www.ages.at 1 Biogas Spezialberater/-innen Modul Erfahrungsaustausch Schloß Krastowitz, 10. Okt. 2012 Humusgehalte auf Ackerflächen Bilanzen mit BGG/GRS Ergebnisse von ARGE Kompost & Biogas NÖ Zeitliche Entwicklung in Österreich Georg Dersch u. Erwin Pfundtner Abteilung Bodengesundheit und Pflanzenernährung Institut für Nachhaltige Pflanzenproduktion
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Www.ages.at1 Biogas Spezialberater/-innen Modul Erfahrungsaustausch Schloß Krastowitz, 10. Okt. 2012 Humusgehalte auf Ackerflächen Bilanzen mit BGG/GRS.
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Forderung nach ganzheitlicher Betrachtung der Landnutzung (Ernährungssicherung, Klima- und Bodenschutz)•Nachhaltige Produktivitäts- und Effizienzsteigerungen intensiver und extensiver Landnutzungssystemen
•Effizienter Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln•Bessere Dungbewirtschaftung (Vergrößerung der Lager-kapazität, verlustärmere u. bedarfsgerechtere Ausbringung)
•Maximierung der Vorteile einer extensiven Landwirtschaft
•Verbesserung der landw. Bewirtschaftungsverfahren zum Schutz der Ressource Boden: Erosionsminderung, Stabilisierung bzw. zusätzliche Speicherung von org. C in den Böden (Grünlanderhaltung, Fruchtfolge: Mais vs. Ackerfutter, Böden schonend oder gar nicht bearbeiten, )
•Gesteigerte Ressourcenlieferung für Bioenergie und Industrierohstoffe
•Erhaltung der Biodiversität (Boden, Pflanzen & Tiere, Landschaft)
www.ages.at 33
Phytosanitäre Wirkung
Zurückdrängen von bodenbürtigen
Krankheiten
Höheres Nährstoffspeicher-
vermögengrößeres
Nachlieferungspotential
Stabilere Bodenstruktur
Höhere Infiltration bessere
Befahrbarkeit
Förderung des Bodenlebens
Erhöhte Bodengare
BODENPFLEGE DURCH
ORGANISCHE DÜNGUNG
Schnellere Bodenerwärmung
Wachstumsförderung im Frühjahr
Verminderte Erosionsanfälligkeit
Geringerer Bodenabtrag
Leichtere Bodenbearbeitbarke
it
Energieeinsparung
Höheres Wasserspeichervermö
gen des Bodens Abschwächung
extremer Witterung
Was kann Humus ?
www.ages.at 44
Ackerkulturen & Humuswirkung
HumusmehrendeHumuszehrende Kulturen
Zuckerrüben
Kartoffel, Gurken, Paradeiser, Kohl
Silomais, Karotten, Paprika
Getreide, Ölpflanzen
+800+600+400+200-400-600-800-1000-1200Humuskohlenstoff in kg/ha und Jahr
Körnerleguminosen
Winterzwischenfrucht
Ackergras
HumusmehrendeHumuszehrende Kulturen
Zuckerrüben
Kartoffel, Gurken, Paradeiser, Kohl
Silomais, Karotten, Paprika
Getreide, Ölpflanzen
+800+600+400+200-400-600-800-1000-1200Humuskohlenstoff in kg/ha und Jahr
FermentationsrückstandErgebnisse aus Niederösterreich 2007
4,2 3,0 4,2
38,0 12,0 55,0
1,4 1,8 1,14,9 3,1 3,7
Biogasgüllesepariert Gärrückstand
Trocken-substanz (TS)
65,0 159,6 40,0
organische TS 49,6 145,6 23,9Stickstoff (N) gesamtdavon Ammonium -Nin % von N gesPhosphat Kalium gesamt
Biogasgülle
www.ages.at 88
Organische Substanz, org. C (55%) bzw. stabiler Humus-C (30% von org. C) in kg mit einer Ausbringungsmenge von 40 m3 Fermentationsrückstand
Organische Substanz
Kohlenstoff C
stabiler Humus-C
Biogasgülle 1984 1091 327separierte Biogasgülle
5824 3203 961
Gärrückstand 956 525 158
www.ages.at 99
Humusbilanz in einer 3 jährigen Fruchtfolge mit Biogasgülledüngung
- 1300Humusverbrauch
+ 200 bis + 400
1x Zwischenfrucht + 1x Stroh
- 300Wintergerste
- 300Winterweizen
- 700Silomais
kg Humus-C/ha
+1180 bis 1380
Humuszufuhr
+ 981120 m3
Biogasgülle
- 120 bis + 80Humusbilanz
www.ages.at 1010
Nährstoffe Stickstoff, Phosphor,
Kalium und Mengen- u.
Spurenelemente
Organische Substanz (=Humus)
Nutzen der Biogasgülle/Gärrückstände für den Landwirt
www.ages.at 1111
Fragestellung nach mehrjähriger Düngung mit BGG/GRS hinsichtlich Bodenqualität (im Auftrag der ARGE Kompost & Biogas NÖ)
• Auswirkungen regelmäßiger (jährlicher) Düngung mit Biogasgülle (BGG) bzw. Gärrückstand (GRS) auf Bodenqualität im Vergleich zu regionsüblicher Bewirtschaftung (mit Mineraldünger, mit Rinder- od. Schweinegülle, Biofläche) als Referenzfläche• Auswahl von Flächen, die bereits möglichst lange und mit praxisgerechter, sachgerechter Menge mit BGG/GRS (20 – 30 m3) gedüngt werden: Damit werden bei der Untersuchung alle bisherigen akkumulierten Effekte aktuell erfasst• Insgesamt 8 Ackerflächen sowie 8 in der Nähe liegende Referenzflächen im Marchfeld, Weinviertel, Waldviertel und Alpenvorland wurden ausgewählt, wobei 6 der Flächen mit BGG von Biogasanlagen (NAWARO und Wirtschaftsdünger) und 2 von Abfallanlagen gedüngt werden • Regelmäßige Ausbringung von BGG bzw. GRS zumeist seit 5 – 8 Jahren. • Pflanzenverträglichkeit (z.B. mit Pflanzenverträglichkeitstest) und Düngewirkung (Ertragseffekte) von BGG/GRS werden nicht geprüft (Versuche erforderlich)
www.ages.at 1212
Kriterien für die Auswahl ist Referenzfläche
• Vorhandensein einer geeigneten Referenzfläche im Nahbereich (tw. benachbarte Äcker, maximal 500 m entfernt)• Weitestgehende Übereinstimmung der Bodenform (nach Bodenkartierung) und Bodenart (Anteile an Sand, Schluff und Ton) • Regionsübliche, sachgerechte Bewirtschaftung (Schweinegülle im Alpenvorland, Rindergülle Alpenostrand und Waldviertel, Mineraldünger im Nordöstl. Flach- und Hügelland, 1 Biofläche)• Anmerkung: wegen teilweise unterschiedlicher Ausgangswerte werden erst im Verlauf der Beprobungen die Veränderungen messbar und bewertbar• Paarvergleiche von Praxisflächen als wissenschaftliche Methode (z.B. zwischen konventioneller und biologischer Bewirtschaftung) werden in jüngster Zeit aus Kostengründen immer häufiger und spiegeln die jeweilige aktuelle Bewirtschaftungsweise gut wider (langjährige Feldversuche mit unterschiedlichen Düngungsvarianten auf mehreren Standorten sind nicht mehr finanzierbar)
www.ages.at 1313
Untersuchungsparameter 1:Landwirtschaftliche BasisparameterBodenkundliche Grundparameter in Anlehnung an die Niederösterreichische Bodenzustandsinventur (BZI):• Korngrößenverteilung (Sand, Schluff, Ton in %)• pH-Wert und Carbonatgehalt (bei pH-Wert über 6,75)• Humus- und Gesamtstickstoffgehalt• Austauschbare Kationen (Ca,Mg,K,Na, …); KAK• Leitfähigkeit (wasserlösliche Salze)• Pflanzenverfügbare Nährstoffe Phosphor, Kalium, Magnesium•Zusätzlich: Vergleich der genannten Parameter mit anderen Bodenuntersuchungsmethoden („Ökodatenservice“ und nach EUF)
www.ages.at 1414
Kalium-Gehalt in CAL (mg/kg)
0255075
100125150175200225250275300325350375400425450
BGG12
BGG34
BGG56
BGG78
BGG91
0
BGG11
12
BGG13
14
BGG17
18
Mitt
el
2008 mit BGG
2008 Referenz.
2011 mit BGG
2011 Referenz.
www.ages.at 1515
Humusgehalt (trockene Verbrennung)
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
4,00
BGG12
BGG34
BGG56
BGG78
BGG91
0
BGG11
12
BGG13
14
BGG17
18
Mitt
el
Hu
mu
sg
eh
alt
in
% 2008 mit BGG
2008 Referenz.
2011 mit BGG
2011 Referenz.
www.ages.at 1616
Untersuchungsparameter 1:Landwirtschaftliche BasisparameterErgebnisse zu den Bodenkundlichen Grundparameter• Bei pH-Wert, pflanzenverfügbaren Phosphor und Humusgehalt liegen keine relevanten Unterschiede vor• Durch regelmäßige Ausbringung von BGG bzw. GRS kommt es Erhöhungen des pflanzenverfügbaren Kaliumgehaltes sowie zu einer Erhöhung des K-Anteil an den austauschbaren Kationen auf im Mittel 5%• Nährstoffdisharmonien sind vor allem auf Standorten mit geringerer Speicherkapazität zu vermeiden• Wenn die Nährstoffmengen der BGG/GRS unter Heranziehung von Bodenuntersuchungsergebnissen gezielt dem standörtlichen Bedarf angepasst werden, ist eine nachhaltige Ausbringung und Verwertung gewährleistet.
www.ages.at 1717
Untersuchungsparameter 2:Landw. Zusatzparameter und Schwermetalle
Weitere relevante Bodenparameter• N-Nachlieferungspotential (Bebrütungswert)• Spurennährstoffe (Cu, Zn, Mn, Fe) im EDTA-Auszug• Borgehalt im Acetatauszug• Aggregatstabilität (bodenphysikal.Parameter)•
•Schwermetallgehalte:• Kupfer und Zink• Blei und Cadmium• Nickel, Chrom und Quecksilber
www.ages.at 1818
N-Nachlieferungspotential (Bebrütung) in mg N/kg u. Woche
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
BGG12
BGG34
BGG56
BGG78
BGG91
0
BGG11
12
BGG13
14
BGG17
18
Mitt
el
2008 mit BGG
2008 Referenz.
2011 mit BGG
2011 Referenz.
www.ages.at 1919
Untersuchungsparameter 2:Landw. Zusatzparameter und Schwermetalle
Ergebnisse• Mit den praxisüblichen Ausbringungsmengen bleibt das das N-Nachlieferungspotential (Bebrütungswert) zumeist im mittleren Bereich• Die Gehalte der Spurennährstoffe (Bor, Cu, Zn, Mn, Fe) liegen in den standorttypischen ausreichenden Bereichen
•Schwermetallgehalte:• Die Schwermetallgehalte liegen in den unbedenklichen Bereichen entsprechend den BZI-NÖ Daten von 1993• Es ist keine Änderung der Gehalte nach der 2 Beprobung im Abstand von etwa 4 Jahren erkennbar.
www.ages.at 2020
Untersuchungsparameter 3:Bodenbiologie
Kooperation mit dem Bundesamt für Wald:• Phospholipid-Fettsäuremuster (ermöglicht Rückschlüsse auf qualitative und quantitative Zusammensetzung der Bodenmikroorganismen: gram+,gram - Bakt., Actinomyceten, VAM-Pilze, Bakterien/Pilze)• Basalatmung (mikrobielle Aktivität, Biomasse-C)• Substratinduzierte Respiration
www.ages.at 2121
Basalatmung (µgCO2/gTS * h)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
BGG12
BGG34
BGG56
BGG78
BGG910
BGG1112
BGG1314
BGG1718
Mitt
el
2011 mit BGG
2011 Referenz.
www.ages.at 2222
Phospholipidfettsäuren Gesamt-PLFA (nmol/g TM)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
BGG12
BGG34
BGG56
BGG78
BGG910
BGG1112
BGG1314
BGG1718
Mitt
el
2008 mit BGG
2008 Referenz.
2011 mit BGG
2011 Referenz.
www.ages.at 2323
Anteil der div. Bodenmikroorganismen an Gesamt-PLFA (BGG 2008/2011)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
An
teil
an
Ge
sa
mt-
PL
FA
[%
]
1_BG
_08
1_BG
_11
3_BG
_08
3_BG
_11
5_BG
_08
5_BG
_11
7_BG
_08
7_BG
_11
9_BG
_08
9_BG
_11
11_B
G_0
811
_BG
_11
13_B
G_0
8
Probe
Verteilung der funktionellen Gruppen 2008 und 2011 - Biogas
VAM
Protozoen
unspez. Bak.
Aktinomyzeten
Pilze
gram-
gram+
www.ages.at 2424
Anteil der div. Bodenmikroorganismen an Gesamt-PLFA (Referenzfl. 2008/2011)
0%
20%
40%
60%
80%
100%
An
teil
an
Ge
sa
mt-
PL
FA
[%
]
2_R
ef_0
82_
Ref
_11
4_R
ef_0
84_
Ref
_11
6_R
ef_0
86_
Ref
_11
8_R
ef_0
88_
Ref
_11
10_R
ef_0
810
_Ref
_11
12_R
ef_0
812
_Ref
_11
14_R
ef_0
8
Probe
Verteilung der funktionellen Gruppen 2008 und 2011 - Referenz
VAM
Protozoen
unspez. Bak.
Aktinomyzeten
Pilze
gram-
gram+
www.ages.at 2525
Untersuchungsparameter 3:Bodenbiologie Kooperation mit dem Bundesamt für Wald:•Phospholipid-Fettsäuremuster (ermöglicht Rückschlüsse auf qualitative und quantitative Zusammensetzung der Bodenmikroorganismen: gram+,gram - Bakt., Actinomyceten, VAM-Pilze, Bakterien/Pilze)•Basalatmung (mikrobielle Aktivität, Biomasse-C)•Substratinduzierte Respiration
Ergebnis: Mittels multivariater Auswertungsverfahren (Hauptkomponenten- und Clusteranalyse) zeigte sich keine deutliche Trennung zw. den BGG bzw. GRS-gedüngten Flächen und den Referenzflächen, wenn alle mikrobiellen Bodenparameter einbezogen wurden.
www.ages.at 2626
Stellung der Untersuchungen im nationalen Kontext
• Beprobt wird eine georeferenzierte, exakt eingemessene Teilfläche von etwa 1000 m3 (KG, Grundstücksnummer, Bodenform lt. Bodenkartierung bekannt) von geschulten Fachkräften lt. ÖNORM (Bodenprobenahme)• Die Variabilität der Parameter wird wegen der niedrigen Beprobungsfläche möglichst gering gehalten, sodass die Effekte von Bewirtschaftungsmaßnahmen früher erkannt werden können• Die Standorte gehören österreichweit zu den am intensivsten untersuchten Flächen hinsichtlich der Bodenqualität, eine Reihe von in diesem Projekt untersuchten Parameter wurde und wird bei den BZI-Standorten und Bodendauerbeobachtungsflächen (z.B. in OÖ und Salzburg) nicht erfasst (Bodenbiologie, tw. org. Schadstoffe).• Ziel und Perspektive: Weiterführung der Erhebungen auf den Praxisflächen unter vergleichsweise günstigen Kosten• Anerkennung und Dank gilt daher besonders allen teilnehmenden Landwirten, die wesentlich zum Zustandekommen dieser Ergebnisse beigetragen haben, und dem Land NÖ für die Finanzierung.
www.ages.at 27
Humusgehalt eines Standortes als Ergebnis eines längerfristigen Prozesses in Richtung des nutzungs-abhängigen
• Entsprechende Ergebnisse vor allem von langjährigen Feldversuchen mit unterschiedlicher organischer und mineralischer Düngung, tw. Fruchtfolge (auch aus AUT)
• Versuche mit unterschiedlicher Bodenbearbeitung (Pflug vs. Direktsaat) sind zumeist erst 1 bis 2 Jahrzehnte alt
• Humusgehaltsveränderungen verlaufen nicht linear, daher sind nach relevanten Nutzungsumstellungen bereits kurz- bis mittelfristige Effekte messbar bei regelmäßigen (jährlichen) Beprobungen. Wann und in welchem Ausmaß sich die messbaren Effekte zunehmend vermindern, ist v.a. noch bei Bodenbearbeitungsversuchen offen, v.a. abhängig vom Humusgehalt zu Beginn des Experimentes.
• Projektionen in die Zukunft aus Basis von kurz- bis mittelfristigen Ergebnissen sind daher kritisch zu hinterfragen
www.ages.at 28
Verlust von org. C im Boden durch Land-nutzungsänderung (Lal R. & R. Follett 2009)
www.ages.at 29
Verlauf der org. C-Gehalte im Marchfeld nach 25 Jahren: -9,4% mit Getreide ohne org. Düng.
-27,7% bei Dauerschwarzbrache(Oberländer & Roth, div. Publ.)
www.ages.at 30
Veränderung des Humusgehalts auf Acker-standorten nach etwa 20 J. unterschiedl. Bewirtschaftung (Spiegel, Dersch et al.)
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
9 12 15 18 21 24 27 30
Tongehalt in %
Hu
mu
sgeh
alt
in %
10 t Stallmist pro ha und Jahr
Abfuhr aller Ernterückstände
Bewässerung
Minimale Bodenbe-arbeitung (0-10 cm)
10 t Stallmist pro ha und Jahr
Orientierungswerte für Humusgehalte im Bearbeitungshorizont nach Tongehalt (mod. nach Körschens et al. 1998)
Kompost (175 N/ha)nach 16 Jahren
Fruchtfolge: Von 1/3 Hackfr.,2/3 Getr.zu 1/3 Feldf. ohne Hackfr.
www.ages.at 31
Entwicklung der Humusgehalte in ausgewählten Ackerbauregionen und im Weinbau von 1991/95 bis 2006/09
www.ages.at 32
Aktuelle Humusgehalte auf Ackerflächen, im Wein- und Obstbau (2006 – 2009)
www.ages.at 33
Steigerung der Bodenfruchtbarkeit (u.a. des Humusgehaltes) seit Etablierung des ÖPUL (1995)
•Verbot des Strohverbrennens seit 1993 •Einführung von Begrünungen seit 1995• Verbesserte Verwertung der Gülledüngung (verlustarme
Ausbringung, Bindung durch Begrünungen im Herbst)• Relevante Verminderung der N-Auswaschung über Winter• Nachwirkung organischer Düngergaben in der
Vergangenheit zu niedrig bewertet (ab 6. Auflage der RSGD: Faktoren für Jahreswirkung, v.a. im ÖPUL erhöht)
• Verminderte Zufuhr von mineral. N-Ergänzungsdüngergaben wegen höherem N-Nachlieferunspotentials der Ackerstandorte insbesondere auf Standorten mit regelmäßiger Wirtschaftsdüngeranwendung angezeigt
•Etablierung von weniger intensiven Bodenbearbeitungs-systemen (weniger Pflugeinsatz, Zunahme v.a. Mulch- und Direktsaat)
Kulturartenverteilung auf Ackerflächen in den Hauptproduktions-gebieten bei Biologischer Bewirtschaftung (1), Ökopunkte-NÖ (18) und den restlichen INVEKOS-Flächen
www.ages.at 35
Kulturartenverteilung und Erosion(ÖPUL-Evaluierung Schutzgut Boden)
Tabelle 1: Bodenabtrag auf Ackerflächen in ausgewählten Hauptproduktions-gebieten in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Kulturarten-verteilung entsprechend der Bewirtschaftung lt. INVEKOS 2008 bei unterschiedlichen Hangneigungen nach einer Modellrechnung lt. W. Auerswald, Landnutzung und Landentwicklung (Angaben t/ha/Jahr)
Annahme: Der Bedeckungsfaktor C wurde lt. Auerswald 2002 nach der Kulturartenstatistik berechnet, alle weiteren Faktoren wie
Hanglänge, Bodenerodierbarkeit und Regen- und Oberflächenabfluss sind gleichgehalten. Schlagbezogene Erosionsschutz-
maßnahmen wie Begrünung und Mulch- und Direktsaat blieben unberücksichtigt.
www.ages.at 36
Zusammenfassung: Org. C-Speicherung in Böden
• Die mittleren Veränderungen bei derzeit üblichen Bewirtschaftungsformen (Bodenbearbeitung, mineralischer- und Wirtschafts-Düngung, Begrünung) liegen bei etwa 0,2 – 0,4% Humus in 20 Jahren, das bedeutet jährliche Änderungen von 0,01 – 0,02%. Es ist anzunehmen, dass sich dieser Trend abschwächt, die zukünftigen Zunahmen bei gleichbleibender Bewirtschaftung werden geringer sein.
• Bedeutende Erosionsminderungen, eventuell auch relevante organische C-Steigerungen sind von Direktsaatverfahren zu erwarten (bei völligem Verzicht auf Bodenbearbeitung), was in Ländern mit sehr großen Agrarflächen wie Brasilien, Argentinien, USA und Australien (bei einfacheren Fruchtfolgen und Einsatz von Totalherbiziden) zunehmend an Bedeutung gewinnt.
• Die jährliche Aufbringung von Kompost (175 kg N in Form von Rindermist-, Grünschnitt, Biotonnen- und Klärschlammkompost) führt zu Erhöhungen um etwa 0,7% (zwischen 0,03 und 0,05% Humus pro Jahr) nach 18 Jahren verglichen mit der ungedüngten Variante. Bei Aussetzen der Kompostzufuhr geht der Humusgehalt wieder zurück.
www.ages.at 37
Folgerungen: C-Speicherung in Böden•Humusschonende bzw. humusmehrende Bewirtschaftungs-weisen, v.a. auch Erosionsschutz sind absolut erforderlich, um nachhaltig die Bodenfruchtbarkeit und Ertragsstabilität zu sichern und extreme Witterungsereignisse (Trockenheit, Starkregen) besser abfedern zu können. Finanzielle Abgeltungen bei Einhaltung von entsprechenden Auflagen sind weiterzuführen bzw. in Richtung Steigerung der Bodenfruchtbarkeit (Humus, Erosionsschutz, Vermeidung von Verdichtungen) zu lenken.
•Der potentielle C-Speicherung der Böden ist in Bezug auf die THG-Emissionen der Landwirtschaft relevant, die Speicherung ist jedoch labil und kann durch unsachgemäße Bewirtschaftung vergleichsweise rasch wieder freigesetzt werden.
•Einsatz von Biogasgülle führt nach den bisherigen Daten zu keinen nachteiligen Entwicklungen der Bodenqualität, es ist jedoch darauf zu achten, dass der Anteil von Silomais in der Fruchtfolge zu begrenzen ist.
www.ages.at 38
Danke für Ihre Aufmerksamkeit, weitere Infos unter/bei:•Abteilung Bodengesundheit und Pflanzenernährung