Projekt 22539/01

Verbundprojekt: Neue internetgestützte Wege zur Optimierung der StickstoffdüngungTeilprojekt: Weiterentwicklung von N-Mineralisationsberechnungen für die standort- und kulturartenspezifische N-Düngeberatung

Projektdurchführung

Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Institut für Bodenkunde
Herrenhäuser Str. 2
30419 Hannover

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Hauptziel dieses Teilprojektes ist die Weiterentwicklung eines N-Mineralisationsmoduls für N-Haushalts-modellierungen durch Anpassung an die spezifischen norddeutschen Boden- und Bewirtschaftungsverhältnisse. Damit soll die Basis für optimierte N-Düngeempfehlungen auf der Internetplattform ISIP, bei der aktuell mineralisierter N in die Düngeplanung einbezogen wird, geschaffen werden. Denn N-Bilanzen zur Beurteilung der N-Effizienz weisen selbst bei ausschließlich mineralischer Düngung noch erhebliche Überschüsse auf. Aus ökologischen und umweltpolitischen Gründen ist eine weitere Senkung der Überschüsse erforderlich, u.a. um auswaschungsgefährdete Nmin-Reste nach der Ernte zu reduzieren.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst werden die Parameter der Mineralisationsgleichungen eines bereits häufig verwendeten Moduls durch Laborinkubationen und Messungen der Freilandmineralisation unterschiedlicher Böden und Standorte angepasst und überprüft. Dabei wird zwischen der Mineralisation aus frischen Ernterückständen (Pool Nfast) und älterer, weitgehend humifizierter organischer Substanz (Pool Nslow) unterschieden. Zusätzlich wird die Temperatur- sowie die Bodenwassergehaltsabhängigkeit der N-Netto-mineralisation experimentell quantifiziert. Als Standorte werden vor allem die im Teilprojekt der LWK Niedersachsen neu installierten ISIP-Referenzflächen, bereits bestehende landwirtschaftliche Feld- und Wasserschutzversuche der LWK sowie Bodendauerbeobachtungsflächen genutzt. Inkubiert und modelliert werden damit repräsentative Bodentypen und Bewirtschaftungssysteme. Der Fokus liegt auf der Simulation des N-Mineralisationsverlaufs beginnend mit dem im Frühjahr gemessenen Nmin-Gehalt, damit die bis zu einem der folgenden Düngungstermine mineralisierte N-Menge bei der Bemessung der N-Düngung angerechnet werden kann.
Mittels der optimierten Parameter und Funktionen wird ab dem dritten Projektjahr für die ISIP-Referenzflächen die N-Nettomineralisation kulturbegleitend simuliert und wöchentlich in ISIP bereitgestellt. Dazu, wie auch zur Abschätzung der Immobilisation, werden die Ergebnisse der einzelnen Teilprojekte zusammengeführt.


Ergebnisse und Diskussion

In den Versuchen zum Einfluss des Bodenwassergehaltes auf die Mineralisation reagierten beide Pools fast identisch bei allen Temperaturstufen auf Wassergehaltsänderungen, auch bei unterschiedlicher Bodenart. Somit kann im Internetdienst für alle Böden dieselbe Wassergehaltsfunktion benutzt werden.
Bei den Temperaturfunktionen müssen jedoch für eine ausreichende Simulationsgenauigkeit drei verschie-dene Mineralisationstypen unterschieden werden: A) typische Lössböden, B) podsolierte und vergleyte Sandböden mit relativ hohen Humusgehalten und C) Sand- und Lehmböden mit niedrigeren Humus-gehalten. Im Internetdienst kann die Typzuordnung für beliebige Flächen daher einfach anhand des Bodentyps und der Humusgehaltsklasse, die flächendeckend digital zur Verfügung stehen (Projektpartner LBEG), vorgenommen werden.
Die Messungen der Freilandmineralisation in ungestörten Säulen bestätigten die ermittelten Wasser-gehalts- und Temperaturfunktionen. Denn die aus den gemessenen Temperatur- und Wassergehalts-verläufen simulierte N-Nettomineralisation war sehr eng und sehr hoch signifikant korreliert (r² = 0.85***) mit den Messwerten. Durch das Einbeziehen zweier zusätzlicher Angaben (Zwischenfrüchte: ja/nein; Boden stark verdichtet: ja/nein) konnte die Korrelation weiter verbessert werden (r² = 0.94***) und die Werte stimmen auch von der Größenordnung noch besser überein.
Basiswerte für die Poolgröße Nslow lassen sich aus der Bodenart (ebenfalls digital vorliegend) und evtl. wiederum der Humusgehaltsklasse ableiten. Die Ermittlung der Poolgröße Nfast, die u.a. von der Kulturart und den Mineralisationsbedingungen über Winter abhängt, war aufgrund hoher Variabilität deutlich schwieriger. Auch die Einflüsse langfristig unterschiedlicher N-Düngung in Art (mineral./organisch) und Menge oder der Fruchtfolge konnten bislang nicht eindeutig quantifiziert werden. Im Allgemeinen scheinen sich aber nach weniger als 10 Jahren Effekte auf Nslow noch nicht zu zeigen, auf Nfast z.T. schon.
Vergleiche der simulierten N-Nettomineralisation mit der Nettomineralisation nach einem Bilanzansatz, in den auch im Feldversuch gemessene Daten sowie Simulationsdaten der Projektpartner einflossen, ermöglichten die Abschätzung einer vorläufigen Korrekturfunktion für Priming-Effekte, die durch wachsende Pflanzen bedingt sind (erhöhte oder verminderte Nettomineralisation).
Trotz dieser aufwändigen Anpassungs- und Optimierungsschritte ist jedoch die Simulationsgenauigkeit immer noch verbesserungswürdig und sollte in einem neuen Projekt weiter bearbeitet werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse wurden mehrmals auf verschiedenen Praxisveranstaltungen (Feldtage, Veranstaltungen der Landwirtschaftskammer) und wissenschaftlichen Fachtagungen sowie Kolloquien vorgestellt und diskutiert. Im dritten Projektjahr wurden die Simulationsergebnisse zur N-Nettomineralisation auf den Referenzflächen zusammen mit Mess- und Simulationsdaten der Projektpartner wöchentlich im Internet unter www.isip.de veröffentlicht.


Fazit

Insgesamt sind somit in diesem Teilprojekt die allgemeinen, zur Online-Berechnung notwendigen Algorithmen zur Nettomineralisation von organisch gebundenem N in niedersächsischen Ackerböden ermittelt worden. Algorithmen, die speziell die nutzungsspezifische Online-N-Düngeplanung betreffen, wie z.B. Pedotransferfunktionen für Nfast im Frühjahr, müssen noch genauer quantifiziert werden. Außerdem ist bislang keine praktikable und doch ausreichend genaue Abschätzungsmethode für die auftretenden Priming-Effekte sowie die zu erwartende N-Düngerimmobilisation verfügbar.
Die Präsentation in ISIP erfolgte ab April 2007 wöchentlich in der dort üblichen Tabellenform, zusammen mit den innerhalb der anderen Teilprojekte erhobenen und simulierten Daten. Die Tabellenform erscheint jedoch für unsere aufwändigen Datenreihen ungünstig - weil unübersichtlich. Vielmehr müsste für einen Online-N-Düngeplanungsdienst ein eigenes neues Konzept erarbeitet werden.
Vor Ende dieses Verbundprojektes wurde daher mit denselben Projektpartnern ein neues Verbundprojekt beantragt, in dem es um die praktische Umsetzung eines Internetdienstes zur nutzungs- und schlagspezifischen N-Düngeplanung in ISIP geht. Das Düngeplanungsprogramm wird aus weiter optimierten Teilmodellen der Projektpartner, die noch speziell für die in ISIP notwendige regional-spezifische N-Düngeplanung weiterentwickelt werden, zusammengefügt. Um ein möglichst praxisnahes Konzept zu erarbeiten, werden sowohl Pilotbetriebe als auch Berater der Landwirtschaftskammer in die Entwicklung eingebunden. Diese sollen neben der Betreuung von Versuchsflächen auf diesen Pilotbetrieben insbesondere Hinweise zur Interpretation und Darstellung der modellierten Werte im Internetdienst geben.