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Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Verbundprojekt:  B I O G A S - E X P E R T
im Kompetenzzentrum Biomassenutzung in Schleswig-Holstein

         
 
08 - Nitratauswaschung
Siegel der Fakultät
 
Teilprojekt 8
Schleppschläuche

 

"Auswirkung der Gärrestapplikation auf das
N-Auswaschungspotential unterschiedlicher Fruchtfolgen"

 

 

 

 

Laufzeit
01.11.2006 bis 31.01.2010

 

 

Bearbeiter
Nikolai Svoboda, PD Dr. Antje Herrmann, Prof. Dr. Friedhelm Taube

 

 

Ziel
Mit Inkrafttreten des Erneuerbare Energien Gesetzes und insbesondere seit dessen Novellierung im Jahr 2004 besteht ein verstärkter Trend zur Installation von Biogasanlagen auch in Schleswig-Holstein. Im Zuge dessen ist eine Ausweitung des Energiepflanzenanbaus, insbesondere von Mais, zur Nutzung in Kovergärung mit Gülle oder in Monovergärung zu beobachten. Was die Bewertung der Umweltverträglichkeit des Energiepflanzenanbaus hinsichtlich der Emission klimawirksamer Spurengase und Ammoniak, sowie N-Einträgen in die Hydrosphäre betrifft, besteht noch dringender Forschungsbedarf. Dies ist insbesondere angesichts der umzusetzenden EU-Nitrat- und NEC-Richtlinien von aller-größter Relevanz. Ergebnisse eines langjährigen Monitorings zur Grundwasserqualität in Schleswig-Holstein dokumentieren eine konstant hohe Nitratbelastung, die zu einem erheblichen Anteil auf die Art der Landnutzung zurückgeführt wird. Darüber hinaus ist künftig von einer Konzentration des intensiven Energiepflanzenanbaus in den nördlichen Landesteilen auszugehen, also in sensiblen Regionen, die bereits durch eine hohe Viehdichte, auswaschungsgefährdete Böden und relativ hohe Niederschlagsmengen charakterisiert sind.

 

Ziel des Teilprojektes 5 ist es, eine systematische Analyse und Bewertung des N-Auswaschungspotentials ausgewählter, praxisrelevanter Energiepflanzenproduktions-
systeme vorzunehmen. Die folgenden Arbeitshypothesen sollen geprüft werden:
  • Die Form der N-Düngung (mineralisch, Flüssigmist, Biogasgülle) hat aufgrund der differierenden physikalischen und chemischen Eigen-schaften einen Einfluss auf das N-Auswaschungspotential und die Bedeutung des einzelnen Austragspfade (Nitrat, Ammonium, organi-sche N-Verbindungen).
  • Ein sachgerechter Einsatz von Gärresten erfordert eine Änderung des N-Düngemanagements.
  • Durch die Wahl der Pflanzenart für die Biomasseproduktion, welche natürlich auch ökonomischen Zwängen unterworfen ist, kann das Belastungspotential des Grundwassers in gewissem Umfang gesteuert werden.
  • Die standörtlichen Voraussetzungen der Naturräume Geest und Hügelland bedingen ein unterschiedliches N-Verlustpotential und erfordern ein angepasstes N-Management.
  • Eine exakte Prozessdarstellung mittels geeigneter Modelle ermög-licht die Optimierung des Flächenmanagements und damit die Minimierung der Grundwasserbelastung durch N-Einträge.

 

 

Beschreibung
In der ersten Projektphase wurden auf zwei Versuchsstandorten (Hohenschulen, östliches Hügelland und Karkendamm, Geest) Feldversuche etabliert, in denen das N-Verlustpotential über den Pfad Sickerwasser für Maismonokulturen, Energiepflanzenrotationen (GPS-Weizen bzw. Weizen als Körnernutzung, Welsches Weidelgras bzw. Senf als Winterzwischenfrucht und Mais) und Grünlandbestände (vier Schnitte) in unterschiedlichen Düngungsregimen untersucht wird. Hierzu werden keramische Saugkerzen (Mullit, Länge des Keramikkörpers 50 mm, Ø 20 mm, max. Porengröße 1 m, Unterdruck 200-300 hPa) in den Parzellen installiert, wobei die Messperiode je nach Kulturart und in Abhängigkeit der Witterung variiert. Weiterhin wird der Bodenwassergehalt über TDR-Sonden quantifiziert und am Standort Karkendamm (grundwasserbeeinflusst) die Veränderungen des Grundwasserstandes an 6 Brunnen in regelmäßigen Abständen ermittelt. Aufbauend darauf werden die N-Ströme mittels eines Modells abgebildet. Die Simulationen erfolgen mittels der klassenorientierten Modellumgebung HUME und darauf basierenden Modulen zur Berechnung des Wasserhaushaltes und der Biomasseproduktion sowie dem Modell FOPROQ. Dies gestattet in Projektphase II die Entwicklung von Optimierungsstrategien für den Energiepflanzenanbau unter den naturräumlichen Gegebenheiten Schleswig-Holsteins (Geest, Hügelland). Der Einsatz von Regionalisierungsverfahren ermöglicht darüber hinaus eine Bewertung des Energiepflanzenanbaus hinsichtlich des Grundwasserschutzes auf regionaler Ebene.

 

 

Fotos
Grundwasserstand    KD Plot    Schleppschläuche    Flasche   

 

 

 

 

 

Dissertationen
  • Svoboda, Nikolai (2011): Auswirkung der Gärrestapplikation auf das Stickstoff-Auswaschungspotential von Anbausystemen zur Substratproduktion.

 

 

Redigierte Publikationen
  • Herrmann, A. und Taube, F., 2006. "Die energetische Nutzung von Mais in Biogasanlagen - Hinkt die Forschung der Praxis hinterher?" Berichte über Landwirtschaft 84(2), 165-197.

 

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Transferpublikationen
  • Taube F., Herrmann A. 2008. Mais zur Biogaserzeugung: Anbau- und Fruchtfolgesysteme. Mais, Spezialausgabe Biogas, 16-20.
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  • Taube, F., Herrmann, A. and Pötsch, E., 2007. "What are the consequences of producing energy crops in the European Union for grassland renovation and new forage production systems?" Grassland Science in Europe 12, 463-471.
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  • Herrmann, A. und Taube, F., 2007. "Masse oder Verdaulichkeit?" DLG Saatgutmagazin Winter 06, 2-3.
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  • Herrmann A. und Taube F. 2006. Potenziale und Grenzen für Mais als nachwachsender Rohstoff in Schleswig-Holstein. Schriftenreihe der Agrar- und Ernährungswissenschaftlichen Fakultät der Universität Kiel, Heft 108, 67-76.
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  • Herrmann A. und Taube F. 2006. Potenziale und Grenzen für Mais als nachwachsender Rohstoff. Bauernblatt Schleswig-Holstein und Hamburg 60./156. Jahrgang, Ausgabe vom 18. Februar, S. 30-34.
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  • Herrmann A. 2006. Mais für die Biogasanlage: wann ernten ? Mitteilungen der Landwirtschaftskammer, Aktuelles aus Grünland und Futter-bau 2005, 28-31.

 

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Tagungsbeiträge und weitere Vorträge
  • Svoboda, N., Wienforth, B., Mehrtens, H., Sieling, K., Kage, H., Taube, F. und Herrmann, A. 2009: Modellgestützte Berechnung von Nitrat-Frachten nach Gärrestausbringung - Einfluß der N-Düngerform. Berichte der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften 4, 25-29. (Poster)
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  • Svoboda, N., Wienforth, B., Mehrtens, H., Sieling, K., Kage, H., Taube, F. und Herrmann, A. 2009: Biogas, Mais und Bodenart - Nitrataustrag nach Gärrestapplikation. Mitt. Gesell. Pflanzenbauwiss. 21, 207-208. (Poster)
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  • Svoboda, N., Wienforth, B., Mehrtens, H., Kage, H., Taube, F. und Herrmann, A. 2009: Grundwasserbelastung durch Biogas? Mitteilungen der Arbeitsgemeinschaft Grünland und Futterbau. 10, 113-116. (Poster)
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  • Svoboda, N., Wienforth, B., Mehrtens, H., Sieling, K., Kage, H., Taube, F. und Herrmann, A. 2009: Nitrate leaching potential of biomethane waste applied to maize - a model based evaluation. Farming Systems Design 23.-26. 08. 2009 in Monterey, California, USA (Poster)
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  • Herrmann A. und Taube F. 2008. Nachhaltige Energiepflanzenproduktion und Biogaserzeugung. AG Geobotanik, 12. Januar 2008, Kiel.
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  • Andree H., Dittert K., Hartung E., Herrmann A., Kage H., Pacholski A., Sieling K. und Taube F. 2008. BIOGAS-EXPERT: Modellgestütztes Stoffstrommanage¬ment im System Boden-Pflanze-Fermenter. Vortrag anlässlich des Workshops ‚Biomassenutzung – quo vadis’, 15.3.2008, Husum.
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  • Herrmann A, Miehe A.K., Taube F. 2008. Biogaserzeugung aus landwirtschaftlichen Rohstoffen – Monitoring des Substratan¬baus und der Gärrestverwertung. Vortragsveranstaltung der Deutschen Landeskulturgesellschaft, 17. April 2008, Rendsburg.
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  • Svoboda N., Wienforth B., Herrmann A., Sieling K., Mehrtens H., Kage H. and Taube F. 2007. Influencing the soil moisture regime by cultivating special crop rotations for biogas production - simulated scena-rios of different landforms in Schleswig-Holstein. Tagungsband IALE-D Jahrestagung 2007, 79.
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  • Pacholski A., Dittert K., Andree H., Hartung E., Herrmann A., Kage H., Sieling K. und Taube F. 2007. Biogas-Expert - Untersuchung der Ertragspotentiale und des Stickstoffhaushaltes in ausgewählten Biogasfruchtfolgen in Schleswig-Holstein. Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften, Band 19, 208-209.
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  • Pacholski A., Dittert K., Andree H., Hartung E., Herrmann A., Kage H., Sieling K. und Taube F. 2007. Biogas-Expert - ein fakultätsübergreifendes Projekt zur Untersuchung der Ertragspotentiale und des Stickstoffhaushaltes in ausgewählten Biogasfruchtfolgen. Mitteilungen der Arbeitsgemeinschaft Grünland und Futterbau, Band 8, 213-216.
    Poster (pdf)
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  • Svoboda, N., Wienforth, B., Mehrtens, H., Sieling, K., Herrmann, A., Kage, H. und Taube, F., 2007: Auswirkungen von Energiefruchtfolgen auf den Bodenwasserhaushalt – Szenarienberechnungen unterschiedlicher Wasserregime. Mitt. Gesell. Pflanzenbauwiss. 19, 212-213. (Poster)
    50. Pflanzenbautagung in Bonn, 18.-20.09.2007
    Gesamter Tagungsband 2007 (pdf)
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  • Wienforth, B., Svoboda, N., Sieling, K., Mehrtens, H., Herrmann, A., Taube, F. und Kage, H., 2007: Biomassepotentiale von Energiefruchtfolgen – Szenarienberechungen zur Trockenmasseproduktion und Wassernutzungseffizienz unter unterschiedlichen Wasserregimen. Mitt. Gesell. Pflanzenbauwiss. 19, 210-211. (Poster)
    50. Pflanzenbautagung in Bonn, 18.-20.09.2007
    Gesamter Tagungsband 2007 (pdf) und Poster (pdf)
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  • Wienforth, B., Svoboda, N., Sieling, K., Herrmann, A., Mehrtens, H., Taube, F. und Kage, H. 2007: Water limitation of energy crop rotations – a simulation study for german conditions. ASA-CSSA-SSSA International Annual Meetings, 04.-08.11.2007 in New Orleans, Lousiana, USA. (Poster)
    Kurzfassung zu Poster (pdf) und Poster (pdf)
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  • Svoboda, N., Wienforth, B., Herrmann, A., Mehrtens, H., Sieling, K., Kage, H. und Taube, F., 2007: Influence of crop rotation design for biomethane production on soil moisture regime – scenario simulations for different sites in Germany. ASA-CSSA-SSSA International Annual Meetings, 04.-08.11.2007 in New Orleans, Lousiana, USA. (Poster)
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  • Wienforth, B., Svoboda, N., Sieling, K., Herrmann, A., Mehrtens, H., Taube, F. und Kage, H., 2007: Biomassepotentiale von Energiefruchtfolgen – Szenarienberechungen unterschiedlicher Wasserregime. 51. Jahrestagung der AG Gründland und Futterbau der Ges. für Pflanzenbauwiss. 8, 176-179, 30.08.-01.09.2007 in Göttingen. (Poster)
    Poster (pdf)
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  • Taube F. und Herrmann A., 2007. Kriterien für einen nachhaltigen Maisanbau zur Biogaserzeugung. DMK Jahrestagung, 23. November 2007, Rostock-Warnemünde.
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  • Herrmann A. und Taube F. 2007. Nachwachsende Rohstoffe aus land-wirtschaftlich erzeugter Biomasse - Konfliktpotential für Umweltziele der EU. Vortrag anlässlich der Anhörung der Arbeitsgruppe Ernährung, Landwirtschaft, Verbraucherschutz der FDP-Fraktion im Deut-schen Bundestag, 26.3.2007, Berlin.
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  • Herrmann A. und Taube F. 2007. Nachwachsende Rohstoffe aus land-wirtschaftlich erzeugter Biomasse - Konfliktpotential für Umweltziele der EU. Vortrag anlässlich des SPD-Umweltforums 'Möglichkeiten und Grenzen des Biomasseanbaus', 1. Juni 2007, Rendsburg.
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  • Herrmann A. 2007. Humus- und N-Problematik des Gärresteinsatzes in Mais-Monokultur. Vortrag anlässlich des DLG Ausschusses Ackerbau, 26. Juni 2007, Neunburg vorm Wald.
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  • Herrmann A. 2007. Produktion und Nutzung von Pflanzen zur Biogaserzeugung - Ökologische Aspekte und Ansätze zur Modellierung. Vortrag Universität Hohenheim, 17. Juli 2007.
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  • Herrmann A., 2007. BIOGAS-EXPERT: A model-assisted management of matter fluxes in the soil-crop-fermenter system. Vortrag am De-partment of Plant and Environmental Sciences, NLH, Agricultural University of Norway, As, 23. November 2007.
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  • Dittert, K., Hartung, E, Herrmann, A., Kage, H., Pacholski, A., Sieling, K. und Taube, F., 2006: "BIOGAS-EXPERT - Modellgestütztes Stoffstrommanagement im System Boden-Pflanze-Fermenter". Kolloquium Nutzpflanzenwissenschaften, Kiel, 01.11.2006.
    Vortrag (pdf)

 

 
     

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