Laufende Projekte

Wirkung von inhibiertem Ammoniumsulfat zur Erhöhung der Stickstoff-Nutzungseffizienz und Minderung von Ammoniak- und Lachgasemissionen bei mineralischer Düngung: TP4

2021-03 - 2024-02 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (Gülzow, Deutschland)

In dem Projekt soll an ausgewählten Standorten die Wirkung von urease- und nitrifikationsinhibierten Ammoniumsulfat-Harnstoff im Vergleich zu den nicht-inhibierten Ammoniumsulfat-Harnstoff (AS-HS) auf die N-Nutzungseffizienz beim Rohstoffpflanzenanbau untersucht werden. Simultan gilt es, eine mögliche Wechselwirkung der Inhibitoren beim Einsatz von doppelinhibiertem AS-HS zu erfassen. Die kombinierte N-Stabilisierung mit Urease- und Nitrifikations-hemmstoffen lässt eine signifikante Minderung von Ammoniak-, Lachgas- und Nitratverlusten erwarten. Die genannten Wirkungen und der Einfluss auf den Ertrag sollen im Rahmen von Fruchtfolgeversuchen mit Silomais und integrierten Gasmessungen (NH3 und N2O) unter Praxisbedingungen geprüft werden. Um zuverlässige Aussagen über den Gesamtumfang der gasförmigen N-Verluste zu erhalten, wird zusätzlich anhand von Lysimeterversuchen die Sickerwassermenge und das Nitratauswaschrisiko sowie mithilfe von Laborinkubationsexperimenten die tatsächliche N2-Emission bestimmt. Das ist von zentraler Bedeutung für die Ermittlung von realistischen Dünger-N-Bilanzen, stellen doch die gasförmigen N2-Verluste infolge Denitrifikation einen wichtigen, aber am schwersten zu erfassenden N-Verlustpfad dar. Ergänzend zu den bereits vorliegenden ökotoxikologischen Studien und Dauerversuchen zum Umweltverhalten soll die ökotoxikologische Wirkung bzw. der Verbleib der Inhibitoren und soweit möglich deren Abbauprodukte in der Umwelt modelliert werden, um mögliche Problem-verschiebungen, insbesondere Gewässergefährdung, frühzeitig zu untersuchen. Die Bewertung der Maßnahme erfolgt über die Berechnung flächenbezogener N-Verlustraten und dreijähriger N-Bilanzen sowie mittels Ökoeffizienzanalysen. Somit soll die Maßnahme sowohl in Hinblick auf die N-Verluste als auch hinsichtlich der betrieblichen Vor- und Nachteile bewertet werden. Aus den Ergebnissen werden umwelt- und ressourcenoptimierte Mineral-N-Düngungssysteme abgeleitet.

Minderung von NH3-Verlusten und Steigerung der Stickstoffeffizienz beim Einsatz synthetischer Stickstoffdünger

2020 - 2023-11 | Landwirtschaftliche Rentenbank (Frankfurt, Deutschland)

Der Forschungsverbund analysiert und bewertet Maßnahmen zur Minderung der NH3-Emission aus der Anwendung synthetischer Stickstoffdünger und zur Steigerung der Effizienz ihrer Anwendung. Im Zentrum der Untersuchungen stehen die Stickstoffdünger Harnstoff, Kalkammonsalpeter, Ammoniumnitrat-Harnstoff-Lösung und Ammoniumsulfat-Harnstoff, die zusammen für über 85% der NH3-Emission aus in Deutschland eingesetzten synthetischen Stickstoffdüngern verantwortlich sind und die ca. 70% des ausgebrachten Stickstoffs mit synthetischen Düngern stellen. Die Bewertung erfolgt auf der Grundlage von verschiedenen NH3-Messsystemen, deren quantitative Genauigkeit durch den Verbund geprüft und gesichert wird. Es werden Empfehlungen erarbeitet wie die Landwirtschaft die Anwendung synthetischer Stickstoffdünger im Kontext der Steigerung der Stickstoffeffizienz und Ertragssicherung optimieren und gleichzeitig umwelt-, klima- und gesundheitsbelastende Emissionen verringern kann. Das Verbundprojekt umfasst sowohl ein deutschlandweites Netzwerk abgestimmter Feldexperimente zur Bewertung von Düngestrategien im Kontext der Ammoniakemissionsminderung, Stickstoffeffizienz und Ertragssicherheit als auch den Wissenstransfer in die Praxis.

Projektseite

Minderung von Ammoniak- und Treibhausgasemissionen und Optimierung der Stickstoffproduktivität durch innovative Techniken der Gülle- und Gärresteausbringung in wachsende Bestände (GülleBest)

2018-11 to 2022-03 | Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Bonn, Deutschland)

Die nährstoffeffiziente, umwelt- und klimaschonende Düngung mit Gülle und Gärresten ist einer der wichtigsten Ansatzpunkte, um klima- und umweltbelastende Emissionen im Pflanzenbau zu reduzieren. Mit der Novellierung der Düngeverordnung dürfen Gülle und Gärreste im Herbst nur noch eingeschränkt auf Ackerflächen ausgebracht werden. So lassen sich Stickstoffüberschüsse nach der Ernte der Hauptfrucht und ihre negativen Folgen für das Grundwasser und Klima vermeiden. Die Ausbringung von Gülle und Gärresten wird daher, passend zum Stickstoffbedarf der Kulturen, zunehmend in wachsende Bestände mittels bandförmiger Applikation auf die Bodenoberfläche erfolgen.

Diese Neuregelung kann dazu führen, dass klima- und umweltbelastende Ammoniakemissionen aus organisch gedüngten Acker- und Grünlandflächen sogar ansteigen, da die streifenförmige Ausbringung in die Bestände höhere Emissionen verursacht als die sofortige Einarbeitung auf unbestellten Flächen. Gerade für wachsende Bestände sind daher innovative, emissionsarme Techniken erforderlich, die sowohl den Nährstoffbedarf der Pflanze optimal bedienen als auch die umwelt- und klimabelastenden Emissionen minimieren.

Pressemitteilung Uni-Hohenheim Projektseite

Publikationen

Nyameasem, J. K., Zutz, M., Kluß, C., Huf, M. ten, Essich, C., Buchen-Tschiskale, C., Ruser, R., Flessa, H., Olfs, H.-W., Taube, F., & Reinsch, T. (2022). Impact of cattle slurry application methods on ammonia losses and grassland nitrogen use efficiency. Environmental Pollution, 315, 120302. DOI:10.1016/j.envpol.2022.120302

Minderung von Treibhausgasemissionen in der Pflanzenproduktion durch standortangepasst optimierte Zwischenfruchtanbausysteme, Teilprojekt 2 (ZwiFru)

2018-11 - 2022-03 | Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Bonn, Deutschland)

Ziel des THG-ZWIFRU Projektes ist die Minderung von Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft durch die Quantifizierung und Optimierung der positiven Effekte des Zwischenfruchtanbaus. Dabei liegt der Fokus des Projektes auf drei Wirkpfaden, entlang derer standortangepasste Zwischenfruchtanbausysteme zum Klimaschutz beitragen können:

die Minderung der direkten N2O-Emissionen nach der Ernte der Hauptfrucht,
die Verringerung der Nitratauswaschung über Winter und damit einhergehende Vermeidung indirekter N2O-Emissionen sowie
ein reduzierter N-Düngebedarf in den Folgekulturen, der ebenfalls zu verringerten THG-Emissionen führt.

Im Rahmen der Verbundprojekts THG-ZWIFRU werden die Klimaschutzeffekte und die Ertragswirksamkeit unterschiedlicher Zwischenfruchtsysteme vor Mais und Zuckerrübe standortdifferenziert analysiert und bewertet. Es wird eine praxistaugliche Methoden zur Abschätzung der in der Zwischenfruchtbiomasse gebundenen N-Mengen sowie der in den Folgekulturen zu erwartenden N-Freisetzung für unterschiedliche Zwischenfruchtarten und -bestände entwickelt.

Publikationen

Essich, L., Nkebiwe, P.M., Schneider, M., Ruser, R. (2020) Is crop residue removal to reduce N2O emissions driven by quality or quantity? A field study and meta-analysis. Agriculture, 10, 546. DOI:10.3390/agriculture10110546

Abgeschlossene Projekte

Einfluß unterschiedlicher Nitrifikationsinhibitoren auf die N2O-Freisetzung nach Gülleinjektion bei Silomais

2015-03 - 2018-02 | EuroChem Agro (Mannheim, Deutschland)

Das Zusammenspiel hoher mineralischer N Verfügbarkeit und eines gleichzeitig hohen C-Umsatzes dürfte der Grund dafür sein, dass, verglichen mit einer oberflächigen Applikation, extrem hohe N2O-Emissionen bei Gülleinjektion auftreten. Obwohl dieser Effekt bereits häufig nachgewiesen wurde, wurden bis heute keine Strategien zur Minderung dieser Injektions-induzierten N2O-Emissionen getestet. Der Zusatz von Nitrifikationsinhibitoren könnte hier eine interessante Lösung bieten, weil die Nitratbildung aus dem Gülle-bürtigen Ammonium zeitlich verzögert auftritt und so eine Desynchronisation der Nitratverfügbarkeit mit dem C-Angebot (aus der Gülle) für die überwiegende C-heterotrophe, denitrifizierende Biomasse erreicht werden könnte.

Ausführliche Projektbeschreibung

Publikationen

Herr, C., Mannheim, T., Müller, T., Ruser, R. (2019) Effect of cattle slurry application techniques on N2O and NH3 emissions from a loamy soil. J. Plant Nutr. Soil Sci. 182, 964-979. DOI: 10.1002/jpln.201800376

Herr, C., Mannheim, T., Müller, T., Ruser, R. (2020) Effect of nitrification inhibitors on N2O emissions after cattle slurry application. Agronomy 10, 1174: DOI:10.3390/agronomy10081174

Effect of a combination on nitrification and urease inhibitor on trace gas fluxes after urea application

2015-01 - 2018-12 | EuroChem Agro (Mannheim, Deutschland)

Minderung von Treibhausgasemissionen im Rapsanbau unter besonderer Berücksichtigung der Stickstoffdüngung - Feldversuche zu THG-Emissionen am Standort Ihinger Hof

2013-01 - 2015-12 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (Gülzow, Deutschland)

Ziel dieses Teilprojekts ist es, die N2O-Emissionen aus Rapsflächen ganzjährig auf einem frostintensiven Standort zu erfassen und Anbauvarianten abzuleiten, die eine deutliche Minderung der Treibhausgasbelastung beim Rapsanbau sicherstellen. Um die bekanntermaßen hohe inter-annuelle Variabilität der Spurengasflüsse zu berücksichtigen, sind dreijährige Messungen vorgesehen. Die Arbeiten in Hohenheim umfassen die folgenden vier Schwerpunkte:

Anlage und Betreuung eines Parzellenversuchs am Standort Hohenheim (Ihinger Hof). Die Auswahl der Versuchsvarianten erfolgte in Abstimmung mit den anderen Teilantragsstellern. Neben den im Intensivmessprogramm untersuchten Varianten wird zudem das Reduktionspotential eines Nitrifikationshemmstoffs bei mineralischer N-Düngung quantifiziert.
Bestimmung der Spurengasflüsse über drei Versuchsjahre. Daraus werden annuelle Emissionen berechnet und standortsbezogene Emissionsfaktoren für Raps abgeleitet.
Berechnung des Emissionsminderungspotentials einzelner Maßnahmen gegenüber praxisüblicher Bewirtschaftung im Rapsanbau.
Ermittlung des Umsatzes der Ernterückstände mit Hilfe von 15N-Techniken durchgeführt. Diese Untersuchungen werden sowohl in Laboransätzen wie auch im Freiland durchgeführt.

Pressemitteilung Uni-Hohenheim Abschlussbericht

Publikationen

Ruser, R., Fuß, R., Andres, M., Hegewald, H., Kesenheimer, K., Köbke, S., Räbiger, T., Quinones, T.S., Augustin, J., Christen, O., Dittert, K., Kage, H., Lewandowski, I., Prochnow, A., Stichnothe, H., Flessa, H. (2017) Nitrous oxide from winter oilseed rape cultivation. Agric. Ecosys. & Environ. 249, 57-69. DOI: 10.1016/j.agee.2017.07.039

Kesenheimer, K., Pandeya, H. R., Müller, T., Buegger, F., Ruser, R. (2018) Nitrous oxide emissions after incorporation of winter oilseed rape (Brassica napus L.) residues under two different tillage treatments. J. Plant Nutr. Soil Sci. 182, 48-59. DOI: 10.1002/jpln.201700507

Räbiger, T., Andres, M., Hegewald, H., Kesenheimer, K., Köbke, S., Suarez-Quinones, T., Böttcher, U., Kage, H. (2020) Indirect nitrous oxide emissions from oilseed rape cropping systems by NH3 volatilization and nitrate leaching as affected by nitrogen source, N rate and site conditions. Europ. J. Agronomy 116, 126039. DOI: 10.1016/j.eja.2020.126039

Kesenheimer, K., Flessa, H., Augustin, J., Hegewald, H., Köbke, S., Dittert, K., Räbiger, T., Suarez Quinones, T., Prochnow, A., Hartung, J., Fuß, R., Stichnothe, H., Ruser, R. (2021) Nitrification inhibitors reduce N2O emissions induced by application of biogas digestate to oilseed rape. Nutr. Cycl. Agroecosyst, DOI: 10.1007/s10705-021-10127-8

Mallast, J., Stichnothe, H., Flessa, H., Fuß, R., Lucas-Moffat, A. M., Petersen-Schlapkohl, U., Augustin, J., Hagemann, U., Kesenheimer, K., Ruser, R., Suárez Quiñones, T., Prochnow, A., Dittert, K., Huth, V., Glatzel, S. (2021): Multi-variable experimental data set of agronomic data and gaseous soil emissions from maize, oilseed rape and other energy crops at eight sites in Germany. Open Data Journal for Agricultural Research 7. DOI: 10.18174/odjar.v7i0.16124

Datengestützte N-Bilanzierung im Freigeländgemüsebau

2011-03 - 2014-02 | Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (Bonn, Deutschland)

Im Projekt sollen Maßnahmen zur Vermeidung von Stickstoffüberschüssen hinsichtlich ihrer Klima- und Umweltwirkung untersucht werden. Die Maßnahmen sind analog der im Konsortialantrag (Förderkennzeichen 09HS16) definierten Maßnahmen. Die Einbeziehung eines Standortes mit Schluff-reicher Textur stellt eine optimale Erweiterung zum Verbundantrag dar. In dem Projekt sollen gasförmige Verluste (N2O, N2) sowie Verluste von überschüssigem N über die Nitratauswaschung im Freilandgemüsebau transparent gemacht und Bilanzlücken geschlossen werden. Mit dem Umweltmodell 'Expert-N' sollen mittels Simulationen geeignete Maßnahmen zur Umweltentlastung getestet werden.

Arbeitspakete:

AP1: Ganzjährige Erfassung der N2O-Freisetzung in Hohenheim und am Rinkenbergerhof zum Vergleich der Spurengasfreisetzung zweier Standorte mit stark unterschiedlicher Bodentextur.
AP2: Evaluierung von Maßnahmen zur Vermeidung von N-Überschüssen hinsichtlich der Atmosphären- und Grundwasserbelastung und Ableitung von Handlungsempfehlungen.
AP3: Etablierung der Acetylen-Inhibierung und Abschätzung der N2-Verluste aus der Denitrifikation sowie Erhebung annueller Datensätze auf den sandigen Versuchsflächen.
AP4: Kalibrierung und Validierung des Umweltmodels 'Expert-N' für den Standort Hohenheim. Ableitung von Maßnahmen zur N2O-Minderung mittels Simulation und Test der Varianten mit dem größten Vermeidungspotential im Freiland.

Abschlussbericht

Publikationen

Seiz, P., Guzman-Bustamante, I., Schulz, R., Muller, T., Ruser, R. (2019) Effect of crop residue removal and straw addition on nitrous oxide emissions from a horticulturally used soil in south Germany. Soil Sci. Soc. Am. J. 83, 1399-1409, DOI: 10.2136/sssaj2018.11.0448

Budhathoki, R., Panday, D., Seiz, P., Ruser, R., Müller, T. (2021): Effect of broccoli residue and wheat straw addition on nitrous oxide emissions in silt loam soil. Nitrogen 2, 99-109. DOI:10.3390/nitrogen2010007

Einfluss unterschiedlicher N-Dünger(mengen) mit und ohne Nitrifikationsinhibitor auf die N2O-Emissionen aus Getreideflächen

2011-02 - 2013-01 | K&S Nitrogen (Mannheim, Deutschland)

Publikationen

Guzman-Bustamante, I., Schulz, R., Müller, T., Ruser, R. (2022): Split N application and DMP based nitrification inhibitors mitigate N2O losses in a soil cropped with winter wheat. Nutrient Cycling in Agroecosystems. DOI: 10.1007/s10705-022-10211-7

Guzman-Bustamante, I., Winkler, T., Schulz, R., Müller, T., Mannheim, T., Laso Bayas, J.C., Ruser, R. (2019) N2O emissions from a loamy soil cropped with winter wheat as affected by N-fertilizer amount and nitrification inhibitor. Nutr. Cycl. Agroecosyst. 114, 173-191. DOI: 10.1007/s10705-019-10000-9

Verminderung direkter und indirekter N2O- Emissionen und NO3-Verluste durch gezieltes Bewirtschaftungsmanagement im intensiven Feldgemüsebau

2008-02 - 2011-01 | Deutsche Bundesstiftung Umwelt (Osnabrück, Deutschland)

Eine hohe N-Effizienz der pflanzlichen Produktion in Agrarökosystemen bei gleichzeitig geringen N-Verlusten ist die zwingende Voraussetzung für eine umweltgerechte Landbewirtschaftung, was eine besondere Herausforderung für den Feldgemüsebau darstellt. Im Vergleich zu Getreide sind einige Gemüsekulturen (Kategorie III und teilweise Kategorie II, Anhang Novelle der Düngungsverordnung) mit teils sehr hohen N-Verlusten verbunden, da diese in einer Phase starken vegetativen Wachstums geerntet werden. Dies kann ein großes N-Verlustpotential durch den Transport in benachbarte Kompartimente wie das Grundwasser (Nitratverlagerung und gelöstes N2O - indirekte Emission) und/oder die Atmosphäre (wie z. B. das klimarelevante Spurengas N2O - direkte Emission) bedingen, was ein umweltrelevantes Problem darstellt.
Bei den hohen Gehalten an mineralischem N in gemüsebaulich genutzten Böden war davon auszugehen, dass die annuelle N2O-Emission im Vergleich zu Getreide oder Mais aufgrund des höheren N-Inputs und der ungünstigeren Synchronisation von Angebot und Bedarf, deutlich höher ist. Obwohl die N2O-Emission, welche zuverlässig nur mit Hilfe annueller Datensätze abgebildet werden kann, ein wichtiger Bestandteil der N-Bilanzen darstellt, wurde sie im Gemüsebau bislang nur abgeschätzt. Bis zum Projektbeginn lagen für unsere Breiten keine annuellen Daten zur N2O-Freisetzung aus Gemüsebauflächen vor. Weitere N-Überschüsse können zudem vor allem im Herbst zu einer Nitratbelastung des Grundwassers führen.
Ziele des Projekts waren es, die direkten und indirekten (gelöstes) N2O-Emissionen ganzjährig zu erfassen und geeignete, leicht in die Praxis umsetzbare Strategien zur Reduktion der N2O-Emissionen und zur Minderung der Nitratverlagerung in intensiv gemüsebaulich genutzten Böden zu erarbeiten. Der Fokus sollte hierbei auf praxisorientierten Strategien wie unterschiedlichen Düngungsmaßnahmen und optimiertem Management des Zwischenfruchtanbaus liegen, wobei die Ertragsstabilität und -sicherung als Erfolgskriterium zugrunde gelegt wurde.

Ausführliche Projektbeschreibung und Ergebnisse

Publikationen

Pfab, H., Palmer, I., Buegger, F., Fiedler, S., Müller, T., Ruser, R. (2011) N2O fluxes from a Haplic Luvisol under intensive production of lettuce and cauliflower as affected by different N fertilization strategies. J. Plant Nutr. Soil Sci. 174, 545-553. DOI: 10.1002/jpln.201000123

Kleineidam, K., Košmrlj, K., Kublik, S., Palmer, I., Pfab, H., Ruser, R., Fiedler, S., Schloter, M. (2011) Influence of the nitrification inhibitor 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) on ammonia-oxidizing bacteria and archaea in rhizosphere and bulk soil. Chemosphere 84, 182-186. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2011.02.086

Pfab, H., Palmer, I., Buegger, F., Fiedler, S., Müller, T., Ruser, R. (2012) Influence of a nitrification inhibitor and of placed N-fertilization on N2O fluxes from a vegetable cropped loamy soil. Agric. Ecosys. & Environ. 150, 91-101. DOI: 10.1016/j.agee.2012.01.001