Quantifizierung und Minderung von Ammoniak-Emissionen nach Mineraldüngung

Hintergrund und Zielsetzung

Die Landwirtschaft steht vor der Herausforderung, zielgenaue und effiziente Maßnahmen zur Emissionsminderung von Ammoniak (NH₃) auf den Weg zu bringen, die Effizienz des Stickstoffeinsatzes zu verbessern, sich an den Klimawandel anzupassen und dabei nachhaltig hohe Erträge zu sichern. Rund 15% der NH₃-Emissionen in der Landwirtschaft stammen in Deutschland aus dem Einsatz synthetischer Stickstoffdünger. Die Emissionen belasten Umwelt, Klima und Gesundheit und sie schmälern die Düngewirkung. 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 mehr als 85% der NH₃-Emissionen 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 Feldexperimenten und verschiedenen NH₃-Messsystemen, deren quantitative Genauigkeit geprüft und gesichert wird. Es werden Empfehlungen erarbeitet, wie die Landwirtschaft die Anwendung synthetischer Stickstoffdünger im Kontext 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 als auch den Wissenstransfer in die Praxis.

Zielgruppe

• Forscher*innen
• regulierende Behörden
• landwirtschaftliche Berater*innen
• landwirtschaftliche Betriebe
• Düngemittelhersteller

Vorgehensweise

Das Projekt ist in zwei Phasen unterteilt:

Im 1. Jahr in Phase 1 vergleichen wir Feldmessmethoden für Ammoniakemissionen nach mineralischer Düngung. Hier steht die Bewertung von üblichen und neu entwickelten Messmethoden für Parzellenversuche mit Feldwiederholungen zur statistischen Auswertung und zum Vergleich von Emissionen nach Applikation von Düngern im Vordergrund.

In der 2. Phase (Projektjahre 2 bis 4) quantifizieren wir die NH₃-Emission nach Einsatz verschiedener synthetischer N-Dünger in einem repräsentativen deutschen Versuchsnetzwerk (8 über Deutschland verteilte Standorte) mit den in Phase 1 validierten Messmethoden. Wir bewerten die Stickstoffnutzungseffizienz verschiedener synthetischer N-Dünger und Ausbringungssysteme in pflanzenbaulichen Feldversuchen und leiten standortdifferenzierte NH₃ Emissionsfaktoren für den Einsatz synthetischer N-Dünger unter deutschen Produktionsbedingungen ab. Modellkultur an allen Standorten ist  Winterweizen

Daten und Methoden

Phase 1:

Zur Bewertung der Parzellenmethoden werden mikrometeorologische Verfahren herangezogen. Harnstoffdüngung ist die Vergleichsvariante.

Wir kombinieren mikrometeorologische Massenbilanzverfahren mit Leuning-Passisvsammlern  auf einer runden Großparzelle (0.125 ha) mit drei Auswerteverfahren: a) der klassischen  Integrated Horizontal Flux Methode, b) der ZINST Auswertung und  c) dem backwards Lagrangian stochastic dispersion model (bLs). Zusätzlich führen wir auf einer Großparzelle von einem Hektar Emissionsmessungen mit der Eddy Covarianz Methode unter Einsatz  von Laser-Sensorik durch.

Im Parzellenversuch werden drei Messmethoden zum Vergleich mit den mikrometeorologischen Standardmethoden angewendet (8 Behandlungen mit je 4 Wiederholungen). Folgende Messverfahren werden eingesetzt: a) die  Draeger Tube Methode mit kleinen Kammern (DTM), b) Passivsammler mit Schwefelsäure skaliert mit DTM Messungen (calibrated passive sampling), c) Passivsammler (CEH Alpha-Sampler) zur Bestimmung der atmosphärischer NH₃ Konzentration, Flussberechnung mit bLs Ansatz.

Phase 2:

An jedem Standort wird eine Großparzelle für die NH₃-Emissionsmessung mit  mikrometeorologischen Massenbilanzverfahren mit Leuning-Passivsammlern etabliert.

Die Ammoniak-Messung im Parzellenversuch werden mit einer in Phase 1 als valide evaluierten Parzellenmessmethode durchgeführt.

Unsere Forschungsfragen

• Wie hoch sind Ammoniakemissionen nach Applikation verschiedener synthetischer N-Dünger?
• Wie hoch sind die standortdifferenzierten NH₃ Emissionen verschiedener synthetischer N-Dünger aggregiert über verschiedene Applikaitonstermine?
• Wie stark können Ammoniakemissionen mit Applikationstechnik (z.B. Einarbeitung/Injektion) oder Verwendung von Hemmstoffen (Ureaseinhibitor)  verringert werden?
• Wie wirken sich düngerabhängige NH₃-Emissionen auf Erträge, N-Aufnahme und Stickstoffnutzungseffiezienz im Winterweizen aus?