Säure+ im Feld

Die Ansäuerung von Wirtschaftsdüngern mit Schwefelsäure gewinnt als umweltschonende und effizienzsteigernde Technik in der Landwirtschaft zunehmend an Bedeutung. Durch die Zugabe konzentrierter Schwefelsäure wird das temperatur- und pH-Wert abhängige Gleichgewicht vom Ammonium-Ion und Ammoniak im Düngemittel zugunsten des Ammonium-Ions verschoben und somit die Ausgasung von Ammoniak vermindert. Es wird in drei verschiedene Anwendungsbereiche unterschieden: Die Ansäuerung im Stall, im Lager und direkt während der Ausbringung. Bei allen drei Anwendungsbereichen ist das Ziel, die Ammoniakemissionen zu reduzieren. In der LAND & FORST Ausgabe 47/2024 auf Seite 48 ist der Anwendungsfall, Gülle (im Stall oder im Lager) vor der Nutzung in einer Biogasanlage anzusäuern, dargestellt, wie es im Projekt AcidDigSoil (Christian-Albrechts-Universität Kiel) untersucht wurde. Die Ansäuerung während der Ausbringung wird im Projekt „Säure+ im Feld“ in der Praxis erprobt. Die verschiedenen Bereiche der Wirtschaftsdüngeransäuerung werden im Folgenden zunächst genauer beschrieben:

Ansäuerung im Stall
Bei der Ansäuerung im Stall wird die Gülle aus dem Güllekanal in einen Mischbehälter außerhalb des Stalls gepumpt. In diesem Behälter wird die Säure bis zu einem pH-Wert der Gülle von unter 5,5 unter ständigem Rühren zugegeben. Anschließend wird die Gülle entweder teilweise zurück in den Stall, teilweise ins Lager oder vollständig zurück in den Stall gepumpt. Ein positiver Nebeneffekt der Ansäuerung im Stall ist die Inaktivierung der methanbildenden Mikroorganismen, wodurch es zu einer Reduktion von Methanemissionen kommt und vor allem in Schweineställen zu einer Geruchsminderung und damit einem verbesserten Arbeitsklima. Daraus ergibt sich auch die schlechtere Eignung angesäuerter Güllen für die Nutzung in Biogasanlagen, was die Ergebnisse aus dem Projekt AcidDigSoil belegen.

Ansäuerung im Lager
Bei der Ansäuerung im Lager kann die Schwefelsäure schon während der Befüllung des Güllelagers zugegeben werden. Über ein Rohrgestänge, das mit dem Propellerrührwerk verbunden ist, wird die Säure in den Güllestrom gegeben. Angestrebt wird auch hier ein pH-Wert unter 5,5. Da der abgesenkte pH-Wert nicht stabil ist, muss sowohl bei der Ansäuerung im Stall als auch im Lager wiederholt Säure zugegeben werden. Neben den daraus resultierenden hohen Säuremengen sind auch die hohen Auflagen der „Verordnung über Anlagen zum Schutz mit wassergefährdeten Stoffen“ (AwSV) zu beachten.

Ansäuerung während der Ausbringung
Während der Ausbringung flüssiger Wirtschaftsdünger wird die Schwefelsäure unmittelbar vor dem Verteilerkopf in den Güllestrom injiziert. Im Gegensatz zu den anderen Anwendungsbereichen wird in diesem Fall eine pH-Wert Absenkung auf 6,4 angestrebt, was geringere Säuremengen erfordert. Das System hat durch die Kompatibilität mit üblichen Schleppschlauch und Schleppschuhgestängen eine große Flächenleistung.

Die Praxistauglichkeit dieser Technik wird seit September 2022 im Modell- und Demonstrationsvorhaben (MuD) „Säure+ im Feld“ untersucht. Erste Eindrücke aus den bereits abgeschlossenen zwei Versuchsjahren sowohl aus Niedersachsen, als auch zusammengefasst aus allen teilnehmenden Bundesländern, verknüpft mit den Erkenntnissen der dreijährigen Versuchsergebnisse aus dem Projekt AcidDigSoil, sind im Folgenden beschrieben. Das MuD „Säure+ im Feld“ ist ein Verbundvorhaben mit acht beteiligten Bundesländern. Im Großteil der Bundesländer wurden an verschiedenen Standorten On-Farm Versuche angelegt. Das sind Versuche, die in Großparzellen mit Praxistechnik angelegt und beerntet werden. On-Farm Versuche sind aufgrund des Versuchsdesigns statistisch auswertbar und können belastbare Erkenntnisse über die Auswirkungen des Säureeinsatzes liefern. Um die bereits erlangten Erkenntnisse weiter vertiefen zu können, wurde kürzlich eine Projektverlängerung bis August 2027 bewilligt. Die ersten beiden Versuchsjahre 2023 und 2024 unterschieden sich deutlich in der Witterung und stellten die Landwirtschaft vor unterschiedliche Herausforderungen. Die Witterung wird bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt. Ein Ansatz der Auswertung ist es, die relativen Ertragsunterschiede der Varianten ‚mit Säure‘ im Vergleich zur Variante ‚ohne Säure‘ zu betrachten, wobei eine positive Differenz einen Mehrertrag in der Säurevariante bedeutet.

Positive Ertragseffekte
Insgesamt wurden in den ersten beiden Projektjahren in den acht teilnehmenden Bundesländern 49 On-Farm Versuche in Ackerbaukulturen und 32 Schnitte in On-Farm Versuchen im Grünland durchgeführt und untersucht. Dabei zeigte sich in 63 Prozent der Versuche in Ackerbaukulturen eine positive Ertragsdifferenz bei der Verwendung von Schwefelsäure während der Ausbringung flüssiger Wirtschaftsdünger. Drei Versuche erzielten signifikant positive Mehrerträge. Bei den rund zwei Dritteln mit positivem Ergebnis der bisherigen Versuche hat die Ansäuerung zu einem Mehrertrag von durchschnittlich 5,5 Prozent geführt. 

In Niedersachsen wurden in den ersten beiden Projektjahren On-Farm-Versuche in Winterweizen und Wintergerste durchgeführt. Bei acht von zehn On-Farm Versuchen wurde in Niedersachsen ein Ertragszuwachs erzielt, wenn der Gülle oder dem Gärrest Schwefelsäure bei der Ausbringung zugeführt wurde. Im Durchschnitt lag dieser Mehrertrag in Niedersachsen bei 5 %. An drei Standorten war dieser Anstieg statistisch signifikant, somit wurden alle signifikanten Ertragsunterschiede in Niedersachsen erzielt.

Die positiven Ertragseffekte können unter anderem durch die verbesserte Stickstoffausnutzung infolge der Ansäuerung erklärt werden, da die Schwefelsäure zu verminderten Ammoniak-Emissionen führt. Dadurch steht den Pflanzen mehr Stickstoff in Ammoniumform zur Verfügung. 

Die zweijährigen Ergebnisse der teilnehmenden Bundesländer zeigen einen signifikanten Zusammenhang zwischen den relativen Ertragsunterschieden in Abhängigkeit zur Kultur und der Ansäuerung. Von den sieben Versuchen in Wintergerste führten sechs zu einer positiven Ertragsdifferenz. Im Winterroggen wurde in allen vier durchgeführten Versuchen eine Ertragssteigerung festgestellt. Bei Mais wurden je drei Versuche im Körnermais und im Silomais durchgeführt. Während im Körnermais ausschließlich positive Ertragsdifferenzen beobachtet wurden, zeigten die Versuche im Silomais ausschließlich negative. Beim Winterweizen, der mit 30 Versuchen die am häufigsten untersuchte Kultur war, wurde in 57 Prozent der Versuche eine Ertragssteigerung nach Anwendung der Schwefelsäure beobachtet. Dabei kam es zu einer deutlichen Streuung der bisherigen Ergebnisse. Diese Variabilität verdeutlicht die vielen Einfussfaktoren auf den Effekt der Technik. Diese sollen im Projekt evaluiert werden.

Qualitätseffekte
Ein leicht positiver Effekt wurde bei der Differenz der Rohproteingehalte des Getreidekorns Variante ‚mit Säure‘ im Vergleich zur Variante ‚ohne Säure‘ erkennbar. In 54 Prozent der angelegten Versuche in Ackerbaukulturen in allen teilnehmenden Bundesländern (n = 46) erhöhte sich der Proteingehalt bei der aktuellen Datengrundlage um durchschnittlich 0,38 Prozentpunkte. 

Die Ergebnisse zum Proteingehalt in Niedersachsen zeigen ein ähnliches Bild: In der Hälfte der Versuche war der Proteingehalt in der Variante mit Zugabe der Schwefelsäure erhöht, im Durchschnitt um 0,6 Prozentpunkte. An zwei Standorten war dieser Anstieg statistisch signifikant. In zwei Versuchen gab es keine Unterschiede zwischen den Varianten und in weiteren drei Versuchen wurde ein geringerer, jedoch nicht signifikant niedrigerer Proteingehalt festgestellt.

Erkenntnisse, die über drei Jahre in Exaktversuchen im Projekt AcidDigSoil in Mecklenburg-Vorpommern gewonnen wurden, bestätigen diese positiven Effekte. Hier führte die Ansäuerung der ausgebrachten flüssigen Wirtschaftsdünger zu Vegetationsbeginn im Winterweizen zu einer signifikanten Steigerung der Rohproteingehalte im Korn um durchschnittlich 0,7 Prozentpunkte. 

Die Versuche im Grünland wurden zu unterschiedlichen Aufwüchsen angelegt. Bei den 32 ausgewerteten Versuchen mehrerer Bundesländer, konnten bei 66  Prozent positive Ertragseeffekte festgestellt werden. Die späteren Schnitte zeigten einen Trend zu höheren Ertragsdifferenzen bei höheren Temperaturen zum Zeitpunkt der Ausbringung. Damit waren die Effekte des Säureeinsatzes umso größer, je ungünstiger die äußeren Bedingungen bei der Ausbringung waren. Dies darf allerdings nicht zu der Schlussfolgerung führen, dass für eine Ausbringung ungeeignete Bedingungen durch den Einsatz von Schwefelsäure unendlich kompensiert werden können. Auch in Niedersachsen wird im kommenden Versuchsjahr 2025 die Wirkung der Ansäuerung im Grünland in einem On-Farm-Versuch untersucht. 

Schwefelsäure richtig einsetzen Der Einsatz von Schwefelsäure ist entsprechend dann sinnvoll, wenn die Bedingungen für die Ausbringung von Wirtschaftsdüngern nicht optimal sind, oder die Effizienz des Düngers bei einer reduzierten Düngung gesteigert werden soll. Besteht die Möglichkeit einer direkten Einarbeitung, sollte diese genutzt werden. Die Ergebnisse aus den Exaktversuchen im Projekt AcidDigSoil an der Landesforschungsanstalt MV in Gülzow belegen, dass über Einarbeitung die NH3- Emissionen am effektivsten reduziert werden können. Zudem sollte beim Einsatz der Säure, die damit ausgebrachte Schwefelmenge berücksichtigt und kulturgerecht eingesetzt werden. Als Faustregel gilt: 0,6 kg S pro Liter Schwefelsäure.

Um die Ansäuerungstechnik zu demonstrieren, finden im Rahmen des Projekts zahlreiche Feldtage im Jahr statt. Dort werden die Versuchsergebnisse aus der Region sowie meist auch das Ansäuerungssystem im Einsatz gezeigt. Oft finden dabei auch Ad-Hoc-Ammoniakmessungen statt, um den emissionsmindernden Effekt der Säure anschaulich demonstrieren zu können. Häufige Bedenken von Interessierten, dass der Säureeinsatz zu einer Bodenversauerung führt und einen negativen Effekt auf das Bodenmikrobiom hat, konnten bereits im Projekt AcidDigSoil widerlegt werden. Kommende Termine für Feldtage werden auf der Projektwebsite rechtzeitig veröffentlicht.