Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau

1. Dr. Christopher Brock Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau Klagenfurt, 10.10.2012

2. Gliederung 1. Humusbilanz – Wer bin ich, und wenn ja wie viele? 2. Koeffizientenausweisung - Die Ableitung bestimmt den Anwendungsbereich. 3. Biogas und Humusbilanz im Ackerbau 4. Fazit: Gebrauchsanleitung Humusbilanz

3. Humusbilanz – • Wer bin ich, und wenn ja wie viele?

4. Anforderungen an die Humusbilanz: 1. Möglichkeit: Aussagen zum organischen Düngebedarf von Fruchtfolgen zum Erhalt der Bodenproduktivität bei geringer Umweltbelastung! 2. Möglichkeit: Aussagen zur Veränderung der Humusvorräte!

5. Was soll / was kann die Humusbilanz sagen? Ackerbauliche Nutzung: A: Fruchtfolge mit mehrj. Futterleguminosenanbau und Stalldunganwendung (1,5 GV ha-1) B: Biogas+Futterfruchtfolge mit, wenig Stallmist, haupts. Gärreste und Gülle C: Viehloser Marktfruchtbau, Feinleguminosen nur in Zwischenfruchtstellung OBS-Menge Grünland N-Effizienz Ertrag mittel gering hoch hoch mittelmittel A B C Zeit Landnutzungsänderung

6. Anforderungen an die Humusbilanzierung: 1. Möglichkeit: Aussage zum organischen Düngebedarf von Fruchtfolgen zum Erhalt der Bodenproduktivität bei geringer Umweltbelastung. 2. Möglichkeit: Aussagen zur Veränderung der Humusvorräte. Ackerbauliche Nutzung: A: Fruchtfolge mit mehrj. Futterleguminosenanbau und Stalldunganwendung (1,5 GV ha-1), ohne mineralische Düngung B: Fruchtfolge mit mehrj. Futterleguminosenanbau und Stalldunganwendung (0,8 GV ha-1), optimale mineralische Düngung C: Fruchtfolge ohne Leguminosen, ausschließlich mineralische Düngung N-Effizienz Ertrag mittel gering hoch hoch hochmittel A B C

7. Anforderungen an die Humusbilanzierung: 1. Möglichkeit: Aussagen zum organischer Düngebedarf von Fruchtfolgen zum Erhalt der Bodenproduktivität bei geringer Umweltbelastung. 2. Möglichkeit: Aussagen zur Veränderung der Humusvorräte. OBS-Menge A B C Zeit Landnutzungswechsel

8. Anforderungen an die Humusbilanzierung: 1. Möglichkeit: Aussagen zum organischer Düngebedarf von Fruchtfolgen zum Erhalt der Bodenproduktivität bei geringer Umweltbelastung. 2. Möglichkeit: Aussagen zur Veränderung der Humusvorräte. OBS-Menge A B C Zeit

9. Der VDLUFA-Standpunkt zur Humusbilanz (2004) sagt dazu: „Aus den Bilanzsalden ist abzuleiten, inwieweit Änderungen der Bewirtschaftung notwendig sind, um eine standortangepasste Humusversorgung der Böden zu erhalten. Damit wird die Nachhaltigkeit der Produktion gesichert und das Verlustpotential für Stickstoff begrenzt.“

10. Wer bin ich? …. • Der Begriff „Humusbilanz“ wird heute für unterschiedliche Methodische Konzepte angewendet. • Die Konzepte unterscheiden sich in Zielstellung, methodischem Ansatz und Aussage und so im Anwendungsbereich. • Mögliche Systematisierung: • Eine vergleichende Evaluation der aktuell verfügbaren/angewendeten Methoden ist wünschenswert und wird im Arbeitskreis „Validierung“ der VDLUFA-AG zur Humusbilanz unternommen. Agronomisches Konzept: Humusbedarf = f (Fruchtfolge, Ertrag, N-Input, Standortbedingungen) Humusersatz = f (Fruchtfolge, org. Düngung) Ökologisches Konzept: ∆OBS = f [Bewirtschaftung, Standortbedingungen (Boden, Klima), OBS-Ausgangsmenge]

11. …Und wenn ja, wie viele? (ohne Anspruch auf Vollständigkeit): VDLUFA (VDLUFA 2004): Aktuelle Standardmethode in D. Humuseinheitenmethode (HE nach Leithold et al. 1997): Für die Anwendung im ökologischen Landbau angepasst, dort häufig verwendet. Standortangepasste Humusbilanz STAND (Kolbe 2007, 2010): Adaption der VDLUFA-Methode mit Standort-Differenzierung. In Sachsen standardmässig angewendet. Dynamische Humuseinheitenmethode (Hülsbergen 2003): Humusbilanzierung auf Grundlage eines Modells zur N-Dynamik im System Boden-Pflanze. U.a. angewendet im Rahmen des DLG-Zertifikates „Nachhaltige Landwirtschaft“. Humusbilanzmethode nach Neyroud (1997): Standardmethode zur Humusbilanzierung in der Schweiz. Humusbilanzmodell HU-MOD (Brock et al. 2008 , 2012): Modell zur reproduzierbaren Berechnung von Humusbilanzkoeffizienten. Candy-Carbon-Balance CCB (Franko et al. 2011): Modell zum Umsatz organischer Bodensubstanz für den Einsatz unter Praxisbedingungen.

12. Zielstellung/Anwendungsbereich von Humusbilanzen:

13. 2. Koeffizientenausweisung – die Ableitung bestimmt den Anwendungsbereich.

14. Grundprinzip der Humusbilanz: Humusersatz/Input (Org. Dünger, Pflanzenbiomasse) • Humusbedarf/ bewirtschaftungsbedingter Humusverlust = Humusreproduktion (bewirtschaftungsbedingte Veränderung der Humusvorräte)

15. Möglichkeiten der Koeffizientengenerierung: • experimentelle Ermittlung anhand von • Dauerversuchen • und / oder • Ableitung aus der N-Dynamik • und / oder • Ableitung aus Umsatzindikatoren

16. Methodische Ansätze:

17. Output:

18. Berücksichtigte Faktoren:

19. Koeffizientengenerierung der VDLUFA-Basismethode: (Asmus & Herrmann 1977) Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen Veränderung der Humusvorräte im Auswertungszeitraum (% Corg) +0,25 +/-0 -0,25 Ertragsniveau Winterweizen (dt TS ha-1) 25 50 75 100

20. Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen: Veränderung der Humusvorräte im Auswertungszeitraum (% Corg) Annähernd konstante Humusgehalte... +0,25 +/-0 -0,25 Ertragsniveau Winterweizen (dt TS ha-1) 25 50 75 100

21. Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen: Veränderung der Humusvorräte im Auswertungszeitraum (% Corg) Annähernd konstante Humusgehalte... ...bei hohem Ertragsniveau. +0,25 +/-0 -0,25 Ertragsniveau Winterweizen (dt TS ha-1) 25 50 75 100

22. Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen: Fruchtfolge: 60 % Getreide 20 % Hackfrucht 20 % Feldfutter (Luzernegras) Düngung: 120 dt Rottemist ha-1a-1 100 kg Mineral-N ha-1a-1 Notwendige Zufuhr an Org. Substanz (TS, bezogen auf Stallmist) zum Erhalt der Humusvorräte: 30 dt ha-1 a-1 Veränderung der Humusvorräte im Auswertungszeitraum (% Corg) +0,25 +/-0 -0,25 Ertragsniveau Winterweizen (dt TS ha-1) 25 50 75 100

23. Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen: Quelle: Asmus/Herrmann (1977)

24. Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen: Quelle: Asmus/Herrmann (1977)

25. Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen: Interpolierte Koeffizienten für unterschiedliche Bodenartengruppen: Quelle: Asmus/Herrmann (1977)

26. Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen: Problem: Generierung von Koeffizienten ist nur für die in den Dauerfeldversuchen abgebildete Systeme und entsprechenden Bedingungen möglich. Generierung von Koeffizienten nicht möglich für andere Systeme/Bedingungen, z.B. -ökologische Bewirtschaftung, -besondere Anbausysteme (Mischkultur, Agroforstsysteme,...) -neue Fruchtarten (Baumarten, Sorghum, Miscanthus,...)

27. Reproduzierbare Koeffizientenschätzunh: Ableitung anhand von Modellen zur C- und N-Dynamik im System Boden-Pflanze. • Tjurin (1957): Verknüpfung von Humus- und Stickstoffbilanz von Ackerböden. • Rauhe & Schönmeier (1966): Humuseinheiten-Methode. • Asmus (1985): Humusbedarf und Stickstoffentzug. • Leithold (1991): Horizontale Stickstoffbilanz. • Hülsbergen (2003): erweiterte (dynamische) Humuseinheiten-Methode. • Brock/Hoyer/Leithold/Hülsbergen (2008, 2012): Humusbilanzmodell (HU-MOD).

28. Beispiel: Humusbilanzmodell HU-MOD (Brock et al., eingereicht): • Konzept: • C und N sind als Bausteine der Humussubstanz von gleichrangiger Bedeutung. Erfassung der Humusdynamik ist daher anhand beider Elemente möglich. • Pflanzenertrag und Humusdynamik stehen über N-Aufnahme der Pflanzen in messbarer Beziehung.

29. Ermittlung der Humusmineralisierung: • Die Humusmineralisierung im Zuge eines Anbausystems wird durch Separierung des Beitrages der unterschiedlichen N-Pools zur N-Versorgung des Pflanzenbestandes ermittelt. • Der Bezug zwischen N in Pflanzenbiomasse und N-Angebot aus den einzelnen Pools wird über spezifische Systemverwertungsraten für N hergestellt.

30. Ermittlung der Humusersatzleistung: • Die Humusersatzleistung wird anhand aller Inputs an organischer Substanz berechnet. Dabei werden als Inputs neben organischen Düngern aller Art (inkl. Stroh, Gründg.) zunächst Ernterückstände, Wurzelmassen und Wurzelexsudate berücksichtigt, außerdem ggf. organische Dünger aller Art (inkl. Stroh und Gründg.) • Der Bezug zwischen C-Input und Humusaufbau wird über substratspezifische Humifizierungsraten unter Berücksichtigung der N-Verfügbarkeit als möglicherweise limitierenden Faktors für die C-Speicherung im Humus hergestellt.

31. Modellbasierte Berechnung mit HU-MOD (Brock et al. 2008, 2012): Kalkulation Humusbedarf auf Grundlage der Inanspruchnahme von Humus-N, Kalkulation Humusersatz auf Grundlage C-und N-Input.

32. Ökologisches Bilanzkonzept: Modellierung des Umsatzes organischer Bodensubstanz.

33. 3. Biogas und Humusbilanz im Ackerbau

34. Was soll / was kann die Humusbilanz sagen? Ackerbauliche Nutzung: A: Fruchtfolge mit mehrj. Futterleguminosenanbau und Stalldunganwendung (1,5 GV ha-1) B: Biogas+Futterfruchtfolge mit, wenig Stallmist, haupts. Gärreste und Gülle C: Viehloser Marktfruchtbau, Feinleguminosen nur in Zwischenfruchtstellung OBS-Menge Grünland N-Effizienz Ertrag mittel gering hoch hoch mittelmittel A B C Zeit Landnutzungsänderung

35. Humusbilanz und Biogas –was ist hier speziell zu berücksichtigen? • Die Fruchtfolgegestaltung. • Das bleibt die Basis! • Stoffkreisläufe. • Abfuhr und Zufuhr organischer Substanz werden beinflusst. • Die spezifische Humusersatzlistung von Gärresten. • Höher als Mist/Gülle/Kompost/Gründüngung? • Die Schaffung eines mobilen Düngerpools. • Ertragssteigerungn und verbesserte N-Effizienz möglich.

36. Beispiele

37. Interpretation der Beispiele: • Alle Beispiele mit hohem Ertragsniveau, Strohdüngung (ggf.) entsprechend hoch. • Achtung – Gärrest ist nicht gleich Gärrest – große Variation der Abbaustabilität berichtet! • Die z.T. stark positiven Humusbilanzen dürfen nicht ohne weiteres als Veränderung der Humusvorräte interpretiert werden! • Zur Bewertung von Umweltrisiken ist jeweils zu prüfen, ob die N-Bilanz akzeptabel ist. • VDLUFA-Bilanzen und Modell (HU-MOD) bewerten die Humusreproduktion absolut und im Szenarienvergleich unterschiedlich. • Humusreproduktion im Szenarienvergleich nach HU-MOD: • Biogas mit Gärrestdg > Futterbau > Marktfuchtbau > Biogas ohne Gärrestdg.

38. 4. Fazit – Gebrauchsanleitung Humusbilanz.

39. Gebrauchsanleitung Humusbilanz: • Frage 1: Was will ich beurteilen? • Den organischen Düngebedarf in Fruchtfolgen zum Erhalt der Humusvorräte bei hohem Ertragsniveau • Agronomische Humusbilanzmethode (z.B. VDLUFA, HE nach Leithold)! • Die unterschiedliche Beeinflussung der Humusvorräte im Szenarienvergleich, z.B. bei Bewirtschaftungsumstellungen. • Beide Bilanzkonzepte anwendbar (z.B. HU-MOD, aber alle Methoden möglich)! • Die absolute Veränderung der Humusvorräte in Abhängigkeit vom Bewirtschaftungssystem. • Ökologische Humusbilanz (z.B. CCB)!

40. Gebrauchsanleitung Humusbilanz: Frage 2: Wie ist der Datenbedarf?

41. Gebrauchsanleitung Humusbilanz: Frage 3: Welche Gültigkeit besitzen die Aussagen?

42. Vielen Dank! Dr. Christopher Brock Justus-Liebig-Universität Giessen Professur für Organischen Landbau Karl-Glöckner-Straße 21c 35394 Giessen Deutschland Tel.: 0049-(0)641-99-37735 Email: christopher.brock@agrar.uni-giessen.de