtstickstoff 75 kg eines mineralischen N-Düngers eingespart werden.

Im Winter erfolgt aufgrund der niedrigen Temperaturen im Boden kaum eine Mineralisierung von organisch gebundenem Stickstoff bzw. Am-monium zum auswa-schungsgefährdeten Nitrat. Ammonium wird nicht ausgewaschen, da es im Gegensatz zu Nitrat sehr unbeweg-lich ist und auch an Tonminerale gebunden wird.

*Der nach der Dün-gung für die Pflanze verfügbare N-Anteil hängt wesentlich von den Ammoniakverlus-ten (ca. 15 bis 30 %) nach der Ausbringung ab. Die N-Immobilisie-rung (Fixierung) und sonstige gasförmige N-Verluste verändern sich nur wenig.

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Mineraldüngeräquivalente organischer Dünger

(n. Gutser, 2005)

Die N-Gesamtwirkung (Jahreswirkung + Nachwirkungen) ist bei Düngern mit einem hohen Anteil an organischem Stickstoff nieder.

Parameter zur Beurteilung der N-Verfügbarkeit organischer Düngemittel

Düngerstoff Mineralischer N (NH4-N) C/N Abbaubarkeit der

org. SubstanzKurzfristige N-Wirkung Mi-neraldünger-Äquivalent %

Horn-/Feder-/Ledermehle 0-5 3-4 gut 50-70

Fleisch/Blutmehle/Knochenmehle 5-10 3-5 sehr gut 60-80

Gründüngung 0-10 10-30 gering-mittel 10-40

Biokomposte 5-15 13-20 gering 5-15

Stallmist 10-20 12-15 gering 10-20

Klärschlamm dick 5-20 6-8 mittel 15-30

Klärschlamm dünn 30-40 3-5 mittel 45-55

Gülle (Rind) 40-60 8 gering 40-50

Biogasgülle 45-70 3-5 gering 50-70

Gülle (Huhn) 60-70 4 mittel 70-85

Jauche 80-90 1-2 - 85-90

(n. Gutser, 2005)

50 40 �0 4 % NH4-N-vom Ges. N 8 5 �4 �6 C:N-Verhältnis

Je höher der Ammo-nium-Anteil eines

Düngers am Gesamt-stickstoffgehalt und

je enger das C/N-Ver-hältnis, desto höher

ist die Sofort- bzw. die Jahreswirkung. Gülle

hat z. B. aufgrund ihres hohen NH4-Anteiles

und engen C/N-Verhält-nisses eine bessere Jahres- und letztlich

auch Gesamtwirkung als Stallmist oder

Kompost.

Die N-Jahreswirkung (MDÄ) hängt vorrangig vom Ammoniumanteil

und vom C/N-Verhältnis des eingesetzten

Düngers sowie von der Abbaubarkeit der

organischen Substanz (C org.) ab.

Je N-ärmer die orga-nische Substanz und

weiter der C/N-Quoti-ent, desto schlechter

verläuft die Mineralisie-rung und desto größer ist die Immobilisierung

im Boden.

�5

Ammoniumanteil bestimmt die JahreswirkungDer Ammoniumanteil aus organischen Düngern kann ähnlich wie bei Mineraldüngern relativ rasch ohne nennenswerte Verluste von der Pflanze aufgenommen werden. Je höher der Ammoniumanteil, desto höher die Jahreswirkung als auch die langjährige Gesamtwirkung. Daher haben Jauche und Gülle eine höhere Jahres- und letztlich auch Gesamtwirkung als Stallmist oder Kompost.Jede Ammoniumdüngung regt ferner die N-Nachlieferung aus dem Humuspool an (so-genannter „Priming-Effekt“).Stallmist bzw. Kompost sollte bevorzugt auf Ackerland zur Verbesserung des Humus-saldos bzw. der Ton-Humus-Komplexbildung ausgebracht werden.

Ammoniumanteile organischer Dünger im Vergleich (Angaben in Prozent)

Ammonium (NH4) organisch geb. N

Mineraldüngerstickstoff 100 -

Jauche 90 10

Rindergülle 50 50

Schweinegülle 65 35

LegehennengülleLegehühnerkot (frisch)Legehühnertrockenkot

603015

407085

Stallmist 15 85

Stallmistkompost 5 95

BMLFUW 2006

Jahreswirkung bzw. langjährige Gesamtwirkung von Wirtschaftsdüngern im Vergleich zu Mineraldünger

N-Wirkung

Wirtschaftsdünger Jahreswirkung Gesamtwirkung

Jauche

Gülle

Stallmist

Kompost

85 90 (70 - 90)

50 70 (60 - 70)

20 60 (50 - 60)

10 40 (30 - 40)

(n. Rieder, 1995 ergänzt)

Im Vergleich zu Mineraldünger (MDÄ) ist bei Jauche die Ausnutzung des Ammonium-N etwas schlechter, da das Ammoniumbicarbonat stärker zur Abgasung neigt als das Am-monium im Mineraldünger.

Die Gesamtwirkung ist die Jahreswirkung einschließlich der Nachwirkungen aus den Folgejahren.

�6

Mineralische Stickstoffdüngung

Der Einsatz von mineralischem Stickstoff hat weltweit zunehmende Bedeutung. Insge-samt wird die biologische Stickstoffbindung durch Leguminosen und Bodenmikroben pro Jahr auf etwa 175 Mill. t Stickstoff geschätzt, während die technische Stickstoffbin-dung derzeit mehr als 100 Mill. t beträgt.Während alle organischen N-Dünger (Wirtschaftsdünger) bzw. Harnstoff (zählt che-misch zu den organischen N-Düngern) zuerst im Boden mikrobiell umgesetzt werden müssen, kann vor allem Nitrat und auch Ammonium aus Mineraldüngern relativ rasch ohne wesentliche Verluste im Boden von der Pflanze aufgenommen werden. Gasförmige N-Verluste entstehen im Boden beim mikrobiellen Abbau organischer N-Dünger zu Ammonium (NH4) bzw. beim weiteren Abbau zu Nitrat (NO3).

Mineralische StickstoffformenDazu gehören vorrangig Nitrat (NO3- ) und Ammonium (NH4+). Auch Harnstoff (Carba-mid) wird in der Praxis zu den Mineraldüngern gezählt.Nitratdünger haben eine raschere Wirkung als Ammoniumdünger oder Harnstoff bzw. organische N-Dünger.

Verfügbarkeit der Pflanzennährstoffe

N-Aufnahme der PflanzeAlle organischen N-Formen müssen vorerst zu Ammonium bzw. Nitrat mineralisiert werden, damit sie von den Pflanzenwurzeln aufgenommen werden können. Ammonium ist im Boden im Vergleich zu Nitrat relativ unbeweglich, da es auch an Ton-minerale gebunden wird. Dadurch ist auch die Gefahr der Auswaschung sehr gering. Andererseits führt diese Sorption dazu, dass die Wurzeln zum wenig beweglichen Am-monium wachsen müssen und während der Zeit des intensiven Wachstums nicht im-mer eine optimale Versorgung sichergestellt ist.Damit auch in Zeiten intensiven Wachstums der N-Bedarf der Pflanzen gewährleistet werden kann, enthalten die meisten Mineraldünger auch einen Anteil an rasch verfüg-barem Nitrat. Nitrat ist schnell wirksam und auch mobiler, wodurch es bei fehlendem Bewuchs (Brache) auch ausgewaschen werden kann.

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Ammonium und Nitrat an der WurzelDie Aufnahme von Nitrat (NO3

-) erhöht den pH-Wert an der Wurzeloberfläche und er-schwert somit die Aufnahme von Spurenelementen, während Ammonium (NH4+) sauer wirkt und den pH-Wert durch Abgabe an Protonen (H*) senkt, was wiederum die Mo-bilisierung von Spurenelementen verbessert.Eine Ammoniumdüngung kann dadurch speziell auf alkalischen Böden die Spurenele-mentversorgung verbessern.In die Pflanze wird Stickstoff letztlich als Ammonium in den Stoffwechsel eingebaut, d. h. Ammonium ist jene N-Form, die direkt in den Stoffwechsel der Pflanze eingreift. Dadurch entfällt im Vergleich zu einer Nitratdüngung innerhalb der Pflanze der Energie-aufwand für die Nitratreduktion. Ammonium fördert ferner das Wurzelwachstum und die Wurzelverzweigung.Zu hohe Konzentrationen an Ammonium in der Pflanze können jedoch zu Wachstums-depressionen führen, wodurch der Vorteil im Energieverbrauch wieder schnell kompen-siert wird. Phasen hohen N-Bedarfs können mit Nitrat besser überbrückt werden. Nitrat kann zudem als Anion die Aufnahme an Kationen (Ca, K, Mg) fördern. Eine Kombinati-on beider Formen hat sich daher bewehrt.

N-Formen in Stickstoff-DüngernN Dünger (Beispiele)

Harnstoff-N(%)

Ammonium-N(%)

Nitrat-N(%)

Harnstoff (Amid) 100 - -

AmmoniumNitrat-HarnstoffLösung (AHL)

50 25 25

Ammonsulfat - 100 -

Kalkammonsalpeter(KAS, z. B. NAC) - 50 50

Kalksalpeter - 7 93

Ammonsulfatsalpeter(AAS, z. B. Entec) - 70 30

Ammonsulfatharnstoff(z. B. Piammon) 50 bis 70 30 bis 50 -

+ Der Anteil der jeweils enthaltenen N-Formen bestimmt die Wirkungsgeschwindigkeit, (BAD, 2006, ergänzt)

Blattdünger Von der wachsenden Pflanze kann Stickstoff auch über das Blatt aufgenommen wer-den. Die Aufnahme über das Blatt ist jedoch begrenzt und daher nur eine Ergänzung zur Bodendüngung. Sie wird als Feuerwehrmaßnahme bzw. in speziellen Fällen zur Ver-meidung von Festlegung oder Auswaschung oder speziell in Kombination mit Spritzmit-tel (Harnstoff) angewandt.

Langzeitdünger und NitrifikationshemmerLangzeitdünger enthalten verschiedene Harnstoffaldehyde und geben ähnlich wie die mit einer Polymerschicht umhüllten Dünger die Nährstoffe über einen längeren Zeit-raum langsam in die Bodenlösung ab. Stickstoffdünger mit Nitrifikationshemmer enthalten Inhibitoren, welche die Mineralisa-tion (Nitrifikation) verzögern, wodurch der Stickstoff länger in der Ammoniumform er-halten bleibt.

�8

Dünger wie Alzon oder Entec bilden keine eigene Stickstoffform. In Alzon liegt der ge-samte Stickstoff als Harnstoff, nach dessen Hydrolyse als Ammonium (ohne Nitrat-anteil) vor. In Entec liegt der Großteil als Ammonium und ein Teil als Nitrat vor. Diese Spezialdünger werden vor allem im Gartenbau, in Gewächshäusern sowie Golfrasen eingesetzt.

Zusammensetzung der wichtigsten Stickstoffdünger

N-Dünger Nährstoffgehalt physiol.Wirkung

LöslichkeitEigenschaften

Harnstoff(Amiddünger) CO (NH2)2

46 % N sauer

wasserlöslich, N in Amidform, für Kulturen mit längerer Vegetations-zeit, als Blattdünger rasch wirksam und mit den meisten Spritzmitteln kombinierbar

AHL(Ammonnitrat – Harnstofflösung) NH4NO3 + CO (NH2)2

27 % N(14 % Amid, 6,5 % NH4 +6,5 % NO3)

sauer

wasserlöslich, wirkt schnell und nachhaltig, als Boden und Blatt-dünger geeignet, bei Blattdüngung pralle Sonne meiden, Einsatz im Getreide ab Schossen bis Beginn Ährenschieben.

AmmonnitratNH4NO3 (kein Kalk)

Kalkammonsalpeter (NAC)NH4NO3 + CaCO3

27 % N

sauer

schwach sauer

wasserlöslich, enthält je zur Hälfte Ammonium (NH4) und Nitrat (NO3) und wirkt somit schnell und nachhaltig, universell einsetzbarer N-Dünger

AmmoniumdüngerAmmonsulfat (ASU) oderSchwefelsaures Ammoniak (SSA) (NH4)2 SO4

AmmonsulfatsalpeterNH4NO3 + (NH4)2 SO4

21 % N24 % S

26 % N

sehr sauer

wasserlöslich, N in Ammoniumform, wirkt daher nachhaltig, geeignet für Böden mit hohem pH-Wert sowie für schwefelbedürftige Kulturen

KalkstickstoffCa CN2

20 % N60 % CaO alkalisch

wasserlöslich, N in Cyanamidform, wirkt langsam, speziell zur Boden-entseuchung und Unkrautbekämp-fung geeignet

Nitratdünger(Kalksalpeter)Ca (NO3)2

15,5 % N28 % CaO alkalisch

wasserlöslich, N in Nitratform, spe-ziell im Gartenbau und zur Behand-lung der Stippigkeit im Obst- und Gemüsebau

BAD, 2006, ergänzt

Stickstoffdünger brauchen Kalk1 kg Düngerstickstoff bedeutet etwa auch einen Bedarf von 1 kg CaO. Je nach Düngerform, CaO-Begleitstoffanteil im Dünger und den Umsetzungsvorgän-gen im Boden ist der Einfluss auf die Kalkbilanz unterschiedlich.Während z. B. Kalkstickstoff so viel Kalk enthält, dass die Kalkbilanz positiv ist, ist bei Harnstoff die negative Kalkbilanz genauso hoch wie der N-Gehalt des Düngers.

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Schwefelhaltige N-Dünger haben einen höheren Kalkbedarf von 2 kg CaO/kg Schwefel.Es sind in der nachfolgenden Tabelle nur jene Dünger angeführt, welche die Kalkbilanz nennenswert, d. h. mit mehr als 20 kg CaO pro 100 kg Dünger (sauer bzw. alkalisch) be-einflussen. So ist zum Beispiel Kalkammonsalpeter (NAC) nicht aufgeführt, da die kalk-zehrende Wirkung mit rund 13 kg CaO pro 100 kg Dünger vernachlässigbar ist. Die Kalk-zehrung der N-Dünger ist bei der Erhaltungskalkung zu berücksichtigen.

nach Kerschberger, 2001

Mineralische N-Formen im VergleichNeben dem Reinnährstoffpreis sind die Wirkungsgeschwindigkeit, die technischen Ei-genschaften und die Wirkungssicherheit eines Düngers von Bedeutung. Im Interesse einer gleichmäßigen Verteilung ist bei Granulaten auch auf eine einheit-liche Korngröße bzw. Form des Düngers zu achten. Bei hochkonzentrierten N-Düngern wie Harnstoff ist besonders auf eine exakte Verteil-genauigkeit (Gefahr der Technischen Streifenkrankheit) zu achten.

Kalkammonsalpeter (KAS, NAC) wirkt durch seinen Nitratanteil schnell und durch sei-nen Ammoniumanteil etwas verzögert. Er ist die meistverwendete Düngeform. Kalksalpeter (Calciumnitrat) wirkt als Nitratdünger am schnellsten und wird bei N-Mangelerscheinungen in Phasen des intensivsten Wachstums zur Kopfdüngung einge-setzt. Nitrathältige Dünger können auf sehr tonreichen Böden gegenüber Ammonium-düngern Ertragsvorteile (geringe NH4-Fixierung an Tonminerale) haben.Nitratdünger haben bei gezielter Düngung auch eine raschere Sofort- und Gesamtwir-kung als organische N-Dünger.Ammonsulfat (Schwefelsaures Ammoniak-SSA) wirkt etwas langsamer bzw. nach-haltiger und enthält zusätzlich 24 % Schwefel, wodurch es besonders für schwefelbe-düftige Kulturen geeignet ist. Allerdings ist es stärker kalkzehrend.Harnstoff (Carbamid = CO (NH�)�) ist ein Amidstickstoff und entsteht durch Verbin-dung von Kohlendioxid und Ammoniak. Harnstoff (lat. Urea) ist die historisch eingeführ-te Bezeichnung für das Carbamid (Diamid der Kohlensäure).

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Harnstoff hat die höchste N-Konzentration und ist gut wasserlöslich (1kg/l bei 20 °C) und wirkt bei Anwendung als Blattdünger unmittelbar (Konzentration muss unter 0,5 % liegen). Ansonst wirkt es im Boden langsam, da er wie jeder organische Dünger im Bo-den erst umgesetzt werden muss.Ammon-Nitrat-Harnstoff-Lösung (AHL) ist ein Flüssigdünger und wird mit Spritzge-räten ausgebracht. AHL hat eine Sofortwirkung durch den Nitratanteil sowie eine Nach-wirkung durch den Harnstoffanteil.

Reinnährstoff – Preisvergleich

Dünger (N-Gehalt in %) Reinnährstoffpreis

NAC/KAS (27 %) € 0,85

Harnstoff (46 %) € 0,72

AHL (27 %) € 0,84

Ammonsulfat (21 %) € 1,00

Quelle: Fertilizer Week, Juli 2007

Ausbringung von Harnstoff und AHLErfolgt nach einer Harnstoffdüngung keine Einarbeitung, so sind kühle Witterung bzw. nachfolgender Niederschlag günstig.Organische N-Dünger und somit auch Harnstoff haben ein höheres Risikopotenzial be-züglich NH3-Verlusten nach der Ausbringung.Dies gilt insbesondere bei Trockenheit, pH-Werten im Boden über 6,5 und Düngung auf die unbewachsene Bodenoberfläche.Harnstoff hat mit 670 kg/m³ ein geringeres spezifisches Gewicht als Kalkammonsalpe-ter (KAS) mit 950 kg/m³. Daraus resultiert im Vergleich eine geringere Arbeitsbreite bei der Ausbringung und eine höhere Seitenwindempfindlichkeit. Nicht zuletzt ist auch aufgrund der höheren N-Konzentration von 46 % verstärkt auf die Verteilgenauigkeit zu achten.Bei der Düngung mit Harnstoff steigt kurzfristig um das Düngekorn der pH-Wert an. Die Umsetzung zu Ammonium bzw. Nitrat dauert unter günstigen Bedingungen (Feuchtig-keit, Bodentemperatur) 10 bis 14 Tage. Bei der Düngung von AHL gilt wie bei Harnstoff, dass bei höheren Temperaturen sowie Böden mit höherem pH-Werten verstärkt Abgasungsverluste auftreten können.Bei Einsatz als Blattdünger ist zusätzlich darauf zu achten, dass zur Vermeidung von Ätz-schäden die Blätter trocken sind und eine ausgebildete Wachsschicht aufweisen.AHL und Harnstoff können mit den meisten Spritzmitteln kombiniert werden.

KurzfristigeVeränderung des

pH-Wertes im Bereich des

Harnstoff-Düngekorns

n. Yara, 2005

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Lagerung von Stickstoffdüngern

Im Allgemeinen genügt es Düngermittel sauber, trocken und nach Sorten getrennt zu lagern. Zu beachten ist jedoch, dass eine Vermischung nitrathältiger Dünger mit brennbaren organischen Stoffen wie Kohlenstaub, Holzwolle, Stroh etc. vermieden wird (Nitrat – NO3 – kann durch Abgabe von Sauerstoff die Verbrennung fördern).Unter normalen Transport- und Lagerbedingungen sind Mineraldünger weder explo-siv noch selbstentzündend.Ammonnitrathältige Düngemittel können sich jedoch durch äußere Einwirkung von Feu-er oder Hitze bei Temperaturen über 130 °C langsam unter Bildung gesundheitsschäd-licher Gase zersetzen. Die Zersetzung kommt meist zum Stillstand, wenn die Hitzeein-wirkung von außen unterbunden wird.Bei einigen ammonnitrathältigen Mehrnährstoffdüngern (NK-, NPK-Düngern) kann sich die Zersetzung unter Wärmeentwicklung durch die gesamte Masse des Düngers fort-pflanzen. Dazu ist kein Luftsauerstoff notwendig. Bei dieser Verschwelung (= selbstän-dig fortschreitende thermische Zersetzung) entsteht ein gelblich-brauner und stechend riechender giftiger Qualm (nitrose Gase). In diesem Fall sind Fenster und Türen zu öff-nen, damit der Qualm entweichen kannn bzw. ist die Feuerwehr zu verständigen. Da die Verschwelung unabhängig vom Einfluss durch Luftsauerstoff vor sich geht, kann sie nicht durch Abdecken oder Einsatz eines Schaumlöschers, sondern nur mit Wasser (Ab-kühlung) bekämpft werden.Kalkammonsalpeter (KAS oder NAC) ist im Gegensatz zum reinen Ammoniumnitrat (weißes, unlösliches, hygroskopisches Salz) infolge des Kalkzusatzes (NH4 NO3 + Ca CO3) nicht gefährdet.

Folgende Punkte sind bei der Lagerung zu beachten:❚ Lagerräume vor der Beschickung mit Düngemitteln (insbesondere mit loser Ware)

sorgfältig reinigen❚ Jede Vermischung mit anderen (brennbaren) Stoffen und Düngersorten vermeiden

(manche Sorten reagieren miteinander)❚ In Lagerräumen nicht rauchen, kein offenes Licht❚ Alle Möglichkeiten einer Feuer- und Hitzeeinwirkung von außen ausschalten

Lagerung gesackter Düngemittel, FreilagerungDie Lagerfähigkeit ist auch bei sorgfältiger Lagerung zeitlich begrenzt. Verhärtungen können entstehen durch❚ Feuchtigkeitsaufnahme❚ chemische Veränderungen (Alterung) und❚ Lagerdruck (Eigengewicht)

Die Lagerfähigkeit hängt vom Produkt und von der Lagerart ab. Eine Lagerung über die Anwendungssaison hinaus (1/2 Jahr bis 1 Jahr) sollte möglichst vermieden werden.Die Freilageroberfläche sollte möglichst eben sein und einen festen Untergrund aufwei-sen. Sie sollte vor Sonnenbestrahlung geschützt sein (sonnenabgewandte Seite einer Mauer, Böschung, Bäume usw.) und Regenwasser muss abfließen können. Eine Ab-deckung mit Planen als Schutz vor Witterungseinflüssen und UV-Bestrahlung ist immer zu empfehlen. Die Plane sollte gegen starken Wind durch Beschwerung oder mit Net-zen gesichert werden.

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Freilagerung – nur in AusnahmefällenDie Säcke stickstoffhältiger Düngemittel können an den Nähten platzen, das Granulat zerfällt. (Betrifft vorwiegend die äußeren Säcke eines Stapels.)Ursache: Ammonnitrathältige Dünger ändern ihre Kristallform beim Durchlaufen einer bestimmten Temperaturschwelle, die bei 32 °C liegt. Diese Änderung der Kristallform ist mit einer Volumsänderung verbunden. Durch oftmaliges Durchlaufen dieser Tempe-raturschwelle (manchmal mehrmals an einen Tag) wird das Düngerkorn mürbe und zer-fällt, durch Volumsvergrößerung zerplatzen die Säcke. Der Nährstoffgehalt wird dadurch nicht verändert, aber die Streugenauigkeit leidet.Abhilfe: Vermeidung von Hitzestau. Abdecken allein genügt in diesem Falle nicht. Es ist für eine Luftzirkulation zwischen Abdeckung und Stapel zu sorgen. Am besten ge-schieht dies durch Einlegen von Leerpaletten, alten Reifen und dergleichen zwischen Plane und Sackstapel. Der Planenabstand vom Stapel soll auf allen Seiten gegeben sein. Plane nicht unter den Stapel ziehen, damit Luftaustritt in Bodenhöhe möglich ist. Am besten Freilagerung ammonnitrathältiger Düngemittel in den Sommermonaten vermeiden.

Lagerung von losen DüngemittelnWichtig ist, dass keine Feuchtigkeit Zutritt hat. Boden und Wände des Lagerraumes müs-sen entsprechend isoliert sein (Bitumenanstrich usw.). Die Befüllung der Boxen soll rasch und ohne längere Unterbrechung erfolgen. Wenn eine längere Lagerung vorgesehen ist, wird eine Abdeckung mit Kunststoffplanen zum Schutz vor Luftfeuchtigkeit empfohlen.

Düngemittelgesetz (DMG)Düngemittel sind im Sinne des DMG Stoffe, die Pflanzennährstoffe enthalten und dazu bestimmt sind, den Pflanzen zugeführt zu werden, um deren Wachstum zu fördern und deren Qualität bzw. Ertrag zu erhöhen.Durch das Düngemittelgesetz (einschließlich Kennzeichnungsverordnung) ist geregelt, dass nur solche Düngemittel, Bodenhilfsstoffe und Kultursubstrate in Verkehr gebracht werden dürfen, welche die Fruchtbarkeit des Bodens, die Gesundheit von Menschen und Haustieren sowie den Naturhaushalt nicht gefährden.Düngemittel sind natürliche Bodenbestandteile. Düngemittel enthalten Stoffe, die selbst Bestandteile der Pflanze sind, in jedem natürlichen Boden vorkommen und ohne die es keine pflanzliche Stoffbildung gibt.

Bemessung der Stickstoffdüngung Die Stickstoffdüngung ist so zu bemessen, dass ein standortangepasster Ertrag mit entsprechender Qualität erzielt werden kann, d. h. es soll so viel wie notwendig, aber nicht mehr als erforderlich gedüngt werden. Dabei sind die unterschiedlichen Ansprü-che der einzelnen Kulturen (N-Bedarf und Verteilung) zu berücksichtigen. Das Mitscherlich-Gesetz vom abnehmenden Ertragszuwachs besagt, das jedes zusätz-lich gedüngte Kilo Nährstoff weniger Mehrertrag bringt, als das Vorherige. Das ökono-mische Optimum ist gegeben, wenn die Kosten für die letzte Stickstoffeinheit noch den Wert des damit erzeugten Mehrertrages abdecken. Eine Düngung bis zum Ertragsop-timum bedeutet in der Regel auch eine Verbesserung der Qualität. Bei einer Düngung darüber hinaus nehmen einige Qualitätsmerkmale noch zu und andere meist infolge des Verdünnungseffektes ab.

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Mitscherlich-Gesetz

n. Finck, 1991

Stickstoffempfehlung in kg/ha bei mittlerer Ertragserwartung

kg N/ha Ertrag t/ha

Weizen 110 -130 4 - 6

Roggen 80 - 100 3,5 - 5,5

Dinkel 60 - 80 1,5 - 2,5

Getreide Wintergerste 100 - 120 3,5 - 6,0

Triticale 90 - 110 3,5 - 6,0

Sommerfuttergerste 80 - 100 3,5 - 5,5

Sommerbraugerste 50 - 70 3,5 - 5,0

Hafer 70 - 90 3,5 - 5,0

Mais (CCM, Körnermais) 120 - 140 7,0 - 10

Silomais (FM) 140 - 160 40 - 50

Hackfrüchte Zuckerrübe 90 - 110 45 - 60

Futterrübe 120 - 140 60 -100

Speisekartoffel, 110 - 130 25 - 35

Früh- und Pflanzkartoffel 90 - 110 15 - 20

Körnererbse, Ackerbohne 0 - 60 2,5 - 4,5

Öl- und Eiweißpflanzen Sojabohne 0 - 60 1,5 - 2,5

Könerraps 120 - 140 2,0 - 3,0

Sonnenblume 40 - 60 2,0 - 3,0

Zwischenfruchtfutterbau mit Leguminosen (FM) 0 - 40 15 - 25

Feldfutterbau Feldfutter (gräserbetont) 150 - 200 8 - 12

BMLFUW, 2006

Bei hoher Ertragslage sind Zuschläge von 30 bis 40 % erforderlich.

Düngung

Ert

rag

un

d Q

ual

ität Stress

IOptimumII

ÜberschussIII

Ertrag AbsinkendeQualitätsfaktoren

WachsendeQualitätsfaktoren

�4

Empfehlung für die mineralische Stickstoffergänzungsdüngung (kg N/ha)nach dem Nmin-Gehalt des Bodens für Winterweizen (mittlere bis hohe Ertragslage)Nmin zuVegetationsbeginn(kg/ha N)

Andüngungzu Vegetations-beginn

Bestockungsende, Beginn desSchossens

Ende des Schossens, Beginn desÄhrenschiebens

Gesamtdüngung

< 25 40-60 40-60 40-70 120-19025-50 35-55 35-50 40-70 110-17550-75 30-45 30-45 40-70 100-16075-100 20-35 30-40 40-70 90-145100-125 0 40-60 40-70 80-130125-150 0 25-40 40-70 65-110150-175 0 20-30 30-60 50-90175-200 0 10-20 25-50 35-70

> 200 0 0 25-50 25-50

BMLFUW, 2006

Hilfsmittel zur Optimierung der DüngungDie Bemessung der Düngergabe richtet sich nach dem zu erwartenden Ertrag, wobei der im Boden vorhandene Stickstoff zu berücksichtigen ist.Der im zeitigen Frühjahr im Boden verfügbare Stickstoff kann entweder mittels Bo-denuntersuchung (Nmin-Wert) gemessen oder gestützt auf Testflächen der Offizial-beratung abgeschätzt werden. Im Laufe der Vegetationsperiode ist die weitere Nach-lieferung aus dem Boden stark witterungsabhängig (Temperatur, Niederschläge) und dadurch Schwankungen unterworfen. Um solche Veränderungen der Nährstoffversor-gung im Interesse einer sparsamen Düngung berücksichtigen zu können, wurden un-terschiedliche Methoden entwickelt, um bei Kulturen, wo die N-Düngung in mehreren Teilgaben erfolgt, eine Korrektur zu ermöglichen.Eine einfache Methode für die Praxis besteht darin, bei der Düngung eine ungedüngte Fläche (Düngefenster) auszusparen, wodurch die nachlassende N-Nachlieferung aus dem Boden ersichtlich wird.Exaktere Methoden zur Bestimmung der notwendigen Stickstoffgabe basieren heute auf chemischen bzw. optischen Messverfahren.

NitrattestDer „Nitrattest“ aus dem Pflanzensaft ist eine chemische Methode, wo der Nitratgehalt im Presssaft der Blattstiele mittels Farb-Teststreifen bestimmt wird. Die Nitratkonzent-ration im Zellsaft ist eine brauchbare Anzeige für die Stickstoffversorgung der Pflanze.

„N-Tester“Eine weitere Methode ist die optische Messung der Stickstoffversorgung direkt auf dem Feld durch Bestimmung des Chlorophyllgehaltes mit Hilfe kleiner, tragbarer Geräte wie dem „N-Tester“ oder „GPN“ ohne Beschädigung der Pflanzen. Da die Chlorophyll-konzentration in direkter Beziehung zur Stickstoffkonzentration steht, erhält man eine einfache und schnelle Aussage über die aktuelle N-Versorgung der Kultur. Die Chloro-phyllmeter werden über Feldversuche für die jeweilige Kultur und das jeweilige Wachs-tumsstadium geeicht.

Chlorophyllmessgerät Bad, 2006

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Spektrale AnalyseIn Zukunft werden spektrale Indizes, die aus dem Reflexionsspektrum abgeleitet wer-den, indirekt die N-Versorgung der Kultur wiedergeben. Dadurch wird eine variab-le Stickstoffdüngung auch unter Berücksichtigung der Bodenunterschiede möglich. Sensoren zur berührungslosen Messung können vom Satelliten oder Flugzeug bzw. Traktor aus betrieben werden. Das Ergebnis ist auf einer Dünge-Applikationskarte ersichtlich.

Stickstoffdüngungskarte, ausgehend von den eingescannten Daten eines am Traktor montierten N-Sensors

Bad, 2006

Streubild beachtenDas Streubild beeinflusst Ertrag und Qualität, d. h. eine fehlerhafte Nährstoffverteilung am Feld führt zu Ertragsverlusten.Die Überprüfung der Streubilder zeigt eindeutig, dass schwere, glatte und harte Körner die Basis für eine hohe Genauigkeit bei der Mineraldüngerausbringung sind.Ein gutes Streubild hat einen Streufehler (Abweichung vom Mittelwert) von 10 bis 15 %.Die Überprüfung des Streubildes ist heute ein wichtiger Bestandteil des sachgerechten Pflanzenbaus.Dasselbe gilt für Wirtschaftsdünger, wo eine Verteilgenauigkeit, d. h. Variations-koeffizi-enten (VK) unter 20 % angestrebt werden (siehe Ausbringtechniken).

Cultan-AusbringungstechnikBereits in den 1970er-Jahren wurde von Professor Dr. Karl Sommer das CULTAN-Ver-fahren – „Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition“ – entwickelt. Der Flüs-sigdünger (z. B. AHL) wird mit Sternradinjektionsrädern über Injektionsnadeln direkt in den Wurzelbereich eingedrückt, wobei Arbeitsbreiten bis zu 12 m möglich sind.„Der Begriff ,CULTAN‘ soll beschreiben, dass der als Ammonium platziert gedüngte Stickstoff von den Pflanzen auch überwiegend als Ammonium aufgenommen und un-mittelbar in den Eiweiß-Stoffwechsel übernommen werden kann“: Speziell für Trocken-gebiete erhofft man sich mit dieser Technik positive Effekte auf den N-Ausnutzungs-grad. Der Nachteil ist die mangelnde Anpassung an den Witterungsverlauf gegenüber der N-Gabenteilung z. B. bei Getreide.

Stickstoffdüngung bei GetreideSobald im Frühjahr das Wachstum einsetzt und die Getreidepflanzen Nebentriebe bil-den (Bestockungsphase), beginnen die Pflanzen täglich bis hin zur „Milchreife“ große N-Mengen von 4 bis 5 kg N/ha aufzunehmen. Eine Getreidepflanze nimmt etwa 40 %

N-Mangel bei Getreide

Kastenhuber, 2007

�6

ihres gesamten N-Bedarfes bis zum Ende der Bestockung auf, weitere 20 % bis zum Ährenschieben und die restlichen 40 % bis zum Einsetzen der physiologischen Rei-fe. Der Kornertrag wird von drei Faktoren (Anzahl ährentragender Halme, Kornzahl pro Ähre, Einzelkorngewicht) bestimmt.Ist die Stickstoffmenge unzureichend aufgrund einer zu niedrigen Düngergabe oder in-folge einer zu dichten Saat, so bildet jede Pflanze nur wenige ährentragende Halme. Umgekehrt führt eine zu hohe N-Düngung zu einer zu starken Bestockung. Dadurch kommt es zu einer Konkurrenz zwischen den einzelnen Halmen, die dann weniger oder kleinere Körner pro Ähre ausbilden. Zudem steigt die Gefahr der Lagerung und Pilzan-fälligkeit. Eine gezielte und bedarfsgerechte Düngung ist auch in Hinblick auf den Ei-weißgehalt (ca. 14 %) und die Backqualität wichtig. Das Korngewicht wird durch eine N-Spätdüngung unterstützt.

Stickstoffgabenteilung bei Getreide

BAD, 2006

Stickstoffdüngung der KartoffelDer Knollenertrag ergibt sich aus der Anzahl der Triebe, der Anzahl der Knollen je Trieb und dem Knollengewicht. Die Stickstoffdüngung wirkt sich auf das Knollengewicht und die Dauer bzw. Intensität der Stärkespeicherung aus.Eine zu hohe Stickstoffversorgung mindert die Knollenanlage im Frühjahr, während eine Unterversorgung zum frühzeitigen Absterben des assimilierenden Knollenkrauts führt. Günstig wirkt aufgrund der langsamen Mineralisation eine Düngung mit Stallmist. An-sonst hat sich eine Teilung (erste Gabe zum Legen und zweite Gabe unmittelbar nach Anlage der Knollen) bewährt.Werden Kartoffeln für die Industrie zur Produktion von Stärke oder Alkohol angebaut, ist das Hinauszögern der Ernte durch eine hohe N-Düngung (längere Assimilateinlagerung in die Knollen) vorteilhaft. Speisekartoffeln, die zu viel Stickstoff aufnehmen, haben hin-gegen eine begrenzte Lagerfähigkeit (insbesonders bei Kalimangel).Bei Pflanzkartoffeln sollte nur eine mäßige N-Düngung erfolgen, um die unerwünschte Bildung großer Knollen und ein verzögertes Abreifen (verursacht durch fortgesetzte N-Nachlieferung) zu verhindern.

Bei Winterweizen ist zur Erzielung

ausreichender Rohproteingehalte

(14 % i. d. TM) eine Teilung auf drei Termine

(Vegetationsbeginn, vor dem Schossen, vor

dem Ährenschieben) sinnvoll.

Bei Wintergerste genügen 2 bis 3 Ange-botstermine, während

Sommerbraugerste nur eine einmalige N-Gabe

zur Saat erhalten sollte. Bei Sommer-

futtergerste und Hafer hat sich eine Teilung (zur Saat und Ende

Bestockung) bewährt. Teilgaben ermöglichen

bei Getreide eine bessere Anpassung an

den Wachstums- und Witterungsverlauf.

��

Stickstoffdüngung zu MaisVon der Aussaat bis zum 8-Blatt-Stadium nimmt der Mais nur wenig Nährstoffe auf. Die Hauptnährstoffaufnahme erfolgt ab dem 8-Blattstadium bis zum Eintrocknen der Narbenfäden, wo über 80 % des N-Gesamtbedarfes aufgenommen werden.Auf leichten Böden (unter 15 % Ton) bzw. über bei 10 % Hangneigung soll maximal die Hälfte des N-Bedarfs vor dem Anbau und die zweite Gabe als Bestandesdüngung je nach Witterung und Befahrbarkeit zwischen dem 4- und 6-Blatt-Stadium gegeben wer-den. Ebenso soll auf leichten Böden die Gülledüngung geteilt werden.Auf ebenen Böden mit über 15 % Tonanteil hat sich die einmalige N-Gabe vor bzw. zum Anbau (geringere Arbeitskosten, keine Blattverbrennung, keine Erntereifeverzögerung) gut bewährt. Der Stickstoff steht über die ganze Vegetationsperiode zur Verfügung, da er im Frühjahr bei höheren Bodentemperaturen gut mineralisiert wird, aber anderer-seits zum Teil auch vorübergehend zum Abbau von Ernteresten über Mikroorganismen bis zu deren Absterben festgelegt wird.Mit Beginn der Abreife soll der N-Vorrat in Form von Nitrat aufgebraucht sein, um die Reife nicht zu verzögern. Auf schweren tonhältigen Böden mit verzögerter Bodenerwärmung hat sich aufgrund der schlechten P-Mobilisierung eine Unterfußdüngung (5 cm neben der Reihe, 5 cm unter dem Saatkorn) oder eine Reihendüngung mit einem stickstoff- und phosphathäl-tigen Dünger gut bewährt. Phosphat fördert die Wurzelbildung. Die Nachdüngung er-folgt dann meist mit Kalkammonsalpeter (KAS).

Nährstoffaufnahme von Mais in % des GesamtbedarfesWachstumsphase N P KAufgang bis 8-Blatt-Stadium 2 1 4Aufgang bis Eintrocknen der Narbenfäden 85 73 96bis Kolbenreife 13 26 - INRA,1986

Stickstoffdüngung im GrünlandBei zwei bis drei Nutzungen und mittleren Erträgen ist der N-Kreislauf bei einem Vieh-besatz von etwa 1,5 bis 2 Großvieheinheiten und einem Leguminosenanteil im Be-stand von 15 bis 20 % weitgehend geschlossen. Unvermeidbare gasförmige Stick-stoffverluste bei der Lagerung und Ausbringung von Wirtschaftsdüngern von ca. 30 % (vorrangig Ammoniakverluste) können durch N-Nachlieferung der Leguminosen bzw. N-Bodennachlieferung weitgehend ausgeglichen werden. Eine mineralische Ergänzung ist meist nicht erforderlich (Klee-Kompromissgaben-Effekt).Der Düngebedarf einer Drei-Schnitt-Wiese liegt im Bereich von 120 bis 150 kg N/ha und kann durch gleichmäßige Verteilung der Wirtschaftsdünger in der Regel gedeckt werden. Anders ist die Situation in Gunstlagen mit vier- oder fünfmaliger Nutzung, da hier der Entzug bzw. Stickstoffbedarf doppelt so hoch ist. Deshalb ist entweder ein höherer Viehbesatz oder eine mineralische Ergänzungsdüngung erforderlich. Eine gewisse Abhilfe kann eine „Abgestufte Bewirtschaftungsintensität“ am selben Betrieb schaffen, wo ein Teil der Flächen intensiver und ein Teil extensiver genutzt wird.

�8

N-EntzugDer N-Brutto-Entzug, messbar am Ertrag bzw. Rohproteingehalt im Futter, steigt mit zu-nehmender Nutzungshäufigkeit. Rohprotein enthält 16 % N. Dividiert man den Rohpro-teingehalt im Futter (lt. Futteranalyse) durch 6,25 (100/16 % N), so erhält man den N-Entzug durch die Pflanze. Bei einem seitens der Fütterung angestrebten Rohproteingehalt im Futter von etwa 16 bis 18 % werden je 100 kg geernteter Trockenmasse bei 17 % RP ca. 2,7 kg N entzo-gen, d. h. mit dem Futter vom Feld weggefahren (100 kg TM x 17 % : 6,25). Das sind in Gunstlagen über 300 kg N/ha, die dem Boden entzogen und durch Düngung (ein-schließlich Bodenmineralisierung und Nachlieferung durch Leguminosen) wieder zuge-führt werden müssen. Eine Wiese kann pro Hektar unter 1.000 kg bis über 2.000 kg Rohprotein produzieren. Ackerbohnen liefern im Vergleich nur etwa 1.000 kg RP/ha.

TM-Ertrag: �� t x �8 % Rohprotein = �.�60 kg RP : 6,�5 = �45 kg N ( Bruttoentzug)

*Bei Grassilage zur Biogasproduktion werden 20 % Rohprotein und darüber angestrebt, um die Methanausbeute zu erhöhen.

Stickstoff-Düngebedarf im GrünlandNutzungsart Gesamt-N/ha/Aufwuchs Anmerkung

Kleereiche Ein- und Zweischnittwiesen

Dreischnittwiesen(kleebetont)

bis 20

30 - 40

bevorzugt Stallmist bzw. Kompostim Frühjahr oder Herbst

zum 2. bzw. 3. Aufwuchs bevorzugt Jauche oder Gülle düngen

Gräserbetonte Drei- u. Mehrschnitt-wiesen

40 - 50 *) bevorzugt verdünnte Jauche bzw. Gülle oder Mineraldünger zum jeweiligen Aufwuchs

Umtriebsweide 30 - 40 bevorzugt Mineral-N oder stark verdünnte Jauche bzw. Gülle

Feldfutterbestände(gräserbetont) 50 - 60 verdünnte Jauche oder Gülle bzw. Mineraldünger

*) 1 m³ verdünnte Rindergülle (1:1) mit 5 % TS enthält ca. 1,7 kg feldfallenden N, davon die Hälfte in Form von Ammonium.Stallmist (einstreuarm) enthält je Tonne mit 25 % TS ca. 3,0 kg Stickstoff (langsam wirksamen). Galler, 2006

Der Stickstoffbedarf hängt in erster Linie von der Nutzungshäufigkeit ab.Je höher die Nutzungsintensität, desto wichtiger wird ein höherer Anteil an rasch verfügbarem Ammoniumstickstoff in Form von Jauche, Gülle oder Mineraldünger (Priming-Effekt). Bei mehr als drei Nutzungen hat es sich bewährt, Gülle oder Jauche abwechselnd mit Mineraldünger auszubringen.Aufgrund der Wasserrechtsgesetznovelle 1990 ist zu beachten, dass in Österreich auf Dauergrünland je Hektar und Jahr ohne Ausnahmebewilligung max. 210 kg N (ge-meinsam aus Wirtschafts- und Mineraldünger-Basis feldfallend) ausgebracht werden dürfen. Davon dürfen aufgrund der Nitratrichtlinie max. 170 kg N/ha/Jahr aus Wirtschaftsdün-gern (Basis lagerfallend) ausgebracht werden. Dies entspricht bei Gülle 148 kg N (Ba-sis feldfallend).

�9

N-MangelBei einem N-Mangel sinken zuerst die Rohproteinwerte im Futter und der wertvolle Gräseranteil im Bestand nimmt zugunsten der Kräuter ab. Letztlich geht auch der Men-genertrag zurück und die Futterqualität (MJ NEL, Protein) nimmt ab, wodurch auch die Futteraufnahme verschlechtert wird. Als Folge steigt der Kraftfutteraufwand, was wie-derum zu einer Grundfutterverdrängung und bei höheren Mengen zur Pansenversaue-rung (Acidose) führen kann.Bei N-Mangel sinkt auch der Zuckergehalt und damit die Silierfähigkeit des Grünfut-ters. Höhere Kräuteranteile im Bestand erschweren aufgrund der höheren Pufferkapa-zität ebenfalls die Silierbarkeit. N-Mangel im Gras (unter 1 g NO3 je kg TM) begünstigt auch die unerwünschte Buttersäurebildung und verzögert die pH-Absenkung und ver-schlechtert damit die anaerobe Stabilität der Silage.1 kg N produziert im Mittel 15 bis 20 kg Heu.

N-Mangel – ErkennungsmerkmaleRohproteinwerte nehmen abGräseranteil geht zurück – Kräuteranteil nimmt zuMengenertrag geht zurückN-Mangel = unter 14 % Rohprotein in der TM bei zeitgerechter Nutzung Dauergrünland 15 – 18 % RPRohprotein-Werte Kleegras bis 20 % RP Klee, Luzerne bis 25 % RP

Galler, 2006

Düngung und UmweltaspekteDie Umweltaspekte betreffen beim Stickstoff vor allem die N-Auswaschungsverlus-te in Form von Nitrat, gasförmige N-Verluste in Form von Ammoniak und Lachgas und die Energieeffizienz der N-Düngung. Ferner beeinflusst die Stickstoffdüngung auch die Qualitätsmerkmale pflanzlicher Produkte.

Düngung und Qualität Ziel der Düngung ist es neben der Ertragssicherung auch eine hohe Qualität der pflanz-lichen Produkte sicherzustellen. Die Qualität pflanzlicher Produkte wird neben der Dün-gung von verschieden Faktoren wie Standort, Witterungsverlauf, Sortenwahl, Reife-grad, Erntezeitpunkt, Nacherntebehandlung, Zubereitung etc. beeinflusst.Die Düngung kann Nährstoffmängel und damit verbundene Mangelkrankheiten beseitigen.Eine Düngung vom Mangelbereich bis zum Ertragsoptimum bedeutet in aller Regel ne-ben einer Ertragssteigerung auch eine Verbesserung der Qualität, d. h. der Ertrag kor-reliert mit der Qualität.Bei einer Steigerung der Düngung über das Ertragsoptimum hinaus nehmen einige Qualitätsfaktoren noch zu und andere meist infolge des Verdünnungseffektes ab.Stickstoff beeinflusst die Qualität vor allem durch die Wertigkeit der Eiweißstoffe. So steigt der Rohproteingehalt in den Getreidekörnern und linear auch der Gehalt an Albu-min, essentiellen Aminosäuren und Vitamin B. Bei einer Düngung über das Ertragsoptimum hinaus steigt der Gehalt an Prolanin in den Körnern noch weiter an, was bei Getreide den Klebergehalt und damit die Backqualität erhöht. Gleichzeitig sinkt aber mit zunehmendem N-Luxuskonsum die Wertigkeit des Proteins.

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Bei Gemüse steigt bei einem Luxuskonsum speziell bei verminderter Belichtung oder Temperatur (z. B. Glashausware im Winter) der Nitratgehalt an, da das Nitrat bei Licht-mangel nicht mehr ausreichend für die Eiweißsynthese verstoffwechselt werden kann.

Wirkung der N-Düngung auf Carotin und Vitamin B von Spinat

Düngung kg/ha Ertragdt TS/ha

N% i. TS

Carotin Vit. B 1 Vit. B 2mg/100 g TS

ohne N 8 2,3 32 0,08 0,60 30 N 13 3,0 43 0,09 1,00 60 N 15 4,2 51 0,15 1,50 90 N 18 4,8 53 0,38 1,95 150 N 22 5,2 58 0,39 1,83

nach Pfützer, Pfaff u. Roth; zit. Amberger, 1972

Qualität von Nahrungsmittel nBereich Merkmale

Ernährungsphysiologischer Wert(Gesundheitswert)

- Nährstoffgehalt- Kaloriengehalt- Verdaulichkeit- Sättigungswirkung- Bekömmlichkeit- Abwesenheit von

• schädlichen Keimen• toxischen Stoffen

Genusswert (sensorischer Wert)

- Farbe (Glanz, Trübung, Opaleszenz)- Form (Oberfläche, Gefüge, Lockerung und Porung)- Geruch- Geschmack- Konsistenz (Zartheit, Saftigkeit, Mehligkeit, Festigkeit, Elastizität)

Eignungswert (Gebrauchswert)

Formale Merkmale- Menge- Sortierung nach Art und Größe- VerpackungFunktionale Merkmale- Küchentechnische Eignung (Schneidfestigkeit,

Streichfähigkeit, Koch-, Brat- und Backeignung)- LagereignungÖkonomische Merkmale- Ertrag (Abfall, Ausbeute, Sauberkeit)- Arbeitszeitaufwand- Preis

(n. Pfannhauser, 1994)

Frische und QualitätGanz entscheidend für die Qualität eines Produktes ist die Frische, da sofort nach der Ernte die Dissimilation (Stoffabbau oder Fäulnis) beginnt. Dabei werden die bei der As-similation gebildeten Kohlenhydrate wieder abgebaut (aufoxidiert). Wärme, Wasser und Kohlendioxid werden wieder frei. Aber auch die Lagerbedingungen, Zusatzstoffe wie Konservierungsstoffe, Farbstoffe, Stabilisatoren etc. und die Art der Zubereitung beein-flussen die Qualität und den Geschmack.

Einfluss der N-Dün-gung auf Brotqualität

1. mässige Düngung 10,5 % Rohprotein

2. gezielte N-Düngung 13,5 % Rohprotein

Dissimilation (Stoffabbau)

Fachverband Stickstoff, 1978

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Düngung und N-Verluste

N-Verluste haben verschiedene Ursachen und müssen so gering wie möglich gehalten werden. Die Vermeidung von N-Verlusten liegt im Interesse der Landwirte, da 1 kg N etwa den Wert eines Euro bedeutet. Die Produktionskraft von 1 kg N liegt mit einem Er-zeugungswert von 15 bis 25 kg Weizen oder Heutrockenmasse wesentlich höher. Ursachen und EinflussfaktorenIn der Natur strebt N immer zur stabilen elementaren Bindungsform N2 in die Atmosphäre zurück (N2 ist zu 78 % Bestandteil der Luft). Die pflanzenaufnehmbaren N-Formen (Amid, NH4, NO3) unterliegen ständigen Umwandlungsprozessen,die aus pflanzenbaulicher Sicht immer mit N-Verlusten verbunden sind. Wesentliche Einflussfaktoren auf die Höhe der Ver-luste haben die N-Form, Wassersättigung des Bodens, die Ausbringung (Temperatur, Tech-nik) und der Pflanzenbewuchs.Grundsätzlich ist die Stickstoffdüngung mengenmäßig und zeitlich dem Bedarf der Pflanzen anzupassen, d. h. es soll der Pflanze möglichst gezielt ins Maul gedüngt werden.Dies gilt vor allem für das Ackerland, wo wegen der Gefahr der N-Auswaschung in Form von Nitrat jede Düngung auf unbepflanzten Boden (Brachland) zu vermeiden ist. Am Acker ist ferner eine zu späte Düngung im Herbst zu meiden, da ansonst bei warmen Bodentempe-raturen die Mineralisierung noch stärker sein kann als die Aufnahme durch den Boden bzw. die noch schwach bestockten Bestände. Anders ist die Situation am Dauergrünland. Hier ist aufgrund des ständigen Bewuchses kei-ne Nitratauswaschung über die natürliche Grundlast gegeben.Die N-Ausnutzung der Gülle ist am Dauergrünland ganzjährig ähnlich, weshalb am Grünland der Zeitpunkt keinen nennenswerten Einfluss auf den Ertrag bzw. die Nitratauswaschung hat. Wirtschaftsdünger enthalten keinen Stickstoff in Form von Nitrat, d. h. jener Form, die auswaschungsgefährtet ist. Ammonium wird bei niedrigen Temperaturen im Winter nicht mineralisiert. Bei einer Düngung im Spätherbst nehmen die Pflanzen den Güllestickstoff noch in ihr Reservedepot auf. Deshalb werden die im Herbst noch begüllten Wiesen im Früh-jahr rascher grün. Eine Düngung im Winter ist jedoch wegen der Gefahr einer oberflächigen Abschwemmung entsprechend der Umsetzung der EU-Nitratrichtlinie auch am Grünland generell verboten.

Gülleausbringung – Vergleich Frühjahr und HerbstErtrag in dt TM beim 1. Schnitt (9-jähriger Durchschnitt)

(LBP,1999)

Merke:„Im Herbst zu spät und im Lassing zu früah, ist am unbe-pflanzten Acker soviel wie nia.“

Handelsdünger

Gülle Fr

ühjahr

10. O

ktober

20. O

ktober

2. Nove

mber

10. N

ovember

20. N

ovember

Feldrand

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Auf Dauergrünland brachte am „Spitalhof“ eine aufgrund ungünstiger Witterungsver-hältnisse weit in den Spätherbst verlagerte Gülleausbringung keinen Nachteil hinsicht-lich Futterertrag, Futterqualität und Grundwassergefährdung durch Nitrat (siehe Abb).

Bei der Ausbringung von Wirtschaftsdünger ist vor allem auf die Vermeidung gasför-miger Ammoniakverluste unmittelbar nach der Ausbringung (vor allem bei höheren Temperaturen) zu achten.

Generelles Düngeverbot:�. Auf durchgefrorenen Böden �. Auf wassergesättigten Böden�. Auf allen Böden mit geschlossener Schneedecke

Eine Düngung auf Schnee (leicht angezuckerte Böden mit einer Höhe von max. 5 cm) ist noch erlaubt und kann ähnlich wie Wasserzusatz die N-Ausnutzung verbessern. Ebenso ist die Düngung auf oberflächig angefrorenen und damit tragfähigen Böden erlaubt, so-fern sie tagsüber wieder auftauen und aufnahmefähig sind. Entscheidend ist, dass am Tag der Düngung noch ein Bodenkontakt erfolgen kann.

Dünge-Verbotszeiträume in Österreich

Zeitraum Düngearten betroffene Flächen

gesamte landwirtwirtschaftlich

genutzte Fläche ohne Gründeckung

15. Oktober bis

15. Februar* stickstoffhaltige

Mineraldünger sowie

Gülle, Jauche, Klär-gesamte landwirtschaftlich

genutzte Flächemit Gründeckung

15. November bis schlamm

15. Februar*

gesamte landwirtschaftlich genutzte Fläche

30. November bis Stallmist, Kompost,

15. Februar* Klärschlammkompost

Unvermeidbare StickstoffverlusteNeben gewissen gasförmigen Ammoniakverlusten im Zuge von Mineralisationsprozes-sen im Boden treten vor allem während der Lagerung und unmittelbar nach der Aus-bringung von Wirtschaftsdüngern unvermeidbare gasförmige Ammoniakverluste auf. Diese gasförmigen N-Verluste liegen bei organischen N-Düngern wie z. B. Gülle oder Stallmist je nach Lagerung, Aufbereitung und Ausbringungstechnik bei 30 bis 40 % und darüber. Bei Mineraldüngern liegen die Abgasungsverluste üblicherweise unter 5 %, bei Harn-stoff können sie bis 15 % betragen.Besonders bei verdichteten bzw. partiell wassergesättigten Böden kann es auch zu gas-förmigen N-Verlusten durch „Denitrifikation“ in Form von elementarem Stickstoff bzw. Lachgas kommen.

* für früh anzubauende Kulturen (Durum,

Sommergerste, Feldgemüse) und für Gründeckungen mit

frühem Stickstoffbedarf (Raps, Wintergerste,

Feldgemüseanbau un-ter Vlies oder Folie) ist eine Düngung bereits ab 1. Februar zulässig.

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Neben gasförmigen N-Verlusten können vor allem auf seichtgründigem Ackerland spe-ziell bei fehlender Gründecke auch stärkere Auswaschungsverluste in Form von Nitrat auftreten. Höhere Wirtschaftsdüngergaben im Herbst auf Brachland und Leguminosen-vorfrüchte ohne N-zehrende Folgefrucht sind daher zu vermeiden.

Mineraldünger und Ammoniakverluste Hohe Temperaturen, Wind, niedriger Tongehalt des Bodens und hoher pH-Wert verstär-ken die Ammoniak-Abgasungsverluste speziell nach der Ausbringung auf die noch un-bewachsene Bodenoberfläche. Höhere NH3-Abgasungsverluste können vor allem nach der Düngung von Harnstoff bzw. AHL auf Böden mit pH-Werten über 6,5 auftreten. Hier wäre eine unmittelbare Einarbeitung günstig bzw. darauf zu achten, dass nach der Ausbringung von AHL oder Harnstoff ähnlich wie nach einer Gülledüngung Niederschlä-ge zu erwarten sind.

Mittlere Ammoniakverluste nach Düngung von KAS, AHL und Harnstoff

BMVEL/UBA, 2002

Wirtschaftsdünger und Ammoniakverluste Überall, wo tierische Exkremente mit der Luft in Kontakt kommen, entstehen gasför-mige N-Verluste (Ammoniak), die gleichzeitig auch mit Geruchsemissionen verbunden sind. Diese Ammoniakverluste haben eine große Streubreite. Bei Stallmist und Kompost tre-ten gasförmige Verluste vorrangig während des Lagerungsprozesses auf.Bei Gülle sind die Verluste hingegen während der Lagerung gering, können aber nach der Ausbringung bzw. am Feld hoch sein, sofern keine Einarbeitung möglich ist. Ins-gesamt liegen beim Stallmist/Jauche-System die N-Verluste um etwa 10 % höher als beim Güllesystem mit breitflächiger Ausbringung mittels Prallteller (Menzi, Keller et.al., Agrarforschung 8/97).

KAS AHL Harnstoff

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Abschätzung der Stall-, Lager- und Ausbringungsverluste

Tiefstallmist Kot + Harn + Stroh

Gülle, Spaltenboden Kot + Harn(+Stroh)

Verluste in % im Stall 10 - 15 5 Lagerung 15 - 25 5 - 10 Ausbringung 2 - 5 5 am Feld 10 - 15 10 - 30 ØVerlust (in % vom Anfall) 27 - 60 25 - 50

n. Gutser, 1990 (ergänzt)

Anrechenbare Stall- und Lagerverluste aufgrund der EU-NitratrichtlinieIm Zuge der EU-Nitratrichtlinie wurden für Österreich die unvermeidbaren Lagerverluste bei Stallmist mit 30 % und bei Gülle mit 15 % festgelegt. Die tolerierbaren Ausbringungs-verluste wurden für Gülle und Jauche mit 13 % und für Stallmist mit 9 % begrenzt.

Stall- und LagerverlusteDer über den Urin ausgeschiedene Harnstoff CO(NH2)2 wird sofort nach der Ausschei-dung im Stall durch das vorhandene Enzym „Urease“ zu Ammoniak und Kohlendioxid gespalten. Dadurch treten gewisse unvermeidbare gasförmige Verluste bereits im Stall auf.Vermeidung hoher Stalltemperaturen durch Lüftung, häufiges Abmisten sowie Sauber-keit sind die wichtigsten Maßnahmen, um die Ammoniakemissionen im Stall gering zu halten. Eine bedarfsgerechte Eiweißversorgung senkt ebenfalls das Verlustpoten-zial, da dadurch weniger überschüssiger Stickstoff über den Harn ausgeschieden wer-den muss.

Lagerung von Stallmist Bei der Lagerung von Stallmist beeinflussen Einstreumenge, Feuchtigkeit, Temperatur sowie die Intensität der Rotte die Abgasungsverluste. Die unvermeidbaren N-Lagerver-luste sind bei Stallmist bzw. Kompost höher als beim Güllesystem.

N-Verluste meiden – jedes Kilo zählt!

�5

Lagerverluste bei GülleDer über den Urin ausgeschiedene Harnstoff zerfällt leicht zu Ammoniak und Kohlendio-xid (N-Lagerverluste). Erst in der Güllegrube erfolgt durch die Vermischung mit Wasser eine Bindung von Ammoniak und Kohendioxid zu Ammoniumcarbonat (NH4)2 CO3 und in wei-terer Folge zu Ammoniumhydrogencarbonat (NH4

+ HCO3-).

Diese wenig stabile Verbindung zerfällt in Abhängigkeit vom pH-Wert der Gülle und der Temperatur bei der Ausbringung leicht zu Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser, wobei dann Ammoniak und Kohlendioxid zur Verflüchtigung an die Luft neigen. Eine Schwimmdecke (z. B. bei Rindergülle) hält die Lagerverluste in Grenzen. Ebenso eine Verdünnung mit Wasser vor der Ausbringung.Die gasförmigen Stickstoffverluste hängen neben dem pH-Wert und der Temperatur auch von der TM bzw. von der Ammoniumkonzentration in der Grube (je höher die Konzentration, desto höher das Risikopotenzial) ab. Daher ist bei einer Einmischung von Mineraldünger in die Güllegrube auch das höhere Abgasungspotenzial zu beachten. Rindergülle hat normalerweise einen pH-Wert von etwa 7,5. Bei pH-Werten bis 7,5 liegt der anorganische Stickstoffanteil in der Gülle hauptsächlich gebunden als Ammonium (Ammo-niumcarbonat) und nicht als Ammoniak (NH3) vor. Dadurch sind die Lagerverluste gering.Bei pH-Werten über 8 steigt jedoch mit zunehmender Temperatur der Partialdruck und die Umwandlung von Ammonium (NH4) zu Ammoniak (NH3) überproportional an.Belüftete Gülle sowie Biogasgülle haben einen pH-Wert über 8 und somit ein höheres Ab-gasungsrisiko als normale Gülle.Eine Verdünnung der Gülle mit Wasser ist die wichtigste Maßnahme Ammonik zu binden als auch die Umwandlung von Ammonium zu Ammoniak zu verringern, da dadurch der Tro-ckenmassegehalt und auch die Ammoniumkonzentration abnimmt. Ferner fließt Dünngülle schneller an den Pflanzen ab und dringt dadurch rascher in den Bo-den ein.

Stickstoff in die GüllegrubeStickstoffdünger sind zwar grundsätzlich wasserlöslich, aber mit zunehmender Ammo-niumkonzentration steigt in Abhängigkeit vom pH-Wert und der Temperatur auch das Abgasungsrisiko, d. h. eine Verdünnung ist besonders wichtig. Zu beachten ist ferner, dass mit zunehmender N-Konzentration die Verteilgenauigkeit immer wichtiger wird.

Dissoziationsgleichgewicht für Ammoniakin Abhängigkeit von pH-Wert und Temperatur in wässriger Lösung

n. Demberg, 1987

Säurezusatz zur Gülle könnte theoretisch den pH-Wert und somit das NH3-Verlustpotenzial senken, hat sich jedoch in der Praxis bislang nicht bewährt. Der Zusatz physiolo-gisch saurer Dünger wie Ammonsulfat, NAC+S etc. kann den pH-Wert nur geringfü-gig senken.

Harnstoffabbau im Stall

CO(NH2)2 � Urease

� � 2NH3 + CO2 + H2O

Harnstoffbindung in der Gülle

CO(NH2)2 + H2O � (NH4)2 CO3

(NH4)2 CO3 + H2O + CO2 � 2NH4 HCO3

Verluste bei der Ausbringung

NH4 HCO3 (Gülle) � NH3 + CO2 + H2O

⇡ ⇡

⇡ ⇡

�6

N-AusbringungsverlusteWährend bzw. in den ersten Stunden nach der Ausbringung von Wirtschaftsdüngern treten die höchsten Ammoniakverluste auf. Dies vor allem bei hohen Temperaturen, weshalb am Acker eine Einarbeitung wichtig ist. Am Grünland ist speziell bei Gülle eine Verdünnung oder Ausbringung bei kühler Witterung (z. B. am Abend) wichtig. Günstig wäre ein anschließender leichter Regen, da dann der gefährdete Ammonium-N im Re-genwasser gelöst wird und rascher in den Boden eindringt.

Kumulierte Ammoniakverluste nach Ausbringung von Rindvieh-Vollgülle

(30 m3 pro ha, auf Wiese, FAT Nr. 496, 1997)

Wasser – der Güllezusatz Nr. �Je höher die Lufttemperatur und die Windintensität nach der Ausbringung, desto mehr Ammoniak wird freigesetzt. Wasserzusatz kann wiederum Ammoniak binden, da dieses sehr gut mit Wasser mischbar ist. Eine Verdünnung mit Wasser (je nach Hof-Entfernung) verringert die Umwandlung von Ammonium zu Ammoniak, da der Trocken-massegehalt und damit die Ammoniumkonzentration abnimmt. Anzustreben ist eine Verdünnung auf ca. 1:1 (entspricht 5 % TM), wodurch die N-Verluste um etwa 20 bis 30 %, bezogen auf den Ammoniumanteil, verringert werden können.

AusbringtechnikenAm Acker hat sich der Schleppschlauch durchgesetzt. Ferner ist auf größeren Betrie-ben neben dem Schleppschlauch der für das Grünland konzipierte Schleppschuh im Vor-marsch. Für das Grünland gibt es mittlerweile auch Pralltellersysteme, die großtropfig arbeiten und Abweichungen deutlich unter 20 % haben. Im Berggebiet nimmt am Hang auch die Gülleverschlauchung zu.

Variationskoeffizienten verschiedener Gülleverteiler

FAT, n. Frick, 1999

Erfolgt die Ausbringung am Abend, frühestens

zwei Stunden vor Sonnenuntergang,

ist gegenüber einer Ausbringung am Vor-

mittag um 10 Uhr eine Verlustreduktion von 30 bis 40 % möglich. Am höchsten sind die Verluste innerhalb der

ersten 3 bis 7 Stunden nach der Ausbringung.

Hadorn G87

Schweizer

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Bauer Unive

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MarchnerAgrar

Superexakt Oehler

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PralltellerverteilerVertikalverteilerSeitenverteilerPendelverteilerSchwenkdüsenSchleppschlauchverteiler

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Temperatur beachtenBei kühler Witterung (z. B. am Abend) und einer Verdünnung auf 5 bis 6 % TM ist die Düngewirkung unabhängig von der Ausbringungstechnik nahezu gleich. Bei höheren Temperaturen (über 25 °C) ist die bodennahe Ausbringung bei gleichzeitig geringerer Gruchsemission überlegen.

Relativerträge beim �. Schnitt auf Sandboden

(25 m3/ha Rindergülle), KTBL, Nr. 242, 1997

Relativerträge beim �. Schnitt auf Sandboden (�5 m�/ha)

(25 m3/ha Rindergülle), KTBL, Nr. 242, 1997

Wuchshöhe und Ausbringungstechnik Rindergülle haftet aufgrund ihrer schlechteren Fließfähigkeit stärker an den Pflanzen als Schweine- oder Hühnergülle, weshalb eine Düngung mit „Pralltellerverteilern“ generell bald nach der Nutzung erfolgen sollte.Eine spätere Ausbringung bedeutet nicht nur mehr Futterverschmutzung, sondern auch eine erhöhte Abgasung, da die auf der Blattoberfläche meist vorhandene Feuchtigkeit eine hohe Urease-Enzymaktivität (erhöht Ammoniakabgasung) bewirkt.

�8

Wie stark sich eine zu späte Ausbringung mit „Breitverteilung“ z. B. bei 20 cm Wuchs-höhe im Vergleich zum Schleppschuh auswirkt, zeigt folgende Abbildung. Bei einer Wuchshöhe von 5 cm besteht hingegen kein Unterschied.

N-Wirkung bei unterschiedlicher Graslänge und Ausbringetechnik

(KTBL 242,1997)

Stufenplan der GülleausbringungBei Verwendung eines Breitverteilers sollte die Düngung möglichst bald nach der Nut-zung erfolgen. Ansonst besteht bei höherem Graswuchs aufgrund der größeren Blatto-berfläche die Gefahr einer stärkeren Abgasung sowie Futterverschmutzung. Bei Einsatz des Schleppschlauches bzw. Schleppschuhes sollte die Düngung hinge-gen ca. 1 Woche später erfolgen, da hier die Gülle direkt auf den Boden abgelegt und durch das bereits wieder angewachsene Gras die Ammoniakabgasung verringert wird. Die Verringerung der Geruchsbelästigung ist heute ein wichtiger Umweltaspekt bei der Gülledüngung.

Stufenplan der GülleausbringungGülle-Prallteller sofort nach der NutzungSchleppschlauch, Schleppschuh ca. 5 bis 7 Tage nach der NutzungMineraldünger ca. 10 Tage nach der Nutzung

Stickstoffverluste am Beispiel „Gülledüngung“Gülle enthält den Stickstoff je zur Hälfte als relativ rasch wirksamen Ammonium- und als organisch gebundenen Stickstoff. Der organisch gebundene Stickstoff geht vorerst in den N-Pool (Humus) des Bodens, während der Ammoniumanteil (abgesehen von Ver-lusten bei der Ausbringung) weitgehend im Jahr der Düngung wirksam wird.Auf verdichteten bzw. wassergesättigten Böden kann es auch zu gasförmigen Verlus-ten durch Denitrifikation kommen. Neben den vorrangig gasförmigen N-Verlusten im Zuge der Ausbringung kann Stick-stoff nach seiner Mineralisation insbesondere auf unbepflanztem Acker auch als Nitrat ausgewaschen werden.

Schleppschuh-ausbringung

Wichtig ist eine Verdünnung auf ca.1:1

zur Vermeidung von Ätzschäden durch die

ansonst zu konzent-rierter Ablage.

Prallteller

�9

Wege des Güllestickstoffes

n. Rieder, (ergänzt) 1995

Ammoniak-Freisetzung wird verstärkt durch:n hohe Temperaturenn hohe Windgeschwindigkeit n pH-Werte im Boden über 6,5 n geringe Bodenfeuchte (Trockenheit) n sorptionsschwache Böden (Sandböden mit geringem Tonanteil haben eine geringere Ammoniumbindung und ein höheres NH3-Abgasungsrisiko)n stärkeren Verbleib von Ernteresten auf dem Boden (Mulchsaat erhöht z. B. die NH3-Verluste aufgrund einer erhöhten Ureaseaktivität)

Ammoniakfreisetzung wird vermindert durch:n ausreichende Bodenfeuchten Niederschlag/Beregnung nach der Düngungn Einarbeitung in den Bodenn Humusgehalt im Bodenn hohen Tongehalt des Bodens

Maßnahmen zur Vermeidung von N-VerlustenNH3 (Ammoniak)Verdünnen mit WasserEinarbeiten (Acker)am Abend ausbringen (Grünland)Verteilergenauigkeit beachtenN2 (atomarer N)keine Düngung auf wassergesättigten BödenBodenverdichtung meidenNO3 (Nitrat)Brache meiden (System immergrüner Acker)ZwischenfruchtanbauBedarfsgerechte Düngung

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Ammoniak-Abgasung im BodenAmmoniakverluste treten unmittelbar nach der Düngerausbringung infolge von Luft-kontakt aber auch über den Boden auf.Nach der Ausbringung von Gülle steht das Carbonatsystem der Gülle nicht im Gleichge-wicht mit dem CO2-Gehalt der bodennahen Atmosphäre. Neben einer gewissen Aus-gasung an CO2 kommt es infolge der Ammonifikation (Abbau von organisch gebunde-nem Stickstoff über Ammoniak zu Ammonium) zu einem vorübergehenden pH-Anstieg im Boden. Dadurch kann es bei Trockenheit und bei fehlender Einarbeitung (speziell auf leichten Böden mit pH-Werten über 6,5) auch zu einer NH3-Abgasung kommen. Bei der weiteren Umwandlung von Ammonium zu Nitrat wird der pH-Wert wieder gesenkt.Ferner kann es unter ungünstigen Witterungsverhältnissen nach der Ausbringung (Käl-teeinbruch, Trockenperiode, Bodenverdichtung) zu einem „Stau an Ammoniumbicarbo-nat“ und damit erhöhten gasförmigen N-Verlusten kommen, da dann das noch in der Bodenlösung vorliegende Ammoniumbicarbonat leichter als Ammoniak an die Luft ent-weichen kann. N-Verluste durch DenitrifikationAuf überfluteten, staunassen bzw. verdichteten oder wassergesättigten Böden (nach anhaltendem Regen) wird der Mangel an Sauerstoff im Boden zum limitierenden Fak-tor. Unter diesen anaeroben Bedingungen besitzen einige Mikroben die Fähigkeit, den im Nitrat enthaltenen Sauerstoff für ihren Stoffwechsel zu nutzen, indem sie Nitrat zu N2, NO bzw. N2O (Lachgas) abbauen. Dadurch entstehen gasförmige Verluste an die Atmosphäre. Diese Verluste liegen normalerweise zwischen 10 und 20 kg/ha, können aber bei staunassen Böden bis auf über 50 kg/ha/Jahr ansteigen.Bei dieser Denitrifiktation wird Nitrat je nach Umweltbedingungen neben elementarem Stickstoffgas (N2) auch als Zwischenprodukt zu Lachgas (N20) abgebaut, welches eben-falls in die Atmosphäre entweichen kann (siehe Lachgas).

Ammoniak und Umwelt Weltweit werden die NH3-Emissionen auf über 20 Mill. t/Jahr geschätzt (Europa 6,5 Mill. t), wobei ein Großteil aus der Tierhaltung stammt. Global beträgt jedoch der NH3-Anteil aus der Tierhaltung etwa 15 bis 20 % des gesamten N-Eintrages in Form von NH4 bzw. NOX über den „Sauren Regen“. Ursprung der NH3-Emissionen in der Tierhaltung ist in erster Linie der Harnstoff im Harn; Rinderharn enthält z. B. ca. 92 % Harnstoff, der Kot 25 % lösliche N-Formen (White-head et.al.1986).NH3-Emissionen entstehen im Stall sowie bei der Lagerung und Ausbringung von Wirt-schaftsdüngern und sind auch wesentlich an der sogenannten „Landluft“ beteiligt.

Neben der Landwirtschaft wird NH3 auch bei der stationären Verbrennung, bei der Ab-fall- und Abwasserentsorgung sowie bei industriellen Prozessen freigesetzt.So entstehen bei der Verbrennung von 1 t Heizöl etwa 110 g Ammoniak.Die NH3-Emissionen je Einwohner werden auf ca. 550 g/NH3/Jahr geschätzt (Atemluft 5 g, Schweiß 250 g sowie Urin und Faeces 300 g).Ammoniak hat als Treibhausgas keine Bedeutung, da die Verweilzeit in der Atmosphäre sehr kurz ist. Ammoniak wird in der Atmosphäre sehr rasch zu über 90 % zu Ammonium (NH4) umgewandelt und dann letztlich als Ammonium ausgereg-net, was einer N-Düngung gleichkommt.

DenitrifikationNO� (Nitrat)N�O(Lachgas)N�

(Elementarer Stickstoff)

4�

Globaler N-EintragDer globale Gesamtstickstoffeintrag mit dem Regen beträgt etwa 200 Mill. t, wobei ca. 2/3 in Form von Ammonium (einschließlich des umgewandelten Ammoniakanteils) und ca. 1/3 in Form von Stickoxiden (NOx) aus Verbrennungsprozessen eingeregnet wer-den. Die Eintragung in Form von Ammoniak (NH3) ist aufgrund der raschen Umwand-lung zu Ammonium (NH4) äußerst gering.Daneben erfolgt eine biologische N-Fixierung aus der Luft mit Hilfe von Knöllchen- und Bodenbakterien (Blaualgen) im Ausmaß von ca. 175 Mill. t sowie eine technische N-Fi-xierung (Düngestickstoffproduktion) von ca. 100 Mill. t.Diesem Eintrag stehen Austräge im gleichen Ausmaß gegenüber, die infolge der Mine-ralisation von organischer Substanz und vielfach unvermeidbarer Ammoniakabgasung aus Boden und Dünger sowie Denitrifikation entstehen. Die natürliche NH3-Abgasung aus dem Boden liegt im Bereich von 2 bis 5 kg/ha und Jahr. Mit zunehmender Weltbevölkerung werden auch die N-Kreisläufe intensiviert, da alle Lebewesen Stickstoff benötigen.

Globaler N-Eintrag (in Mill. t)Einwaschung als NH4 140 *)Einwaschung als NOx 60Biologische Luftstickstoffbindung 175Industrielle Luftstickstoffbindung 100gesamt ca. 475 Mill. t/Jahr

(Haunold 1993, zitiert nach Burn und Hardy)*) Davon aus der Tierhaltung in Form von NH3 ca. 20 bis 30 Mill. t/Jahr

Umweltrelevanz von Ammoniak (NH�)Ammoniak bewirkt bei der Verflüchtigung eine unerwünschte Geruchsemission.Direkte NH3-Schäden treten durch die rasche Umwandlung zu NH4 (Ammonium) kaum auf und sind praktisch nur bei sehr hohen Konzentrationen in unmittelbarer Umgebung von Massentierhaltungen möglich. Der Mensch vermag mit der Nase bereits Konzent-rationen zwischen 5 und 20 ppm zu erkennen, eine Reizung der Schleimhäute ist ab 50 ppm und eine Atembeeinträchtigung ab 100 ppm möglich.

NH3-Emissionen je GVE und JahrRinder 18 kgPferde 9 kgSchweine 17 kgHühner 13 kgSchafe 34 kg

Aus: Sonderstudie Emissionen von Ammoniak, BA für Ernährung, Land- u. Forstwirtschaft, Deutschland, 1990

MaßnahmenSachgemäße Lüftungstechnik (Ställe kühl halten, keine hohe Luftfeuchtigkeit über 70 %, trockene Liegeflächen, Luftwäsche), aber auch die Vermeidung von Eiweißüber-schuss in der Ration kann die NH3-Emissionen verringern. Mengenmäßig ist seitens der Landwirtschaft vorderhand eine fachgerechte Lage-rung und Ausbringung der Wirtschaftsdünger zu einer Verringerung der NH3-Emission wichtig.

4�

Wege des Ammoniaks und seine Reaktionen mit anderen Luftbestandteilen

n. Zeisig, 1989

Wirkung von AmmoniakAuf Boden und Pflanze wirkt NH3 letztlich nach Umwandlung zu NH4 als Dünger. In Ver-bindung mit dem in der Luft enthaltenen Schwefel bzw. Salpetersäure entstehen letzt-lich Ammonsulfat bzw. Ammonnitrat (= Stickstoffdünger).In Gewässern kann NH3 nach Oxidation zu NH4 je nach Pufferkraft versauernd wirken und in wenigen Einzelfällen auch eutrophierend. Da jedoch fast alle Seen P-limitiert sind, das heißt Phosphat der wachstumsbegrenzende Faktor für das Algenwachstum ist, bewirkt der N-Eintrag in aller Regel keine zusätzliche Eutrophierung.Wesentlich umweltrelevanter und auch doppelt so hoch wie die N-Emissionen in Form von Ammoniak sind die globalen Emissionen von N0x, die vorrangig von Verbrennungs-prozessen stammen und auch an der bodennahen Ozonbildung beteiligt sind.Die durchschnittliche jährliche NOx-Emission, die ein Europäer verursacht, ist etwa dop-pelt so hoch wie die NH3-Emission eines Rindes.

Lachgas und UmweltDas Lachgas (N2O, Distickstoffoxid) ist das zweite Gas, welches neben Methan als Mitver-ursacher eines zusätzlichen Treibhauseffektes diskutiert wird. Dabei soll Methan zu 19 % und Lachgas zu 6 % am zusätzlichen Treibhauseffekt beteiligt sein. Alle Ökosysteme emit-tieren Lachgas, wobei etwa 2/3 als „natürlich“, d. h. aus Böden unter natürlicher Vegetation und aus dem Meer anfallen. Daneben entsteht Lachgas auch durch Verbrennung von Bio-masse und fossiler Energie sowie Stickstoffumsetzungsprozesse im Boden. Im Boden entsteht das süßlich riechende Lachgas geringfügig bei der Mineralisation und vor allem bei der „Denitrifikation“ von stickstoffhaltigen Verbindungen durch Mikro-organismen unter insbesondere anaeroben Bedingungen. Praktisch laufen in jedem Bo-den über die Mineralisation Nitrifikations- und Denitrifikationsvorgänge gleichzeitig ab.Auch bei der Beweidung wird Lachgas frei.

4�

Wälder setzen Lachgas frei Es entsteht Lachgas also auch dort, wo organische Substanz nicht genutzt wird, bei-spielsweise beim Verfaulen von Holz und organischer Masse ohne land- und forstwirt-schaftliche Nutzung. Auch der gewünschte N-Entzug (Denitrifikation) in Kläranlagen führt zu Lachgasemissionen.

Einflussfaktoren auf die LachgasbildungOb bei der Denitrifikation mehr atomarer Stickstoff (N2) oder Lachgas entsteht hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zeitweilige Durchlüftung, Bodenverdichtung, abwech-selnde Bodenfeuchte (trocken/feucht), erhöhter Gehalt an organischer Substanz, Wur-zelrückstände nach der Ernte etc. erhöhen die Lachgasemission.

Einflussfaktoren auf die N�0-Emission Parameter Wirkung auf die N2O-Emission

Bodendurchlüftung • zeitweiligeDurchlüftung→höchsteN2O-Produktion• schlechteDurchlüftung→DenitrifikationmeistalsN2

Wassergehalt des Bodens• ansteigenderWassergehalt→steigendeDenitrifikation,aberuntersehr

feuchtenBedingungenmeistN2• abwechselndtrocken/feucht→höchsteN2O-Produktion

N-Verfügbarkeit • zunehmendesNO3/NH4-Verhältnis→zunehmendeN2O-Emission

Bodentextur Bodenbearbeitung

• vonSandzuTon→zunehmendeN2O-Emission• pflügen→niedrigereN2O-EmissionalsbeiMinimalbodenbearbeitung

Bodenverdichtung • zunehmendeVerdichtung→zunehmendeN2O-Produktion

Boden-pH

• woDenitrifikationdieHauptquellefürN2Oist,senktsteigenderpH-WertdieN2O-Produktion• woNitrifikationdieHauptquellefürN2Oist,erhöhtsteigenderpH-WertdieN2O-Produktion

Organische Masse • erhöhterGehaltanorgan.C→erhöhteN2O-Emission

Pflanzenbestand • Pflanzen,spez.derenRückständeu.WurzelnnachderErnte,erhöhenN2O-Emission

Temperatur • erhöhteTemperatur→erhöhteN2O-Emission

Jahreszeit• nasserSommer→höhereN2O-Produktion• Frühjahrstauwetter→hoheN2O-Produktion• Winter→niedrigsteN2O-Produktion

BAD, 2006

Nitrat – ein UmweltparameterNitrat kommt in allen grünen Pflanzen als natürlicher Bestandteil vor. Aus der Sicht der Umwelt ist Nitrat heute ein Umweltparameter, welcher auch als Hilfs-mittel zur Kontrolle der guten landwirtschaftlichen Praxis genutzt werden kann. Schwer-punkt ist dabei die Kontrolle des EU-Trinkwassergrenzwertes von 50 mg Nitrat/l.

Ursachen erhöhter NitratwertePunktuell erhöhte Nitratwerte können neben der Düngung einschließlich Bodenbear-beitung auch andere Ursachen haben wie größere Kahlschläge im Wald, verstärkter Leguminosenanbau in der Fruchtfolge, undichte Kanalstränge oder Senkgruben, wil-de Mülldeponien, unkontrollierte Versickerung stickstoffhältiger Niederschläge („Saurer Regen“) von versiegelten Flächen wie Straßen, Dächern etc.

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Da Stickstoff in Gewässern auch zur Eutrophierung (Algenblüte) von Oberflächenge-wässern beitragen kann, gilt heute ein Schwerpunkt der Nitratmessungen dem Ge-wässerschutz. Dabei ist jedoch anzumerken, dass bei uns bei fast allen Oberflächenge-wässern der Phosphor und nicht der Stickstoff der begrenzende Minimumfaktor für die Eutrophierung ist.Gesundheitliche Aspekte in Zusammenhang mit Nitrat stehen nach neueren Erkennt-nissen nicht mehr im Mittelpunkt der Nitratdiskussion.

Düngung und NitratauswaschungStickstoff wird von der Pflanze bevorzugt als Nitrat aufgenommen. Nitrat ist im Gegen-satz zum Ammonium im Boden beweglicher und kann dadurch auch ausgewaschen werden. Eine gewisse Nitratauswaschung ist daher in jedem Boden natürlich. Speziell im Ackerbau sind gewisse Auswaschungsverluste unvermeidbar, da durch den Acke-rungsprozess kurze „Schwarzbracheperioden“ entstehen und letztlich durch Oxidati-onsprozesse auch ein Teil des Humuspotenzials zu Nitrat mineralisiert wird. Die Nitratauswaschungsverluste hängen von der Bodenart, der Niederschlagsvertei-lung und ganz entscheidend vom Pflanzenbewuchs ab.Auf leichten Sandböden kann es nach stärkeren Niederschlägen leichter zu Auswa-schungsverlusten kommen (geringe NH4-Adsorption an Tonminerale) als auf schwereren Tonböden. Während der Vegetation ist bei bedarfsgerechter Düngung die Nitratauswaschung ge-ring. Die Gefahr der Nitratauswaschung besteht vorrangig auf Ackerland während der bewuchslosen Zeit, weshalb „Bracheperioden“ durch Anbau von Zwischenfrüchten und Winterbegrünungen (Motto „Immergrüne Acker“) vermieden werden sollten. Am Grünland gibt es hingegen kaum eine Auswaschung über die natürliche, d. h. un-vermeidbare Grundlast hinaus.

Nitratauswaschung in Österreich

Durchschnittliche Nitratauswaschung in Österreich je ha und Jahr in kg

Nitrat-NFläche in ha

N-Frachtje Jahr

WaldAcker (+Obst, Gemüse, Wein)GrünlandWeiden und Almen

102552

3.280.0001.630.0001.010.0001.030.000

32.800 t = 40 %40.750 t5.050 t2.060 t

(KLAGHOFER, Bundesanstalt für Kulturtechnik und Bodenwirtschaft, geschätzte Zahlen 1986)*40 % der gesamten Nitratauswaschung stammen in Österreich aus dem ungedüngten Wald

Bewirtschaftung und NitrataustragDie flächendeckende Einhaltung des politischen Grenzwertes von 50 mg NO3/l ist be-sonders in Ackerbaugebieten mit geringer Sickerwasserbildung schwierig. Bei einer mittleren Sickerwasserbildung von 200 mm jährlich genügt bereits ein mittlerer Austrag von nur 22 kg N/ha, um den Grenzwert zu überschreiten.Wenn man bedenkt, dass allein in der organischen Substanz des Bodens je Hektar etwa 2.000 bis über 6.000 kg N enthalten sind, wobei witterungsbedingt durch Minera-lisierung jährlich 40 bis 120 kg N freigesetzt werden, so zeigt sich auch bei gutem Dün-gemanagement die Schwierigkeit einer verlässlichen Nitratbindung durch pflanzenbau-liche Maßnahmen.

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Nitratauswaschung bei unterschiedlicher Vegetation

Kultur Düngungkg/N ha

Auswaschung (kg N/ha)In 150 cm Tiefe*

BracheGrünlandGrünlandFruchtfolge**Fruchtfolge** mit Zwi.-Frucht (Raps) Klee

----

250120

160--

100 7 8 73

26103

nach Furrer 1986* Durchschnitt aus 5 Versuchsjahren ** Sommergerste – Mais – Sommergerste – Mais

Wie die Tabelle zeigt, ist insbesondere auf leichten Ackerböden die Vermeidung von Brache und der Anbau von Zwischenfrüchten die wichtigste Maßnahme zur Verringe-rung der Nitratauswaschung. Speziell nach Anbau von Leguminosen (N-Sammler) ist eine sofortige Begrünung des Ackers wichtig.Am Dauergrünland ist die Nitratauswaschung mit und ohne Düngung aufgrund der ständigen Bodendurchwurzelung und fehlenden Ackerung praktisch gleich niedrig und liegt im Bereich der natürlichen Grundlast. Dies bestätigen auch langjährige Lysimeter-versuche an der BAL-Gumpenstein, wo zwischen ungedüngt, Gülledüngung von 2 GVE und 4 GVE praktisch kein Unterschied in der Nitratauswaschung festgestellt werden konnte (Eder, 1998).Selbst auf Weidehaltung mit höchster punktueller Stickstoffkonzentration aufgrund der Kot- und Urinstellen (bis zu 1.000 kg/ha) gibt es am Grünland normalerweise keine Nitratauswaschungsprobleme.

Nitrataustrag durch Sickerwasser am Grünland

(Eder 2001)

Ein Lysimeter-Lang-zeitversuch an der BAL-Gumpenstein zeigte unter Grünland praktisch keinen Unter-schied im Nitrataustrag zwischen ungedüngt, 1,6 und 4 Dunggroß-vieheinheiten je Hektar. Erst bei unrealistischen 8 D-GVE/ha ergab sich ein zunehmender Nitrataustrag, der aber auch noch im Normal-bereich von Ackerland-nutzung lag.

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Nitrat und GesundheitBeim Menschen erfolgt eine körpereigene Nitratsynthese im Ausmaß von etwa 100 mg täglich. Fast dieselbe Menge wird über die Nahrung (einschließlich dem Trinkwas-ser) aufgenommen. Dabei erfolgt die höchste Nitratzufuhr (etwa 70 % der Nitratgesamtaufnahme) über Ge-müse, welches genetisch bedingt sehr unterschiedliche Nitratgehalte aufweist.

Nitratgehalte einiger GemüseartenRotkraut 85 mg/kgWeißkraut 266 mg/kgKarotten 376 mg/kgRote Rüben 1.758 mg/kgFenchel 1.691 mg/kg

(Nitratfibel, BMLW 1989)

ADI-Wert für NitratNach früheren Erkenntnissen sollte der Nitratanteil über die Nahrung (einschließlich dem Trinkwasser) 250 mg täglich nicht überschreiten. Dies entspricht dem von der WHO festgelegten ADI-Wert (Acceptable Daily Intake), also jenem Wert, der ein Leben lang ohne gesundheitliche Schäden aufgenommen werden kann.Bei der Berechnung des ADI-Wertes wird im Tierversuch der sogenannte „No-Effekt-Level“ (NEL) ermittelt, also jene Dosis, die im Tierversuch noch keinerlei Auswirkung auf die Gesundheit zeigt. Dieser Wert wird dann durch 100 dividiert, da der Mensch hundertmal empfindlicher reagieren könnte als ein Versuchstier (ADI-Wert = NEL/100). Bei der Ausschöpfung des ADI-Wertes nimmt der Mensch also ein Hundertstel der Menge auf, die im Tierversuch ohne Wirkung geblieben ist.

Nitratgrenzwert für TrinkwasserJe höher der Nitratanteil im Trinkwasser, desto höher wird die Gesamtnitrataufnahme, wobei bei 100 mg Nitrat im Trinkwasser und ansonst gleicher Nahrungsaufnahme der ADI-Vorsorgewert von etwa 250 mg täglich erreicht wird (siehe Tabelle 2).Dies war auch der Grund, warum die WHO den noch tolerierbaren Richtwert für Trink-wasser 1970 vorsorglich mit 100 mg/l festgesetzt hat. Dieser WHO-Richtwert wurde 1980 auf 50 mg/l halbiert und europaweit als politischer „Grenzwert“ festgelegt.

Auswirkung unterschiedlicher Nitratgehalte im Trinkwasser auf die Gesamtaufnahme von Nitrat

Nitratzufuhr in mg NO3/l je Kopf und Tag

Trinkwassermg NO3/l

Trinkwasser übrigeLebensmittel Gesamtaufnahme Nitratzufuhr

Trinkwasser %

10204050100

19377493185

7272727272

91109146165257

2134515672

(n. Kemmerling, 1983)*Bei 100 mg/l Nitrat im Trinkwasser wird der Vorsorgewert (ADI-Wert) erreicht.

4�

Nitrat und BlausuchtEs gibt zwei Gründe, warum die Nitratzufuhr über die Nahrung bzw. das Trinkwasser stärker diskutiert wurde. Eine erhöhte Nitratzufuhr über das Trinkwasser (über 100 mg/l) könnte bei Säuglingen bis zum 3. Lebensmonat aufgrund noch mangelnder Magensalz-säureproduktion zu einer verstärkten Nitritbildung (Umwandlung von Nitrat zu Nitrit) im Magen und damit zu einer Schädigung des Blutfarbstoffes führen.Hohe Nitratwerte waren vereinzelt bei alten Hausbrunnen bei fehlender Abwasserentsor-gung anzutreffen und damit gleichzeitig ein Indikator für eine stärkere Verunreinigung der Brunnen mit Erregern aus dem Fäkal-/Darmbereich, der zu einer infektiösen Gastroente-ritis führen kann. Somit scheint heute weniger das aufgenommene Nitrat, sondern eine Immunreaktion aufgrund der Magendarminfektion für die erhöhte Nitritbildung und das vereinzelte Auf-treten von Blausucht bei Säuglingen verantwortlich zu sein (Avery,1999).

Nitrat und KrebsDas an sich lebensnotwendige Nitrat stand lange Zeit in Verdacht, indirekt über den Weg der Nitrit- bzw. Nitrosaminbildung krebsfördernd zu sein. Das oral über Wasser bzw. Nahrung aufgenommene Nitrat wird weitgehend über die Nie-re wieder ausgeschieden. Ein kleiner Teil wird durch bakterielle Reduktion in der Mund-höhle über den Speichelkreislauf zu Nitrit umgewandelt und dieses Nitrit sollte dann in Verbindung mit Aminen krebserregende Nitrosamine bilden können und damit an der Entstehung von Krebs (insbesondere Magenkrebs) beteiligt sein. Diese These der Nitrosaminbildung über Nitrat bzw. Nitrit konnte trotz intensiver For-schungstätigkeit nie bestätigt werden, da offensichtlich Puffersubstanzen wie z. B. das Vitamin C im Gemüse diese unerwünschte Reaktion hemmen.Neuere Untersuchungen (McKnight, 1999, Wilson, 1999 u. a.) deuten darauf hin, dass hohe Nitratmengen auf Basis von Gemüse sogar vor Magenkrebs schützen.Unabhängig davon ist der Magenkrebs aufgrund verbesserter Lebensmittelhygiene euro-paweit gegenüber 1950 um etwa 50 % zurückgegangen.Auch die gemeinsam vom Bundesministerium für Gesundheit und Konsumentenschutz sowie Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft herausgegebene Studie über den „Grenzwert für Nitrat im Trinkwasser“ (1995) bringt in der Zusammenfassung die Diskus-sion auf den Punkt: „Neueste Untersuchungen konnten den kausalen Zusammenhang zwischen Nitrataufnahme und Krebsrisiko nicht beweisen.“ (Kranner, Schimon, 1995).

Positive Wirkungen von Nitrat bzw. NitritNach heutigen Erkenntnissen ist nicht nur das Nitrat, sondern auch das Nitrit in üblichen Mengen kein gesundheitliches Problem. Es besitzt sogar eine hohe antimikrobielle Ab-wehrkraft gegenüber bestimmte pathogene Krankheitserreger im Verdauungstrakt (z. B auch Salmonellen). Speziell im sauren Magensaft soll das Nitrit nach jüngsten Erkennt-nissen auch zur natürlichen Abwehr von „Heliobacter pylori“ beitragen können, welcher der wichtigste Erreger von Magen-Darmgeschwüren ist.Eine Umwandlung von Nitrit in antimikrobielle Stickstoffverbindungen in der Mundhöh-le schützt auch gegen Zahnfäule, da diese Verbindungen wiederum säureproduzieren-de Krankheitserreger im Zahnbereich hemmen (Duncan et al,1995). Ebenso gibt es Hinweise für eine blutdrucksenkende Wirkung von Nitrit.Neuere Studien der Universität Aberdeen (Schottland) weisen sogar nach, dass Nitrat im Körper auch in infektionshemmende Stickstoffverbindungen umgewandelt wird, welche sogar die Nitrosaminbildung (Krebsentstehung) unterdrücken können.

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Stickstoff und Eutrophierung

In der Regel sind die Gewässer P-limitiert, d. h. der Phosphor ist in der Regel der Mi-nimumfaktor für das Algenwachstum, weshalb der Stickstoff-(N)-Gehalt normalerweise kaum ein Problem darstellt. Dennoch kann indirekt auch ein stärkerer N-Eintrag (in jeder organischen Biomasse ent-halten) die Gewässer belasten, da bei der Zersetzung (Abbau von organisch gebundenem Stickstoff über Ammoniak zu Ammonium und dann weiter über Nitrit zu Nitrat) auch Sau-erstoff benötigt wird. Generell wird zur Assimilation (Stoffaufbau) Kohlendioxid benötigt und Sauerstoff frei, während bei der Dissimilation (Stoffabbau) Sauerstoff benötigt und als Endprodukt wie-der C02 frei wird. Bei Sauerstoffmangel kann der Sauerstoff mit Hilfe bestimmter anaerober Bakterien auch aus dem vorhandenen Nitrat-Stickstoff (N03) durch bakterielle Denitrifikation gewonnen und zum Stoffabbau genutzt werden. Der dadurch freiwerdende N2-N entweicht in die At-mosphäre. Andere Bakterien können wiederum Nitrat zu Ammonium rückwandeln.Bei P-limitierten Gewässern ist der Nitratgehalt normalerweise kein Problem und ein Zei-chen dafür, dass über das Nitrat noch Sauerstoffreserven vorhanden sind.Im Wasser dient Nitrat den Teichpflanzen als Pflanzennährstoff. Eine Überdüngung ist je-doch unerwünscht, da bei einem 02-Mangel im Gewässer verstärkt Ammonium bzw. Ammoniak entstehen kann.Bei gleichzeitiger Anwesenheit von gelöstem Phosphor fördert der Stickstoff auch das Al-genwachstum. Algen benötigen ein N:P Verhältnis von 16:1.

FischtoxizitätFür Fische ist die Wirkung der verschiedenen N-Formen in einem Gewässer extrem unter-schiedlich, die Angabe des Gesamtstickstoffgehaltes alleine daher nicht aussagekräftig.In organischer Biomasse (auch Abwässer, Gülle) liegt der Stickstoff nicht als Nitrat (N03), sondern als organisch gebundener N und als Ammonium (NH4) vor.Der organisch gebundene N wird über die sogenannte Ammonifikation zu Ammonium(NH4-N) umgewandelt. Der Ammonium-N kann wiederum in Abhängigkeit von der Tem-peratur und mit Hilfe einer ausreichenden 02-Versorgung in Nitrat umgewandelt werden. Die damit verbundene Abnahme der NH4-Konzentration zugunsten einer höheren NO3-Konzentration ist für das Gewässer positiv.

Ammonifikation = Abbau von organischem N → AmmoniumNitrifikation = Abbau von Ammonium → Nitrat

Eine Rückwandlung von Nitrat über Nitrit zu Ammonium im Wasser infolge von 02-Man-gel ist hingegen negativ, vor allem bei pH-Werten im Wasser über 8. Dabei sind Nitrat und auch Ammonium normalerweise kaum fischtoxisch. Eine Gefährdung ist jedoch indirekt bei hohen Ammoniumkonzentrationen möglich, so-bald eine Umwandlung von Ammonium zu Ammoniak (NH3) erfolgt, weshalb im Ablauf von Kläranlagen auch stets die Ammoniumkonzentration gemessen wird. Ammonium sollte einen Wert von 1 mg/l nicht überschreiten, während der Gehalt an Ammoniak ei-nen Wert von 0,025 mg/l nicht überschreiten sollte.Das stark fischgiftige Ammoniak entsteht vor allem bei hoher Sauerstoffzehrung und hohen pH-Werten. Die Verteilung bzw. Umwandlung von Ammonium (NH4) zum stark fischgiftigen Ammoniak (NH3) ist vorrangig vom pH-Wert sowie der Wassertemperatur (beeinflusst wiederum die Sauerstoffsättigung) abhängig.

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NH�- und NH4-Gehalt in Abhängigkeit vom pH-Wert bei �� °C

pH-Wert NH4+(%) NH4+(mg/l) NH3 (%) NH3 (mg/l)

pH = 6pH = 7pH = 8pH = 9pH = 10

10099967522

1,000,990,960,750,22

0142578

0,000,010,040,250,78

nach Hutter,1992

pH-Wert und AmmoniakBei einem Anstieg des pH-Wertes im Wasser (normalerweise etwa pH 7) auf pH-Wer-te über 8 steigt der Ammoniakanteil überproportional an. Während ein 02-Mangel allein den pH-Wert nicht beeinflusst, kann in eutrophen Gewäs-sern auch durch die Tätigkeit von Algen ein pH-Anstieg erfolgen. Dabei steigt die Toxizi-tät des Ammoniaks zusätzlich an, wenn die Sauerstoffsättigung des Wassers sinkt.Algen produzieren über die Assimilation tagsüber mehr Sauerstoff als sie in der Nacht veratmen können (02-Übersättigung bei Tag). Sie verbrauchen dadurch auch mehr Koh-lendioxid (CO2) für die Assimilation, als in der Nacht durch die Atmung frei wird. Je mehr Kohlendioxid bzw. leichte Kohlensäure dem Wasser entzogen wird, desto stär-ker steigt in Folge der pH-Wert, wobei es vor allem zu stärkeren pH-Schwankungen mit nächtlichem Anstieg kommen kann.

EU-Nitratrichtlinie 9�/6�6/EWGDie Richtlinie 91/676/EWG des Rates zum Schutz der Gewässer vor Verunreinigung durch Nitrat aus landwirtschaftlichen Quellen („Nitratrichtlinie“) wurde am 12. Dezem-ber 1991 erlassen. Hintergrund war der steigende Nitratgehalt der Gewässer in einigen Gebieten der Mitgliedsstaaten.Bei der Nitratrichtlinie geht es vorrangig um die Überwachung und Verringerung der Ge-wässerverschmutzung durch Nitrat, wobei sich die Richtlinie vorrangig auf den Stick-stoffeinsatz aus der Viehhaltung beschränkt.

Umsetzung der RichtlinieDie Umsetzung der EU-Nitratrichtlinie kann in den EU-Ländern entweder durch Aus-weisung gefährdeter Gebiete und Vorlage von Sanierungsmaßnahmen oder alternativ durch bundesweit gültige Aktionsprogramme mit entsprechenden Auflagen wie z. B. Begrenzung des Viehbesatzes auf derzeit 170 kg N/ha lagerfallend, Verbotszeiträume für die Ausbringung von Wirtschaftsdünger, Mindestlagerraumkapazitäten, Gewässer-abstände bei der Düngung etc. umgesetzt werden.Insgesamt haben sich 10 von 25 EU-Mitgliedsstaaten für den flächendeckenden Ansatz ausgesprochen.Der flächendeckende Ansatz der Nitratrichtlinie hatte ursprünglich im Jahr 1991 eine Dünge-Obergrenze von 210 kg N/ha feldfallend aus Wirtschaftsdüngern vorgesehen, was ursprünglich einen Viehbesatz von 3,5 GVE/ha bedeutete.Mit Ende 2002 erfolgte eine Absenkung der Düngerobergrenze von 210 kg N/ha feld-fallend aus Wirtschaftsdüngern auf 170 kg N/ha. Aufgrund des EUGH-Erkenntnisses von 2003 wurden ferner die unvermeidbaren Ausbringungsverluste gestrichen, d. h. es

50

wird jetzt der lagerfallende N zur Berechnung der Viehbestandsobergrenze herngezu-gen, was eine weitere Absenkung des Viehbesatzes bedeutet.Kritisiert wird seitens der Praxis vor allem, dass die starre Begrenzung des Viehbe-satzes mit 170 kg N/ha (lagerfallend) keine Boden- und Klimaunterschiede berücksich-tigt, d. h. nicht zwischen Gunst- und Ungunstlagen unterscheidet und die unvermeid-baren Ausbringungsverluste bei der Berechnung ignoriert werden.

Berechnung ��0 kg N (nach Nitratrichtlinie)Begriffe Stallfallender N = Brutto-N-Anfall direkt beim TierLagerfallender N = Brutto-N nach Abzug unvermeidbarer Stall- und Lagerverluste Dieser Wert dient der Berechnung der 170-kg/ha N-Obergrenze aus Wirtschaftsdüngern (Nitratrichtlinie-Aktionsprogramm) Feldfallender N = Brutto-N nach Abzug der Stall-, Lager- und der Ausbringungsverluste Der feldfallende Stickstoff wird in der Praxis auch als Reinstickstoff oder anrechenbarer N bezeichnet. Er dient der Berechnung der N- Obergrenze von 210 kg N/ha aus Wirtschafts- und Mineraldünger nach dem Wasserrechtsgesetz

Nitratrichtlinie

n. Galler, 2007

StickstoffbilanzierungBei der Stickstoffbilanzierung wird versucht, dem Stickstoffeintrag (Dünger, Legumino-sen, Futtermittel) den Stickstoffaustrag (Erntegut, Milch, Fleisch) gegenüberzustellen.Da Landwirtschaft in einem offenen System betrieben wird, sind auch bei bedarfs-gerechter Düngung je nach Boden, Fruchtfolge und Witterungsverlauf gewisse Stick-stoffverluste unvermeidbar. Diese entstehen durch N-Immobilisierung an Ton und Humus, Verluste infolge Nitrifikation und Denitrifikation sowie durch gasförmige N-Verluste im Zuge der Ausbringung von Wirtschafts- und Mineraldüngern und durch Nitratauswaschung.Ein gewisser N-Bilanzüberschuss ist daher unvermeidbar, wobei auch die Methode Ein-fluss auf das Ergebnis nimmt.

*Der feldfallende N ist nicht sofort und

auch nicht zur Gänze pflanzenwirksam, da

die N-Immobilisie-rungsverluste nicht

berücksichtigt sind. Die N-Wirksamkeit gliedert

sich in eine Jahres-wirkung und eine Gesamtwirkung.

*Die Lagerverluste sind derzeit aufgrund der

Nitratrichtlinie mit 15 % beim Güllesystem und

mit 30 % beim Stall-mist/Jauche-System bzw. Tretmistsystem

festgelegt. Dieser Wert dient zur Berrechnung

des Viehbesatzes.

5�

Grundsätzlich ist der N-Bilanz-Überschuss bei der Tierhaltung immer höher als im Acker-bau. Eine wesentliche Ursache sind die im Vergleich zu Mineraldüngern deutlich hö-heren unvermeidbaren Stall-, Lager- und Ausbringungsverluste bei der Tierhaltung. Die Stickstoffbilanzierung ist ein Hilfsmittel zur Erfassung von Entwicklungen über ei-nen längeren Zeitraum. Sie liefert aber keine Aussage über die Höhe der optimalen Düngergabe. Bei einer Bruttostickstoffbilanzerhebung auf Ebene der EU-15 lag im Jahr 2000 die N-Überbilanzierung bei 55 kg/ha.

Energiebilanz der DüngungDie Assimilation des grünen Blattes ist das eigentliche Geheimnis, warum der Pflanzenbau der einzige Wirtschaftszweig ist, welcher mehr Energie produziert, als er verbraucht. Der gesamte Pflanzenbau hat eine positive Energiebilanz von etwa 1:4 und der Energiepflan-zenbau erreicht Werte bis 1:10 in Form von pflanzlicher Produktion (ohne Verarbeitung). Pflanzenbau ist somit ein Geschäft mit der Sonne, wobei mit Hilfe einer gezielten Dün-gung die Energieeffizienz verbessert werden kann.Eine ähnlich hohe positive Energiebilanz (1:10 bis 1:18) hat auch der Pflanzenschutz.Eine negative Bilanz weist hingegen der Gartenbau unter Glas auf.Im Gegensatz zum Pflanzenbau hat die Tierproduktion (Veredelung pflanzlicher Pro-dukte über den Tiermagen) immer eine negative Energiebilanz.Bezüglich der Nahrungsproduktion wäre selbst eine negative Energiebilanz letztlich in Kauf zu nehmen, da übliche Energieträger nicht direkt als Nahrung verwertbar sind.

Energieverbrauch in der Düngerproduktion Weltweit werden für die Düngerproduktion ca. 2 % des gesamten Weltprimärenergie-bedarfes benötigt. Dabei ist der Energiebedarf für die synthetische Stickstoffprodukti-on am höchsten, wenngleich der Energiebedarf in den letzten Jahrzehnten deutlich ge-senkt werden konnte. Für die Produktion von 1 kg Stickstoff (N) werden heute ca. 30 MJ (entspricht etwa ¾ Liter Heizöl) ohne Ausbringung benötigt (ca. 36 MJ einschließlich der Ausbringung).Für den Phosphataufschluss wird je kg P2O5 etwa 1/4 (= 10 MJ) und für die Aufbereitung von Kali 1/5 (= 8 MJ) des Energiebedarfes von Stickstoff benötigt.

Düngung und Energiebedarf

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Anteil fossiler Energie in der Pflanzenproduktion

(n. Diez. 1995)

Stickstoff – hohe EnergieeffizienzObwohl die Stickstoffproduktion den höchsten Energieaufwand verursacht, hat der ge-zielte Stickstoffeinsatz eine hohe Energieeffizienz. Der Energiegehalt von 2,2 kg Weizen entspricht etwa dem Energiebedarf für die Pro-duktion von 1 kg N. Die Produktionskraft von 1 kg N liegt jedoch im Mittel bei 15 bis 20 kg Weizen wesentlich höher. Bei bedarfsgerechter N-Düngung ist bis hin zum Ertrags-optimum eine hohe Energiebilanz gegeben. In aller Regel steigt auch die Qualität der Ernteprodukte bis zum Ertragsoptimum an.

Mehrerträge durch N-Düngung und Energiebilanz

(n. Diez. 1995)

Mit zunehmender Stickstoffdüngung verringert sich aufgrund des abnehmenden Er-tragszuwachses die Stickstoffeffizienz. Energiesparen bei der Düngung bedeutet nicht einen Verzicht, sondern einen möglichst effizienten Einsatz von Düngemitteln.

Der Anteil der Landwirtschaft am

Energieverbrauch liegt unter 5 %, gemessen am gesamten Primär-

energieeinsatz. Davon fallen ca. 2 % auf die

Düngerproduktion.

Annahme 1 kg N = 36 MJ;

1 kg Weizen (86 % TS) = 16 MJ

5�

Energieeffizienz am Beispiel WeizenDer Einsatz von 170 kg Stickstoff gegenüber ungedüngt erhöht den Weizenertrag um 3.500 kg/ha bzw. den Energieertrag um 55 GJ/ha. Das ist fast die siebenfache Energie, die zuvor für die Produktion, Transport und Ausbringung des N-Düngers eingesetzt wur-de. Zusätzlich wurden je Hektar etwa 11 t CO2 gebunden.

Energieproduktion auf � ha Weizen (Kornertrag)

n. Küsters und Lammel, 1999

Vergleich von Anbausystemen mit unterschiedlicher IntensitätAm Versuchsgut Lindhof der Universität Kiel wurden verschiedene alternative Fruchtfol-gen mit einer für diese Region typischen konventionellen Fruchtfolge verglichen.

Neben dem direkten Energieeinsatz am Betrieb für Dieselkraftstoff, Schmierstof-fe, Maschinen, Strom etc. wurde auch der indirekte Energieeinsatz für die Herstel-lung variabler Produktionsmittel wie Düngemittel, Pflanzenschutzmittel, Saatgut etc. mitberücksichtigt.Ermittelt wurde der Ertrag in dt/ha bzw. in GE (Getreideeinheiten) basierend auf dem Ernährungsbrennwert von Gerste. Ferner wurde die Energieeffizienz, d. h. der Output je eingesetzter Einheit an fossiler Energie und die N-Bilanz sowie die Nitratauswaschung verglichen.Für den konventionellen Anbau wurde eine typische Referenz-Fruchtfolge Winterraps- Winterweizen-Zuckerrüben-Winterweizen gewählt (ohne Leguminosenanteil). Bei der alternativen Fruchtfolge wurde eine Teilung in eine intensivere Variante mit 50 % Legu-minosenanteil und eine Variante mit 30 % Leguminosenanteil vorgenommen.

54

VersuchsergebnisseBezogen auf die Erträge, gemessen in Getreideeinheiten (GE)/ha, war die konventi-onelle Fruchtfolge nicht zuletzt aufgrund des hohen Ertragsniveaues des Standortes deutlich überlegen. Obwohl der N-Input bei der konventionellen Fruchtfolge aufgrund des Mineraldünger-einsatzes mehr als doppelt so hoch war, war dennoch die N-Effizienz bei der konventi-onellen Fruchtfolge (GE/kg N-Input) höher.Dies u. a. auch deshalb, weil bei der alternativen Fruchtfolge die N-Freisetzung aus dem Leguminosen-Stickstoff zeitlich nicht immer simultan mit dem N-Bedarf zur Ertragsbil-dung der Bestände verläuft. Beim Nitrataustrag, gemessen in kg Nitrat/ha, waren keine signifikanten Unterschiede feststellbar.Obwohl der gesamte Energieinput im konventionellen Anbau etwa dreimal höher lag, war die Energieeffizienz bei den alternativen Varianten nicht besser, bei der Variante mit 50 % Leguminosenanteil, gemessen in Getreideeinheiten, sogar um 21 % niedriger. Kann hingegen das Rotkleegras anstelle einer Gründüngung in einem Gemischtbetrieb futterbaulich über die Viehhaltung verwertet werden, so kann dadurch und auch auf-grund des zusätzlichen Güllestickstoffanfalles die Energieeffizienz, gemessen in um-setzbarer Energie (ME/ha), gegenüber der Mulchvariante deutlich verbessert werden.

Vergleich von Ackerbaufruchtfolgenauf dem Lindhof im Hinblick auf Ertrag, N-Haushalt und Energieeffizienz (1999–2001)

Anbausystem Fruchtfolge Ertrag N-Input N-Effizienz N-Bilanz Nitrat-

Ausw.Energie- Input

Energie-Effizienz

GE/ha kg N/ha GE/kg N kg N/ha kg NO3-N/ha GJ/ha GE/GJ

konv. Acker-baubetrieb

W.-RapsWWZuckerrübenWW

107,5(100 %)

186,0(100 %)

0,58(100 %)

47,5(100 %)

23,6(100 %)

15,6(100 %)

6,7(100 %)

Ökologischer Ackerbaube-trieb N-intensiv (50 % Leg.)

RKG M/SVHaferErbsenWW/Kart.

31,8(30 %)

88,5(48%)

0,36(62 %)

12,1(25 %)

21,2(90 %)

6,1(39 %)

5,3(79 %)

Ökologischer Ackerbau-betrieb N-extensiv (33 % Leg.)

RKG M/SVHaferW.-Roggen

29,8(28 %)

67,0(36 %)

0,44(76 %)

17,5(37 %)

20,1(85 %)

4,5(29 %)

6,6(99 %)

n. Taube, 2005

Fazit: Der konventionelle Ackerbau ist mit einem höheren Energieeinsatz verbunden. Der höhere Energieeinsatz kann jedoch mit Hilfe erhöhter Assimilationsleistung res-sourceneffizient genutzt werden. Die dadurch „eingesparten“ Flächen könnten künftig für den Energiepflanzenbau ge-nutzt werden, wodurch sich eine bessere CO2-Bilanz ergibt.Bei leguminosenbetonten Fruchtfolgen ist entscheidend, ob das Kleegras über den Wiederkäuer verwertet werden kann oder nicht.

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Energiegehalt landwirtschaftlicher Produkte1 kg Getreide 16 MJ1 kg Kartoffeln (21 % TM) 3,6 MJ1 kg Zucker 16,5 MJ1 kg Protein 17 MJ1 kg Kohlenhydrate 17 MJ1 kg Fett 38 MJ1 kg Alkohol 30 MJ1 kg Grünland-TM 10 MJ1 kg Heizöl 41 MJ1 kg Holz (trocken) 15 MJ1 kg Wasserstoff 120 MJ

Die wichtigsten Ernteprodukte wie Getreide, Kartoffeln und Zucker haben einen Ener-giegehalt von 16 bis 18 MJ/kg. Das Futter von Grünland hat einen Energiegehalt von 10 MJ/kg TM. Die Produktionskraft von 1 kg N liegt im Mittel bei rund 15-20 kg TM.

Energieäquivalent der DüngerproduktionNährstoff Energetischer Tauschwert1 kg N ca. 2,2 kg Weizen1 kg P2o5 ca. 0,75 kg Weizen1 kg K2O ca. 0,5 kg Weizen

Verarbeitung und Zubereitung Lange Transportwege sowie Verarbeitungsprozesse bis hin zur tellerfertigen Zuberei-tung im Haushalt verbrauchen mehr Energie als die agrarische Produktion.

Energieaufwand in der Nahrungswirtschaft (n. Gruber, 1981)

24 % agrarische Produktion

39 % Verarbeitung

37 % Verteilung und Zubereitung

100 % gesamt

Stickstoff und BioenergieAlle erneuerbaren Energiesysteme sind „Sonnengetriebene Ökosysteme“. Dadurch lassen sich theoretisch alle Sekundärenergieträger (Strom, Wärme, Brennstoffe) bereitstellen. Die EU-15 hat sich 1995 zum Ziel genommen, den Anteil erneuerbarer Energieträger bis 2010 auf 12 % zu verdoppeln. War Österreich 1955 (im Jahr des Staatsvertrages) noch energieautark, so müssen heute über 65 % des Energiebedarfes (vorrangig Öl und Gas) importiert werden. Derzeit deckt Österreich dank Wasserkraft und Holzreich-tum fast ein Viertel des Primärenergiebedarfes aus erneuerbaren Energieträgern.

56

Bei der indirekten Nutzung der Sonnenenergie über Biomasse wird künftig auch der Ackerbau und die N-Düngung an Bedeutung gewinnen.

Sonnengetriebene Ökosysteme

n. Schnitzer, 1990

Rohstoffe vom AckerNur etwa 11 % der bewohnbaren Erdoberfläche sind als Ackerland nutzbar. Der Rest ist entweder zu nass, zu trocken, zu kalt oder zu gebirgig. Ackerböden werden zunehmend ein knappes Gut. Die Ackerfläche wird in den nächsten 10 Jahren auf etwa 0,15 ha pro Kopf (1970 noch 0,35 ha) zurückgehen. Das Ackerland muss in Zukunft mit ansteigender Weltbevölkerung (täglich wächst die Weltbevölkerung um etwa 250.000 Menschen) die Nahrungsproduktion sicherstellen. Dazu kommt, dass bei einem Drittel der Ackerböden die Bodenfruchtbarkeit durch zu-nehmende Wind- und Wassererosion als Folge ungeeigneter Anbaumethoden zurück-geht. Auch müssen fast 40 % der Ackerflächen bewässert werden. Nicht zu unterschätzen ist auch der „Flächenhunger der Gesellschaft“ auf Kosten der landwirtschaftlichen Nutzfläche. Allein in Österreich werden täglich etwa 15 bis 20 ha meist ackerfähiger Boden verbaut. Künftig wird der Acker neben der Nahrungs- und Futtermittelproduktion auch einen Teil der Industrie- bzw. Energierohstoffproduktion übernehmen. Dadurch kommt es auto-matisch zu einer Flächenkonkurrenz auf dem Acker zwischen der Nahrungs- bzw. Fut-termittelproduktion und der Energieproduktion.

Getreidebedarf steigtAllein der Weltgetreideverbrauch wird laut Schätzungen der OECD in den nächsten 10 Jahren auf 2,320 Mill. t ansteigen. Dies bedeutet eine Steigerung von 15 % bzw. 30 % gegenüber 1995.Derzeit sind die Bestandesvorräte auf die kritische Schwelle von 15 % gesunken, wo in Fol-ge die Märkte stark schwanken und dementsprechend mit Preisausschlägen reagieren.

5�

Allein für Futtermittel werden etwa 700 Mill. t Getreide des Weltgetreideanteiles einge-setzt, wobei zu berücksichtigen ist, dass die globale Nachfrage nach Fleisch in den neuen Schwellenländern stark ansteigt. Seit 1960 hat sich der Fleischkonsum weltweit verdreifacht.Während die USA bzw. die EU-Länder derzeit einen jährlichen Pro-Kopf-Verbrauch an Fleisch von ca. 115 kg aufweisen, liegt der Verbrauch in China noch unter 50 kg und in In-dien unter 10 kg. Möchte man nur in China den Fleischkonsum auf 100 kg/Kopf/Jahr anhe-ben, würde dies fast eine Verdoppelung des derzeitigen Futtermittelbedarfs erfordern.

Primär- und Endenergiegehalt verschiedener Kulturen

n. Heißenhuber, 2007

EnergiepflanzenbauNeben Solar-, Wind-, Wasserkraft und Geothermie wird auch der Anteil an traditioneller Biomasse (vorrangig Holzpellets, Hackgut) zunehmen. Ferner wird der Einsatz neuer Bio-masse (schnell wachsende Hölzer, Miscanthus etc.) zunehmen. Aber auch der Anbau von Getreide und Hackfrüchten zur Zucker- und Stärkegewinnung für Ethanol (Ethanol ist der Schlüsselrohstoff für eine Reihe von Produkten für die chemische Industrie) wird zuneh-men. Ebenso wird der Anbau für Raps (Rapsöl als Schlüsselrohstoff für Biodiesel und di-verse Öle und Fette) und die Biogasproduktion eine gewisse Bedeutung erlangen. Dank der Assimilation der grünen Pflanze (sonnengestütztes Ökosystem) hat der Pflan-zenbau als einziger Wirtschaftszweig eine positive Energiebilanz.Die Wirtschaftlichkeit z. B. derBioäthanolproduktion aus Getreide und Mais hängt vom Rohölpreis ab, d. h. steigende Rohölpreise machen erst die Ethanolproduktion oder eine Wärmeerzeugung aus Getreide als Heizölersatz möglich. Interessant wird die Pro-duktion erst bei einem Schwellenwert von über 80 $/Barrel. Der Einsatz von Biokraftstoffen vom Acker ist jedoch aufgrund des hohen Flächenbe-darfes nur begrenzt möglich.

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Fazit:n Energieeinsparung und Effizienzsteigerung sind die wichtigsten Energiequellen für

die nahe Zukunft n Regenerative Energiequellen (Sonnengetriebene Ökosysteme) verringern die Impor-

tabhängigkeit und werden in Zukunft sukzessive in verschiedenen Formen die Ener-gieversorgung übernehmen.

n Biomasse ( Holzpellets, Hackgut) aus dem Wald sowie neue Biomasse (Pappel, Wei-den, Miscanthus etc. zur Wärmegewinnung werden an Bedeutung gewinnen.

n Biomasse für Biotreibstoffe und Ökostrom werden künftig auch einen begrenzten Bei-trag zur Energieversorgung leisten. Die Wirtschaftlichkeit für die Energiegewinnung von Acker-Hauptfruchtflächen (Raps, Mais, Getreide, Rüben) zur Produktion von Etha-nol, Biodiesel, Biogas etc. hängt vom Rohölpreis ab.

n Langfristig wird der Hauptanteil an Primärenergie vorrangig durch direkte Nutzung der Sonnenenergie (Photovoltaik, Wasserstofftechnologie etc.) sichergestellt werden .

n Eine gewisse Konkurrenz zwischen Nahrungs- und Energieproduktion am Acker ist künftig unvermeidbar. Flächenstilllegungen werden abnehmen.

Entwicklung der Weltbevölkerung

n. Mesarovic, 1974

Weltenergieverbrauch bis �060 (Deutsche Shell AG, �000)

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LiteraturAldag R., Baumgärtl G., Cramer N.: Nährstoffbilanz im Blickfeld von Landwirtschaft und Umwelt,

Tagungsband BAD, März 1995, Würzburg

Avery, A. A.: Environ Health Perspect, 1999, 107, S83

Amberger, A.: Pflanzenernährung, Ulmer-Verlag, 1980

Bayr. LA f. Landwirtschaft: Verminderung gasförmiger Emissionen in der Tierhaltung, 2003

Beck T.: Nitrifikation in Böden, Pflanzenernährung, Bodenkunde, 142, 1979

Bergmann W.: Ernährungsstörungen bei Kulturpflanzen, Fischer-Verlag, 1993

Buchner A., Sturm H.: Gezielter Düngen, DLG-Verlage, 1980

Bundesarbeitskreis Düngung: Stickstoff, 2006

BMLFUW: Richtlinien für sachgerechte Düngung, 6. Auflage, 2006

Diepolder M., Jakob B.: Ergebnisse eines langjährigen Düngungsversuches im Grünland mit

unterschiedlichem Zeitpunkt der Gülleausbringung, SuB Heft 7, 2003

Eder G.: Stickstoff- u. Phosphoraustrag unter Dauergrünland, Lysimetertagung BAL-Gumpenstein, 1991

Bundesamt für Ernährung und Forstwirtschaft, Frankfurt/Main: Emission von Ammoniak, Sonderstudie

Fachverband Stickstoffindustrie Düsseldorf: Der Stickstoff, 1978

Fink A.: Düngung qualitätsverbessernd und umweltgerecht, Ulmer-Verlag,1991

Furrer O. J.: Nitratbelastung des Grundwassers durch die Landwirtschaft, Gewässerschutz,

Schriftenreihe des Österr. Wasserwirtschaftsverbandes, Heft 61, 1986

Galler. J.: Lehrbuch Umweltschutz, Ecomed-Verlag, 1999

Gruber P.: Energiebilanz in der Land- und Forstwirtschaft, Im Blickfeld 56, 1981

Gutser R.: Stickstoffverfügbarkeit organischer Dünger, SuB, Heft, 3-4, 2005

Haunold E.: Stickstoffkreisläufe, Sonderdruck, Forschungszentrum Seibersdorf, 1992

Heißenhuber. A.: Treibstoff-Konkurrenz zu Nährungs- u. Futtermitteln, Vortrag, 2007

Hofmair W.: N-Tester und N-Empfehlung, Pflanzenbauwissenschaften, Band 17, 2005

Kranner P., Schimon W.: Grenzwerte für Nitrat im Trinkwasser, Studie, BMLFUW, 1995

Liebhard P., Schmid E.: Managementmaßnahmen bei Feldgemüse auf Nitrataustrag im

Grundwassersanierungsgebiet Eferdinger Becken

Leifert C., Golden H.: Neubewertung nützlicher u. anderer Wirkungen von Nitrat, Springer, New York, 1999

Mengel K.: Ernährung u. Stoffwechsel der Pflanze, Fischer-Verlag, 1968

Nitratfibel, BMLF, Wien, 1989

Rieder J.B.: Kohlenstoff u. N-Dynamik unter Dauergrünland, Schule u. Beratung, Heft 4/1994

Schilling G.: Pflanzenernährung u. Düngung, Ulmer-Verlag, 2000

Schröpel R.: Versuchsergebnisse Spitalhof Kempten, 2002

Tagung-BAD: Nährstoffbilanz im Blickfeld von Landwirtschaft u. Umwelt:, 1995

Taube F., Loges R., Kelm M., Latacz-Lohmann U.: Vergleich ökologischer u. konventionellen

Ackerbau im Hinblick auf Leistung und ökologische Effekte, BM für Verbraucherschutz,

Ernährung u. Landwirtschaft, Band 83 (2), 2005

VDLUFA-Kongreß, Heft 10, Generalthema Nitrat, Karlsruhe, 1984

Wachendorf M., Taube F.: Einfluß von Nutzungsart u. N-Düngungsniveau auf Nitratausträge

unter Grünland, Pflanzenbauwissenschaften, Band 17, 2005

Wilson W. S., Ball A. S., Hinton R. H.: Managing Risk of Nitrates to Humans and the Enviroment,

Springer, New York, 1999

Wissemeier A, Weigelt W.: Nitrat und Ammonium im Boden bei Einsatz von DMPP, Koloquium BASF, 1999

60

Landwirtschaftskammer SalzburgBetriebsentwicklung und Umwelt5020 Salzburg, Schwarzstraße 19Tel. +43(0)662/870571-242Fax +43(0)662/870571-295beu@lk-salzburg.atwww.lk-salzburg.at