Gülleausbringung. Umweltschonend und bedarfsgerecht
Die Nährstoffgehalte in Wirtschaftsdüngern schwanken erheblich. NIRS-Sensoren sollen die Nährstoffermittlung vereinfachen, eine exaktere Ausbringung ermöglichen, den überbetrieblichen Austausch fördern und den Dokumentationsaufwand reduzieren. Die Technik wird seit einigen Jahren auf Herz und Nieren getestet. Yves Reckleben fasst den aktuellen Wissensstand zusammen.
Wenn man es nicht messen kann, kann man es nicht verbessern.« Dieses Zitat des bekannten Ökonomen Peter F. Drucker trifft auch für Gülle und Gärreste zu. Nur wenn der Anwender weiß, was tatsächlich »drin« ist, lässt sich die Ausbringung effizient gestalten.
Gülle weiter im Einsatz
Künftig werden organische Dünger – insbesondere Gülle – in weitaus größerem Umfang auch in Ackerbaubetrieben eingesetzt werden (müssen), um knappe oder teure Mineraldünger zu ersetzen. Und auch für die Viehhalter steigt der Druck, die regionalen Nährstoffüberschüsse zu vermindern. Außerdem kann die effiziente Nutzung organischer Dünger ganz grundsätzlich den Mineraldüngereinsatz reduzieren, was auch der Umwelt und dem Klima zugutekommt. Seit dem Jahr 2021 prüfen wir in dem Modell- und Demonstrationsvorhaben (MuD) NIRS in Rheinland-Pfalz, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein, wie wir den gesteckten Zielen mithilfe von Sensortechnik am Güllefass näher kommen können. Insgesamt sind 18 landwirtschaftliche Betriebe und Lohnunternehmen mit einer jährlichen Ausbringmenge von mehr als 700 000 m3 Rinder- und Schweinegülle sowie Gärresten beteiligt.
Die Düngeverordnung fordert, dass die Nährstoffgehalte in Wirtschaftsdüngern vor der Ausbringung bekannt sein müssen. Außerdem bestehen entsprechende Nachweispflichten beim Inverkehrbringen. Die Ermittlung der Gehalte kann dabei nach Standardtabellenwerten (Richtwerten) oder nach wissenschaftlich anerkannten Analysemethoden im Labor erfolgen. Dafür wird eine Nährstoffprobe am Güllelager genommen und dann zur Ausbringung das Analyseergebnis genutzt.
Die Deklaration der Inhaltsstoffe mit diesen Verfahren ist oftmals nicht ausreichend, da die Angaben zu ungenau sind. Die größten Fehler bei der Quantifizierung der Nährstoffkonzentrationen mittels Laboranalyse entstehen bei der Probennahme und dem Homogenisieren der Gülle. Viele Lagerbehälter lassen sich nur unzureichend aufrühren (zu kleine Rührwerke) oder können überhaupt nicht homogenisiert werden (Unterstalllagerung). Diese Fehlerquellen lassen sich selbst durch die beste Laboranalyse nicht mehr ausgleichen. Zudem vergehen von der Probennahme bis zur Vorlage der Analyseergebnisse teils bis zu zwei Wochen. Und Standardrichtwerte geben nur die jeweiligen Durchschnittswerte aus einer Vielzahl von Betrieben mit dem gleichen Haltungs- und Fütterungsregime wieder, nicht aber die »echte« Situation des Einzelbetriebes.
Die Folge dieser gängigen Vorgehensweise sind Nährstoffnutzungseffizienzen bei Wirtschaftsdüngern von nur ca. 50 %.
Mineralischer Düngebedarf bei unterschiedlichen Nährstoffnutzungseffizienzen (NUE)
| Bedarf der Kultur (kg N/ha) | Nmin (kg N/ha) | Düngermenge (kg N/ha) | NUE aus Wirtschaftsdüngern (%) | organisch (kg N/ha) | mineralisch (kg N/ha) |
| 180 | 20 | 160 | 50 | 80 | 80 |
| 180 | 20 | 160 | 60 | 96 | 64 |
| 180 | 20 | 160 | 70 | 112 | 48 |
| 180 | 20 | 160 | 80 | 128 | 32 |
| 180 | 20 | 160 | 90 | 144 | 16 |
Starke Schwankungen bei den Werten. Neben der zum Teil schwer kalkulierbaren zeitlichen Verfügbarkeit der Nährstoffe aus Wirtschaftsdüngern ist die große Streuung der tatsächlichen Nährstoffgehalte ein zentraler Grund für den hohen Mineraldüngereinsatz in organisch düngenden Betrieben (Übersicht). Das gilt selbst für vermeintlich homogene Wirtschaftsdünger, wie Grafik 1 zeigt. Hier ist die Variabilität von 41 Fassbefüllungen bei Sauengülle dargestellt. Alle 41 Güllefässer wurden mit je 25 m3 Volumen (= 1 025 m3) und im Durchschnitt der 41 Messungen 3,06 kg Gesamt-N/m3 ausgebracht. Das Minimum lag bei 1,70 kg/m3 und das Maximum bei 4,30 kg/m3. Die betriebseigene Probe vor der Ausbringung betrug 1,83 kg N/m3, und der Richtwert der Landwirtschaftskammer Niedersachsen liegt bei 3,70 kg N/m3.
Das bedeutet: Nach Betriebsprobe sind 1 878 kg N ausgebracht worden. Nach NIRS wären es 3 137 kg gewesen – also 67 % mehr. Diese Streuung ist für eine bedarfsgerechte Düngung viel zu hoch und kann nur durch kontinuierliche Sensormessungen hinreichend erfasst werden.
Auch Grafik 2 zeigt, dass der Betrieb zu wenig Wirtschaftsdünger ausgebracht hat. Nur im Lager 4 wurde mittels NIRS ein höherer Nährstoffgehalt gemessen. Den Mangel hätte der Betrieb wahrscheinlich mit Mineraldünger ausgeglichen, um den Ertrag abzusichern.
Die Problematik der variablen Nährstoffgehalte im Güllelager ist mit der herkömmlichen Vorgehensweise nicht zu lösen. Selbst zwischen zwei nacheinander befüllten Tankwagen kann eine Differenz von mehr als 20 % bestehen, was bei konstanter Dosierung nach Kubikmeter zu erheblichen Fehlern im Produktionssystem führt und vermutlich auch zu einer Ausdehnung der Roten Gebiete.
Geringer Aufwand, besseres Ergebnis. Nennenswerte Fortschritte bei der Nährstoffnutzungseffizienz sind zu erwarten, wenn Betriebsleiterinnen und Betriebsleiter mit genauen Angaben zu den Nährstoffgehalten in Gülle und Gärrest planen und Sicherheitszuschläge in Form mineralischer Dünger reduzieren können. Der Vorteil der NIRS-Messmethode liegt in der einfachen und kontinuierlichen Erfassung der Inhaltsstoffe und ihrer Konzentrationen während der Befüllung der Tankwagen bzw. der Ausbringung. Schwankungen der Konzentrationen können so berücksichtigt werden, was eine bedarfsgerechte Düngung erleichtert. Zudem reduziert sich durch die digitale Erfassung der Inhaltsstoffe der Dokumentationsaufwand deutlich.
Die Effizienz der eingesetzten Wirtschaftsdünger hängt neben standortspezifischen und klimatischen Faktoren
maßgeblich von deren TS-Gehalt ab. Daher ist die Erfassung der unterschiedlichen organischen Wirtschaftsdünger mittels NIRS-Technik die Basis für die Modellregionen im MuD-NIRS. Die Praxis zeigt außerdem, dass auch die Nährstoffverteilung im Güllelager aufgrund der unterschiedlichen TS-Verteilung sehr verschieden sein kann. Das lässt sich durch Homogenisieren bzw. Aufrühren zeitweise kompensieren. Doch auch hier gilt es, die Unterschiede zum Entnahmezeitpunkt mittels NIRS-Technik zu ermitteln und die Ausbringmenge daran anzupassen.
Große Umweltwirkung. Mit Blick auf die Grundwasser- und Luftqualität liegt in der Verbesserung der Verwertungseffizienz organischer Dünger im Ackerbau ein erhebliches ökologisches und ökonomisches Potential. Für Schleswig-Holstein lässt sich das wie folgt beziffern: Ausgehend von knapp 1 Mio. ha landwirtschaftlich genutzter Fläche und einem angenommenen N-Einsparpotential von bis zu 50 kg N/ha bei einer gesteigerten Wirkung von 50 auf 80 % ergibt sich eine Stickstoffeinsparung von 50 000 t pro Jahr. 70 % dieses Überschusses gelangen in unsere natürlichen Ökosysteme. Das unterstreicht, wie wichtig eine präzise Abschätzung der aktuellen Nährstoffgehalte aus organischen Düngern zur Steigerung der N-Effizienz ist.
Warum wird die Technik in der Praxis noch nicht stärker genutzt? Der Sensoreinsatz gliedert sich meist in verschiedene Ausbaustufen. Das bedeutet, die Erstnutzer von NIRS-Sensoren sind meist die klassischen viehhaltenden Betriebe, die sich auf das Herdenmanagement und die Prozesse im Stall konzentrieren. Sie lassen ihre Wirtschaftsdünger in der Regel von Lohnunternehmen ausbringen. Diese sind Multiplikatoren für die NIRS-Technik. Allerdings waren bisher nur vergleichsweise wenige Lohnunternehmen bereit, in die Technik zur Echtzeitanalytik am Güllefass zu investieren, deren Kosten sich auf 30 000 bis 55 000 € belaufen.
Außerdem stößt die Technologie bei Mischgüllen mit HTK oder Geflügelmist noch an ihre Grenzen. Das liegt daran, dass der Sensor bei dunkler Gülle schlechter differenzieren kann. Dieses Problem sind wir im Rahmen des Projektes angegangen, und die Hersteller arbeiten intensiv an einer Anpassung der Kalibrationen.
Hemmend für eine breitere Umsetzung in der Praxis ist zudem die Tatsache, dass die NIRS-Technik nach Düngerecht bisher nur in drei Bundesländern anerkannt ist (Bayern, Nordrhein-Westfalen und Schleswig-Holstein). Allerdings beschäftigen sich aktuell auch die Düngereferenten der anderen Länder intensiv mit dem Thema.
Neben der NIRS-Technik gibt es noch weitere Hebel, um die Effizienz der Wirtschaftsdüngerausbringung zu steigern. Mit dem Wissen über die Nährstoffgehalte besteht rechnerisch bei fast allen Kulturen und den geltenden Düngevorgaben die Möglichkeit, nahezu 100 % des Bedarfes aus Wirtschaftsdüngern zu decken. Aktuell könnte man mit NIRS plus richtiger Ausbringtechnik (Schleppschuh oder Schlitztechnik) eine Ausnutzung des ausgebrachten Nährstoffs aus Wirtschaftsdüngern von ca. 75 bis 80 % erreichen. Das heißt, von 170 kg ausgebrachtem Nährstoff ließen sich 75 bis 80 % über den Ertrag abfahren. Der Rest könnte durch gezielte nährstoffabhängige Dosierung von Stabilisatoren (Ansäuerung oder Nitrifikationsinhibitoren) auf ein Minimum reduziert werden. Die Nutzung aller technischen Möglichkeiten in Kombination mit den richtigen Ausbringterminen kann dazu beitragen, den Mineraldüngeraufwand auf ein Minimum herunterzufahren. Dann müssten bei einem Bedarf von 180 kg N für 100 dt Ertrag bei Weizen mit 12 % Rohprotein nur 10 kg N mineralisch zugeführt werden (sofern das Stroh auf dem Feld bleibt). So ließen sich allein in Schleswig-Holstein rund 50 000 t mineralischen Stickstoffs einsparen.
