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08.09.2015 Vergleich von Berechnungsansätzen zur standortspezifischen Ermittlung der Stickstoff-Mineralisation von Ackerböden Vortrag zur DBG-Jahrestagung.

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1 Vergleich von Berechnungsansätzen zur standortspezifischen Ermittlung der Stickstoff-Mineralisation von Ackerböden Vortrag zur DBG-Jahrestagung 2015 in München Theresa Seith, Dr. Richard Beisecker (IfÖL) IfÖL

2 Inhalt des Vortrags  Veranlassung und Zielsetzung  Standorte  Methodik zur Berechnung der N-Mineralisation  Ergebnisse  N-Poolgrößen  N-Mineralisation  Einfluss von Bodenparametern und Kulturart  Zusammenfassung 2 IfÖL

3 DVGW F-&E-Vorhaben: „Abschätzung der standort- und kulturartspezifischen N-Nachlieferung von Ackerböden zur Verbesserung der gewässerschonenden N-Düngebedarfsermittlung“ B EISECKER et al., 2015 Veranlassung und Zielsetzung 3 IfÖL

4 Einrichtung von 8 Feldmessflächen mit jeweils 2 Messplätzen Standorte Feldmessflächen 4  kontinuierliche Messung von Bodenfeuchte und Bodentemperatur in 3 Bodentiefen (15, 45, 75 cm) an 2 Messplätzen pro Fläche (16 Messplätze) für 3 Jahre ( )  begleitende Boden- und Pflanzenanalysen (N min -Gehalte, gravimetrische Wassergehalte, N- Gehalte im Pflanzenaufwuchs)  praxisübliche landwirtschaftliche Bewirtschaftung während der Projektlaufzeit IfÖL

5 Bodenkennwerte Standorte Feldmessflächen 5 IfÖL

6  Mineralisationsfunktion abgeleitet aus Inkubationsversuchen (MIN N ) z.B. S TANFORD & S MITH (1972), N ORDMEYER & R ICHTER (1985), K ERSEBAUM (1989) u.a. Reaktionskinetik 1. Ordnung mit 2-Komponenten-Modell  Berechnung nach zwei Ansätzen: Berechnung der N-Mineralisation 6 N slow -Poolgröße: langsam abbaubare N- Fraktion N fast -Poolgröße schnell abbaubare N-Fraktion TTemperatur Θ Wassergehalt IfÖL

7 Berechnung der N-Mineralisation Reaktionskoeffizienten (k-Faktoren): 7 L ORENZ, 2004 IfÖL

8 Berechnung der N-Mineralisation N-Poolgrößen: 8 IfÖL

9 Berechnung der N-Mineralisation 9 N slow -Poolgröße: langsam abbaubare N-Fraktion N fast -Poolgröße schnell abbaubare N-Fraktion TTemperatur Θ Wassergehalt Messdaten der Temperatur Funktion über kontinuierliche Messdaten f (T) kontinuierlich erfasste Eingangsparameter Messdaten der Bodenfeuchte (HERMES nutzt simulierte Daten) Faustzahl in Abhängigkeit von N t N USKE (1983) Pedotransferfunktion in Abhängigkeit von Tongehalt und mittlerer Herbsttemperatur H EUMANN et al. (2011b) Faustzahl in Abhängigkeit von N in Ernteresten HERMES Pedotransferfunktion in Abhängigkeit von Tongehalt und N t H EUMANN et al. (2011b) diskontinuierlich erfasste Eingangsparameter IfÖL

10 Ergebnisse: N-Poolgrößen Mittlere N-Poolgrößen nach Berechnungsansätzen und Jahren 10 IfÖL

11 Ergebnisse: N-Poolgrößen Mittlere N-Poolgrößen in Abhängigkeit der Hauptbodenart 11 IfÖL

12 Ergebnisse: N-Poolgrößen 12 N t -Gesamtvorrat N slow N-MineralisationN-Immobilisation N fast N min (NH 4 + +NO 3 - ) kg/ha (3.400 – 9.150) 780 kg/ha ( ) 70 kg/ha (0-135) 40 kg/ha (11 – 92; max. 288) PTF 1 : N slow -Pool (HERMES)±48,08 [kg/ha] = 170,81±61,6 x C org -Gehalt [%] ,07±603,21 x N t -Gehalt [%] + 5,77±1,60 x Tongehalt [%]; korr. R 2 = 0,996 Quelle: B EISECKER et al., 2015 IfÖL

13 Ergebnisse: N-Mineralisation im Jahresverlauf 13 Fläche K 2013: WW nach ZR AZ: 79 Ba: Uls N t : 0,103 % C/N: 8,24 IfÖL

14 Ergebnisse: N-Mineralisation Berechnete mittlere jährliche MIN N nach den verschiedenen Ansätzen (N = 46) mit Spannweiten 14 aab**aab**a**a**a** IfÖL

15 Ergebnisse: N-Mineralisation Einfluss der Bodeneigenschaften: Rangkorrelationskoeffizienten nach Spearman zwischen berechneter jährlicher MIN N und Bodenparametern (N = 46) 15 IfÖL

16 Ergebnisse: N-Mineralisation Einfluss der Kultur (Dauer der Wachstumsperiode) 16 IfÖL

17 Ergebnisse: N-Mineralisation Einfluss der Kultur (Dauer der Wachstumsperiode) 17 Quelle: B EISECKER et al., 2015 IfÖL

18 Zusammenfassung  Mit beiden Ansätzen konnte die N-Mineralisation der Feldmessflächen berechnet werden  N-Poolgrößen der verschiedenen Ansätze sind vergleichbar  Verschiedene Ansätze mit signifikant unterschiedlicher Gewichtung der MIN Nfast und MIN Nslow führen zu vergleichbaren Gesamtmineralisationen  Mittlere jährliche N-Mineralisation beträgt 180 kg N ha -1  Literaturvergleich zeigt ähnliche Ergebnisse  N t -Gehalt hat signifikanten Einfluss auf MIN Nslow  Die N-Mineralisation kann kulturartspezifisch in Abhängigkeit der Wachstumsdauer berechnet werden 18 IfÖL

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 19 Dank an den DVGW, die Wasserversorgungsunternehmen und den LLH für die Unterstützung und Förderung des Projekts

20 Quellen  Beisecker, R.; Piegholdt, C.; Seith, T. & Helbing, F. (2015): Abschätzung der standortspezifischen Stickstoffnachlieferung zur Optimierung der gewässerschonenden Stickstoff-Düngung – Band II: Textband (Auswertungen und Ergebnisse); Vorläufiger Abschlussbericht zum DVGW-Forschungsvorhaben W ; Kassel.  Heumann, S. & Böttcher, J. (2004a): Temperature functions of the rate coefficients of net N mineralization in sandy arable soils - Part I. Derivation from laboratory incubations. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 167, 381–389.  Heumann, S. & Böttcher, J. (2004b): Temperature functions of the rate coefficients of net N mineralization in sandy arable soils - Part II. Evaluation via field mineralization measurements. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 167, 390–396.  Heumann, S.; Ringe, H. & Böttcher, J. (2011a): Field-specific simulations of net N mineralization based on digitally available soil and weather data. I. Temperature and soil water dependency of the rate coefficients. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 91,  Heumann, S.; Ringe, H. & Böttcher, J. (2011b): Field-specific simulations of net N mineralization based on digitally available soil and weather data. II. Pedotransfer functions for the pool sizes. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 91,  Heumann, S.; Ratjen, A.; Kage, H. & Böttcher, J. (2014): Estimating net N mineralization under unfertilized winter wheat using simulations with NET N and a balance approach. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 99,  Heyn, J. (2006): Ergebnisse hessischer Feldversuche seit 1998: Ertrag, Ertragskomponenten, Qualitätseigenschaften, Rentabilität, N-Saldo und N-Ausnutzung bei steigender N-Düngung bei den wichtigsten Ackerfrüchten. Landesbetrieb Landwirtschaft Hessen (Hg.), Fachgebiet Pflanzenproduktion; Kassel.  Kersebaum, K. C. (1989): Die Simulation der Stickstoff-Dynamik von Ackerböden. Dissertation, Universität Hannover.  Nordmeyer, H. und Richter, J. (1985): Incubation experiments on nitrogen mineralization in loess and sandy soils. Plant and Soil, 83,  Nuske, A. (1983): Ein Modell für die Stickstoff-Dynamik von Acker-Lößböden im Winterhalbjahr – Messungen und Simulationen. Dissertation, Universität Hannover.  Stanford, G. & Smith, S.J. (1972): Nitrogen mineralization potentials of soils. Soil Science Society of America Journal, 36, IfÖL

21 Kontakt IfÖL Theresa Seith, Dr. Richard Beisecker Windhäuser Weg Kassel Tel.: 0561/ Fax: 0561/


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