Humusgehalte auf Ackerflächen Biogas Spezialberater/-innen Modul Erfahrungsaustausch Schloß Krastowitz, 10. Okt. 2012 Humusgehalte auf Ackerflächen Bilanzen mit BGG/GRS Ergebnisse von ARGE Kompost & Biogas NÖ Zeitliche Entwicklung in Österreich Georg Dersch u. Erwin Pfundtner Abteilung Bodengesundheit und Pflanzenernährung Institut für Nachhaltige Pflanzenproduktion Bereich Ernährungssicherung

Forderung nach ganzheitlicher Betrachtung der Landnutzung (Ernährungssicherung, Klima- und Bodenschutz) Nachhaltige Produktivitäts- und Effizienzsteigerungen intensiver und extensiver Landnutzungssystemen Effizienter Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln Bessere Dungbewirtschaftung (Vergrößerung der Lager-kapazität, verlustärmere u. bedarfsgerechtere Ausbringung) Maximierung der Vorteile einer extensiven Landwirtschaft Verbesserung der landw. Bewirtschaftungsverfahren zum Schutz der Ressource Boden: Erosionsminderung, Stabilisierung bzw. zusätzliche Speicherung von org. C in den Böden (Grünlanderhaltung, Fruchtfolge: Mais vs. Ackerfutter, Böden schonend oder gar nicht bearbeiten, ) Gesteigerte Ressourcenlieferung für Bioenergie und Industrierohstoffe Erhaltung der Biodiversität (Boden, Pflanzen & Tiere, Landschaft)

Was kann Humus ? BODENPFLEGE DURCH ORGANISCHE DÜNGUNG Höheres Wasserspeichervermögen des Bodens  Abschwächung extremer Witterung Leichtere Bodenbearbeitbarkeit Energieeinsparung Verminderte Erosionsanfälligkeit  Geringerer Bodenabtrag Schnellere Bodenerwärmung Wachstumsförderung im Frühjahr BODENPFLEGE DURCH ORGANISCHE DÜNGUNG Förderung des Bodenlebens  Erhöhte Bodengare Stabilere Bodenstruktur Höhere Infiltration bessere Befahrbarkeit Höheres Nährstoffspeicher-vermögen größeres Nachlieferungspotential Phytosanitäre Wirkung  Zurückdrängen von bodenbürtigen Krankheiten 3

Ackerkulturen & Humuswirkung Quelle: „Organische Düngung“ Bundesgütegemeinschaft Kompost e.V. 4

Anteil stabiler Humus-Kohlenstoff Anteil humusreproduktionswirksamer Kohlenstoff am organisch gebundenen Kohlenstoff Gründüngung, Rübenblatt, Grünschnitt < 15% Gülle, Stroh, Fermentationsrückstände flüssig 20% – 30% Frischkomposte, Festmist, Fermentationsrückstände fest 35 % - 40% Fertigkompost > 50% Ich werde Ihnen ein paar Folien weiter vorrechnen wieviel dieser Anteil bei den von uns untersuchten Gärresten ausmacht. Quelle: „Organische Düngung“ Bundesgütegemeinschaft Kompost e.V. 5 5

Biogasanlagen in NÖ (Stand Mai 2007) 6

Gehalte (Mediane) in kg/m3 Fermentationsrückstand Ergebnisse aus Niederösterreich 2007 organische TS 49,6 145,6 23,9 Stickstoff (N) gesamt davon Ammonium -N in % von N ges Phosphat Kalium gesamt Biogasgülle separiert Gärrückstand Trocken- substanz (TS) 65,0 159,6 40,0 Biogasgülle 4,2 3,0 38,0 12,0 55,0 1,4 1,8 1,1 4,9 3,1 3,7 7 7

Organische Substanz, org. C (55%) bzw. stabiler Humus-C (30% von org Organische Substanz, org. C (55%) bzw. stabiler Humus-C (30% von org. C) in kg mit einer Ausbringungsmenge von 40 m3 Fermentationsrückstand 8 8

Humusbilanz in einer 3 jährigen Fruchtfolge mit Biogasgülledüngung - 1300 Humusverbrauch + 200 bis + 400 1x Zwischenfrucht + 1x Stroh - 300 Wintergerste Winterweizen - 700 Silomais kg Humus-C/ha +1180 bis 1380 Humuszufuhr + 981 120 m3 Biogasgülle - 120 bis + 80 Humusbilanz 9

Nutzen der Biogasgülle/Gärrückstände für den Landwirt Nährstoffe Stickstoff, Phosphor, Kalium und Mengen- u. Spurenelemente Organische Substanz (=Humus) 10

Fragestellung nach mehrjähriger Düngung mit BGG/GRS hinsichtlich Bodenqualität (im Auftrag der ARGE Kompost & Biogas NÖ) Auswirkungen regelmäßiger (jährlicher) Düngung mit Biogasgülle (BGG) bzw. Gärrückstand (GRS) auf Bodenqualität im Vergleich zu regionsüblicher Bewirtschaftung (mit Mineraldünger, mit Rinder- od. Schweinegülle, Biofläche) als Referenzfläche Auswahl von Flächen, die bereits möglichst lange und mit praxisgerechter, sachgerechter Menge mit BGG/GRS (20 – 30 m3) gedüngt werden: Damit werden bei der Untersuchung alle bisherigen akkumulierten Effekte aktuell erfasst Insgesamt 8 Ackerflächen sowie 8 in der Nähe liegende Referenzflächen im Marchfeld, Weinviertel, Waldviertel und Alpenvorland wurden ausgewählt, wobei 6 der Flächen mit BGG von Biogasanlagen (NAWARO und Wirtschaftsdünger) und 2 von Abfallanlagen gedüngt werden Regelmäßige Ausbringung von BGG bzw. GRS zumeist seit 5 – 8 Jahren. Pflanzenverträglichkeit (z.B. mit Pflanzenverträglichkeitstest) und Düngewirkung (Ertragseffekte) von BGG/GRS werden nicht geprüft (Versuche erforderlich) 11

Kriterien für die Auswahl ist Referenzfläche Vorhandensein einer geeigneten Referenzfläche im Nahbereich (tw. benachbarte Äcker, maximal 500 m entfernt) Weitestgehende Übereinstimmung der Bodenform (nach Bodenkartierung) und Bodenart (Anteile an Sand, Schluff und Ton) Regionsübliche, sachgerechte Bewirtschaftung (Schweinegülle im Alpenvorland, Rindergülle Alpenostrand und Waldviertel, Mineraldünger im Nordöstl. Flach- und Hügelland, 1 Biofläche) Anmerkung: wegen teilweise unterschiedlicher Ausgangswerte werden erst im Verlauf der Beprobungen die Veränderungen messbar und bewertbar Paarvergleiche von Praxisflächen als wissenschaftliche Methode (z.B. zwischen konventioneller und biologischer Bewirtschaftung) werden in jüngster Zeit aus Kostengründen immer häufiger und spiegeln die jeweilige aktuelle Bewirtschaftungsweise gut wider (langjährige Feldversuche mit unterschiedlichen Düngungsvarianten auf mehreren Standorten sind nicht mehr finanzierbar) 12

Untersuchungsparameter 1: Landwirtschaftliche Basisparameter Bodenkundliche Grundparameter in Anlehnung an die Niederösterreichische Bodenzustandsinventur (BZI): Korngrößenverteilung (Sand, Schluff, Ton in %) pH-Wert und Carbonatgehalt (bei pH-Wert über 6,75) Humus- und Gesamtstickstoffgehalt Austauschbare Kationen (Ca,Mg,K,Na, …); KAK Leitfähigkeit (wasserlösliche Salze) Pflanzenverfügbare Nährstoffe Phosphor, Kalium, Magnesium Zusätzlich: Vergleich der genannten Parameter mit anderen Bodenuntersuchungsmethoden („Ökodatenservice“ und nach EUF) 13

Kalium-Gehalt in CAL (mg/kg) 14

Humusgehalt (trockene Verbrennung) 15

Untersuchungsparameter 1: Landwirtschaftliche Basisparameter Ergebnisse zu den Bodenkundlichen Grundparameter Bei pH-Wert, pflanzenverfügbaren Phosphor und Humusgehalt liegen keine relevanten Unterschiede vor Durch regelmäßige Ausbringung von BGG bzw. GRS kommt es Erhöhungen des pflanzenverfügbaren Kaliumgehaltes sowie zu einer Erhöhung des K-Anteil an den austauschbaren Kationen auf im Mittel 5% Nährstoffdisharmonien sind vor allem auf Standorten mit geringerer Speicherkapazität zu vermeiden Wenn die Nährstoffmengen der BGG/GRS unter Heranziehung von Bodenuntersuchungsergebnissen gezielt dem standörtlichen Bedarf angepasst werden, ist eine nachhaltige Ausbringung und Verwertung gewährleistet. 16

Untersuchungsparameter 2: Landw. Zusatzparameter und Schwermetalle Weitere relevante Bodenparameter N-Nachlieferungspotential (Bebrütungswert) Spurennährstoffe (Cu, Zn, Mn, Fe) im EDTA-Auszug Borgehalt im Acetatauszug Aggregatstabilität (bodenphysikal.Parameter) Schwermetallgehalte: Kupfer und Zink Blei und Cadmium Nickel, Chrom und Quecksilber 17

N-Nachlieferungspotential (Bebrütung) in mg N/kg u. Woche 18

Untersuchungsparameter 2: Landw. Zusatzparameter und Schwermetalle Ergebnisse Mit den praxisüblichen Ausbringungsmengen bleibt das das N-Nachlieferungspotential (Bebrütungswert) zumeist im mittleren Bereich Die Gehalte der Spurennährstoffe (Bor, Cu, Zn, Mn, Fe) liegen in den standorttypischen ausreichenden Bereichen Schwermetallgehalte: Die Schwermetallgehalte liegen in den unbedenklichen Bereichen entsprechend den BZI-NÖ Daten von 1993 Es ist keine Änderung der Gehalte nach der 2 Beprobung im Abstand von etwa 4 Jahren erkennbar. 19

Untersuchungsparameter 3: Bodenbiologie Kooperation mit dem Bundesamt für Wald: Phospholipid-Fettsäuremuster (ermöglicht Rückschlüsse auf qualitative und quantitative Zusammensetzung der Bodenmikroorganismen: gram+,gram - Bakt., Actinomyceten, VAM-Pilze, Bakterien/Pilze) Basalatmung (mikrobielle Aktivität, Biomasse-C) Substratinduzierte Respiration 20

Basalatmung (µgCO2/gTS * h) 21

Phospholipidfettsäuren Gesamt-PLFA (nmol/g TM) 22

Anteil der div. Bodenmikroorganismen an Gesamt-PLFA (BGG 2008/2011) 23

Anteil der div. Bodenmikroorganismen an Gesamt-PLFA (Referenzfl 24

Untersuchungsparameter 3: Bodenbiologie Kooperation mit dem Bundesamt für Wald: Phospholipid-Fettsäuremuster (ermöglicht Rückschlüsse auf qualitative und quantitative Zusammensetzung der Bodenmikroorganismen: gram+,gram - Bakt., Actinomyceten, VAM-Pilze, Bakterien/Pilze) Basalatmung (mikrobielle Aktivität, Biomasse-C) Substratinduzierte Respiration Ergebnis: Mittels multivariater Auswertungsverfahren (Hauptkomponenten- und Clusteranalyse) zeigte sich keine deutliche Trennung zw. den BGG bzw. GRS-gedüngten Flächen und den Referenzflächen, wenn alle mikrobiellen Bodenparameter einbezogen wurden. 25

Stellung der Untersuchungen im nationalen Kontext Beprobt wird eine georeferenzierte, exakt eingemessene Teilfläche von etwa 1000 m3 (KG, Grundstücksnummer, Bodenform lt. Bodenkartierung bekannt) von geschulten Fachkräften lt. ÖNORM (Bodenprobenahme) Die Variabilität der Parameter wird wegen der niedrigen Beprobungsfläche möglichst gering gehalten, sodass die Effekte von Bewirtschaftungsmaßnahmen früher erkannt werden können Die Standorte gehören österreichweit zu den am intensivsten untersuchten Flächen hinsichtlich der Bodenqualität, eine Reihe von in diesem Projekt untersuchten Parameter wurde und wird bei den BZI-Standorten und Bodendauerbeobachtungsflächen (z.B. in OÖ und Salzburg) nicht erfasst (Bodenbiologie, tw. org. Schadstoffe). Ziel und Perspektive: Weiterführung der Erhebungen auf den Praxisflächen unter vergleichsweise günstigen Kosten Anerkennung und Dank gilt daher besonders allen teilnehmenden Landwirten, die wesentlich zum Zustandekommen dieser Ergebnisse beigetragen haben, und dem Land NÖ für die Finanzierung. 26

Humusgehalt eines Standortes als Ergebnis eines längerfristigen Prozesses in Richtung des nutzungs-abhängigen Fließgleichgewichtszustandes Weitestgehend wissenschaftlicher Konsens darüber (vgl. VdLUFA-Standpunkt - Humusbilanzierung) Entsprechende Ergebnisse vor allem von langjährigen Feldversuchen mit unterschiedlicher organischer und mineralischer Düngung, tw. Fruchtfolge (auch aus AUT) Versuche mit unterschiedlicher Bodenbearbeitung (Pflug vs. Direktsaat) sind zumeist erst 1 bis 2 Jahrzehnte alt Humusgehaltsveränderungen verlaufen nicht linear, daher sind nach relevanten Nutzungsumstellungen bereits kurz- bis mittelfristige Effekte messbar bei regelmäßigen (jährlichen) Beprobungen. Wann und in welchem Ausmaß sich die messbaren Effekte zunehmend vermindern, ist v.a. noch bei Bodenbearbeitungsversuchen offen, v.a. abhängig vom Humusgehalt zu Beginn des Experimentes. Projektionen in die Zukunft aus Basis von kurz- bis mittelfristigen Ergebnissen sind daher kritisch zu hinterfragen

Verlust von org. C im Boden durch Land-nutzungsänderung (Lal R. & R Verlust von org. C im Boden durch Land-nutzungsänderung (Lal R. & R. Follett 2009)

Verlauf der org. C-Gehalte im Marchfeld nach 25 Jahren: -9,4% mit Getreide ohne org. Düng. -27,7% bei Dauerschwarzbrache (Oberländer & Roth, div. Publ.)

Veränderung des Humusgehalts auf Acker-standorten nach etwa 20 J Veränderung des Humusgehalts auf Acker-standorten nach etwa 20 J. unterschiedl. Bewirtschaftung (Spiegel, Dersch et al.) 4,5 Orientierungswerte für Humusgehalte im Bearbeitungshorizont nach Tongehalt (mod. nach Körschens et al. 1998) 4,0 10 t Stallmist pro ha und Jahr 3,5 Minimale Bodenbe- arbeitung (0-10 cm) 3,0 10 t Stallmist pro ha und Jahr Fruchtfolge: Von 1/3 Hackfr.,2/3 Getr. zu 1/3 Feldf. ohne Hackfr. Humusgehalt in % Kompost (175 N/ha) nach 16 Jahren 2,5 Bewässerung 2,0 Abfuhr aller Ernterückstände 1,5 1,0 9 12 15 18 21 24 27 30 Tongehalt in %

Entwicklung der Humusgehalte in ausgewählten Ackerbauregionen und im Weinbau von 1991/95 bis 2006/09

Aktuelle Humusgehalte auf Ackerflächen, im Wein- und Obstbau (2006 – 2009)

Verbot des Strohverbrennens seit 1993 Steigerung der Bodenfruchtbarkeit (u.a. des Humusgehaltes) seit Etablierung des ÖPUL (1995) Verbot des Strohverbrennens seit 1993 Einführung von Begrünungen seit 1995 Verbesserte Verwertung der Gülledüngung (verlustarme Ausbringung, Bindung durch Begrünungen im Herbst) Relevante Verminderung der N-Auswaschung über Winter Nachwirkung organischer Düngergaben in der Vergangenheit zu niedrig bewertet (ab 6. Auflage der RSGD: Faktoren für Jahreswirkung, v.a. im ÖPUL erhöht) Verminderte Zufuhr von mineral. N-Ergänzungsdüngergaben wegen höherem N-Nachlieferunspotentials der Ackerstandorte insbesondere auf Standorten mit regelmäßiger Wirtschaftsdüngeranwendung angezeigt Etablierung von weniger intensiven Bodenbearbeitungs-systemen (weniger Pflugeinsatz, Zunahme v.a. Mulch- und Direktsaat)

Kulturartenverteilung auf Ackerflächen in den Hauptproduktions-gebieten bei Biologischer Bewirtschaftung (1), Ökopunkte-NÖ (18) und den restlichen INVEKOS-Flächen Hauptproduktions-gebiet Bewirtschaftung Flächen (ha) Getreide Hack-früchte Feld-futter Eiweiß-pflanzen Öl-früchte 6 – Alpenvorland Biologisch 18.745 48,1 10,2 27,1 5,9 4,9 ÖKOPUNKTE-NÖ 4.748 38,9 26,6 31,0 0,5 1,8 Restl. INVEKOS 304.648 43,9 35,3 7,4 0,6 9,7 7 – Südöstl. Flach- und Hügelland 10.705 43,0 12,1 21,8 5,5 13,3 138.846 19,0 54,0 5,0 0,3 17,3 8 - Nordöstliches Flach- und Hügelland 72.866 52,0 10,3 17,4 5,6 6,0 709 50,7 13,4 18,8 5,1 7,1 459.789 57,9 19,2 1,5 12,7 Österreich 170.501 48,7 8,5 27,9 4,7 36.492 48,4 32,7 2,7 2,5 1,193.301 46,2 9,4 1,1 10,6

Kulturartenverteilung und Erosion (ÖPUL-Evaluierung Schutzgut Boden)

Zusammenfassung: Org. C-Speicherung in Böden Die mittleren Veränderungen bei derzeit üblichen Bewirtschaftungsformen (Bodenbearbeitung, mineralischer- und Wirtschafts-Düngung, Begrünung) liegen bei etwa 0,2 – 0,4% Humus in 20 Jahren, das bedeutet jährliche Änderungen von 0,01 – 0,02%. Es ist anzunehmen, dass sich dieser Trend abschwächt, die zukünftigen Zunahmen bei gleichbleibender Bewirtschaftung werden geringer sein. Bedeutende Erosionsminderungen, eventuell auch relevante organische C-Steigerungen sind von Direktsaatverfahren zu erwarten (bei völligem Verzicht auf Bodenbearbeitung), was in Ländern mit sehr großen Agrarflächen wie Brasilien, Argentinien, USA und Australien (bei einfacheren Fruchtfolgen und Einsatz von Totalherbiziden) zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die jährliche Aufbringung von Kompost (175 kg N in Form von Rindermist-, Grünschnitt, Biotonnen- und Klärschlammkompost) führt zu Erhöhungen um etwa 0,7% (zwischen 0,03 und 0,05% Humus pro Jahr) nach 18 Jahren verglichen mit der ungedüngten Variante. Bei Aussetzen der Kompostzufuhr geht der Humusgehalt wieder zurück.

Folgerungen: C-Speicherung in Böden Humusschonende bzw. humusmehrende Bewirtschaftungs-weisen, v.a. auch Erosionsschutz sind absolut erforderlich, um nachhaltig die Bodenfruchtbarkeit und Ertragsstabilität zu sichern und extreme Witterungsereignisse (Trockenheit, Starkregen) besser abfedern zu können. Finanzielle Abgeltungen bei Einhaltung von entsprechenden Auflagen sind weiterzuführen bzw. in Richtung Steigerung der Bodenfruchtbarkeit (Humus, Erosionsschutz, Vermeidung von Verdichtungen) zu lenken. Der potentielle C-Speicherung der Böden ist in Bezug auf die THG-Emissionen der Landwirtschaft relevant, die Speicherung ist jedoch labil und kann durch unsachgemäße Bewirtschaftung vergleichsweise rasch wieder freigesetzt werden. Einsatz von Biogasgülle führt nach den bisherigen Daten zu keinen nachteiligen Entwicklungen der Bodenqualität, es ist jedoch darauf zu achten, dass der Anteil von Silomais in der Fruchtfolge zu begrenzen ist.

Danke für Ihre Aufmerksamkeit, weitere Infos unter/bei: Abteilung Bodengesundheit und Pflanzenernährung Andreas Baumgarten: andreas.baumgarten@ages.at Heide Spiegel: adelheid.spiegel@ages.at Erwin Pfundtner: erwin.pfundtner@ages.at Georg Dersch: georg.dersch@ages.at Tel.: 050 555/34125 Homepage: http://www.ages.at/ages/landwirtschaftliche-sachgebiete/boden/