Treibhausgas-Reduktion im Pflanzenbau

    

Laufzeit: 03/2019 – 05/2022

Ziel des im März 2019 gestarteten Projektes (MASTER) ist die grundlegende Erweiterung des Wissensstandes zu Treibhausgasemissionen, zur Kohlenstoffbindung und -dynamik in Rohstoffpflanzen-Anbausystemen als Grundlage für die Ableitung praxisumsetzbarer, standortspezifischer Minderungsstrategien. Hierzu werden in Dauerfeldversuchen N₂O-Emissionen zeitlich hochauflösend gemessen und Prozesse der Bildung von Treibhausgasen (THG) analysiert.

Das Projekt umfasst mehrere Teilvorhaben mit unterschiedlichen Partnern welche detailliert auf der folgenden Homepage angeführt sind. https://thg-master.thuenen.de/

Im Teilvorhaben 3, welches vom Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) bearbeitet wird, werden an einem Diluvial-Standort (Feldversuch Trossin, Sachsen) Treibhausgasemissionen ganzjährig via manueller Haubenmessung erfasst.

Der Versuchsstandort ist gekennzeichnet durch eine Vorsommertrockenheit und geringer Wasserspeicherkapazität des Bodens, Bodenart Sl2 mit einer Bodenzahl 31 und einem Niederschlag von ca. 550 mm und einer Jahresdurchschnitts­temperatur von ca. 9°C. Es werden unterschiedliche Rohstoffpflanzenfruchtfolgen z.B. Senf-Mais-Grünroggen-Sorghum-Winterroggen, Raps-Winterroggen-Triticale etc. hinsichtlich unterschiedlicher Düngevarianten in einem vollständigen randomisierten Parzellenversuch untersucht. Dabei unterscheiden sich die Düngevarianten in mineralisch und in mineralisch/organisch.

Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt im Teilvorhaben 3 bildet die Bilanzierung der entstehenden Treibhausgasemissionen im gesamten Produktionsweg (von der Wiege bis zum Hoftor) mit dem MiLA Tool. Darüber hinaus wird das Mila Tool unter Nutzung historischer Daten und der neu generierten Messergebnisse um ein Modul der Humusbilanzierung erweitert. MILA ist ein frei verfügbares, multivariates, empirisches Microsoft Excel®-basiertes Tool, das den Richtlinien der Ökobilanzierung basierend auf der ISO 14044 (2006) und Carbon Footprint Methode nach ISO 14067 (2013) folgt. Das Tool berücksichtigt die speziellen Eigenschaften des einjährigen und mehrjährigen Energiepflanzenanbaus in Fruchtfolgen sowie betriebsspezifische Boden- und Klimaeigenschaften, das Anbaumanagement sowie Fruchtfolgeeffekte bei der Bilanzierung der Treibhausgasemissionen. Des Weiteren werden die modellierten Ergebnisse mit anderen Bilanzierungsmethoden verglichen, interpretiert und validiert. Aus dieser gewonnenen Validierung soll eine Ableitung praxisanwendbarer, standort- und bewirtschaftungsspezifischer Treibhausgas-Minderungsmaßnahmen erfolgen. Hierzu zählen Maßnahmen zur Erhöhung der N-Effizienz, Fruchtfolgeoptimierung und zum geeigneten Anbau von Zwischenfrüchten.

Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die Praxis – alle Standorte

 Ertragsleistungen in Energiepflanzen-Fruchtfolgen

• Die in den Versuchen festgestellte Ertragsvariabilität der Energiepflanzen und die zum Teil drastischen Ertragsminderungen durch Hitze- und Trockenstressperioden (Luzernegras, Raps am Standort Trossin im Jahr 2019) aber auch durch Kälte und Starkregenereignisse (Standort Viehhausen) weisen darauf hin, dass eine ausreichende Fruchtartenvielfalt in den Fruchtfolgen angestrebt werden sollte, um das durch zunehmende Witterungsextreme verursachte Ertragsrisiko zu vermindern.

Wirkungen von Biogasgärresten auf Bodenfruchtbarkeit und Ertrag

• Für Biogasgärreste wurden in den Dauerfeldversuchen hohe Humusreproduktionsleistungen ermittelt und damit die in der dynamischen Humusbilanzierung verwendeten Humusbilanzkoeffizienten bestätigt. In den Energiepflanzenfruchtfolgen wurde bei Düngung mit Gärresten ein Humusaufbau gemessen (nicht am Standort Trossin). Frühere Annahmen, wonach es durch den Biogasprozess zum Abbau der Biomasse im Fermenter und damit zu einem Humusabbau kommen würde, werden mit den experimentellen Daten der Langzeitversuche widerlegt.

Lachgasemissionen in Energiepflanzen-Fruchtfolgen

• Der Vergleich der in den Versuchen am Standort Viehhausen (Nähe München) und am Standort Trossin gemessenen N₂O-Emissionen zeigt, dass die N₂O-Flüsse standortgeprägt sind. In Trossin wurden auf dem trockenen Diluvial-Standort mit sandigen Böden sehr geringe Lachgasemissionen festgestellt, nur episodenhaft traten relevante N₂O-Flüsse auf. In Viehhausen waren die N₂O-Flüsse, begünstigt durch hohe Niederschläge und die zur Verdichtung neigenden Böden mit hohem Ton- und Schluffgehalt, zum Teil extrem hoch und übertrafen die modellierten N₂O-Emissionen.
• Gärrestdüngung erhöhte die flächenbezogenen N₂O-Emissionen signifikant, nicht jedoch die produktbezogenen N₂O-Emissionen aufgrund der positiven Ertragswirkungen. Hierbei ist zu beachten, dass die Gärrestdüngung zwar die N₂O-Emissionen signifikant steigert, gleichzeitig aber den Humusaufbau und die Bodenkohlenstoffbindung fördert, wodurch ein Teil der Treibhausgasemissionen kompensiert wird.
• Aus den Versuchsergebnisse ist zu schlussfolgern, dass die N₂O-Emissionen in hohem Maße standortspezifisch sind. Auch die Maßnahmen zur Emissionsminderung müssen den jeweiligen Boden-, Klima- und Witterungsbedingungen angepasst werden.

Schlussfolgerungen und Empfehlungen – Standort Trossin

• Trocken warme Standorte auf diluvialen Böden (hier Trossin in Nordsachsen) erfordern eigene Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel, das Stickstoffmanagement und die Humusversorgung. Neben Mais eignen sich auf diesen Standorten v.a. Sorghum und Getreide. Luzernegras erwies sich nicht als konkurrenzfähig. Mais und Sorghum erreichen produktbezogen auch die besten THG-Bilanzen. Bei Stickstoffdüngung nach Düngeempfehlung werden ausgeglichene Bilanzen erreicht, wenn die geplanten Durchschnittserträge erzielt werden können. Zwischenfrüchte mit ihren oft positiven Eigenschaften entzogen auf dem trockenen Standort für die Hauptfrucht zu viel Wasser und verschlechterten die THG-Bilanz der Fruchtfolgen.
• Am Beispiel der Bodenfeuchte konnte gezeigt werden, dass sich Vielfalt bei den landwirtschaftlichen Kulturen risikomindernd auswirkt, da die Kulturen zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Mengen an Wasser benötigen und die Jahreswitterung den größten Einfluss auf die Ertragsbildung hat. Vergleicht man die Fruchtfolge zwischen mineralischer und mineralisch/organischer Düngung so liegt in allen 3 Bodenschichten die Bodenfeuchte der mineralisch/organischen Düngevariante signifikant leicht über der nur mineralisch gedüngten Variante. Dies zeigt die positive Wirkung der organischen Düngung auf die Bodenfeuchte.
• Eine leicht positive N-Bilanz der Fruchtarten erzeugt in der gesamten Fruchtfolge erhebliche N-Überschüsse. Das Stickstoffmanagement ist deshalb immer in der Fruchtfolge zu betrachten und zu gestalten. Nach wissenschaftlichen Erkenntnissen (siehe FNR FKZ: 22007010) kann die vorgegebene Düngeempfehlung im BESyD bei der Fruchtart Sorghum deutlich reduziert werden.
• Insgesamt sind die Lachgasemissionen am Standort Trossin sehr gering. Deutlich ist zu erkennen, dass ein Zusammenhang zwischen Starkregenereignissen und N₂O-Austrag besteht. Die Höhe des Ernteertrages scheint ebenfalls ein Kriterium für die Höhe der N₂O-Emissionen zu sein. Die Gesamtemissionen der Düngevariante mineralisch/organisch über die untersuchten Fruchtfolgen sind signifikant kleiner gegenüber einer rein mineralischen Düngung. Die THG-Emissionen sollten produktbezogen bewertet werden. Die ertragsstärksten Kulturen weisen dabei die geringsten THG-Emissionen auf.
• Für die korrekte Ausweisung der THG-Einsparungspotentiale ist es notwendig, den gesamten Lebensweg vom Anbau der Biomasse bis hin zur Produktion der Energie in Form von Strom, Wärme oder Kraftstoff abzubilden. Damit hängt die Höhe der verursachten THG-Emissionen nicht mehr allein von der eingesetzten Biomasse ab, sondern auch von der gesamten Verwertungstechnologie und deren Optimierung. Sowohl beim Anbau von Kulturen als auch bei der Biogasproduktion sowie bei anderen Verwertungsrichtungen (z.B. Raps-Kraftstofflinie) können Einsparpotenziale in erheblichem Maße erzielt werden.
• Zur Berechnung von THG-Emissionen stehen verschiedene Modelle zur Verfügung. Alle Modelle/Theorien/Ansätze zur Höhe der N₂O-Emissionen weichen deutlich von den Messungen am Standort Trossin ab. Das heißt, dass die zur Verfügung stehenden Modelle weiter verbessert, optimiert und evaluiert werden müssen. Dafür müssten weiterhin langjährige Messungen zu verschiedenen Kulturen und auf unterschiedlichen Standorten durchgeführt werden. Das in diesem Projekt verwendete MiLA-Tool kann online mit integrierter Humusbilanzrechnung genutzt werden.