Win-N

Hintergrund und Zielsetzung

Um das vorgegebenen Ziel des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen, hat sich die Bundesregierung in einem rezenten Beschluss vom Mai 2021 das Ziel gesetzt, bis 2045 klimaneutral zu sein. Ein wichtiger Schritt dahin ist die Reduktion der Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft auf 58 Mio. t CO₂-Äquivalente bis zum Jahr 2030. Dies bedeutet eine Verschärfung bisheriger Minderungsziele. Seit 1990 sind laut Umweltbundesamt zwar die Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft von 88 auf 66 Mio. t CO₂-Äquivalente im Jahr 2020 zurückgegangen, doch dies ist bei einem kontinuierlichen Verlauf nicht ausreichend, um das angestrebte Minderungsziel für 2030 zu erreichen. Im Jahr 2019 stammten ca. 81 % der Lachgasemissionen aus der Landwirtschaft. Diese machen rund 46 % der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen aus. Ein Großteil davon hängt direkt oder indirekt mit der Ausbringung mineralischer Düngemittel zusammen. Mit Urease- und Nitrifikationsinhibitoren können bis zu 75 % der Ammoniak- bzw. 35 % Lachgasemissionen vermieden werden.

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist es daher, N-Emissionen zu reduzieren und eine signifikante Erhöhung der Stickstoffdüngeeffizienz durch den Einsatz von Inhibitoren bei mineralischer Stickstoffdüngung zu erreichen.

Zielgruppe

Die Ergebnisse des Forschungsvorhaben werden über das bundesweite Expertennetzwerk THEKLA (Treibhausgasbilanzierung und Klimaschutz in der Landwirtschaft) kommuniziert. Die Forschungsresultate stehen damit zukünftig anwendungsorientierten Forschenden im Bereich klimaoptimierter Landwirtschaft sowie auch der Beratung landwirtschaftlicher Betriebe zur Verfügung. Ferner können sie als Grundlage für politische Entscheidungsträger dienen, um die Einhaltung zuvor beschriebener Klimaschutzziele im landwirtschaftlichen Sektor zu unterstützen.

Vorgehensweise

Die N-Emissionsreduktion und die Auswirkung auf den Ertrag beim Einsatz von Inhibitoren werden im Rahmen eines Fruchtfolgeversuchs an vier Standorten mit Mais, Winterweizen und Wintergerste quantifiziert. Das Thünen-Institut für Agrartechnologie übernimmt die Projektkoordination sowie die Konzeption, Erstellung und Pflege einer Datenbank, welche die im Projekt generierten Daten enthält. Ferner erstellt das Thünen-Institut eine kombinierte ökologische und ökonomische Bewertung der Managementoptionen mittels Ökoeffizienzanalyse und kooperiert dafür eng mit den Verbundpartnern.

Zum Erreichen der oben formulierten Zielsetzung werden

• integrierte Gasmessungen (NH₃ und N₂O) unter Praxisbedingungen,
• Lysimeterversuche, um die Sickerwassermenge und das resultierende Nitratauswaschungsrisiko zu bestimmen, und
• Laborinkubationsexperimente, um die tatsächlichen N₂-Emissionen zu bestimmen,

durchgeführt

Letzteres ist essenziell für die Ableitung von N-Düngemengen, zumal gasförmige N₂-Verluste zwar den wichtigsten, allerdings auch den am schwierigsten zu quantifizierenden Verlustpfad darstellen. Die Bewertung des Erfolgs der Maßnahmen erfolgt anhand der Berechnung von dreijähriger N-Bilanzen, inklusive N-Spezies Emissionen sowie Ökoeffizienzanalysen. Ferner finden Modellrechnungen Anwendung, um die ökotoxikologische Wirkung und den Verbleib der Inhibitoren in der Umwelt zu ermitteln.

Auf der dreijährigen Fruchtfolge Mais-Winterweizen-Wintergerste werden mithilfe der Feld- und Lysimeterversuche die folgenden Versuchsvarianten untersucht:

• Ungedüngte Kontrolle (nur Feldversuche)
• Ammoniumsulfat-Harnstoff (AS-HS)
• AS-HS + Ureaseinhibitor
• AS-HS + Urease- und Nitrifikationsinhibitor

Unsere Forschungsfragen

• Wie viel Ammoniakemissionen lassen sich durch Ureaseinhibitoren beim Einsatz von AS-HS-Dünger vermeiden?
• Können unter Einsatz des Nitrifikationsinhibitors auch über die Vegetationsperiode hinaus sowohl die N₂O- als auch NO₃^--Emissionen beim Einsatz von AH-HS-Dünger reduziert werden oder erfolgt lediglich eine zeitliche Verzögerung oder Verlagerung der Emissionen?
• Ist durch den Einsatz der Inhibitoren insgesamt eine Verbesserung der N-Düngeeffizienz und der Wirtschaftlichkeit zu erreichen?
• Sind die untersuchten Inhibitoren auf verschiedenen Standorten in Bezug auf ihr N-Emissionsminderungspotenzial und die Erhöhung der N-Düngeeffizienz gleichermaßen wirksam?
• Führt die Verwendung von Urease- und Nitrifikationsinhibitoren bei der N-Düngung zu unerwünschten ökotoxikologischen Effekten im Boden und/oder Sickerwasser?