Nachhaltige Fruchtfolgen im Energiepflanzenanbau - oekl.atoekl.at/wp-content/uploads/gems/LeonhartsbergerBiogas081023.pdf · Universität für Bodenkultur Wien 28.10.2008 BOKU Wien

Universität für Bodenkultur Wien

BOKU Wien I Dept. für Nachhaltige Agrarsysteme l Institut für Landtechnik l Mag. Christian Leonhartsberger28.10.2008 1

Nachhaltige Fruchtfolgen im

Energiepflanzenanbau

Seminar für Biogas-SpezialberaterInnen23.10.2008, LK Oberösterreich, Linz



Inhalt

� Herausforderungen/Ziele

� Projekte, Methoden und Versuchsdurchführung

� Ausgewählte Ergebnisse aus den Forschungsprojekten

� Zusammenfassung/Kernaussagen

� Weitere (zukünftige) Strategien und Forschungsbedarf

� Übungsbeispiel: MHE und Humusbilanz einer Fruchtfolge



Herausforderungen/Ziele

� Entkoppelung des Energiepflanzenanbaus von der Lebens- und Futtermittelproduktion

� Klimaschutz im Einklang mit Naturschutz

� Energiepflanzenanbau in standortangepassten und ökologisch ausgewogenen Fruchtfolgesystemen

� Effiziente und leistungsfähige Einzelglieder in der FF

� Optimierung des Fermentationsprozesses

� Ökologie und Ökonomie gewährleisten und bewerten



Projekte, Methoden und Durchführung

Projekt Inhalte

Optimierung der Methanausbeute aus Zuckerrüben,

Silomais, Körnermais, Sonnenblumen, Ackerfutter,

Getreide, Wirtschaftsdünger und Rohglyzerin unter den

Standortbedingungen der Steiermark

Bestimmung von Co-fermentationseffekten

ausgewählter Rohstoffmischungen

Erstellung von Modellfruchtfolgen samt

Humusbilanzierung

Optimierung der Methanerzeugung aus Energiepflanzen

mit dem Methanenergiewertsystem

Erstellen von Modellfruchtfolgen (ökologisch und

konventionell) für die Regionen Weinviertel,

Eisenwurzen Nord und Eisenwurzen Süd

Agrarische Rohstoffbasis für die Biogasproduktion I Erstellen von Modellfruchtfolgen (ökologisch und

konventionell) für die Regionen Grieskirchen-

Kremsmünster, Marchfeld und Oststeirisches Hügelland

Agrarische Rohstoffbasis für die Biogasproduktion II Anbauversuche: ökologische Fruchtfolgeglieder und

konventionelle Mischanbausysteme, Gülle als Dünger

Biogas Gesamtbewertung ökologische und ökonomische Bewertung der

Biogasproduktion aus agrarischen Rohstoffen

BioEnergy 2020+ 2-Kultursysteme: WR vor Mais, WR vor Hirse unter

pannonischen Klimabedingungen



Methanhektarertrag [m3N CH4/ha]

Biomasseertrag [t TM/ha]

spez. Methanausbeute [lN CH4/kg oTM]

• Kultur/Sorte

• standörtlichen Bedingungen

• Bewirtschaftung/Management (z.B. Anbau-und Erntetermine, Kulturführung,…)

• Kultur/Sorte

• Bewirtschaftung/Management (z.B. Erntetermin �� Entwicklungsstadium)

• Konservierung (Silagequalität,…)




Versuchsstandorte

Gr. EnzersdorfMais, Sonnenblume,

Hirse, Getreide

IlzSonnenblume

GleisdorfGetreide, Mais,

Hirse

HaidershofenMais

LanzenkirchenSonnenblume, Hirse

TullnMais, Hirse

KalsdorfMais

FrauenkirchenZuckerrübe

Raumberg-GumpensteinWiesengras

Admont-BuchauWiesengras

Gr.-InzersdorfZuckerrübe

RudenMais

Lenzing&SchörflingGetreide

SchwanenstadtGetreide





Vorgangsweise bei der Erstellung von Modellfruchtfolgen:

� Auswahl der Region/Anbaugebietes

� Definition der Fruchtfolgenausrichtung (spezialisiert, integriert, ethisch korrekt)

� Datengrundlage: - Kulturartenverteilung der Ackerfläche (Invekos)- Berater/Experten zu regionstypischen FF- Biomasseerträge aus Anbauversuchen bzw. Literatur (BMLFUW,

2002; ÖLW)- Methanausbeuten aufgrund eigener (ILT) Untersuchungen bzw.

Literaturdaten




Vorgangsweise bei der Erstellung von Humusbilanzen (gemäß VDLUFA*, 2004):

� Humussaldo = Humuszufuhr minus Humusbedarf

�Bestimmung des Humusbedarfs

�Bestimmung der Humuszufuhr (Reproduktionsleistung organ. Materials)

� Bewertung der Humusversorgung- Sehr niedrig (< - 200)- Niedrig (- 200 bis – 76)- Optimal (- 75 bis 100)- Hoch (101 bis 300)- Sehr hoch (> 300)

* VDLUFA: Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten



Standort Groß-Enzersdorf, 2006

0

5

10

15

20

25

30

35

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

TS-Gehalt [% FM]

TS

-Ert

rag

[t/

ha]

Früh bis Mittelreif - 250 Mittelspät 260 - 280Spät 290-350 Sehr spät > 350Polynomisch (Früh bis Mittelreif - 250) Polynomisch (Mittelspät 260 - 280)Polynomisch (Spät 290-350) Polynomisch (Sehr spät > 350)

Ausgewählte Ergebnisse



Abb.: Standort x Sortenvergleich Mais (Gr.-Enzersdorf, Gleisdorf und Tulln; 2006)

0

5

10

15

20

25

30

Atletico KXA 5233 KWS 1393 KXA 5251

Reihe1 Reihe2 Reihe3

0

5

10

15

20

25

30



0

5

10

15

20

25

30



Gr.-Enzersdorf (NÖ) Gleisdorf (Stmk.) Tulln (NÖ)

TM

[t/

ha]

Milchreife

Teigreife

Physiolog. Reife




21,3 22,9

27,5

35,2

42,546,2

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Kornbildung Milchreife Teigreife PhysiologischeReife

Vollreife Totreife

Met

han

ertr

ag [

m3

CH

4/h

a]

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

TS

-Geh

alt

[%]

Methanhektarertrag TS-Gehalt [%]

Atletico (S280), Groß-Enzersdorf 2006




Mischung 1

Mischung 2 Mischung 3 Mischung 4 Mischung 5



Energie-reich

Protein-reich

Ausge-glichen

maize CCM sunflower Clover rye sugar beet pig slurry




0

50

100

150

200

250

300

350

400

maize CCM Sunflower clover-grass

green-rye sugar beet pig slurry glycerine

met

hane

yie

ld [l

N C

H4

kg-1

VS

]

a

abab

aab

bc

c

d

Fig.: Spezifischer Methanertrag der Energiepflanzen bei Mono-Fermentierung




0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

mixtures

met

hane

yie

ld [l

N C

H4

kg-1

VS

]

ab

ab ab

b

ab

abab

a ab ab ab

b

a

Fig.: Spezifischer Methanertrag der 13 Rohstoffmischungen (gelb … energiereich, rot … proteinreich, grün …ausgeglichen, braun … Maisbasierte Mischung mit Rohglyzerin)




0

50

100

150

200

250

300

350

400

450sp

ecifi

c m

etha

ne y

ield

[l N

CH

4 kg

-1 V

S]

measured

pig slurry

sugar beet

green-rye

clover-grass

sunflower

CCM

maize

Mischung 4 Mischung 8

measured expected measured expected

+ 27.8 (+10.2 %)

+ 111.3 (+ 39.3 %)

Fig.: Co-fermentationseffekt der Mischung 4 und Mischung 8




-30

-10

10

30

50

70

90

110

130

150

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

mixtures

me

than

e y

ield

[l N

CH

4 kg

-1 V

S]

a

ab

abc

bc

abc

abab

ab a

ab

ab

c

a

Fig.: Co-fermentationseffekt der 13 Mischungen (gelb … energiereich, rot … proteinreich, grün … ausgeglichen, braun … Mais-basierte Mischung mit Rohglyzerin)




4th year

Green rye (25 %)

3rd year

Clover-grass (4 %)Sugar beet (6 %)

Maize (2 %)Sunflower (4 %)Pumpkin (9 %)

2nd year

Maize (25 %)Catch crop

1st year

Clover-grass (25 %)

0 m³

0 m³ (Pumpkin)174 m³ (Sunflower)224 m³ (Maize)344 m³ (Sugar beet)145 m³ (Clover-grass)

2391 m³ (Maize)

(Catch crop)

1294 m³ (Green rye)

909 m³ (Clover-grass)

Jahr Kultur % in FF

1 Kleegras 25

2 Mais 25

Zwischenfrucht

3 Kleegras 4

Zuckerrübe 6

Mais 2

Sonnenblume 4

Kürbis 9

4 Grünroggen 254th year

Green rye (25 %)

3rd year

Clover-grass (4 %)Sugar beet (6 %)

Maize (2 %)Sunflower (4 %)Pumpkin (9 %)

2nd year

Maize (25 %)Catch crop

1st year

Clover-grass (25 %)

0 m³

0 m³ (Pumpkin)174 m³ (Sunflower)224 m³ (Maize)344 m³ (Sugar beet)145 m³ (Clover-grass)

2391 m³ (Maize)

(Catch crop)

1294 m³ (Green rye)

909 m³ (Clover-grass)

Jahr Kultur % in FF

1 Kleegras 25

2 Mais 25

Zwischenfrucht

3 Kleegras 4

Zuckerrübe 6

Mais 2

Sonnenblume 4

Kürbis 9

4 Grünroggen 25

Methanertrag pro Hektar und Jahr

Mischung 8




600 kg0 kg

202 kg253 kg

96 kg77 kg

0 kg158 kg

0 kg 560 kg 373 kg

residues & green manure

280 kg

slurry

humus demand

Humusbedarf

Humuszufuhr

* berechnet nach VDLUFA, 2004

organ. Rest bzw. Gründüngung

Biogasgülle

+ 43 kg/a




Tab.: Methanhektarerträge und Humusbilanzierung eines spezialisierten Energiepflanzenanbaus

Jahr Kultur

Anteil

in der

FF

Biomasse

-ertrag

Methan-

faktorCH4-Ertrag pro Hektar [m

3N ha

-1a

-1]

[%] [t oTS/ha][m

3N /dt

oTS]nur Kultur Fruchtfolge

1 Silomais 25 283 33,8 9565 2391

2 Silomais 25 283 33,8 9565 2391

3 Silomais 25 283 33,8 9565 2391

4a Silomais 15 283 33,8 9565 1435

4b Brache (Kleegras) 5 92 29,1 2677 134

4c Ölkürbis 5 - - - -

Methanhektarertrag der gesamten Fruchtfolge [m3

N ha-1

a-1

] 8742

Humussaldo [kg Humus-C/ha]Fruchtfolge Humusbedarf Humusreproduktion

pro Fruchtfolge pro Jahr

Ausgangsfruchtfolge - 1952 + 911 - 1041 - 260

Berechnung nach VDLUFA (2004)




Tab.: Methanhektarerträge regionstypischen und integrierter Modellfruchtfolgen


Marchfeld Grieskirchen Oststeirisches Hügelland

EP-Anteil MHE EP-Anteil MHE EP-Anteil MHE

der FF [%] [m3N ha-1 a-1] der FF [%] [m3

N ha-1 a-1] der FF [%] [m3N ha-1 a-1]

viehlos 44 1.749 33 1.509 33 1.301

Rinder --- --- 33 1.509+434* 33 1.544+457*

Bio

l.

Schweine --- --- 25 1.546+232* 20 1.279+238*

viehlos 35 1.682 50 3.198 66 3.870

Rinder --- --- 25 1.809+468* 33 1.935+478*

Kon

v.

Schweine --- --- 25 1.809+318* 33 1.935+371*



Jahr Kultur % in FFErtrag HP

[t ha-1]

Ertrag NP

[t ha-1]MHE (Kultur) MHE (FF)

1 Kleegras 16.7 11.0 2,871 479

2 Kleegras 16.7 12.0

3 Winterweizen 16.7 5.4 4.8

4 Grünroggen 16.7 6.0 1,458 243

Silomais 16.7 15.8 4,727 788

Zwischenfrucht

5 Gerste 16.7 3.7 4.0

6 Triticale 16.7 4.8 4.8

Methanhektarertrag (Fruchtfolge) pro ha und Jahr 1,509

Methanhektarertrag der Rindergülle pro ha und Jahr 434

Methanhektarertrag gesamt 1,943

Tab.: Beispiel einer integrierten FF unter biologischer Bewirtschaftung mit Rinderhaltung in Grieskirchen-Kremsmünster (HP … Hauptprodukt, NP … Nebenprodukt)




Raasdorf

0

5

10

15

20

25

L (u)

L (g)

LG (u)

LG (g)

SB (u)

SB (g)

M (u

)

M (g

)

GR+M

(u)

GR+M

(g)

WR+M

(u)

WR+M

(g)

Tro

cken

mas

se in

t h

a-1

1. Ernte 2. Ernte

a a b bc c c

Lambach

0

5

10

15

20

25

RK (u)

RK (g)

RKG (u)

RKG (g)

SoBl (u)

SoBl (g)

M (u

)

M (g

)

GrR

o+M (u

)

GrR

o+M (g

)

WiR

o+M (u

)

WiR

o+M (g

)Tro

cken

mas

se in

t h

a-1

1.Ernte 2.Ernte 3.Ernte

a baaaa


Tab.: Biomasseerträge biologische Fruchtfolgeglieder




Tab.: Biomasseerträge Mischfruchtanbau (konventionell)



� Energiepflanzenanbau/FF-systeme müssen standortangepasst sein

� Ertragreiche Kulturen/Sorten sollten in der Fruchtfolge enthalten sein

� FF soll eine ausgewogene Dünge-/Nährstoff-/Humusbilanz aufweisen

� Durch Rohstoffmischungen können höhere spezifische Methanausbeuten erzielt werden

Zusammenfassung/Kernaussagen



Zusammenfassung/Kernaussagen

Vorteile von standortangepassten und nachhaltigen Energie-FF:

� gleichzeitige Produktion von Lebens- und Futtermitteln sowie von Rohstoffen für die Biogasproduktion (bei integrierten FF)

� Sicherung der Bodenfruchtbarkeit bzw. des Humusgehaltes� Höhere Methanausbeuten durch Co-fermentationseffekte� Ertragsstabilität� Vermindertes Auftreten von Schädlingen und Unkräutern (z.B.

Maiswurzelbohrer, und -zünsler) => reduzierter Einsatz von Pestiziden und Herbiziden

� Aufrechterhaltung der Biodiversität auf den landwirtschaftlichen Flächen

� gesteigerte Wertschätzung in der Bevölkerung durch vielfältige Kulturlandschaften



Weitere Strategien/Forschungsbedarf

� Welche Auswirkung hat die Nutzung von ligno-zellulosehaltiger Biomasse (= Verfügbarmachung von stabilen C) auf die Humusbilanz

� Ökonomische und ökologische (Ökobilanzen) Bewertung von nachhaltigen Fruchtfolgesystemen

� …



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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