Transcript Präsentation Brock

Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Dr. Christopher Brock
Humusbilanzierung (nicht nur) im
Energiepflanzenbau
Klagenfurt, 10.10.2012
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
1. Humusbilanz –
Wer bin ich, und wenn ja wie viele?
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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!
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Was soll / was kann die Humusbilanz sagen?
OBS-Menge
Grünland
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
N-Effizienz Ertrag
A
B
C
Landnutzungsänderung
Zeit
mittel gering
hoch
hoch
mittel mittel
Chr. Brock: Humusbilanzen – Konzepte, Anwendung und Perspektiven
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
A
B
C
mittel gering
hoch
hoch
hoch mittel
Chr. Brock: Humusbilanzen – Konzepte, Anwendung und Perspektiven
Anforderungen an die Humusbilanzierung:
1. Möglichkeit: Aussagen zum organischer Düngebedarf
von Fruchtfolgen zum Erhalt der Bodenproduktivität bei
geringer Umweltbelastung.
OBS-Menge
2. Möglichkeit: Aussagen zur Veränderung der
Humusvorräte.
A
B
C
Landnutzungswechsel
Zeit
Chr. Brock: Humusbilanzen – Konzepte, Anwendung und Perspektiven
Anforderungen an die Humusbilanzierung:
1. Möglichkeit: Aussagen zum organischer Düngebedarf
von Fruchtfolgen zum Erhalt der Bodenproduktivität bei
geringer Umweltbelastung.
OBS-Menge
2. Möglichkeit: Aussagen zur Veränderung der
Humusvorräte.
A
B
C
Zeit
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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.“
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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:
Agronomisches Konzept:
Ökologisches Konzept:
Humusbedarf = f (Fruchtfolge, Ertrag, NInput, Standortbedingungen)
∆OBS = f [Bewirtschaftung,
Standortbedingungen (Boden,
Klima), OBS-Ausgangsmenge]
Humusersatz = f (Fruchtfolge, org.
Düngung)
• Eine vergleichende Evaluation der aktuell verfügbaren/angewendeten
Methoden ist wünschenswert und wird im Arbeitskreis „Validierung“ der
VDLUFA-AG zur Humusbilanz unternommen.
Chr. Brock: Humusbilanzen – Konzepte, Anwendung und Perspektiven
…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.
Chr. Brock: Humusbilanzen – Konzepte, Anwendung und Perspektiven
Zielstellung/Anwendungsbereich von Humusbilanzen:
VDLUFA
Aussage zum Düngebedarf zum Erhalt
der Bodenproduktivität
Aussage zur Veränderung
der Humusvorräte
Org. Düngerbedarf für optimale Erträge und
N-Effizienz
Bei ausgeglichenem Saldo
stellen sich angepasste
Humusvorräte ein.
STAND.
HE nach
Leithold et al.
Quantifizierung von OBSÄnderungen
Org. Düngerbedarf für Erhalt der
Humusvorräte als zentraler Faktor der
Bodenproduktivität
Dynamische
HE
Unzureichende
Humusversorgung bewirkt
Abnahme der Humusvorräte
Quantifizierung von OBSÄnderungen
HU-MOD
Implizit
Relative Änderung der OBSVorräte gegenüber Vornutzung
Neyroud /
SALCA
Org. Düngerbedarf für den Erhalt der
Humusvorräte
Implizit
Implizit
Quantifizierung von OBSÄnderungen
CCB
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
2. Koeffizientenausweisung –
die Ableitung bestimmt den
Anwendungsbereich.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Grundprinzip der Humusbilanz:
Humusersatz/Input
(Org. Dünger,
Pflanzenbiomasse)
- Humusbedarf/
bewirtschaftungsbedingter
Humusverlust
= Humusreproduktion
(bewirtschaftungsbedingte
Veränderung der Humusvorräte)
Möglichkeiten der Koeffizientengenerierung:
• experimentelle Ermittlung anhand von
Dauerversuchen
und / oder
• Ableitung aus der N-Dynamik
und / oder
• Ableitung aus Umsatzindikatoren
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Methodische Ansätze:
VDLUFA
Statische Koeffizienten zu org. Düngerbedarf (Humusbedarf) bzw.
org. Düngungsleistung (Humusersatz) von Fruchtarten und Düngern.
Koeffizienten in Dauerfeldversuchen mit Faktoren Fruchtfolge und
Düngung abgeleitet (untere Werte) bzw. heuristisch mit Bezug auf
steigende Ertragsniveaus angepasst (obere Werte).
HE nach Leithold et al.
Ansatz wie VDLUFA. Koeffizientenmodifikation gegenüber VDLUFA auf
Grundlage von Annahmen zur N-Dynamik im System Boden-Pflanze.
STAND
Dynamische HE
Ansatz wie VDLUFA. Empirische Koeffizientenanpassung auf
Grundlage von Humus-Mengenänderungen in Dauerfeldversuchen.
Ausweisung von Humusbilanzkoeffizienten mit einem Modell zur NDynamik im System Boden-Pflanze, sowie mit empirisch ermittelten
Werten zur Humusersatzleistung von Pflanzenbiomasse und Düngern.
Neyroud
Berechnung der Humusbilanz mit statischen Koeffizienten auf
Grundlage von Ackerflächenverhältnis, org. Düngung und
angenommenem standorttypischen Boden-C-Gehalt.
HU-MOD
Ausweisung von Humusbilanzkoeffizienten mit einem Modell zur Cund N-Dynamik im System Boden-Pflanze.
CCB
Ausweisung von Mengenänderungen der OBS mit einem CUmsatzmodell.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Output:
VDLUFA
Saldo der organischen Düngung unter Berücksichtigung von
Fruchtfolge- und Düngerleistungen
HE nach Leithold et al.
Dynamische HE
Saldo der organischen Düngung unter Berücksichtigung von
Fruchtfolge- und Düngerleistungen, Saldo der Humusversorgung
HU-MOD
STAND
Saldo der Humusversorgung (=Saldo humusabbauender und
humusaufbauender Maßnahmen)
Neyroud
CCB
OBS-C-Änderung, OBS-C-Bilanz, N-Bilanz, wirksame
Mineralisierungszeit
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Berücksichtigte Faktoren:
Bewirtschaftung
Standort
Fruchtfolge, org. Düngung
---
Fruchtfolge, org. Düngung,
Landbausystem (ÖKO/KON)
---
STAND
Fruchtfolge, org. Düngung
Standortklassen
Dynamische HE
Fruchtfolge, Erträge, org.
Düngung, min. Düngung
Standortspezifische NVerwertung
Neyroud
Ackerflächenverhältnis, org.
Düngung
Standorttypischer C-Gehalt,
Bodentextur, pH
HU-MOD
Fruchtfolge, Erträge, org.
Düngung, min. Düngung
Standortspezifische NVerwertung, standortspez.
OBS-CN-Verhältnis
CCB
Fruchtfolge, Erträge, org.
Düngung
Bodenart/Textur, Klima, OBSAusgangsmenge (weitere
Daten optional)
VDLUFA
HE nach Leithold et al.
Koeffizientengenerierung der VDLUFA-Basismethode:
(Asmus & Herrmann 1977) Empirische Ableitung in
Dauerfeldversuchen
Veränderung der Humusvorräte im
Auswertungszeitraum (% Corg)
+0,25
+/-0
-0,25
25
50
75
100
Ertragsniveau
Winterweizen
(dt TS ha-1)
Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen:
Veränderung der Humusvorräte im
Auswertungszeitraum (% Corg)
Annähernd konstante Humusgehalte...
+0,25
+/-0
-0,25
25
50
75
100
Ertragsniveau
Winterweizen
(dt TS ha-1)
Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen:
Veränderung der Humusvorräte im
Auswertungszeitraum (% Corg)
Annähernd konstante Humusgehalte...
+0,25
...bei hohem Ertragsniveau.
+/-0
-0,25
25
50
75
100
Ertragsniveau
Winterweizen
(dt TS ha-1)
Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen:
Fruchtfolge:
60 % Getreide
20 % Hackfrucht
20 % Feldfutter (Luzernegras)
Veränderung der Humusvorräte im
Auswertungszeitraum (% Corg)
Düngung:
120 dt Rottemist ha-1a-1
100 kg Mineral-N ha-1a-1
+0,25
Notwendige Zufuhr an Org.
Substanz (TS, bezogen auf
Stallmist) zum Erhalt der
Humusvorräte:
+/-0
-0,25
30 dt ha-1 a-1
25
50
75
100
Ertragsniveau
Winterweizen
(dt TS ha-1)
Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen:
Quelle: Asmus/Herrmann (1977)
Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen:
Quelle: Asmus/Herrmann (1977)
Empirische Ableitung in Dauerfeldversuchen:
Interpolierte Koeffizienten für
unterschiedliche Bodenartengruppen:
Quelle: Asmus/Herrmann (1977)
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,...)
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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).
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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 NAufnahme der Pflanzen in messbarer Beziehung.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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 NAngebot aus den einzelnen Pools wird über spezifische
Systemverwertungsraten für N hergestellt.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Ökologisches Bilanzkonzept: Modellierung des
Umsatzes organischer Bodensubstanz.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
3. Biogas und Humusbilanz im Ackerbau
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Was soll / was kann die Humusbilanz sagen?
OBS-Menge
Grünland
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
N-Effizienz Ertrag
A
B
C
Landnutzungsänderung
Zeit
mittel gering
hoch
hoch
mittel mittel
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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.
Beispiele
Szenario
Fruchtfolge
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Düngung
Humusbilanz
(Häq ha-1a-1)
Alle Szenarien: im
Mittel 120 kg N ha-1
a-1 mineralisch
VDLUFA
–untere
W.
VDLUFA
– obere
W.
HUMOD
Futterbau
Winterweizen+ZFSilomaisWintergerste+ZFHafer
40 m3 Gülle ha-1 zu
Mais, Haferstroh
abgefahren
+306
+156
+89
Marktfruchtbau
Winterweizen+ZFWinterweizenWinterraps+ZFWintergerste
Stroh verbleibt
grundsätzlich
+836
+716
-180
Biogas
Silomais-SilomaisWinterweizen+ZFWintergerste
Im Mittel 25 dt
Gärrest ha-1 a-1, ZF
und Stroh verbleibt
+551
+371
+109
Biogas
ohne
GärrestRückführg.
Silomais-SilomaisWinterweizen+ZFWintergerste
ZF und Stroh
verbleibt
+109
-71
-448
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
4. Fazit – Gebrauchsanleitung
Humusbilanz.
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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)!
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Gebrauchsanleitung Humusbilanz:
Frage 2: Wie ist der Datenbedarf?
Fruchtfolge
VDLUFA,
HE nach
Leithold
STAND
Dynamische
HE
Neyroud
HU-MOD
CCB
X
X
X
X
X
X
Erträge
Art und Menge der
organischen Dünger
X
X
X
Art und Menge der
mineralischen
Düngung
Einfache Angaben zur
Standortgüte
X
X
X
X
X
Bodendaten
N-Gehalte Pflanzen
und Dünger
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
Gebrauchsanleitung Humusbilanz:
Frage 3: Welche Gültigkeit besitzen die Aussagen?
Aussage zum Düngebedarf
zum Erhalt der
Bodenproduktivität
Aussage zur Veränderung
der Humusvorräte
Validiert
Evaluiert
Plausibilitätsprüfung in
Praxisanwendung
Evaluiert
Nicht explizit geprüft
Validiert
Plausibilitätsprüfung in
Praxisanwendung
Evaluiert
Neyroud
Nicht explizit geprüft
Evaluiert
HU-MOD
Nicht explizit geprüft
Möglichkeit des
Szenarienvergleichs validiert
CCB
Nicht explizit geprüft
Validiert
VDLUFA
HE nach Leithold et al.
STAND
Dynamische HE
Chr. Brock: Humusbilanzierung (nicht nur) im Energiepflanzenbau
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: [email protected]