Ansäuerung von Gülle und Gärrückständen während der Aufbringung in wachsende Bestände, Modellregion Niedersachsen
Beginn: 01.09.2022 / Ende: 31.08.2025
Mit der Ansäuerung von Gülle und Gärresten sollen die Ammoniak-Emissionen gesenkt werden.Niklas Brunotte
Ausgangslage
Ein Großteil der Ammoniak-Emissionen stammt aus der Landwirtschaft. Ein Ziel der NEC-Richtlinie ist es, die Ammoniak-Emissionen bis 2030 im Vergleich zu 2005 um 29 % zu senken. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde das Modell- und Demonstrationsvorhaben (MuD) Säure+ im Feld als Teil des Bundesprogramms Nährstoffmanagement im Rahmen der Ackerbaustrategie vom BMEL initiiert.
Ziel des Projektes
Die Ansäuerung von Gülle und Gärresten während der Ausbringung im stehenden Bestand führt zu einer Reduktion von Ammoniak-Emissionen. Mit Hilfe des MuD soll das Ansäuerungsverfahren in die landwirtschaftliche Praxis etabliert werden. Ziel ist es, auf die Potentiale der Ansäuerung aufmerksam zu machen, Vorzüge der verbesserten Nährstoffausnutzung nachvollziehbar darzustellen und Vorbehalte hinsichtlich Sicherheit und Praktikabilität zu evaluieren.
Projektdurchführung
Um das Verfahren möglichst praxisnah zu bewerten, sind die Versuche im On-Farm Modell auf teilnehmenden Modellbetrieben angelegt. Zur verbesserten Darstellung im Feld werden Demostreifen im Feld eingerichtet. Die Versuche werden pflanzenbaulich durch Analysen von Pflanzen des Bodens begleitet. Von der Landwirtschaftlichen Lehranstalt Triesdorf werden Ammoniakmessungen vorgenommen. Auf diversen Feldtagen und Informationsveranstaltungen soll die Technik bekannt gemacht, über das Verfahren informiert werden und sollen Erfahrungen und Erkenntnisse geteilt werden.
An dem Projekt sind insgesamt acht Bundesländer beteiligt, in denen jeweils mehrere landwirtschaftliche Betriebe und Lohnunternehmen teilnehmen. Über ganz Niedersachsen verteilt, nehmen sechs Betriebe und fünf Lohnunternehmen an dem MuD teil. Die Landwirtschaftskammer Niedersachsen hat neben der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen die Projektkoordination übernommen.
Die Förderung des Vorhabens erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages. Die Projektträgerschaft erfolgt über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), Förderkennzeichen 2821ABS400.
Organische Dünger wie Gülle oder Gärreste stehen im stetigen Mittelpunkt, wenn es um die Debatte von Stickstoffverlusten, in Form von gasförmigen Ammoniakverflüchtigungen geht. Mit der Ansäuerungstechnik wird nicht nur eine neue Diskussionsgrundlage geschaffen, sondern auch ein Schritt zum Erreichen der NEC-Richtlinien getan. Im Folgenden wird das länderübergreifende Modell- und Demonstrationsvorhaben „Säure+ im Feld“ vorgestellt.
Die Landwirtschaft steht in den nächsten Jahren, besonders im Hinblick auf die EU-Nitratrichtlinie für Wasserschutz und der NEC-Richtlinie für Luftreinheit umfassenden Herausforderungen entgegen. Ein Ziel ist es, die Ammoniak-Emissionen bis 2030 im Vergleich zu 2005 um 29% zu reduzieren. Die Einarbeitung bei einer Ausbringung von Gülle oder Gärresten vor der Aussaat führt bereits zu einer merklichen Reduktion von Ammoniak-Emissionen. Um diese Reduktion auch in wachsenden Beständen zu erzielen, ist laut Düngeverordnung (DüV) seit dem 01.02.2020 die bodennahe und streifenförmige Ausbringung von flüssigen Gärresten und Güllen vorgeschrieben.
Wie unterschiedlich die Ammoniak-Verlustraten bei verschiedene Ausbringtechniken sind kann man in Tabelle 1 sehen. Hier wird das Potential der Ansäuerung mit Schwefelsäure (H2SO4) deutlich, welches die geringsten Verluste zeigt. Vorangegangene Versuche der LWK-Niedersachsen haben zudem eine pflanzenbauliche Wirksamkeit von angesäuerter Gülle auf den Ertrag gezeigt. Trotz dieser Ergebnisse, wird das Verfahren in Deutschland derzeit noch wenig angewendet.
Einfluss der Ausbringtechnik auf die Ammoniakverluste (verändert nach Dr. Ines Bull, LFA Mecklenburg-Vorpommern)
NH3-N Verluste [% des ausgebrachten NH4-N ]
NH3-N Verluste [kg N/ha* ]
oberflächliche Ausbringung
Prallteller**
50 -100
38 - 63
Schleppschlauch
40 - 80
25 - 50
Schleppschuh
20 - 60
13 - 38
Schlitztechnik
10 - 40
6 - 25
Ansäuerung
< 10
< 6
Einarbeitung bei der Aussaat
Güllegrubber
20 - 40
13 - 25
Gülle-Strip-Till
< 10
< 6
* bei 25m³/ha Ausbringungsmenge, 4 kg N/m³, 62,5% NH4-N
** aufwärts gerichtete Prallteller nicht mehr zulässig
In dem bundesländerübergreifenden Projekt „Säure + im Feld“, an dem u.a. die LWK Niedersachsen neben 7 weiteren Projektpartnern beteiligt ist, wird das Verfahren der Gülleansäuerung unter Praxisbedingungen getestet. Ziel ist es, die Effizienz der Ansäuerung in On-Farm Versuchen zu ermitteln und auf Demonstrationsstreifen die Effekte zu zeigen. In ganz Niedersachsen nehmen landwirtschaftliche Betriebe und Lohnunternehmen teil und werden pflanzenbaulich begleitet. Neben Pflanzen- und Bodenanalysen werden auch Ammoniakmessungen vorgenommen um zu ermitteln, ob die Ziele des Umweltschutzes und die der landwirtschaftlichen Produktion mit Blick auf die Nährstoffversorgung unterschiedlicher Kulturen gemeinsam erreicht werden können.
Ansäuerung mit Schwefelsäure
In organischen Düngern liegt der Stickstoff in organisch gebundener Form und als pflanzenverfügbares Ammonium-N (NH4+) vor. Dieses befindet sich in einem Temperatur- und pH-Wert abhängigen Gleichgewicht zum Ammoniak. Ein hoher pH-Wert verschiebt das chemische Gleichgewicht zugunsten des Ammoniaks, als Folge dessen hohe Emissionsverluste entstehen. Mit Hilfe der Schwefelsäure ist es möglich, den pH-Wert zugunsten des Ammoniums herabzusetzen und Ausgasungen zu verringern, wodurch mehr pflanzenverfügbarer Stickstoff zur Verfügung steht. Als geeignetes Maß hat sich eine pH-Wert Absenkung auf ca. 6,4 etabliert. Je nach Gülleart sind unterschiedliche Mengen Schwefelsäure pro Kubikmeter nötig, um den Ziel pH-Wert zu erreichen. Während bei Rinder- und Schweinegülle ca. 2,0 l/m3 anzusetzen ist, benötigen Gärreste aufgrund des höheren Ausgangs-pH-Wertes 4,5-5,0 l/m3. Aus ökonomischer Sicht sind die Kosten der Schwefelsäure im Verhältnis zur Steigerung der Stickstoffausnutzung der limitierende Faktor der einzusetzenden Säuremenge.
Technische Umsetzung
In der Fronthydraulik wird die Schwefelsäure mitgeführt und vor dem Gestänge in die Gülle injiziert. Die Reaktion findet ausschließlich im Gestänge statt, sodass es zu keinem Zeitpunkt zu einem Kontakt zwischen Boden und konzentrierter Schwefelsäure kommtNiklas BrunotteFür das Ansäuern während der Ausbringung wird ein mit Schwefelsäure gefüllter IBC-Container in der Fronthydraulik mitgeführt. Die Mischeinheit mit Säureinjektion befindet sich direkt vor dem Gestänge und mischt die erforderliche Säuremenge in die Gülle oder den Gärrest ein. Da es bei der Vermischung von Schwefelsäure und Gülle (oder Gärresten) zu einer erheblichen Schaumbildung und Volumenvergrößerung kommt, wird die Schwefelsäure erst im Gestänge hinzudosiert. Ein zu beobachtender positiver Effekt der Schaumbildung ist, dass sich die Gülle besser verteilt. Ein pH-Sensor, welcher sich am Gestänge befindet, misst kontinuierlich den pH-Wert der Gülle oder des Gärrestes und steuert damit permanent die Säureaufwandmenge. Der Fahrer steuert das System, indem er den pH-Wert festlegt oder eine permanente Säuremenge vorgibt. Der sichere Umgang mit der Säure wird bei einer ADR-Schulung vermittelt, die für alle Personen die Umgang mit dem Stoff haben vorgeschrieben ist.
Verbessertes Nährstoffmanagement dank Schwefelsäure
Reagiert die konzentrierte Schwefelsäure mit der Gülle kommt es zu einer pH-Wert Absenkung und folgenden positiven Nährstoffeffekten:
Das Verhältnis von Ammonium zu Ammoniak verschiebt sich zu Gunsten des Ammoniums.
⇒ Mehr pflanzenverfügbarer Stickstoff je m3 Gülle
Laut Literatur: Organisch gebundenes Phosphat in der Gülle oder dem Gärrest wird mobilisiert und in pflanzenverfügbarer Form an die Pflanze gebracht.
Die Schwefelsäure wird bei der Reaktion mit der Gülle zum Pflanzenverfügbaren Sulfat umgewandelt.
Durch die bessere Nährstoffverfügbarkeit der angesäuerten Gülle kann Mineraldünger eingespart werden.
In vorherigen Versuchen der LWK Niedersachsen hat sich gezeigt, dass mit Hilfe der verbesserten Ammoniumernährung und Phosphatverfügbarkeit je nach Ausbringungssystem, ob Schleppschlauch, Schleppschuh oder Schlitzgerät, ähnliche Erträge wie mit einer rein mineralischen Düngung erzielt werden können. Besonders mit Blick auf die Roten Gebiete, in denen eine reduzierte Stickstoffdüngung um 20% laut DüV vorgeschrieben ist, kann das System eine Optimierung des Nährstoffmanagements darstellen.
MuD „Säure+ im Feld“
Während der Ansäuerung kommt es aufgrund der chemischen Reaktion oft zu einer Schaumbildung. Der Schaum hat führt zu einer breiteren Verteilung des Güllebandes und bildet gleichzeitig eine Barriere gegen die Ammoniakemissionen. Die Bilder zeigen links einNiklas BrunotteDas aus Dänemark stammende Ansäuerungsverfahren soll nun mit einem Netz aus landwirtschaftlichen Betrieben und Lohnunternehmern in dem Modell- und Demonstrationsvorhaben (MuD) „Säure+ im Feld“ in der landwirtschaftlichen Praxis etabliert werden. Ziele des bundesländerübergreifenden MuD`s sind es, auf die Potentiale der Ansäuerung aufmerksam zu machen, Vorzüge der verbesserten Nährstoffausnutzung nachvollziehbar darzustellen und Vorbehalte hinsichtlich der Sicherheit und der Praktikabilität zu evaluieren. Dies soll insbesondere durch geplante Feldtage (z.B. 20.06.2023.), Demonstrationsveranstaltungen sowie Vorträge und Seminare zur Thematik erreicht werden. Es wird in den Warndiensten und der Homepage der LWK-Niedersachsen auf entsprechende Veranstaltungen aufmerksam gemacht werden. Außerdem sollen wichtige Informationen und Hinweise zum optimalen Einsatz des Verfahrens hinsichtlich Einsatzmöglichkeiten, Aufwandmengen und Düngeplanung zusammengestellt werden. Neben den reinen Ertragswirkungen sollen aber auch die Umwelteffekte betrachtet werden, indem Emissionsmessungen nach einer Düngung durchgeführt werden.
In diesen Gebieten liegen die teilnehmenden Modellbetriebe. Sie spiegeln die verschiedenen Bodenarten und Regionsspezifische Besonderheiten Niedersachsen wieder. Grafik: Lentz, LWK.Christine Lentz
Unter dem Slogan „Emissionen senken, Effizienz steigern!“ ist das Projekt Säure + im Feld in Niedersachsen erfolgreich in die erste Saison gestartet
AnsäuerungNiklas BrunotteDie Landwirtschaft ist mit einem Anteil von 95% Hauptemittent des Luftschadstoffs Ammoniak in Deutschland (Daten des Umwelt Bundesamt, 2022). Die NEC-Richtlinie für Luftreinheit gibt vor, dass die Ammoniak-Emissionen bis zum Jahr 2030 um 29% im Vergleich zu 2005 reduziert werden müssen. Ziele des am 01.09.2022 gestarteten Modell- und Demonstrationsvorhabens (MuD) Säure+ im Feld sind zum einen die Reduktion der Ammoniakemissionen zum Erreichen der NEC-Vorgabe, aber auch eine verbesserte Nährstoffausnutzung flüssiger Wirtschaftsdünger. Diese ist vor allem in Roten Gebieten interessant, in denen eine um 20% reduzierte Stickstoffdüngung vorgegeben ist.
An dem MuD, welches vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages im Rahmen der Ackerbaustrategie gefördert wird und bei dem die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) als Projektträger fundiert, sind 8 Bundesländer beteiligt.
Ziel ist es, das Verfahren der Ansäuerung von flüssigen Wirtschaftsdüngern durch ein Netz von teilnehmenden Modellbetrieben in die Praxis zu bringen, sowie Erfahrungen zu Einsatzmöglichkeiten, Aufwandmengen und Düngeplanung zu sammeln. Hintergrund der Technik ist es, das hohe Verlustpotential durch Ammoniakemissionen während der Ausbringung im stehenden Bestand zu minimieren. Das in der Gülle oder dem Gärrest enthaltene Ammonium steht in einem temperatur- und pH-Wert-abhängigen Gleichgewicht mit dem flüchtigen Ammoniak. Dieses Verhältnis kann durch das Ansäuern mit konzentrierter Schwefelsäure und somit dem absenken des pH-Wertes zugunsten des Ammoniums verschoben werden. So werden Emissionen gesenkt und die Nährstoffeffizienz gesteigert.
Säure-TechnikKai-Hendrik Howind, bearbeitet von Marie-Lena HassWie ist die Ansäuerungs-Technik aufgebaut?
Im Fronttanksystem des Schleppers befindet sich ein doppelwandiger IBC-Container mit der Schwefelsäure, sowie 2 Wassertanks und 1 Tank für Additive. Die Mischeinheit mit Säureinjektion befindet sich hinter dem Dreiwege-Hahn und ein pH-Sensor misst am Schleppschlauch mit der größten Länge kontinuierlich den pH-Wert des flüssigen Wirtschaftsdüngers.
Die Säure kommt zum ersten Mal auf den Modellbetrieben zum Einsatz
Der Start des Projekts verlief sehr erfolgreich. Nachdem die teilnehmenden Modellbetriebe und Lohnunternehmen in ganz Niedersachsen gefunden waren (Abb. Karte), wurden sehr schnell die On Farm Versuche im randomisierten Blockdesign angelegt. Dabei wird die konventionelle Düngung mit Gülle und Gärresten mit einer angesäuerten Variante verglichen. Als Kontrolle wurde meist eine voll ausgedüngte Variante gewählt. Zusätzlich zu den On Farm Versuchen, sind an vier Standorten Demonstrationsstreifen mit unterschiedlichen Säuremengen im Vergleich angelegt. Ende Februar konnten die ersten zwei Betriebe ihre On Farm versuche im Wintergetreide erfolgreich ansäuern, Ende März folgten die übrigen drei in Weizen.
AnsäuerungChristine LentzUm über die Bundesländer möglichst vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, wurden im Vorfeld einige Standards festgelegt. Die Güllen von Rindern und Mastschweinen werden mit maximal 3 Litern Säure pro m3 Gülle angesäuert und Gärreste mit 5 Litern. Wenn ein pH-Wert von 6,4 bereits mit weniger Säure erreicht wird, kann der Landwirt / Lohnunternehmer mit entsprechend weniger Säure ausbringen. Wichtig bei dieser Entscheidung war die große Heterogenität der Güllen und Gärreste und die damit weiten Spannen an benötigter Säure um einen Ziel-pH-Wert von 6,4 zu erreichen. Da mit jedem Liter Säure auch 0,6 kg Sulfatschwefel auf die Fläche ausgebracht werden, muss die eingesetzte Menge Säure reguliert sein, um ein Überdüngen mit Schwefel zu vermeiden.
Die integrierte Schwefeldüngung ist ein weiterer Vorteil der Ansäuerungs-Technik, neben der besseren Stickstoffausnutzung und der reduzierten Ammoniak-Emission. Zusätzlich erhoffen wir uns weitere Vorteile der Ansäuerung auf das Nährstoffmanagement mit unserem Projekt zeigen zu können. Dazu werden alle Versuche pflanzenbaulich in Form von Boden-, Pflanzen- und Düngeproben begleitet. Die Ergebnisse der Proben werden dann in Zusammenhang mit Wetter- und Ertragsdaten ausgewertet. Regelmäßige Ammoniakmessungen an ausgewählten Standorten werden in Verbindung mit Feldtagen von der Landwirtschaftlichen Lehranstalt Triesdorf vorgenommen.
Über geplante Feldtage werden sie über den Warndienst oder die Seite der LWK-Niedersachsen informiert. Wir wollen die Feldtage nutzen, um die Technik in der Praxis bekannter zu machen, mögliche Effekte im Feld zeigen zu können und Fragen zu Einsatz, Ökonomie und Sicherheit zu klären.
