Einfluss langjähriger Stickstoffverluste auf die 15N-Signatur im tierhaltenden Betrieb - Schätzung der langjährigen N-Effizienz
Final Report Abstract
In der Untersuchung von Stoffflüssen in Ökosystemen findet die Analyse der Signaturen stabiler Isotope zunehmend Anwendung. Grundlage sind geringe Unterschiede in den chemischen und physikalischen Eigenschaften der einzelnen Isotopenspezies. Aufgrund kleiner Unterschiede in den natüriichen Isotopenhäufigkeiten von Stickstoff (N) kommt es in Böden, Pflanzen, in tierischen Organismen, allgemein während der Metabolisierung des N zu Isotopenfraktionierungen, d.h. es unterscheidet sich die isotopische Zusammensetzung des Produktes von der isotopischen Zusammensetzung des in den Stoffumsatz eingeschleusten N. Diese Fraktionierung ist von den beteiligten Prozessen und Umweltbedingungen abhängig. Als Folge variiert die isotopische Zusammensetzung einzelner Stoff- Pools bzw. Stoffkomponenten des Ökosystems. Die Betrachtung eriaubt Rückschlüsse auf die Art der vorherrschenden Umsetzungsprozesse. Zugleich können über die Isotopenverhältnisse die Stoffflüsse im Ökosystem untersucht werden ohne experimentell in das System einzugreifen. Unser Ziel war es, (1) in landwirtschaftlichen Betrieben geeignete N- Pools zu ermitteln, die anhand ihrer ö^^N- Signatur das Nährstoffmanagement reflektieren, (2) mögliche Auswirkungen langjähriger differenzierter Nutzung und des Stickstoffmanagements aufdie natürlich entstanden Ö^^N- Signatur in den N- Pools des landwirtschaftlichen Betriebes zu identifizieren und zu charakterisieren, (3) anhand ihrer ö^^N- Signatur ein "Indiz" für die N- Effizienz tierhaltender Betriebe zu erarbeiten. Als Probenmaterial dienten uns Bodenproben und Pflanzenbiomasse sowie Düngerproben von (1) Langzeitversuchen der Lehr- und Versuchsstation Rengen und (2) acht tierhaltende Praxisbetrieben in NRW und einen weiteren landwirtschaftlichen Betrieb in Raumberg- Gumpehstein (Österreich). (3) Zu dem bereits oben genannten Probenmaterial wurden ergänzend Futterkonserven (Silage, Kraftfutter) Haare, Blut, Milch und Exkremente (Kot, Urin, Mist, Gülle) analysiert, sodass alle voraussichtlich wichtigen Stationen des N- Umsatzes im landwirtschaftlichen Betrieb hinsichtlich ihrer N- Isotopie inventarisiert werden konnten. Die Analyse des stabilen Isotops '^N erfolgte massenspektrometrisch. Als generelles Ergebnis der Untersuchung kann festgehalten werden, dass langfristig in den einzelnen N-Pools eine Anreicherung des schweren Isotops ^^N stattfindet. Einen sehr starken Einfluss hat dabei die Höhe der N- Veriuste. Diese werden weitgehend determiniert durch die Düngerform und die Höhe der Düngung. So findet man durchgehend höhere ö^^N- Gehalte auf Feldschlägen, die häufig mit organischem Dünger behandelt wurden, im Vergleich zu Flächen auf die dieselbe Menge N-Dünger in mineralischer Form appliziert wurde. Mit steigender Menge an Stickstoffdünger bzw. mit zunehmenden Stickstoffveriusten erhöhen sich die ö^^N- Gehalte in den großen Kompartimenten des o.g. N- Umsatzes. So veränderten sich die ö^^N- Signaturen des Oberbodens (Lysimeterversuch) in den Düngevarianten von 0 kg N ha'^ a"^ bis 480 kg N ha'^ a'^ von 1.8 ± 0.4%o auf 6.0 ± 0.4%o. Die ö^^N- Gehalte der pflanzlichen Biomasse sind im Vergleich zum Boden stärker mit ^^N abgereichert und erreichen Gehalte von -1.2 ± 1.3%o bis 4.8 ± 1.2%o. Boden und Pflanzenbiomasse lieferten somit gleichermaßen Aussagen über die differenzierter Nutzung und das Stickstpffmanagement, wobei im Boden gewissermaßen im Sinne eines "memory-effect" die langfristigen Veränderungen abgebildet werden, während die kurzfristigen Veränderungen sich eher in der Pflanzenbiomasse bemerkbar machen. Die Inventarisierung der landwirtschaftlichen Betriebe erfasste die für den N- Import und NExport relevanten N- Pools. Nicht alle N- Pools unterscheiden sich deutlich voneinander. So sind die ö^^N- Gehalte von Milch und Tierhaaren sehr ähnlich. Exkremente (Kot und Urin) und organischer Dünger (Gülle) hingegen lassen sich gut anhand ihrer ^^N- Signatur überführen. Zwischen N-intensiv (GVE/ha s 1,4) und N-extensiv (GVE/ ha < 1,4) wirtschaftenden Betrieben wiesen die zuvor genannten Materialien deutliche Unterschiede von 1.5 bis 2.7%o Ö^^N auf. Die Auswertung der N- Isotopie des Bodens und der Pflanzenbiomasse sollte es uns ermöglichen, die landwirtschaftlichen Betriebe hinsichtlich folgender Parameter in Cluster einzuteilen. Wir konnten unterscheiden zwischen: (1) Intensive (Cluster 1) und extensive (Cluster 2) Bewirtschaftungsweise (beruhend auf GV/ha). Im intensiv wirtschaftenden Betrieb sind mit der -höheren Viehdichte (GV/ha) höhere Futtermengen und vor allem eine größere Menge an tierischer Exkremente gegeben. (2) Ausbringungstechnik der organischen Düngemittel; emissionsarm (Cluster 3), emissionsreich (Cluster 4), jeweils nach KTBL Richtlinien. Vor allem bei Gülle beeinflusst die Ausbringungstechnik in erheblichem Umfang die Ammoniakveriuste. (3) Entfernung der Flächen zum Hof; hofnah (Cluster 5), hoffern (Cluster 6). Vom Hof wie entfernte Flächen kommen in der Regel für die Bewirtschaftung bzw. Die N- emissionsstarke Intensivweide nicht in Betracht;, erhöhter Zeitaufwand für den Viehtrieb und Düngertransport beschränken die Nutzungsintensität. Die Ergebnisse zeigten, dass die ^^N- Signatur von N-Pools tierhaltender Betriebe (Boden, Pflanzenbiomasse, Milch, Urin, Haar, Kot, organischer Dünger) die Intensität der Bewirtschaftung deutlich erkennen lassen. Aufgrund der nicht ausreichenden Stichprobe, die letztlich eingeschränkt war durch den Umfang des bewältigbaren Probenmaterials und die Mitwirkung landwirtschaftlicher Betriebe, konnten die avisierten zwei Kategorien der "Hofentfernung" und der .Ausbringungstechnik" nicht sicher aus dem ^^N- Signaturen hergeleitet werden.
Publications
- Kriszan M., Amelung W., Schellberg J., Gebbing T. ,Kühbauch W. (2007) Effect of long-term nitrogenous losses to the ^^N natural abundance. 51. Jahrestagung der AGGF vom 30. August bis 1. September 2007 in Göttingen. Mitteilungen der Arbeitsgemeinschaft Grünland und Futterbau 8, 221-225
- Kriszan, M., Kühbauch, W., Amelung, W., Schellberg, J., Gebbing, T., (2008) Long-term changes of ^^N natural abundance of plants and soil in grassland. Grassland Science In Europe, 13, 601- 603
