Der Kongressband 2014 Hohenheim

Transcription

Verband Deutscher Landwirtschaftlicher
Untersuchungs- und Forschungsanstalten
Kongressband
2014 Hohenheim
Vorträge zum Generalthema:
Nährstoffbedarf und
Nährstoffversorgung
von Pflanze und Tier
Der Kongress wurde in Zusammenarbeit mit der Universität
Hohenheim durchgeführt.
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Kongressband 2014
VDLUFA-Schriftenreihe 70
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Kongressband 2014
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher
Untersuchungs- und Forschungsanstalten e. V.
Kongressband
2014 Hohenheim
Vorträge zum Generalthema:
Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung
von Pflanze und Tier
VDLUFA-Schriftenreihe Band 70/2014
VDLUFA-Verlag, Darmstadt
ISBN 978-3-941273-19-1
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Kongressband 2014
© 2014 by VDLUFA-Verlag, Darmstadt
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Inhaltsverzeichnis
Inhalt
Grußworte
Eröffnung und Begrüßung
F. Wiesler....................................................................................................... 1
Grußwort des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft
H. Stürmer..................................................................................................... 5
Grußwort des Ministeriums für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz
Baden-Württemberg
J. Hauck....................................................................................................... 10
Plenartagung
Nährstoffversorgung von Pflanzen und Tieren im Spannungsfeld von Ökonomie
und Ökologie
F. Taube ..................................................................................................... 15
Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung von Pflanzen – Kriterien und Herausforderungen
K. Dittert...................................................................................................... 32
Optimale Nährstoffversorgung von Pflanzen und Tieren – ein Widerspruch?
K.-H. Südekum............................................................................................ 40
Workshop
Düngeempfehlungen in Europa
H. Spiegel, P. Čermák, J. de Haan, G. Füleky, C. Grignani, T. D´Hose,
L.R. Staugaitiene, W. Zorn, G. Guzmán,
D. Pikuła, L. Jordan-Meille......................................................................... 48
Sensorgestützte Ermittlung des Nährstoffbedarfs
U. Schmidhalter.......................................................................................... 57
Düngung und Pflanzenqualität – aktuelle und zukünftige Herausforderungen
F. Wiesler..................................................................................................... 67
Quantitativ-genetische und molekular-genetische Einflüsse auf die Futtereffizienz landwirtschaftlicher Nutztiere
R. Roehe ..................................................................................................... 78
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Inhaltsverzeichnis
Modellierung von Nährstoffwirkungen versus faktoriell abgeleiteter Bedarf
beim wachsenden Schwein.
A. Susenbeth............................................................................................... 85
Perspektiven der Proteinbewertung beim Wiederkäuer
H. Steingaß.................................................................................................. 94
Sicherstellung einer adäquaten Spurenelementversorgung landwirtschaftlicher
Nutztiere
W. Windisch, D. Brugger, M. Buffler, M. Hanauer, C. Becker............... 100
Pflanzliche Produktion
Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung in ökologisch bewirtschafteten Gewächshäusern in Baden-Württemberg
S. Zikeli, L. Deil, K. Möller........................................................................ 111
Die Nährstoffversorgung von baden-württembergischen Böden, dargestellt mit
Hilfe eines webbasierten GIS
W. Übelhör, H. Hartwig, H. Beck.............................................................. 118
Nährelemente in Boden, Gülle und Grassilage – wie gut ist die Versorgung niedersächsischer Grünlandbetriebe?
F. Lorenz, M. Egert, A. Hoffmann, C. Neuhaus...................................... 124
Nährstoffgehalte von Gülle – ein Vergleich von Faustzahlen mit Untersuchungsergebnissen in Baden-Württemberg
W. Übelhör, H. Hartwig............................................................................. 132
Methodenvergleich: Ermittlung von Richtwerte für die Pflanzenanalyse zur
Beurteilung des Ernährungszustandes von Kulturpflanzen
S. Klages, E. Schnug................................................................................ 140
Körnermaisstroh in die Biogasanlage – Ist das Methanbildungspotenzial eine
Sortenfrage?
K. Deiglmayr, H. Heuwinkel..................................................................... 149
Untersuchungen zur P-Effizienz verschiedener Winterweizensorten
W. Zorn, H. Schröter ................................................................................ 157
Bodenbiologische Auswirkungen von Biokohle im Feldversuch
H. Flaig, M. Mokry..................................................................................... 164
Zur Beeinflussung des antioxidativen Potentials ökologisch angebauter Speisekartoffeln durch gezielte Pflanzenbehandlungsmaßnahmen (orientierende
Untersuchungen)
N.U. Haase, D. Werren, H. Schulz, C. Bruns........................................... 174
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Inhaltsverzeichnis
Qualitätsgerechte Winterbraugerste durch bessere Sorteneigenschaften und
zielgerichtete N-Düngung
L. Meyer, C. Guddat.................................................................................. 182
Wirkung von Biogasgülle/Gärrückstand auf wichtige Bodenqualitätsparameter
(Nährstoffe, Schadstoffe, Bodenbiologie)
G. Dersch, M. Swoboda, K. Michel.......................................................... 186
Schwermetallaufnahme von Mais aus karbonisierten Klärschlämmen in Abhängigkeit von der Art der P-Fällung
K. Friedrich, M. Mertens, B. Mindermann, T. Appel............................... 193
Phosphorverfügbarkeit von mineralischen Recycling-Phosphor-Düngemitteln
und deren Interaktion mit Bioeffektoren
I. Wollmann, K. Möller.............................................................................. 200
Einfluss langjähriger Phosphatdüngung auf die Cadmium-Gehalte in den Böden
von statischen Phosphat-Düngungsversuchen in Thüringen
V. König, W. Zorn...................................................................................... 208
Mikronährstoffstatus sächsischer Ackerböden 2013
R. Klose, M. Grunert, J. Kurzer................................................................ 215
Entwicklung der pH-Werte und der Nährstoffversorgung auf dem Ackerland von
Mecklenburg-Vorpommern im Zeitraum 1993-2013
H.-E. Kape, R. Pöplau, C. Nawotke.......................................................... 225
Veränderungen der Phänologie bei Kulturpflanzen: Indikatoren für den Klimawandel in Baden-Württemberg
H. Flaig, J. Franzaring, I. Holz, A. Fangmeier......................................... 233
Bewertung eines Kristallisationsprodukts aus Schweinegülle: Produktqualität
und Düngewirksamkeit
H. Kurz, R. Schulz, G. Drescher, S. K. Hütter, S. Gesell, T. Müller, H.
Schenkel.................................................................................................... 242
P-Düngewirkung von karbonisierten Klärschlämmen in Abhängigkeit von der
Art der P-Fällung
B. Mindermann, K. Friedrich, M. Mertens, T. Appel............................... 246
Phosphor-Düngewirkung von säureaufgeschlossenem, karbonisiertem Klärschlamm an drei Standorten mit Winterweizen
K. Friedrich, M. Klauth, M. Engelhardt, L. Coenen, T. Appel ............... 253
Auswertung aktueller Versuche zur P-Düngung auf dem Ackerland nach der
Bilanzmethode
W. Zorn, H. Schröter................................................................................. 261
Einfluss der Stickstoffdüngung auf den Eintrag von pflanzenbürtigem, organischem Kohlenstoff verschiedener Energiepflanzenarten und Energieanbausysteme in den Boden
S. Höcker, H. Beßler, P. Mewes, M. Miersch, C. Engels........................ 269
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Inhaltsverzeichnis
Stickstoffeffekte auf die Humuswirkung pflanzlicher Kohlenstoffquellen
P. Mewes, C. Hämmerle, S. Höcker, C. Engels...................................... 280
Eignung von organischen Handelsdüngemitteln für den ökologischen Landbau
K. Möller, U. Schultheiß2 ........................................................................ 289
Einschätzungen zum Einfluss von Biogasanlagen auf das Nitratauswaschungsrisiko anhand von Bodennitratwerten der SchALVO-Herbstkontrollaktion
M. Finck, W. Übelhör, H. Hartwig ........................................................... 297
Tierische Produktion
Auswirkung einer reduzierten Rohproteinversorgung von Milchkühen auf Futteraufnahme, Milchleistung und Wirtschaftlichkeit
T. Jilg......................................................................................................... 305
Bedeutung von Senecio aquaticus für das Vorkommen von Pyrrolizidinalkaloiden in Grünlandaufwüchsen und deren Konserven
J. Ostertag, K. Meyer, C. Gottschalk3 .................................................... 313
Beeinflussung der Qualität von Grassilage durch Verdichtung und Nachgärung
im Weckglasversuch
E. Herzog, J. Häbler, R. Neumann, K. Tolzin-Banasch, F. Schöne...... 321
Einfluss von chemischen Siliermitteln auf die Qualität von Pressschnitzelsilagen
im Folienschlauch
C. Potthast, H. Scholz, E. Kramer, H. Auerbach.................................... 329
Einsatz von Körnerhirse in der Schweinemast
W. Wetscherek, G. Wetscherek-Seipelt, R. Puntigam........................... 336
Erste Ergebnisse zum Gehalt an dünndarmverdaulichem Rohprotein bei Heu
und Getreide für Pferde
P. Nüse, P. Leberl, H. Schenkel............................................................... 343
Futterwert von Feuchtmais in der Schweinefütterung
M. Schäffler, H. Lindermayer, G. Propstmeier....................................... 347
Mengen- und Spurenelementstatus der Herdenmilch und des Milchkuhfutters in
Thüringer Betrieben
F. Schöne, K. Weigel, S. Dunkel, R. Kirmse, M. Leiterer....................... 351
Praecaecale Aminosäurenverdaulichkeit von Weizen beim Broiler, gemahlen
oder als ganzes Korn
T. Bormann, H. Kluth................................................................................ 360
Ruminaler Abbau des Rohproteins von Sojaprodukten aus bayerischem Anbau
und heimischer Verarbeitung
T. Ettle, V. Aichner, C. Fahn, W. Windisch, C. Fischer.......................... 368
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Inhaltsverzeichnis
Untersuchungen zur Staphylokokkenflora aus Bioaerosolen von Geflügelställen
E. Stengel, H. Mietke-Hofmann, H.-G. Kath............................................ 377
Vorkommen und Einfluss des Gehaltes an phenolischen Säuren unterschiedlicher Dauergrünlandgesellschaften auf die Verdaulichkeit und Vergärbarkeit zur
Biogasproduktion
J. Aniol, F. Hengelhaupt, K. Tolzin-Banasch, K. Gödeke2 ................... 384
Zur N-Verwertung von Mastlämmern bei unterschiedlichen Rohproteingehalten
im Aufzuchtfutter
H. Kluth, G. Lucke, S. Paul, G. Heckenberger........................................ 390
Bedarfskonzentrationen an Aminosäuren für Broiler, abgeleitet durch Modellierungen und Messungen der Aminosäurewirksamkeit im Futter
F. Liebert, C. Wecke................................................................................. 397
Bestimmung der präcecalen Aminosäurenverdaulichkeit von Öko-Futtermitteln
für langsam wachsende Masthuhngenotypen
C. Ritteser, M. Grashorn ......................................................................... 406
Quantitative Erfassung von Masse- und Stoffströmen im Futterbaubetrieb
B. Köhler, K.-H. Südekum, H. Spiekers, F. Taube.................................. 411
VFT-Monitoring zur Prüfung der Deklarationstreue von Mischfuttermitteln mittels Mikroskopie
K.-H. Grünewald, P. Leberl, G. Steuer.................................................... 416
Entstehung maskierter Mykotoxine in fermentierten Pflanzenmaterialien: mikrobiologische, biochemische und analytische Aspekte
G. Strauß .................................................................................................. 421
Carry-over von Dioxinen und PCBs aus dem Futter in ausgewählte Gewebe
wachsender Schafe
M.L. Stark, R. Hoogenboom, A. Lüth, M. Spolders, H. Schafft, M. Gehling, M. Lahrssen-Wiederholt, J. Zentek................................................. 429
Kriterien zur Harmonisierung und Vereinbarkeit nachhaltiger Nährstoffversorgung von Böden, Pflanzen, Tieren und Menschen im Einklang zugleich von
sozialen (Suffizienz), ökologischen (Konsistenz) und ökonomischen (Effizienz)
Notwendigkeiten, exemplarisch dargestellt insbesondere am Beispiel Deutschlands
K. Isermann, R. Isermann........................................................................ 436
Vergleichender Einsatz von Luzerneheu und Gerstenstroh in Trockenmischrationen für Kälber
S. Hoppe, C. Hoffmanns, S. Beintmann, A. Menke, M. Pries................ 445
Maissilagequalität in Schleswig-Holstein – Ergebnisse einer Erhebung in 52
Landwirtschaftsbetrieben
K. Weiß, C. Olbrich, J. Thaysen............................................................... 453
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Inhaltsverzeichnis
Qualitätsmerkmale von Luzerneheu als Grobfutter für Laub fressende Wiederkäuer
I. Gussek, J. Hummel, K.-H. Südekum.................................................... 462
Bestimmung der Verdaulichkeit und des Energiegehaltes von Weizen-, Roggen- und Triticale-Ganzpflanzensilagen
M. Pries, A. Menke, L. Steevens, K. Hünting, M. Schmid...................... 471
Einfluss von Futterharnstoff auf Leistungsparameter hochleistender Milchkühe
M. Klahsen, M. Pries, S. Hoppe, C. Hoffmanns, S. Beintmann, H. Westendarp........................................................................................................ 478
Elementgehalte und Spurenelementgehalte in Rohmilch aus Österreich – Vergleich Almmilch – Stallmilch
M. Sager..................................................................................................... 486
Getrenntes und sequentielles Verfahren zur Analyse der Säure-DetergenzienFaser bei pektinhaltigen Futtermitteln
I. Gussek, J. Hummel, K.-H. Südekum.................................................... 497
Methodische Etablierung des erweiterten Hohenheimer Futterwertests (eHFT)
zur Abschätzung der Proteinwerte in Grasprodukten für Wiederkäuer
H. Spiekers, P. Rauch, M. Schuster, W. Richardt, K.-H. Südekum....... 505
Charakterisierung des azidogenen Potenzials von Futtermitteln für Wiederkäuer mittels Erfassung des pH-Werts in einem in vitro‑System
C. Böttger, M. Fähnrich, K.-H. Südekum ............................................... 511
Chemische Zusammensetzung und Schätzung des ruminalen Proteinabbaus
von Trockenschlempen europäischer Herkunft
C. Böttger, K.-H. Südekum....................................................................... 519
Saatgut
Keimfähigkeit und Triebkraft bei Gemüseerbsen
B. Voit, S. Mosch, B. Killermann............................................................. 527
Untersuchungen zur Lagerfähigkeit von Wildpflanzensaatgut
A. Hofmann, B. Voit, B. Killermann......................................................... 531
Veränderung des Brandsporenpotenzials von Steinbrand- (Tilletia caries) und
Zwergsteinbrandsporen (T. controversa) im Boden unter Berücksichtigung
verschiedener Fruchtfolgen des ökologischen Landbaus
R. Bauer, B. Voit, B. Killermann, K.-J. Hülsbergen................................ 536
Identification of selected Fusarium species by classical microbiological and
molecular biological methods in the light of different DNA isolation techniques
M. Rischer, R. Neumann, S. Domey, F. Schöne..................................... 540
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Inhaltsverzeichnis
Analytik
Wie viele Apps sind ein LIMS?
J. Flekna.................................................................................................... 548
Ein vereinfachtes Verfahren zur Bestimmung mobiler Bodenfraktionen – am
Beispiel an Böden aus Apfelkulturen
M. Sager..................................................................................................... 554
Historischer Bergbau und Belastung von Böden und Pflanzen in denSchwarzwaldseitentälern
K. Michels.................................................................................................. 569
Ultraspuren-Analyse von bienen-toxischen Neonikotinoiden in Pollen und
Bienenbrot
D. Martens, M. Hruscha............................................................................ 578
Untersuchung auf Mutterkornbesatz und Ergotalkaloide – Ergebnisse zum
Monitoring 2012 und 2013 in Baden-Württemberg
K. Schwadorf, H. Schenkel...................................................................... 582
Analytische Probleme bei der Umsetzung des Höchstwertes aus der EU-VO
427/2013 zur Supplementierung mit organischen Selenverbindungen
T. Kapp, A. Märgner ................................................................................. 590
Chlorat und Perchlorat in pflanzlichen Lebensmitteln – Ergebnisse zweier Fundaufklärungsprogramme
T. Nagel, J. Reetz...................................................................................... 596
Analytik von Tierarzneimittelrückständen in organischen Düngestoffen
K. Tolzin-Banasch, R.-P. Bähr................................................................. 600
Qualität von Laboruntersuchungen durch Ringversuche im Bereich der Biogasproduktion
G. Henkelmann, K. Fischer-Kaiser.......................................................... 604
Autorenindex...............................................................................................615
Adressliste der korrespondierenden Autoren................................................619
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Inhaltsverzeichnis
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Grußworte
Grußworte
Eröffnung und Begrüßung
F. Wiesler
LUFA Speyer
Meine sehr geehrten Damen und Herren,
ich möchte Sie ganz herzlich auf dem 126. Kongress des Verbandes Deutscher
landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten in StuttgartHohenheim begrüßen. Der VDLUFA kommt mit seinem Kongress gerne nach
Baden-Württemberg, seit dem 2. Weltkrieg jetzt schon zum 13. mal.
Obwohl Universitäten mit agrarwissenschaftlichen Fakultäten eigentlich ideale Standorte sind, um den Austausch zwischen Grundlagenforschung und
angewandter landwirtschaftlicher Forschung zu pflegen, hat der Kongress
um Hohenheim, oder Hohenheim um den Kongress, allerdings bislang einen
ziemlichen Bogen gemacht. Lediglich im Jahre 2000 fand ein, für die Arbeit des
VDLUFA durchaus richtungsweisender Kongress, der sich mit der Thematik
„Nachhaltige Landwirtschaft“ beschäftigte, in Hohenheim statt.
In jedem Fall haben Hohenheimer Wissenschaftler den VDLUFA mitgeprägt,
so als Vizepräsidenten die Professoren Menke, Marschner und Schenkel.
Auch als Fachgruppenvorsitzende stellten sich Hohenheimer Wissenschaftler immer wieder in den Dienst des VDLUFA, so der Kollege Moosmüller in der
Fachgruppe Düngemitteluntersuchung und der Kollege Meyer in der Fachgruppe Pflanzenernährung. Eine besonders enge fachliche Verbundenheit des
VDLUFA besteht zur Hohenheimer Futtermitteluntersuchung bzw. Tierernährung, die sich in den Fachgruppenvorsitzenden Prof. Wöhlbier, Prof. Seibold, Dr.
Eckstein und Prof. Schenkel dokumentiert. Ähnliche wichtige Impulse wurden
von Hohenheimer Saatgutwissenschaftlern in den VDLUFA getragen, stellvertretend seien hier nur der ehemalige Vorsitzende der Fachgruppe Saatgut, Professor Michael Kruse, und unser Ehrenmitglied, Professor Adolf Martin Steiner
genannt.
Ganz herzlich als unsere Ehrengäste willkommen heißen möchte ich nun für
das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft Herrn Dr. Hermann
Stürmer und Frau Dr. Sabine Kruse, für das Ministerium für Ländlichen Raum
und Verbraucherschutz Baden-Württemberg Herrn Ministerialdirigent Joachim
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Grußworte
Hauck sowie für die Universität Hohenheim den Prorektor für Lehre, Herrn Professor Michael Kruse. Unsere österreichische Schwesterorganisation ALVA
wird in diesem Jahr von Frau Dozentin Dr. Heide Spiegel vertreten, die ich
ebenso wie alle anderen ausländischen Gäste sehr herzlich willkommen heiße.
Mit ihnen grüße ich die Vertreter aus den Landwirtschaftsministerien und Behörden der Bundesländer und ich heiße auch unsere Ehrenmitglieder und korrespondierenden Mitglieder ganz herzlich willkommen.
Auf dem diesjährigen Kongress wollen wir uns dem Generalthema
„Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung von Pflanze und Tier“
widmen.
Der Nährstoffbedarf und die Nährstoffversorgung von Pflanze und Tier haben
einen vielfältigen Einfluss auf die Produktivität unserer Landwirtschaft, genauso
wie auf die Qualität unserer landwirtschaftlichen Produkte und den Schutz der
Umwelt. Jüngste Presseberichte mit Titeln wie „Das Wasser wird schlecht“, „Die
Erde erstickt“, „Verdammter Dünger“, oder „EU macht Bauern Dampf“ zeigen,
wie aktuell das Thema ist. Diese Berichte mögen teilweise einseitig sein, sie
spiegeln aber die Stimmungslage in weiten Teilen der Bevölkerung wider und
beeinflussen die Gesetzgebung, wie z.B. die anstehende Novellierung der Düngeverordnung.
Der VDLUFA bekennt sich als unabhängiger wissenschaftlicher Fachverband
in seinem Leitbild gleichermaßen zu Landwirtschaft, Umwelt- und Verbraucherschutz, d. h. auch zu einer differenzierten Auseinandersetzung mit Sachthemen, die die Landwirtschaft betreffen.
Genau dies dürfen wir auch von der folgenden Plenartagung erwarten. Zu dieser
begrüße ich als Referenten ganz herzlich
• Herrn Professor Dr. Klaus Dittert von der Georg-August-Universität Göttingen,
• Herrn Professor Dr. Markus Rodehutscord von der Universität Hohenheim,
• Herrn Professor Dr. Karl-Heinz Südekum von der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und
• Herrn Professor Dr. Friedhelm Taube von der Christian-Albrechts-Universität Kiel.
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Grußworte
Ebenso wie die Referenten des heutigen Nachmittags begrüße ich alle Referenten und Referentinnen, die mit ihren Beiträgen auf den morgigen Workshops das
Generalthema vertiefen sowie in den öffentlichen Sitzungen und Posterpräsentationen zum Erfolg dieses Kongresses beitragen werden.
Für die Durchführung des Kongresses haben wir vielfältige Unterstützung erfahren, wofür ich mich an dieser Stelle ganz herzlich bedanke, insbesondere beim
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, das uns finanziell maßgeblich unterstützt und auch die Schirmherrschaft für den Kongress übernommen hat. Genauso ganz herzlich bedanken möchte ich mich für die großzügige
finanzielle Unterstützung durch das Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg.
Die Durchführung des VDLUFA-Kongresses wäre undenkbar ohne die Unterstützung einer Einrichtung vor Ort. Es ist mir ein besonderes Anliegen, mich in
diesem Jahr bei Herrn Professor Schenkel und seinen Mitarbeitern von der Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie der Universität Hohenheim nicht nur
für Ihre Unterstützung bei der Vorbereitung und Durchführung des Kongresses
zu bedanken, sondern auch meinen großen Respekt für ihre Leistungen in den
letzten Jahrzehnten zum Ausdruck zu bringen. Eine Einrichtung wie die Landesanstalt für landwirtschaftliche Chemie ist heutzutage nahezu einzigartig, weil
sie wie keine andere eine Mittlerfunktion zwischen universitärer Grundlagenforschung und außeruniversitärem Bedarf an Expertenwissen wahrnehmen kann.
Hier wird der immer wieder als defizitär beklagte Wissenstransfer noch im besten Sinne betrieben. Hans Schenkel hat die Möglichkeiten seiner Einrichtung
zum Wohle der Landwirtschaft und des Verbraucherschutzes vorbildlich und
mit großem Einsatz genutzt. Er ist ein Netzwerker im besten Sinne und hat die
Expertise Hohenheims in zahlreiche Gremien des Bundeslandwirtschaftsministeriums, des BfR und der DLG getragen, nur um ein paar Beispiele zu nennen.
Von diesen außeruniversitären Kontakten profitieren nicht zuletzt die Hohenheimer Studierenden, sowohl während als auch nach dem Studium bei der Suche
nach einem Arbeitsplatz.
Nicht zuletzt möchte ich mich schließlich bei unseren Ausstellern bedanken.
Durch ihre Teilnahme an der Fachausstellung und am Analytikworkshop tragen sie gleichermaßen zur Attraktivität und zur Finanzierung des Kongresses
bei - und entlasten so das Bundeslandwirtschaftsministerium und den VDLUFA
finanziell. Darüber hinaus haben viele Firmen einen Beitrag für die Pausen-
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Grußworte
versorgung, den Imbiss im Rahmen der Posterbegehungen, die musikalische
Begleitung auf dem Gesellschaftsabend und den Blumenschmuck geleistet.
Bitte nehmen Sie die Gelegenheit wahr, sich durch den Besuch der Stände über
das breite Leistungsangebot der Aussteller zu informieren.
Herr Ministerialrat Dr. Hermann Stürmer vom Bundesministerium für Ernährung
und Landwirtschaft, Herr Ministerialdirigent Joachim Hauck vom Ministerium für
Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg, Herr Professor Michael Kruse von der Universität Hohenheim und Frau Dozentin Dr. Heide
Spiegel von unserer österreichischen Schwesterorganisation ALVA haben sich
freundlicherweise bereit erklärt den Kongress mit einem Grußwort zu eröffnen.
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Grußworte
Grußwort
H. Stürmer
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Bonn
Sehr geehrter Herr Präsident Wiesler,
meine sehr geehrten Damen und Herren!
Im Namen des Schirmherren dieser Veranstaltung, Herrn Bundesminister
Christian Schmidt, darf ich Sie herzlich zum 126. VDLUFA-Kongress begrüßen.
Herr Bundesminister Schmidt lässt Ihnen seine besten Grüße übermitteln und
bittet um Verständnis, dass er aufgrund seiner aktuellen Terminlage heute nicht
persönlich nach Hohenheim kommen konnte. Das ändert aber nichts an seiner
Wertschätzung für den VDLUFA und dessen Arbeit. So hat er sich vor Übernahme der Schirmherrschaft genau erkundigt, was es mit VDLUFA und dem
Kongress auf sich hat, um dann gerne die Schirmherrschaft zu übernehmen.
Im letzten Jahr konnten wir gemeinsam in Berlin ein großes Jubiläum feiern:
125 Jahre VDLUFA. Es war gut, sich vor Augen zu führen, was in diesen 125
Jahren alles geschehen ist. Heute, mit dem 126. Kongress, sind wir wieder in
einem „normalen“ Jahr und aktuelle Gegenwartsfragen stehen im Mittelpunkt.
Nicht, dass ich glaube, der 125. Kongress wäre nur rückwärts gerichtet gewesen. Im Gegenteil, wir haben uns viel mit der Zukunft beschäftigt und das werden wir diese Woche auch tun. Das historisch gewachsene Fundament der
Forschungs- und Untersuchungsanstalten ist dabei eine wichtige und gute Ausgangsbasis.
Wenn wir die gegenwärtige Situation betrachten, so haben wir in Deutschland
immer noch relativ gute Strukturen.
Wir haben aber keine landwirtschaftsfeundliche Grundstimmung.
So müssen wir erkennen - und wer den Eingangsartikel des Präsidenten in den
VDLUFA-Mitteilungen 1/2014 gelesen hat, dem wird es vor Augen stehen – dass
die aktuellen Arbeitsbedingungen nicht gerade leicht sind und auch nicht leichter
werden. Begriffe, wie „drastische Einsparungen“, „Verminderung der Versuchsfläche“, „Abbau von Stellen im Versuchswesen“, sind Vokabeln, die man nicht
gerne liest, denen man sich aber stellen muss.
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Grußworte
Ich habe mir in dem Artikel von Präsident Wiesler den Satz unterstrichen:
„Grundsätzlich moniert wird auch immer wieder, dass das landwirtschaftliche
Versuchswesen nur einem kleinen Zweig der Volkswirtschaft, der Landwirtschaft, zu Gute kommt.“
In einer bekannten deutschen Zeitung wurde dieser Tage noch drastischer formuliert und unter anderem ausgeführt: „Volkswirtschaftlich spielt es fast gar
keine Rolle mehr, was Bauern und landwirtschaftliche Gewerbebetriebe auf Feldern und in Viehställen treiben: zur Bruttowertschöpfung tragen sie nur noch 0,8
Prozent bei, also fast nichts.“
Fast nichts! - Selbst wenn es statistisch korrekt wäre: Ich sage Ihnen ehrlich,
mich ärgert so etwas ungemein. Manchmal bin ich auch einfach nur sprachlos,
wenn ich erlebe, wie eine Überflussgesellschaft geringfügig von der Branche
denkt, die sie ernährt. Man tut so, als ginge die Landwirtschaft niemanden etwas
an, außer den paar Bauern und Forschern, die es noch gibt.
Wenn es nach den Leuten ginge, die solchermaßen kurzsichtig denken und
handeln, gäbe es wahrscheinlich gar keine Agrarforschung in Deutschland und
wir bräuchten uns heute gar nicht hier treffen. Aber nach denen geht es Gott sei
Dank nicht.
Und so treffen wir uns hier, um intensiv gemeinsam über das nachzudenken,
was viele für irrelevant erklären, aber trotzdem jeder braucht.
Willkommen also im Club der unbedeutenden Minderheit.
Ich bin jedenfalls stolz darauf, dafür zu arbeiten, dass die Menschen in Deutschland die besten Nahrungsmittel aller Zeiten kaufen können und das auch noch
zu sehr günstigen Preisen. Lassen wir uns nicht verunsichern!
Denn, wenn man mal über den Tellerrand blickt, im weltweiten Fokus sieht
das ganz anders aus. Landwirtschaft und Agrarforschung werden zurecht als
Schlüssel für die Zukunft gesehen. Umso grotesker ist es, wenn die gleichen
Stimmen, die bei uns staatliche Unterstützung die landwirtschaftliche Forschung abschaffen wollen, genau das Gegenteil im internationalen Kontext fordern, nämlich zur Steigerung der Nahrungsmittelproduktion, Verbesserung der
Tierhaltung, etc. bessere Ausbildung und mehr Forschung, Aufbau eines Ver-
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suchs- und Untersuchungswesens, weltweite Vernetzung im Agrarbereich usw.
Insofern ist es sehr zu begrüßen, wenn VDLUFA und seine Mitglieder immer wieder darauf hinweisen, welchen Stellenwert die landwirtschaftliche Forschung,
das Versuchs- und Untersuchungs-wesen in Deutschland haben, und wie das
weltweit ausstrahlt. Denn unsere Ergebnisse werden ja nicht irgendwo weggesperrt, sondern veröffentlicht und stehen allen Interessierten zur Verfügung.
Wenn hier in Deutschland beispielsweise Untersuchungsmethoden entwickelt
und validiert werden, die weltweit Anwendung finden können, ist das auch ein
Beitrag zur Welternährung, und so tragen Sie, meine Damen und Herren, mit
ihrer Arbeit dazu bei, dass Menschen sich gut ernähren können, dass Tiere optimal gefüttert und nachwachsende Rohstoffe sinnvoll produziert werden.
Gestatten Sie mir noch ein paar Bemerkungen zu dem diesjährigen Generalthema „Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung von Pflanze und Tier“: Ich
halte dies für ein sehr gutes Thema, vielleicht auch deshalb, weil es uns im Bundesministerium aktuell sehr stark bewegt. Wenn wir in Deutschland viele Tiere
haben, die gut ernährt werden, produzieren diese so viele - an sich gute -Pflanzennährstoffe, dass sie in manchen Regionen schon wieder zum Problem werden.
Wenn man die Frage: „Wohin mit den Stickstoffüberschüssen aus der Landwirtschaft“ vor 100 Jahren gestellt hätte, als gerade das Haber-Bosch-Verfahren
erfunden wurde, um Stickstoff in die Landwirtschaft zu bringen, hätte wahrscheinlich jeder mit dem Kopf geschüttelt und sich gefragt, wovon wir eigentlich reden.
Dass in Sachen Düngungsmanagement Handlungsbedarf besteht, hin zu einer
besseren Ressourcen-Effizienz, steht außer Frage, aber damals wie heute gilt:
Wir ernähren Pflanzen und Tiere, um Menschen zu ernähren!
Deshalb ist es gut, sich intensiv und sachlich mit dem von Ihnen gewählten
Thema auseinanderzusetzen. Wir sollten es aber nicht beim Auseinandersetzen bewenden lassen, wir müssen es auch übersetzen, übersetzen in eine
Sprache, die es zumindest dem unvoreingenommenen Bürger ermöglicht, zu
verstehen, wie Landwirtschaft nach guter fachlicher Praxis funktioniert. Deshalb
freue ich mich über einen verständlich geschriebenen Artikel aus Ihren Federn
oder Ihren Laptops mehr, als über einen „high inpact“-Beitrag in einem amerikanischen Spezial-Journal.
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Beim Durchblättern des Programmheftes habe ich mir natürlich auch ein paar
Fragen gestellt, und die erste war: „Ist es Zufall, dass das Thema heißt „Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung“? – wahrscheinlich nicht, sonst hätten Sie
es ja nicht so formuliert. Als Ökonom und Pflanzenernährer sage ich mir, der
Nährstoffbedarf und die Nährstoffversorgung sind im Idealfall identisch. Und
gerade im Pflanzenbereich arbeiten viele Arbeitsgruppen daran, das zu realisieren, zu erkennen, wann die Pflanze welchen Nährstoff braucht und diesen dann
in genau der benötigten Dosis zur Verfügung zu stellen.
Aber, wenn ich mir den Titel unter diesem Aspekt noch einmal ansehe und z.B.
das Referat von Vizepräsient Südekum „Optimale Nährstoffversorgung von
Pflanzen und Tieren – ein Widerspruch?“ dann muss irgendwo eine Lücke klaffen, entweder zwischen Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung oder zwischen Pflanze und Tier. Ich bin jedenfalls sehr gespannt auf die heutigen Vorträge und die damit verbundene Diskussion.
Es ist eine ausgezeichnete Tradition des VDLUFA, dass die Themen der Auftaktveranstaltung dann sehr intensiv in den Workshops, in den Abteilungssitzungen und in den Posterpräsentationen vertieft werden. So stehen interessante Tage mit spannenden Diskussionen vor uns, zu denen ich allen Beteiligten
gutes Gelingen wünsche.
An dieser Stelle möchte ich mich auch für unser Haus BMEL bedanken für die
gute Zusammenarbeit im vergangenen Jahr, für die Expertise, die wir aus Ihrem
Kreis immer wieder abrufen durften. Manchmal war es recht kurzfristig und z.T.
aufwändig.
Trotzdem haben Sie uns nicht im Regen stehen lassen. Das wissen wir sehr zu
schätzen. Und wir wissen es auch zu schätzen, wenn Länder ihre besten Experten aus Landeseinrichtungen freistellen um in entsprechenden Bund-LänderArbeitskreisen mitzuwirken. Noch einmal herzlichen Dank dafür.
Nun werden sich manche von Ihnen erinnern, dass ich vor zwei Jahren hier in
diesem Kreis ein Grußwort überbringen durfte und damals von der Schirmherrin Frau Aigner einen Umschlag mit einem Zuwendungsbescheid mitgebracht
habe.
Sie werden bemerkt haben, dass ich in diesem Jahr keinen Umschlag in der
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Hand halte. Das bedeutet aber nicht, dass dem jetzigen Schirmherrn Ihrer Veranstaltung, Herrn Bundesminister Christian Schmidt, Ihre Arbeit weniger Wert
wäre. Ganz und gar nicht. Er lässt Ihnen die Zuwendungen für den von uns unterstützten Arbeitszweig und den Kongress unspektakulär, aber verlässlich - einfach überweisen.
So wünschen wir vom BMEL uns weiter eine gute Zusammenarbeit und allen
Teilnehmern einen erfolgreichen 126. VDLUFA-Kongress.
Vielen Dank
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Grußworte
Grußwort
J. Hauck
Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz, Stuttgart
Sehr geehrte Damen, sehr geehrte Herren.
Zunächst darf ich Ihnen die Grüße von Herrn Minister Bonde übermitteln, der
Ihrer Veranstaltung einen guten und erfolgreichen Verlauf wünscht und Sie in
seinem Namen in Stuttgart-Hohenheim willkommen heißen. Herr Ministerialdirektor Reimer lässt sich ebenfalls entschuldigen. Er musste leider aufgrund
kurzfristig anberaumter Verhandlungen zum Landeshaushalt absagen.
Der VDLUFA-Kongress findet zum 126. Male statt und ich freue mich, dass der
VDLUFA in den letzten 24 Jahren nun das 5. Mal den Weg nach Baden-Württemberg gefunden hat und nach 14 Jahren wieder nach Stuttgart kommt. Mit
Baden-Württemberg treffen Sie immer eine gute Wahl. Baden-Württemberg hat
sich seit seiner Gründung 1952 in nunmehr über 60 Jahren erheblich verändert
und weiterentwickelt. Damals lebten 6,6 Mio. Einwohner in Baden-Württemberg
heute sind es 10,7 Mio. Dies ist sicher auch eine Folge der positiven wirtschaftlichen Entwicklung unseres Bundeslandes. Die Landeswerbung hat mit dem Slogan „Wir können alles außer Hochdeutsch“ die Leistungskraft des Landes aufgegriffen. Inzwischen können wir aber auch Hochdeutsch insbesondere wegen
der vielen zugezogenen Neubürgerinnen und Neubürger.
Baden-Württemberg hat eine sehr vielfältige Landwirtschaft. Dies gilt sowohl für
die Pflanzenproduktion als auch für die Tierproduktion. In Baden-Württemberg
wird aufgrund der günstigen klimatischen Bedingungen die ganze Palette an
Sonderkulturen (Reben, Obst, Gemüse, Blumen- und Zierpflanzen Baumschulen, Hopfen und Tabak) angebaut. Die Sonderkulturen machen zwar nur 4 % der
Fläche aus, erzeugen aber knapp die Hälfte des Produktionswerts der pflanzlichen Produktion. Zwei Drittel unserer landwirtschaftlichen Betriebe arbeiten im
Nebenerwerb und viele landwirtliche Betriebsleiter arbeiten in der Industrie, die
auch im ländlichen Raum verankert ist.
Die baden-württembergische Wirtschaft lebt vom Wissen und vom Wissensvorsprung. Daher ist die Generierung von Wissen eine wichtige Aufgabe um
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auch zukünftigen Generationen ein gutes Auskommen zu bieten. Die Universitäten des Landes und für den agrarischen Bereich die Universität Hohenheim
sind daher ein wichtiger Baustein für die Wirtschaft und Landwirtschaft im Land.
Hier in Hohenheim wird seit über 200 Jahren mit der Ausbildung und Forschung
landwirtschaftliches Wissen erarbeitet und weitergegeben. Hierzu passt der
VDLUFA-Kongress hervorragend. Die Vorstellung neuer Forschungs- und
Untersuchungsergebnisse, die intensive fachliche Diskussion ist eine Grundvoraussetzung, um weiter voranzukommen in den verschiedenen Arbeitsgebieten
der Tier- und Pflanzenernährung, bei Saatgut und im Analytik-Bereich.
Das Ansehen der Landwirtschaft in der Öffentlichkeit wird teilweise dominiert
von negativen Schlagworten. Eine solche Diskussion kann sich eine Gesellschaft nur erlauben, wenn die Nahrungsmittelversorgung auf hohem Niveau
gesichert ist. Wir müssen stärker als in der Vergangenheit aktiv landwirtschaftliches Wissen in die gesellschaftliche Diskussion einbringen. Dies ist eine Bringschuld der Landwirtschaft. Anders können wir kein Verständnis für die landwirtschaftlichen Abläufe und die Produktionsprozesse erwarten.
Je Einwohner stehen für die Nahrungsmittelversorgung 13 Ar Fläche zur Verfügung. Mit knapp 12 Mio. ha Ackerflächen und 5 Mio. ha Grünland in Deutschland
decken wir jedoch nur einen Teil unseres Nahrungsmittelbedarfs. Von 18 Mio.
ha Fläche führen wir Nahrungs- und Futtermittel ein. Wir nutzen also die Flächen in anderen Ländern. Dies ist zu berücksichtigen, wenn wir bei uns Flächen
extensivieren.
Wir müssen uns fragen, was passiert, wenn wir nicht effizient wirtschaften.
Agrarforschung soll dazu dienen den Planeten effizient zu nutzen, wir dürfen
und können auf Dauer die natürlichen Ressourcen nicht verbrauchen.
Wasserschutz
Dies will ich am Beispiel Wasserschutz darstellen. Baden-Württemberg hat vielfältige und auch schwierige hydrogeologische Verhältnisse. Dennoch ist es durch
gezielte landwirtschaftliche Maßnahmen in Baden-Württemberg gelungen, den
Nitratgehalt im Grundwasser flächendeckend und substantiell zu senken.
Wesentliches Instrument hierfür ist die Schutzgebiets- und Ausgleichsverordnung (SchALVO) aus dem Jahr 1988, die nicht nur einheitliche Bewirt-
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schaftungsvorgaben für alle Wasserschutzgebiete im Land enthält, sondern
mit der die Landwirte auch einen Ausgleich für dadurch bedingte wirtschaftliche Nachteile erhalten. So hat sich in den Jahren 2001-2013 u. a. der Flächenanteil der am höchsten belasteten Sanierungsgebiete mehr als halbiert.
Eine weitere wichtige Herausforderung stellt die Verminderung des Nährstoffeintrags in Oberflächengewässer dar.
Die Diskussionen über die Maßnahmen zum Wasserschutz im VDLUFA sind
hier von großer Bedeutung und tragen wesentlich dazu bei auch auf Bundesebene zu Weiterentwicklungen des Fachrechtes zu kommen. Nicht wenige
heute geltende Regelungen gehen auf Aktivitäten des VDLUFA zurück.
Eine hohe ökonomische Produktivität im Sinne einer hohen Effizienz steht damit
per se nicht im Widerspruch zur Umweltschonung – im Gegenteil, es liegt beispielsweise gerade im Interesse der Umwelt, mit einem bestimmten Einsatz an
Düngemitteln einen möglichst hohen Ertrag zu erzielen. Es ist dringend notwendig, weitere Effizienzsteigerungen zu erreichen. Der Wasserschutz steht im
engstem Zusammenhang mit der Düngung.
Forschung und Entwicklung - Arbeit des VDLUFA
Politik und Verwaltung brauchen kompetente und neutrale Gesprächspartner,
um Ihre Aufgaben zu erledigen und Krisen zu bewältigen. In Hohenheim ist für
das Landesministerium die LA Chemie bei vielen Fragestellungen bei Futterund Düngemitteln aber auch bei allen Schadstofffragen der erste Ansprechpartner. Hier darf ich direkt Herrn Professor Schenkel den langjährigen und
ich glaube, ich darf das so sagen - von uns allen hochgeschätzten Leiter der
Landesanstalt für landwirtschaftliche Chemie an der Universität Hohenheim,
ansprechen.
Sehr geehrter Herr Professor Schenkel, im Januar nächsten Jahres steht Ihre
Pensionierung an. Auch Ihnen zu Ehren findet der VDLUFA-Kongress daher
hier in Hohenheim an Ihrer Wirkungsstätte statt.
Herr Professor Schenkel, Sie haben sich gerade im Bereich der Tier-ernährung
mehr als verdient gemacht. Bei der Risikoabschätzung zum Transfer von unerwünschten Stoffen in der Nahrungskette sind Sie der Experte. Zur Weiterentwicklung der Tests mit denen Tierfutter auf seine Tauglichkeit und Unbedenk-
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lichkeit geprüft wird, haben Sie Pionierarbeit geleistet, um nur einige wichtige
Arbeiten zu nennen.
Herr Professor Schenkel, sie werden als Netzwerker und Hohenheimer Aushängeschild bezeichnet. Ihre Kompetenz bringen Sie in zahlreichen Gremien
und auf allen Ebenen im Land, beim Bund und bei der EU ein. Seit über 30 Jahren
begleiten Sie den VDLUFA höchst engagiert mit Ihrem umfangreichen Fachwissen. Aber was Sie ganz besonders auszeichnet ist, dass Sie als Wissenschaftler
der landwirtschaftlichen Praxis und deren Belange immer eng verbunden sind.
Dabei ist Ihnen der Transfer von wissenschaftlich erarbeiteten Wissen in die
Praxis ein großes Anliegen. Aber auch umgekehrt - praktische, aktuelle Probleme der landwirtschaftlichen Betriebe aufgreifen und in die wissenschaftliche
Arbeit aufzunehmen, ist für Sie eine Selbstverständlichkeit. Thematisch gibt es
auf dem Gebiet der Tierernährung wohl kein Feld, zu dem wir von Ihnen keine
fundierte Antwort erwarten dürfen.
In diesem Sinne waren und sind Sie Herr Professor Schenkel für das Ministerium
Ländlicher Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg immer eine der
ersten Adressen, wenn es um Rat und Unterstützung bei neuen Herausforderungen geht - sei es PCB, Dioxin oder BSE.
An dieser Stelle ein ganz herzliches Dankeschön von Seiten des Ministeriums
für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz für die vielen Jahre der hervorragenden Zusammenarbeit.
Meine Damen und Herren,
Sie sehen im VDLUFA und seinen Mitgliedsinstitutionen finden Politik und Verwaltung Ansprechpartner, die bei Fachfragen objektiv, vertrauenswürdig und
ohne ideologische Färbung Stellung beziehen und Wege aufzeigen. Auch im
Zuge der knapper werdenden Haushaltsmittel ist die Zusammenarbeit in unabhängigen und kompetenten Institutionen wie dem VDLUFA besonders wichtig.
Im 21. Jahrhundert haben wir uns mehr denn je mit der Frage der Anpassungsstrategien der Landwirtschaft an sich ändernde ökonomische, ökologische
und soziale Rahmenbedingungen auseinanderzusetzen. Gerade hier sind die
Problemlösungskompetenz und das Wissen der Fachleute im Netzwerk des
VDLUFA unverzichtbar.
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Zur Bewältigung dieser Zukunftsaufgaben bedarf es eines Bekenntnisses zum
technischen Fortschritt und vor allem einer innovativen, praxis- und problemorientierten Agrarforschung, wie sie der VDLUFA unterstützt.
Meine Damen und Herren, wir möchten, dass bei uns Landwirtschaft betrieben
werden kann, die den Betrieben eine Existenzgrundlage bietet und die natürlichen Ressourcen schont. Um dies unter sich ändernden Rahmenbedingungen sicher zu stellen, brauchen wir aktuelle Forschungsergebnisse, wie sie der
VDLUFA und seine Mitglieder zur Verfügung stellen.
Mein Dank gilt dem VDLUFA für seine geleistete Arbeit, gleichzeitig wünsche ich
weiterhin viel Erfolg.
Für heute wünsche ich Ihnen interessante Vorträge, spannende Diskussionen
und neue Anregungen für Ihre tägliche Arbeit. Der Tagung einschließlich der
agrarökologischen Exkursion (HUL und Offenhaltungsversuch in St. Johann)
wünsche ich einen guten Verlauf und Ihnen einen angenehmen Aufenthalt in
Stuttgart.
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Plenartagung
Plenartagung
Nährstoffversorgung von Pflanzen und Tieren im
Spannungsfeld von Ökonomie und Ökologie
F. Taube
Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung; Grünland und Futterbau/Ökologischer Landbau. Christian-Albrechts-Universität, Kiel
1.
Problemstellung und Ableitung des Begriffs „Nachhaltige Intensivierung“
Die Frage nach der optimalen speziellen Intensität der Nährstoffversorgung im
Pflanzenbau wie in verschiedenen Bereichen der Tierhaltung hat sich im Laufe
der letzten Jahrzehnte maßgeblich gewandelt. Stand bis in die 1980er Jahre
allein die Maximierung des ökonomischen Ertrages aus betriebswirtschaftlicher Perspektive im Mittelpunkt der Betrachtung, haben sich seitdem die Rahmenbedingungen maßgeblich gewandelt. Mit Sichtbarwerden der ökologischen Kosten der jahrzehntelangen Intensivierung der Landwirtschaft in den
Industrienationen seit den 1980er Jahren, setzte der gesellschaftliche Diskurs
zunächst auf Extensivierung, Flächenstilllegung und Ökologischen Landbau.
Mit der Jahrtausendwende, der zunehmenden Internationalisierung des Agrarhandels und dem weltweit steigenden Bedarf nach Agrarrohstoffen wurde vor
etwa 15 Jahren ein neues Kapitel eingeläutet mit dem Ziel, die Bedarf nach
Agrarrohstoffen zu befriedigen, ohne die Umweltkosten wieder zu erhöhen. Im
Jahr 2009 publizierte die Royal Society, London, ein Grundsatzpapier zu den
Herausforderungen für die globale Agrar- und Ernährungsforschung der kommenden Jahrzehnte mit dem Titel „Reaping the benefits: Science and the sustainable intensification of global agriculture“. Beachtenswert an diesem Papier ist
insbesondere die Tatsache, dass nicht nur Agrarwissenschaftler, sondern die
versammelte Elite der britischen Forschung aus verschiedensten Disziplinen
sich dem Komplex der zukünftigen Agrar- und Ernährungsforschung gewidmet
hat. Die Royal Society, die in ihrer Funktion vergleichbar ist mit unserer Deutschen Forschungsgemeinschaft, hat mit diesem Papier eine Zäsur eingeläutet. Nach Jahrzehnten der Vernachlässigung der Agrarwissenschaften an den
Universitäten auch und ganz besonders im Vereinigten Königreich, stellt sich
eine gesamte nationale Wissenschaftsorganisation den globalen Herausforderungen gleichermaßen zur Sicherung der Welternährung wie zur Sicherung der
Ökosystemdienstleistungen der Landnutzung im globalen Kontext und damit
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der Verantwortung einer hoch entwickelten Industrienation, einen Beitrag zur
globalen Versorgungssicherheit zu leisten. Das Papier betont die Bedeutung
des weltweiten freien Handels von Agrarrohstoffen zur globalen Wohlfahrtsstiftung und hebt dabei als Grundsatz der Umweltverträglichkeit der agrarischen
Produktion den Begriff der „Ökoeffizienz“ (eco-efficiency) besonders hervor.
Darunter ist zu verstehen, dass bestimmte Agrarrohstoffe weltweit dort und
jeweils in der Intensität erzeugt werden sollten, wo dies mit den geringsten negativen externen (ökologischen) Effekten je Produkteinheit realisiert werden kann.
Negative ökologische Effekte beinhalten insbesondere eine Beeinträchtigung
der Biodiversitätsfunktion, der Wasserschutz- und der Klimaschutzfunktion.
Daraus resultiert, dass neben den bisher geltenden betriebswirtschaftlichen
Kennwerten, entsprechende Kennwerte für Umwelteffekte der Produktion weltweit generiert werden. Eine standardisierte Bewertungsmethodik vorausgesetzt, kann so der ökologische Fußabdruck für jedes relevante Produkt erstellt
und bewertet werden (Taube, 2013). Die Royal Society geht mit ihrem Konzept
jedoch deutlich weiter: Neben der nachhaltigen Intensivierung der Produktion wird auch der nachhaltige Konsum und damit die Verantwortung moderner
Industrienationen bezüglich der Konsummuster und der Verschwendung von
Lebensmitteln adressiert sowie die ethische Dimension der Nahrungsmittelerzeugung als Basis des Konzepts der nachhaltigen Intensivierung hervorgehoben. An verschiedenen Beispielen wird für unterschiedlichste Regionen der
Welt aufgezeigt, dass nachhaltige Intensivierung jeweils im lokalen Kontext zu
sehen ist und somit unterschiedlichste Strategien und Technologien zum Erfolg
führen können, wobei keine Technologie grundsätzlich auszuschließen ist,
solange sie der Erfüllung der verschiedenen Zielfunktionen dient.
Die Resonanz auf dieses Papier ließ nicht lange auf sich warten. Im Jahr 2010
widmete sich ein Sonderband der Wissenschaftszeitschrift Science dem Thema
(Food Security: The Challenge of Feeding 9 Billion People. Science, 327, 812818) und auch die verschiedenen gesellschaftlichen Gruppen in Deutschland
nehmen seitdem aus verschiedenen Blickwinkeln und Interessen zu dem Konzept Stellung. Vereinfachend kann man zwei extreme Auslegungen erkennen:
Der „agrar-industrielle Komplex“ fokussiert auf die Sicherung der Welternährung als ethische gebotene Herausforderung, mit der Konsequenz, die „Intensivierung“ der Produktion zu steigern, da neben Nahrungsmitteln zunehmend
Agrarrohstoffe auch zur energetischen und stofflichen Nutzung nachgefragt
werden, woraus geschlussfolgert wird, dass zum Beispiel die Ausweitung von
ökologischen Vorrangflächen im Rahmen der europäischen Agrar- und Umwelt-
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politik („Greening“) auszuschließen sei. Die NGO’ und Ökoverbände interpretieren hingegen das Konzept dahingehend, dass „Nachhaltigkeit“ nur durch ökologischen Landbau zu erreichen sei, da nur diese Landnutzungsform in der Lage
sei, Ökosystemfunktionen für zukünftige Generationen ebenso zu sichern wie
die globale Verteilungsgerechtigkeit und führen als Argument unter anderem die
allein für Europa kalkulierten volkswirtschaftlichen Umweltkosten durch N-Verluste in Höhe von 70 – 320 Mrd. Euro pro Jahr an.
Diese kontroverse Debatte veranlasste die federführenden Autoren der Originalstudie im Jahr 2012, ihre Vorstellungen von nachhaltiger Intensivierung
zu konkretisieren (Garnett und Godfray, 2012), indem sie unter anderem ausführen: „Anstatt den Begriff der nachhaltigen Intensivierung der Beliebigkeit
weltweiter Intensivierung zur Erreichung von Produktionszielen auszusetzen,
sind im lokalen Kontext Konzepte zu entwickeln, die gleichermaßen die Produktionsfunktion und weitere Ökosystemfunktionen befriedigen.“ Sie schließen daraus, dass der Begriff der „Nachhaltigen Intensivierung“ synonym zum
Begriff der „ökologischen Intensivierung“ zu verwenden ist, definieren „Intensivierung“ als Steigerung der Faktorproduktivität bezogen auf die Umweltfaktoren
und betonen abermals den zentralen Stellenwert der Ökoeffizienz (Steigerung
der Produktion bei gleichzeitiger Reduktion der Emissionen je Produkteinheit).
Darüber hinaus ist die globale Skalenebene der Ökoeffizienz zu berücksichtigen, da unter den gegebenen Bedingungen des weltweiten Handels von Agrarrohstoffen, eine Extensivierung an einem gegebenen Standort eine Intensivierung woanders auf der Welt entfalten und somit zum Beispiel zu indirekten
Landnutzungswandeleffekten (ILUC) bzw. „leackage-Effekten“ führen kann.
Und schließlich wird die Bedeutung der zeitlichen Skalenebene betont, also die
Langfristigkeit der Abschätzung von Intensivierungseffekten, welche insbesondere bezüglich der Biodiversitätseffekte von Relevanz sein dürfte, da die Stabilität eines Ökosystems („Resilience“) in erheblichem Maße durch die Diversität
(zwischen und innerhalb Species) auf verschiedenen räumlichen Skalenebenen gesteuert wird.
Eine Vereinfachung im Sinne der beiden oben aufgeführten Extrempositionen
erscheint mithin wenig hilfreich, da beide Positionen jeweils nur einen Teil des
Konzeptes der nachhaltigen Intensivierung adressieren. In früheren Arbeiten (vgl. Taube et al., 2006) haben wir am Beispiel zweier Landschaftsräume
Schleswig-Holsteins eine Ökoeffizienzanalyse unter Berücksichtigung der vorherrschenden Produktionssysteme in den Landschaftsräumen durchgeführt
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und die Effekte einer Umstellung von aktuellen konventionellen (N-) Intensitäten
auf Intensitäten des Ökologischen Landbaus analysiert. Das Ergebnis ist eindeutig: Während auf den nicht Weizen fähigen sandigen Standorten der Geest,
die durch Milchvieh-Futterbausysteme charakterisiert sind, eine Reduktion
der Bewirtschaftungsintensität durchweg positive Effekte im Sinne der Ökoeffizienz (Emissionen je Energieeinheit Futter) hervorruft (Flächennutzungseffizienz kaum eingeschränkt, Wasserschutzfunktion verbessert, Klimaschutzfunktion, ausgedrückt als Energieeffizienz, erhöht), kehrt sich die Situation auf
den Gunststandorten des Ackerbaus um. Dort verursacht eine Umstellung auf
Intensitäten des ökologischen Landbaus eine deutliche Reduktion der Flächennutzungseffizienz und deutlich erhöhte Nährstoffausträge und Energieaufwendungen je produzierte Getreideeinheit. Die um den Faktor 3 reduzierte Flächennutzungseffizienz bei Umstellung auf Intensitäten des ökologischen Landbaus
auf diesem Gunststandort der intensiven Getreideproduktion verursacht darüber hinaus erhebliche indirekte Landnutzungswandeleffekte (ILUC), denn die
hier nicht erzeugten Getreideeinheiten werden bei entsprechender globaler
Getreidenachfrage woanders auf der Welt erzeugt und sind assoziiert mit einer
hohen Wahrscheinlichkeit von Landnutzungswandel (z.B. Umwandlung von
natürlichen Ökosystemen wie Regenwald oder Savanne in Ackerbausysteme).
Daraus kann für die konkrete Agrarproduktion in Deutschland abgeleitet werden, dass klimatische Gunststandorte mit hoher Bodenfruchtbarkeit vergleichsweise hoch intensiv zu bewirtschaften sind, da die Ökoeffizienz in diesem Fall in
der Regel hoch ist (z.B. geringe Emissionen je t Weizen im Ackerbau), während
diesbezügliche Ungunststandorte (Futterbauregionen) eher bei reduzierten
(N-) Intensitäten im Vergleich zum Status quo eine höhere Ökoeffizienz entfalten dürften, insbesondere deshalb, weil Futterleguminosen einen erheblichen
Beitrag zur Steigerung der Ökoeffizienz leisten können.
2. Ist Deutschland auf gutem Wege zur nachhaltigen Intensivierung?
Diese Frage ist aus zweierlei Blickwinkeln zu betrachten: Zum einen steht die
Frage zu Ertragsteigerungen der Kulturpflanzen zur Debatte (Produktionsfunktion), zum anderen die Frage nach der Umsetzung von Nachhaltigkeitszielen
(weitere Ökosystemfunktionen).
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Ertragssteigerungen im Pflanzenbau
Bezüglich der Ertragssteigerungen im Pflanzenbau Mitteleuropas ist nach 5
Jahrzehnten nahezu linearer Ertragsteigerungen bei allen wirtschaftlich relevanten Kulturarten in der Größenordnung von mehr als 2 % pro Jahr bis in die
1990er Jahre seitdem eine deutliche kulturartenspezifische Differenzierung
notwendig. Während vor allem Mais, Zuckerrüben und Raps weiterhin entsprechen Ertragssteigerungen aufweisen, ist bei den Getreidearten seit mehr als
15 Jahren eine Ertragsstagnation zu beobachten. Während Zuchtfortschritte
bezüglich des Merkmals Ertrag in den Zuchtgärten und bei der Sortenzulassung nach wie vor signifikant sind, werden sie auf den Betrieben nicht mehr in
dem Maße umgesetzt, wie es bis vor ca. 15 Jahren der Fall war. Als Ursache
dafür wird ein ganzes Bündel von Einflussfaktoren diskutiert. So dürften die
mangelnden Preisanreize über etliche Jahre die Betriebe zu Kostenreduktionen (Bodenbearbeitung; Pflanzenschutz) animiert haben, die wiederum eine
negative Rückkopplung auf die Naturalerträge induzierten. Aber auch eine
zunehmend ungünstige Fruchtfolgegestaltung, Bodenverdichtungs- und Klimawandeleffekte dürften bei bereits sehr hohem Ertragsniveau eine zunehmende
Rolle für Ertragsunsicherheiten spielen (Challinor et al., 2009; Reidsma et al.,
2007). Zusammenfassend ist zu konstatieren, dass die Erträge in Mitteleuropa
auf sehr hohem Niveau stabil sind und es stellt sich letztendlich die Frage nach
der zukünftig richtigen Strategie im Sinne einer nachhaltigen Intensivierung
und einer Steigerung der Ökoeffizienz, ob nämlich entweder auf Basis dieses
hohen Ertragsniveaus weitere Ertragssteigerungen mit vergleichsweise hohem
zusätzlichen Aufwand zu avisieren sind oder ob unter Berücksichtigung der
weiteren Ökosystemdienstleistungen der Landwirtschaft das aktuelle Ertragsniveau eher zu halten ist und nicht primär die Produktivität, sondern die Öko-Effizienz über die primäre Reduktion von Emissionen gesteigert werden sollte. Eine
Antwort auf diese Strategiefrage kann aus den Zielen der Nachhaltigkeitsstrategie Deutschland im Hinblick auf die Schutzziele jenseits der Produktionsfunktion
der Landnutzung abgeleitet werden. Sind die Schutzziele erreicht, ist von einer
öko-effizienten Produktion auszugehen und Produktivitätssteigerungen, die
möglicherweise gewisse zusätzliche Emissionen verursachen, wären opportun. Sind die Schutzziele dagegen nicht erreicht und werden diese als gesellschaftlicher Konsens ernst genommen, wäre daraus abzuleiten, dass zunächst
Effizienzsteigerungen das Mittel der Wahl wären, um primär diese Schutzziele
zu realisieren.
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Nachhaltigkeitsstrategie Deutschland
Die deutsche Bundesregierung hat im Rahmen ihrer Nachhaltigkeitsstrategie
Zielwerte formuliert, die der Umsetzung des Biodiversitäts-, Wasser- und Klimaschutzes dienen. Die Landwirtschaft betreffend sind dies insbesondere folgende Ziele:
1. Die Senkung der nationalen Stickstoffsalden auf einen Zielwert von
maximal +80 kg N/ha bis zum Jahr 2010
2. Die Erfüllung der EU-Wasserrahmenrichtlinie „guter ökologischer
Zustand der Gewässer“ bis zum Jahr 2015 bzw. die Umsetzung der
EU-Nitratrichtlinie zur Reduktion der Eutrophierung aquatischer Ökosysteme.
3. Die Umsetzung der Biodiversitätskonvention mit einem Zielwert von
19 % „high nature value (HNV) Flächen“ bis zum Jahr 2015, das heißt,
eine entsprechende Ausweitung ökologischer Vorrangflächen.
4. Klimaschutzziele: Direkt sind keine fixen Werte für den Agrarsektor
bezüglich des kompletten Bereichs der Klima relevanten Gase formuliert, lediglich die NEC-Richtlinie regelt die maximal zu tolerierenden
Ammoniakemissionen auf nationaler Ebene und soll einen Wert von
550 kt/Jahr für Deutschland im Jahr 2010 nicht überschreiten.
Tatsächlich ist für die ersten 3 Zielkomplexe die Zielerreichung unwahrscheinlich bzw. definitiv nicht realisiert. Die nationalen N-Salden sind in den Jahren
nach der Wiedervereinigung in Folge der Viehabstockung in den neuen Bundesländern zwar deutlich gesunken, verharren jedoch seit etwa 10 Jahren auf einem
Niveau von etwa + 100 kg N/ha/Jahr (Bach, 2008), ohne dass der Zielwert von +
80 kg N/ha/Jahr auch nur annähernd erreicht worden wäre. Der aktuellen Nitratbericht für Deutschland (2012) weist darüber hinaus aus, dass die Nitratwerte im
Oberflächen nahen Grundwasser zwar einen marginal sinkenden Trend aufweisen, die Zielereichung der EU-Wasserrahmenrichtlinie jedoch nach wie vor als
unwahrscheinlich einzustufen ist. Vielmehr verschärfen sich die Unterschiede
zwischen viehschwachen Regionen mit weiter sinkenden Nitratwerten im oberflächennahen Grundwasser und viehstarken Regionen, wo diese Werte deutlich ansteigen. Dies bedeutet, für den Bereich Nährstoffnutzungseffizienz und
Wasserschutz ist eine Zielerreichung nicht in wünschenswertem Maße gegeben. Laut BMELV (2012) ist auch die Zielerreichung im Rahmen der Umsetzung
der Biodiversitätskonvention nicht gegeben, vielmehr geht der Verlust an Artenvielfalt unvermindert weiter. Werden beispielsweise Indikatorarten der Avifauna
heran gezogen, so ist eine Reduktion der Artenvielfalt von durchschnittlich mehr
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als 40 % seit 1990 zu konstatieren. Und schließlich ist der Zielwert der NECRichtlinie zwar erstmals im Jahr 2010 im Zielbereich von 550 kt/Jahr angelangt,
aber dennoch ist auch für diesen Bereich keine Entwarnung angemessen, da
die Ausdehnung der Bioenergieproduktion (Biogas) und die daraus resultierenden Ammoniakemissionen bei der Gärrestapplikation den abnehmenden Trend
konterkarieren könnten.
Zusammenfassend bleibt für den Komplex der Nachhaltigkeitsstrategie Landwirtschaft festzuhalten, dass eine Zielerreichung in wesentlichen Bereichen bisher nicht gegeben ist und Deutschland somit derzeit nicht bzw. wenn überhaupt
auf einem sehr langsamen Wege zu einer nachhaltigen Intensivierung ist.
3. Zukünftiger Beitrag Europas zur globalen Bereitstellung von
Agrarrohstoffen bzw. zur nachhaltigen Intensivierung
Angesichts der obigen Ausführungen zu den abnehmenden Ertragssteigerungen einerseits und den bisher nicht erreichten Zielen der Nachhaltigkeitsstrategie Deutschland stellt sich die Frage, welche Rolle die europäische Landwirtschaft im Vergleich zu anderen Kontinenten in Zukunft spielen sollte. Dazu ist es
zunächst hilfreich, die Entwicklung der Agrarproduktion auf den verschiedenen
Kontinenten zu analysieren und die Vorhersagen für die zukünftige Entwicklung
auf diesen Kontinenten auf Basis der Daten der FAO heranzuziehen. Die FAO
geht von einem weltweiten zusätzlichen Bedarf an Nahrungs- und Futtermitteln
bis zum Jahr 2050 in der Größenordnung von 70 % aus (FAO, 2009). Bereits die
kurzfristige Betrachtung weist aus, dass die hoch entwickelten Länder (USA;
Europa) bis zum Jahr 2020 ausgehend vom Basisjahr 1998 den geringsten
Zuwachs aufweisen werden und wenn eine Fortschreibung bis 2050 zugrunde
gelegt wird, wird deutlich, dass die Potentiale in den Entwicklungsländern
(inklusive Brasilien, Indien, China) wesentlich höher eingeschätzt werden als in
Europa. Europa/USA wird nach diesen Szenarien einen Produktivitätszuwachs
von 23 % in 40 Jahren realisieren müssen, um die globalen Produktionsziele für
2050 zu erreichen. Das entspricht einem jährlichen Zuwachs von etwa 0,5 %,
nachdem diese entwickelten Länder in den vergangenen 40 Jahren Produktivitätszuwachse von mehr als 60 % realisiert haben. Interessant ist zudem die
Analyse bezüglich der bisherigen Ausnutzung der gegebenen Ertragspotentiale in verschiedenen Ländern der Welt für die die Leitkulturart Weizen. Während
die westeuropäischen Länder die gegebenen Ertragspotentiale weitestgehend
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ausschöpfen, ist dies in vielen Ländern Osteuropas und Südamerikas bisher bei
weitem nicht der Fall.
Aus allen diesen Zusammenhängen kann abgeleitet werden, dass Deutschland
und Westeuropa auch angesichts der im Kapitel 2 dargestellten Rahmenbedingungen im Sinne einer nachhaltigen Intensivierung gefordert sein dürften,
primär unter Ausschöpfung der gegebenen Ertragspotentiale gesellschaftlich
einvernehmliche Nachhaltigkeitsstrategien umzusetzen, Emissionen zu reduzieren und die Effizienz der Produktion zu steigern, während Osteuropa mit
den bisher bei weitem nicht ausgenutzten Produktionspotentialen gefordert
ist, die Produktivität nachhaltig zu steigern. Westeuropa und Deutschland werden somit zukünftig nicht primär gefordert sein, „die Welt zu ernähren“, sondern
Modelle für eine nachhaltige Intensivierung mit dem Schwerpunkt der Erhaltung
von Ökosystemfunktionen jenseits der Produktionsfunktion zu entwickeln, die
sich entwickelnden Regionen der Welt als Blaupause für eigene Entwicklungen
dienen können.
4. Nachhaltige Intensivierung jenseits von Produktions-steigerung und Emissionsminderung
Garnett und Gofray (2012) machen in ihrem „Navigationskurs zur nachhaltigen
Intensivierung“ deutlich, dass dieser Begriff mehr bedeutet als Steigerung der
Produktivität und Emissionsminderung. Vielmehr ist dies ein gesamtgesellschaftlicher Ansatz, der sowohl die nachhaltige Ernährung als auch die ethische
Akzeptanz der Nahrungsmittelproduktion einbezieht. Auch diesbezüglich ist es
hilfreich, die Szenarien der FAO zur weltweiten Ernährungsprojektion bis zum
Jahr 2050/2080 einzubeziehen. Diese Szenarien machen deutlich, dass das
Problem der Unterernährung insbesondere nach dem erwarteten Höchststand
der maximalen Weltbevölkerung im Jahrzehnt um 2050 deutlich zurück gehen
wird, dass jedoch stattdessen das Problem der Überernährung in gleichem
Maße deutlich zunehmen wird. Diese Entwicklung hin zu einer Überernährungsproblematik kann seit geraumer Zeit in den USA und zunehmend auch in Westeuropa beobachtet werden. So werden bereits heute die volkswirtschaftlichen
Kosten der Überernährung laut Robert-Koch Institut (2008) für Deutschland mit
Summen in der Größenordnung von 7-14 Mrd. Euro pro Jahr abgeschätzt. Dies
ist eng assoziiert mit einem um den Faktor 2-3 über das gesundheitlich gebotene
Maß von 20 kg/Person/Jahr hinausgehenden Fleischkonsum in Deutschland
und Westeuropa. Aus diesen Ernährungsmustern resultieren entsprechend
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erhöhte Flächenbedarfe, da der Energie- und damit auch der Flächenbedarf
zur Erzeugung von einer Energie- oder Proteineinheit aus Lebensmitteln tierischer Herkunft ungleich höher ist als bei der Erzeugung pflanzlicher Energie
bzw. pflanzlichen Proteins. In der Konsequenz bedeutet dies, dass der Flächenbedarf der EU 27 zur Erzeugung von Futter (Nahrungsmitteln tierischer Herkunft) mehr als 70 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche ausmacht (Leeschen
et al., 2011). Verschiedene Umweltökonomen haben für Deutschland berechnet, dass ein Fleischkonsum entsprechend der Empfehlungen der Deutschen
Gesellschaft für Ernährung (DGE) von 20 kg/Person/Jahr im Vergleich zum Status quo (~ 60 kg/Person/Jahr) eine Flächenfreisetzung in der Größenordnung
von 4 Mio. ha in Deutschland induzieren würde (Woitowitz, 2007). Das entspricht
etwa 20 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche Deutschlands. Angesichts dieser
Größenordnungen erscheint die in der öffentlichen Debatte geführte „Tank oder
Teller“ Diskussion falsch adressiert. Natürlich kann sich Deutschland effiziente
Produktionssysteme zur stofflichen und energetischen Nutzung von agrarischer Biomasse „leisten“. Die Fläche ist verfügbar, wenn der gesellschaftliche
Konsens weg von der Tank oder Teller Diskussion hin zu einer Teller oder TrogDiskussion bewegt wird. Fast „nebenbei“ wären damit die derzeitigen gesellschaftlichen Diskussionen zur ethischen Akzeptanz der sogenannten „Massentierhaltung“ einer Lösung zugeführt und auch die Frage, wie viel Flächen wir uns
für den Naturschutz „leisten“ können, erschiene so in einem völlig anderen Licht.
Darüber hinaus zeigen Duman und Grethe (2012), dass eine solche Anpassung
der Konsummuster auch aus weiteren ethischen Gründen geboten wäre, da
eine Reduktion des Fleischkonsums in den Industrieländern den Menschen in
Entwicklungsländern aufgrund stark sinkender Preise einen leichteren Zugang
zu angemessenem Fleischverzehr ermöglichen würde. Diese dritte und vierte
Dimension der nachhaltigen Intensivierung (Konsum, ethische Aspekte) macht
mehr als deutlich, dass Knappheiten von Agrarrohstoffen in einem sehr differenzierten Kontext zu diskutieren sind.
Bedauerlicherweise ist seitens der Bundesregierung bzw. seitens des BMEL
diese holistisch geprägte Stoßrichtung einer nachhaltigen Intensivierung nicht
deutlich erkennbar. Zwar wird in umfangreichen Kampagnen der Reduktion
der Lebensmittelverschwendung das Wort geredet, da ca. 30 % der erzeugten Lebensmittel nicht verzehrt werden, das Wort des zumindest teilweisen
„Verzichts“ auf Lebensmittel tierischer Herkunft findet man jedoch vergeblich,
geschweige denn einen Diskurs darüber, ob stattliche Eingriffe opportun wären,
um den Fleischkonsum zu senken. Statt an diesen zentralen Ursachen von
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Knappheiten bzw. volkswirtschaftlichen Kosten anzusetzen und so als Nebeneffekt den zunehmend kritisch wahr genommenen Import von Eiweißfuttermitteln aus Südamerika zu reduzieren, wird genau das Gegenteil getan, nämlich
der so genannten „Eiweißlücke“ das Wort geredet. Man wendet sich mithin den
Symptomen zu und nicht den Ursachen und initiiert ein Forschungsprogramm
im Rahmen einer „Eiweißinitiative“. Insbesondere Bayern hat diesen Ansatz
bereits auf Landesebene umgesetzt („Donausoja“).
5. „Die Eiweißlücke“ und die globaler Dimension nachhaltiger
Intensivierung
Deutschland deckt seine „Eiweißlücke“ der heimischen Produktion (60 % des
verbrauchten Eiweißes werden importiert) vornehmlich über Sojaimporte aus
Südamerika. Laut v. Witzke (2011) entspricht der derzeitige „virtuelle Sojaflächenimport“ Deutschlands einem Flächenäquivalent von ca. 3,6 Mio. ha. Die
Frage, die sich aus dem aktuell forcierten Anbau von Körnerleguminosen zur
Schließung der „Eiweißlücke“ in Deutschland ergibt, ist die, ob dies im Einklang
mit der globalen Dimension des Konzeptes der nachhaltigen Intensivierung
steht? Zunächst seien zwei Dinge voraus geschickt:
1. Im Rahmen einer weltweiten Arbeitsteilung und eines weltweiten Handels
von Gütern, also eines internationalen Nehmens und Gebens aufgrund
ökonomischer Vorzüglichkeiten, erscheint die Identifizierung einer „Lücke“
und der daraus abgeleitete Schluss, diese „Lücke“ umgehend auf nationaler Ebene schließen zu müssen, etwas befremdlich, insbesondere dann,
wenn nicht gefragt wird, ob diese Lücke nicht anderswo kostengünstiger zu
schließen wäre. Schließlich gehen wir in Deutschland davon aus, dass die
Brasilianer auch weiterhin ihre „Kühlschrank- und Autolücke“ über deutsche
Produkte zu schließen gedenken, da u. a. deutsche Unternehmen dies kostengünstiger und besser leisten können als brasilianische Unternehmen.
2. Grundsätzlich macht eine Erweiterung der Fruchtfolgen um Leguminosen
in Deutschland vor dem Hintergrund der Steigerung der Agrobiodiversität
Sinn. Im Detail sind jedoch verschiedene Voraussetzungen zu überprüfen, bevor eine solche Initiative einen flächenmäßig signifikanten Maßstab
einnehmen sollte. Zum einen ist die Frage nach „leakage-Effekten“ zu klären, d. h. was bedeutet es, wenn in Deutschland Körnerleguminosen mit
geringem bis mittlerem Ertragsniveau hoch ertragreiche Kulturen wie Raps
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(Öl- +Eiweißpflanze!), Körnermais oder Weizen verdrängen? Dann werden
diese hier verdrängten Kulturen auf anderen Äckern der Welt erzeugt mit
dort möglicherweise deutlich negativeren Effekten auf die Umwelt und da die
weltweiten Erträge von Weizen deutlich niedriger sind als in Deutschland,
wird dafür zusätzlich mehr Fläche benötigt, um die hier verdrängten Mengen zu kompensieren (ILUC-Effekte). Zum zweiten muss die Frage geklärt
werden, ob die Ausweitung des Körnerleguminosenanbaus in Deutschland
ein „pollution swapping“ induzieren könnte, also andere Umweltschutzziele
in Deutschland neben dem der Agrobiodiversität in Frage stellt. Zumindest
im Hinblick auf den Wasserschutz ist diese Sorge durchaus berechtigt, da
die Stickstoffresiduen aus dem Körnerleguminosenanbau bei nicht optimal
gestalteter Fruchtfolge durchaus mit erhöhten Stickstoff-Austrägen über
den Pfad Sickerwasser assoziiert sind (Wichmann et al., 2006) und damit die
Ziele der EU-Wasserrahmenrichtlinie zusätzlich gefährden könnten.
Letztlich sollte im Sinne der globalen Dimension der nachhaltigen Intensivierung
weltweit jeweils dort das Kulturartenspektrum zum Einsatz kommen, welches
eine Optimierung der Ökoeffizienz gewährleistet. Wird dieser Maßstab angelegt, sind Getreide, Raps, Mais und weitere Futterpflanzen in Europa definitiv
günstig in der Ökoeffizienz für die Produktlinien Stärke bzw. Öle oder Futterenergie. Beim Zucker ist das Bild deutlich weniger klar, da die Ökoeffizienz des
Zuckerrohranbaus (trotz signifikanter Zuchtfortschritte bei der Zuckerrübe) dem
Zuckerrübenanbau deutlich überlegen ist und die Zuckerrübe in Europa primär
durch den Außenhandelsschutz der EU nicht in ihrem derzeitigen Anbauumfang
gefährdet ist. Und bei den Eiweißpflanzen ist der Sojaanbau in Südamerika aufgrund der dortigen günstigen klimatischen Bedingungen mit zum Teil zwei Ernten pro Jahr durchaus mit einer hohen Ökoeffizienz ausgestattet (FAO, 2010)
und dürfte je produzierte Tonne hochwertigen Eiweißes den Könerleguminosen in Deutschland überlegen sein. Valide und belastbare Daten liegen dazu
derzeit allerdings kaum vor. Zudem ist die Diskussion über zu reduzierende
Sojaimporte aus Südamerika auch insofern zweifelhaft, als dies häufig mit dem
damit verbundenen Landnutzungswandel in Südamerika begründet wird. Es ist
zwar richtig, dass insbesondere in Brasilien und Argentinien natürliches Grasland in Ackerkultur genommen wird, um die weltweite Nachfrage nach Soja zu
befriedigen, aber es ist auch richtig, dass dieser Landnutzungswandel in Europa
zumindest teilweise durch den Außenhandelsschutz der EU gegenüber Rindfleischimporten aus Südamerika befördert wird. Rindfleisch aus Südamerika
wird seitens der EU als „sensibles Produkt“ geführt, welches Einfuhrquoten
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unterliegt, Soja unterliegt diesen Einfuhrquoten nicht. So befördert der EUAußenhandelsschutz indirekt den Landnutzungswandel in Südamerika und die
Ausdehnung des Sojaanbaus. Tatsächlich ist die Ökoeffizienz des Sojaanbaus
in Brasilien – wie für jede Kulturart überall auf der Welt – vom dortigen Anbausystem abhängig (Dalgaard et al., 2008). Wird tatsächlich bisheriges natürliches
Grasland (Savanne; Cerrado) in Kultur genommen, ist dies mit negativen Implikationen für die Biodiversität verbunden und kann dies mit zusätzlichen Treibhausgasemissionen assoziiert sein. Die FAO (2010) kalkuliert daher mit um den
Faktor 10 erhöhten Treibhausgasemissionen je kg erzeugtes bzw. in Europa
importiertes Sojaschrot, wenn diese Produktion auf vorherigem natürlichem
Grasland abläuft. Allerdings stellt sich auch Brasilien zunehmend den Anforderungen einer nachhaltigen Intensivierung, indem Sojaanbausysteme auf vormaligem Grasland propagiert werden, die als „integrated soy-cattle“ Systeme
beschrieben werden, das heißt eine kombinierte Produktion von Rindfleisch
und Soja mit entsprechenden Fruchtfolgen bestehend aus mehrjährigem Anbau
leistungsfähiger tropischer Gräsern für die Rinderfütterung und den Ackerkulturen Mais und Soja (Hecht, 2005; Brannstrom, 2009). So ist es nicht nur möglich,
den Humushaushalt auf einem Niveau zu stabilisieren, welches dem natürlichen Grasland entspricht, sondern auch die Produktivität des vormaligen Graslandes um ein Mehrfaches zu steigern (Volpe et al., 2008). An dieser Stelle hebt
der „ökologisch korrekte Europäer“ nicht selten den Finger und verweist auf
den Verlust an natürlichen Ökosystemen und den damit verbundenen Verlust
an Ökosystemleistungen insbesondere den Verlust von „hot spots“ der Biodiversität. Dies ist in der Tat so, aus der Perspektive Brasiliens haben wir Europäer dies jedoch bereits 5000 Jahre früher getan, als wir unsere Wälder gerodet
haben. Der weiter gehende Vorwurf, dass diese Landerschließungen mit „land
grabbing“ multinationaler Konzerne assoziiert seien, soll hier nicht eingehend
behandelt werden. Es sei lediglich darauf verwiesen, dass 1. europäische Kolonialmächte diese Länder Südamerikas über Jahrhunderte beherrschten und
dass 2. die Evolution demokratisch bürgerlicher Strukturen auch in Europa Jahrhunderte bis zur heutigen Entfaltung bedurfte und von daher ein Urteil über die
Verteilung von Wohlfahrtsgewinnen (durch den Anbau von Agrarrohstoffen für
den Export) in diesem historischen Kontext angemessen erscheint.
Wird die Schließung der „Eiweißlücke“ in der EU abschließend im Lichte einer
globalen nachhaltigen Intensivierung gewürdigt, bleibt festzuhalten, dass im
Sinne einer arbeitsteiligen Weltagrarwirtschaft Eiweißfuttermittel durchaus
weiter aus Südamerika importiert werden sollten, solange dort sicher gestellt ist,
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dass die Produktion ökoeffizient erfolgt. Sojaanbau in Europa verdrängt andere
leistungsfähige Kulturarten und induziert damit bei größerem Maßstab des
Anbaus ILUC Effekte in anderen Teilen der Erde und schließlich sollten den Ländern Südamerikas Zeit und Anreize gegeben werden, ihre nachhaltige Intensivierung voran zu treiben, um die Ökoeffizienz ihrer Produktionsweisen überzeugend dokumentieren zu können.
6. „Greening“ und die zeitliche Dimension nachhaltiger Intensivierung
Nach den in den vorherigen Kapiteln behandelten Ausführungen zur Ursache
von Knappheiten an Agrarrohstoffen, zur zukünftigen Bedeutung der europäischen Landwirtschaft im globalen Kontext und zu den Nachhaltigkeitszielen
Deutschlands erscheint der Boden bereitet für eine etwas andere Wahrnehmung der Forderung des europäischen Parlaments nach einer „greening-Komponente“ in der europäischen Agrar- und Umweltpolitik, insbesondere was die
Forderung der Ausweisung von zusätzlichen ökologischen Vorrangflächen
betrifft. Es ist nicht die Intention dieses Beitrags die Notwendigkeit von 5-, 7- oder
10 % der landwirtschaftlichen Nutzfläche in diesem Kontext zu diskutieren. Dies
hat unter anderem Haber bereits 1991 wissenschaftlich fundiert geleistet (vgl.
Haber, 2003). Vielmehr geht es um die zeitliche Dimension der nachhaltigen
Intensivierung, die eng mit der funktionellen Diversität in unseren Agrarökosystemen verknüpft ist. Die Belastbarkeit und die Anpassungsfähigkeit („resilience“) der intensiv bewirtschafteten Agrarökosystems an Stressfaktoren ist
maßgeblich durch eine ausreichende funktionelle Diversität auf verschiedenen
räumlichen Skalenebenen (Alpha-, Beta-, Gammadiversität) determiniert. Dies
um so mehr als insbesondere abiotische Stressfaktoren im Rahmen des Klimawandels zunehmen werden. Allein die Funktion der Bestäuber-Insektenarten
ist in diesem Zusammenhang von einem unersetzbaren ökonomischen Wert
für die agrarische Wertschöpfung. Insofern ist die Erhaltung der funktionellen
Diversität insbesondere auf der Ebene des Landschaftsraums für die Landwirtschaft evident. Arbeiten von Tscharntke et al. (2005) zeigen in diesem Zusammenhang die Bedeutung von Landschaftsstrukturelementen für die Artenvielfalt
auf. Die Göttinger Gruppe kann eindrucksvoll zeigen, dass ein ausreichendes
Maß an Landschaftsstrukurelementen (Hecken, Feldraine) in der Lage ist, die
Artenvielfalt trotz hoch intensiver konventioneller Bewirtschaftung auf den
Agrarflächen auf ein Niveau anzuheben, welches dem ökologischen Landbau
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in einer ausgeräumten Landschaft ohne diese Strukturelemente entspräche.
Insofern sind die mehr als 20 Jahre alten Forderungen von Haber durch neuere Untersuchungen in Ihrer Aussagefähigkeit noch deutlich verstärkt worden,
woraus zu schließen ist, dass im Sinne der zeitlichen Dimension von nachhaltiger Intensivierung eine entsprechende Grundausstattung von ökologischen
Vorrangflächen uneingeschränkt zu befürworten, ja, zu fordern ist. Darüber
hinaus gehende Ansätze zur Ausdehnung von „high nature value-(HNV) Flächen auf eine Größenordnung von 19 % der Fläche, wie sie für Deutschland im
Rahmend er Biodiversitätskonvention postuliert werden, sind dagegen durchaus kritisch zu hinterfragen. Zu hinterfragen ist diesbezüglich insbesondere der
nationale Ansatz, denn Deutschland ist im Vergleich zu anderen Ländern der
EU einerseits durch einen hohen Anteil landwirtschaftlicher Nutzflächen an der
Gesamtfläche und andererseits durch eine vergleichsweise hohe Produktivität
dieser Nutzflächen gekennzeichnet. Hier erschiene eine Zielausrichtung auf die
gesamte EU durchaus geboten, denn insbesondere in den Ländern Osteuropas und Südosteuropas beträgt der Anteil von HNV-Flächen derzeit häufig noch
mehr als 50 % der agrarischen Nutzfläche. Hier erschiene es sinnvoller, diese
Länder weiter mit EU-Unterstützung „Biodiversität produzieren zu lassen“, da es
wesentlich öko-effizienter und darüber hinaus kostengünstiger ist, dort entsprechende Arteninventare zu erhalten, als diese auf den produktiven Agrarstandorten Westeuropas neu zu schaffen.
7. Fazit
Nachhaltige Intensivierung ist mehr als Produktivitätssteigerung, es ist ein konzeptioneller Ansatz, der nicht nur die agrarische Produktion mit ihren Umweltwirkungen und damit die Agrarwissenschaften und die praktische Landwirtschaft
adressiert, sondern die Verantwortung der Gesellschaft mit einbezieht, ethische
Komponenten berücksichtigt und dies in einem globalen und auf Langfristigkeit
ausgerichteten Modell bündelt. Es gilt, diskursiv und wissensbasiert national/
lokal adaptierte Konzepte zu entwickeln, die produktiv und ökoeffizient sind
und die einer globalen Überprüfung auf Nachhaltigkeit stand halten und nicht
vorgegebene Rezepte umzusetzen. Gerade im Hinblick auf das Spannungsfeld zwischen Ökonomie und Ökologie bezüglich der Nährstoffversorgung von
Pflanzen und Tieren, erscheint das Konzept der nachhaltigen Intensivierung als
große Chance, den Stellenwert der Landwirtschaft durch die Landwirtschaft zu
befördern.
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Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung von
Pflanzen – Kriterien und Herausforderungen
K. Dittert
Georg-August-Universität Göttingen, Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Abteilung Pflanzenernährung und Ertragsphysiologie, Göttingen
1.Einleitung
Die Kenntnis des Nährstoffbedarfs und die Sicherung der richtigen Nährstoffversorgung von Pflanzen stellen uns trotz immenser Fortschritte in den letzten Jahrzehnten auch heute noch vor große Herausforderungen. Das Expertenwissen
nimmt stetig zu und auch der Wissenstransfer in die Praxis ist meist sehr erfolgreich. Nur so konnte in Menge und Qualität der pflanzlichen Erzeugnisse ein nie
dagewesenes Niveau erreicht werden. Dennoch ist aktuell trotz langjährig positiver Entwicklungen im Hinblick auf die Verbesserung des Nährstoffmanagements eine Stagnation oder gar eine Trendumkehr im Hinblick auf Nährstoffverluste eingetreten. Insbesondere werden zurzeit – lt. Nitratbericht 2012 – keine
weiteren Minderungen der Ammoniakemission bzw. der Nitratbelastung des
Trinkwassers beobachtet (BMUNR und BMELV, 2012). Regional nehmen Nitratkonzentrationen in Brunnen wieder zu und weite Flächen weisen seit vielen
Jahren P-Überschüsse auf (s. Nährstoffbericht 2012/2013 für Niedersachsen)
(Landwirtschaftskammer Niedersachsen, 2013), die im Bereich der Gewässerökologie dramatische Folgen haben. Sind wir also bei unseren Bemühungen
um Verlustminderung bereits auf einem so hohen Niveau, dass es nun nur noch
unvermeidliche Verluste gibt? Gibt es unvermeidliche Verluste überhaupt?
Oder ist die Minderung derzeit nur zu teuer?
Der folgende Beitrag soll schlaglichtartig einige der größten Herausforderungen
im Zusammenhang mit der Nährstoffversorgung von Kulturpflanzen und einige
aktuelle Entwicklungen im Bereich der Technik und im Bereich der Kriterien für
die Nährstoffversorgung von Pflanzen aufzeigen. In diesem Zusammenhang
ist die Pflanzenzüchtung auf Nährstoffnutzungseffizienz sehr wichtig. Dieser
Aspekt wird im folgenden Beitrag ausgespart, aber nicht etwa, weil er nicht nach
wie vor höchste Priorität verdient, sondern weil er in einem eigenen Beitrag
durch Herrn Kollegen Fried aus Gießen behandelt werden wird.
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2.
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Nährstoffversorgung mit organischen Düngemitteln
Die größten Herausforderungen, vor denen wir im Zusammenhang mit der
Nährstoffversorgung unserer landwirtschaftlichen Flächen aktuell stehen, sind
die großen Stickstoff- und Phosphor-Überschüsse in den Regionen mit intensiverer Veredlungswirtschaft und/oder intensiver Biogasproduktion. Der Nährstoffbericht 2012/2013 für Niedersachsen weist in vielen Landkreisen sehr hohe
Phosphatfrachten aus, die im Maximum zu Phosphatbilanzüberschüssen von
bis zu 50 kg P2O5 Hektar LF-1 Jahr-1 führen. Über viele Jahre ist in diesen Regionen viel über die Nitratauswaschungsproblematik gesprochen worden. Doch
im Gegensatz zum Nitrat vollzieht sich die Eutrophierung von Oberflächengewässern mit Phosphat meist viel langsamer. Es lässt sich aber nicht länger
übersehen, dass auch im Bereich der Phosphatproblematik dringend effiziente
Minderungsmaßnahmen benötigt werden. Nitrat kann über lange Zeiträume
aus Ökosystemen durch Denitrifikation entzogen werden – wenngleich dies mit
anderen Umweltbelastungen einhergeht, eine mikrobielle Dephosphatation
gibt es in der Natur aber nicht, so dass Umweltbelastungen mit Phosphat sehr
viel langlebiger sein werden als jene mit Nitrat. Ansätze, die Nährstofffrachten in
Regionen mit hohem Anteil an organischen Düngemitteln exakt zu erfassen, wie
zum Beispiel durch den Nährstoffbericht 2012/2013 des Landes Niedersachsen, sind ein begrüßenswerter erster Schritt, um für Politik und Forschung eine
zuverlässige Datengrundlage zu schaffen. Ausweichbewegungen wie der z. T.
weiträumige Transfer von Güllen und Gärresten erschweren die Erfassung und
Steuerung der Nährstofffrachten, und zweifelsohne müssen auch hier Anstrengungen wie zum Beispiel das Gülle-/Gärrestkataster verstärkt werden. Aus
Sicht der nachhaltigen Versorgung unserer Böden mit Nährstoffen ist es aber
auch geboten, die Bodengehalte an pflanzenverfügbarem Phosphat flächendeckend zu erfassen und der Politik und Forschung zur Verfügung zu stellen.
Neben den bereits erwähnten Gewässerbelastungen durch die hohe regionale
Konzentration organischer Düngemittel bleibt uns auch das Problem der Ammoniak-Verflüchtigung als große Herausforderung erhalten. Seit Mitte der Neunzigerjahre wurden deutliche technische Fortschritte im Bereich der Ammoniakemissionsminderung erzielt. Der nationale Emissionsinventarbericht 1990-2012
(UBA 2014) belegt jedoch, dass die bundesdeutschen Ammoniakemissionen
seit etwa 1994 nahezu unverändert geblieben sind. Das deutsche Luftschadstoffinventar (2013) zeigt, dass die Landwirtschaft mit 93,9 % für die bundesdeutschen Ammoniakemissionen verantwortlich ist (Wert für das Jahr 2011).
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Die Fortschritte im Bereich der Technik und des Managements organischer
Düngemittel sind also offenkundig durch die Zunahme der Veredlungswirtschaft
und die Entwicklungen im Bereich Biogas kompensiert worden. Nach Jahren
der Emissionsminderungen im Bereich der Energieversorgung, der Heizung
und des Verkehrs hinsichtlich der Schwefeldioxidemissionen, ist Ammoniak
nunmehr Luftschadstoff Nummer 1 im Hinblick auf Komponenten des sauren
Regens und auf Nährstoffeinträge in nicht-landwirtschaftliche Ökosysteme.
Lösungen für den sinnvollen Einsatz von Güllen und Gärresten sind daher
gefragter denn je. Beide Reststofftypen stellen für sich genommen sehr wertvolle Düngemittel dar, doch die enorme regionale Konzentration und die oft
kaum wirtschaftlich darstellbare Transportwürdigkeit verlangen nach Lösungen
vielfältiger Art. Als Beispiele können der Shuttle-Transport von Futtermitteln und
Güllen in Multiliner-LKW zwischen vieharmen und viehstarken Regionen gelten. Die Extraktion von Nährstoffen wie zum Beispiel in Form von MagnesiumAmmonium-Phosphat (MAP) sollte in Forschung und Entwicklung gefördert
werden, denn sie liefert mineralische Düngemittel mit sehr guter Pflanzenverfügbarkeit. Agrartechnik und Forschung im Bereich der Pflanzenernährung werden sicherlich noch eine Reihe weiterer, technisch-wissenschaftlicher Lösungen erarbeiten können, doch diese Lösungen werden nicht ohne zusätzliche
Kosten auskommen. Auch ist schon jetzt erkennbar, dass technisch-wissenschaftliche Verbesserungen allein die Probleme nicht lösen können. Der Kanon
der Maßnahmen wird auch Lösungen auf der politischen Ebene erfordern, wie
zum Beispiel bei der Regionalplanung neuer Stallungen und Biogasanlagen,
aber auch der Zulassung von Gülle- und Gärrestlagerbehältern in vieharmen
Regionen.
3.
Precision Farming und Nährstoffversorgung
Bei einem Beitrag über Kriterien und Herausforderungen im Bereich des Nährstoffbedarfs und der Nährstoffversorgung von Pflanzen darf der Blick auf eine
Reihe viel versprechender Veränderungen im Bereich des Acker- und Schlagmanagements nicht fehlen. Über einen Zeitraum von gut 10-15 Jahren wurden
in Deutschland sehr gute Grundlagen für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung von landwirtschaftlichen Nutzflächen entwickelt. Über Kartierung
von Bodenarten, von topographischen Eigenschaften und von Ertragspotenzialen konnten unter Verwendung von geographischen Informationssystemen
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Verfahren des Precision Farming entwickelt werden, die allerdings aufgrund
des enormen Aufwands für die Datengewinnung bisher nur in Pilotprojekten zur
Anwendung kamen. Der Nährstoffbedarf konnte in diesen Projekten präzise
für Teilflächen von wenigen Quadratmetern Größe bestimmt werden, und auch
die Düngung konnte – bei Vorhandensein einer sehr umfassenden technischen
Ausstattung – genau an diesen Bedarf angepasst werden. In den vergangenen
5-10 Jahren wurden diese Anstrengungen ergänzt um Simulationsmodelle,
die das Pflanzenwachstum und damit den Nährstoffbedarf abbilden können,
so dass zumindest für Stickstoff noch im Verlauf der Vegetationsperiode der
Bedarf in späteren Wachstumsphasen genauer vorhergesagt werden kann.
Besonders interessant erscheinen in diesem Zusammenhang die Modellierungsaktivitäten auf der Basis von Hermes nach Kersebaum et al. (2007) und im
Rahmen der isip-Plattform, die auf Aktivitäten von Kage et al. (Kage und MeyerSchatz, 2008, Heumann et al., 2014) basieren. Schließlich ist die Entwicklung
bzw. Weiterentwicklung von optischen Sensoren zu erwähnen, die ebenfalls im
Pflanzenbestand Informationen über die aktuelle Pflanzenentwicklung für die
Düngerbedarfsermittlung berücksichtigen können. Sie gestatten – zumindest
bei den späteren Düngegaben – die bisherige Bestandesentwicklung zu berücksichtigen und damit eine verbesserte, teilflächenspezifische Düngung durchzuführen.
In den letzten 2-3 Jahren zeigt nun die Entwicklung von hoch genauen, GPSgestützten Ortungssystemen, so genannten Real-Time-Kinematik-(RTK)-Systemen enorme Fortschritte. Schlepper und Arbeitswerkzeuge können damit auf
2 cm genau gesteuert werden, und die aktuell rasche Verbreitung lässt erwarten,
dass diese Systeme zukünftig auch in kleineren landschaftlichen Betrieben wirtschaftlich genutzt werden können. Auch bei der Entwicklung von berührungslosen Verfahren zur Erfassung von Bodeneigenschaften gibt es in den letzten
Jahren sehr gute Fortschritte. So entstehen durch die Kombination neuer RTKOrtungstechniken mit Teilbreitenschaltungen und Randstreuvorrichtungen bei
Saat, Pflanzenschutz- und Düngerausbringung gemeinsam mit teilflächenspezifischen Schlagkarten und Sensortechniken viel versprechende neue Möglichkeiten, den Nährstoffbedarf von Pflanzen zukünftig zeitlich und räumlich viel präziser zu decken. Es kann daher erwartet werden, dass durch diese Verfahren,
für die sich der Begriff Smart-Farming etabliert, die Nutzungseffizienz der eingesetzten Düngemittel deutlich steigen wird.
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4.
Kriterien der Nährstoffversorgung
Auch bei den Kriterien für den Nährstoffbedarf von Kulturpflanzen sind einige
wichtige Entwicklungen zu beobachten, die einen Beitrag dazu leisten können,
dass Nährstoffe zukünftig effizienter eingesetzt werden.
Qualität von Backweizen und dessen Proteingehalt
Die Qualität von Backweizen wird gegenwärtig meist durch eine Schnellbestimmung des Proteingehalts durch die aufnehmende Hand erfasst und auch abgerechnet. Die Erzeugung eines Weizens mit hohem Proteingehalt ist daher nach
wie vor ein sehr wichtiges Ziel im praktischen Weizenanbau. Über die letzten
10-15 Jahre zeigt sich jedoch, dass das Backvolumen moderner Weizensorten
erheblich geringere Korrelationen mit den Proteingehalten aufweist, als dies in
den achtziger Jahren noch der Fall war (Münzing, 2013). Aktuelle Forschungsarbeiten zeigen, dass colorimetrische Verfahren, vermutlich aber auch ELISATests und Nah-Infrarot-Methoden in der Lage sein werden, die Backqualität von
abgelieferten Weizenpartien rasch und kostengünstig zu erfassen (Schieberle
und Köhler, 2013, Gabriel et al., 2013). Nach Schätzungen von Obenauf (2013)
lassen sich im Anbau von Qualitätsweizen jährlich 25-30 kg Stickstoff ha-1 im
Bereich der Spätdüngung einsparen, wenn diese Gabe nicht mehr in demselben Maße auf einen hohen Proteingehalt hin ausgerichtet wird. Dies könnte
eine erhebliche Verbesserung der Stickstoffbilanz des Qualitätsweizenanbaus
ermöglichen und es wäre gleichzeitig ein deutlicher Beitrag zur Senkung der
Düngerkosten.
Wassernutzungseffizienz und Trockenstress-Toleranz
In der gegenwärtigen Praxis wird der Nährstoffbedarf von Kulturpflanzen in der
Regel danach bemessen, dass den Pflanzen genau so viele Nährstoffe angeboten werden, dass sie das ökonomische Ertragsoptimum erreichen und dass
die erzeugten Produkte hinsichtlich ihrer Qualität den vorgegebenen Zielen entsprechen. In letzter Zeit mehren sich jedoch Hinweise, dass die Resistenz oder
Toleranz von Kulturpflanzen gegenüber biotischen und abiotischen Stressfaktoren durch entsprechende Mineralstoffernährung gestärkt werden können
(z. B. Huber und Jones, 2013, Mengutay et al., 2013). Es kann daher erwartet
werden, dass es zukünftig weitere Kriterien geben wird, an denen der Nährstoffbedarf bemessen wird. Zu den wichtigsten abiotischen Stressfaktoren gehören
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in Deutschland inzwischen die immer häufiger auftretenden Sommertrockenheitsereignisse (Radtke, 2008). Diesem Thema wendet sich z. B. unsere eigene
Forschung zu. Zielsetzung ist es dabei, bereits frühe Stadien von Trockenstress
zu erkennen und den Einfluss der Mineralstoffernährung auf die Toleranz der
Pflanzen zu prüfen. Aus Feldstudien gibt es verschiedene Berichte, die zeigen,
dass z. B. gut mit Kalium versorgte Pflanzen auch bei Trockenstress eine recht
hohe Fotosyntheseaktivität aufrechterhalten können. Die pflanzenphysiologischen Hintergründe dieser Befunde gilt es zu erforschen. Neben der Toleranz
gegenüber solchem oxidativem Stress ist es auch wichtig, die Rolle von Mineralstoffen bei der Regulation der pflanzlichen Transpiration näher kennen zu
lernen. Physiologische Studien legen nahe, dass es möglich sein müsste, die
Abgabe von Wasserdampf durch die Schließzellen der Pflanzenblätter stärker
einzuschränken, ohne dass eine verminderte Aufnahme von CO2 in das Blatt die
Fotosynthese einschränkt. Hier liegen also Potenziale, die Wassernutzungseffizienz der Kulturpflanzen durch angepasste Nährstoffversorgung zu verbessern.
5.Schlussfolgerungen
Im Hinblick auf den Nährstoffbedarf und die Nährstoffversorgung von Pflanzen
stellen uns die organischen Düngemittel gegenwärtig vor die größten Herausforderungen. In absehbarer Zeit wird uns eine sehr ungleichmäßige regionale
Verteilung der organischen Düngemittel erhalten bleiben, so dass vielfältige
neue Konzepte dringend benötigt werden, die es erlauben werden, auch in Regionen mit hohem Aufkommen an organischen Düngemitteln die Versorgung mit
Nährstoffen exakt an den Bedarf anzupassen.
Teilflächenspezifische Informationen über Ertragspotenziale und den Nährstoffbedarf von Pflanzen kombiniert mit Pflanzenwachstumsmodellen, Sensortechnik und hoch genauer Satellitenortung werden mit großer Sicherheit in den
nächsten Jahren vermehrt im Pflanzenbau eingesetzt werden. Diese Verfahren
bieten ausgezeichnete Chancen, den zeitlich und räumlich sehr heterogenen
Bedarf an Pflanzennährstoffen zukünftig genauer zu erfassen und die Düngung
darauf abzustimmen. Dies ist eine wichtige Grundlage für die Verbesserung der
Nährstoffnutzungseffizienz im praktischen Pflanzenbau.
Schließlich ist festzuhalten, dass der wirkliche Bedarf der Pflanzen weiterhin im
Mittelpunkt der Nährstoffversorgung stehen muss. Hilfsparameter wie z. B. der
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Proteingehalt von Backweizen müssen kontinuierlich hinterfragt werden und
ggf. dem aktuellen Stand der Pflanzenzüchtung und der Wissenschaft angepasst werden. Aufgabe der agrarwissenschaftlichen Forschung ist es, neue
Erkenntnisse aus Grundlagenwissenschaften auf Nutzbarkeit für die Landschaft zu prüfen und ihr – wo immer möglich – in Form von praxistauglichen Analysemethoden oder Bewirtschaftungsverfahren zugänglich zu machen.
6.Literaturangaben
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMUNR)
sowie Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) (Hrsg.), 2012: Nitratbericht 2012. Gemeinsamer
Bericht. September 2012.
Gabriel, D., Pfitzner, C., Rühl, G., Hüsken, A., Haase, N., Prüfer, H., 2013: Backweizenqualität neu bewerten – Nahinfrarotspektroskopie hilft Stickstoffdünger einzusparen. Forschungs Report Ernährung – Landwirtschaft Verbraucherschutz 47, 32-35.
Heumann, S., Ratjen, A., Kage, H., Böttcher, J., 2014: Estimating net N mineralization under unfertilized winter wheat using simulations with NET N and a
balance approach. Nutrient Cycling in Agroecosystems 99, 31-44.
Huber, D.M., Jones, J.B., 2013: The role of magnesium in plant disease. Plant
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Kage, H., Meyer-Schatz, F., 2008: Neue internetgestützte Wege zur Optimierung der Stickstoffdüngung - Bestandesmonitoring und Modellierung von
Bestandesparametern. DBU-Abschlussbericht. 40 S.
Kersebaum, K.C., Nieder, R., Köster, W., 2007: Neue Chancen für eine effizientere N-Düngung. Wasserwirtschaft 1-2 2007, 58-59.
Landwirtschaftskammer Niedersachsen (Hrsg.), 2013: Nährstoffbericht
2012/2013 in Bezug auf Wirtschaftsdünger für Niedersachsen. 187 S.
Mengutay, M., Ceylan, Y., Kutman, U.B., Cakmak, I., 2013: Adequate magnesium nutrition mitigates adverse effects of heat stress on maize and
wheat. Plant Soil 368, 57-72.
Münzing, K., 2013: Qualitätsparameter für Brotgetreide – Sind die Bestimmungsmethoden noch zeitgemäß. Vortrag beim DBV-Ackerbautagung
am 20. & 21. Juni 2013 in Berlin „Parameter zur Bestimmung der Qualität
von Brotgetreide“.
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Plenartagung
Obenauf, U., 2013: Weizenanbau in Schleswig-Holstein – N-Bilanzen, Proteingehalt und Vermarktungsqualität – wie geht das zusammen? Vortrag
beim Ackerbautag der Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein am
14. Februar 2013.
Radtke, K.S., 2008: Klimaänderungen in Deutschland und Europa im 21. Jahrhundert. Forum - Klimawandel in Europa im 21. Jahrhundert. Vortrag am
11.12.2008 in Cottbus. http://www.fei-bonn.de/gefoerderte-projekte/projektdatenbank/aif-16464-n.projekt (abgerufen am 07.09.2014).
Schieberle, P., Köhler, P., 2013: Entwicklung verbesserter Methoden zur
Beurteilung der Kleberqualität von Weizenmehlen. Kurzbericht des
Forschungskreises der Ernährungsindustrie. http://www.fei-bonn.de/
gefoerderte-projekte/projektdatenbank/ aif-16464-n.projekt (abgerufen
am 14.09.2014).
UBA (Hrsg.), 2013: Deutsches Luftschadstoffinventar 1990-2011. http://www.
umweltbundesamt.de/themen/luft/emissionen-von-luftschadstoffen/
quellen-der-luftschadstoffe (abgerufen am 14.09.2014).
UBA (Hrsg.), 2014: Nationaler Inventarbericht 2014 zum Deutschen Treibhausgasinventar 1990-2012.
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Optimale Nährstoffversorgung von Pflanzen und
Tieren – ein Widerspruch?
K.-H. Südekum
Universität Bonn, Institut für Tierwissenschaften, 53115 Bonn
1.Einleitung
Die Optimierung der Nährstoffversorgung von Pflanzen und Tieren ist in der
Pflanzen- und der Tierernährung seit Jahrzehnten ein zentrales Thema, und es
gibt für zahlreiche Nährstoffe sehr weit entwickelte und präzise Empfehlungen
für unterschiedliche Produktionssysteme und variierende Umweltbedingungen,
zu denen auch ökonomische Rahmenbedingungen gehören. Je ausgeprägter
dabei die Spezialisierung innerhalb der Disziplinen ist, desto weniger spielen
interdisziplinäre Betrachtungsweisen eine Rolle.
Im Rahmen des vorliegenden Beitrags wird deshalb versucht, Bereiche zu identifizieren, in denen die Optimierung der Nährstoffversorgung zu Konflikten oder
Widersprüchen führen kann, wenn nur monodisziplinär gedacht wird. Zunächst
wird kurz skizziert, welche Nährstoffe für Pflanzen und Tiere relevant sind und
es werden einige Kriterien der Optimierung der Versorgung benannt. Es folgen
ausgewählte Beispiele für Widersprüche zwischen Pflanzen- und Tierernährungsansätzen. Schließlich werden einige Herausforderungen benannt und
Schlussfolgerungen gezogen. Der Beitrag ist ein Plädoyer für eine stärkere Vernetzung zwischen Pflanzen- und Tierwissenschaftlern, weil diese im Hinblick
auf den Titel des Beitrags – Optimierung der Nährstoffversorgung – das Erreichen von Zielen ohne negative Nebeneffekte besser ermöglicht als eine monodisziplinäre Vorgehensweise.
2.
Nährstoffversorgung von Pflanze und Tier – welche Nährstoffe?
Alle für Pflanzen essenziellen Elemente, möglicherweise mit der Ausnahme von
Bor, sind auch für Tiere essenziell (Tabelle 1). Darüber hinaus benötigen Tiere
Elemente wie Jod, Natrium, Selen, Chrom und Nickel, die für Pflanzen entweder nicht essenziell sind oder die sie, wie Natrium, nur in sehr geringen Mengen
benötigen.
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Tab. 1: Plenartagung
Essenzialität von Nährstoffen (unvollständige Liste) für Pflanzen und
Tiere – Übereinstimmungen und Unterschiede (nach verschiedenen
Quellen)
Pflanzen
Essenziell
Stickstoff (N)
P, S, K, Ca, Mg, Cl
Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, (Co), (Ni)
Tiere
Essenziell
Aminosäuren
P, S, K, Ca, Mg, Cl, Na,
Fe, Mn, Zn, Cu, Se, (Co),
Günstig (“beneficial”)
“occasionally beneficial” (Suttle,
2010)
B, Cr, Li, Mo, Ni, Rb, V
Na, Se, Si
“potentially toxic” (Suttle, 2010)
As, Cd, F, Pd, Hg
3.
Kriterien für die Optimierung der Versorgung
Die Menge eines Nährstoffs, die von Pflanzen oder Tieren benötigt wird, hängt
von seiner Stoffwechselfunktion ab und variiert zwischen den Elementen und
Organismen erheblich. Auch für dasselbe Element kann die Situation in verschiedenen Regionen der Welt ganz entgegengesetzt aussehen. Während
insbesondere in Entwicklungsländern Zn-Mangel auch wegen niedriger ZnGehalte in pflanzlichen Lebens- und Futtermitteln weit verbreitet ist – nach
Schätzungen vom Anfang des Jahrtausends ist fast die Hälfte der Weltbevölkerung von mangelhafter Zn-Versorgung bedroht (Brown et al., 2001) –, werden
in europäischen Ländern häufig sehr hohe Zn-Gehalte gefunden, was sowohl
an industrieller Umweltverschmutzung liegen kann (z. B. Angelova et al., 2010),
aber auch durch eine umfangreiche Zn-Supplementierung des Mischfutters für
landwirtschaftliche Nutztiere, vor allem (junge) Schweine, bedingt sein kann
(VFT, 2012). Da Zn-Verbindungen, vor allem Zn-Oxid, bei hohen Dosierungen
neben dem Nährstoffcharakter auch antimikrobielle Wirkungen aufweisen und
damit wachstumsfördernde Effekte zeigen (Sales, 2013), wird vermutet, dass
deshalb insbesondere in Mischfuttermitteln für Schweine immer wieder deutlich
über den Versorgungsempfehlungen liegende Werte gemessen werden (VFT,
2012: „Es wird deutlich, dass alle geprüften Futter die Versorgungsempfehlungen für Kupfer und Zink erreichen … bzw. zum Teil deutlich darüber lagen.“).
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Plenartagung
In der Regel verfolgt die Optimierung der Nährstoffversorgung von Pflanzen
das Ziel, eine möglichst effiziente Trockenmasse-(TM)-Produktion zu erreichen. So kann beispielsweise die Optimierung der N-Düngung anhand von
Ertragsgrenzwerten bei Grünlandbeständen auch ohne verstärkte K-Düngung
zu einer erheblichen K-Überversorgung von Wiederkäuern führen (Taube et al.,
1995), welche durch Interaktionen zwischen K und Mg zu massiven Störungen
der Mg-Absorption aus den Vormägen der Wiederkäuer führen kann. Dies wird
noch verstärkt durch die in solchen Fällen geringe Na-Aufnahme. Auf der anderen Seite ist bei C4-Pflanzen die N-Nutzungseffizienz so hoch, dass eine hohe
Biomasseproduktion bei sehr geringen N- und damit Rohprotein-Gehalten in
der pflanzlichen Biomasse erreicht wird, womit eine bedarfsdeckende Versorgung von Tieren mit Aminosäuren nicht gewährleistet werden kann. Erfolgt eine
Düngung bis zum Erreichen einer für die Versorgung von Tieren ausreichenden
Rohproteinkonzentration, ist dies mit einer ineffizienten N-Nutzung und damit
hohen N-Austrägen in die Umwelt verbunden. Dies wird weiter unten für den
Silomais als Beispiel für einen Widerspruch zwischen Pflanzen- und Tierernährung weiter ausgeführt.
4.
Ausgewählte Beispiele für Widersprüche
Sofern Pflanzen für die Lebensmittelerzeugung/-verarbeitung genutzt werden,
kommen neben dem Ertrag an Biomasse oder TM spezifische Inhaltsstoffe
oder andere Qualitätsmerkmale hinzu. Demgegenüber erfolgt selten eine Aus
richtung des Düngermanagements mit dem Ziel, über die Zusammensetzung
der pflanzlichen Futtermittel die Nährstoffversorgung von Nutztieren zu optimieren. Dies würde erfordern, dass z. B. neben den Gehalten der jeweiligen
Elemente auch die Bindungsformen berücksichtigt werden. Ein besonders
deutliches Beispiel für einen Zielkonflikt zwischen Pflanze und Tier stellt hier P
dar. Während Phytin-P für die Pflanzen eine mobilisierbare P-Speicherform darstellt, kann diese P-Form von Tieren nicht oder nur in geringem Umfang im Verdauungstrakt hydrolisiert werden, so dass ein möglichst geringer Anteil an Phytin-P am Gesamt-P für die Verwendung von Pflanzen als Futtermittel von Vorteil
wäre.
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Tab. 2: Plenartagung
Kriterien für die Optimierung der Ernährung von Pflanzen und Nutztieren – Widersprüche
Pflanzen
Trockenmasse-Ertrag
Tiere
Energieertrag; z. B. GJ Nettoenergie-Laktation/ha (Milchkuh); GJ
Umsetzbare Energie/ha (Schwein/
Geflügel)
Stickstoff-Ertrag
Praecaecal verdauliche
Aminosäuren (Schwein); nutzbares
Rohprotein am Duodenum (Milch
kuh)
„Kritische Nährstoffkonzentrationen“
(N, K) – Silomais und
Grünlandaufwüchse (Erläuterungen
siehe Text)
Nutzbares Rohprotein am
Duodenum, K-Konzentration der
Ration
Tabelle 2 verdeutlicht, dass agronomisch wichtige Kenngrößen wie der TMund N-Ertrag nicht ausreichen, um die Energie- und Nährstoffversorgung durch
pflanzliche Futtermittel für Nutztiere ausreichend zu charakterisieren. Dies gilt
umso mehr, wenn sehr unterschiedliche Erntegüter wie etwa Körnergetreide
und Getreide-Ganzpflanzen verglichen werden. Die Problematik soll nachfolgend am in Tabelle 2 bereits aufgeführten Begriff der „kritischen Nährstoffkonzentrationen“ für Silomais und Grünlandaufwüchse etwas näher charakterisiert
werden.
Herrmann und Taube (2005) definierten die „kritische N-Konzentration (zum
Zeitpunkt der Siloreife, d. h. bei 300-350 g TM/kg) als die „minimale N-Konzentration, die für einen maximalen TM-Ertrag erforderlich“ ist. Sie ermittelten einen
Wert von 10,5 g N/kg TM, das entspricht einer Konzentration von nur 6,5 %
Rohprotein in der TM. Eine solche Rohprotein-Konzentration ist für alle Nutztierspezies (und die Mikroorganismen in den Vormägen von Wiederkäuern) zu
gering, um den Bedarf der Tiere zu decken und erfordert in jedem Fall eine quantitativ bedeutsame Ergänzung. Erst wenn eine mengenmäßig adäquate Zufuhr
gewährleistet ist, kann zusätzlich die Qualität des Mais-Rohproteins als zusätzlich die Leistungsfähigkeit der Tiere begrenzender Faktor berücksichtigt werden
(Südekum, 2009).
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Anders sieht die Situation für Grünlandaufwüchse aus (Tabelle 3).
Tab 3: Ermittlung optimaler N-Düngemengen für Grünlandaufwüchse (Herrmann et al., 2014b)
Pflanze
Tier
Umwelt
Kriterium
TM-Ertrag*
N-Ertrag**
RohproteinGehalt
N-Aufnahmeeffizienz =
N-Ertrag/N-Düngemenge
Zielwert/bereich
*Grenzertrag
von 10 kg TM/
kg N-Input
**Maximalertrag
14-18 %
1 (entspricht N-Bilanzsaldo
von 0)
*Ein Grenzertrag von 10 kg TM je letztes eingesetztes kg N-Dünger gilt als Näherung an das ökonomische Optimum der N-Düngung; **Der maximale N-Ertrag
beschreibt das N-Aufnahmepotential des Bestandes
Die von Herrmann et al. (2014b; Tabelle 3) abgeleiteten Werte, die einen standortabhängigen Korridor von 14-18 % Rohprotein in der TM ausweisen, wenn
aus futterbaulicher Sicht entweder der TM- oder der N-Ertrag optimiert werden
sollen, sind für den Wiederkäuer zu hoch, wenn Grünlandaufwüchse in frischer
oder konservierter Form als Alleinfutter dienen, während bei Kombination mit
rohproteinarmen Konzentratfuttermitteln oder Grobfuttermitteln wie Maissilage
eine hohe N-Nutzungseffizienz auch bei Rohproteingehalten erreicht werden
kann, die deutlich über 18 % der TM betragen. Anders ausgedrückt heißt das,
dass die Beantwortung der Frage, ob zwischen der Optimierung der N-Versorgung von Grünlandaufwüchsen und der Optimierung der Proteinversorgung
des Wiederkäuers ein Widerspruch oder gegebenenfalls Gleichklang besteht,
in starkem Maße von der Rationsgestaltung abhängt.
Mittlerweile wurden von derselben Arbeitsgruppe mit der gleichen Vorgehensweise „kritische K-Konzentrationen“ abgeleitet (für Silomais auf leichten Standorten; Herrmann et al. 2014a). Es zeigt sich, dass bei sehr hohen Erträgen die
erforderlichen K-Gehalte in der Gesamtpflanze für Höchsterträge nur um etwa
1 % der TM betragen, was dem niedrigen Anspruch der Tiere entgegenkommt
und die weiter oben angeführten negativen Auswirkungen hoher K-Gehalte, wie
sie häufig in Grünlandaufwüchsen beobachtet werden, sicher ausschließt.
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5.Herausforderungen
Auch das Spannungsfeld zwischen Pflanzen- und Tierernährung wird wahrscheinlich vom den Auswirkungen des Klimawandels bzw. zunehmenden Extremwetterereignissen (Dürren, Niederschläge) beeinflusst, wobei sowohl positive als auch negative Auswirkungen beobachtet wurden oder prognostiziert
werden. So verminderte verstärkter Wasserstress zwar die Erträge von Grünlandaufwüchsen, jedoch war die Grobfutterqualität sogar verbessert (Grant et
al., 2014). Ebenso müssen steigende Temperaturen nicht zwangsläufig den
Futterwert von Maissilagen verschlechtern, sondern hängen vom Genotyp des
Silomaises ab (Gorniak et a., 2014; Abb. 1).
Abb. 1: Verdaulichkeiten (digestibility) der organischen Masse (OM) von zwei
Silomaisgenotypen bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen
(Gorniak et al., 2014)
Myers et al. (2014) leiteten demgegenüber aus einer Meta-Analyse (143 Vergleiche von Nährstoffgehalten bei CO2-Konzentrationen von ca. 380 versus 550
ppm) ab, dass – außer bei Sorghum – bei allen untersuchten Kulturpflanzenarten (Weizen, Reis, Erbsen, Sojabohnen, Mais) vor allem die Zn-, aber auch die
Fe- und Proteingehalte mit zunehmender CO2-Konzentration abnahmen, womit
die weiter oben schon erwähnte Zn-Mangelsituation in vielen Ländern weiter
verschärft werden dürfte.
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6.Fazit
Folgende zentrale Schlussfolgerungen und Aufgaben ergeben sich aus diesem
Beitrag: (1) Die Kriterien für die optimale Nährstoffversorgung von Pflanze und
Tier müssen präzise definiert und angemessen kommuniziert werden – dies
geht nicht monodisziplinär, sondern erfordert eine verstärkte Zusammenarbeit
der disziplinären Spezialisten; (2) Die Methoden der Analytik müssen zu den
Zielen passen – dies ist eine Kernkompetenz des VDLUFA, die nicht aufgegeben werden darf, sondern gestärkt und weiterentwickelt werden muss. Aus (1)
und (2) folgt, dass die Disziplinen – bei unumkehrbaren Zwang zur Spezialisierung – den Austausch und die Kooperation mit Nachbardisziplinen „nachhaltig
intensivieren“ müssen. Das gilt nicht nur, aber meines Erachtens in besonderem Maße für die Pflanzen- und Tierernährung, deren Vertretern es gut täte, die
gemeinsame Vergangenheit in der Agrikulturchemie als Chance für eine stärker
gemeinsam gestaltete Zukunft zu begreifen.
7.Literaturangaben
Angelova, V.R., Ivanova, R.V., Todorov, J.M., Ivanov, K.I., 2010: Lead, cadmium, zinc, and copper bioavailability in the soil-plant-animal System in a
Polluted Area. Sci. World J. 10, 273-285.
Brown, K.H., Wuehler, S.E., Peerson, J.M., 2001: The importance of zinc in
human nutrition and estimation of the global prevalence of zinc deficiency.
Food Nutr. Bull. 22, 113-125.
Gorniak, T., Meyer, U., Südekum, K.-H., Dänicke, S., 2014: Effect of ambient
temperature on nutrient digestibility and nitrogen balance in sheep fed
brown midrib maize silage. Arch. Anim. Nutr. 68, 336-344.
Grant, K., Kreyling, J., Dienstbach, L.F.H., Beierkühnlein, C., Jentsch, A., 2014:
Water stress due to increased intra-annual precipitation variability reduced forage yield but raised forage quality of a temperate grassland. Agric.
Ecosys. Environ. 186, 11-22.
Herrmann, A., Schröder, F., Kluß, C., Lausen, P., Techow, E., Feger, G., Taube,
F. (2014a): Wieviel Kalium braucht Silomais auf leichten Standorten? 58.
Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Grünland und Futterbau, 116120.
Herrmann, A., Taube, F., 2005: Nitrogen concentration at maturity–an indicator
of nitrogen status in forage maize. Agron. J. 97, 201-210.
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Plenartagung
Herrmann, A., Techow, A., Kluß, C., Taube, F., Berendonk, C., Diepolder, M.,
Elsässer, M., Greiner, B., Neff, R. (2014b): Mehr Eiweiß vom Grünland.
DLG-Mitt. 4/2014, 76-79.
Myers, S.S., Zanobetti, A., Kloog, I., Huybers, P., Leakey, A.D.B., Bloom, A.J.,
Carlisle, E., Dietterich, L.H., Fitzgerald, G., Hasegawa, T., Holbrook,
N.M., Nelson, R.L., Ottman, M.J., Raboy, V., Sakai, H., Sartor, K.A.,
Schwartz, J., Seneweera, S., Tausz, M., Usui, Y. (2014): Increasing CO2
threatens human nutrition. Nature 510, 139-143.
Sales, J., 2013: Effects of pharmacological concentrations of dietary zinc oxide
on growth of post-weaning pigs: A meta-analysis. Biol. Trace Element
Res. 152, 343-349.
Südekum, K.-H., 2009: Mais und Maisnebenprodukte und ihre Bedeutung für die
Protein- und Aminosäurenversorgung von Wiederkäuern und Nicht-Wiederkäuern. In: F.J. Schwarz, U. Meyer (Hrsg.) Optimierung des Futter
wertes von Mais und Maisprodukten. Landbauforsch. – vTI Agric. For.
Res. Sdrh. 331, 19-27.
Suttle, N.F., 2010: Mineral Nutrition of Livestock, 4th ed. CABI International,
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Taube, F., Wulfes, R., Südekum, K.-H., 1995: Veränderung der Mineralstoffgehalte von Futtergräsern im Zuwachsverlauf in Abhängigkeit von Stickstoffdüngung und Aufwuchszeitraum. Wirtschaftseig. Futter 41, 219-237.
Verein Futtermitteltest e.V. (VFT), 2012: VFT-Sonderuntersuchung – Kupfer
und Zinkgehalte im Schweine-Mischfutter. VFT, Bonn.
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Workshop
Workshop
Düngeempfehlungen in Europa
H. Spiegel1, P. Čermák2, J. de Haan3, G. Füleky4, C. Grignani5, T. D´Hose6, L.R. Staugaitiene7, W. Zorn8, G. Guzmán9,
D. Pikuła10, L. Jordan-Meille11
Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES), Wien, 2Crop
Research Institute, Prag, 3Applied Plant Research – Wageningen UR, Lelystad,
4
Szent István University (SZIE), Gödöllő, 5Università di Torino, 6Instituut voor
Landbouw- en Visserijonderzoek (ILVO), 7Lithuanian Research Centre for
Agriculture and Forestry, 8Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, Jena,
9
Universität Cordoba, 10Institute of Soil Science and Plant Cultivation, Puławy,
11
Bordeaux Sciences Agro, Gradignan
1
1.Einleitung
Die Düngung von Kulturpflanzen dient dazu, die durch die Ernteprodukte dem
Boden entzogenen Nährstoffe für die Folgekultur(en) zur Verfügung zu stellen.
Ein Ziel von Düngungsempfehlungen ist es, optimale Erträge und Produktqualitäten zu erreichen. Andererseits müssen umwelt- und klimarelevante Nährstoffverluste (insbesondere von Stickstoff und Phosphor) minimiert werden.
Düngungsempfehlungen sollten unter anderem Nährstoffe aus Wirtschaftsdüngern, Sekundärrohstoffdüngern, Mineraldüngern und Ernterückständen sowie
den aktuellen Nährstoffstatus im Boden berücksichtigen, der durch Bodenanalysen erhoben werden kann. Untersuchungen haben gezeigt, dass in Europa
zahlreiche Methoden zur Bestimmung pflanzenverfügbarer Nährstoffgehalte
existieren (Neyroud und Lischer, 2003, Fotyma und Dobers, 2008). Im folgenden Beitrag sollen die Grundlagen für die Düngungsempfehlungen in ausgewählten Ländern Europas erörtert und insbesondere auf Unterschiede hingewiesen werden. Der Schwerpunkt wird auf die Makroelemente Stickstoff (N),
Phosphor (P), Kalium (K) gelegt, es wird nur auf die Düngungsempfehlungen für
Ackerland eingegangen.
2.
Material und Methoden
Die im Beitrag dargestellten Ergebnisse basieren zum einen auf Literaturrecherchen, andererseits haben Experten von Offizialberatungen und Universitäten
in ausgewählten Europäischen Ländern (Niederlande, Belgien, Deutschland,
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Österreich, Ungarn, Italien, Tschechien, Spanien, Polen, Litauen und Frankreich) folgende Fragen beantwortet:
• Gibt es in den ausgewählten Europäischen Ländern offizielle Düngungsrichtlinien, und wenn ja, wer veröffentlicht sie und sind sie im ganzen Land
einheitlich?
• Basieren in ausgewählten EU Mitgliedstaaten Düngungsempfehlungen auf
Bodenanalysen und wenn ja, welche Methoden werden verwendet?
• Gibt es Gehaltsklassen und wenn ja, für welche Elemente?
• Gibt es Zu- oder Abschläge in Abhängigkeit vom Versorgungsgrad?
• Werden Analysen am Pflanzenbestand (z. B. N Tester, Sensor, Pflanzenanalysen) für Düngungsempfehlungen eingesetzt?
Zuletzt wurden auch Beispiele für Standard N, P, K Düngeempfehlungen, u. a.
für Weizen, bei mittlerer Versorgungsstufe für P und K und bei Abfuhr der Ernterückstände abgefragt.
3.Ergebnisse
Düngungsrichtlinien in Europa
Offizielle, einheitliche Düngungsrichtlinien existieren in den Niederlanden, Belgien, Österreich, Tschechien, Polen und Frankreich (siehe Tab. 1). In Deutschland gibt die Düngeverordnung einen Rahmen vor, die Umsetzung erfolgt nach
den unterschiedlichen Düngungsrichtlinien der Bundesländer. In Ungarn schlagen die Düngungsrichtlinien des Landwirtschaftsministeriums (MÉM NAK,
1979) ein relativ intensives Düngungsregime vor, während das RISSAC-RIA
System (Fodor et al., 2013, Csatho et al., 1998) in stärkerem Ausmaß ökologische Aspekte berücksichtigt. In Italien liegen Düngungsrichtlinien für die einzelnen NUTS 2 Regionen vor, die durch das Landwirtschaftsministerium koordiniert und in einer nationalen Datenbank veröffentlicht werden. In Spanien und
Litauen gibt es keine offiziellen Düngungsempfehlungen. Spanien berichtet
von Empfehlungen des Landwirtschafts- bzw- Umweltministeriums, während
in Litauen Beratungsinstitutionen und Düngungsfirmen unterschiedliche Düngungsempfehlungen veröffentlichen.
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Tab. 1: Düngungsrichtlinien (DRL) in ausgewählten Europäischen Ländern
(Internetseite)
Niederlande
DRL zusammengestellt von einem Konsortium (angewandte
Pflanzenforschung)
www.kennisakker.nl
Belgien
Offizielle DRL, veröffentlicht vom Bodemkundige dienst
van België (Maes et al., 2012) (http://www.bdb.be/Home/
tabid/37/language/nl-BE/Default.aspx)
Deutschland
Düngeverordnung (DüV);
Düngungsempfehlungen der Bundesländer (z. B. TLL: http://
www.tll.de/ainfo/pdf/dung0108.pdf
Österreich
Richtlinien für die sachgerechte Düngung (BMLFUW, 2006)
http://www.ages.at/fileadmin/redakteure/lwt-bgp/
Download_Broschueren/SGD_6_Auflage.pdf
Ungarn
Ministerium für Landwirtschaft und Ernährung: MÉM NAK
(1979),
RISSAC-RIA (Fodor et al., 2013, Csatho et al., 1998)
Italien
DRL in den einzelnen Regionen (NUTS2), koordiniert durch
das Landwirtschaftsministerium
in einer nationalen Datenbank www.reterurale.it
Tschechische
Republik
Offizielle DRL, veröffentlicht von ÚKZÚZ – Central Institute
for Supervising and Testing in Agriculture (CZ national Act No
156/1998 Coll., on fertilisers)
Spanien
Empfehlungen des Landwirtschafts/Umweltministeriums
www.magrama.gob.es/es/agricultura/publicaciones/
Publicaciones-fertilizantes.aspx
Polen
Offizielle, nationale DRL (Puławy, 2013)
Litauen
Unterschiedliche DRL
Frankreich
Offizielle nationale DRL, herausgegeben von
COMIFER (unter Mitwirkung von Wissenschaftlern,
Düngerproduzenten, technischen Instituten und Beratern
(Landwirtschaftskammer)
www.comifer.asso.fr
Bodenuntersuchungen und Düngungsempfehlungen für P und K
Praktisch in allen EU Mitgliedstaaten basieren Düngungsempfehlungen –
zumindest für P und K – auf Bodenanalysen, Beispiele für P Bodenuntersuchun-
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gen geben Jordan-Meille et al. (2012). Alle „offiziellen“ P-Methoden (mehr als 10
verschiedene) sind chemische Extraktionen, zumeist handelt es sich um Extraktionen mit unterschiedlichem Boden/Lösungsverhältnis. Eine Übersicht über
die P-Methoden geben Jordan-Meille et al. (2012), zusammenfassend liegen
den Extraktionen folgende Mechanismen zugrunde:
• Saure Lösung
• Anionenaustausch
• Kationen Komplexierung
• Erhöhung der Desorption.
Üblicherweise werden die Untersuchungsmethoden an Feldversuchen kalibriert, das heißt es werden die Bodenuntersuchungs-Ergebnisse zu Ertragsparametern in Beziehung gesetzt. Allerdings sind die dafür verwendeten Methoden und Resultate zumeist in nationaler „grauer“ Literatur enthalten und daher
schwer zugänglich (siehe auch Jordan-Meille et al., 2012). Zumeist erfolgt
danach – wie im VDLUFA Schema (1997) in Abbildung 1 dargestellt – eine Einstufung der Bodenuntersuchungsergebnisse in Gehaltsstufen, aus denen der
Düngungsbedarf abgeleitet wird.
Abb. 1:
P Düngungsstrategie nach VDLUFA (1997), angewendet in den meisten Europäischen Ländern (zitiert in Jordan-Meille et al., 2012)
Zumeist existieren in den nationalen Düngungsempfehlungen fünf Gehaltsklassen, die Spanne liegt zwischen zwei (Frankreich) und neun (England). Üblicherweise wird eine mittlere („optimale“) Gehaltsklasse C angestrebt, in der meist
nur mehr die vom Feld abgefahrenen Nährstoffe ersetzt werden sollen und eine
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Erhaltungsdüngung empfohlen wird. In Österreich wird seit kurzem nicht mehr
für die gesamte Gehaltsklasse C eine gleich hohe Düngungsempfehlung gegeben, sondern eine – je nach Bodenuntersuchungsergebnis – abgestufte (ermittelt durch lineare Interpolation).
Hervorzuheben ist, dass selbst bei Ländern, die die gleichen Analysenmethoden
verwenden, die Klassengrenzen für die mittlere Gehaltsklasse stark variieren,
zum Teil beinhalten sie keine gemeinsamen Werte. Ähnliches gilt für die sehr
niedrige und die überhöhte Gehaltsklasse (Jordan-Meille et al., 2012). Zumeist
erfolgt in den niedrigen Gehaltsklassen eine (stark) erhöhte Düngung, während
in den hohen Gehaltsstufen eine verminderte oder keine Düngungsempfehlung ausgesprochen wird. Diese Zu- bzw. Abschläge basieren auf KorrekturFaktoren ausgehend von der Nährstoffabfuhr durch die Ernteprodukte (bzw.
der Erhaltungsdüngung), in einigen Ländern (z. B. Deutschland) sind auch fixe
Zuschläge in den niedrigen Gehaltsklassen üblich. Die Zuschläge in der niedrigsten Gehaltsklasse betragen oft zwischen 20 und 60 % der Abfuhr, in Einzelfällen auch mehr – bis zum 2-fachen in Estland und Norwegen bzw. 3,7-fachen
in Frankreich (Comofer, 2009 nach Jordan-Meille et al., 2012). Nicht in allen Ländern erfolgt in der höchsten P Düngungsstufe (z. T. auch als exzessiv bezeichnet) eine Nulldüngungsempfehlung. Dies heben auch Tóth et al. (2014) hervor,
die die LUCAS Erhebung der Oberböden benutzt haben, um den P Status des
Europäischen Ackerlandes zu evaluieren. Im Zuge von LUCAS („Land Use/Land
Cover Area Frame Survey, Eurostat 2013) waren an ca. 22 000 Punkten in den 25
EU Staaten Bodenproben (0-20 cm) untersucht worden. Unter anderem wurden
Nährstoffgehalte – z. B. Phosphor – mit einer einheitlichen Methode basierend
auf Olsen et al. (1954) in einem Labor analysiert. Der auf diesen Werten basierende P Düngungsbedarf – dargestellt auf NUTS 2 Ebene in Tóth et al. (2014) –
zeigt große Unterschiede, je nachdem ob die englischen Düngungsempfehlungen (DEFRA, 2010) oder die ungarischen (Antal et al., 1979) verwendet wurden.
Des Weiteren betonen die Autoren die Diskrepanz zwischen empfohlenen und
tatsächlich aufgewendeten Düngermengen, letztere liegen zum Teil beträchtlich
niedriger. Auch in Tschechien sind laut Düngerverbrauchsstatistik die tatsächlich aufgewendeten Düngemengen, insbesondere für P und K, weit geringer als
die empfohlenen. Allerdings fehlen EU weit verlässliche Düngungsstatistiken,
außerdem werden organische Düngemittel darin nicht berücksichtigt.
Zumeist werden P und K in derselben Extraktionslösung analysiert, während
„pflanzenverfügbares“ Magnesium und Spurenelemente in weiteren, unter-
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schiedlichen Extrakten bestimmt werden. Lediglich in Tschechien und – gerade
in Umstellung begriffen – in Polen werden alle Nährstoffe im Mehlich 3 Extrakt
ermittelt.
Für die Einstufung – insbesondere der Nährstoffe Kalium und Magnesium – wird
(bis auf Tschechien und Litauen) auch die Bodentextur berücksichtigt.
N-Düngungsempfehlungen
Anders als bei P und K basieren N-Düngungsempfehlungen zumeist nicht vorrangig auf Bodenuntersuchungsmethoden, diese werden allerdings oft berücksichtigt. Es sind dies vor allem die Bestimmung des Nmin Vorrates im Frühling
(Nmin Sollwertsystem), zum Teil werden auch der Humusgehalt, der Gesamt N
Gehalt und der nachlieferbare N (potenzielle N Mineralisierung nach Kandeler et
al. (1993)) herangezogen. Oft werden für die N Düngungsempfehlung aus Feldversuchen abgeleitete kulturspezifische Tabellenwerte unter Berücksichtigung
der Ertragserwartung und der Standortsbedingungen (z. B. Gründigkeit, Bodenschwere, Wasserverhältnisse, Grobanteil) verwendet. Ergänzend werden, insbesondere für die Qualitätsdüngung, Analysen am Pflanzenbestand, z. B. mittels N Tester, N Sensor, N Ernährungsindex (Polen), durchgeführt. In Frankreich
werden – sehr detaillierte – Massenbilanzen vorgeschlagen.
Beispiel für N-, P-, K-Düngungsempfehlungen
Abbildung 2 zeigt einen Vergleich der N-, P- und K Düngungsempfehlungen
(kg Reinnährstoff ha-1) für Weizen in verschiedenen Europäischen Ländern.
Dabei wurde von einer Ertragserwartung von 7 t Weizen pro Hektar (86 % TM
und 14,5 % Rohprotein) ausgegangen bei mittlerer Versorgung für P und K und
mittlerer Bodenschwere unter der Annahme, dass Ernterückstände abgefahren
werden.
Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass die Niederlande relativ hohe N Düngungsempfehlungen (245 kg N ha-1) für Winterweizen aussprechen, in den übrigen
Ländern bewegen sie sich zwischen 120 und 200 kg N pro Hektar. Im Gegensatz dazu sind in diesem Land die P Düngungsempfehlungen mit 9 kg P ha-1 am
geringsten, in den übrigen Ländern bewegen sie sich zwischen 25 und 37 kg P
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ha-1. Die K Düngungsempfehlungen sind in Belgien (Flandern) mit 46 kg K ha-1
am niedrigsten und betragen in der Tschechischen Republik mit 139 kg K ha-1
das 3fache. Der tatsächliche (mineralische) K Düngungsaufwand betrug dort
2012/2013 allerdings nur 4 kg K ha-1.
Abb. 2:
Vergleich der N-, P- und K-Standard-Düngungsempfehlungen (kg
Reinnährstoff pro ha) für 7 t ha-1 Winterweizen mit Strohabfuhr in verschiedenen Europäischen Ländern.
4.
Zusammenfassung
Düngungsempfehlungen, zumindest für Hauptnährstoffe, gibt es in allen europäischen Ländern, allerdings oft nicht einheitlich über das gesamte Staatsgebiet.
Düngungsempfehlungen für P, K (und Mg) basieren auf Bodenanalysen, die
oft in den einzelnen Ländern unterschiedlich sind. So existieren europaweit für
P und K über zehn verschiedene offizielle chemische Extraktions-Methoden.
Die Einordnung der Bodenuntersuchungsergebnisse in Gehaltklassen erfolgt
aufgrund von Kalibrierungen am (Feld)Versuch. Diese sind oft nicht ausreichend in zugänglichen Zeitschriften publiziert. Danach erfolgt eine Einstufung
der Bodenuntersuchungsergebnisse in – meist fünf – Gehaltsklassen, für die
ein bestimmter Düngungsbedarf abgeleitet wird. Üblicherweise wird eine mittlere („optimale“) Gehaltsstufe C angestrebt, in der meist nur mehr die vom Feld
abgefahrenen Nährstoffe ersetzt werden sollen und eine Erhaltungsdüngung
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empfohlen wird. Für niedrige Gehaltsstufen werden Zuschläge, bei hohem Versorgungsgrad Abschläge oder eine Unterlassung der Düngung empfohlen.
Für N Düngungsempfehlungen spielen meist Bodenuntersuchungen eine
geringere Rolle, sie basieren auf unterschiedlichen Grundlagen (z. B. die Kalibration am Feldversuch, Bilanzierungen). Meist berücksichtigen die Empfehlungen die erwarteten Erträge der jeweiligen Kultur, den Frühjahrs Nmin (z. B. N Sollwertsystem), manchmal das N-Nachlieferungspotenzial, weitere Boden- bzw.
Standorteigenschaften und Untersuchungen an Pflanzen bzw. dem Bestand
(z. B. N-Tester, N-Sensor). Die Standard-Düngungsempfehlungen für Weizen
variieren in den befragten Ländern zwischen dem zwei- und dem vierfachen.
5.Literaturangaben
Antal, J., et al., 1979: Fertilization guidelines. N, P, K m˝utrágyázási irányelvek.
In:Buzás, I., et al., (Szerk), M˝utrágyázási irányelvek és üzemi számítási
módszer.I.rész. MÉM Növényvédelmi és Agrokémiai Központ, Budapest
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Csathó, P., Árendás, T., Németh, T., 1998: New, environmentally friendly fertilizer advisory system, based on the data set of the Hungarian long-term
field trials set up between 1960 and 1995. Communications in Soil Science and Plant Analysis 29, 2161-2174.
DEFRA, 2010: Fertiliser Manual (RB209), 8th ed. Department for Environment,
Food& Rural Affairs (DEFRA).
Fodor, N., Csathó, P., Árendás, T., Radimszky, L., Németh, T., 2013: Crop
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Obtained in Field Trials Evaluating Different Fertilizer Recommendation Systems on Various Soils and Crops in Hungary, Communications in Soil Science and Plant Analysis, 44(5), 996-1010, DOI:
10.1080/00103624.2012.747611.
Fotyma, M., Dobers, E.S., 2008: Soil testing methods and fertilizer recommendations in Central-Eastern European countries. Fertilizer and Fertilization, 30, 6-93.
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Jordan-Meille, L., Rubæk, G.H., Ehlert, P.A., Genot, V., Hofman, G., Goulding,
K., Recknagel, J., Provolo, G., Barraclough, P., 2012: An overview of
fertilizer-P recommendations in Europe: soil testing, calibration and fertilizer recommendations. Soil Use and Management, 28, 419-435. doi:
10.1111/j.1475-2743.2012.00453.x.
Kandeler, E., 1993: Bestimmung der N-Mineralisation im anaeroben Brutversuch. In: Schinner, F. et al. (Hrsg.): Bodenbiologische Arbeitsmethoden.
Springer Verlag, Berlin.
Maes, S., Elsen, A., Tits, M., Boon, W., Deckers, S., Bries, J., Vogels, N., Vandendriessche, H., 2012: Wegwijs in de bodemvruchtbaarheid van de
Belgische akkerbouw- en weilandpercelen (2008-2011). Bodemkundige
Dienst van Belgïe, 198p.
MÉM, NAK, 1979: Fertilization directives on farm level, Edited by: Buzás, I. and
Fekete, A. Budapest: Mezőgazdasági Kiadó.
Neyroud, J.A., Lischer, P., 2003: Do different methods used to estimate soil
P availability across Europe give comparable results? Journal of Plant
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Olsen, S.R., Cole, C.V., Watanabe, F.S., Dean, L.A., 1954: Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate. In: USDA
Circular 939:1-19. Gov. Printing Office, Washington.
Tóth, G., Guicharnaud, R.A., Tóth, B., Hermann, T., 2014: Phosphorus levels
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Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 1997: Phosphordüngung nach Bodenuntersuchung und Pflanzenbedarf, 8 p.
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Sensorgestützte Ermittlung des Nährstoffbedarfs
U. Schmidhalter
Lehrstuhl für Pflanzenernährung, Technische Universität München
1.Einleitung
Das Pflanzenwachstum wird durch Minimumfaktoren am stärksten beeinflusst.
Die mit Abstand größte Bedeutung in der Pflanzenproduktion kommt dem Stickstoff und Wasser zu, wenn auch in einzelnen Fällen die Phosphat- bzw. Mikronährstoffversorgung in Deutschland eine Rolle spielen. Der Schwefelbedarf
wird in der Regel durch die Düngung standardmäßig abgedeckt. Sensorische
Entwicklungen haben sich deshalb, auch weltweit, primär auf die sensorische
Erfassung des Stickstoff- bzw. des Wasserstatus konzentriert. In Deutschland
werden N-Sensoren in der Düngung seit ca. 15 Jahren eingesetzt.
Sensorik kann zur Optimierung der N-Versorgung und Erhöhung der N-Effizienz, zur Ertragsstabilisierung und in günstigen Fällen auch zu moderaten
Ertragserhöhungen beitragen. Dies erfordert im Idealfall sowohl Informationen
des Pflanzenzustandes als auch der Standortsfaktoren, beispielsweise des
Angebots an pflanzenverfügbarem Wasser, der Topographie und der Exposition. Sensorik, die Pflanzenzustände erfasst, widerspiegelt den aktuellen
Zustand der Pflanze, sie ermöglicht nur einen zeitlich begrenzten Blick in die
Zukunft. Kenntnisse der Bodenzustandsinformation können diesen Blick nach
vorne erweitern und sollten in die Festlegung der Düngungshöhe bzw. des Düngungszeitpunktes einfließen. Pflanzen sind jedoch zugleich Indikatoren des
Bodenzustandes, insofern können auch Verfügbarkeitszustände des pflanzenverfügbaren Wassers oder der Stickstoffmineralisierung durch die Pflanzen
abgebildet werden. Dies erfordert die Überlagerung zeitversetzt erfasster Informationen.
In diesem Beitrag wird ein Überblick über weniger bekannte Teilaspekte der
sensorgestützten Erfassung des Stickstoffbedarfs von Pflanzen gegeben und
zugleich auf erforderliche Weiterentwicklungen hingewiesen. Zentral beleuchtet werden die Leistungsfähigkeit von Sensoriken zur Erfassung des N-Status
und die damit gekoppelte Entwicklung von Düngungsalgorithmen. Für ausführlichere Betrachtungen grundlegender Aspekte sei auf entsprechende Übersichtsarbeiten verwiesen (Olfs et al., 2005, Samborski et al., 2009).
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2.Sensorik
2.1
N-Gehaltsmessung oder N-Aufnahmemessung?
Seit langem sind handgehaltene Sensoriken wie das SPAD-Meter und der
N-Tester, die identische Informationen des relativen Chlorophyllgehalts liefern,
im Einsatz. Der relative Chlorophyllgehalt korreliert gut mit dem N-Gehalt. Diese
Sensoriken, von denen der N-Tester in der Praxis bekannter ist, liefern Punktinformationen des N-Gehalts und erfordern wiederholte Messungen, bei denen
die Blattposition wie auch die Position an der Pflanze zu beachten sind. Ihre
Stärke liegt in der guten Erfassung des N-Gehalts (Schmidhalter et al., 2008).
Die positionsbezogene Betrachtung des jüngsten, voll entwickelten Blattes
widerspiegelt die optimale N-Versorgung der Pflanze und ist insofern weniger
aussagekräftig als die Betrachtung der Gesamtpflanze. Wenn auch spektralsensorische Systeme nicht vollumfänglich den N-Status der Gesamtpflanze
erfassen können, so reflektieren sie doch insgesamt besser das „Gesamtbild“ der Pflanze und können so zu einer sensitiveren Erfassung beitragen. Im
Gegensatz zu auf Transmission beruhenden Messgeräten wie dem N-Tester,
der den N-Gehalt der Pflanzen gut abbildet, liegt die Stärke reflexionsbasierter
Sensoren in der Erfassung der N-Aufnahme bzw. der Biomasse. Für die Ableitung der Düngeempfehlung ist die Information der Biomasse der Pflanze bzw.
der N-Aufnahme jedoch eher vorteilhaft.
2.2
Was sehen reflexionsbasierte Sensoriken?
Reflexionsbasierte Sensoriken erfassen den zurückgestrahlten Anteil des Lichtes im sichtbaren und nahinfraroten Bereich, der von der Pflanze reflektiert wird.
Während in frühen Entwicklungsphasen die Gesamtpflanze erfasst wird, wird
in späteren Zeitpunkten aufgrund der hohen Blattflächenindizes nicht mehr die
Gesamtpflanze erfasst. Blätter machen den größten Flächenanteil von Pflanzen
aus, insofern werden in erster Linie diese Pflanzenorgane erfasst. Nur sehr eingeschränkt werden Halme oder Stängel erfasst (Weigel et al., 2011,nicht veröffentlicht, Winterhalter et al., 2012). Da als Referenzmessungen häufig Gesamtpflanzeninformationen herangezogen werden, ist im direkten Vergleich mit der
nicht-destruktiven, spektralen Information eine gewisse Vorsicht angebracht.
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2.3
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Wann und bei welchen Pflanzen kann man reflexionsbasierte
Sensoriken einsetzen?
Da in frühen Entwicklungsphasen bspw. der Bestockungsphase von Getreide
häufig eine Mischinformation aus Boden und Pflanze erfasst wird, hat sich der
Einsatz der sensorbasierten Düngung zum zweiten Düngungszeitpunkt etabliert.
Jüngste Untersuchungen zeigen eine prinzipielle Erfassbarkeit der N-Versorgung
bereits in frühen Phasen (El-Sayed et al., 2014). Inwiefern diese Information in
N-Empfehlungen umgesetzt werden kann, bedarf weiterer Abklärungen. Grundsätzlich ist die Erfassung von Reihenkulturen schwieriger, da die Pflanzen nur
anteilig zur Spektralinformation beitragen. Da Kulturpflanzen wie Mais, zumindest in Europa, nur in frühen Entwicklungsphasen gedüngt werden, ist eine frühe
sensorische Erfassung nur begrenzt aussagekräftig, und vorteilhafterweise nutzt
man für die Düngung solcher Kulturen Standortsinformationen (mapping- oder
Kartenansatz). Schwierig gestaltet sich der Einsatz von Sensorik bei Kulturen wie
Kartoffeln, da kein eindeutiger Bezug zwischen oberirdischem Aufwuchs/N-Status und der Menge und Qualität der produzierten Kartoffeln gebildet werden kann.
Erfolgsversprechender scheinen neue Ansätze in der sensorischen Erfassung
von Rapspflanzen zu sein, bei denen bereits die N-Aufnahme im Spätherbst bzw.
Frühwinter als Indikation für die erste Düngung herangezogen wird.
2.4
Welche Sensoriken sind besser?
Während in den Anfangsjahren der Entwicklung der Präzisionslandwirtschaft
in Deutschland vor allem so genannte passive Sensoriken zum Einsatz kamen,
haben sich in den letzten Jahren zunehmend aktive Sensoriken etabliert. Im
Gegensatz zu passiven Sensoriken, die die Sonne als Lichtquelle nutzen, setzt
man bei aktiven Sensoriken künstliche Lichtquellen (LED, Xenonlampen, etc.)
ein. Mittels aktiver Sensoriken kann auch bei fehlendem Licht bspw. in der Nacht
oder bei niedrigen Sonnenständen gemessen werden. Aktive Sensoren sind
unabhängig von den Einstrahlungsbedingungen, erfordern aber andererseits
optimierte, einzuhaltende Abstände zum Pflanzenbestand (Kipp et al., 2014).
Da die Energie des eingesetzten Lichtes quadratisch mit der Distanz abnimmt,
bedeutet dies auch eine intensivere Erfassung sensornäherer Pflanzenteile.
Bei kleinkörnigen Getreidepflanzen ergaben sich jedoch keine wesentlichen
Unterschiede in der Erfassungsgüte der N-Versorgung zwischen aktiven und
passiven Sensoren (Erdle et al., 2011). Im Gegensatz dazu konnte bei hochwachsenden Pflanzen wie Mais gezeigt werden, dass die Erfassungsgüte akti-
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ver Sensoriken gegenüber passiven Sensoriken weniger gut ist (Winterhalter
et al., 2012). Da in Europa im Gegensatz zu den USA fast nur in frühen Entwicklungsstadien gedüngt wird, spielt dieser Umstand nur eine eher untergeordnete
Rolle. Grundsätzlich bleibt der Einsatz von Sensorik zur Düngung von Mais eingeschränkt. Messfelder sind bei aktiven Sensoriken aufgrund der erforderlichen
näheren Positionierung und der senkrechten Anbringung kleiner als bei passiven Sensoren. Passive Sensoriken können problemlos in großer Distanz eingesetzt werden und auch eine schräge Beobachtungsgeometrie aufweisen und
damit auch ein größeres Messfeld erfassen. Schräge Beobachtungswinkel sind
in frühen Entwicklungsstadien aufgrund der geringen Bodenbedeckung vorteilhaft, während in späteren Stadien in dicht wachsenden Beständen aufgrund der
Sättigung der Signale eine senkrechte Betrachtung vorteilhaft sein kann.
2.5
Optimierung spektraler Indizes zur Erfassung des N-Status
Während aktive Sensoriken in der Regel nur wenige spektrale Lichtquellen beinhalten, ermöglichen passive Sensoriken eine hyperspektrale Analyse. Mittels
Hyperspektralanalyse können optimierte Indizes ermittelt werden und diese
in aktive Sensoriken implementiert werden. Eine jüngere Untersuchung hat
bei einigen aktiven Sensoriken Optimierungspotenziale bei der Auswahl der
gewählten Spektralindizes aufgezeigt (Erdle et al., 2011).
In der letzten Dekade durchgeführte Arbeiten haben zur Ableitung optimierter
Spektralindizes beigetragen (Mistele und Schmidhalter, 2010). In der Regel wird
häufig das Verhältnis von zwei Wellenlängen, zum Teil auch normalisiert, als
Index dargestellt, wobei auch aufwändigere Ableitungen der Spektralinformation, die die Chlorophyllabsorption flächig abbilden (Li et al., 2014a), zielführend
sein können. Mit Contourplots, die die optimierte Beziehung aller möglichen
dualen Spektralindizes darstellen konnten optimierte Indizes wie bspw. der NIR/
NIR-Index gefunden werden. Weitere Verbesserungen können basierend auf
Regressionsansätzen bzw. multivariaten Verfahren erreicht werden (Li et al.,
2014b). Trotzdem kann festgehalten werden, dass weitgehend optimierte Spektralindizes für die Erfassung des N-Status verschiedener Pflanzen wie Weizen
und Mais bekannt sind, während bei anderen wie Raps noch weitere Optimierungen erforderlich sind.
Da sich die Geometrie der Pflanzen im Verlauf der Entwicklung ändert, kann daraus abgeleitet werden, dass die Spektralsignatur eine relative Differenzierung
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darstellt, und nicht eine absolute Erfassung bspw. der N-Aufnahme möglich ist.
Optimierungen lassen sich hingegen erreichen, wenn optimierte Indizes für einzelne düngungsrelevante Stadien entwickelt werden.
Sorten unterscheiden sich in ihrer Spektralsignatur. Im einfachsten Fall behilft
man sich mit einer relativen Kalibrierung auf dem Felde oder zieht Zusatzinformationen bspw. herrührend von N-Testerwerten der verschiedenen Sorten
heran.
In der Regel sind Sensoren auf Trägerfahrzeugen wie z. B. Schleppern angebracht. Der N-Status kann hingegen auch mittels Drohnen, die über eine entsprechende Sensorik verfügen, gut erfasst werden (Kipp und Schmidhalter,
2014, nicht veröffentlicht). Da der zeitliche Einsatz von Drohen zurzeit noch
begrenzt ist, schränkt dies die mögliche Flächenerfassung ein. Die Leistungsfähigkeit satellitenbasierter Sensoriken wird laufend weiterentwickelt, so dass
auch diese Systeme für die Optimierung der N-Düngung genutzt werden können. Nicht unwesentliche zeitliche Einsatzgrenzen ergeben sich jedoch bei
Bewölkungsperioden, ebenso ist die Informationsverarbeitung und -bereitstellung zurzeit nur in Einzelfällen gewährleistet. Für die weitere Optimierung der
N-Düngung werden satellitenbasierte Systeme auch in Zukunft eher nicht zum
Einsatz kommen, hingegen weisen sie außerordentlich gute Potenziale in der
Erfassung der Standortsheterogenität auf, die der Abgrenzung von Managementzonen dient.
Für die reine Informationsableitung des lokalen N-Status könnten sich zurzeit
auch zur Verfügung stehende Billigsensoren wie der handgehaltene GreenSeeker, der vergleichbar genau ist wie die wesentlich teureren on-line eingesetzten
Sensoren, als zweckdienlich erweisen, und in Kombination mit mapping-Information genutzt werden.
3.Managementzonen
Auf heterogenen Standorten variiert das Pflanzenwachstum. Während die sensorische Echtzeiterfassung kombiniert mit einem entsprechenden Algorithmus
direkt entsprechend dem beobachteten unterschiedlichen Pflanzenwachstum die N-Düngung variiert, ist es in vielen Fällen auch vorteilhaft Schläge in
Managementzonen einzuteilen und diese Information der Pflanzenerfassung
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zu überlagern. Alternativ kann die Erfassung der Standortsheterogenität, die
nicht auf dem aktuellen Pflanzenwachstum beruht, sondern bspw. auf Ertragskarten, Bodenkarten, topographischen Karten, standörtlichen Heterogenitätskarten bzw. langjährigen Beobachtungen des Bewirtschafters beruht, in eine
standörtlich angepasste Düngeempfehlung umgesetzt werden.
In jedem Fall ist es sinnvoll und notwendig, sich Gedanken über die Ursachen
der Heterogenität des Pflanzenwachstums zu machen. Zweifelsohne können
dazu viele Faktoren beitragen, trotzdem sind einige als wichtiger zu betrachten. Langjährige Untersuchungen haben gezeigt, dass das Angebot an pflanzenverfügbarem Wasser eine wesentliche, wenn nicht die wichtigste Ursache
unterschiedlichen Wachstums darstellt (Schmidhalter et al, 2006, Geesing et
al., 2014). Diese Heterogenitätsursachen resultieren aus der Textur des Bodens
und allenfalls der Topographie. Letztendlich stellen Ertragskarten ein Abbild
dieser Faktoren und auch Ihrer Wechselwirkung mit der jeweiligen Witterung
dar. Sofern diesbezügliche langjährige Informationen in verlässlicher Qualität
zur Verfügung stehen, lassen sich diese Informationen gut einsetzen. Die Erfahrung zeigt, dass dies leider nicht oft zutrifft. In der letzten Dekade sind Methoden
entwickelt worden, die leistungsfähig in der Lage sind standörtliche Ertragsunterschiede aufzuzeigen. Während in den Anfangsjahren der Einführung des
Präzisionspflanzenbaus, bodenbasierte Methoden (bspw. geophysikalische
Untersuchungsmethoden wie EM38) im Vordergrund standen (Schmidhalter,
2001), haben sich in der später zunehmend luftbasierte Erfassungen der Heterogenität als zielgerichtet erwiesen. Neben dem reinen Luftbild, eignen sich
insbesondere spektrale bzw. thermale Erfassungen der Pflanzenbestände zur
Ableitung von Managementzonen (Selige und Schmidhalter, 2001). Mit diesen
Methoden kann sehr leistungsfähig die Heterogenität eines Standortes abgebildet werden. Zudem erlauben sie es auch ursächliche Informationen der Standortsheterogenität, bspw. aus Thermalbildern, abzuleiten. Für diesen Zweck
eignet sich die Pflanze als sehr gut geeigneter Indikator der standörtlichen Heterogenität. Diese Information wird in Zukunft vermehrt aus Satellitenbasierter
Informationen gewonnen werden.
Die Informationen, die gewonnen werden, sind je nach Stabilität der Ertragszonen unterschiedlich zu bewerten. Während sich im Rahmen langjähriger Untersuchungen in Bayern überwiegend stabile Hoch- und Niedrigertragszonen fanden, gibt es auch Beobachtungen auf Schlägen, die zeitlich variable Hoch- und
Niedrigertragszonen aufweisen. Frühes gefördertes Wachstum beispielsweise
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auf sandigen, südexponierten Teilschlägen kann sich im Verlauf der Vegetation
aufgrund von Wassermangel gegenüber schwereren, tiefgründigeren Teilzonen abschwächen. Erforderlich ist somit der Miteinbezug von Standortsinformationen (nFK, Exposition, Topographie).
4.
Ableitung von Düngealgorithmen
Die Algorithmierung, d. h. die Festlegung der Düngungsregeln, bleibt der entscheidende Optimierungsschritt. Neben der Steuerung des aktuellen Wachstumszustandes, ist die ursächliche Kenntnis der Faktoren, die zu unterschiedlichem Wachstum beitragen, entscheidend. Dominierend sind hier standörtliche
Unterschiede in der Wasserversorgung. Kenntnisse der Interaktion zwischen
Wasserversorgung und N-Angebot ermöglichen optimierte Festlegungen der
N-Düngung (Geesing et al., 2014). Dies eröffnet sowohl die Möglichkeit eines
einfachen kartenbasierten Ansatzes, der mit kostengünstiger Sensorik unterstützt werden kann, bzw. die on-line Ausbringung von Stickstoff oder die Kombination des on-line Ansatzes mit dem Kartenansatz. Ein retrospektiver Blick über
die vegetative, düngungsrelevante Phase in die reproduktive Phase kann bei
vielen Kulturen zu weiteren Optimierungen in der N-Düngung beitragen.
Mehrjährige Untersuchungen zeigen, dass auf Niedrigertragsstandorten die
N-Düngung gegenüber der Düngung auf Hochertragsstandorten reduziert werden sollte (Ebertseder et al., 2005, Jungert und Schmidhalter, 2011, unveröffentlicht). Damit lassen sich bei vergleichbaren Erträgen nicht unwesentliche
N-Einsparungen erreichen, die auch zu einem reduzierten N-Austrag beitragen
und somit die Umweltemissionen erniedrigen. Auf Hochertragsstandorten ist
zudem eine weitere Erhöhung der N-Düngung gegenüber der betriebsüblichen
N-Menge nicht vorteilhaft. Auch auf kolluvial geprägten Hochertragsstandorten
lässt sich Stickstoff gegenüber der betriebsüblichen Düngung einsparen. Mit
Sensorik kann die N-Nachlieferung aus dem Boden gut erkannt werden und in
die Festlegung der Düngungshöhe einbezogen werden. Mehrjährige Erfahrungen zeigen, dass gegenüber dem Betriebsdurchschnitt in der Regel nur leicht
höhere Erträge erreicht werden können. Je nach Algorithmierung ermöglichen
N-Sensoren eine Homogenisierung der Bestände, welche zu einer effizienteren Ernte beitragen können. Einsparungen im N-Einsatz sind in der Regel umso
höher, je weiter der Betrieb vom Düngungsoptimum entfernt ist.
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Zielführend wird es sein, wenn im Idealfall auch das Angebot an mineralischem
Bodenstickstoff im Frühjahr sensorisch abgebildet werden könnte und die Erfassung der N-Versorgung in sehr frühen Stadien in die N-Düngung einbezogen
werden kann.
5.Zusammenfassung
Mit Sensorik kann leistungsfähig der N-Status verschiedener Kulturpflanzen
erfasst werden. Vorhandene Sensoren unterscheiden sich bei vergleichbaren Spektralindizes nicht wesentlich in der Erfassungsgüte. Optimierte Indizes
sind für verschiedene Kulturpflanzen entwickelt worden. Nach wie vor besteht
ein Bedarf in der Weiterentwicklung von Düngungsalgorithmen. In den letzten
Jahren sind effiziente Verfahren zur Erfassung der Standortsheterogenität entwickelt worden, jedoch noch nicht in die Praxis übertragen worden. Durch Kombination von standörtlicher Information und des sensorisch erfassten N-Status
lässt sich die N-Düngung weiter optimieren. Dies ermöglicht N-Einsparungen
bei vergleichbaren Erträgen und trägt zu reduzierten Emissionen in die Umwelt
bei. Die satellitenbasierte Erfassung der Standortsheterogenität wird zunehmend die schlepperbasierte Sensorik in der N-Düngung unterstützen. Für kleinere Betriebe eignen sich auch kartenbasierte Ansätze, die durch kostengünstige Sensorik zur Erfassung des N-Status unterstützt werden können.
6.Literaturangaben
Ebertseder, T., Schmidhalter, U., Gutser, R., Hege, U., Jungert, S., 2005: Evaluation of mapping and one-line nitrogen fertilizer application strategies
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Wageningen Academic Publishers, 327-335.
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and biomass of wheat at early crop development stages. Europ. J. Agron.
(submitted).
Erdle, K., Mistele, B., Schmidhalter, U., 2011: Comparison of active and passive
spectral sensors in discriminating biomass parameters and nitrogen status in wheat cultivars. Field Crops Res.124, 74-84.
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Geesing, D., Diacono, M., Schmidhalter, U., 2014: Site-specific effects of variable water supply and nitrogen fertilisation on winter wheat. J. Plant Nutr.
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Kipp, S., Mistele, B., Schmidhalter, U., 2014: The performance of active spectral
reflectance sensors as influenced by measuring distance, device temperature and light intensity. Comput. Electron. Agr. 100, 24-33.
Li, F., Mistele, B., Hu, Y., Chen, X., Schmidhalter, U., 2014a: Reflectance estimation of canopy nitrogen content in winter wheat using optimised hyperspectral spectral indices and partial least squares regression. Eur. J.
Agron 52, 198-209.
Li. F., Mistele, B.; Hu, Y., Chen, X., Schmidhalter, U. 2014b Optimising threeband spectral indices to assess aerial N concentration and N uptake of
winter wheat remotely in China and Germany. ISPRS J. Photogramm.
Remote Sens. 92 (2014)112-123.
Mistele, B., Schmidhalter U., 2010: Tractor-based quadrilateral spectral reflectance measurements to detect biomass and total aerial nitrogen in winter
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Olfs, H.W., Blankenau, K, Brentrup, F, Jasper, J, Link, A, Lammel, J., 2005: Soiland plant-based nitrogen-fertilizer recommendations in arable farming. J.
Plant Nutr. Soil Sci. 168, 414-431.
Samborski, S.M., Tremblay, N., Fallon, E., 2009: Strategies to make use of plant
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Agron. J. 101, 800-816.
Schmidhalter, U., 2001: Geophysikalische Kartierung von Bodeneigenschaften
für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung. Landtechnik, H. 6, 417.
Schmidhalter, U., Bredemeier, C., Geesing, D., Mistele, B., Selige, T., Jungert,
S., 2006: Precision Agriculture: Spatial and Temporal Variability of Soil
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Schmidhalter, U., Maidl, F.-X., Heuwinkel, H., Demmel, M., Auernhammer,
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land use management to small scale heterogeneity. In: P.Schröder,
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Selige, T., Schmidhalter, U., 2001: Site specific soil resource mapping using
remote sensing. 3rd. Europ. Conf. Precision Agric., Montpellier, 307-311.
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Workshop
Winterhalter, L., Mistele, B., Schmidhalter, U., 2012: Assessing the vertical footprint of reflectance measurements to characterize nitrogen uptake and
biomass distribution in maize canopies. Field Crops Res. 129, 14-20.
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Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung im
Spannungsfeld Ertrag, Qualität und Umwelt
F. Wiesler
LUFA Speyer
1. Einleitung
Nachhaltige pflanzliche Produktionssysteme erfordern neben der Berücksichtigung der Ertragsbildung der Kulturpflanzen auch deren äußere, ernährungsphysiologische, sensorische und technische Qualität (Produktqualität) und
schließlich die Auswirkungen der Produktion auf die Umwelt (Produktionsqualität). Zwischen diesen drei Größen bestehen häufig komplexe Beziehungen.
Wie der Ertrag wird die Qualität pflanzlicher Produkte durch den Standort (Klima,
Boden, Immissionen), die Produktionstechnik (Sorte, Bodenbearbeitung, Düngung, Beregnung, Pflanzenschutz, Ernteverfahren) und schließlich durch die
Lagerung und Verarbeitung beeinflusst. Der Einfluss der Mineralstoffernährung
(d. h. im engeren Sinne der Düngung) auf die Qualität ist wesentlich komplizierter als auf die Ertragsbildung.
Abb. 1: Schematische Darstellung des Einflusses der Düngungshöhe auf den
Ertrag (gestrichelte Linie) und die Qualität pflanzlicher Produkte (durchgezogene Linien): (1) Ertrags- und Qualitätskurve verlaufen parallel, (2)
die maximale Qualität wird vor dem maximalen Ertrag erreicht, (3) die
maximale Qualität wird nach dem maximalen Ertrag erreicht.
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Abbildung 1 zeigt, dass die maximale Qualität bei steigender Düngung in einigen
Fällen schon vor dem maximalen Ertrag erreicht werden kann (z. B. Zuckergehalt und Melassebildner in Zuckerrüben), in anderen Fällen aber erst nach dem
maximalen Ertrag (z. B. Klebergehalt in Backweizen). Im ersteren Fall muss bei
der Düngung ggf. auf das Ertragsmaximum verzichtet, im zweiten Fall über das
Ertragsmaximum hinaus gedüngt werden, was wiederum erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben kann. Unter welchen Bedingungen bei der Düngung heute die Qualität tatsächlich berücksichtigt wird und welche Herausforderungen sich für die Zukunft ergeben, ist in Tabelle 1 zusammengefasst und soll
im Folgenden näher erläutert werden.
Tab. 1: Bedingungen unter denen die Einflüsse der Mineralstoffernährung auf
die Qualität in der praktischen Düngung berücksichtigt werden
•
Wenn die äußere Qualität und damit die Vermarktungsmöglichkeiten
beeinflusst werden
•
Wenn die Verarbeitungsqualität beeinflusst und von der abnehmenden
Hand bei der Bezahlung berücksichtigt wird
•
Wenn die ernährungsphysiologische Qualität von Lebens- und Futtermitteln beeinflusst wird
►► im Hinblick auf wertgebende Inhaltstoffe (Mineralstoffe, Proteine, Vitamine, bioaktive Substanzen etc.)
►► im Hinblick auf Rückstände und Kontaminanten (Nitrat, Schwermetalle, Perchlorat, perfluorierte Chemikalien, dl PCB etc.)
•
Wenn die Gesundheit der Pflanzen beeinflusst wird
2.
Äußere Erscheinung als wesentliches Qualitätskriterium bei
Obst, Gemüse und Kartoffeln
Eine der wichtigsten Triebfedern für die Berücksichtigung der Qualität bei der
Düngung ist die Beeinflussung der äußeren Erscheinung (Beispiele s. Tabelle
2) und damit der Vermarktungsmöglichkeiten, insbesondere bei Obst und
Gemüse, wo Größe, Größensortierung, Farbe und die Freiheit von Fehlern den
Marktwert wesentlich bestimmen. So werden im Gemüsebau gleichmäßige
Größensortierungen, dunkelgrüne Blätter und feste weiße Köpfe bei Blumenkohl u. a. durch eine hohe Stickstoffdüngung gefördert. Dies ist einer der Gründe
für die in Gemüsebauregionen ausgeprägte N-Überschusssituation, mit den
bekannten Problemen hoher N-Verluste in die Umwelt. Selbst unter diesen
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Bedingungen bestehen durch die Einbeziehung von Maßnahmen wie die treffsichere Ermittlung des Düngebedarfs durch Boden- oder Pflanzenanalyse, die
Wahl geeigneter N-Dünger, die Fruchtfolgegestaltung und das Management
der Ernterückstände in ein System des integrierten N-Managements gute Aussichten Produkt- und Produktionsqualität in Einklang zu bringen (Armbruster
et al., 2007; 2011; 2014; Wiesler et al.; 2008). Darüber hinaus sind auch Handel
und Verbraucher gefordert, überzogene Forderungen an die äußere Qualität
(z. B. dunkelgrüne Blätter von Kohlrabi, Pflanzengröße) zu hinterfragen, zumal
diese in keiner Beziehung zur ernährungsphysiologischen Qualität stehen.
Komplizierter als bei Gemüse ist der Einfluss der N-Düngung auf die Qualität
von Obst, z. B. Äpfeln. Hier fördert Stickstoff zwar das Größenwachstum der
Früchte, wirkt sich aber ungünstig auf die Rotfärbung der Schale, die Fruchtfleischfestigkeit und das Auftreten von Stippigkeit aus. Allein die Berücksichtigung mehrerer Qualitätsparameter zwingt im Obst- im Gegensatz zum Gemüsebau zu einer moderaten N-Düngung.
Tab. 2: Beispiele für den Einfluss der Mineralstoffernährung auf die äußere
Qualität (l Düngebedarf niedriger als für das Ertragsmaximum,
ll mittlerer Düngebedarf, lll Düngebedarf höher als für das
Ertragsmaximum)
Parameter
Dominanter
Mineralstoff
Bedarf
•
Frucht- / Pflanzengröße und Größenverteilung bei Obst und Gemüse
N
lll
•
Grüne Blattfärbung bei Gemüse
N
•
Rote Fruchtfärbung bei Äpfeln
N
•
Fruchtfleischfestigkeit bei Früchten
wie Äpfeln
Ca / N
lll
l
lll / l
•
Nekrosen und Verbräunungen bei
Obst, Gemüse und Zierpflanzen
Ca / B
lll / lll
•
Knollendeformationen (Kindelbildung, Zwiewuchs) bei Kartoffeln
N
ll
•
Verfärbungserscheinungen wie
Schwarzfleckigkeit, Rohbreiverfärbung, Kochdunklung, Braunfärbung
bei Kartoffeln und Kartoffelprodukten
K/N
lll / l
•
Tausendkorngewicht bei Getreide
Mg / N
ll / ll
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Neben Stickstoff ist im Gemüse- und Obstbau eine ausreichende Calcium-Versorgung zur Vermeidung von Fehlern wie Stippigkeit bei Äpfeln, Blattrand- und
Innenblattnekrosen bei Salat und Kopfkohl, Aufplatzen von Früchten wie Kirschen oder Blütenendfäule bei Tomaten eine wichtige Voraussetzung für die
Produktion von einwandfreier Ware. Zur Verhinderung von Ca-Mangel ist eine
Ca-Bodendüngung (z. B. durch Kalkung) in aller Regel wirkungslos, sie wird
vielmehr durch die Vermeidung hoher Konzentrationen mit Calcium konkurrierender Ionen in der Bodenlösung (insbesondere Kalium, Magnesium, Ammonium), die Vermeidung von N-Überdüngung und auch durch eine Ca-Blatt- bzw.
Fruchtdüngung erreicht. Ähnliche dramatische Auswirkungen auf die äußere
Qualität wie Calcium- kann Bor-Mangel haben, der sich z. B. in Herz- und Trockenfäule bei Roter Bete und Sellerie, „Wasserfleckigkeit“ des Gewebes bei Sellerie und Salat, aufgelockerten und verbraunten Köpfen bei Blumenkohl, Stengelrissigkeit bei Kohlrabi und Sellerie oder Hohlraumbildung bei Blumenkohl
und Brokkoli äußert. Im Gegensatz zu Calcium-Mangel ist Bor-Mangel durch
Bodendüngung einfach zu vermeiden, wobei allerdings auf den sehr engen
Bereich zwischen Bor-Mangel und Bor-Toxizität geachtet werden muss.
Unter den landwirtschaftlichen Kulturen ist der Einfluss der Düngung auf die
äußere Erscheinung bei Kartoffeln am ausgeprägtesten. Hier trägt ein gleichmäßiges N-Angebot (Vermeidung von N-Schüben) zur Vermeidung von Knollendeformationen wie Kindelbildung und Zwiewuchs bei. Entscheidend für die
Kartoffelqualität ist, dass durch ein hohes Kalium- und ein moderates StickstoffAngebot stark qualitätsmindernden Verfärbungserscheinungen wie Schwarzfleckigkeit, Rohbreiverfärbung, Kochdunklung und der Braunfärbung von Kartoffelfrittierprodukten entgegengewirkt wird. Bei anderen landwirtschaftlichen
Produkten wie Getreidekörnern ist der Einfluss der Düngung auf die äußere
Qualität bei praxisüblichem Düngeniveau eher gering.
3.
Honorierung der Verarbeitungsqualität als Triebfeder für unterschiedliche Düngepraxis
Ähnlich wie die äußere Erscheinung von Obst und Gemüse wird die Verarbeitungsqualität (Beispiele s. Tabelle 3) einiger landwirtschaftlicher Produkte wie
Backweizen und Zuckerrüben maßgeblich durch die Düngung beeinflusst. Bei
der Produktion von Backweizen werden aufgrund ihres Einflusses auf das Backvolumen hohe Proteingehalte (Klebergehalte) gefordert und bei der Bezahlung
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durch den Handel honoriert. Darauf hat sich die Düngungspraxis durch eine
höhere N-Düngung als für die Maximierung der Erträge erforderlich wäre eingestellt. Die Maximierung der Proteingehalte ist allerdings mit einer Abnahme der
N-Ausnutzung und einem Anstieg der N-Bilanzüberschüsse im Qualitätsweizenanbau verbunden. In jüngerer Zeit werden die starke Betonung der Proteingehalte für die Backqualität deshalb immer mehr in Frage gestellt und stattdessen die erheblichen Sortenunterschiede in der Backqualität unabhängig vom
Proteingehalt herausgestellt (Hartl, 2009). Es wird gefordert, dass zur Optimierung der Backqualität zukünftig auf die Maximierung der Proteingehalte verzichtet und stärker sortentypische Unterschiede in der Backqualität bei vergleichbarem (niedrigerem) Proteingehalt genutzt werden sollten. Die Umsetzung dieser
Forderung scheitert im Moment noch am Fehlen von Schnellmethoden (im
Gegensatz zur Ermittlung der Rohproteingehalte mittels NIRS) zur Ermittlung
der Backeigenschaften von Sorten. An der Entwicklung entsprechender Methoden arbeitet u. a. das Max Rubner-Institut in Detmold.
Tab. 3: Beispiele für den Einfluss der Mineralstoffernährung auf die Verarbeitungsqualität (l Düngebedarf niedriger als für das Ertragsmaximum,
ll mittlerer Düngebedarf, lll Düngebedarf höher als für das
Ertragsmaximum)
Parameter
Dominanter
Mineralstoff
Bedarf
•
Gehalt und Qualität des Klebers in
Backweizen
N/S
lll / ll
•
Gehalt und Qualität von Stärke und
Quellstoffen in Backroggen
N
l
•
Proteingehalt und Mälzeignung von
Braugerste
N
l
•
Zuckergehalt in Zuckerrüben
N
•
„Schädlicher Stickstoff“ in Zuckerrüben
N/S
l
l / ll
•
Ölgehalt in Raps, Sonnenblumen
etc.
N
l
•
Gehalt und Zusammensetzung der
Aminosäuren in Traubenmost für die
Weinbereitung
N
ll
•
Asche- und N-Gehalt in biogenen
Brennstoffen
N, P, K, Mg, Cl
ll
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Im Gegensatz zu Backweizen hatte die Qualitätsbezahlung bei Zuckerrüben eine erheblichen Einschränkung der N-Düngung und eine Verbesserung
der Rübenqualität seit den 1980er Jahren zur Folge Hier führt ein moderates
N-Angebot zwar häufig zu einer Erniedrigung des Rübenertrags, aber zu einer
überproportionalen Erhöhung des Zuckergehalts und einem überproportionalen Rückgang des wichtigsten Melassebildners „schädlicher Stickstoff“.
So konnte in umfangreichen Feldversuchen in Niedersachsen bereits in den
1990er Jahren gezeigt werden, dass das optimale N-Angebot (Nmin-Vorrat im
Boden + Düngung) für den maximalen Rübenertrag bei 230 kg N ha-1, für den
maximalen bereinigten Zuckerertrag aber bei 160 kg N ha-1 lag. Neben der Steuerung des N-Angebots konnte unter starken Schwefelmangelbedingungen in
Großbritannien die Gehalte an schädlichem Stickstoff durch eine S-Düngung
weiter gesenkt werden (Thomas et al.; 2003). In Feldversuchen des Instituts
für Zuckerrübenforschung an mehreren Standorten in Deutschland konnte
dagegen, vermutlich aufgrund hier allenfalls sehr moderaten N-Mangels, durch
S-Düngung kein Effekt auf den Rübenertrag und die Rübenqualität festgestellt
werden (Hoffmann et al., 2004).
Ähnlich wie bei Zuckerrüben bewirken die Qualitätsanforderungen der abnehmenden Hand bei Braugerste und Backroggen eine moderate N-Düngung. Aufgrund des Einflusses des Gehalts und der Zusammensetzung der Aminosäuren
in Traubenmost, die das Gärverhalten und der den Gärverlauf sowie die Konzentration an Fruchtaromen beeinflussen, erfuhr die Erfordernis einer ausreichenden N-Düngung im Weinbau in den letzten beiden Jahrzehnten große Aufmerksamkeit. Von untergeordneter praktischer Bedeutung erwies sich dagegen
der moderat negative Einfluss der N-Düngung auf die Ölgehalte, z. B. in Raps
oder Sonnenblumen. In vielen N-Steigerungsversuchen stimmte das optimale
N-Angebot für den maximalen Biomasseertrag mit dem optimalen N-Angebot
für den maximalen Ölertrag nahezu überein (Zhao et al., 1993). Auf die Fettsäurenzusammensetzung, die für die Industrie einen sehr wichtigen Qualitätsparameter darstellt, ist von der Düngung keinerlei direkter Einfluss zu erwarten.
4.
Kaum Berücksichtigung wertgebender Inhaltsstoffe bei der
Düngung
Trotz erheblicher Einflüsse der Pflanzenernährung auf die ernährungsphysiologische Qualität von pflanzlichen Lebens- und Futtermitteln (Beispiele s.
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Tab. 4: Workshop
Beispiele für den Einfluss der Mineralstoffernährung auf die ernährungsphysiologische Qualität von Nahrungs- und Futtermitteln
(l Düngebedarf niedriger als für das Ertragsmaximum, ll mittlerer
Düngebedarf, lll Düngebedarf höher als für das Ertragsmaximum)
Parameter
Dominanter
Mineralstoff
Bedarf
•
Gehalt an essentiellen Mineralstoffen
Mg, Fe, Zn, Se
etc.
lll
•
Proteingehalt und Proteinverdaulichkeit
N/S
lll
•
Biologische Wertigkeit von Proteinen
N/S
l / ll
•
Gehalt an β-Glucanen in Haferkörnern
N
lll
•
Gehalt an Vitaminen (Provitamin A,
B-vitamine)
N/P
lll / lll
•
Gehalt an Vitaminen (Vitamin C)
N
l
•
Gehalt an bioaktiven Substanzen
wie Glucosinolaten, Carotinoiden
N/S
lll / lll
•
Gehalt an bioaktiven Substanzen
wie Phenole
N
l
•
Gehalt an potentiell toxischen
N-Verbindungen (Nitrat, Alkaloide
etc.)
N
l
•
Gehalt an reduzierenden Zuckern
und Asparagin als Ausgangssubstanzen für Acrylamid in Kartoffelfrittierprodukten und Getreidebackerzeugnissen
K/S/N
lll / ll /l
•
Gehalt an anorganischen Kontaminanten wie Schwermetallen, Perchlorat etc.
s. Text
•
Gehalt an organischen Kontaminanten wie perfluorierten Chemikalien,
dioxinähnlichen PCB etc.
s. Text
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Tabelle 4) wird die Beeinflussung wertgebender Inhaltsstoffe in der praktischen
Düngung in Deutschland kaum berücksichtigt. In der Humanernährung setzt
man hier viel mehr auf die positiven Effekte einer vielseitigen Ernährung sowie in
Einzelfällen auf die Anreicherung von Nahrungsmitteln mit essentiellen Mineralstoffen (z. B. jodiertes Speisesalz, mit Calcium angereicherte Fruchtsäfte) bzw.
auf Nahrungsergänzungsmittel wie Mineralstoff- oder Vitaminpräparate. Noch
stärker hat sich in der Ernährung von Hochleistungstieren die Supplementierung der Futterrationen mit Mineralstoffen, mikrobiell erzeugten Aminosäuren,
Vitaminen etc. auf der Basis umfassender Futteruntersuchungen durchgesetzt.
Eine gezielte Beeinflussung von Mineralstoffen, Aminosäuren oder Vitaminen
durch agronomische Maßnahmen (z. B. Selendüngung) dürfte, wie heute, auch
in Zukunft eher die Ausnahme bleiben. Dessen ungeachtet bleibt im weltweiten
Maßstab die Bereitstellung von Nahrungs- und Futtermitteln mit hohen Konzentrationen wertgebender Inhaltsstoffe zur Vermeidung von „verstecktem Hunger“
eine große Herausforderung für die Landwirtschaft (Stein, 2010).
5.
Kontaminanten und Rückstände als Qualitätsparameter von
großer Bedeutung für den Verbraucherschutz
Im Gegensatz zur Erhöhung wertgebender Inhaltsstoffen wird die Vermeidung
unerwünschter Stoffe in der Nahrungskette bei der Beurteilung der Pflanzenqualität viel stärker berücksichtigt. Diese können durch Düngung in ihrer Speicherung (z. B. erhöhte Nitratgehalte durch hohe N-Düngung) oder Synthese
(z. B. reduzierende Zucker (K-Mangel) und Asparagin (hohe N-Düngung,
S-Mangel) als Vorläufer des bei hohen Prozesstemperaturen in Kartoffelfrittierprodukten und Gebäcken entstehenden Acrylamids) beeinflusst werden oder
über Düngemittel direkt in die Nahrungskette eingetragen werden. So sind wichtige Quellen für Cadmium in der Nahrungskette sowohl Dünge- und Bodenverbesserungsmittel aus organischen Reststoffen (z. B. Klärschlamm, Kompost)
als auch alle mineralischen P-Düngemittel, die Cadmium in sehr unterschiedlichen Konzentrationen enthalten können (Dittrich und Klose, 2008). Im Jahre
2013 riefen Perchlroratfunde in vielen Gemüseprodukten, die vermutlich über
mit Perchlorat belastete Düngemittel wie Chilesalpeter eingetragen wurden,
erhebliche Besorgnis hervor. Mit dem, grundsätzlich begrüßenswerten, Bestreben des Stoffrecyclings u. a. in Form von Dünge- und Futtermitteln steigt auch
das Risiko des Eintrags von organischen Schadstoffen in die Nahrungskette.
So führten im Jahre 2006 Belastungen mit perfluorierten Chemikalien (PFC)
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im Wasser und in Fischen des Möhnesees zu umfangreichen Untersuchungsaktivitäten und dem Ausschluss vieler von mit dieser persistenten Chemikalie
belasteten Klärschlämmen aus der landwirtschaftlichen Nutzung. In Feldversuchen konnte ein erhöhter Transfer von PFC in Pflanzen nach langjähriger
Klärschlammdüngung nachgewiesen werden (Pang et al., 2011 Im Bestreben
einer Risikominimierung hat die derzeitige Bundesregierung in ihrem Koalitionsvertrag festgelegt, dass die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm
in Deutschland eingestellt werden soll. Es ist unschwer vorherzusagen, dass
bei vergleichbaren Maßstäben immer mehr Düngemittel in den Blickpunkt des
Spannungsfeldes zwischen angestrebter Ressourcenschonung durch Nährstoffrecycling und Verbraucherschutz gelangen werden.
6.
Lange vernachlässigt – der Einfluss der Düngung auf die
Pflanzengesundheit
Mit der erwarteten Verknappung von zur Verfügung stehenden Pflanzenschutzmittelwirkstoffen könnte schließlich der Einfluss der Düngung auf die Pflanzengesundheit, die direkt (äußere Erscheinung) und indirekt (Kontamination mit
toxischen Stoffen wie Mykotoxinen) die Qualität beeinflusst, in Zukunft wieder
an Bedeutung gewinnen. Hier ist bei sehr hoch mit Stickstoff ernährten Pflanzen aufgrund erhöhter Konzentrationen an löslichen organischen Verbindungen einerseits von einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Pilzkrankheiten und
Schädlingen auszugehen. Eine ausreichende Kaliumversorgung kann dem
andererseits entgegenwirken. Andere Mineralstoffe wie Calcium und Bor haben
aufgrund ihres Effekts auf die Stabilität der Zellwände und die Integrität der
Membranen einen großen Einfluss auf die Infektion mit Pathogenen. Silizium
und Mangan spielen schließlich eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von
Abwehrreaktionen von Pflanzen. So könnte insgesamt eine balancierte und teilweisere gezieltere Pflanzenernährung in Zukunft wieder ein wichtiges Element
des Gesundheitsmanagements von Pflanzenbeständen werden.
7.Fazit
Die aufgeführten Beispiele zeigen, dass die Anforderungen an die äußere
Erscheinung und die Verarbeitungsqualität pflanzlicher Produkte auch in
Zukunft einen wesentlichen Einfluss auf die Düngepraxis, z. B. im Obst-,
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Gemüse- und Kartoffelbau, in der Zuckerrübenproduktion oder in der Qualitätsweizenproduktion haben werden. Ist die „Qualitätsdüngung“ mit hohen Nährstoffbilanzüberschüssen und damit einer unbefriedigenden Produktionsqualität
verbunden, sollte es Aufgabe des öffentlich getragenen Versuchs- und Untersuchungswesens sein nach Lösungen zu suchen, z. B. im Hinblick auf die Entwicklung integrierter Nährstoffmanagementsysteme oder die Entwicklung von
Schnellmethoden für die Qualitätsbeurteilung von Sorten. Dessen ungeachtet
sollten aber auch Handel und Verbraucher von überkommenen Qualitätsanforderungen Abstand nehmen und so zu einer umweltverträglichen Pflanzenproduktion beitragen. Im Hinblick auf die ernährungsphysiologische Qualität
werden Human- und Tierernährung vermutlich auch in Zukunft alle Möglichkeiten einer bedarfsgerechten Ernährung, wie Nutzung der Vielseitigkeit unserer
Nahrungsmittel sowie Anreicherung bzw. Ergänzung der Nahrungs- und Futtermittel mit essentiellen Nährstoffen nutzen, so dass die Erhöhung der Gehalte
mit wertgebenden Inhaltsstoffen durch agronomische Maßnahmen wie Düngung nur eine von verschiedenen Maßnahmen bleibt. Die Vermeidung düngungsbedingter unerwünschter Stoffe in der Nahrungskette wird angesichts der
Rolle des Verbraucherschutzes in Zukunft eher noch an Bedeutung gewinnen,
genauso wie möglicherweise die Nutzung der Pflanzenernährung als Element
des Gesundheitsmanagements von Pflanzenbeständen.
8. Literaturangaben
Armbruster, M.; Heger, A.; Laun, N.; Wiesler, F., 2014: Integriertes StickstoffManagementsystem als Maßnahme zur Verbesserung der N-Effizienz in
der Pflanzenproduktion – dargestellt am Beispiel Gemüsebau. VDLUFASchriftenreihe Bd. 69/2014, 182-191.
Armbruster, M.; Laun, N.; Seibert, K.; Wiesler, F., 2007: Verbesserung der
N-Ausnutzung im Gemüsebau im Hinblick auf die Forderungen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie. VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 62/2007,
S. 110 – 119.
Armbruster, M.; Laun, N.; Wiesler, F., 2011: Freilandgemüsebau – ein Beispiel
für Chancen und Risiken einer hochspezialisierten Pflanzenproduktion.
VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 67/2011, 95-105.
Dittrich, B.; Klose, R., 2008: Schwermetalle in Düngemitteln, Schriftenreihe der
Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft.
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Engels, T., 1993: Nitratauswaschung aus Getreide- und Zuckerrübenflächen
bei unterschiedlichem N-Angebot. Dissertation, Universität Hannover.
Hartl, L., 2009: Zuchtfortschritt kommt nicht an. DLG-Mitteilungen, Heft 6
Hoffmann, C.; Stockfisch, N.; Koch H.-J., 2004: Influence of sulphur supply
on yield and quality of sugar beet (Beta vulgaris L.) – determination of a
threshold value. Europ. J. Agronomy 21, 69-80.
Pang, H; Armbruster, M.; Martens, D.; Wies, K.; Wiesler, F., 2007: BodenPflanze Transfer von anorganischen und organischen Schadstoffen
nach langjähriger Klärschlammdüngung. VDLUFA-Schriftenreihe Bd.
67/2011, S. 227-235.
Stein, A.J., 2010: Global impacts of human mineral nutrition. Plant Soil 335, 133
– 154.
Thomas, S.G.; Hocking, T.J.; Bilsborrow, P.E., 2003: Effect of sulfur fertilization
on the growth and metabolism of sugar beet grown on soils of differing sulfur status. Field Crops Res. 83, 223-235.
Wiesler, F.; Laun, N.; Armbruster, M.:, 2008: Integriertes Stickstoffmanagement
– eine Strategie zur wirksamen Verringerung der Gewässerbelastung im
Gemüsebau: agrarspectrum 41, 95 - 108.
Zhao, F.; Evans, E.J.; Bilsborrow, P.E.; Syers, J.K., 1993: Influence of sulphur
and nitrogen on seed yield and quality of low glucosinolate oilseed rape
(Brassica napus L.) J. Sci. Food Agric. 63, 29-37.
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Quantitativ-genetische und molekulargenetische Einflüsse auf die Futtereffizienz
landwirtschaftlicher Nutztiere
R. Roehe
Scotland’s Rural College, Animal Breeding and Genomics, Edinburgh, United
Kingdom
1.Einleitung
In landwirtschaftlichen Nutztieren ist die Futtereffizienz von höchster ökonomischer Bedeutung, da die Futterkosten die wichtigste Kostenkomponente darstellen. Daher besitzt die Verbesserung der Futtereffizienz eine zentrale Zielsetzung in Zuchtprogrammen. Zudem werden durch eine Verbesserung der
Futtereffizienz die Umweltbelastungen je Produkteinheit vermindert und eine
reduzierte Nutzung von begrenzten Nährstoffquellen erzielt. Daneben trägt eine
Verbesserung der Futtereffizienz zur Sicherung der Welternährung bei. In der
Zucht zur Verbesserung der Futtereffizienz sind Genotyp-Ernährungs-Interaktionen zu berücksichtigen, so dass ein nachhaltiger züchterischer Erfolg erzielt
werden kann. Diese Interaktionen zwischen Genotyp und Ernährung können in
Wachstumsmodellen integriert werden, um die optimale Nährstoffversorgung
für eine spezifische Genetik zu bestimmen.
Für eine Zucht zur Verbesserung der Futtereffizienz ist die Verwendung eines
geeigneten Merkmals von entscheidender Bedeutung. Die Futterverwertung,
berechnet als Verhältnis von kg Futterverbrauch je kg Gewichtswachstum, ist in
ökonomischen Berechnungen das Merkmal der Wahl, jedoch für züchterische
Zwecke nicht geeignet. Neben zahlreichen anderen nachteiligen Faktoren, führt
die Verwendung der Futterverwertung zu einer ziellosen genetischen Veränderung der Teilmerkmale Futteraufnahme und Gewichtszunahme (Kennedy
et al., 1993, Krieter und Presuhn, 1997). Insbesondere resultiert eine züchterische Verbesserung der Futterverwertung häufig in eine Verminderung der Futteraufnahme, die langfristig weitere züchterische Fortschritte in der täglichen
Zunahme limitiert. Daher wurde in der Tierzucht das Merkmal Residualenergieaufnahme (REI) entwickelt, das in einem statistischen Modell als Differenz
zwischen Gesamtenergieaufnahme und dem Energieverbrauch für Muskel-,
Fettgewebewachstum und dem Erhaltungsbedarf in einer spezifischen Popula-
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tion geschätzt wird. Der Begriff „Residual“ soll darauf hinweisen, dass die REI in
einem statistischen Modell geschätzt wird und damit die Energieaufnahme darstellt, die nicht durch die oben genannten Faktoren erklärt werden kann.
Im Folgenden soll die Genetik der Futtereffizienz auf der Basis quantitativgenetischer Studien (definiert als Schätzung aller additiv genetischen Effekte
des gesamten Genoms) und molekular-genetischer Studien (definiert als Identifizierung von spezifischen Merkmalsgenorten auf den Chromosomen) beim
Monogastrier (Schwein) und Polygastrier (Fleischrind) analysiert und diskutiert
werden.
2.
Futtereffizienz beim Monogastrier (Schwein)
Quantitativ-genetische Einflüsse
Die genetische Studie von Shirali et al. (2014) zeigt auf, dass die REI über die
gesamte Prüfperiode (60-140 kg) einen hohen genetischen Einfluss, mit einer
Heritabilität von 0,44 ± 0,21, aufweist. Im statistischen Modell wurde ein R2 von
0,79 erzielt, so dass im Durchschnitt der analysierten Population 79 % der Varianz der gesamten Energieaufnahme für Muskel-, Fettgewebewachstum und
Erhaltung erklärt wurde, während 21 % der Varianz nicht durch diese Faktoren
erklärt werden konnte und damit die REI darstellt.
Tab. 1: Genetische Parameter der Residualenergieaufnahme (REI) beim
Schwein (Shirali et al., 2014)
Wachstums-
Genetische Korrelation
abschnitt
R2
σp2
h2 ±SE
60-90 kg
0,74
7,52
0,47 ±0,21
90-120 kg
0,66
8,95
0,47 ±0,22
0,32 ±0,29
120-140 kg
0,68
12,10
0,50 ±0,20
0,28 ±0,28
60-90 kg
90-120 kg
0,58* ±0,21
In Tabelle 1 sind die genetischen Parameter der REI für spezifische Wachstumsabschnitte wiedergegeben. Die Heritabilitäten (h2) innerhalb Wachstumsabschnitte sind etwas höher als die über die gesamte Prüfperiode.
Entscheidend für eine effiziente Zucht ist jedoch, dass die genetischen Korrela-
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tionen zwischen den Wachstumsabschnitten niedrig und teilweise nicht signifikant von Null verschieden sind. Daher sollte eine Zucht auf verbesserte Futtereffizienz innerhalb Wachstumsabschnitte erfolgen.
Molekular-genetische Einflüsse
Shirali et al. (2013) verwendeten die gleiche Population für die Analyse von
Merkmalsgenorten (QTLs) der REI in einer molekular-genetischen Studie. In dieser Studie konnten 5 QTLs für REI auf verschiedenen Chromosomen (Chr.) identifiziert werden, die 2,9 bis 6,1 % der phänotypischen Varianz
erklären (Tab. 2). Interessant ist, dass diese QTLs nur in bestimmten Wachstumsabschnitten einen Einfluss auf die REI ausüben. Die Wirkung von unterschiedlichen Genen der REI in verschiedenen Wachstumsabschnitten ist
wahrscheinlich die Ursache, dass die genetischen Korrelationen zwischen
Wachstumsabschnitten in der quantitativ-genetischen Analyse auf einem niedrigen Niveau liegen.
Tab. 2: Quantitative Merkmalsgenorte (QTLs) für Residualenergie-aufnahme (REI) beim Schwein (Shirali et al., 2013)
Genort
%Var
Geneffekt
QTL-Effekt
Wachstumsabschnitt
Chr. 2, 16 cM
3,5
Additiv
-0,96 ±0,32
90-120 kg
Chr. 4, 130 cM
5,6
Imprinting
0,60 ±0,26
90-120 kg
Chr. 7, 117 cM
2,9
Additiv
0,75 ±0,27
90-120 kg
Chr. 8, 0 cM
5,5
Additiv
-1,26 ±0,33
120-140 kg
Chr. 14, 19 cM
6,1
Dominanz
-1,75 ±0,43
60-90 kg
In molekular-genetischen Studien können auf der Grundlage überlappender
Genorte die ursächlichen Merkmale der REI festgestellt werden. In den meisten Fällen ist das ursächliche Merkmal für die Verminderung der REI (d. h. eine
Verbesserung der Futtereffizienz) eine Reduktion der Stickstoffexkretion und
damit eine Verbesserung der Effizienz des Stickstoffmetabolismus (Tab. 3).
Das für den Genort der REI auf Chr. 4 kein überlappender Genort eines anderen
biologischen Merkmals aufgedeckt wurde, beruht wahrscheinlich auf der epigenetischen Vererbung der REI an diesem Genort. An dem Genort (Chr. 14) ist die
Verminderung der REI mit einer in vielen Fällen nicht erwünschten Verminderung der Futteraufnahme verbunden, so dass die QTLs für REI auf Chr. 2, 7 und 8
unter diesem Aspekt züchterisch bevorzugt würden.
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Tab. 3: Überlappung der Genorte der Residualenergieaufnahme (REI) mit
anderen biologischen Merkmalsgenorten (Shirali et al., 2013)
Genort der REI
Merkmal am gleichen Genort, Überlappung
Chr. 2, 16 cM
Stickstoffexkretion
Chr. 4, 130 cM
Kein überlappender Genort
Chr. 7, 117 cM
Stickstoffexkretion
Chr. 8, 0 cM
Stickstoffexkretion
Chr. 14, 19 cM
Futteraufnahme + Stickstoffexkretion
Aufgrund der quantitativ-genetischen und molekular-genetischen Erkenntnisse
ist zu schlussfolgern, dass eine Optimierung der Genetik und Nährstoffversorgung innerhalb Wachstumsabschnitt erfolgen sollte. Dies kann in biologischen
Wachstumsmodellen erfolgen, in denen Erkenntnisse und Parameter aus der
Tierernährung und Tierzucht kombiniert werden können. In der Dissertation
von Shirali (2014) wurde z. B. ein biologisches Wachstumsmodell verwandt,
um die Auswirkungen von Populationen mit unterschiedlichem Protein- und
Lipidansatzvermögen auf die REI und Stickstoffexkretion zu analysieren. In diesen Modellen kann das genetische Wachstumspotential der Population und die
Nährstoffversorgung optimiert werden, um z. B. die Futtereffizienz zu steigern
sowie die Umweltbelastung durch Stickstoffemissionen zu vermindern.
3.
Futtereffizienz beim Polygastrier (Fleischrind)
Die genetische Verbesserung der Futtereffizienz beim Polygastrier ist durch die
hohe Bedeutung von Pansenmikroben für die Fermentation der pflanzlichen
Nahrung wesentlich schwieriger als beim Monogastrier. Daher sind die genetischen Interaktionen zwischen Futterration, Tier und Pansenmikroben für die
Zucht auf Futtereffizienz von entscheidender Bedeutung, so dass die effizientesten Tiere mit der effizientesten Pansenflora unter Bedingungen zahlreich verschiedener Futterrationen genetisch selektiert werden.
Quantitativ-genetische Studien haben gezeigt, dass die Heritabilität der Residualfutteraufnahme (RFI) beim Fleischrind auf einem mittleren Niveau liegt. Daher
besteht die Möglichkeit einer Selektion zur Verbesserung der Futtereffizienz.
Jedoch berücksichtigen diese Studien nicht, ob die züchterische Verbesserung von RFI ebenfalls die Charakteristika der Pansenflora, d. h. die Arten von
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Bakterien, Protozoen, Fungi und Archaeen und deren Effizienz verändert. Zum
Beispiel kann die Methanproduktion durch die Verminderung der Archaeen
(Methanogene) reduziert werden, die nach Johnson and Johnson (1995) ein
Verlust von 2-12 % der Gesamtfutterenergieaufnahme darstellt. Damit würde
nicht nur die Futtereffizienz gesteigert, sondern ebenfalls die Emissionen des
Treibhausgases Methan vermindert. In einem Versuch (n = 72 Fleischrinder)
fanden Roehe et al. (2012), unter Verwendung von Respirationskammern, signifikante Unterschiede in der Methanproduktion zwischen Rassen (Aberdeen
Angus 184 g/Tag vs. Limousin 164 g/Tag; SE = 5,7) und zwischen Futterrationen
(Grundfutter 205 g/Tag vs. Kraftfutter 142 g/Tag; SE = 7).
In diesem balancierten Versuch von Futterration und Tiergenetik wurden väterliche Halbgeschwistergruppen getestet, so dass der genetische Vatereffekt
für Methanemissionen geschätzt werden konnte. Abbildung 1 zeigt die genetischen Unterschiede zwischen den Vatereffekten, wobei zwischen den extremen Vatereffekten ähnlich hohe Unterschiede auftraten, wie zwischen den
Futterrationen. Dies zeigt einen signifikanten genetischen Einfluss des Tieres
auf die Pansenmikroben an, so dass durch Selektion der Väter eine Verminderung der Methanproduktion und damit eine Verminderung des Energieverlustes erzielt werden kann. Damit ist eine fundamentale Frage beantwortet, nämlich dass durch genetische Selektion der Tiere die Pansenmikrobenpopulation
verändert wird. Des Weiteren haben die Versuche gezeigt, dass die Methanemissionen durch das Verhältnis der Anzahl der Methanogene und Bakterien im
Pansensaft geschätzt werden können (Rooke et al., 2014, Wallace et al., 2014).
Die Schätzgenauigkeit zeigte kaum Unterschiede, unabhängig davon, ob die
Pansensaftproben vom lebenden oder vom geschlachteten Tier gezogen wurden. Daher könnte die Methanproduktion an einer für eine genaue Zuchtwertschätzung notwendigen großen Tierzahl, auf der Grundlage von Pansensaftproben geschlachteter Tiere geschätzt werden oder das Verhältnis der Anzahl der
Methanogene und Bakterien direkt als Merkmal verwendet werden.
Des Weiteren haben wir metagenomische Studien durchgeführt, in denen die
Gene der Pansenmikroben durch Sequenzierung des gesamten Pansensaftes
identifiziert wurden. Wir identifizierten 3970 Gene von denen 20 Gene einen
signifikanten Einfluss auf die Methanemissionen aufwiesen und 87 % der
Varianz der Methanemissionen erklärten. Die gleichen 3970 Gene wurden
hinsichtlich deren Einflüsse auf die Futtereffizienz analysiert. Dabei zeigten 49
Gene einen signifikanten Einfluss auf die Futtereffizienz und erklärten 88 % der
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Varianz des Merkmals. Die meisten signifikanten Gene stehen in Verbindung
mit den metabolischen Stoffwechselwegen des Kohlenhydratstoffwechsels,
der Proteinsynthese, etc. Daher besteht die Möglichkeit, die relative
Häufigkeit der Mikrobengene als Selektionsmerkmal zur Verbesserung der
Futtereffizienz heranzuziehen. Zudem könnte der Nährstoffbedarf und die
Nährstoffversorgung basierend auf der relativen Häufigkeit der mikrobiellen
Enzym-Gene abgeleitet werden. Wie beim Monogastrier beschrieben, sollte die
Nährstoffversorgung entsprechend der spezifischen Genetik erfolgen, wobei
ebenfalls Wachstumsmodelle entwickelt werden sollten, die eine Optimierung
der Nährstoffversorgung über den Wachstumsverlauf ermöglichen.
Abb. 1:
Genetische Unterschiede zwischen den väterlichen Nachkommengruppen in den Methanemissionen (Roehe et al., 2012)
4.
Literaturangaben
Johnson, K.A., Johnson, D.E., 1995: Methane emissions from cattle. Journal of
Animal Science 73, 2483-2492.
Kennedy, B.W., Van der Werf, J.H.J., Meuwissen, T.H.E., 1993: Genetic and
statistical properties of residual feed intake. Journal of Animal Science 71,
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Krieter, J., Presuhn, U., 1997: Die Verwendung von Produkt- und Verhältnismerkmalen in der Schweinezucht. Züchtungskunde 69, 130-141.
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Workshop
Roehe, R., Rooke, J., Duthie, C-A., Ricci, P., Ross, D., Hyslop, J., Waterhouse,
A., 2012: Methane emissions as a new trait in genetic improvement programmes of beef cattle. 63rd Annual Meeting of the European Federation
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Abstracts No. 18, 86.
Roehe, R., Rooke, J.A., Duthie, C-A., Hyslop, J.J., Wallace, R.J., Ross, D.W.,
Waterhouse, A., 2013: The influence of sire effects on methane emissions
from finishing beef cattle in an experiment using divergent sire breeds and
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Cambridge University Press, UK.
Rooke, J.A., Wallace, R.J., Duthie, C-A., McKain, N., Motta de Souza, S., Hyslop, J.J., Ross, D.W., Waterhouse, T., Roehe, R., 2014: Hydrogen and
methane emissions from beef cattle and their rumen microbial community
vary with diet, time after feeding and genotype. British Journal of Nutrition
112, 398-407.
Shirali, M., Duthie, C-A., Doeschl-Wilson, A., Knap, P.W., Kanis, E., van Arendonk, J.A.M., Roehe, R., 2013: Novel insight into the genomic architecture of feed and nitrogen efficiency measured by residual energy intake
and nitrogen excretion in growing pigs. BMC Genetics 14, 121, 1-12.
Shirali, M. 2014: Improvement of energy and nitrogen utilisation in pork production –genetics and growth models-. PhD thesis, SRUC, UK and Wageningen University, The Netherlands.
Shirali, M., Doeschl-Wilson, A., Duthie, C., Knap, P.W., Kanis, E., van Arendonk,
J.A.M., Roehe, R., 2014: Estimation of residual energy intake and its
genetic background during the growing period in pigs. Livestock Science
168, 17-25.
Wallace, R.J., Rooke, J.A., Duthie, C-A., Hyslop, J.J., Ross, D.W., McKain, N.,
Motta de Souza, S., Snelling, T. J., Waterhouse, A., Roehe, R., 2014:
Archaeal abundance in post-mortem ruminal digesta may help predict
methane emissions from beef cattle. Scientific Reports 4, 5892.
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Modellierung von Nährstoffwirkungen versus
faktoriell abgeleiteter Bedarf beim wachsenden
Schwein.
A. Susenbeth
Institut für Tierernährung und Stoffwechselphysiologie, Christian-AlbrechtsUniversität, Kiel
Wachstumsmodelle, die für Nutztiere entwickelt sind, können dazu eingesetzt
werden, die Grenzen und Schwächen zu überwinden, die bei der Rationsgestaltung für die Praxis unter Verwendung von allgemeinen Standardempfehlungen
zur Versorgung der Tiere mit Energie und Nährstoffen auftreten. Die Basis für
die Ableitung von Empfehlungen, wie sie von der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie herausgegeben werden (GfE, 2006) und auch Grundlage für die
detaillierteren Hinweise des DLG-Arbeitskreises Futter und Fütterung für die
Praxis (DLG, 2010) sind, ist die so genannte faktorielle Bedarfsableitung. Die in
dieser Weise abgeleiteten Werte haben den großen Vorteil, dass sie als sehr gut
abgesichert gelten können. Sie sind außerdem robust in ihrer Anwendung, leicht
nachvollziehbar und daher auch gut zu vermitteln. Eine Orientierung an diesen
Empfehlungen garantiert eine erfolgreiche Schweinehaltung.
Die Grenzen derartiger Empfehlungen zur Versorgung werden jedoch dann
deutlich, wenn in der Praxis bei der Entwicklung von Fütterungsstrategien und
Futtermischungen wichtige Fragen nicht beantwortet werden können. Dies
sind insbesondere solche, welche über die reine Kostenminimierung bei zuvor
festgelegten Nährstoffgehalten hinausgehen. Zum einen steht bei den Versorgungsempfehlungen nur die Bedarfsdeckung im Hinblick auf das Wachstum
im Vordergrund. Die Effekte der Ernährung auf die Schlachtkörperzusammensetzung und den Umfang der Nährstoffausscheidungen, ebenfalls Fragen von
zentraler Bedeutung, können nicht oder nur sehr unzureichend abgeschätzt
werden. Zum anderen müssen diese Empfehlungen als starr bezeichnet werden. Dieser Kritikpunkt mag verwundern, denn es wird doch der jeweilige Bedarf
für alle Gewichts- und Leistungsklassen angegeben, darüber hinaus erfolgt
eine Differenzierung nach dem Geschlecht und es werden gesonderte Empfehlungen für Genotypen mit sehr hohem Proteinansatzvermögen gegeben. Die
Unflexibilität liegt auch nicht hierin begründet, sondern in den starren Verhältnissen der Nährstoffe zueinander: Werden die entsprechenden Werte für die
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jeweiligen Nährstoffe und die Energie für einen bestimmten Gewichtsabschnitt,
eine Leistungshöhe und ein bestimmtes Geschlecht herangezogen, so kann nur
dann die Leistung auch tatsächlich erzielt werden, wenn diese feste Kombination an Nährstoffen eingehalten wird. Die Auswirkung einer Abweichung hiervon
auf die Leistung lässt sich nicht abschätzen, beispielsweise ob eine Reduktion
der Energieversorgung durch eine Erhöhung der Aminosäurenversorgung ausgeglichen werden könnte. Solche Fragen treten in der Praxis dann auf, wenn
sich z. B. deutliche Preisverschiebungen zwischen Energie- und Proteinträgern
einstellen. Darüber hinaus ist sicherlich die Frage interessant, ob und in welchem Mastabschnitt eine Versorgung mit Lysin, welche die Empfehlung überschreitet, den Magerfleischanteil des Schlachtkörpers positiv beeinflusst, wenn
dessen Erlös davon abhängt. Auch die Auswirkung einer unterschiedlich starken Energierestriktion auf die Verringerung der Verfettung am Ende der Mast
sowie auf Wachstum und Futteraufwand lässt sich mit Hilfe der Versorgungsempfehlungen nicht abschätzen.
An ein geeignetes Modell, mit dessen Hilfe sich solche Fragen beantworten lassen, müssen folgende Anforderungen gestellt werden: Ein solches muss in der
Lage sein, die Wirkungen der Ernährung, d. h. insbesondere der Energie, Protein- und Aminosäurenversorgung, auf die zentralen Parameter Wachstum,
Futteraufwand, N- und P-Ausscheidung, Magerfleischanteil und evtl. auch Fettqualität quantitativ zu beschreiben/zu modellieren. Die Entwicklung eines solchen Modells stellt jedoch große Herausforderungen, da nicht nur verschiedene
Ernährungsfaktoren und Leistungsparameter sowie die Einflüsse von Seiten
des Tieres, wie Alter, Genotyp und Geschlecht zu berücksichtigen sind, sondern
auch weil häufig so genannte Interaktionen zwischen den genannten Einflussfaktoren auftreten. Ein Beispiel für eine solche Interaktion oder Wechselwirkung ist
der Effekt der Energieversorgung auf das Wachstum und die Körperzusammensetzung, der je nach Alter des Tieres oder dessen Proteinansatzvermögen unterschiedlich stark ausfällt: die Erhöhung des Proteinansatzes durch eine Steigerung der Energieaufnahme ist beim jungen Tier wesentlich deutlicher ausgeprägt
als beim älteren, bei dem es vor allem zu einem stärkeren Fettansatz kommt.
Mit Hilfe des hier verwendeten Modells lassen sich die klassischen Fragestellungen der Ernährung des Mastschweins untersuchen und daraus optimale Versorgungsniveaus ableiten. Solche werden jedoch im Rahmen dieses Beitrags
nicht näher behandelt oder im Detail ausgeführt. Hier sei auf den Anhang II der
Broschüre der GfE (2006) verwiesen, in der neben der Darstellung des Modells
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in den Grundzügen auch eine Reihe von Anwendungsbeispielen zu finden sind.
Weiterführende Möglichkeiten bietet ein solches Modell für Fragestellungen, die
noch nicht vollständig geklärt sind oder für die noch keine präzisen quantitativen
Angaben gemacht werden können. Drei solcher Fragestellungen seien hier ausgewählt: (1) Lysinversorgung der Masteber, (2) mögliche Einflüsse einer chronischen Stimulation des Immunsystems, und (3) die Diskrepanz zwischen in der
Praxis beobachteter und aufgrund der Nährstoffaufnahme zu erwartenden Leistung.
1.
Erforderlicher Lysingehalt in der Ration für Masteber
Aus älteren und neueren Untersuchungen ist bekannt, dass Eber eine um
absolut 1-2 % geringere Ausschlachtung und einen 3-5 % höheren Muskelfleischanteil im Schlachtkörper aufweisen als Kastrate, sowie einen geringeren
Futteraufwand von 0,2-0,4 kg Futter/kg Zuwachs, der durch eine geringere
Futteraufnahme bei nicht deutlich unterschiedlichem Wachstum verursacht
ist. Eber haben bei gleicher Energieaufnahme ein deutlich höheres Proteinansatzvermögen als Kastrate und Sauen. Diese Unterschiede sind jedoch im Verlauf des Wachstums nicht konstant. Damit ist die Schwierigkeit aufgezeigt, den
adäquaten Lysingehalt der Ration für solche Tiere festzulegen, da dieser von
mehreren Faktoren bestimmt wird. Es ist offensichtlich, dass eine nur am Magerfleischanteil orientierte proportionale Erhöhung des Lysingehalts nicht zutreffend sein kann.
Im Folgenden wird exemplarisch für den Gewichtsabschnitt 60-90 kg gezeigt,
wie trotz fehlender Informationen über den exakten Proteinansatz und den evtl.
höheren Energiebedarf bei gesteigerter Bewegungsaktivität die Festlegung
eines adäquaten Lysingehalts aus den in der Praxis verfügbaren Informationen
(Wachstum, Magerfleischanteil und Futteraufnahme) abgeleitet werden kann.
Darüber hinaus kann gezeigt werden, welche Ursachen für den deutlich höheren Magerfleischanteil verantwortlich sein dürften. Es muss jedoch nachdrücklich darauf hingewiesen werden, dass die in Tabelle 1 vorgenommen Berechnungen nur modellhaft für einen bestimmten Mastabschnitt die Unterschiede
aufzeigen. Hierbei wurden Annahmen für das Proteinansatzvermögen, die
Futteraufnahme und den durch Bewegungsaktivität bedingten Energiebedarf
getroffen, die im Einzelfall nach oben oder unten abweichen können und an die
konkreten Leistungsdaten der Tiere angepasst werden müssen.
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Für Kastrate im genannten Gewichtsabschnitt mit einem Proteinansatzvermögen
von 140 g/d und einer Futteraufnahme von 2,5 kg/d kann bei ausreichender Lysinversorgung (7,1 g pcv Lysin/kg) ein Wachstum von 910 g/d und ein Futteraufwand
von 2,75 erwartet werden (Berechnungsvariante I in Tabelle 1). Der Muskelfleischanteil im Körpermassezuwachs beträgt ca. 52 %. Dieser ist nicht identisch mit
dem Muskelfleischanteil im Schlachtkörper am Ende der Mast und wird hier nur
angeführt, um die relativen Unterschiede zwischen den berechneten Varianten
zu erkennen. In Variante II wird für Eber ein höheres Proteinansatzvermögen von
160 g/d angenommen. Bei gleicher Futteraufnahme würde das Wachstum auf
990 g/d ansteigen, der Futteraufwand um 0,2 sinken und der erforderliche Gehalt
an pcv Lysin läge bei 8,0 g/kg Futter; der Muskelfleischanteil wäre nur unwesentlich höher. Es ist offensichtlich, dass diese Unterschiede gegenüber dem kastrierten Tier den allgemeinen Beobachtungen widersprechen (siehe oben). Die
Ursache hierfür liegt in der Annahme einer gleich hohen Futteraufnahme wie bei
Kastraten. Wird jedoch eine realistische, gegenüber den Kastraten um 15 % geringere Futteraufnahme unterstellt (Variante III), ist das Wachstum ähnlich hoch wie
das der Kastrate und der Futteraufwand um 0,4 reduziert, der erforderliche Gehalt
an pcv Lysin muss deutlich angehoben werden (9,4 g/kg). Daraus ist zu ersehen,
dass die Erhöhung des Lysingehalts zwar auch durch den höheren Lysinbedarf
aufgrund des höheren Proteinansatzes, aber in noch stärkerem Maße durch die
geringere Futteraufnahme bedingt ist. Daher kommt der zugrunde gelegten Futteraufnahme bei der Rationsgestaltung eine zentrale Bedeutung zu.
Mit den Ergebnissen der Berechnungsvariante IV für Kastrate wird nachgewiesen, dass allein die Reduktion der Futteraufnahme bei Kastraten auf das gleiche
Niveau von Ebern ebenfalls zu einer deutlichen Erhöhung des Muskelfleischanteils führt. Das zeigt, dass die hohen Werte bei Ebern in erheblichem Umfang
durch die niedrigere Futteraufnahme bedingt sind. Die Varianten I-IV sind für
geringe Bewegungsaktivität berechnet. Die Ergebnisse in Variante V zeigen
Effekte, die bei Ebern durch eine Erhöhung des Energiebedarfs für Bewegungsaktivität (hier in der Größenordnung von 15 % des Erhaltungsbedarfs angenommen) verursacht werden können. Das Wachstum sinkt geringfügig und der
Futteraufwand steigt etwas an, die Anforderung an die Ration hinsichtlich des
Aminosäuren- und Proteingehalts bleibt jedoch unverändert, denn die erhöhte
Bewegungsaktivität verursacht keinen zusätzlichen Proteinbedarf. Interessant ist
nun, dass der Muskelfleischanteil nicht unerheblich erhöht wird, da die gesteigerte
Bewegungsaktivität energetisch gesehen auf Kosten des Fettansatzes realisiert
wird. Dieser Tatbestand könnte eine weitere Ursache für die teilweise sehr hohen,
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aber auch variablen Unterschiede zwischen Kastraten und Ebern sein, da über
die Bewegungsaktivität von Ebern unterschiedliche Beobachtungen vorliegen.
Daher lassen sich mit Hilfe des Modells auch haltungs- und Genotyp-bedingte Einflüsse auf Unterschiede zwischen Ebern und Kastraten bei der Rationsgestaltung
berücksichtigen.
Tab. 1:
Modellhafte Ableitung des erforderlichen Lysingehalts in der Ration
für Kastrate und Eber für den Mastabschnitt 60-90 kg Gewicht.
Berechnungsvariante
Eber (E), Kastrat (K)
Proteinansatzvermögen g/d
Futteraufnahme1 g/d
Gewichtszuwachs2 g/d
Futteraufwand2 kg/kg
Muskelfleischanteil im
Zuwachs2,3 %
Gehalt an pcv Lysin4 g/kg
I
K
140
2500
910
2,75
52
II
E
160
2500
990
2,53
53
III
E
160
2125
905
2,35
58
IV
K
125
2125
765
2,78
55
V
E5
160
2125
870
2,44
60
7,1
8,0
9,4
7,5
9,4
1 13,0 MJ ME/kg Futter.
2 Mit Hilfe des Modells berechnet.
3 Muskelfleischanteil im Schlachtkörperzuwachs, daher nicht identisch mit dem Wert zum Ende
der Mast. Diese Werte sollten daher nur hinsichtlich ihrer relativen Unterschiede interpretiert
werden.
4 pcv = praecaecal verdaulich; bedarfsdeckend = Proteinansatzvermögen wird erzielt.
5 Berechnet für einen zusätzlichen Energiebedarf für körperliche Aktivität, der 15 % des
energetischen Erhaltungsbedarfs entspricht.
2.
In welcher Weise beeinflusst eine chronische Stimulation des
Immunsystems Leistung und Körperzusammensetzung?
Es ist bekannt, dass schlechte hygienische Verhältnisse im Stall die Leistung
der Tiere negativ beeinflussen. Es steht außer Frage, dass hier direkt Abhilfe zu
schaffen ist und dass eine Kompensation durch Zusatzstoffe nur begrenzt möglich ist. Die geringeren Leistungen sind zu einem erheblichen Teil durch die reduzierte Futteraufnahme bedingt. Es wäre auch naheliegend zu vermuten, dass
Veränderungen des Stoffwechsels unter solchen Bedingungen einen erhöhten Bedarf an Energie und Aminosäuren zur Folge haben, so dass das für das
Wachstum zur Verfügung stehende Nährstoffangebot verringert ist. Dies könnte
zur Überlegung führen, durch einen erhöhten Nährstoffgehalt diesen Effekt
zumindest teilweise auszugleichen und damit die Leistung zu stabilisieren.
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Es ist keinesfalls Aufgabe dieses Beitrags, diese vielschichtige Frage umgehend zu behandeln. Vielmehr soll die Hilfestellung von Modellen auch für eine
solche Thematik gezeigt werden. Es können auch nur einige ausgewählte
Aspekte hinsichtlich ihrer möglichen Wirkung auf die Leistungsparameter diskutiert werden. Als Grundlage dieser Überlegungen dienen die Studien der
Arbeitsgruppe um Williams (Williams et al., 1997a, b, c). In diesen Untersuchungen gemachte Beobachtungen werden in das Wachstumsmodell eingefügt, so
dass es dadurch gelingt, allgemeingültigere Aussagen und Konsequenzen für
die Rationsgestaltung abzuleiten.
In den erwähnten Untersuchungen von Williams et al. (1997a, b, c) wurden
Tiere der Kontrolle unter sehr guten, die der „Behandlungsgruppe“ hingegen
unter schlechten hygienischen Bedingungen aufgezogen (nähere Hinweise
in der Fußnote der Tab. 2). Die dort angegebenen Leistungsdaten der Tiere
sind Ergebnisse der Modellberechnungen. Für die ungünstigen Hygieneverhältnisse wurde im ersten Fall (hypothetisch) davon ausgegangen, dass ausschließlich die Futteraufnahme um 10 % zurückgeht. Dadurch verringert sich
der Proteinansatz (durch Energiereduktion bedingt) mit der Folge eines deutlich reduzierten Wachstums und eines positiven Effekts auf den Muskelfleischanteil im Schlachtkörper, während der Futteraufwand und der erforderliche
Lysingehalt in der Ration sich nur unwesentlich ändern. Die Verringerung des
Wachstums entspricht den Erwartungen bei schlechteren hygienischen Verhältnissen, wobei das Ausmaß natürlich sehr stark variieren kann. Die Erhöhung
des Muskelfleischanteils entspricht dem bekannten Effekt einer restriktiven
Fütterung, nicht jedoch der Beobachtung bei einem schlechten Hygienestatus,
auch die nur geringfügige Erhöhung des Futteraufwandes dürfte für eine solche
Situation nicht zutreffend sein. Der Fall eines reduzierten Muskelfleischanteils
in der beobachteten Größenordnung trotz verringerter Futteraufnahme und
eine deutliche Erhöhung des Futteraufwands kann nur dann eintreten, wenn
das Proteinansatzvermögen der Tiere abnimmt, da die Lysinverwertung keiner
Veränderung unterliegt.1 Wird das Proteinansatzvermögen um 25 % (von 145
auf 110 g/d) gesenkt, nähert sich der modellhaft berechnete an den in den Versuchen beobachteten geringen Muskelfleischanteil an. Diese Berechnungsergebnisse lassen nun folgende Schlüsse zu: Ein schlechter Hygienestatus führt
sowohl zu einer Reduktion der Futteraufnahme als auch zu einer Verringerung
1
Die Autoren der genannten Studien konnten überzeugend zeigen, dass die partielle Lysinverwertung
durch eine chronische Stimulierung des Immunsystems weitgehend unverändert bleibt. Sollte
es jedoch auch Situationen geben, in denen eine Verringerung der Lysinverwertung eintritt – was
nicht prinzipiell ausgeschlossen werden kann –, müssten entsprechend modifizierte Berechnungen
durchgeführt werden.
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des Proteinansatzvermögens. Daher sinkt der notwendige Lysingehalt in der
Ration. Vereinfacht formuliert und unter Vorbehalt könnte gesagt werden, dass
eine Verbesserung der Aminosäurenversorgung nicht nur zu keiner Kompensation der Leistungsdepression beiträgt, sondern dass im Gegenteil ein mit Aminosäuren nur mäßig ausgestattetes Futter in einer solchen Situation genügen
könnte. Tiere, die unter guten hygienischen Bedingung gehalten werden, haben
hingegen einen höheren Lysinbedarf.
Tab. 2:
Modellierung von möglichen Effekten einer chronischen Stimulierung
des Immunsystems. (In Anlehnung an Williams et al., 1997a, b, c)
Hygienestatus1
optimal
suboptimal
suboptimal4
Futteraufnahme2
Kontrolle
reduziert
reduziert
Proteinansatzvermögen2
Kontrolle
unverändert
reduziert
Proteinansatz, g/d
145
132
110
Wachstum, g/d
930
820
735
Futteraufwand, kg/kg
2,70
2,75
3,05
Muskelfleischanteil, %
54,4
55,6
52,8
Erforderlicher
Lysingehalt3, g/kg
7,2
7,3
6,2
Wirkung auf
1 Optimal = Frühentwöhnung, sehr guter Hygienestatus; suboptimal = wenig gereinigte Ställe,
Nachweis einer starken chronischen Reaktion des Immunsystems;
2 Reduktion der Futteraufnahme um 10 % und des Proteinansatzvermögens um 25 %;
3 Mindestgehalt als Durchschnittswert, der jeweils für die Anfangs- und Endmast nicht korrekt ist
und daher nur als relative Größe zu interpretieren ist.
4 Der in den Studien beobachtete erhöhte energetische „Erhaltungs“umsatz wurde hier noch nicht
berücksichtigt.
3.
Zur Diskrepanz zwischen in der Praxis beobachteter und aufgrund der Nährstoffaufnahme zu erwartenden Leistung
Das Problem zwischen erwarteter und beobachteter Leistung wird in der Fütterungsberatung immer wieder auftreten. Die Diskussion über ein solches Problem geht häufig in die Richtung der Frage, ob die in Exaktversuchen und unter
sehr guten Haltungs- und Hygienebedingungen ermittelten Leistungsdaten auf
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praktische Haltungsbedingungen übertragen werden können. Auch hierzu ist
eine detaillierte Analyse der Problematik nicht möglich. Es sei nur zusammenfassend gesagt, dass unter praktischen Haltungsbedingen, bei denen beispielweise der thermoneutrale Bereich verlassen ist oder eine erhöhte Bewegungsaktivität wegen Auseinandersetzungen in der Tiergruppe vorliegt, weder der
energetische Erhaltungsbedarf noch die Energieverwertung betroffen sind.
Vielmehr ist für solche Verhältnisse neben dem Bedarf für Erhaltung und Wachstum eine dritte Bedarfsgröße einzufügen, die häufig vernachlässigt wird2. Wenn
es möglich wäre, diese exakt zu bestimmen, ist mit einer guten Übereinstimmung mit den Versorgungsempfehlungen zu rechnen. Es gibt zwar Bedarfswerte für Thermoregulation und Bewegungsaktivität, die sich allerdings nicht
direkt auf Praxisverhältnisse übertragen lassen, da für die Thermoregulation
nicht nur die Umgebungstemperatur, sondern auch Stallbodenisolation, Luftbewegung und -feuchtigkeit sowie die Verschmutzung der Tiere eine Rolle spielen.
Daher entziehen sich diese Zusammenhänge weitgehend einer experimentellen Erfassung.
Es eröffnet sich jedoch eine Möglichkeit zur Quantifizierung solcher Effekte
darin, indem der umgekehrte Weg wie im Wachstumsmodell (Nährstoffwirkung
auf die Leistungen) beschritten wird. Kann der Stoffansatz aus einfachen und
in der Regel bei der Schlachtung erhobenen Daten ermittelt werden und ist der
Gewichtszuwachs bekannt, lässt sich der Energiebedarf für dieses Wachstum
bestimmen. Ist weiterhin Futteraufnahme und -zusammensetzung bekannt,
kann die Differenz zwischen Energieaufnahme und dem Bedarf für Erhaltung
und Wachstum als eine Größe angesehen werden, die diese dritte Bedarfskomponente (wodurch auch immer im Einzelnen bedingt) angibt. Entsprechend
dieser Vorgehensweise wurden in einem groß angelegten Praxisversuch in
drei Mastdurchgängen mit insgesamt 1740 Tieren diese Differenzen bestimmt
(Naatjes und Susenbeth, 2014). Die Differenz zwischen Energieaufnahme und
dem Bedarf für Erhaltung und Wachstum für alle Mastdurchgänge lag – mit einer
bei solchen Untersuchungen zu erwartenden großen Streuung – im Mittel über
15 % der ME-Aufnahme und unterschied sich kaum zwischen Sauen und Börgen und zwischen den einzelnen Mastabschnitten. Bei Sauen war jedoch eine
Tendenz zur Verringerung der Differenz mit zunehmendem Alter vorhanden.
Die Ergebnisse zeigen zunächst, dass diese dritte Bedarfskomponente einen
bedeutenden Anteil am Gesamtbedarf ausmachen kann und nicht vernachläs2
Es sei in diesem Zusammenhang darauf verwiesen, dass der Bedarf für Thermoregulation und
Bewegungsaktivität nur auf der Stufe der Umsetzbaren Energie (ME) ausgedrückt werden kann, da
eine Nettogröße hierfür nicht existiert. Vielmehr wird der für solche Leistungen erforderliche Bedarf
an ME nahezu vollständig in Wärme überführt.
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sigt werden sollte. Es wird auch deutlich, dass über solche Modellberechnungen Informationen über einen relevanten Teil des Bedarfs gewonnen werden
können, die sich in Versuchen kaum bestimmen lassen. Des Weiteren können in
dieser Weise auch verschiedene Haltungssysteme hinsichtlich ihres Einflusses
auf den Energiebedarf vergleichen und beurteilt werden.
4.Literaturangaben
DLG, 2010. Erfolgreiche Mastschweinefütterung. DLG-Verlag, Frankfurt/Main.
GfE, 2006 (Gesellschaft für Ernährungsphysiologie). Empfehlungen zur Energie- und Nährstoffversorgung von Schweinen. DLG-Verlag, Frankfurt/
Main.
Naatjes, M., Susenbeth, A., 2014: Energy requirement of growing pigs under
commercial housing conditions. Archives of Animal Nutrition, 68, 93-110.
Williams, N.H., Stahly, T.S., Zimmerman, D.R., 1997: Effect of chronic immune
system activation on the rate, efficiency and composition of growth and
lysine needs of pigs fed from 6 to 27 kg. Journal of Animal Science, 75,
2463-2471.
Williams, N.H., Stahly, T.S., Zimmerman, D.R., 1997: Effect of chronic immune
system activation on body nitrogen retention, partial efficiency of lysine
utilization, and lysine needs of pigs. Journal of Animal Science, 75, 24722480.
Williams, N.H., Stahly, T.S., Zimmerman, D.R., 1997: Effect of level of chronic
immune system activation on the growth and dietary lysine needs of pigs
fed from 6 to 112 kg. Journal of Animal Science, 75, 2481-2496.
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Perspektiven der Proteinbewertung beim
Wiederkäuer
H. Steingaß
Universität Hohenheim, Institut für Tierernährung, Stuttgart
1.Einleitung
Das System „nutzbares Rohprotein am Duodenum“ (nXP) hat sich für die Praxis als ein zuverlässiger und praktikabler Maßstab für die Proteinbewertung
beim Wiederkäuer erwiesen. Es fußt auf dem Fluss an unabgebautem Futterrohprotein (UDP) und dem in den Vormägen gebildeten Mikrobenrohprotein
(MP). Hierbei werden die Gehalte an UDP futtermittelspezifisch als Konstanten
angegeben und die Menge an MP mit Hilfe linearer Gleichungen berechnet.
Daraus ergibt sich ein konstanter nXP-Wert für ein spezifisches Futtermittel. Dies ermöglicht einerseits eine additive Berechnung des nXP-Gehaltes
einer Futterration, erlaubt aber keine Anpassung der Höhe des Protein- und
Aminosäuren(AS)-Flusses am Duodenum in Abhängigkeit von verschiedenen
Fütterungsfaktoren. Eine Studie von Schwab et al. (2005) bescheinigt in einem
Vergleich verschiedener Proteinbewertungssysteme für laktierende Milchkühe
dem nXP-System eine „exzellente Leistung“ hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit der Milchproteinleistung. Dies kann als Beleg für ein – auch im internationalen Vergleich – grundsätzlich gut funktionierendes System gesehen werden.
Dennoch sollen nachfolgend einige aus Sicht des Autors relevante Punkte zur
Verbesserung des gegenwärtigen nXP-Systems diskutiert und soweit möglich
auch Ansätze zur praktischen Umsetzung aufgezeigt werden.
2.
Schnittstelle von Futterbewertung und Bedarfsableitung
Im gegenwärtigen nXP-System wird die Verwertung der absorbierten Aminosäuren (75 %), der Aminosäurenanteil des Duodenal-XP (AS-N; 73 %) und dessen Absorbierbarkeit (85 %) als Komponenten des Bedarfs angegeben und vom
Nettobedarf mit dem Multiplikator 2,1 (1 / (0,75 x 0,73 x 0,85) der Bruttobedarf an
nXP berechnet. Konsequent wäre es aber, den Bedarf des Tieres nicht in der
Einheit „nutzbares Rohprotein am Duodenum“ anzugeben, sondern als „verdauliches Reinprotein“ oder „praecaecal absorbierbare Aminosäuren“, d. h. nur
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die Verwertung der verdaulichen AS im Bedarf zu berücksichtigen. Da der Aminosäurenanteil des Duodenal-XP und die Absorbierbarkeit im Wesentlichen
durch Eigenschaften des Futters bedingte Größen darstellen, sollten diese Faktoren auf der Seite der Futtermittelbewertung berücksichtigt werden. Vorstellbar
wäre dann, analog zum Proteinbedarfssystem für Schweine (GfE, 2006), den
Bedarf für die verschiedenen Teilfaktoren (Erhaltung, Milchbildung, Wachstum,
Trächtigkeit) für die erstlimitierende AS zu quantifizieren und den Bedarf für die
nachrangig limitierenden AS in Relation zur erstlimitierenden AS auszudrücken.
3.
Berücksichtigung der Passage
Der Proteinwert eines Futtermittels ist nicht konstant. Mit steigender Passagerate ändert sich der Fluss an duodenalem XP, da einerseits das UDP ansteigt,
andererseits aber das MP aufgrund des Rückgangs an fermentierter Substanz
abnimmt. Diese Tatsache wird im jetzigen nXP-System nicht berücksichtigt sondern es wird ein für jedes Futtermittel konstanter Wert angegeben. Eine Änderung der Passage bewirkt entsprechend der Abbaukinetik des Rohproteins eine
Änderung im UDP. Eine Schätzung des UDP in Abhängigkeit von der Passagerate ist mit den verschiedenen zur Verfügung stehenden Methoden (in situ,
erweiterter Hohenheimer Futterwerttest, chemische Rohproteinfraktionierung,
enzymatischer Proteinabbau) möglich, da die Passagerate bereits ein integraler
Bestandteil dieser Methoden darstellt. Eine Herausforderung ist dagegen, sich
auf realistische Passageraten in Abhängigkeit vom Futteraufnahme- und Leistungsniveau zu einigen, um einen konsistenten Bewertungsrahmen zu erhalten. Dabei scheint eine Differenzierung zwischen dem Grobfutter und dem Fluss
kleiner Partikel (Kraftfutter) notwendig zu werden.
Neben dem UDP ist auch die Quantität des Mikrobenproteins von der Passagerate betroffen. Eine höhere Passagerate verringert die Menge der gesamten in
den Vormägen abgebauten OM. Da die mikrobielle Biomasse- und somit auch
Proteinsynthese von der Menge der im Pansen fermentierten OM abhängt,
geht das mikrobielle Protein mit steigender Passagerate theoretisch zunächst
zurück. Andererseits kann bei Erhöhung der Passagerate die Effizienz des mikrobiellen Wachstums verbessert sein, da unter diesen Bedingungen weniger
mikrobielle Lysis sowie ein geringerer Anteil am Erhaltungsbedarf der Mikroben
zu Buche schlägt. Auf diese Weise findet zumindest eine teilweise Kompensation der am Duodenum anflutenden Menge an mikrobiellem Protein oder AS-N
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statt. Hinzu kommt, dass das nach Menge und Zeitpunkt abgestimmte Angebot
an verfügbarem N und fermentierbaren Kohlenhydraten (Synchronismus) ein
weiterer bisher schwer zu quantifizierbarer Faktor für die Effizienz des mikrobiellen Wachstums und damit für den Fluss an duodenalem XP darstellt. Grundsätzlich ist die Menge an mikrobiellem Protein am Duodenum in jedem Proteinbewertungssystem aufgrund ihres Beitrages am duodenalen Proteinfluss die
wichtigste, zugleich aber die am schwierigsten zu quantifizierende und mit der
größten Unsicherheit behaftete Größe.
4.
Verdaulichkeit des Proteins im Dünndarm
Die Absorbierbarkeit des duodenalen Rohproteins wird im gegenwärtigen nXPSystem konstant mit 85 % angegeben und es erfolgt keine Differenzierung zwischen dem UDP und dem MP. Für das mikrobielle Protein bzw. dessen AS ist die
Annahme einer konstanten wahren praecaecalen Verdaulichkeit in einer Größenordnung von 85-90 % realistisch. Bei der Verdaulichkeit des UDP scheint
dagegen eine größere Variation vorzuliegen und die Werte sind im Mittel niedriger als die derzeit angenommenen 85 %. Für Rapsextraktionsschrote (Steingaß
et al., 2013) und Trockenschlempen (Westreicher-Kristen et al., 2013) haben wir
dies anhand des Vergleichs der in vitro Proteinverdaulichkeit des Futters und
der in situ-Inkubationsrückstände nach 16 Stunden Inkubation demonstrieren
können (Tab. 1). Es ist anzunehmen, dass auch bei anderen Eiweißfuttermitteln
das UDP eine niedrigere Verdaulichkeit aufweist. Dies kann und sollte mit geeigneten in vitro Methoden untersucht werden.
Tab. 1:
In vitro-Pepsin-Pankreatinverdaulichkeit des XP von Rapsextraktionsschroten (RES) und Trockenschlempen (DDGS) und deren ruminalen Inkubationsrückständen
Futter
UDP 16h
5.
RES (n=10)
DDGS (n=12)
80 ± 3
44 ± 10
81 ± 5
66 ± 11
Aminosäurenanteil im duodenalen Rohprotein
Die AS-Anteile im UDP und MP werden im nXP-System einheitlich mit 73 % des
Rohproteins angegeben. Zwar weisen die Angaben in der Literatur für das MP
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ein gewisse Variation zwischen 67 und 75 % auf (Mittelwert 71 %), es sollte nach
Plausibilitätsprüfung jedoch möglich sein, einen akzeptablen Wert für den AS-N
der MP zu definieren. Beim UDP sind die AS-Anteile variabel. Für die meisten
Kraftfuttermittel sind höhere Werte als 73 % anzunehmen. Bei Konzentraten
scheint der AS-N im UDP weitgehend dem des Futters zu entsprechen (Steingaß et al., 2013, Westreicher-Kristen et al., 2013, Tab. 2), so dass für das UDP
von Konzentraten auf die breite Information, die für das jeweilige Futter vorhanden ist, zurückgegriffen werden kann.
Tab. 2:
Aminosäurenanteile im Futter und im UDP von Rapsextraktionsschroten (RES) und Trockenschlempen (DDGS)
Futter
UDP
RES (n = 10)
92 (90-94)
DDGS (n = 12)
92 (85-97)
8h
16 h
93 (91-94)
90 (83-94)
91 (84-96)
Ein größeres Problem ergibt sich für die Grobfuttermittel, insbesondere für die
Silagen. Hier ist der AS-Anteil im UDP niedriger, variiert stärker in Abhängigkeit
von den Silierbedingungen und ist überhaupt weniger gut bekannt (Weisbjerg
und Hvelplund, 2005). Allerdings ist die quantitative Bedeutung des AS-N dort
wiederum nicht so groß, da fast alle Grobfuttermittel wenig UDP liefern. Für diesen Bereich besteht noch Forschungsbedarf, denn auch Grobfuttermittel müssen wegen ihres hohen Anteils in der Futterration hinreichend genau charakterisiert werden.
6.
Aminosäurenzusammensetzung des duodenalen Rohproteins
Eine Proteinbewertung auf Basis verdaulicher AS benötigt schließlich
Kenntnisse zum Aminosäurenmuster von UDP und MP. Das dem Bedarf für die
Milchproduktion gut angepasste AS-Muster des MP wird zwar geringfügig durch
die Fütterung beeinflusst, für die Praxis kann aber wohl von einer relativ geringen
Variation ausgegangen werden (NRC, 2007, Tab. 3), was die Annahme von
Konstanten erlauben sollte.
Beim UDP ist es dagegen geboten, das stark variierende AS-Muster einzelner
Futtermittel in die Proteinbewertung einzubeziehen, besonders wichtig bei Fut-
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termitteln mit hohen UDP-Gehalten. Dabei ist der Abbau einzelner AS im Pansen zu berücksichtigen, da sich dies auf die AS-Zusammensetzung des UDP
auswirkt. Um die Schwierigkeit zu umgehen, das AS-Muster des UDP z. B. aus
in situ-Abbaurückständen für einzelne Futtermittel analysieren zu müssen,
wurde von Steingaß et al. (2013) vorgeschlagen, mit Hilfe linearer Regressionsgleichungen den AS-Abbau aus dem XP-Abbau in situ zu schätzen. Aus der
AS-Zusammensetzung des Futters kann daraus anschließend die AS-Zusammensetzung des UDP berechnet werden. Die Gleichungen weisen eine hohe
Genauigkeit auf (RSD ca. 2 %) und sind spezifisch für einzelne AS. Sie wurden
für Rapsextraktionsschrot entwickelt, sind aber auch auf Trockenschlempen
anwendbar. Diesbezüglich ist eine Erweiterung der Datenbasis unter Einbeziehung der wichtigen Eiweißfuttermittel anzustreben.
Tab. 3:
g/16gN
von
bis
Variation in den Gehalten an essentiellen Aminosäuren im mikrobiellen Protein (NRC, 2007)
Lys
8,1
11,5
Met
1,6
2,5
His
1,6
2,1
Phe
4,9
5,7
Thr
5,2
6,6
Leu
7,4
8,3
Ile
5,4
6,2
Val
5,3
6,5
Cys
2,0
2,6
7.Fazit
Trotz guter Erfahrungen mit dem nXP-System ist eine Weiterentwicklung der
Proteinbewertung anzustreben. Ein System auf Basis praecaecal verdaulicher
Aminosäuren ordnet Faktoren seitens des Tieres (Verwertung) und des Futters
(Verdaulichkeit, AS-Gehalt und AS-Muster) treffender zu und ermöglicht Ersatz
von Konstanten (Bedarf) durch Variablen (Futterwertmerkmale). Die dazu
erforderlichen Schritte werden sich teilweise schwierig gestalten, können aber
grundsätzlich geleistet werden.
8.Literaturangaben
GfE (Gesellschaft für Ernährungsphysiologie), 2006: Empfehlungen zur Energie- und Nährstoffversorgung von Schweinen. DLG-Verlag, Frankfurt/
Main.
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NRC (National Research Council), 2007: Nutrient Requirements of Small Ruminants. The National Academic Press, Washington, D.C.
Schwab, G.C., Huhtanen, P., Hunt, C.W., Hvelplund, T., 2005: Nitrogen requirements of cattle. In: Pfeffer, E. u. Hristov, A.N. (Eds). Nitrogen and Phosphorus Nutrition of Cattle. CABI Publishing, Wallingford, 13-70.
Steingaß, H., Kneer, G., Wischer, G., Rodehutscord, M., 2013: Variation of in
situ degradation of crude protein and amino acids and in vitro digestibility
of undegraded feed protein in rapeseed meals. Animal 7, 1119-1127.
Weisbjerg, M.R., Hvelplund, T., 2005: Current status of using in situ estimates
in feedstuff evaluation for dairy cows in the nordic countries. Übers. Tierernährg. 33, 157-167.
Westreicher-Kristen, E., Steingaß, H., Rodehutscord, M., 2013: In situ ruminal
degradation of amino acids and in vitro protein digestibility of undegraded
CP of dried distillers’ grains with solubles from European ethanol plants.
Animal 7, 1901-1909.
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Sicherstellung einer adäquaten
Spurenelementversorgung landwirtschaftlicher
Nutztiere
W. Windisch, D. Brugger, M. Buffler, M. Hanauer, C. Becker
Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für
Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Tierernährung, Freising
1.
Spurenelemente zwischen Mangel und Toxizität
Die Bedeutung von Spurenelementen für den Organismus liegt in ihrer spezifischen Wechselwirkung mit diversen Biomolekülen begründet. Sie fungieren als
strukturelle und/oder katalytische Kofaktoren, ohne deren Bindung die Aktivität
dieser Biomoleküle (zumeist Peptide) verändert bzw. vollständig inhibiert wird.
Hierdurch erklären sich die massiven Stoffwechselstörungen und damit assoziierten Krankheitsbilder, die aus einem alimentären Spurenelementmangel
erwachsen (Fraga, 2005). So ist beispielsweise das, dem alimentären Eisenmangel folgende, Krankheitsbild der Anämie durch die Bedeutung der Eisenbindung für die bioaktive Hämoglobinstruktur zu erklären (Polycove und Mortimer,
1961). Der bei schwerem Zinkmangel beobachtete systemische Totalausfall
des Organismus erklärt sich durch die Tatsache, dass Zink essentieller Kofaktor
von mindestens 10 % der im Genom codierten Peptide ist, von denen die meisten an der Regulation der Genexpression beteiligt sind (Andreini et al., 2006).
Alimentäre Mangelsituationen sind demnach unbedingt zu vermeiden, um
Beeinträchtigungen der Tiergesundheit und Leistungseinbußen entgegenzuwirken.
Die spezifischen Wechselwirkungen der essenziellen Spurenelemente mit
dem körpereigenen Proteom finden innerhalb enger Grenzen statt. Diese Grenzen müssen strikt kontrolliert werden, denn alle essenziellen Spurenelemente
haben gleichzeitig auch ein toxisches Potential (Goldhaber, 2003, NRC, 2005).
Hierzu hat die Evolution ein ausgeklügeltes System der homöostatischen Feinregulation von Spurenelementflüssen durch den Organismus, auf Ebene des
Ganzkörpers bis hin zu subzellulären Strukturen, etabliert. So wird bei den meisten Spurenelementen die Effizienz der Absorption aus dem Darmlumen, beispielsweise in der Situation des alimentären Mangels, durch verstärkte Expression spezifischer Transportproteine auf das Maximum erhöht. Im Falle einer
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alimentären Versorgung über dem metabolischen Bedarf wird die Expression
dieser Transportsysteme gezielt reduziert, was den Einstrom aus dem Darmlumen in die Enterozyten drosselt, die Weitergabe an die Blutzirkulation reduziert
und somit eine Überladung des Organismus vermeidet. Für bestimmte Spurenelemente gibt es zudem noch spezifische Exkretionsmechanismen, die überschüssige Anteile auch hinter der Darmschranke gezielt über den Harn (z. T.
auch Galle) aus dem Organismus eliminieren (Gross et al., 1989, Kirchgessner
et al., 1997, Weigand und Kirchgessner, 1980).
Diese quantitativ hocheffiziente Homöostase verschiebt die Toxizitätsgrenzen des Gehalts an Spurenelementen in der Nahrung. Sie macht es möglich, in
der Versorgung an Spurenelementen einen gewissen Sicherheitsabstand zur
Mangelversorgung zu halten, da die bedarfsüberschreitenden Zufuhren wieder ausgeschieden werden. Dennoch muss immer bedacht werden, dass auch
im Bereich moderater Überschüsse durchaus nachteilige Wirkungen für das
Tier auftreten können. So sind Spurenelemente auch essentiell für Mikroorganismen. Beispielsweise korreliert ein erhöhter Eisenspiegel im Darmlumen
mit einem Zuwachs bestimmter pathogener Keime (Jones et al., 1977). Zudem
gelangen die Überschüsse, zumindest im Falle essenzieller Spurenmetalle,
unweigerlich in die Wirtschaftsdünger und können bei überhöhter Anwendung
die Umwelt belasten (Knappe et al., 2008). Vor diesem Hintergrund ist nicht
zuletzt der Nutzen pharmakologischer Spurenelement-Supplementierungen
zur Leistungssteigerung kritisch zu hinterfragen. Letztendlich sollte eine möglichst bedarfsgerechte Versorgung mit Spurenelementen angestrebt werden.
Hierzu muss zunächst der Bedarf im Rahmen experimenteller Untersuchungen
exakt ermittelt werden, um dann für die Situation der guten fachlichen Fütterungspraxis vorausschauende Empfehlungen aussprechen zu können, die die
Versorgung der Nutztiere mit essenziellen Spurenelementen sicherstellen.
2.
Vom Bedarf zu den Versorgungsempfehlungen
Das Hauptproblem bei der Versorgung landwirtschaftlicher Nutztiere mit Spurenelementen ist die zumeist niedrige Bioverfügbarkeit der nativen chemischen
Spezies in den gängigen Futtermitteln pflanzlicher Herkunft, die durch Interaktionen mit weiteren Komponenten der Futtermatrix oftmals zusätzlich beeinträchtigt wird (O´Dell, 1984; Bondi und Alumot, 1987). In diesem Zusammenhang
erfordert die Sicherstellung einer bedarfsdeckenden Versorgung hochleisten-
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der Nutztiere mit essenziellen Spurenelementen in den meisten Fällen eine
gezielte Supplementierung des Futters.
Grundlage zur Sicherstellung einer adäquaten Versorgung mit essenziellen
Spurenelementen ist die Kenntnis über den Bedarf des landwirtschaftlichen
Nutztieres in seiner jeweiligen Lebenssituation. Üblicherweise wird dieser unter
präzisen experimentellen Bedingungen in Dosis-Wirkungs-Studien abgeleitet,
bei denen sich die Gehalte des jeweiligen Spurenelements im Futter vom Mangel bis zu moderatem Überschuss erstrecken. Die zu beobachteten Statusparameter sollten in möglichst enger Beziehung zur homöostatischen Regulation
des jeweiligen Spurenelements stehen, denn am Übergang von Mangel zur
Bedarfsdeckung wird der Statusparameter aufgrund der einsetzenden homöostatischen Gegenregulation die Art seiner Dosis-Wirkungs-Beziehung ändern.
Dieser Knickpunkt lässt sich bei entsprechend feiner alimentärer Dosierung, vor
und hinter dem vermuteten Bedarf, regressionsanalytisch ableiten. Beispiele für
solche Parameter sind etwa die Zinkgehalte in Milch und Ei, die ausgehend von
einer strikt linearen Beziehung zum Zinkgehalt des Futters am Bedarfspunkt in
ein Plateau übergehen, dass sich weit in den Bereich der Überversorgung hinein erstreckt (Schwarz und Kirchgessner, 1975, Paulicks und Kirchgessner,
1994). Eine andere Möglichkeit besteht in der Beobachtung der Absorption und
Exkretion von Spurenelementen. So konnten Brugger et al. (2014), im Rahmen
eines Fütterungsversuchs mit fein abgestufter Zinkversorgung, den Zinkbedarf
von Ferkeln über die Menge an scheinbar verdautem Nahrungszink ableiten.
Auch hier wies der beobachtete Parameter einen Knickpunkt, von einer linearen
Dosis-Wirkungsbeziehung zu einem Plateau, auf. Ein spiegelbildliches Verhalten ist bei Spurenelementen zu erwarten, deren Homöostase überwiegend
durch renale Exkretion erfolgt. So ist die renale Exkretion beispielsweise von
Selen im gesamten Bereich der Mangelversorgung stark reduziert und zeigt ab
dem Punkt der Bedarfsdeckung einen sprunghaften Anstieg (Kirchgessner et
al., 1997).
Die oben beschriebenen Dosis-Wirkungs-Studien erlauben eine präzise
Bestimmung des Bedarfs an essenziellen Spurenelementen. Es ist allerdings
zu beachten, dass es sich hierbei um den Bruttobedarf handelt, der retrospektiv
unter den jeweiligen experimentellen Bedingungen abgeleitet wurde. Versorgungsempfehlungen sollen jedoch prospektiv die bedarfsdeckende Versorgung unter der Bedingung einer guten fachlichen Praxis gewährleisten. Hierbei sind z. B. leistungsbedingte Variationen im Nettobedarf zu berücksichtigen
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sowie insbesondere Schwankungen in der Bioverfügbarkeit der nativen und
zugesetzten Spurenelementspezies. Ein weiterer Unsicherheitsfaktor für die
Vorhersage einer ausreichenden Spurenelementversorgung sind die zum Teil
erheblichen Schwankungen in den nativen Spurenelementkonzentrationen der
Futtermittel (Adams, 1975, Sauvant et al., 2004).
Der Gehalt an Phytat in Rationen monogastrischer Nutztiere ist der bedeutsamste Einflussfaktor auf die Spurenelementverfügbarkeit. Windisch und Kirchgessner (1999) konnten zeigen, dass die Zink-Bioverfügbarkeit ausgehend von
nahe 100 % bei völliger Abwesenheit von Komplexbildnern im Futter auf etwa die
Hälfte sinkt, wenn praxisübliche Phytatgehalte vorliegen. Umgekehrt kann der
negativen Wirkung von Phytat auf die Bioverfügbarkeit von Zink, durch Zugabe
von Phytase zum Futter, signifikant entgegengewirkt werden (Ettle et al., 2005).
Beim Wiederkäuer kommen dagegen vor allem Spurenelement-Interaktionen
zum Tragen, welche die Bioverfügbarkeiten massiv beeinflussen können. So
enthalten insbesondere Gras-Konserven aufgrund von erdigen Kontaminationen sehr hohe Eisengehalte von bis zu 800 mg/kg TM und mehr (Resch, 2007,
Wiedner et al., 2001). Dies kann die Bioverfügbarkeit von Kupfer und bei sehr
hohen Eisengehalten auch von Zink massiv beeinträchtigen (Standish et al.,
1969). Die negative Interaktion beruht im Wesentlichen auf der Konkurrenz divalenter Kationen (insbesondere Eisen, Kupfer und Zink) um spezifische Transportproteine (Sandström, 2001). Die Kupferverfügbarkeit wird beim Wiederkäuer zudem verstärkt durch die Gehalte an Schwefel und Molybdän im Futter
beeinflusst. Diese bilden mit Kupfer im Pansen unlösliche und damit nicht verfügbare Komplexverbindungen (Suttle, 1991).
Das Ziel der Versorgungsempfehlungen ist die Angabe von Spurenelementgehalten im Futter (Summe aus nativen und supplementierten Quellen), die für die
Situation der guten fachlichen Fütterungspraxis unter Berücksichtigung möglicher Schwankungen in der Bioverfügbarkeit und im Bedarfsmuster der Tiere
eine bedarfsorientierte Versorgung sicherstellen, ohne dabei Überschüsse in
der Zufuhr zu generieren. Datengrundlage der Versorgungsempfehlungen sind
publizierte Studien, in denen der Bedarf der Tiere unter den jeweiligen experimentellen Bedingungen abgeleitet wurde. Solche Studien sind in der Regel
bewusst auf Rationen mit ungünstiger Bioverfügbarkeit aufgebaut, denn zur
Ableitung des Bedarfs muss die Mangelsituation klar zum Ausdruck kommen
(z. B. Brugger et al., 2014). Im Vergleich zur normalen Fütterungssituation sind
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die so ermittelten Bedarfswerte demnach eher etwas überhöht und beinhalten
einen gewissen Sicherheitsabstand zum tatsächlichen Bedarf, wie er unter Einhaltung der guten fachlichen Fütterungspraxis notwendig ist. Dieses Prinzip
gilt auch für Versorgungsempfehlungen, die nach der Methode der faktoriellen
Bedarfsableitung aufgebaut sind, denn der Verwertungsfaktor, mit dem vom
Nettobedarf auf den Bruttobedarf umgerechnet wird, ist in der Regel bewusst
tief angesetzt (z. B. NRC, 2001 und 2012). Umgekehrt ist es bei starker Abweichung von der guten fachlichen Fütterungspraxis nicht auszuschließen, dass
zur bedarfsdeckenden Versorgung der Tiere ein höherer Spurenelementgehalt
im Futter erforderlich ist, als die Versorgungsempfehlungen angeben. In der normalen Fütterungssituation kann jedoch davon ausgegangen werden, dass die
Versorgungsempfehlungen die bedarfsdeckende Versorgung landwirtschaftlicher Nutztiere mit essenziellen Spurenelementen gewährleisten.
3.
„Viel hilft viel“ – Was bringt ein Überschuss
In der praktischen Nutztierfütterung werden Zuschläge an essenziellen Spurenelementen oberhalb der Versorgungsempfehlungen oftmals mit positiven
Effekten auf Faktorenerkrankungen wie Mastitis und Lahmheit assoziiert. Epidemiologisch ermittelte Korrelationen, beispielsweise zwischen dem Versorgungstatus von Milchkühen an Selen und Indikatoren der Eutergesundheit,
scheinen solche Zusammenhänge auf den ersten Blick zu bestätigen (Sanchez
et al., 2007, Smith et al., 1997). Ceballos-Marquez et al. (2010) gelang es jedoch
nicht, bei laktierenden Milchkühen eine entsprechend erhöhte Mastitisinzidenz
zu provozieren, obwohl die gemessenen Statusparameter einen lange anhaltenden und schweren Selenmangel dokumentierten. Demgegenüber konnten
Cope et al. (2009) den Mastitisstatus laktierender Milchkühe durch Variation der
Zinkversorgung im Bereich der Versorgungsempfehlungen positiv beeinflussen
(63 vs. 42 mg/kg TM).
Diese Beispiele offenbaren die Schwierigkeiten bei der Interpretation von Einzelbefunden im Hinblick auf generelle Zusammenhänge zwischen der Spurenelementversorgung und Faktorenerkrankungen. Zunächst muss der experimentelle Nachweis erbracht werden, dass ein Mangel an einem essenziellen
Spurenelement tatsächlich einen quantitativ relevanten Beitrag zur Inzidenz
einer Faktorenerkrankung leistet. Ist dies der Fall, dann sollte eine bedarfsdeckende Versorgung den schädlichen Effekt des Mangels vollständig eliminie-
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ren. Zufuhren oberhalb der Bedarfsdeckung wären dann wirkungslos, denn sie
werden durch die Spurenelement-Homöostase in den meisten Fällen bereits
an der Darmschranke abgefangen und ausgeschieden. Werden in einzelnen
Experimenten dennoch Effekte beobachtet, ist dies retrospektiv ein deutlicher
Hinweis darauf, dass die betroffenen Tiere im Versuchsverlauf möglicherweise
unbemerkte Episoden einer Unterversorgung durchliefen, oder anders ausgedrückt, dass die vermeintliche Einhaltung der Versorgungsempfehlungen in der
speziellen Fütterungssituation nicht immer eine bedarfsdeckende Versorgung
der Tiere sichergestellt hatte. Dies zeigt, wie wichtig in solchen Studien die fortlaufende Kontrolle der Statusparameter der Tiere ist. Ein Beweis für positive
Effekte von Spurenelementzulagen oberhalb der Bedarfsdeckung auf Faktorenerkrankungen sind solche Befunde jedenfalls nicht. Insgesamt ist davon auszugehen, dass solche Zulagen physiologisch wirkungslos und deshalb unnötig
sind.
Bei Zink und Kupfer ist bekannt, dass sehr hohe Dosierungen die Leistungsbereitschaft insbesondere von jungen Schweinen verbessern (Hill et al., 2000,
Holm, 1996, NRC, 2005). Dabei muss klargestellt werden, dass die hierfür
erforderlichen Konzentrationen im Futter weit jenseits der physiologischen
Bedeutung eines essenziellen Spurenelements liegen und dass es sich hier um
pharmakologische Effekte von potenziell toxischen Schwermetallen handelt,
welche die Sicherheit des Nutztieres und der Umwelt gefährden können. So sind
die pharmakologischen Effekte nicht dauerhaft und können die Mikroflora des
Verdauungstrakts langfristig negativ beeinflussen (Shelton et al., 2009). Darüber hinaus überschreiten solche Dosierungen die homöostatische Kompensationskapazität der betroffenen Tiere. Die Folge sind überhöhte Einströme an
Zink bzw. Kupfer aus dem Verdauungstrakt in das Körperinnere, unerwünschte
Akkumulationen im Gewebe, oxidativer Stress sowie negative Interaktionen
mit dem Stoffwechsel anderer Spurenelemente (Carlson et al., 1999, Fry et al.,
2012, Martin et al., 2013, Meyer et al., 1977, Shell und Kornegay, 1996).
Ein weiterer Aspekt pharmakologischer Dosierungen von Zink und Kupfer ist der
Umstand, dass sie nahezu vollständig ausgeschieden werden und über die Wirtschaftsdünger auf die landwirtschaftliche Nutzfläche gelangen. Das Ausmaß
der ausgebrachten Mengen hat durchaus das Potenzial, die Bodenflora, das
Pflanzenwachstum und die Qualität des Grundwassers zu beeinflussen (Asada
et al., 2010, Rout und Das, 2003). Darüber hinaus zeigen neuere Untersuchungen, dass exzessive Dosierungen von Zink und Kupfer die Häufigkeit bestimm-
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ter Keime mit Mehrfachresistenzen gegen Antibiotika im Verdauungstrakt und
im Wirtschaftsdünger fördern (z. B. Hölzel et al., 2012, Vahjen et al., 2014).
4.Resume
Die bedarfsgerechte Versorgung landwirtschaftlicher Nutztiere mit Spurenelementen ist unerlässlich für eine tiergerechte und wirtschaftlich erfolgreiche
Nutztierhaltung und erfordert in vielen Fällen die Supplementierung des Futters.
Die Zielwerte der Versorgungsempfehlungen berücksichtigen hierbei bereits
die Schwankungen in der Bioverfügbarkeit der nativen und zugesetzten Spurenelemente und die Variationen im Bedarfsmuster der Tiere, wie sie in der Fütterungspraxis auftreten können. In dieser Situation sind Zulagen an essenziellen
Spurenelementen oberhalb der Versorgungsempfehlungen, etwa zur Verbesserung von Leistung und Gesundheit der Nutztiere, physiologisch wirkungslos,
da sie von der Spurenelement-Homöostase kompensiert werden. Exzessive
Dosierungen zur Erzielung pharmakologischer Effekte sind negativ zu beurteilen, denn sie gefährden die Sicherheit des Nutztieres, der Umwelt und möglichweise auch des Konsumenten. Insgesamt stellen die Versorgungsempfehlungen den besten Zielwert für eine adäquate Versorgung landwirtschaftlicher
Nutztiere mit essenziellen Spurenelementen dar.
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Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung in
ökologisch bewirtschafteten Gewächshäusern in
Baden-Württemberg
S. Zikeli1, L. Deil2, K. Möller1
1
2
Institut für Kulturpflanzenwissenschaften, Universität Hohenheim, Stuttgart,
Abcert AG, Esslingen
1.Einleitung
Der Ökologische Landbau gewinnt immer mehr an Bedeutung, sowohl die
Anzahl der ökologisch wirtschaftenden Betriebe als auch die Fläche ist in den
letzten Jahren angewachsen. Von Seiten der Verbraucher wird besonders frisches Obst und Gemüse nachgefragt; im Jahr 2014 stammten bereits ca. 6 %
des in Deutschland verkauften Gemüses aus ökologischem Anbau (BÖLW,
2014). Neben einem hohen Anteil an Freilandanbau spielt auch der geschützte
Anbau (unter Glas oder im Folientunnel) eine große Rolle, insbesondere für den
Anbau von Fruchtgemüsen wie Tomaten, Gurken, Auberginen usw.. Im Jahr
2014 betrug die ökologisch bewirtschaftete Gewächshausfläche in Deutschland 255 ha (BÖLW, 2014). Da außerdem die Nachfrage nach regional erzeugten Produkten wächst, ist mit einer Zunahme der Gewächshausfläche in den
kommenden Jahren zu rechnen.
Ökologisch wirtschaftende Gemüsebaubetriebe sind in der Regel hochspezialisiert auf den Anbau von Fein- und Fruchtgemüse. Um ausreichende Erträge und
gute Qualitäten zu erzeugen, müssen diese Kulturen intensiv gedüngt werden
(v. a. mit N und K); zudem spielt der exakte Zeitpunkt der Nährstoffverfügbarkeit
eine große Rolle. Im Gegensatz zu ökologisch wirtschaftenden Gemischtbetrieben, die beim Düngemanagement vor allem auf einen innerbetrieblichen Kreislauf mit Wirtschaftsdüngern und Leguminosenanbau zurückgreifen können,
müssen Gemüsebaubetriebe für den ökologischen Landbau zugelassene Handelsdünger zukaufen. Bei diesen Düngemitteln, die insbesondere als Ergänzungsdünger eingesetzt werden, handelt es sich um tierische Reststoffe (z. B.
Horn- und Federmehle, Knochenmehle o. ä.), Reststoffe aus der Lebensmittelverwertung (Malzkeime, Vinasse, Schlempen) oder anorganische Produkte
wie K2SO4. Viele Handelsdünger stehen aktuell im Ökosektor aufgrund ethischer Fragen stark in der Diskussion, da sie entweder aus der konventionellen
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Tierhaltung stammen (Federmehle, Schweineborsten) oder wie die Hornprodukte importiert werden. Als Grunddünger werden häufig Komposte eingesetzt.
Sowohl Grunddünger als auch Ergänzungsdünger sind Mehrnährstoffdünger,
d. h. sie enthalten Nährstoffe in unterschiedlichen Verhältnissen, die nicht immer
dem Bedarf der Gemüsekulturen entsprechen. Dies hat zur Folge, dass Nährstoffbilanzen im ökologischen geschützten Anbau häufig nicht ausgeglichen
sind sondern starke N-und P-Bilanzüberschüsse aufweisen wie von Voogt et al.
(2011) für die Niederlande dokumentiert wurde. Für Deutschland fehlen bisher
solche Daten, lediglich in Praktiker-Handbüchern (z. B. Mattmüller, 2009) werden P-Anreicherungen und K-Defizite im Anbau unter Glas dokumentiert. Die
bisher existierenden Untersuchungen beschränken sich im Wesentlichen auf
Stickstoff und Phosphor, Daten zum Kalium-Haushalt und zu den Nährstoffflüssen der sekundären Makronährstoffe (Ca, Mg, S, Na) liegen nicht vor.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, Informationen über Düngestrategien,
Nährstoffbilanzen (N, P K, S, Ca, Mg, Na, Cl) und den Nährstoffstatus ökologisch
wirtschaftender Gemüsebaubetriebe mit geschütztem Anbau in Süd-WestDeutschland zu erhalten.
2.
Im Jahr 2013 wurden zehn verbandsgebundene Gemüsebaubetriebe (fünf
Mitglieder im Demeter e. V., fünf Mitglieder im Bioland e. V.) mit insgesamt 22
Gewächshäusern und Folientunneln (beheizt, unbeheizt) in leitfadengestützten
Interviews zum Düngemanagement und zur Fruchtfolgegestaltung befragt. Die
Befragung wurde rückwirkend für die Jahre 2010-2012 durchgeführt. Folgende
Daten wurden erhoben: Einsatz von Düngemitteln, Erträge der Vor-, Haupt- und
Nachfrüchte, Menge des Bewässerungswassers, sonstige Ein- und Austräge
(z. B. Presstöpfe der Setzlinge, abgefahrene Erntereste). Basierend auf diesen
Daten wurden Nährstoffbilanzen für die Gewächshäuser berechnet. Vor Ort
wurde außerdem in jedem Gewächshaus eine Mischprobe aus dem Oberboden (0-30 cm) entnommen und auf pflanzenverfügbares K, P (CAL-Methode)
und Mg (Extraktion mit CaCl2), Ct, Nt und St (Verbrennung), Pt (Königswasseraufschluss) Smin (CaCl2-Extraktion) und CaCO3 (Scheibler) untersucht. Darüber
hinaus wurden der pH-Wert (0.01 M CaCl2) und die Salzgehalte (Leitfähigkeitsmessung) ermittelt.
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3.Ergebnisse
Die Fruchtfolgen in den untersuchten Gewächshäusern unterschieden sich
stark und konnten in drei unterschiedliche Gruppen unterteilt werden, die
sich hauptsächlich durch die Anzahl der angebauten Kulturen unterschieden
(Tab. 1). Vorherrschend waren dabei diverse Fruchtfolgen mit einer Vielzahl verschiedener Kulturen, wobei in allen Gewächshäusern Fruchtgemüse angebaut
wurde.
Tab. 1:
Fruchtfolgen in den untersuchten Gewächshäusern (N = 22) für die
Jahre 2010-2012
„Hauptfrucht
betont“
„Haupt-, Vor - und
Nachfrucht“
„Haupt-, Nach- und Vorfrucht –
vielfältig“
Feldsalat, verschiedene
Wintersalate
Kohlrabi, Spinat, Mairüben,
Rettich, Schnittlauch, Schnittsalat,
Endivie, Frühlingszwiebeln,
Petersilie
Vorfrucht
Kohlrabi
Hauptfrucht
Tomaten,
Tomaten, Gurken, Paprika, Tomaten, Gurken, Paprika,
Paprika/Auberginen, Aubergine,
Auberginen, Stangenbohnen,
Gurken, Paprika
Stangenbohnen
Rettich, Spinat, Salatrauke
Nachfrucht
keine
Blattsalate, Kopfsalate
Feldsalat, Kopfsalate, Rettich,
Salatrauke, Petersilie,
Schnittlauch, Schnittsalat
N (Gewächshäuser)
2 (Demeter)
11 (6 Bioland, 5 Demeter)
9 (4 Bioland, 5 Demeter)
Auch im ökologischen Unterglas-Anbau ist mit etwas geringeren Erträgen als
im konventionellen Anbau zu rechnen. Bei der wichtigsten Hauptfrucht Tomaten betrugen die Erträge in der aktuellen Untersuchung im Mittel der Untersuchungsjahre 14,1 kg m-2 und entsprechen damit den Durchschnittserträgen, die
in Sortenprüfungen der LVG Heidelberg (2003) für unbeheizte Gewächshäuser
im ökologischen Landbau erzielt wurden.
Zur Grunddüngung wurden vor allem Festmist und Kompost eingesetzt, während Hornprodukte, MALTaflor®, Leguminosenschrote, Vinasse und K2SO4 als
Ergänzungsdünger genutzt wurden. Die Nährstoffbilanzen für die Gewächshäuser zeigten im dreijährigen Mittel hohe Überschüsse bei N, P, K, Ca, Mg, S
und Na, während bei K und Cl erhebliche Defizite auftraten (Abb. 1). In Abhängigkeit von den Nährstoffen unterschieden sich die Anteile, die über Grund- und
Ergänzungsdüngung zugeführt wurden. Insbesondere N und S wurden zum
großen Teil über relativ leicht umsetzbare Handelsdünger zugeführt.
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Nährstoff kg ha-1 a-1
Grunddüngung
400
Ergänzungsdüngung
300
Entzüge
200
100
0
Abb. 1:
N
P
K
Ca
Mg
S
Na
Cl
Input-Output-Bilanzen der Gewächshäuser (N = 22) im Mittel des dreijährigen Untersuchungszeitraums
Hinsichtlich der Düngestrategien wurden Unterschiede in Abhängigkeit von der
Verbandszugehörigkeit festgestellt. Die Mitglieder des Demeter-Verbandes
setzten in stärkerem Maße Grunddünger (Festmist 769-1200 dt ha-1 a-1, Kompost 641-810 dt ha-1 a-1, Gülle 133-248 dt ha-1 a-1, Gründung 83-250 dt ha-1 a-1)
als die Bioland-Mitglieder ein (Festmist 52-156 dt ha-1 a-1, Kompost 120520 dt ha-1 a-1). Im Gegensatz dazu steuerten die Bioland-Betriebe die Nährstoffversorgung vor allem über Handelsdünger (MALTaflor®, Vinasse, Bioilsa®,
Horndünger, K2SO4). Die unterschiedlichen Düngestrategien wirkten sich stark
auf die Nährstoffbilanzen aus: Die Demeter-Mitglieder hatten im Mittel höhere
Überschüsse an N, P, Ca, Mg und Na. Die Bioland-Betriebe zeigten dagegen
starke K und Cl-Unterbilanzen sowie einen höheren Überschuss an S.
Bei den Gehalten an pflanzenverfügbarem K lag der Median für alle Gewächshäuser unabhängig vom Anbauverband in der Gehaltsklasse C (1321 mg K 100 g-1, Gehaltsklassen nach LTZ 2011, für K mittlere Textur), allerdings
befanden sich drei Gewächshäuser von Biolandbetrieben in der Gehaltsklasse
B (6-12 mg K 100 g-1) während bei den Demeterbetrieben zwei Gewächshäuser in der Gehaltsklasse D (22-29 mg K 100 g-1) befanden. Keines der Bioland-Gewächshäuser wurde in die Gehaltsklassen D oder E eingestuft. Die
Gehalte an pflanzenverfügbarem P lagen in allen Gewächshäusern unabhängig von der Verbandszugehörigkeit in der Gehaltsklasse E (> 20 mg P 100 g-1
für alle Bodenarten), d. h. es lag eine deutliche Überversorgung vor. Für die
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Gewächshäuser konnten zudem signifikant höhere Gehalte an Pt in Abhängigkeit von der Dauer der ökologischen Bewirtschaftung nachgewiesen werden
(r2 = 0,22 * (p < 0,05)).
4.Diskussion
Durch den Einsatz von Mehrnähstoffdüngemitteln, deren Nährstoffverhältnis
nicht den Entzügen der Kulturarten entspricht, kam es in den Untersuchungsjahren 2010-2012 zu erheblichen Nährstoffüberbilanzen an N, P, S, Ca, Mg und Na,
während für K und Cl Bilanzdefizite entstanden. Auf den Demeterbetrieben wurden relativ hohe Mengen an Festmist und Kompost als Grunddünger eingesetzt,
die aufgrund ihrer geringen N-Verfügbarkeit im Anwendungsjahr den Einsatz
von N-betonten Ergänzungsdüngern (Hornprodukte, Vinasse, Leguminosenschrote) mit schneller/mittlerer N-Freisetzung notwendig machte, was zu erheblichen N-Überschüssen auf diesen Betrieben führte. Aufgrund der geringeren
Grunddüngung und dem gezielten Einsatz von Handelsdüngern waren bei den
Biolandbetrieben die N- und P-Überschüsse deutlich geringer, wobei diese
Betriebe wesentlich höhere K-Defizite aufwiesen, die auch durch den Einsatz
von K-Düngern wie K2SO4 und Vinasse nicht gedeckt werden konnten. Die tendenziell niedrigeren Gehalte an KCAL in den Bioland-Gewächshäusern deuten
an, dass hier in der Zukunft Probleme zu erwarten sind. Der verstärkte Einsatz
von Horndüngern und K2SO4 führte zudem zu einem höheren S-Überschuss.
Demeter-Betriebe könnten den Einsatz von Festmist und Kompost erheblich reduzieren, für die N-Versorgung Handelsdünger einsetzen und damit die
N- und P-Überschüsse verringern. Allerdings muss dann ein noch größeres
Augenmerk auf die K-Lücke gelegt werden, deren schließen mit Handelsdüngern schwierig ist: Wird K-haltige Vinasse eingesetzt, führen die hohen NaGehalte zu hohen Salzgehalten, beim Einsatz sowohl von Vinasse als auch
von K2SO4 werden die S-Überbilanzen verstärkt. In allen Gewächshäusern
könnte die P-Düngung eingestellt werden, da die Gehalte an PCAL im Boden deutlich über der angestrebten Gehaltsklasse B bzw. C liegen. Die untersuchten
Betriebe befinden sich aufgrund der Nährstoffverhältnisse der von ihnen bisher
genutzten Düngemittel in einem Dilemma: Das Nährstoffspektrum der eigentlich favorisierten organischen Grunddüngemitteln wie Festmist oder Kompost
stimmt nicht mit dem Nährstoffspektrum der angebauten Kulturen überein, weil
häufig bereits die Grundsubstrate ein unausgewogenes Nährstoffspektrum auf-
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weisen, einseitige Verlustprozesse für N und K während der Dunglagerung oder
Kompostierung verstärken diese Ungleichgewichte. Jeder Versuch, ein Nährstoffungleichgewicht auszugleichen (besonders N-Mangel und K-Bilanzdefizit),
resultiert in einem neuen Ungleichgewicht (z. B. P- und S-Bilanzüberschuss).
Lediglich durch den Einsatz anderer Düngemittel mit einem nahezu ausgewogenen Nährstoffspektrum wie Kartoffelfruchtwasser oder Gärprodukte (v. a. aus
nachwachsenden Rohstoffen oder Klee- und Luzernegras) als Grunddüngemittel, die hohe K- und N-Gehalte bei schneller N-Verfügbarkeit aufweisen (Möller
und Schultheiß, 2014), ließen sich die aktuell vorhanden Nährstoffungleichgewichte vermindern.
Die in der vorliegenden Studie untersuchten Gewächshäuser unter ökologischer Wirtschaftsweise zeigten starke Nährstoffungleichgewichte (Überschüsse an N, P, Mg, Ca, Na, S bei Defiziten an K und Cl), die durch den Einsatz
von im ökologischen Landbau zugelassenen Mehrnährstoffdüngern zustande
kommen, deren Nährstoffzusammensetzung nicht den Entzügen von Gemüsekulturen entspricht.
Um diese Nährstoffungleichgewichte langfristig zu beseitigen, ist es notwendig,
neue Düngestrategien im ökologischen Unterglasanbau zu entwickeln. Dabei
kann der Einsatz bisher noch nicht genutzter Dünger (z. B. Gärreste) eine Rolle
spielen, da bei der Biogasgärung (anaeroben Vergärung) Nährstoffverluste
weitgehend technisch unterbunden werden können. Allerdings ist hier noch
unklar, wie eine optimale Düngungsstrategie zu gestalten ist (Wechselspiel von
Grunddüngung vor Etablierung der Kultur und vegetationsbegleitender Düngung), welche Auswirkungen ein Wechsel der Düngungsstrategie auf die Qualität der Ernteprodukte (z. B. Na-Haushalt) und ob bzw. welche hygienischen
Probleme bei diesem Einsatz auftreten können (und ggf. wie technisch mögliche
Probleme gelöst werden könnten). Zum Schließen der K-Lücke bei gleichzeitigen Cl-Defiziten wäre auch der Einsatz von KCl denkbar, welches bisher im ökologischen Landbau nicht zugelassen ist. Da auch im ökologischen Unterglasanbau Verlauf und Höhe der N-Verfügbarkeit zentral für Ertrag und Produktqualität
ist, könnten Rechner-gestützte Prognose-Modelle zur N-Mineralisierung die
N-Effizienz steigern und damit die Aufwandmengen an Düngemitteln reduzieren.
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6.Literaturangaben
BÖLW, 2014: Zahlen, Daten, Fakten. Die Bio-Branche 2014. Abgerufen am
2.10. 2014 von http://www.boelw.de/zahlendatenfakten.html#c3014.
LTZ, 2011: Beratungsgrundlagen für die Düngung im Ackerbau und auf Grünland in Baden-Württemberg, abgerufen am 01.09.2014 von www.landwirtschaft-bw.info.
LVG Heidelberg, 2003: Höchste Erträge bei Pannovy und Sportivo, abgerufen
am 2.10. 2014 von https://www.landwirtschaft-bw.info.
Möller, K., Schultheiß, U., 2014: Organische Handelsdünger im ökologischen
Landbau, KTBL-Schrift 499, Darmstadt, S. 392.
Mattmüller, H., 2009: Gemüsebau unter Glas und Folie. In George, E., Eghbal,
R. (Hrsg.) Ökologischer Gemüsebau. Bioland Verlags GmbH, Mainz, S.
91-124.
Voogt, W., de Visser, P.H.E., van Winkel, A., Cuijpers, W.J.M., van de Burgt,
G.J.H.M., 2011: Nutrient Management in Organic Greenhouse Production: Navigation between Constraints. In Dorais, M., Bishop S.D (Hrsg.)
Proc. First IC on Organic Greenhouse Hort., Acta Hort. 915.
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Die Nährstoffversorgung von badenwürttembergischen Böden, dargestellt mit Hilfe
eines webbasierten GIS
W. Übelhör1, H. Hartwig1, H. Beck2
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg (LTZ), Karlsruhe
Landesanstalt für Entwicklung der Landwirtschaft und der ländlichen Räume
(LEL), Schwäbisch Gmünd
1
2
1.Einleitung
In Baden-Württemberg ist das Landwirtschaftliche Technologiezentrum Augustenberg (LTZ) für die Bodendatenbank „Grundnährstoffe“ zuständig. In dieser
Datenbank werden unter anderem die Untersuchungsergebnisse der wichtigsten Bodenparameter (pH-Wert, Phosphor, Kalium und Magnesium) festgehalten. Im Rahmen der Laborzulassung von privaten Untersuchungslabors für
Bodengrunduntersuchungen hat das LTZ in den Jahren von 1995 bis 2013 fast
1,6 Mio. Datensätze angesammelt.
Die Daten wurden in der Vergangenheit regelmäßig ausgewertet und entweder
in Tabellenform als PDF-Datei oder als Landkarte in einem Grafikformat in der
Internet-Site des LTZ Augustenberg der Öffentlichkeit angeboten.
Seit 2013 werden die Karten in Zusammenarbeit mit der Landesanstalt für Entwicklung der Landwirtschaft und der ländlichen Räume (LEL) in Schwäbisch
Gmünd zusätzlich in einer interaktiven Form zur Verfügung gestellt.
2.
Datenbasis und -aufbereitung
Zu jedem in der Einleitung genannten Untersuchungsparameter werden Datum,
Gemarkung, Nutzung (z. B. Acker, Grünland) und Bodenart mit übermittelt. Aus
diesen Angaben kann je darzustellende Flächeneinheit (hier Gemeinde) die
prozentuale Verteilung der Gehaltsklassen bestimmt werden. Nun wird der prozentuale Anteil jeder Gehaltsklasse mit unterschiedlichen Gewichtungsfaktoren (A = 1, B = 2, usw.) multipliziert. Durch Addition der Produkte ergibt sich eine
Maßzahl zwischen 100 und 500. Aus dieser Maßzahl lässt sich über eine mit
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dem Versorgungszustand korrespondierende Klasseneinteilung die Zustandsstufe einer Gemeinde mit einem bestimmten Nährstoff ablesen.
In Abhängigkeit von der Zustandsstufe werden die Gemeindeflächen mit unterschiedlichen Farben eingefärbt (von rot über orange, gelb, grün nach blau).
Abb. 1:
Berechnung der Zustandsstufe aus der prozentualen Verteilung der
Nährstoffklassen.
Riehm (1958) hatte für die Darstellung der Phosphorversorgung ein ähnliches
Rechenverfahren angewendet, indem er die Maßzahl mit anderen Faktoren aus
den damals dreistufigen Nährstoffklassen berechnete. Das heutige Rechenschema funktioniert ohne Änderung auch bei 3-stufigen Nährstoffklassen.
Für den Import der Daten in das Kartensystem werden Excel-Tabellen verwendet, die neben der Nutzung und der Gemeindenummer die Ausprägung der
Zustandsstufe der 4 Untersuchungsparameter (pH, P, K und Mg) enthalten.
3.
Darstellung der interaktiven Karten in LEL-Maps
Die Karten mit der Grundnährstoffversorgung sind nur ein sehr kleiner Teil des
in LEL-Maps verfügbaren Materials. Man findet die Karten im Infodienst der
baden-württembergischen Landwirtschaftsverwaltung: www.landwirtschaftbw.info (siehe Abb. 2).
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Für den Abruf und die Bedienung der interaktiven Karten ist jeder übliche Internetbrowser geeignet. Auch die verwendeten Geräte (PC, Tablet) oder Betriebssysteme spielen keine Rolle.
Abb. 2:
Startseite des Bereichs LEL Maps im Infodienst (Internetangebot der
Landwirtschaftsverwaltung Baden-Württemberg).
Die Karten, die erforderlichen Daten und das Einstellen und Löschen im Infodienst werden über zwei Access-Datenbanken verwaltet. Eine Datenbank dient
dabei als Frontend für Benutzer zur Eingabe neuer Kartendaten, während die
zweite Datenbank als Backend und für die Verwaltung der bestehenden Karten
dient.
Intern werden die Abläufe über Formulare und entsprechende Skripte in Access,
also mit VBA (Visual Basic for Applications) abgewickelt.
Der Internetbesucher kann sich durch die angebotene Kartenauswahl klicken
und erhält nach einer kurzen Ladezeit eine Darstellung, wie sie in Abbildung 3 zu
sehen ist.
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Abb. 3:
Erste Ansicht einer Karte nach dem Aufruf im Internet.
Im linken Bereich (grau) kann der Benutzer fünf Registerkarten auswählen. Die
Registerkarte „Karteninhalt“ ist nach dem ersten Aufruf im Vordergrund. Dort
kann der darzustellende Parameter (pH, P, K oder Mg) in einem DropdownMenü ausgewählt werden. Über einen Schieberegler wird der gewünschte Zeitraum bestimmt. Nach einer Legende der verwendeten Farben kann man mit
dem Setzen oder Entfernen von Haken das Aussehen der Karte leicht modifizieren.
Direkt über der Karte gibt es einige Schaltflächen, um sich in die Karte hinein zu
zoomen. Bewegt man den Mauszeiger über die Karte, so wird sofort die Gemeindefläche türkisfarben dargestellt und der Gemeindename angezeigt. Beim
Anklicken der Gemeinde wechselt das System auf die Registerkarte „Details“
und nach der Identifikation der Gemeinde wird die zeitliche Entwicklung des
Nährstoffes angezeigt (siehe Abb. 4).
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Abb. 4:
Bildschirmausdruck nach Auswahl eines Kartenbereiches.
Über die Registerkarte „Abfragen“ können Tabellen von ausgewählten Gemeinden erzeugt und nach Excel übertragen werden. Die Registerkarte „Info“ zeigt
weitere wichtige Informationen an und bei „Hilfe“ werden die verfügbaren Schaltflächen kurz beschrieben.
Das Ausdrucken der Karten ist möglich. Weil diese Arbeit aus den Browsern
häufig nicht das gewünschte Ergebnis erzielt, kann eine ausführliche Anleitung
über die rechte Schaltfläche direkt über der Karte angezeigt werden (rechts
neben der Weltkugel).
4.
Verfügbare Karten
Heute (Stand: Okt. 2014) können Karten für die Nutzungen Acker-, Grünland,
Obstbau und Reben im System LEL-Maps aufgerufen werden. Mit den gespeicherten 4 Untersuchungsparametern pH, P, K und Mg und den 3 Zeiträumen
1995-2000, 2001-2006 und 2008-2013 stehen dem Internetsurfer also insgesamt 48 Karten zur Verfügung.
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5.
Fachliche Aussagen der Karten
Das ganze System ist so angelegt, dass der Anwender sich die gewünschten
Karten anzeigen lässt und dann die dargestellte Information ablesen kann. Deshalb sollen hier nur ganz wenig fachliche Aussagen gemacht werden:
• Die Nährstoffversorgung ist regional unterschiedlich.
• Eine Zu- oder Abnahme der Nährstoffversorgung im Laufe der Jahre ist bei
Ackerböden nicht erkennbar.
• Bei Grünlandböden nimmt die P- und K-Versorgung im Laufe der Jahre ab.
• Die Nutzungen Reben und Obst weisen bei P und K häufig deutliche Überversorgungen auf.
6.Zusammenfassung
Im Internetangebot der Landwirtschaftsverwaltung von Baden-Württemberg
steht mit LEL-Maps für jeden Internetbrowser ein System mit grundlegenden
GIS-Funktionen bereit. Die fachliche Datenbasis für 48 unterschiedliche Karten
liefert eine Datenbank mit 1,6 Mio. Bodenuntersuchungen, die seit 1995 im LTZ
Augustenberg im Rahmen der Labornotifizierung gepflegt wird.
7.Literaturangaben
Riehm, H., 1958: Phosphatuntersuchungen der Böden des Bundesgebietes in
den Jahren 1936-1957. In „Die Phosphorsäure“, Band 18, Seiten 65-72.
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Nährelemente in Boden, Gülle und Grassilage
– wie gut ist die Versorgung niedersächsischer
Grünlandbetriebe?
F. Lorenz1, M. Egert1, A. Hoffmann2, C. Neuhaus2
1
LUFA Nord-West, Oldenburg 2LUFA Nord-West, Hameln
1.Einleitung
Im Grünland- und Futterbaubetrieb sind Nährelemente – also Mengenelemente
wie Kalium, Calcium, Phosphor und Spurenelemente wie Eisen, Zink und Kupfer
– Bestandteil eines engen Nährstoffkreislaufs. Die Tiere nehmen die Nährelemente über das wirtschaftseigene Grundfutter sowie das zugekaufte Leistungsund Mineralfutter auf; nur ein geringer Teil der aufgenommenen Nährelemente
wird mit den Produkten Milch und Fleisch aus dem Betrieb exportiert. Der große
Rest gelangt über die wirtschaftseigenen Dünger wieder zum Boden zurück und
kann dort von den Pflanzen aufgenommen werden. Nach den Faustzahlen für
die Nährstoffausscheidung landwirtschaftlicher Nutztiere (LWK Niedersachsen, 2011) berechnet sich der Nährstoffanfall alleine mit den Ausscheidungen
von 100 Milchkühen (9000 l jährliche Milchleistung) + 70 Tieren Nachzucht auf
ca. 14 200 kg N, 5100 kg P2O5 und 14 200 kg K2O; im Futterbaubetrieb mit Mais
in der Ration fallen diese Mengen um ca. 1/3 niedriger aus. Diese Nährstoffmengen stellen auch aus finanzieller Sicht einen erheblichen Wert für den einzelnen
Betrieb dar.
Aufgrund der wirtschaftlichen Bedeutung lohnt sich eine Betrachtung der Nährelementkonzentrationen an den Stellen, die einen Einblick in diesen Kreislauf
einfach ermöglichen – also bei der Analyse von wirtschaftseigenen Futter- und
Düngemitteln sowie dem Boden. Wir gehen damit der Frage nach, inwieweit
diese Untersuchungsergebnisse voneinander abhängen und wie deren Aussagekraft für die Praxis zu bewerten ist.
2.
Das Untersuchungsgebiet wurde auf Niedersachsen beschränkt; der weitaus
überwiegende Anteil der Proben stammt aus den nördlich gelegenen Regionen
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Ostfriesland, Oldenburger Land, Wesermarsch und Elbe-Weser-Dreieck, in
denen der Grünlandanteil 20 % und mehr beträgt (Abb. 1).
Abb. 1:
Anteil des Grünlandes an der landwirtschaftlichen Nutzfläche in %
im Jahr 2010 (Karte aus Daten des Landesamtes für Statistik Niedersachsen (LSN) angefertigt)
Die Datengrundlage umfasst:
• 3500 Proben aus den Jahren 2010-2012, die vom Einsender als Milchkuhoder Rindergülle (ohne Mastbullen) deklariert wurden,
• 106 000 Bodenproben vom Grünland aus den Jahren 2010-2012. Da das
Probenahmeintervall der meisten Betriebe drei Jahre beträgt, ist damit auch
die Mehrzahl der Flächen erfasst,
• ca. 5000 Silageproben von insgesamt ca. 20 000, die auf Mineralstoffe
untersucht werden. Da sich die Durchschnittsgehalte der Nährelemente
von Jahr zu Jahr kaum unterscheiden (ähnlich wie für Kalium in Abb. 3
dargestellt), wurde auf eine Aggregierung mehrerer Jahre verzichtet und die
Nährelementgehalte von 2013 zur näheren Betrachtung herangezogen.
Für die Auswertung wurden Mittelwerte und Spannbreiten berechnet. Nähere
Angaben finden sich bei den jeweiligen Auswertungen.
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3.Ergebnisse
Bei der Betrachtung der Nährelemente in Grundfutter, Boden und wirtschaftseigenen Düngern stellen deren Gehalte im Grundfutter die eigentliche Zielgröße dar. Kalium hat von allen ermittelten Nährelementen in der Grassilage die
höchsten Gehalte (Abb. 2).
Abb. 2: Durchschnittliche Nährelementgehalte in der Grassilage vom 1.
Schnitt 2013.
Für eine optimale Kaliumversorgung von Rindern sind K-Gehalte zwischen 2
und 3 % in der TS erforderlich (LUFA Nord-West, 2014). Beim ersten Schnitt
2013 lagen 62 % der Grassilage-Proben innerhalb dieses Korridors; 15 % befanden sich darunter, 23 % darüber. Zu hohe Gehalte sind vor allem unerwünscht,
wenn Grassilage das alleinige Grundfutter darstellt und keine Verdünnung
durch ein kaliumarmes Futtermittel wie zum Beispiel Mais erfolgt. Im Laufe der
letzten Jahre ist der Anteil der Proben mit zu niedrigen Kaliumgehalten gesunken.
Die Schwankungsbreite lässt sich nicht durch Jahreseffekte erklären, wie Abbildung 3 zeigt.
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Abb. 3: Durchschnittliche K-Gehalte in Grassilage in Abhängigkeit von Jahr
und Schnittzeitpunkt.
Die Kaliumgehalte in der Gülle schwanken sehr stark. 95 % der Werte befinden sich zwischen 1 und 7 kg/m³ K2O, wobei der Mittelwert bei 4 kg/m³ K2O liegt
(Abb. 4).
Abb. 4: Durchschnittliche Nährelementgehalte und Schwankungsbreiten in
Milchkuh- und Rindergüllen im Mittel der Jahre 2010-2012.
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Dieser Mittelwert basiert auf einem TM-Gehalt von 8,2 % und liegt 27 % unter der
in Niedersachsen geltenden bisherigen Faustzahl von 5,5 kg/m³ K2O (bei einem
TM-Gehalt von 8,0 %).
Abb. 5: Kalium-Versorgung der niedersächsischen Grünlandstandorte in
Abhängigkeit von den Gehaltsklassen im Mittel der Jahre 2010-2012,
dargestellt als Flächenanteile an den Versorgungsstufen (A: sehr
niedrig; B: niedrig; C: anzustreben; D: hoch; E: sehr hoch) in Abhängigkeit von der Bodenart
Auch die Bodengehalte variieren beträchtlich. Bei Betrachtung der drei typischen niedersächsischen Grünlandstandorte Moor, Sand und Marsch (Tonböden) fällt auf, dass die Kaliumversorgung im Mittel der letzten drei Jahre auf
Moorböden überwiegend gut bis hoch war, auf Sandböden jedoch 38 % der
Standorte mit Kalium unterversorgt sind. Auf den schweren Marschböden, die
von Natur aus gut mit Kalium ausgestattet sind, befindet sich nach wie vor der
Großteil der Flächen im anzustrebenden oder in einem hohen Versorgungszustand. Knapp 1/3 der Flächen liegt in den Versorgungsklassen A (sehr niedrig)
und B (niedrig).
Obgleich ein direkter Vergleich der Kaliumversorgung im Boden und in der Grassilage nicht möglich ist, deuten die Ergebnisse daraufhin, dass sich die niedrige Versorgung der Böden nicht auf die K-Gehalte in der Grassilage auswirkt.
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Dies liegt möglicherweise an der K-Zufuhr über die Gülle. Aufgrund des hohen
K-Bedarfs bei intensiver Grünland-Schnittnutzung wird dieses Kalium wahrscheinlich in großem Umfang aufgenommen und erscheint demnach kaum
mehr in der Bodenuntersuchung, bei der die Probenahme meistens zwischen
Herbst und spätem Winter stattfindet. Zur Kontrolle der Silagequalität ist es
daher sinnvoll, die Grassilage auf ihren Kaliumgehalt untersuchen zu lassen.
Die durchschnittlichen Natriumgehalte in der Grassilage liegen mit 0,21 % in der
TS knapp über der Versorgungsempfehlung von 0,20 %. Dies ist auf die Zufuhr
mit Gülle zurückzuführen, aber auch auf den Zusatz von Viehsalz im Silo. Im
Vergleich dazu befinden sich 62 % der Moor- und 91 % der Sandböden in den
Versorgungsklassen A und B; die Marschstandorte liegen aufgrund des NaEintrags vom Meer zu 65 % in Versorgungsstufe C. Da Natrium im Boden sehr
beweglich ist, ist davon auszugehen, dass sich die mit der Gülle gedüngten NaMengen wie bei Kalium nahezu komplett im Aufwuchs wiederfinden und von der
Bodenuntersuchung nicht erfasst werden. Hier ist eine ergänzende Untersuchung der Silage auf Na anzuraten.
Abb. 6:
pH-Werte der niedersächsischen Grünlandstandorte in Abhängigkeit
von den Gehaltsklassen im Mittel der Jahre 2010-2012, dargestellt
als Flächenanteile an den Versorgungsstufen (A: sehr niedrig; B:
niedrig; C: anzustreben; D: hoch; E: sehr hoch) in Abhängigkeit von
der Bodenart
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Calcium ist in der Grassilage mit durchschnittlich 0,56 % in der TS ausreichend
enthalten (Versorgungsempfehlung: 0,5-0,7 %). Bei der Kalkversorgung des
Bodens sind allerdings Ungleichgewichte zu beobachten. Moorflächen verfügen nahezu durchweg über pH-Werte in den Versorgungsklassen C bis E; auf
den Sandböden weist über die Hälfte der Standorte einen optimalen pH-Wert
auf (Abb. 6). Umgekehrt finden wir auf den Marschenstandorten auf über der
Hälfte der Flächen einen zu niedrigen pH-Wert. Hier ist eine Aufkalkung dringend angeraten, um günstige Bedingungen für anspruchsvolle Gräser und für
den stickstofffixierenden Klee zu schaffen sowie die Bodenstruktur zu fördern.
Bei Phosphor weisen 90 % der Grassilageproben Gehalte über der Versorgungsempfehlung von 0,30 % in der TS auf. Die Bodenversorgung ist hingegen
normal verteilt: Im Mittel aller Standorte beträgt der Flächenanteil in den Versorgungsklassen A und B 30 %, in C 42 % und in D und E 28 %. Bei Milchkuh- und
Rindergülle zeigt sich jedoch, dass die niedersächsische Faustzahl für P2O5Gehalte von 2,0 kg/m³ (bezogen auf 8 % TS) höher liegt als der hier festgestellte
Wert von 1,7 kg/m³.
Die Magnesiumgehalte in der Grassilage überschreiten mit 0,23 % in der Trockensubstanz die Empfehlung von 0,15 % deutlich. Die Magnesiumversorgung
der Grünlandstandorte ist hoch: 85 % der Flächen liegen in den Versorgungsklassen C bis E.
Bei den Spurenelementen dominiert das Eisen mit durchschnittlich 661 mg/kg
TS in der Grassilage. Dieser sehr hohe Eisengehalt ist nicht alleine auf die Aufnahme durch den Aufwuchs zurückzuführen. Parallel dazu gemessene Aschegehalte weisen eher auf Erdbeimengungen hin, die im Zuge der Silagewerbung
in das Erntegut gelangt sind.
Die Versorgungsempfehlungen für Zink (40-100 mg/kg TS) und Kupfer (6-10 mg
TS) werden im Mittel nur knapp erreicht (46 mg/kg TS [Zn] und 8,3 mg/kg TS
[Cu]). Anscheinend ist das Nährstoffaufnahmevermögen der überwiegend
aus Gräsern bestehenden Grünlandbestände begrenzt – 88 % der Grünlandstandorte weisen bei Kupfer Bodengehalte in den Versorgungsklassen C und E
auf. Lücken in der Spurenelementversorgung gilt es durch mineralische Ergänzungsfutter auszugleichen.
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4.
Diskussion und Fazit
Der Vergleich von Nährelementkonzentrationen in Boden, Gülle und Grassilage
und deren Einstufung hinsichtlich der Bedarfsnormen zeigt keine offensichtliche
Abhängigkeit voneinander. Im Boden sind die relativen Anteile an der niedrigen
Nährstoffversorgung (Klassen A und B) bei K, Na und P höher, als es die überwiegend über den Versorgungsempfehlungen liegenden Nährelementgehalte
in der Grassilage vermuten lassen. Aufgrund der unmittelbaren Nährstoffaufnahme nach der Düngung entzieht sich möglicherweise ein großer Teil der löslichen Nährstoffe der Feststellung durch die Bodenuntersuchung. Ein weiterer
Grund kann darin liegen, dass die Nährstoffverfügbarkeit höher ist als bisher
angenommen, mit Ausnahme von Sandstandorten mit sehr niedriger Versorgung (Stroman, 2014). Dass die P- und K-Gehalte in Milchkuhgüllen gesunken sind, ist noch kein Indiz für eine Verarmung, denn nur eine Bilanzierung der
Frachten würde hierüber Aufschluss geben.
Die Ergebnisse dieser Betrachtung legen nahe, dass aufgrund des sehr engen
Nährstoffkreislaufs auf dem Grünland die Analyse der Nährelemente nicht nur
im Boden, sondern auch in den wirtschaftseigenen Düngern und im Grundfutter
sehr zu empfehlen ist, um die Nährstoffströme im Grünland- oder Futterbaubetrieb exakter steuern und die Futterration gezielter mit Mineralstoffen ergänzen
zu können.
5.Literaturangaben
Eiler, T., Klaukien, J., 2011: Richtwerte für die Berechnung des Nährstoffvergleichs (DüV). Landwirtschaftskammer Niedersachsen, http://www.lwkniedersachsen.de/index.cfm/portal/2/nav/340/article/8505.html.
LUFA Nord-West, 2014: Zielwerte für Gras- und Maissilagen. http://www.lufanord-west.de/data/documents/Downloads/IFF/Zielwerte_Silagen.pdf
Stroman, G.-U., 2014: Grünlandflächen nicht vergessen. Land & Forst 167(11),
33-36.
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Nährstoffgehalte von Gülle – ein Vergleich von
Faustzahlen mit Untersuchungsergebnissen in
Baden-Württemberg
W. Übelhör, H. Hartwig
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg (LTZ), Karlsruhe
1.Einleitung
Im Rahmen eines freiwilligen Verfahrens zur Labornotifizierung werden im LTZ
Augustenberg seit vier Jahren die Analysenergebnisse von Gülleuntersuchungen von den zugelassenen Privatlabors gesammelt.
Die Mittelwerte von über 5000 Gülleanalysen sollten inzwischen so stabil sein,
dass ein Vergleich mit Faustzahlen erlaubt ist.
2.
Vorbereitung und Aufbau der Datenbasis
Die Untersuchungsmethoden der Gülleparameter sind gesetzlich nicht geregelt. Um eine gute Datenbasis und Untersuchungsqualität zu erreichen, wurden
vorab Ringversuche und Workshops mit den Privatlabors durchgeführt.
Weiterhin wurde ein Probenahmeprotokoll entwickelt, das neben der Anschrift
des Auftraggebers eine Tabelle enthält, wo man die gewünschten zu untersuchenden Parameter per Ankreuzen auswählen kann.
Für eine spätere Auswertung wichtiger sind aber die Angaben zur Gülle selbst.
Hier können maximal 2 Tierarten angekreuzt werden. Außerdem kann angegeben werden, ob Schweine bzw. Geflügel N/P-reduziert gefüttert wurden. Falls
als Gülleart „Gärrest“ notiert wurde, sollte die Zusammensetzung dieses Gärrestes mit seinen prozentualen Anteilen mitgeteilt werden (siehe Abb. 1).
Das Probenahmeprotokoll wurde zusammen mit dem Land Bayern entwickelt, um später die Möglichkeit zu haben, die Daten der beiden Bundesländer
gemeinsam auszuwerten.
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Abb. 1:
Teil des Probenahmeprotokolls mit den Angaben zur Gülle
Anschließend musste geklärt werden, welche Faustzahlen zum Vergleich herangezogen werden sollen. Inzwischen gibt jedes Bundesland seinen Landwirten Gülleinhaltsstoffe bekannt. Häufig sind diese nach Merkmalen wie Tierart,
Leistungsstufe und Produktionsverfahren aber sehr detailliert beschrieben
(z. B. Färsen, Ferkel, Milchvieh 6000 l/a, 8000 l/a). Solche genauen Angaben
werden nicht abgefragt, bzw. möglicherweise sind solche Eingruppierungen nur
theoretischer Art, weil die Güllen aus den verschiedenen Ställen am Ende doch
in einen großen Sammelbehälter zusammengeführt werden.
Manche Richtwerte beschränken sich auf die Stickstoffformen und bei anderen
fehlt MgO.
Deshalb wurden die Vorgaben bzw. Faustzahlen aus dem Internetangebot der
baden-württembergischen Landwirtschaftsverwaltung verwendet. Leider können mit den Daten keine Unterschiede zwischen Milchvieh Ackerbau und Milchvieh Grünland berechnet werden.
3.Auswertungen
Das Datenmaterial bestand im September 2014 aus ca. 5400 Untersuchungen.
Als Standarduntersuchung gelten die Parameter Trockenmasse, GesamtStickstoff und Ammonium-Stickstoff. Diese Parameter wurden praktisch in allen
Güllen untersucht. Nur etwa 3200 Werte liegen von den Nährstoffen P2O5, K2O
und MgO vor – immer bezogen auf kg pro Kubikmeter in der Frischmasse. Alle
Auswertungen beschränken sich deshalb auf diese genannten Parameter.
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Abb. 2: Zusammenhang zwischen Trockenmassegehalten und den Stickstoffgehalten bei Güllen aus der Schweinemast (Stichprobe: ca. 1400)
Abbildung 2 zeigt, dass die Nährstoffgehalte je Kubikmeter Frischmasse mit
steigender Trockenmasse in der Gülle ansteigen. Diese Beziehung findet man
bei allen Güllearten und gemessenen Parametern, allerdings in unterschiedlicher Stärke. Naturgemäß liegen die Gehalte von Gesamtstickstoff (obere Linie
und kleinere, blaue Symbole) über den Gehalten von Ammoniumstickstoff.
Die in der Grafik eingezeichneten Ellipsen zeigen die Positionen an, die von den
Faustzahlen in Baden-Württemberg vorgegeben werden. Da es hierbei Zahlen
für zwei Trockenmassegehalte gibt (5 und 7,5 %), sind in der Abbildung 2 auch
für jeden Parameter zwei Ellipsen eingezeichnet.
Deutlich ist zu erkennen, dass die Faustzahlen sich nicht an den Stellen befinden, wo der Großteil der Untersuchungsergebnisse liegt. Die Pfeile deuten deshalb grob an, wohin man die Faustzahlen verschieben müsste, damit sie dem
Datenmaterial entsprechen.
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Abb. 3: Zusammenhang zwischen Trockenmassegehalten
P-Gehalt von Güllen unterschiedlicher Herkunft
und
dem
Abbildung 3 zeigt die Phosphorgehalte in Abhängigkeit von der Trockenmasse
für Rinder- und Schweinegüllen. Sehr deutlich sind zwei Punkteschwärme
erkennbar, wobei Schweinegüllen bei gleichen TM-Gehalten einen mehr als
doppelt so hohen P-Gehalt enthalten. Gleichzeitig liegen aber die TM-Gehalte
bei den Schweinegüllen deutlich niedriger, so dass in der Praxis je ausgebrachtem Kubikmeter Gülle die Phosphormenge bei den beiden Tierarten häufig identisch hoch sein dürfte.
Innerhalb eines Punkteschwarms ist keine Differenzierung zwischen Milchvieh
und Mastbullen, bzw. zwischen Mastschweinen und Zuchtsauen erkennbar.
Eine gerechnete Diskriminanzanalyse mit 6 Parametern ordnet 93,5 % der Güllen von Mastbullen dem Milchvieh zu. Güllen von Zuchtsauen werden zu 81,3 %
den Güllen von Mastschweinen zugewiesen. Eine multivariate Auswertemethode erkennt also auch kaum Unterschiede zwischen Milchvieh und Mastbullen, bzw. Mastschweinen und Zuchtsauen.
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4.
Vergleich der Daten mit Faustzahlen
Die Nährstoffgehalte in den Faustzahlen gelten immer für einen ganz bestimmten Trockenmassegehalt. Um einen wirklich vergleichbaren Wert aus dem vorliegenden Datenmaterial zu erhalten, dürfen deshalb nur solche Datensätze
in eine Mittelwertbildung einfließen, bei denen die Trockenmasse nahe bei der
von den Faustzahlen vorgegebenen ist. Die Spannbreite der Trockenmassegehalte der Datensätze, die für die Bildung der Mediane verwendet wurden, ist der
zweiten Spalte von links der Tabelle 1 zu entnehmen. Durch diese Einschränkung fließen weniger als die Hälfte der Daten in den Vergleich ein, da häufig der
TM-Gehalt deutlich unter den Angaben der Faustzahlen liegt. Der größere Teil
der Daten muss bei diesem Vergleich also ignoriert werden, damit die Werte
vergleichbar bleiben. Die dritte Spalte der Tabelle 1 zeigt die Stichproben der
berechneten Mediane.
Vergleiche werden für die Parameter Trockenmasse (TM), N-gesamt, Ammonium-N, P2O5, K2O und MgO dargestellt. Werden in der Spalte Faustzahlen (FZ)
zwei Werte in einer Zeile durch einen Schrägstrich getrennt, dann gelten die beiden Werte für Milchvieh auf Ackerland bzw. Grünland. Diese Unterscheidung ist
in den vorliegenden Daten nicht möglich. Falls es in einer Zelle der Faustzahlen
eine zweite Zeile gibt, dann sind das die Medianwerte aus langjährigen Gülleuntersuchungen in Bayern.
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Tab. 1:
Vergleich von berechneten Werten mit Faustzahlen
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Trockenmasse
Der berechnete Median dient hier eigentlich nur zur Kontrolle, ob der
ausgewertete Teil des Datenmaterials sinnvoll ausgewählt worden ist.
N-gesamt
Teilweise Übereinstimmung gibt es nur bei Milchvieh. Für alle anderen
Güllearten sind Unterschiede vorhanden, wobei bei dem niedrigen TM-Gehalt
der Schweinemast die Messwerte den Ergebnissen von Bayern nahe kommen.
Ammonium-N
Auch bei diesem Parameter gibt es Unterschiede zwischen den Daten und den
Faustzahlen.
P2O5
Hier gibt es eine gute Übereinstimmung. Diese trifft aber nur für die
ausgewerteten Daten zu. Abbildung 3 ist zu entnehmen, dass niedrigere
TM-Gehalte sehr häufig auftreten und dass hier die Nährstoffgehalte dann
deutlich niedriger sind.
K2O
Übereinstimmung gibt es nur bei der Schweinemast. Ebenfalls gut stimmen die
eigenen Werte mit den Auswertungen von Bayern überein.
MgO
Wenig Unterschied zeigen die Rindergüllen, während die Werte der
Schweinemast stärker voneinander abweichen.
Aus dem oben Gesagten ergeben sich zwei Problembereiche:
• Schätzungsweise mehr als die Hälfte der untersuchten Proben weisen
Trockenmassegehalte auf, die unterhalb der Angaben in den Faustzahlen
liegen und damit überhaupt nicht vergleichbar sind, aber in der Regel
niedrigere Nährstoffgehalte besitzen.
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• Auch bei vergleichbaren Trockenmassegehalten unterscheiden sich etliche
Nährstoffgehalte deutlich.
Damit ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass bei Verwendung von
Faustzahlen die berechnete ausgebrachte Nährstoffmenge nicht mit der
tatsächlichen übereinstimmt. Abhilfe schafft hier nur die Untersuchung der
eigenen Gülle nach einer korrekten Probenahme.
5.Zusammenfassung
Auswertungen von über 5000 Gülleuntersuchungen aus Baden-Württemberg
zeigen, dass die Trockenmassegehalte der untersuchten Güllen häufig niedriger als in den Faustzahlen angegeben sind.
Auch die in den Faustzahlen notierten Nährstoffgehalte weichen häufig deutlich
von den berechneten Medianen der vergleichbaren Güllen ab.
Möchte ein Landwirt seine tatsächlich mit der Gülle ausgebrachten Nährstoffe
wissen, so ist eine Untersuchung unerlässlich. Außerdem sollte überlegt werden, ob die in Baden-Württemberg angebotenen Faustzahlen zu ändern sind.
6.Literaturangaben
Bayrische Landesanstalt für Landwirtschaft – Bayern (LFL), 2013: Jahresbericht 2012 der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft / Institut für
Ökologischen Landbau, Bodenkultur und Ressourcenschutz, Seite 31.
Internet: www.lfl.bayern.de.
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg (LTZ), 2011: Beratungsgrundlagen für die Düngung im Ackerbau und auf Grünland (LTZ,
April 2011). Internet: www.ltz-augustenberg.de.
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Methodenvergleich: Ermittlung von Richtwerte
für die Pflanzenanalyse zur Beurteilung des
Ernährungszustandes von Kulturpflanzen
S. Klages1, E. Schnug²
agri.kultur, Darmstadt ²Julius-Kühn-Institut, Institut für Pflanzenbau und
Bodenkunde, Braunschweig
1
1.Einleitung
Zunehmend wird in Deutschland die Pflanzenanalyse zur Diagnose von Ernährungsmängeln angeboten (u. a. LUFA Nord-West, Yara Megalab, Agrolab).
Dies ist auch darin begründet, dass die Multielementanalyse eine schnelle Probenverarbeitung und damit eine Diagnose von aktuell auftretenden Nährstoffmängeln ermöglicht. Mit der aufgrund der Analyseergebnisse genau bemessenen Kopfdüngung kann der Bestand verlustarm, pflanzenbedarfsgerecht und
umweltschonend gedüngt werden.
2.
Methodenüberblick und Datengrundlage
Bei der Pflanzenanalyse werden Pflanzenmaterial-Proben zu festgelegten
Wachstumsstadien genommen. Analysewerte (für Haupt- und Spurenelemente) werden mit Zielwerten verglichen. Negative Abweichungen des Ist- vom
Zielwert (= Critical Value) belegen den Düngebedarf.
A/B: Symptom-Grenzwert
B/C: Ertrags-Grenzwert =
Critical Value
D/E: Toxizitätsgrenzwert
Abb. 1:
Wachstum in Abhängigkeit von der Konzentration an Nährelementen
in Pflanzen (Finck, 2007)
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Die Zielwerte, auch als Ertrags-Grenzwerte oder Critical Values bezeichnet
(Abb. 1), werden auf verschiedenen Wegen ermittelt:
a) spezielle Feldversuche: Zielwerte werden aus den Analysewerten
(Pflanzenanalysen) der s. g. Normpopulation (z. B. Volldüngervariante)
abgeleitet
b) on-Farm Research: Definition einer Hüllkurve = Boundary Line (BOLIDES),
Zielwert = Maximum
c) on-Farm Research: Mittelwert aus den Analysen der hochertragreichen
Teilpopulation
d) Vergleichswerte aus der Fachliteratur
Charakteristisch für den BOLIDES-Ansatz ist, dass mit steigender
Nährstoffkonzentration in der Pflanze jedem gleich großen δNährstoffkonzentration
(d. h. xb - xa) ein kleinerer δZusatzertrag (d. h. yb - ya) zugeordnet wird. Dies entspricht
dem Prinzip des abnehmenden Ertragszuwachses (Mitscherlich, 1909). Die
anderen hier behandelten Ansätze gehen von einer linearen Beziehung von
δNährstoffkonzentration zu δZusatzertrag aus (Abb. 2).
Abb. 2:
Zusammenhang zwischen Nährstoffkonzentration und Ertrag bei
BOLIDES/PIPPA im Vergleich DRIS und CND
Die Evaluierung individueller Analysedaten in Bezug auf Zielwerte kann nach
den folgenden Methoden erfolgen:
− direkter Vergleich von Zielwerten und Analysewerten
− Berechnung von Indices:
a) Vergleich der Ertragserwartung für eine gemessenen Nährstoffkonzentration mit dem Maximalertrag aufgrund einer zuvor berechneten
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Gleichung einer Hüllkurve: Professional Interpretation Program for
Plant Analysis, PIPPA (Schnug, 1990)
b) Vergleich der Nährstoffverhältnisse und der Varianzen in der zu
untersuchenden sowie einer Hochertragspopulation: Diagnosis and
Recommendation Integrated System, DRIS (Beaufils, 1973, Walworth
und Sumner, 1987)
c) Vergleich der Nährstoffverhältnisse in der zu untersuchenden
Population untereinander und im Vergleich zu den Zielwerten der
Hochertragspopulation: Compositional Nutrient Diagnosis, CND
(Parent und Dafir, 1992)
Am Beispiel einer Felderhebung, die in den Jahren 2008 bis 2010 an ägyptischer Makobaumwolle (Gossypium barbadense) im kleinbäuerlichen Ökoanbau durchgeführt wurde, wird exemplarisch aufgezeigt, wie aus regulär gewonnenen Erzeugerdaten (Ertrag, Samen + Fasern: 3.473 ± 481 kg/
ha) und der Elementzusammensetzung der Blätter zu einem definierten
Wachstumsstadium nichtlineare Funktionen für eine realistische Einschätzung
des Ernährungszustandes abgeleitet werden können. Der Datensatz umfasst
207 Pflanzen- und Bodenproben von 7 Standorten. Bei der Blattanalyse wurden
die folgenden Parameter untersucht: N (%); P, K, Ca, Mg, S (g/kg); B, Fe, Mn, Cu,
Zn, Mo (mg/kg).
3.
Ermittlung von Grenzlinien-Funktionen und Zielwerten
Basierend auf dem BOLIDES-Ansatz von Heym und Schnug (1995) wurden mittels Mathematica 7 (Wolfram Research Inc., 2010) Algorithmen programmiert,
welche eine Hüllkurve um die Punktwolke aus den Parametern (Nährstoffkonzentration/Ertrag) bilden (Klages, 2012):
− 1. Schritt: Eliminierung von Ausreißern; hierzu wurden die Datenpaare
(Nährstoffkonzentration/Ertrag) zu Gruppen zusammengefasst und deren
Abstand zum Zentrum der Punktwolke ermittelt. Eine definierte Anzahl
von entfernt vom Zentrum der Punktwolke liegenden Datenpunkten wurde
eliminiert (Abb. 3).
− (2. Schritt: Klassifizierung; soll nur erfolgen, wenn sich Datenpaare um
mehrere Zentren gruppieren.)
− 3. Schritt: Konstruktion der Stufenfunktion als Näherung zur Hüllkurve;
hierzu wurden Datenpaare mit ± gleich hohen y-Werten gruppiert und es
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−
−
−
erfolgte eine Anhebung der y-Werte auf den jeweils höchsten y-Wert der
betreffenden Gruppe.
Zusätzlich wurden seitliche Stufenfunktionen programmiert, indem
die x- und y-Koordinaten der Datenpaare vertauscht, eine obere und
untere Stufenfunktion erstellt und die Koordinatenwerte anschließend
rückgetauscht wurden. Damit sollte eine bessere Anpassung der Hüllkurve
erreicht werden.
4. Schritt: Einpassung der Grenzlinien-Funktion (Abb. 4). Als Richtwert
ergibt sich der Hochpunkt der betreffenden Kurve.
5. Schritt: Ablesen von Zielwerten (Critical Values), Bereiche ausreichender
Versorgung und Validitätsspannen (Tab. 1).
Abb. 3: Streudiagramm von P-Konzentrationen in Baumwoll-blättern/Relativertrag (Ausreißer: magenta)
Abb. 4: Linke, obere und seitliche Stufenfunktionen (graue Punkte) mit der
zugehörigen Grenzlinie, einem Polynom 2. Ordnung
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N
[g/kg TM]
P
[g/kg TM]
K
[g/kg TM]
S
[g/kg TM]
Ca
[g/kg TM]
Mg
[g/kg TM]
Fe
[mg/kg TM]
Mn
[mg/kg TM]
Zn
[mg/kg TM]
Cu
[mg/kg TM]
B
[mg/kg TM]
Mo
[mg/kg TM]
5,8
272,6
54,2
25,1
11,1
44,5
1, 6
f(x) = -65,8+1,6x-0,004x2+3,15*10-6x3
f(x) = 15,6+4,72x-0,065x2+0,0003x3
f(x) = -221,997+ 34,396x-1,128x2+ 0,012x3
f(x) = -309,9+97,55x-7,13x2+0,17x3
f(x) = -153,2+12,49x-0,14x2
f(x) = 26,3+156,8x-72,3x2+9,61x3
8,9
f(x) = -63,4+42,0x-2,36x2
f(x) = -96,3+74,6x-6,41x2
30,6
f(x) = -26,4+9,24x-0,15x2
26,8
3,4
f(x) = 26,8+57,2x-8,46x2
f(x) = 12,1+8,03x-0,15x2
4,1
Zielwert
f(x) = -306,5+209x-25,3x2
Grenzlinienfunktion
(1,1, 124, 9) ≤ yield ≤ (2,1; 124,9)
(37,9, 118,7) ≤ yield ≤ (51,2; 118,7)
(9,4, 113,5)≤yield ≤(13,3; 113,5)
(21, 111) ≤ yield ≤ (30,9; 111}
(39, 116,8) ≤ yield ≤ (72,8; 116,8)
214, 119,3) ≤ yield ≤ (354; 119,3)
(4,9, 115) ≤ yield ≤ (6,8; 115)
(20, 7, 113,7) ≤yield≤(33,1; 113,7)
(7,4, 116,9) ≤ yield ≤ (10,5; 116,9)
(24,5, 109,3) ≤ yield ≤ (36,8; 109,3)
(2,5, 117,5) ≤ yield ≤ (4,2; 117,5)
(3,6, 122,0) ≤ yield ≤ (4,6; 122,0)
Bereiche ausreichender Versorgung
(95 % Ertrags), zugehöriger Ertrag
0,63 ≤ Mo ≤ 2,1
32,7 ≤ B ≤ 51,2
8 ≤ Cu ≤ 13,3
19,2 ≤ Zn ≤ 30,9
20,3 ≤ Mn ≤ 72,8
167≤ Fe ≤ 354
4 ≤ Mg ≤ 6,8
16,2≤Ca≤ 33,1
5,2 ≤ S ≤ 10,5
14 ≤ K ≤ 36,8
1,4 ≤ P ≤ 4,2
2,9 ≤ N ≤ 4,6
Validitäts-spanne
Grenzlinienfuktionen, Zielwerte, Bereiche ausreichender Versorgung und Validitätsspannen der Nährstoffkonzentrationen junger, voll ausgewachsenen Blätter ägyptischer Öko-Baumwolle (Gossypium barbadense), beprobt 2008-2010
Element
[Dimension]
Tab. 1:
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Tabelle 2 zeigt die so ermittelten Zielwerte, die Durchschnittskonzentrationen
aus der Teilmenge mit den 15 % höchsten Erträgen sowie Literaturdaten. Im
Vergleich zu den Zielwerte, die entsprechend DRIS ermittelt wurden sind die
nach der Grenzlinienmethode „BOLIDES“ ermittelten Werte außer für N niedriger, was der Ausreißer-Eliminierung zugeschrieben werden kann. Im Vergleich
zu den Literaturdaten, die eine weite Spanne aufweisen, zeigen die Zielwerte,
die durch die beiden Methoden ermittelt wurden, eine gute Übereinstimmung.
Tab. 2:
Methode
Richtwerte ermittelt nach “BOLIDES” und “DRIS“ für ägyptische Ökobaumwolle (Gossypium barbadense) im Vergleich zu Literaturdaten
N
[%]
P
K
S
Ca Mg
Fe
Mn
[g/kg TS]
Zn
Cu
B
Mo
[mg/kg TS]
BOLIDES 4,1
3,4 30,6 8,9 26,8 5,8 272,6
54,2
25,1
11,1
44,5
1,59
DRIS
3,6 35,5 9,3 26,9 5,9 363,9
55,6
31,5
13,0
46,6
1,9
3,6
Literatur
3-4,5 2-6,5 9-35 2,5-8 6-40 3-9 30-300 25-350 50-300 5-25 20-100 0,5-2
4.
Evaluierung der Nährstoffmängel durch PIPPA
Die in Tabelle 1 aufgelisteten Grenzlinienfunktionen wurden genutzt, um
den Nährstoffstatus der 207 Pflanzenproben zu evaluieren. Die Ergebnisse,
bezogen auf die Einzelproben, sind in Klages (2012) aufgeführt. Tabelle 3 fasst
die durchschnittlichen Ergebnisse für die untersuchten Regionen zusammen.
Demnach ist Kalium der am stärksten defizitäre Nährstoff, Stickstoff zeigt
stärkeren Mangel im östlichen Delta und Phosphor im südlichen Delta und in
Faiyum. Stärkerer Manganmangel wurde für die Region Dakahlia/Damietta,
allerdings bei einem geringen Probenumfang festgestellt. Die Ergebnisse für
Schwefel, Bor, Molybdän können auch als systembedingt gedeutet werden:
im Überfluss vorhandene Elemente in der küstennahen Hochertragsregion
Beheira werden als defizitär in Blattproben der anderen Regionen detektiert.
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Tab. 3: Mittels PIPPA ermittelter Ernährungszustand von Ökobaumwolle
(Gossypium barbadense) in unterschiedlichen Regionen Ägyptens
Region
N
P
Beheira-W
K
S
Ca
Mg
(x)
Beheira-O
(x)
Sharqia-W
(x)
Sharqia-O
x
Dakahlia/Da.
X
Qalyubia
(x)
Faiyum
(x)
(x)
(x)
(x)
x
(x)
(x)
(x)
x
X
x
(x)
X
X
x
(x)
X
x
(x)
x
x
X
x
(x)
x
X
(x)
(x)
(x)
(x)
Fe
Mn
Zn
(x)
(x)
(x)
(x)
(x)
Cu
X
B
Mo
(x)
(x)
(x)
(x)
(x)
x
(x)
x
X
(x)
x
X
(x)
x
(x)
x
(x) = geringer, x = moderater, X = starker, X = sehr starker Nährstoffmangel
5.
Vergleich: Evaluierungen durch PIPPA, DRIS und CND
Neben der in Kapitel 4 beschriebenen Evaluierung durch PIPPA wurde derselbe
Datensatz auch mit den Systemen DRIS (vereinfachte Fassung; Walworth
und Sumner, 1987) und CND (Parent und Dafir, 1992) bewertet (Klages,
2012). Abbildung 5 zeigt exemplarisch an einem Standort in Qalyubia, der mit
3.375 kg/a einen leicht unterdurchschnittlichem Ertrag aufweist, die Diagnosen
der drei Systeme:
PIPPA detektiert nur Nährstoffmängel, keine Überschüsse. Innerhalb des jeweiligen Systems sind die relativen Unterschiede der Nährstoffversorgung bei
PIPPA stärker ausgeprägt als bei DRIS und CDN. Dies ist darin begründet, dass
bei PIPPA Ist- und Zielwerte über die Grenzlinienfunktion miteinander verglichen werden, wobei stärkere Mängel überproportional hoch bewertet werden.
Durch die Verrechnung von Ist- und Zielwerten des jeweiligen Nährstoffs mit
allen übrigen Ist- und Zielwerten kommt es bei DRIS und CND zu einer Nivellierung der Indices. Dieses Phänomen ist bei CND aufgrund des Logarithmierens
der Werte noch stärker ausgeprägt. Bei den Maxima der Grenzlinienfunktionen
handelt es sich um die Zielwerte von PIPPA, sie sind niedriger als die für DRIS
und CND verwendeten Zielwerte. Dies hat zur Folge, dass mit letzteren bereits
Mängel diagnostiziert werden, wo dies mit PIPPA nicht der Fall ist.
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Abb. 5:
Bewertung einer Blattanalyse von Gossypium barbadense aus Qalyubia (Farm Nr. 696) durch PIPPA, DRIS und CND
PIPPA detektiert nur Nährstoffmängel, keine Überschüsse. Innerhalb des jeweiligen Systems sind die relativen Unterschiede der Nährstoffversorgung bei
PIPPA stärker ausgeprägt als bei DRIS und CDN. Dies ist darin begründet, dass
bei PIPPA Ist- und Zielwerte über die Grenzlinienfunktion miteinander verglichen werden, wobei stärkere Mängel überproportional hoch bewertet werden.
Durch die Verrechnung von Ist- und Zielwerten des jeweiligen Nährstoffs mit
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allen übrigen Ist- und Zielwerten kommt es bei DRIS und CND zu einer Nivellierung der Indices. Dieses Phänomen ist bei CND aufgrund des Logarithmierens
der Werte noch stärker ausgeprägt. Bei den Maxima der Grenzlinienfunktionen
handelt es sich um die Zielwerte von PIPPA, sie sind niedriger als die für DRIS
und CND verwendeten Zielwerte. Dies hat zur Folge, dass mit letzteren bereits
Mängel diagnostiziert werden, wo dies mit PIPPA nicht der Fall ist.
6.
Literaturangaben
Beaufils, E.R., 1973: Diagnosis and Recommendation Integrated System
(DRIS): A general scheme for experimentation and calibration based on
principles developed from research in plant nutrition. Soil Sci. Bull. of Univ
of Natal, 1, 1-132.
Fink, A., 1963: Bedeutung und Anwendung der Blattanalyse in den Tropen.
Landw. Forsch., 16(2), 145-152.
Heym, J., Schnug, E., 1995: A mathematical procedure for the development of
boundary lines form XY scattered data. Aspects of applied biology, 43,
317-142.
Klages, S., 2012: Evaluation of the mineral status of organically grown cotton
in Egypt. Dissertation. Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu
Braunschweig, Fakultät für Lebenswissenschaften (http://www.digibib.
tu-bs.de/?docid=00042509).
Mitscherlich, E.A., 1909: Des Gesetz des Minimums und das Gesetz des abnehmenden Bodenertrages. Landwirtsch. Jahrb., 3, 537-552.
Parent, L.-E., Dafir, M., 1992: A theoretical concept of compositional nutrient diagnosis. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 117, 239-242.
Schnug, E., 1990: PIPPA – a professional interpretation program for plant analysis data of oilseed rape and cereals. Proc. Inaugural Congress of the
European Socienty of Agronomy Paris, 1, 35.
Walworth, J.L., Sumner, M.E., 1987: The diagnosis and recommendation integrated system (DRIS): Soil Sci., 6, 149-188. Wolfram Research, Inc.
(2010): Mathematica 7. www.mathematica.com.
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Körnermaisstroh in die Biogasanlage – Ist das
Methanbildungspotenzial eine Sortenfrage?
K. Deiglmayr, H. Heuwinkel
Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Freising
1.Einleitung
Der gewachsene Bedarf an Substraten für die Biogasanlage verbunden mit
einer begrenzten Flächenverfügbarkeit führt zu der Forderung, das Potenzial
von Reststoffen aus der Landwirtschaft verstärkt zu nutzen. Körnermaisstroh,
das bisher überwiegend auf dem Acker verbleibt, wird damit als Rohstoff interessant. Frühere Untersuchungen zur Methanbildung aus der Restpflanze von
Silomais wiesen auf eine gute Vergärbarkeit hin (Darnhofer et al., 2010). Ziel
der vorgestellten Arbeit war es herauszufinden, ob zwischen Körnermaissorten
relevante Unterschiede in der Methanausbeute aus dem Stroh bestehen und
wenn ja, welche Eigenschaften dafür entscheidend sind.
Wichtige Einflussgrößen stellen dabei vermutlich die Reifegruppe der Maissorte
und das Abreifeverhalten der Restpflanze dar. Ein besonders gutes Methanbildungsvermögen wird von Sorten mit ausgeprägtem Stay-Green-Verhalten
erwartet, die bis über die Abreife der Körner hinaus photosynthetisch aktiv sind
und hohe Zuckergehalte sowie gleichzeitig eine gute Verdaulichkeit in der Restpflanze aufweisen.
Um diese Hypothese zu überprüfen, wurde ein breites Spektrum an unterschiedlichen Mais-Genotypen – darunter auch Experimentalhybriden – in
unterschiedlichen physiologischen Reifestadien auf deren Methanbildung
in Batchversuchen untersucht und gleichzeitig das Probenmaterial auf seine
Inhaltsstoffzusammensetzung analysiert. Mittels Multipler Regressionsanalysen wurden anschließend die relevanten Parameter identifiziert.
2.
15 Mais-Genotypen wurden in der Vegetationsperiode 2013 am Standort Freising in vierreihigen Großparzellen à 60 m2 ohne Wiederholung angebaut. Bei
-149 -
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der Auswahl der Sorten bzw. Experimentalhybriden wurde darauf Wert gelegt,
ein möglichst großes Spektrum an unterschiedlichen Qualitäten von Körnermaisstroh abzudecken. Folglich wurden Sorten und Experimentalhybriden aus
dem frühen bis mittelspäten Maissortiment und aus jeder Reifegruppe sowohl
schnell- als auch spätabreifende Sortentypen berücksichtigt.
Die erste Beprobung fand am 05.09.2013 statt, die darauf folgenden Probenahmen wurden am 16.09., 02.10., 23.10. und 05.11.2013 durchgeführt. Es wurden
jeweils 12 Pflanzen aus den mittleren beiden Reihen auf einer Stoppelhöhe von
15 cm geschnitten, die Kolben herausgebrochen und die Restpflanze gehäckselt und für die anschließenden Untersuchungen auf 60 °C getrocknet.
Als zusätzliche Modifikation wurden an 5 Genotypen jeweils zu den ersten drei
Ernteterminen die Kolben von 12 Pflanzen entfernt. Damit wurde ein Assimilatestau im Stängel provoziert, um so die Zuckergehalte der Restpflanze experimentell zu erhöhen. Die kolbenlosen Pflanzen wurden am vierten Erntetermin
geerntet und wie die übrigen Restpflanzen weiterverarbeitet.
Von den insgesamt 90 Proben wurden NIR-Spektren aufgenommen und mithilfe
der Statistiksoftware SAS 9.3 über eine Cluster-Analyse 30 Spektren und damit
Proben ausgewählt, die möglichst unterschiedliche Qualitäten repräsentierten.
Diese 30 Proben wurden nasschemisch auf ihre Inhaltsstoffzusammensetzung
nach der erweiterten Weender Analyse untersucht. Neben den Gehalten an
Rohasche, Rohfett (XL), Rohprotein (XP), Zucker (XZ) und Stärke (XS) wurden
die Gerüstsubstanzen über die Bestimmung von NDF (neutral detergent fibre),
ADF (acid detergent fibre) und ADL (acid detergent lignin) ermittelt. Aus der Differenz von NDF und ADF wurde der Gehalt an Hemicellulose (HCEL), aus der
Differenz zwischen ADF und ADL der Gehalt an Cellulose (CEL) berechnet. Die
Gehalte der einzelnen Inhaltsstoffe wurden jeweils auf ihren Anteil an der Trockenmasse umgerechnet.
Das Methanbildungspotenzial der 30 ausgewählten Maisstroh-Proben wurde
am Institut für Landtechnik und Tierhaltung (ILT) der Bayerischen Landesanstalt
für Landwirtschaft (LfL) in Batch-Versuchen gemessen (Heuwinkel et al., 2009).
Die auf 10 mm gemahlenen Proben wurden in jeweils drei parallelen Ansätzen
mit einem Inokulum versetzt und über 32 Tage in 2 L-Flaschen bei 38 °C inkubiert
und dabei zweimal pro Woche geschwenkt. Neben einer Kontrolle ohne Sub-
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stratzugabe wurden eine Silomais-Referenz und mikrokristalline Zellulose als
Standard mitgeführt. Die Biogasbildung wurde stündlich von jedem einzelnen
Ansatz erfasst, das gebildete Biogas der drei Parallelen in einem gasdichten
Sack gesammelt und dort für alle etwa 1,5 Liter Gas der Methangehalt desselben über Infrarot-Sensoren gemessen. Die Messwerte der Gaserträge wurden
nach VDI 4630 auf Temperatur (25 °C) und Luftdruck (1023 hPa) normiert und
um den Wassergehalt korrigiert.
Die Korrelations- und Regressionsanalysen wurden mithilfe der Statistiksoftware SAS 9.3 durchgeführt. In der Korrelationsanalyse wurde der Zusammenhang zwischen Methanbildungspotenzial (CH4) und einzelnen Inhaltsstoffen
geprüft. Mittels Multipler Linearer Regressionsanalyse wurden Regressionsgleichungen abgeleitet, die das Methanbildungspotenzial in Abhängigkeit von
den Inhaltsstoffen schätzen. In beiden Verfahren wurden dabei folgende Variablen berücksichtigt:
Zellinhaltsstoffe: XL, XP, XZ, XS
Gerüstsubstanzen: HCEL, CEL, ADL
Die Auswahl der Variablen für das Regressionsmodell mit dem geringsten Vorhersagefehler erfolgte nach der Methode des kleinsten Cp (= Mallow’s Complexity Parameter).
In einem weiteren Schritt wurde der Verlauf der Biogasbildung näher analysiert.
Dazu wurde die Biogasbildung von 6 h-Intervallen zusammengefasst und für
diese Zeitintervalle jeweils – wie oben beschrieben – die Regressionsgleichung
mit dem geringsten Cp ermittelt.
3.Ergebnisse
Die Inhaltsstoffanalyse nach der erweiterten Weender-Analyse bestätigte, dass
die ausgewählten Proben ein sehr breites Spektrum an unterschiedlichen Qualitäten aufwiesen (Tab. 1). Die Werte für Rohprotein variierten in einem Bereich,
der auch für Silomais üblich ist. Die Rohfett- und Stärkegehalte lagen aufgrund
des fehlenden Kolbens dagegen deutlich niedriger, während die Zuckergehalte
teilweise sehr hoch waren. Dies lag neben dem Assimilatestau in den kolbenfreien Pflanzen auch an der ersten, sehr frühen Ernte.
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Der Anteil an Gerüstsubstanzen war erwartungsgemäß in der Restpflanze vergleichsweise groß. Besonders überraschten jedoch die sehr hohen Ligningehalte, die insbesondere in den Proben der ersten Ernte auftraten. Die niedrigsten Ligningehalte wurden dagegen zum letzten Erntetermin gemessen.
Tab. 1:
Überblick über die Inhaltsstoffe nach der erweiterten Weender-Analyse der Mais-Restpflanzen.
Inhaltsstoffe
Zellinhaltsstoffe
XP
XL
XS
XZ
Gerüstsubstanzen
HCEL
CEL
ADL
Mittelwert
Minimum
in % der TM
Maximum
5,4
0,9
0,2
12,3
4,0
0,2
0,0
0,3
7,3
1,3
4,0
29,2
29,5
31,5
13,6
22,4
14,2
9,3
37,5
46,1
21,7
Das Methanbildungspotenzial der Restpflanzen der verschiedenen Sorten
nach Erreichen der Druschfähigkeit (Korn-TS > 60 %) variierte von 284 bis
371 lN CH4 kg-1 oTM mit einer mittleren spezifischen Methanbildung von etwa
320 lN CH4 kg-1 oTM. Tendenziell wiesen die noch grünen und meist noch nicht
druschreifen Varianten mit niedrigen TS-Gehalten von < 25 % in der Restpflanze
ein höheres Methanbildungspotenzial auf als die Varianten mit fortgeschrittener
Abreife (Abb. 1). Die Varianten, deren Kolben frühzeitig entfernt wurden, zeigten
ebenfalls eine hohe Biogasbildung. Aber auch in schnell-abreifenden Sortentypen mit TS-Gehalten über 40 % wurden überraschend hohe Methanausbeuten
gemessen.
Die Korrelationsanalyse zeigte, dass insbesondere der Zucker- und der Rohfettgehalt positiv mit der Methanbildung korrelierten, während der Cellulosegehalt in einem signifikant negativen Zusammenhang zur Methanbildung stand
(Tab. 2).
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400
Korn-TS < 60 %
Korn-TS > 60 %
Kolben entfernt
lN CH4 kg-1 oTM
380
360
340
320
300
280
260
15%
25%
35%
45%
Trockensubstanzgehalt der Restpflanze
55%
Abb. 1:
Spezifische Methanbildung der Restpflanze von Körnermais in
Abhängigkeit vom TS-Gehalt der Restpflanze.
Tab. 2:
Pearson’sche Korrelationskoeffizienten zwischen Methanbildung
(CH4) und den einzelnen Inhaltsstoffen
XP
XL
XZ
XS
CEL
HCEL
ADL
CH4
XP
XL
XZ
XS
CEL
HCEL ADL
0.33
0.53*
0.61*
0.07
-0.63*
-0.06
0.39*
1.00
0.61*
0.60*
-0.11
-0.77*
0.11
0.54*
1.00
0.54*
0.12
0.69*
-0.04
0.51*
1.00
0.13
-0.83*
-0.24
0.20
1.00
-0.06
-0.26
-0.08
1.00
-0.20
-0.58*
1.00
0.23
1.00
Die Multiple Regressionsanalyse deutete darauf hin, dass der Zuckergehalt
der Restpflanze die Höhe der Methanbildung am stärksten bestimmt (Tab. 3).
Das beste Regressionsmodell mit dem geringsten Vorhersagefehler stellte
eine quadratische Funktion des Zuckergehalts dar, die ihr Maximum bei einem
Zuckergehalt von etwa 20 % hatte (Abb. 2). Damit konnten 47 % der Streuung im
Methanbildungspotenzial erklärt werden.
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Tab. 3:
Überblick über die zwei besten Regressionsmodelle mit den jeweiligen Regressionskontanten und Regressionskoeffizienten der Variablen sowie dem Bestimmtheitsmaß R2 und Mallow’s Complexity Parameter (Cp)
Modell
Konstante
1
2
299
312
XZ
4,8**
4,6*
XZ*XZ
-0,12*
-0,10
XP
-10,0
ADL
2,8
R2
CP
47 %
55 %
2,21
2,39
Durch Aufnahme der Variablen Rohprotein- und Ligningehalt in das Regressionsmodell erhöhte sich das Bestimmtheitsmaß auf 55 %, wobei jedoch der Vorhersagefehler zunahm. Die Variable mit dem höchsten Erklärungsanteil an der
Gesamtvarianz blieb auch in diesem Modell der Zuckergehalt.
400
Korn-TS > 60 %
Korn-TS < 60 %
Kolben entfernt
lN CH4 kg-1 oTM
380
360
340
320
300
280
260
Abb. 2:
R² = 0,4743
0
10
20
Zuckergehalt in %
30
40
Spezifische Methanbildung der Restpflanze von Körnermais in
Abhängigkeit der Zuckergehalte in der Restpflanze (Regressionsmodell 1)
Betrachtet man den Verlauf der Biogas- und damit der Methanbildung im Detail,
fallen große Unterschiede zwischen den verschiedenen Varianten auf. In
Abbildung 3 sind die Biogasverläufe von einer extremen Stay-Green-Sorte mit
geringem Methanbildungspotenzial (V14) und einem Genotyp mit schneller
Restpflanzenabreife und hohem Methanbildungspotenzial (V15) ‑ jeweils am
23.10.2013 geerntet ‑ dargestellt. Die Stay-Green-Sorte wies zu Beginn der
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Inkubation eine hohe Biogasbildungsrate auf, ließ dann aber rasch nach und lieferte ab dem 8. Tag unter 5 lN Biogas kg-1 oTM 6 h-1. Dagegen verlief die Biogasbildung aus dem Körnermaisstroh V15, das zum Zeitpunkt der Probenahme in
der Abreife schon weit fortgeschritten war, anfangs nur sehr zögerlich, ab dem
4. Tag aber auf einem in Relation zur V14 erhöhten Niveau.
30
V14
V15
25
20
15
10
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
Inkubationsdauer in Tagen
Abb. 3:
Verlauf der Biogasbildung von zwei ausgewählten Proben;
V14 = Stay-Green-Sorte/Methanbildungspotenzial gering,
V15 = schnelle Abreife/Methanbildungspotenzial hoch
In der Auswertung der einzelnen Zeitintervalle von jeweils 6 h zeigte sich, dass
mit den jeweils besten Regressionsmodellen die Biogasbildung in den ersten
zwei Tagen mit einem Bestimmtheitsmaß von über 90 % erklärt werden konnte.
Wichtigster Faktor war der Zuckergehalt, der mit einem positiven Regressionskoeffizienten in die Regressionsgleichung einging. Für die Zeitintervalle von
Tag 6 bis etwa Tag 8 wurden Regressionsgleichungen mit einem Bestimmtheitsmaß von 70-90 % ermittelt. Auch hier war der Zuckergehalt der Faktor mit
dem höchsten Erklärungsanteil, jedoch mit einem negativen Regressionskoeffizienten. Dies erklärt, warum das Methanbildungspotenzial von Proben, die
in dieser späten Abbauphase eine hohe Biogasbildung aufweisen, in dem einfachen Regressionsmodell, das auf der quadratischen Funktion des Zuckergehalts basiert, prinzipiell unterschätzt wird.
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4.Zusammenfassung
Die Ergebnisse zeigen, dass aus Körnermaisstroh eine Methanbildung von
im Mittel 320 lN CH4 kg-1 oTM möglich ist. Zwischen den einzelnen Genotypen
bestehen dabei große Unterschiede im Methanbildungspotenzial. Der wichtigste Einflussfaktor auf die Methanbildung in dem untersuchten Probensatz war
der Zuckergehalt, der über eine quadratische Regression 47 % der Gesamtvarianz erklärte.
Die hohe Methanbildung von Genotypen mit schneller Restpflanzenabreife
wurde mit dieser Regressionsgleichung jedoch nicht abgebildet. Ebenso wurde
das Methanbildungspotenzial von manchen Stay-Green-Sorten durch diese
Regressionsgleichung stark überschätzt.
Durch eine Analyse des Verlaufs der Biogasbildung wurde deutlich, dass sich
der Einfluss des Zuckergehaltes in einzelnen Phasen der Inkubation veränderte: Während ein hoher Zuckergehalt im Substrat anfangs die Methanbildung positiv beeinflusste, war dieser im späteren Verlauf mit einer geringeren
Methanbildung verbunden. Eine Berücksichtigung des Verlaufs der Biogasbildung in Regressionsmodellen kann möglicherweise deren Vorhersagegenauigkeit verbessern.
Abschließend ist festzuhalten, dass eine Stay-Green-Eigenschaft von Körnermaissorten kein Garant für eine hohe Methanbildung aus dem Stroh ist.
5.Literaturangaben
Darnhofer, B., Eder, J., Heuwinkel, H., Horstmann, F., Rieckmann, C., 2010: Der
Einfluss der Kolben- und Restpflanzenfraktion auf die Biogaserzeugung
aus Silomais. Landtechnik 65(5), 360-363.
Heuwinkel, H., Aschmann, A., Gerlach, R., Gronauer, A., 2009: Die Genauigkeit
der Messung des Gasertragspotentials von Substraten mit der Batchmethode. Int. Wissenschaftstagung Biogas Science 2009 der Bayer.
Landesanstalt für Landwirtschaft, Schriftenreihe der LfL, Band 15-17, S.
95-103.
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Untersuchungen zur P-Effizienz verschiedener
Winterweizensorten
W. Zorn, H. Schröter
Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, Jena
1.Problemstellung
In der Diskussion über die Präzisierung der Parameter für die P-Düngung im
Ackerbau besitzt die P-Aufnahmeeffizienz verschiedener Sorten einer Art eine
nicht zu unterschätzende Bedeutung. Da für verschiedene Standortgruppen
keine ausreichende Zahl aktueller P-Düngungsversuche zur Verfügung steht,
stellt sich in diesem Zusammenhang die Frage nach der Übertragbarkeit älterer
P-Düngungsversuche auf die aktuellen Anbaubedingungen. Nicht zuletzt kann
die Bewertung der sortenspezifischen P-Effizienz Hinweise auf züchterische
Potenziale für dessen Erhöhung liefern. Zur Untersuchung dieser Fragestellungen wurde ein zweijähriger Gefäßversuch durchgeführt. Über die Ergebnisse
wird nachfolgend berichtet.
2.Versuchsdurchführung
Der Gefäßversuch mit Mitscherlichgefäßen wurde auf einem P-armen LößSchwarzerdeboden der Herkunft Friemar (pH-Wert: 6,2; 1,2 mg PCAL/100 g
Boden) durchgeführt. Der Standort ist sehr niedrig mit P versorgt (Gehaltsklasse
A).
Weitere Bodendaten:
Ton: 28 %
Corg: 2,1 %
Pox: 235 mg/kg
Feox: 1610 mg/kg
Alox: 1120 mg/kg
Pfr: 17 µP/100 g * 10 min (P-Freisetzungsrate nach Floßmann u. Richter (1982))
In einem parallel durchgeführten P-Düngungsversuch zu Winterweizen am Entnahmestandort des Gefäßversuchsbodens bewirkte die P-Düngung Kornmehr-
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erträge bis 21,9 dt/ha. Dieses Ergebnis bestätigt den hohen P-Düngebedarf des
Standortes (Abb. 1).
dt/ha
25
20
15
10
18,7
21,9
7,5
5
0
17,5
35
70
P-Düngung kg P/ha
Abb. 1: Mehrertrag durch P-Düngung zu Winterweizen im Feldversuch am
Entnahmeort des Bodens 2012
Im Gefäßversuch kamen insgesamt 8 Winterweizensorten mit differenziertem
Zulassungsjahr zum Anbau (Tab. 1).
Tab. 1:
Geprüfte Winterweizensorten
Sorte
Zulassungs- Züchter
jahr
ChevalierChe
2005
Deutsche Saatveredelung AG
AkteurAkt
2003
Deutsche Saatveredelung AG
Kontrast Kon
Kanzler Kan
AlcedoAlc
KormoranKor
TassiloTas
Rimpaus Rim, früher Bastard
1990
1980
1974
1973
1930
1888
Hadmersleben
Saatzucht Engelen-Büchling OHG
Hadmersleben
F. von Lochow-Petkus GmbH
Wilhelm Lang u. Heinrich Doerfler
Wilhelm Rimpau
Die P-Düngung erfolgte vor Versuchsansatz als Triplesuperphosphat in der
Steigerung 0 – 0,2 – 1,0 g P/Gefäß. In beiden Versuchsjahren wurden jeweils
Korn- und Strohertrag, P-Gehalte und P-Entzüge durch Korn und Stroh sowie
die P-Gehalte im Boden nach der Ernte bestimmt.
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3.
3.1
Ergebnisse und Diskussion
Korn- und Strohertrag
Bereits während des Schossens war der Trend älterer Weizensorten zur
Ausbildung einer höheren Pflanzenhöhe im Vergleich zu aktuellen Sorten
erkennbar (Abb. 2). Diese Differenzen blieben bis zur Reife erhalten.
Abb. 2:
Sorten Akteur (links) und Rimpaus früher Bastard (rechts) mit steigender P-Düngung im Gefäßversuch
Der kumulative Kornertrag beider Versuchsjahre nimmt mit dem Zuchtfortschritt
moderat zu. Aktuelle Sorten sind bei gleichem P-Angebot in allen P-Stufen älteren Sorten überlegen (Abb. 3). Den niedrigsten Kornertrag erreicht Rimpaus früher Bastard mit 55,7 g TM/Gefäß, den höchsten Chevalier 66,7 g TM/Gefäß. Die
Ertragserhöhung beträgt demnach 20 %. Bei unterlassener sowie bei suboptimaler P-Düngung (0,2 g P/Gefäß) liegen nur geringe Unterschiede zwischen
den Sorten vor. In der Tendenz verfügen „neue“ Sorten unter den Bedingungen
des Gefäßversuchs mit begrenztem Bodenvolumen eine geringfügig höhere
P-Nutzungseffizienz bis maximal 20 % als die „älteren“ Sorten Rimpaus früher
Bastard und Kormoran. Der Kornertrag der Sorte Tassilo erreichte ein ähnliches
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Niveau wie Alcedo.
2012
80
70
g TM/Gefäß
60
Tas
Rim
2013
Alc
Kor
Kan
Kon
Che
Akt
50
40
30
20
10
0,
0
0,
2
1,
0
0,
0,1
0
0,
2
1,
0
0,
1
0,
0
0,
2
1,
0
0,
0,1
0
0,
2
1,
0
0,
1
0,
0
0,
2
1,
0,0
1
0,
0
0,
2
1,
0
0,
1
0,
0
0,
2
1,
0,0
1
0,
0
0,
2
1,
0
0
P-Düngung g P/Gefäß
Abb. 3:
Kumulativer Kornertrag verschiedener Winterweizensorten und differenzierter P-Düngung
80
Rim
70
2012
Tas
Kor
60
g TM/Gefäß
Alc
Kan
2013
Kon
Akt
Che
50
40
30
20
10
0,
0,0
1,2
0
0,
0,0
1,2
0
0,
0,0
1,2
0
0,
0,0
1,2
0
0,
0,0
1,2
0
0,
0,0
1,2
0
0,
0,0
1,2
0
0,
0,0
1,2
0
0
Abb. 4: Kumulativer Strohertrag verschiedener Winterweizensorten und differenzierter P-Düngung
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Im Gegensatz dazu nimmt der Strohertrag mit dem Zuchtfortschritt ab (Abb. 4).
Der Strohertrag älterer Sorten ist deutlich höher im Vergleich zu aktuellen Sorten. Bei einer P-Düngung von 1 g P/Gefäß erzielt Rimpaus früher Bastard mit
71,6 g TM/Gefäß einen um 32 % höheren Strohertrag als Chevalier (49,0 g TM/
Gefäß). In den beiden anderen P-Stufen liegt eine vergleichbare Situation vor.
Der Gesamtertrag (Korn + Stroh) älterer Sorten ist höher im Vergleich zu aktuellen Sorten (Ergebnisse nicht dargestellt). Das Korn-Stroh-Verhältnis verschiebt
sich in allen P-Stufen mit dem Zuchtfortschritt zu Ungunsten des Strohertrages
(Abb. 5).
1,4
2012
1,2
2013
KSV 1:
1
0,8
0,6
,z
0,4
0,2
0
Rim
Tas
Kor
Alc
Kann
Kon
Akt
Che
Abb. 5: Korn: Strohverhältnis (KSV) verschiedener Winterweizensorten
(P-Düngung: 1 g P/Gefäß)
Bei einer P-Gabe von 1 g P/Gefäß ist Rimpaus früher Bastard unter den Versuchsbedingungen durch ein Korn-Stroh-Verhältnis von 1 : 1,3 gekennzeichnet.
Kontrast und Akteur erreichen ein Korn-Stroh-Verhältnis von 1 : 0,8 ... 0,9, während Chevalier einen Wert von 0,69 ... 0,77 erzielt. Aufgrund dieses Zusammenhangs sollte das sortenspezifische Korn-Stroh-Verhältnis im Rahmen der Nährstoffbilanzierung berücksichtigt werden.
-161 -
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3.2P-Aufnahme
Der P-Entzug der Weizenpflanzen kann als ein Indikator für die Entwicklung
der P-Aufnahmeeffizienz herangezogen werden, wobei hier das begrenzte
Bodenvolumen des Gefäßversuchs zu berücksichtigen ist. Der P-Entzug nach
P-Düngung von 1 g P/Gefäß steigt mit dem Zuchtfortschritt moderat an (Abb. 6).
Die P-Aufnahme durch Korn und Stroh nimmt in der Reihenfolge Kanzler < Rimpaus früher Bastard < Kontrast < Tassilo < Kormoran < Chevalier < Alcedo <
Akteur zu. Bei suboptimaler P-Düngung von 0,2 g P/Gefäß liegt ein vergleichbarer Trend vor. Bei unterlassener P-Düngung zeigen sich nur geringe Differenzen
des P-Entzuges. Unter P-Mangelbedingungen unterschieden sich die Kornerträge der geprüften Winterweizensorten nur gering, während bei Düngung von
1,0 g P/Gefäß etwas größere Differenzen vorlagen. Kornertrag und P-Entzug
durch das Korn korrelieren eng miteinander (B = 0,98***).
Korn
300
Stroh
g TM/Gefäß
250
200
150
Rim
Tas
Kor
Alc
Kan
Kon
Akt
Che
100
50
0,
0,0
1,2
0,0
0,1
0,0
1,2
0,0
0,1
0,0
1,2
0,0
0,1
0,0
1,2
0,0
0,1
0,0
1,2
0,0
0,1
0,0
1,2
0,0
0,1
0,0
1,2
1,0
0,1
0,0
1,2
0
0
Abb. 6: Kumulativer P-Entzug verschiedener Winterweizensorten und
differenzierter P-Düngung
Die P-Aufnahme- und Nutzungseffizienz der geprüften Winterweizensorten
unterscheidet sich nur maximal um 20 %, wobei hier die spezifischen Bedingungen des Gefäßversuchs mit geringem Bodenvolumen und ausreichender
Wasserversorgung zu berücksichtigen sind. Einschränkungen hinsichtlich der
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Übertragbarkeit auf Feldbedingungen ergeben sich aus der fehlenden Berücksichtigung des Wurzelwachstums verschiedener Sorten und deren Wechselwirkung zum P-Aufnahmevermögen der Wurzel am natürlichen Standort (vergl.
Föhse et. al., 1988, Jungk und Claassen, 1989).
4.
Fazit und Schlussfolgerungen
Die P-Aufnahmeeffizienz der untersuchten Winterweizensorten unterscheidet sich unter den Bedingungen des Gefäßversuches mit begrenztem Bodenvolumen und optimaler Wasserversorgung geringer als erwartet. Der Zuchtfortschritt erhöht den Kornertrag zuungunsten des Strohertrages. Methodisch
bedingt ist auf Grundlage der Ergebnisse des Gefäßversuches eine Aussage
zum sortenspezifischen P-Aufnahmevermögen unter Freilandbedingungen
nicht möglich. Die Ergebnisse „älterer“ P-Düngungsversuche können hinsichtlich der P-Aufnahmeeffizienz nur mit Einschränkungen auf die heutigen
Anbaubedingungen übertragen werden. Zur Übertragbarkeit „älterer“ P-Düngungsversuche auf die aktuellen Anbaubedingungen sind keine gesicherten
Aussagen möglich.
5.Literaturangaben
Föhse, D., Claassen, N., Jungk, A., 1988: Phosphorus efficiency of plants. I.
External and internal requirements and P uptake efficiency of different
plant species. Plant Soil, 110, 101-109.
Floßmann, R.; Richter, D., 1982: Extraktionsmethode zur Charakterisierung
der Kinetik der Freisetzung von P aus der festen Phase des Bodens in die
Bodenlösung. Archiv Acker- u. Pflanzenbau u. Bodenkunde 26, 703-709.
Jungk, A., Claassen, N., 1989: Availability in Soil and Acquisition by Plants as the
Basis for Phosphorus and Potassium supply to Plants. Z. Pflanzenernähr.
Bodenk. 153, 151-157.
-163 -
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Bodenbiologische Auswirkungen von Biokohle im
Feldversuch
H. Flaig, M. Mokry
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg, Karlsruhe
1.
Fragestellung und Versuchskonzeption
So genannten Biokohlen – aus organischem Material hergestellten Kohleprodukten – werden positive Wirkungen auf Pflanzenwachstum und Bodeneigenschaften unterstellt. Biokohlen sollen die Wasserhaltekapazität, die Kationenaustauschkapazität und das Porenvolumen der Böden erhöhen (Atkinson et al.,
2010). Verschiedentlich wird von einer Ertragssteigerung auf mit Biokohle versorgten Böden berichtet, häufig allerdings aus (sub-)tropischen Regionen und
auf ansonsten nährstoffarmen Böden. Darüber hinaus erhofft man sich durch
das Einbringen schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen eine Erhöhung
des Sequestrierungspotentials der Böden für CO2, das über die verkohlte Biomasse der Atmosphäre entzogen wurde.
Im Projektverbund CarboSolum wurden die Wirkungen der Zufuhr zweier verschieden hergestellter Biokohlen (hydrothermale Carbonisierung von Biertreber – „HTC-Kohle“ – und Pyrolyse von Landschaftspflegematerial aus Siebresten einer Hackschnitzelanlage – „Pyro-Kohle“) auf Boden und Pflanzen
untersucht, und zwar an zwei Versuchsstandorten: March bei Freiburg und
Rheinstetten-Forchheim bei Karlsruhe. Biokohleherstellung, Kohleeigenschaften, Ergebnisse zu Erträgen und Qualitätsparametern des Ernteguts und einige
Bodeneigenschaften wurden bereits auf dem VDLUFA-Kongress 2013 vorgestellt (Mokry et al., 2014). Über direkte pflanzenbauliche Fragen hinaus wurden
auch die Auswirkungen auf das mikrobielle Bodenleben untersucht. Die Frage
dieses Teilprojektes lautete, ob HTC- und Pyro-Kohle messbare Auswirkungen
auf den Gehalt an mikrobieller Biomasse und auf die Aktivitäten der Enzyme
Dehydrogenase, Xylanase und Phosphatase haben.
Die Biokohlen wurden ohne und mit Zusatz organischer Dünger (Kompost,
Gärrest fest) einmalig im April 2011 ausgebracht; daneben wurden die üblichen
Kontrollen angelegt (Tab. 1, Mokry et al., 2014).
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Tab. 1:
Varianten der Biokohleausbringung und entsprechende Kontrollen für
die Feldversuche in Forchheim und March. Mineralische Ergänzungsdüngung mit Stickstoff je nach Düngebedarfsermittlung und Kultur
unter Einbeziehung der Nährstoffgehalte der Biokohle und der organischen Dünger.
Variante
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Behandlung
ohne jegliche Düngung
Kompost
Gärrest fest
Mineralische Düngung
HTC-Kohle pur
HTC-Kohle + Kompost
HTC-Kohle + Gärrest
Pyrolysekohle pur
Pyro-Kohle + Kompost
Pyro-Kohle + Gärrest
Aufwandmenge
40 t FM / ha
20 t FM / ha
N, K: kulturspezifisch; P: Abfuhr
20 t TM / ha
20 t TM + 40 t FM / ha
20 t TM + 20 t FM / ha
20 t TM / ha
20 t TM + 40 t FM / ha
20 t TM + 20 t FM / ha
2.Methoden
Die Proben für bodenbiologische Untersuchungen wurden nach einem und
zwei Jahren Biokohle-Wirkung jeweils im Frühjahr 2012 und 2013 mit einem
Bohrstock in 10-cm-Schichten bis 50 cm Tiefe als Mischprobe von vier Parzellen
je Biokohlebehandlung gezogen. Sie wurden gekühlt transportiert, auf ≤ 2 mm
gesiebt, bei -18 °C eingefroren und vor der Messung schonend aufgetaut.
Die Menge an mikrobieller Biomasse wurde über die Methode der
substratinduzierten Respiration bestimmt. Dazu wurden die Bodenproben
auf die Hälfte der maximalen Wasserkapazität befeuchtet und in belüfteten
Plastikbeuteln mehrere Tage bei 22 °C äquilibriert. Die Bestimmung der
Biomasse erfolgte nach Zumischung von Glucose über den Anstieg der
Atmungsaktivität und die Analyse des Konzentrationsanstiegs von CO2 nach
Heinemeyer et al. (1989).
Die Dehydrogenase-Aktivität wurde nach DIN 19733-2:1998-07 gemessen:
Bestimmung der Dehydrogenase-Aktivität in Böden, Teil 2: Verfahren mit
INT (DIN, 2001). Die Xylanase-Aktivität wurde nach von Mersi und Schinner,
die Aktivität der alkalischen Phospho-Monoesterase nach Öhlinger ermittelt,
beides dokumentiert in Schinner et al. (1993).
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3.
Mikrobielle Biomasse
Im Vergleich der beiden Standorte wies March die deutlich höheren Gehalte
an mikrobieller Biomasse auf (Abb. 1, Abb. 2). Der Unterschied ist unabhängig
von der Biokohle-Zufuhr auf die Bodeneigenschaften zurückzuführen: Beim
Boden der Versuchsfläche March handelt es sich um einen schluffigen Lehm mit
einem pH-Wert von 7,3, beim Boden aus Forchheim um einen lehmigen Sand
mit einem pH-Wert von 5,4 (pH-Werte in Krume 2011 vor der Biokohle-Aufbringung). Sowohl Bodenart als auch pH-Wert sind bestimmende Parameter für die
Menge an mikrobieller Biomasse.
Abb. 1: Mikrobielle Biomasse [µg Cmic/g TM] am Standort Forchheim in
0-20 cm Bodentiefe. Ergebnisse für Proben vom März 2012 (oben)
und März 2013 (unten). Mittelwerte aus jeweils 3-5 Messungen ± eine
Standardabweichung. Cmic: mikrobieller Kohlenstoff, TM: Trockenmasse. Variantenbeschreibung s. Tabelle 1
Am Standort Forchheim (Abb. 1) wurde die mikrobielle Biomasse auf den
Pyrolysekohle-Varianten mit Kompost und Gärrest (V9, V10) mit Werten von
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10-20 % (0-10 cm) über den jeweiligen Kontrollen ohne Kohle besonders gefördert. Der Grund dafür liegt vermutlich einerseits in der Anhebung des Gehalts
an organischem Kohlenstoff (Corg) - als Nahrungsquelle für die Mikroorganismen. Andererseits kommt die Anhebung des pH-Werts in Aggregaten des
Oberbodens durch das Einmischen der pyrolytisch gewonnenen Biokohle ins
Spiel, zusammen mit dem Angebot an abbaubarer organischer Substanz über
die Zusatzdüngung (pH-Werte von > 6,0 in 0-10 cm Tiefe im Gegensatz zu den
anderen Varianten einschließlich Pyro-Kohle pur). Der pH-Effekt wirkte auch in
2013 noch nach. Selbst in 10-20 cm Tiefe war in der Tendenz noch eine Förderung messbar. Während 2012 aufgrund der großen Varianz kein signifikanter
Unterschied zwischen den Varianten 2 (Kompost), 6 (HTC + Kompost) und 9
(Pyrokohle + Kompost) bestand, waren 2013 in Forchheim die Werte zwischen
diesen Varianten signifikant verschieden (V9 > V2 > V6). Für die Varianten mit
Pyrokohle + Gärresten galt für 2012 V10 > V3 = V7 und für 2013: V7 = V10 > V3.
Abb. 2:
Mikrobielle Biomasse [µg Cmic/g TM] am Standort March in 0-20 cm
Bodentiefe. Ergebnisse für Proben vom März 2012 (oben) und Anfang
April 2013 (unten). Abkürzungen, Mittelwert und Fehler s. Abbildung 1.
Variantenbeschreibung s. Tabelle 1.
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In March wiesen die Varianten mit HTC-Kohle im Jahr 2012 die höchste mikrobielle Biomasse auf (20-30 % in 0-10 cm über den jeweiligen Kontrollen ohne
Kohle), gefolgt von den Pyro-Kohle-Varianten (10-20 % über den Kontrollen)
(Abb. 2). Diese Wirkung ist mit dem Angebot an leicht löslichem Kohlenstoff und
Stickstoff in den HTC-Varianten (besonders mit zusätzlichem Kompost und Gärresten) erklärbar. Bei beiden Kohlevarianten waren die Gehalte an organischem
Kohlenstoff im Boden höher als bei den jeweiligen Kontrollen.
Im Jahr 2013 – nach zwei Jahren Biokohle-Einwirkung – waren die Kohle-Effekte
kaum mehr nachweisbar (Abb. 2). Die HTC-Variante mit Gärrest-Zusatz (V7)
zeigte zwar noch die höchsten Gehalte an mikrobieller Biomasse, war aber beispielsweise von der Kompostvariante ohne Kohle (V2) nicht mehr signifikant verschieden.
4.Enzymaktivitäten
Abb. 3: Dehydrogenaseaktivität [µg INF/g TM*18h] am Standort Forchheim,
Ergebnisse für 2012 (oben) bzw. 2013 (unten). INF: Iodonitroformazan (Reaktionsprodukt). Mittelwerte aus jeweils 2-4 Messungen. Da
sich in den oberen 10 cm sowohl die höchsten Aktivitäten, als auch die
größten Unterschiede messen ließen, wurden nur die Resultate für
den obersten Horizont dargestellt.
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Unter den Enzymaktivitäten zeigte die Dehydrogenase das deutlichste Muster (Abb. 3, Abb. 4): In beiden Böden war die höchste Aktivität bei HTC-Kohle zu
messen; am besten ausgeprägt war die HTC-Aktivierung in Forchheim nach
dem ersten Jahr. Im zweiten Jahr schwächte sich der Effekt auf beiden Standorten ab. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass bei Aufbringen von HTC-Kohle
bis ins zweite Jahr hinein hohe Stoffwechselaktivität in der mikrobiellen Gemeinschaft induziert wurde, und zwar – zumindest in Forchheim – über die allgemeine
Förderung der mikrobiellen Biomasse hinaus (Enzymaktivität bezogen auf den
Gehalt an mikrobieller Biomasse – Daten nicht gezeigt).
Abb. 4: Dehydrogenaseaktivität [µg INF/g TM*18h] am Standort March,
Ergebnisse für Proben vom März 2012 (oben) bzw. Anfang April 2013
(unten). INF: Iodonitroformazan (Reaktionsprodukt). Mittelwerte aus
jeweils 2-4 Messungen. Darstellung nur für die obersten 10 cm.
Die Xylanase reagiert auf leicht verfügbaren organischen Kohlenstoff mit höherer Aktivität, insbesondere dann, wenn wie bei Mais viel Xylan in der Streu bzw.
den Ernteresten enthalten ist. Je nach Standort und Jahr zeigten einmal die Varianten mit Kompost, einmal die Gärrest-Varianten höhere Aktivität als die Parzellen ohne Zusätze. Ob Kohle dabei war oder nicht, war unerheblich. Ein direkter
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oder indirekter Effekt der Kohleeinmischung auf die Xylanaseaktivität war somit
nicht festzustellen.
Die alkalische Phosphatase reagierte auf die bestimmenden Parameter organisch gebundenes Phosphat (positiv), pH-Wert (höher positiv), mikrobielle Biomasse (mit Gehalt ± korrespondierend) und anorganisches Phosphat (negativ)
je nach Faktorenkonstellation - am deutlichsten im Forchheimer Boden. Beide
Biokohlen zeigten keinen Sondereffekt. Am höchsten waren die Aktivitäten bei
Kompost(-zusatz), am niedrigsten bei Mineraldüngung.
5.Diskussion
Die Auswirkungen einer Zufuhr von Biokohle auf die Bodenmikroorganismen
werden im Allgemeinen positiv eingeschätzt Lehmann et al., 2011). Es gibt allerdings auch Untersuchungen, in denen die mikrobielle Biomasse nicht gefördert
wurde oder sogar gegenüber Kontrollen ohne Biokohle abnahm (z. B. Ameloot
et al., 2014).
HTC-Kohle enthält leicht abbaubare kohlenstoff- und stickstoffreiche Verbindungen (Mokry et al., 2014), so dass eine Förderung der mikrobiellen Biomasse
zu erwarten ist. Besonders deutlich zeigte sich dies in kurzfristigen Gefäßversuchen (bis 4 Wochen; Bargmann et al., 2014). Nach Zumischung von HTC-Kohle
in den Boden war in den ersten Tagen eine starke Steigerung der Bodenatmung
und Anhebung des Gehalts an mikrobieller Biomasse zu messen, die zumindest während der Versuchsdauer konstant höher blieb. Pyrolyse-Kohle hatte
im selben Gefäßversuch (Bargmann et al., 2014) einen ähnlichen Effekt, nur
um Größenordnungen niedriger und bezüglich Biomasse nur in den ersten zwei
Wochen nach Versuchsansatz.
In unseren Feldversuchen zeigte sich ebenfalls eine Steigerung der mikrobiellen Biomasse durch HTC-Kohle, allerdings deutlich nur am Standort March.
In Forchheim war ein weiterer wichtiger Faktor entscheidend, der den Gehalt
an mikrobieller Biomasse maßgeblich beeinflusst, nämlich der pH-Wert des
Bodens (Flaig und Elsäßer, 2009), der durch Pyro-Kohle angehoben werden
konnte. Unterschiede zwischen den Standorten bestanden nicht nur in den
Bodeneigenschaften, sondern auch in der Fruchtfolge während des Versuchs:
In March wurde in beiden Jahren Mais angebaut, in Forchheim folgte auf Mais
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Winterweizen, so dass in March kein Fruchtfolge-Effekt „störte“. Der Vergleich
zeigte allerdings, dass ein Fruchtfolgeeffekt nur bei Xylanase messbar war
(mehr Xylan in Maisstroh).
In einem der wenigen mehrjährigen Feldversuche mit Biokohle in gemäßigten
Breiten konnten Jones et al. (2012) zeigen, dass nach Ausbringung von 25 und
50 t Pyro-Kohle pro Hektar die Bodenatmung, die Wachstumsrate von Bakterien und Pilzen und der mikrobielle Umsatz durch Biokohle gesteigert wurden
(Anbau von Mais im 1. Jahr und Futtergras im 2. und 3. Jahr). Die Auswirkungen waren im zweiten Jahr nach Biokohleausbringung am deutlichsten und
schwächten sich im dritten Jahr bereits wieder ab oder waren nicht mehr nachweisbar. Auch bei unseren Untersuchungen konnten Effekte wie erhöhte Biomassegehalte oder Dehydrogenaseaktivitäten nur nach dem ersten Versuchsjahr sicher festgestellt werden.
Die Ergebnisse aus der Fachliteratur zu Enzymaktivitäten in Böden mit Biokohle
sind widersprüchlich. So wurden in einer Studie Enzymaktivitäten durch Zugabe
verschiedener pyrolytisch hergestellter Biokohlen gesteigert (Gefäßversuch),
vor allem in den ersten 80 Tagen der 180 Tage dauernden Inkubation (Ouyang
et al., 2014). Steigerungen der Dehydrogenase-Aktivität bei Einmischung von
Pyro-Kohle aus Klärschlamm waren sogar ein wichtiges Kriterium für die Beurteilung der Bodenqualität (Paz-Ferreiro et al., 2012). In anderen Versuchen
wurde hingegen eine Verminderung der Dehydrogenaseaktivität durch PyroKohle festgestellt, sowohl in Gefäß-Inkubationsversuchen (Chintala et al.,
2014), als auch in langjährigen Feldversuchen (Ameloot et al., 2014).
Insgesamt ergaben unsere Feldversuche, dass sowohl HTC-, als auch Pyrolyse-Kohle in den ausgebrachten Mengen keine schädlichen Auswirkungen auf
das mikrobielle Bodenleben hatten – zumindest nicht auf die untersuchten Parameter. Das zeigten sowohl die Gehalte an mikrobieller Biomasse, als auch die
Aktivitäten der Dehydrogenase, ein Enzym, das oft als Indikator für ökotoxikologische Wirkungen im Boden verwendet wird (Malkomes, 2007). Beide Parameter wurden im ersten Jahr gefördert, im zweiten Jahr schwächten sich die Effekte
wieder ab.
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6.Literaturangaben
Ameloot, N., Sleutel, S., Case, S.D.C., Alberti, G., McNamara, N.P., Zavalloni,
C., Vervisch, B., delle Vedove, G., De Neve, S., 2014: C mineralization
and microbial activity in four biochar field experiments several years after
incorporation. Soil Biol. Biochem. 78, 195-203.
Atkinson, C.J., Fitzgerald, J.D., Hipps, N.A., 2010: Potential mechanisms for
achieving agricultural benefits from biochar application to temperate
soils: a review. Plant Soil 337, 1-18.
Bargmann, I., Martens, R., Rillig, M.C., Kruse, A., Kücke, M., 2014: Hydrochar
amendment promotes microbial immobilization of mineral nitrogen. J.
Plant Nutr. Soil Sci. 177, 59-67.
Chintala, R., Schumacher, T.E., Kumar, S., Malo, D.D., Rice, J.A., Bleakley,
B., Chilom, G., Clay, D.E., Julson, J.L., Papiernik, S.K., Gu, Z.R., 2014:
Molecular characterization of biochars and their influence on microbiological properties of soil. Journal of Hazardous Materials 279, 244-256.
DIN, 2001: DIN 19733-2: Bestimmung der Dehydrogenase-Aktivität in Böden.
Teil 2: Verfahren mit INT. In: Blume, H.-P., Deller, B., Leschber, R.,
Paetz, A., Schmidt, S., Wilke, B.-M.: Handbuch der Bodenuntersuchung,
Abschnitt 4.1.2.5b, DIN 19733-2: 1998-07. Wiley-VCh/Beuth, Berlin.
Flaig, H., Elsäßer, M., 2009: Bodenbiologische Auswirkungen einer mehrjährigen Applikation unterschiedlicher organischer und mineralischer Dünger
auf Wiese und Mähweide. VDLUFA-Schriftenreihe 65, 168-179. Kongressband 2009 Karlsruhe, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Heinemeyer, O., Insam, H., Kaiser E. A., Walenzik, G., 1989: Soil microbial biomass and respiration measurements: An automated technique based on
infra-red gas analysis. Plant Soil 116: 191-195.
Jones, D.L., Rousk, J., Edwards-Jones, G., DeLuca, T.H., Murphy, D.V., 2012:
Biochar-mediated changes in soil quality and plant growth in a three year
field trial. Soil Biol. Biochem. 45, 113-124.
Lehmann, J., Rillig, M.C., Thiesa, J., Masiello, C.A., Hockaday, W.C., Crowley,
D., 2011: Biochar effects on soil biota – A review. Soil Biol. Biochem. 43,
1812-1836.
Malkomes, H.-P., 2007: Bewertung einiger Enzymaktivitäten in mikrobiologisch-ökotoxikologischen Untersuchungen von Pflanzenschutzmitteln
im Boden. Nachrichtenbl. Deut. Pflanzenschutzd., 59(3),62-68.
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Mokry, M., Aichele, T., Michels, K., Breuer, J., 2014: Einsatz von „Biokohle“ in
der Landwirtschaft (Zwischenergebnisse eines BLE-Drittmittelprojektes). VDLUFA-Schriftenreihe 69, 289-299. Kongressband 2014 Stuttgart, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Ouyang, L., Tang, Q., Yu, L., Zhang, R., 2014: Effects of amendment of different
biochars on soil enzyme activities related to carbon mineralisation. Soil
Research 52, 706-716.
Paz-Ferreiro, J., Gascó, G., Gutiérrez, B., Méndez, A., 2012: Soil biochemical
activities and the geometric mean of enzyme activities after application
of sewage sludge and sewage sludge biochar to soil. Biol. Fertil. Soils 48,
511-517.
Schinner, F., Öhlinger, R., Kandeler, E., Margesin, R., 1993: Bodenbiologische
Arbeitsmethoden. Springer-Verlag, Berlin.
7.Danksagung
Die Arbeiten wurden durch den Projektträger Bundesanstalt für Landwirtschaft
und Ernährung finanziell gefördert. Wir danken Liliya Gurevych und Harald
Scharinger (LTZ Augustenberg) für die Probenvorbereitung und die Durchführung der enzymatischen Tests sowie Dr. Carola Holweg (Freiburg) für die Koordination des Verbundprojektes und wertvolle Beiträge.
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Zur Beeinflussung des antioxidativen Potentials
ökologisch angebauter Speisekartoffeln durch
gezielte Pflanzenbehandlungsmaßnahmen
(orientierende Untersuchungen)
N.U. Haase1, D. Werren2, H. Schulz2, C. Bruns2
Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide, Max Rubner-Institut, Detmold
Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften, Universität Kassel, Witzenhausen
1
2
Zusammenfassung
Die Konzentration an Antioxidantien in Kartoffelknollen kann erheblich variieren. In einer orientierenden Untersuchung wurde der Frage nachgegangen,
inwieweit Stressphasen im Anbau Einfluss nehmen können.
Dazu wurden 3 Kartoffelsorten mit unterschiedlicher Stickstoffdüngung (0 – 40
– 70 kg N ha-1) unter den Bedingungen des Ökolandbaus angebaut. Eine Krautfäulebehandlung mit Kupferpräparaten entfiel (Variante 1) oder wurde nach
dem Prognosemodell ÖKOSIM-PHYT ausgerichtet (Variante 2).
Während die unterschiedliche Stickstoffdüngung so gut wie keinen Einfluss
zeigte, wirkte sich die Krautfäulebehandlung deutlich aus. So war die Trockenmassebildung bei Anwendung von Kupferpräparaten erhöht, die antioxidative
Aktivität sowie der Phenolgehalt jedoch erniedrigt. Damit deutet sich eine Reaktion der Pflanzen auf Stressphasen an, die z. B. durch den Erreger der Krautfäule
ausgelöst werden können. Auch wenn die eigentliche Erregerabwehr zunächst
im grünen Blattapparat erfolgt, zeigen sich doch Auswirkungen auch auf die
Zusammensetzung der Knollen.
1.Einleitung
Kartoffeln zählen in Deutschland zu den Grundnahrungsmitteln. Auch wenn
der Verzehr frischer Speisekartoffeln seit mehr als 50 Jahren rückläufig ist (von
rund 100 kg Kartoffeln/Person und Jahr auf knapp 30 kg/P * a), liefern Kartoffeln
noch immer einen signifikanten Beitrag zur Tagesration an ernährungsphysiologisch relevanten Stoffen, zu denen u. a. Vitamine und Mineralstoffe zählen.
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Darüber hinaus machen die Antioxidantien einen nicht zu vernachlässigenden
Anteil an diesen Verbindungen aus. Verschiedene sekundäre Inhaltsstoffe der
Kartoffel (u. a. Flavonoide, Carotinoide und weitere phenolische Verbindungen)
besitzen eine antioxidative Aktivität, die als physiologscher Schutzschirm gegen
oxidative Vorgänge in der Pflanzenzelle angesehen werden kann. Darüber hinaus entfalten diese Substanzen auch im menschlichen Körper diese Wirkungen, wie z. B. bei Degenerations- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen (Chu et al.,
2000, Chaillou und Nazareno, 2006). Vitamin C hat zwar ebenfalls eine antioxidative Wirkung, jedoch ist der Anteil an der gesamten antioxidativen Aktivität mit
10-15 % relativ gering (Wang et al., 1996, Chu et al., 2002).
Erkenntnisse über das Vorkommen von Antioxidantien in Kartoffeln sind noch
rar. Inbesondere die Fleischfarbe (weiß, gelb, rot oder blau) führt zu unterschiedlichen Gehalten (Reyes et al., 2005, Gromes und Herrmann, 2008). So enthalten
bunte Kartoffeln höhere Gehalte an Anthozyanen und an Flavonoiden als weißfleischige Sorten (Lachman und Hamouz, 2005), wobei aber auch diese Sorten
zahlreiche farblose Substanzen mit einer antioxidativen Aktivität aufweisen
(z. B. phenolische Säuren) (Hale, 2003).
Im ökologischen Landbau kann es aufgrund der vorgegebenen Rahmenbedingungen vermehrt zu Stressphasen kommen (z. B. Konkurrenzdruck durch
Fremdpflanzen, Befallsdruck durch pilzliche und bakterielle Erreger). Als Folge
dessen zeigen viele Pflanzen ein reduziertes Pflanzenwachstum (Ertragsdepression) und eine Qualitätsminderung. Ob in diesem Zusammenhang diese
Pflanzen auch vermehrt Antioxidantien synthetisieren, ist bislang noch nicht
ausreichend bekannt. Allerdings gibt es erste Hinweise auf Interaktionen mit den
Radikalverbindungen (Mahesh et al., 2012). Gegebenenfalls könnte damit auch
die Konzentration der Antioxidantien in den Knollen erhöht werden.
Auch im Ökolandbau gibt es verschiedene Bewirtschaftungsstrategien hinsichtlich Nährstoffzufuhr und Schutz vor Pflanzenkrankheiten. Im Hinblick auf
den wichtigsten Schaderreger, den Pilz Phytophthora infestans, gibt es im Ökolandbau offiziell zugelassene Pflanzenbehandlungsmittel (insbesondere Kupferpräparate). Diese werden aber nicht in allen Fällen eingesetzt. Ob sich diese
Handlungsweise in der Konzentration der Antioxidantien in den Knollen widerspiegelt, wurde in einem orientierenden Experiment untersucht. Darüber hinaus
wurde auch die Wirkung einer unterschiedlich hohen Stickstoffzufuhr betrachtet.
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2.
In einem einjährigen Anbauversuch (vierfache Anbauwiederholung) mit 3 Kartoffelsorten (Allians, Anuschka und Belana) und 3 Stickstoffstufen (0, 40 und
70 kg N/ha als pelletierter Dünger „BioILSA“ mit 11 % N (ILSA, Arzignano, Italien)
und 64 % organ. Material vor dem Legen in Furche appliziert) auf dem Lehr- und
Versuchsbetrieb der Universität Kassel, Hessische Staatsdomäne Frankenhausen (51,4109 °N, 9,4297 °O), wurde als Hauptfaktor eine unterschiedliche
Behandlung gegen den Erreger der Kraut- und Knollenfäule (Phytophthora
infestans) vorgenommen (keine Behandlung vs. Kupferpräparate nach dem
Prognosemodell ÖKOSIMPHYT). Das Erntegut wurde für 4 Monate eingelagert. Danach erfolgte die Bestimmung des Trockenmassegehaltes über das
spezifische Gewicht sowie die Messung der antioxidativen Aktivität nach dem
ORAC-Verfahren (Ou et al., 2001) (Oxygen Radical Absorbance Capacity) und
die Ermittlung des Gesamtphenolgehaltes mittels des Folin-Ciocalteu-Reagenzes (Singleton et al., 1999) (jeweils in geschälten und lyophilisierten Knollen).
Zur Restfeuchtebestimmung wurden die Proben im Trockenschrank auf 105 °C
erhitzt (American Association of Cereal Chemists (AACC), 1999).
3.Ergebnisse
Die Stickstoffzufuhr (0 – 40 – 70 kg) wirkte sich nur geringfügig auf die jeweilige Knollen-Trockenmasse der 3 untersuchten Sorten aus (Abb. 1). Statistisch signifikante
Unterschiede gab es nicht. Hingegen zeigten die Untersuchungen der antioxidativen Aktivität und des Gesamtphenolgehaltes teilweise Unterschiede an, wobei aber
nicht eine durchgängige Abhängigkeit zur N-Zufuhr zu sehen war (Tab. 1).
Zwischen der antioxidativen Aktivität und der Phenolkonzentration gab es nur
eine sehr geringe statistische Beziehung. Die berechneten Korrelationen beider
Datensätze lag bei r = 0,43 (n = 144).
Die Pflanzenschutzmaßnahme wirkte sich im Gegensatz zu der Düngervariante
signifikant auf die Trockenmassebildung des Erntegutes aus. So stieg im Versuchsmittel der Wert in den Knollen signifikant von 16,3 ± 0,7 auf 17,9 ± 0,9 % TM
bei Kupferanwendung an. Die drei untersuchten Sorten reagierten dabei unterschiedlich stark, jedoch stets mit einem signifikanten Trockenmasseanstieg bei
Anwendung von Kupferpräparaten nach dem ÖKOSIMPHYT-Modell (Abb. 2).
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Abb. 1: Trockenmassegehalt der Knollen dreier Kartoffelsorten, die jeweils
unterschiedlich stark mit Stickstoff versorgt worden waren (0, 40,
70 kg N ha-1).
Tab. 1: Antioxidative Aktivität und Phenolgehalt bei drei Kartoffelsorten mit
jeweils unterschiedlicher Stickstoffdüngung (0, 40, 70 kg N ha-1; MW
± STD).
SORTE
Allians
Anuschka
Belana
N-DÜNG
[kg N ha-1]
ORAC
[mmol TÄ kg-1 FM]
PHENOL
[mg GAE kg-1 FM]
0
40
18,2 ± 1,89
18,2 ± 1,43
521 ± 97,3 ab
473 ± 23,2 b
70
18,2 ± 1,79
528 ± 80,6 a
0
21,8 ± 2,87 ab
579 ± 77,4
40
23,3 ± 2,74 a
588 ± 67,6
70
21,5 ± 1,45
b
547 ± 29,5
0
40
70
24,2 ± 1,32
24,5 ± 2,75 b
26,7 ± 3,50 a
596 ± 22,7
605 ± 34,4
587 ± 30,7
b
(Unterschiedliche Buchstaben weisen auf signif. Unterschiede hin; p = 0,05)
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Abb. 2: Trockenmassegehalt dreier Kartoffelsorten. Unterschiedl. Buchstaben signalisieren signif. Unterschiede, p = 0,05.
Die antioxidative Aktivität war in den mit Kupfer behandelten Varianten (Prognosemodell ÖKOSIMPHYT) mit 21,5 ± 3,96 µmol Trolox-Äquivalent (TÄ) g-1 FM
gegenüber 22,2 ± 3,46 µmol TÄ g-1 FM in der unbehandelten Variante nur geringfügig niedriger (nicht signifikant). Hingegen fiel der Gesamtgehalt an phenolischen Verbindungen in der mit Kupfer behandelten Variante mit 544 ± 65,5 mg
Gallussäureäquivalent GAE kg-1 FM signifikant niedriger (p < 0,05) im Vergleich
zur nicht behandelten Variante mit 572 ± 72,5 mg GAE kg-1 FM aus (Abb. 3).
Abb. 3: Antioxidative Aktivität (links) und Phenolgehalt (rechts) in drei Kartoffelsorten. Unterschiedl. Buchstaben signalisieren signif. Unterschiede, p = 0,05).
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Antioxidantien und Phenolsäuren zeigten bei nur einer Sorte unter Einbeziehung der Ökosimphyt-Strategie einen signifikanten Zusammenhang (Daten
hier nicht gezeigt).
4.Diskussion
Der vorliegende Anbauversuch mit orientierendem Charakter deutete darauf
hin, dass es offensichtlich eine Reaktion der Pflanzen auf Pilzbefall gibt. Denn
die Trockenmassekonzentration war bei den unbehandelten Proben (Variante 1) signifikant niedriger. Fidalgo et al. (1993) führten dieses auf eine reduzierte Lebenszeit der Pflanze mit vorgezogener Abreife zurück. Wir konnten in
diesem Zusammenhang eine Zunahme der antioxidativen Aktivität und auch
eine erhöhte Gesamtkonzentration an phenolischen Substanzen in den Knollen feststellen. Spekulativ, da nicht experimentell untersucht, ist die Frage nach
dem Schicksal der antioxidativ wirksamen Substanzen im Blattapparat der
Pflanzen. Die Untersuchung von Simon et al. (2013) zeigte, dass die Pflanzen
gegenüber Sauerstoffradikalen mit einer erhöhten Bildung von Antioxidantien
reagieren, wobei diese Substanzen aber bei der Entgiftung der Radikale selbst
aufgebraucht werden. Dass ein unterschiedlich hohes Stickstoffangebot im vorliegenden Versuch keine Wirkung zeigte (die Trockenmassekonzentration ist
bei zunehmender N-Düngung rückläufig) deutete auf ein hohes Nährstoff-Nachlieferungsvermögen des Bodens hin, so dass keine Differenzierung über eine
zusätzliche Düngung erfolgen konnte.
5.Fazit
Kartoffeln reagieren sortenspezifisch auf Umwelteinflüsse. Erhöhter Stress
kann dabei zur vermehrten Bildung von Antioxidantien führen. Grundsätzlich
stellt sich damit die Frage, ob es angebracht erscheint, in der Wachstumsphase
der Pflanzen gezielt Stresssituationen zu provozieren, um dann im Erntegut eine
Erhöhung der antioxidativen Aktivität zu erreichen.
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6.Literaturangaben
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Qualitätsgerechte Winterbraugerste durch
bessere Sorteneigenschaften und zielgerichtete
N-Düngung
L. Meyer1, C. Guddat2
Landesanstalt für Landwirtschaft, Forsten und Gartenbau Sachsen-Anhalt,
Halle (Saale) 2Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, Jena
1
1.Einleitung
Die Erzeugung und Vermarktung von Braugerste ist an die Erfüllung anspruchsvoller Qualitätsparameter gebunden. Die weitere Verarbeitung des Rohstoffs
zum Malz ergibt ein Produkt mit hoher Spezifikation, das den technologischen
Anforderungen an den Brauprozess gerecht werden muss. Diese hohen
Ansprüche konnte bis vor wenigen Jahren ausschließlich die Sommerbraugerste erfüllen. Intensive Züchtungsarbeit hat dazu geführt, dass nun auch
Winterbraugerstensorten die geforderte Qualität erbringen, bei gleichzeitigem
Ertragsvorteil gegenüber den Sommerformen.
2.
Um Anbauempfehlungen für die qualitätsgerechte Erzeugung von Winterbraugerste geben zu können, wurden die beiden wichtigsten Produktionsfaktoren
Sorte und Stickstoffdüngung in Exaktversuchen im Rahmen eines Mehrländerprojektes an mehreren Standorten in Thüringen, Sachsen, Sachsen-Anhalt
und Bayern in den Jahren 2011-2013 geprüft. Die mehrjährigen Versuchsergebnisse zur Qualität von Gerste und Malz werden am Beispiel der Sorte WINTMALT in Relation zum Kornertrag dargestellt und bewertet.
Desweiteren ist ein seit 2008 in den Länderdienststellen des Sortenversuchswesens Sachsen, Thüringen und Sachsen-Anhalt angelegter Versuch zur Prüfung neuer Winterbraugerstensorten einbezogen.
Die Herstellung des Malzes und die anschließenden analytischen Bestimmungen erfolgten nach den einschlägigen MEBAK-Verfahren mit der Anpassung an
neue technologische Erkenntnisse.
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3.Ergebnisse
3.1
Qualitätsverbesserung der Sorten durch Züchtung
Im Landessortenversuch Winterbraugerste werden seit 2008 durch das
Bundessortenamt zugelassene Sorten auf Ertragsparameter und Qualität
unter den Bedingungen der mitteldeutschen Anbaugebiete geprüft. Im
Vergleich zu den Standardsorten WINTMALT und MALWINTA weisen die
Neuzulassungen der letzten Jahre, wie z. B. KWS ARIANE oder KWS JOY,
weitere Verbesserungen in einzelnen Malzqualitätsparametern auf. Damit
werden die Forderungen seitens der Verarbeitung nach gleichen Qualitäten wie
bei Sommergerste erfüllt. Insbesondere für die Landwirte ist aber die Erhöhung
der Wirtschaftlichkeit im Anbau zu sehen durch verbesserte Ertragsleistungen
der neuen Winterformen (z. B. KWS JOY).
Tab. 1:
Landessortenversuch Winterbraugerste (Mittelwerte der Jahre 2012
und 2013)
Parameter
Gerste
Sorte
Optimaler
WINTMALT
KWS ARIANE
KWS JOY
Vollgerste
95,1 %
95,4 %
96,6 %
Eiweiß
10,0 %
10,4 %
9,9 %
< 11,5 %
Extrakt
81,8 %
81,8 %
82,6 %
> 81,0 %
Friabilimeter
91,4 %
92,9 %
93,0 %
> 90,0 %
Viskosität
1,441
1,428
1,426
< 1,5 mPas
Eiweißlösung
47,7 %
48,5 %
47,2 %
40-50 %
Endvergärung
83,3 %
83,9 %
83,6 %
> 82,0 %
79,5 dt/ha
78,4 dt/ha
83,7 dt/ha
Bereich
> 90,0 %
Malz
Kornertrag
3.2
Optimale N-Düngung für bessere Qualität
Die Bemessung der Höhe der Stickstoffdüngung bei Braugerste dient nicht nur
zur Ausschöpfung des Ertragspotenzials der Sorten, sondern ist auch an die
Einhaltung der Obergrenze des Eiweißgehaltes gebunden. Handel und Verarbeitung belegen die Überschreitung von 11,5 % Eiweiß im Korn mit Preisabschlägen. Während Sommergerste eine einmalige Düngergabe im Frühjahr
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erhält, ist bei der Winterform eine Teilung der N-Gabe üblich. Bei zu spätem
zweiten Düngungstermin besteht die Gefahr der erhöhten Einlagerung von
Eiweiß im Korn. Mit der Testung von fünf unterschiedlichen Düngungsvarianten,
sollte das Optimum hinsichtlich Ertrag und Qualität ermittelt werden.
Das Ergebnis hinsichtlich des Kornertrages war eindeutig. Ab einer N-DüngerGesamtmenge von 120 kg/ha gab es keine signifikante Änderung im Ertrag. Die
Höhe der Teilgaben war nicht entscheidend.
Die Qualität der Gerste wird an Hand der Parameter Vollgersteanteil und Eiweißgehalt beurteilt. Auch hierbei zeigten die Ergebnisse, dass die Gesamtmenge
an N-Dünger in Höhe von 120 kg eine Obergrenze darstellt. Zum einen wird ein
hoher Vollgersteanteil garantiert, zum anderen wird der Schwellenwert von
11,5 % Eiweiß im Korn voll ausgeschöpft.
Tab. 2:
Malzeigenschaften in Abhängigkeit von der Höhe der N-Gabe (Mittelwerte der Jahre 2011-2013)
Düngung
Malzeigenschaften
(kg N/ha)
Extrakt
Friabilimeter
Viskosität
ELG*
EVG**
0
82,2 %
94,6 %
1,419 mPas
50,8 %
48,0 %
80
82,1 %
92,7 %
1,430 mPas
84,4 %
83,9 %
60 + 60
81,4 %
89,0 %
1,438 mPas
49,2 %
47,9 %
80 + 40
81,6 %
90,0 %
1,433 mPas
84,1 %
83,9 %
100 + 20
81,7 %
90,6 %
1,433 mPas
47,5 %
45,5 %
100 + 60
80,9 %
84,4 %
1,440 mPas
83,7 %
83,7 %
Optimaler
Wertebereich
>81 %
>90 %
<1,5 mPas
40-50 %
> 82 %
*ELG = Eiweißlösungsgrad **EVG = Endvergärungsgrad
Die Malzeigenschaften (Tab. 2) werden in starkem Maße durch den Eiweißgehalt im Korn und damit auch durch die Höhe der N-Düngung beeinflusst.
Die überhöhte N-Gabe von 160 kg N/ha führt folglich zu einer deutlichen, nicht
gewünschten Verschlechterung der Malzqualität. Bei einer Gesamtmenge von
120 kg N/ha bewegen sich die Extraktgehalte und auch die Mürbigkeit des Mal-
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zes (Friabilimeter) in für die Verarbeitung tolerierbaren Spannweiten. Auch die
weiteren ermittelten Parameter lassen keine negativen Auswirkungen auf den
Brauprozess erwarten.
4.Zusammenfassung
Die Ergebnisse mehrjähriger Versuche zur Sorteneignung und N-Düngungsoptimierung sind Bestandteil der Anbauempfehlungen für Winterbraugerste im
mitteldeutschen Anbaugebiet.
Die züchterische Verbesserung der Eigenschaften von Winterbraugerste durch
die Sortengeneration MALWINTA / WINTMALT wurde mit den jüngeren Zulassungen sowohl in der Ertragsleistung als auch in den Qualitätsparametern fortgesetzt.
Die Gesamtstickstoffmenge für die 1. und 2. N-Gabe soll – unter Berücksichtigung des Nmin-Gehaltes im Boden – 120 kg N/ha betragen (N-Sollwert). Dies
sichert die Einhaltung der Eiweißobergrenze im Korn von 11,5 %, die Erzielung
der geforderten Malzqualität in der Verarbeitung und dient der Ausschöpfung
des hohen Ertragspotenzials der Winterbraugerste.
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Wirkung von Biogasgülle/Gärrückstand auf
wichtige Bodenqualitätsparameter (Nährstoffe,
Schadstoffe, Bodenbiologie)
G. Dersch1, M. Swoboda2, K. Michel3
1
AGES, Wien, 2ARGE Kompost & Biogas NÖ, St. Pölten, 3BFW, Wien
1.Einleitung
Seit über 10 Jahren sind in Österreich mehr als 300 Biogasanlagen in Betrieb,
die nachwachsende Rohstoffe (Silomais, Zwischenfrüchte), Wirtschaftsdünger
aus der Tierhaltung und organische Abfälle (Speisereste, Fettabfälle, Abfälle
aus der Lebensmittelindustrie, etc.) als Gärsubstrat verwenden. Die nach dem
biologischen Abbauprozess anfallende Biogasgülle der NAWARO-Anlagen
(BGG) sowie die Gärrückstände der Abfall-Anlagen (GRS) werden zur Düngung
vor allem im Ackerbau eingesetzt Ob durch die langjährige und regelmäßige
Ausbringung von Biogasgülle (BGG) bzw. Gärrückständen (GRS) Parameter
der Bodenqualität beeinflusst werden, wurde auf 8 ackerbaulich genutzten Praxisflächen in 3 Jahren in NÖ geprüft. Als Referenzen wurden vergleichbare und
örtlich nahe liegende Ackerflächen mit regionsüblicher Bewirtschaftung herangezogen.
2.
Standorte: Gezielte Auswahl von acht Standorten mit regelmäßiger BGG/
GRS-Ausbringung von etwa 15 bis 25 m3/Jahr seit zumindest 6 Jahren und acht
Referenzflächen (je 3 im Nordöstl. Flach- und Hügelland und Alpenvorland, je
2 im Waldviertel), davon zwei Standorte von Abfallanlagen, die übrigen sechs
von Biogasanlagen mit nachwachsenden Rohstoffen und Wirtschaftsdüngern
als Gärsubstrat. Zur Beprobung wurde eine Teilfläche von 30 x 30 m je Standort
ausgewählt. Die Bodenformen der Standorte sind für die Region typisch.
Zeitpunkte der Beprobung: Herbst/Winter 2007/2008; Frühjahr 2011 und 2012
jeweils etwa 3-4 Wochen nach der Gülleapplikation, um unmittelbare Effekte
zum Zeitpunkt des Beginns des intensiven Wachstums zu erfassen, Tiefe der
Bodenprobenahme: 0-25 cm.
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Untersuchte Bodenparameter: Korngrößenverteilung des Feinbodens, Carbonatgehalt nach Scheibler, pH in CaCl2, P- und K-CAL, K in Wasser; Mg in CaCl2,
effektive Kationen-Austauschkapazität in BaCl2, Humus und Nges durch trockene Verbrennung, N-Nachlieferungspotential nach anaerober Bebrütung.
Hinsichtlich Bodenbiologie wurden folgende Parameter untersucht: Substratinduzierte Respiration (SIR), Basalatmung (BA), Gesamtmenge an PhospholipidFettsäuren (PLFAtot), die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft
wurde mittels PLFA-Analyse ermittelt: grampositiven und gramnegative Bakterien (gpB, gnB), Pilze, Actinomyzeten (AcM), vesikulären-arbuskulären Mykorrhiza (VAM), Protozoen und unspezifische Bakterien (usB) .
Von den Standorten mit Ausbringung von GRS wurden zusätzlich Proben
genommen und auf folgende Quartäre Ammoniumverbindungen (QAV) mittels
LC-MS/MS untersucht. Gehalte an Benzyldodecyldimethylammoniumchlorid
(BDDMAC), Benzyltetradecyldimethylammoniumchlorid (BTDMAC), Benzylhexadecyldimethylammoniumchlorid (BHDMAC), Didecyldimethylammoniumchlorid (DDAC) und Dioctadecyldimethylammoniumchlorid (DODMAC) wurden
gefunden, Benzylstearyldimethylammoniumchlorid, Didodecyldimethylammoniumchlorid, Ditetradecyldimethylammoniumchlorid und Dihexadecyldimethylammoniumchlorid wurden nicht nachgewiesen.
Statistische Auswertung: Vergleich der Differenzen der zwei abhängigen
Stichproben mittels SPSS-Prozedur T-TEST PAIRS (bei einer abhängigen
Versuchsanordnung mit Referenzflächen ist die Chance größer, vorhandene
Unterschiede als signifikant zu erkennen).
3.Ergebnisse
Säuregrad und Nährstoffgehalte incl. Humus (Tab. 1):
Die Daten zeigen tendenziell einen höheren pH-Wert mit BGG/GRSApplikation. Die Phosphorversorgung ist generell günstig und zeigt keine
Unterschiede. Der K-CAL-Gehalt ist hochsignifikant höher mit regelmäßiger
BGG/GRS-Ausbringung, beim wasserlöslichen K ist diese Differenz knapp
nicht signifikant. Durch die Beprobung recht bald nach der Ausbringung, was vor
allem wegen der bodenbiologischen Parameter erforderlich war, waren beide
K-Parameter erhöht im Vergleich zur 1. Untersuchung im Spätherbst. Beim
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Humusgehalt liegen keine signifikanten Unterschiede vor. Signifikant höher ist
das N-Nachlieferungspotential im Vergleich zu den Referenzflächen durch die
regelmäßige Ausbringung von BGG/GRS.
Tab. 1: Mittelwerte der chem. Parameter: pH, P-CAL, K-CAL und K-H2O in
mg/kg, Humusgehalt, N-Nachlieferung in mg/kg u. Woche, KAKeff in
cmol/kg und Ca, Mg, K und Na jeweils in % an KAKeff
Parameter
pH-Wert
P-CAL
K-CAL
K-H2O
Humus (%)
N-Nachlief.
KAKeff
Ca% KAK
Mg% KAK
K% KAK
Na% KAK
Nov. 2007
BGG/ Ref.
6,8/ 6,6
105/ 95
249/ 178
Mai 2011
BGG/ Ref.
6,8/ 6,7
96/ 109
290/ 232
127/ 113
2,53/ 2,76
61/ 50
16,9/ 19,1
79,4/ 81,8
14,3/ 12,5
5,3/ 4,7
0,61/ 0,40
2,85/ 2,91
64/ 46
16,4/ 16,7
80,4/ 81,4
14,1/ 13,4
4,6/ 4,0
0,48/ 0,26
Mai 2012
BGG/ Ref.
6,8/ 6,7
105/ 102
285/ 207
147/ 100
2,73/ 2,68
74/ 56
16,7/ 17,5
79,3/ 81,3
14,2/ 12,7
5,6/ 5,0
0,64/ 0,32
Austauschbare Kationen (Tab. 1):
Die Gesamtmenge an austauschbaren Kationen befindet sich mit etwa 17 cmol/
kg im mittleren Bereich. Ausgehend von den pflanzenverfügbaren Mg- und Kaliumgehalten, die im Mittel in der hohen Stufe D liegen, werden bei Mg die oberen
Richtwerte der %-Anteile an der KAK von 15 % erreicht und bei K von 5 % bereits
übertroffen. Die Unterschiede beim austauschbaren K (in cmol/kg) sind hochsignifikant. Ein signifikanter Unterschied liegt auch beim Na-Anteil an der KAK vor,
dieser Effekt wird durch die mit Gärrückständen gedüngten Flächen mit verursacht. Die elektr. Leitfähigkeit (Hinweis auf Salzgehalt) ist etwas höher mit BGG/
GRS (117 vs. 100 mS/cm; n.s.), die Gehalte befinden sich jedoch in einem unbedenklichen Bereich. Hinsichtlich der Aggregatstabilität zeigen sich bei einer
hohen Variabilität keine Differenzen beim Mittelwert: 30,5 vs. 31,1 %.
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Bodenbiologie:
Die biologische Aktivität eines Bodens kann durch viele unterschiedliche Parameter gemessen werden. Bei der Substratinduzierten Respiration wird der Boden mit Glucose versetzt und die unmittelbar folgende
Atmungsreaktion (CO2-Bildung) gemessen, damit wird die stoffwechselaktive
Mikroflora erfasst. Mit der Basalatmung wird der aktuelle ökologische Gleichgewichtszustand zwischen den Bodenorganismen und deren Tätigkeit bestimmt,
bei einer Störung kommt es entweder zu Beschleunigungs- oder Verzögerungsphasen. Die Ergebnisse der Substratinduzierten Respiration (SIR) und
der Basalatmung werden deutlich vom Standort und Termin der Beprobung
geprägt, zwischen den mit BGG/GRS gedüngten Flächen und den Referenzflächen liegen keine deutlichen Unterschiede vor (Tab. 2).
Die Phospholipid-Fettsäuren sind der Hauptbestandteil der Membranen (also
der äußeren Haut) der Mikroorganismen, die unterschiedlichen Pilze und Bakterien weisen sehr unterschiedliche Fettsäuremuster auf, die somit analytisch
unterschieden werden können. Da diese Fettsäuren nach dem Absterben der
Bodenflora rasch abgebaut werden, zeigt dieser Parameter ein aktuelles Bild
der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft in einem Boden an.
Die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft wurde mittels PLFAAnalyse ermittelt. Analog zu den bereits beschriebenen mikrobiellen Parametern waren die Unterschiede in den PLFA-Profilen zwischen den Jahren der Probenahme wesentlich stärker ausgeprägt als zwischen den Varianten mit BGG/
GRS und den Referenzflächen. Besonders auffällig war hierbei eine deutliche
Abnahme der Pilze: Während diese 2007 einen Anteil von 16 % an der mikrobiellen Gemeinschaft aufwiesen, lag dieser fünf Jahre später bei lediglich 2,7 %.
2012 waren die PLFA-Profile beider Varianten – abgesehen von einem etwas
höheren Anteil an gramnegativen Bakterien in den BGG/GRS-gedüngten
Böden – identisch. Gramnegative Bakterien werden durch den Eintrag an frischer organischer Substanz gefördert und treten daher vermehrt in Oberböden
mit höheren C-Gehalten und -Qualitäten auf.
Auch multivariante Auswertungsverfahren der Phospholipid-Fettsäuren (PLFA)
zeigten keine deutliche Trennung, wenn alle mikrobiellen Parameter einbezogen wurden. Der Eintrag von BGG/GRS verursachte daher kurz nach der Ausbringung keine Störungen der Zusammensetzung der Bodenmikroflora und
deren aktueller Aktivitäten.
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Tab. 2: Mittelwerte der Bodenbiolog. Parameter (SIR und BA in µgCO2/g
TS*h; PLFAtot in nmol/g TS) und Zusammensetzung der mikrobiellen
Gemeinschaft
Parameter
SIR
BA
PLFAtot
GpB (%)
GnB (%)
Pilze (%)
AcM (%)
uspB (%)
Protozoen (%)
VAM (%)
Nov. 2007
BGG/ Ref.
25,2/ 21,6
7,2/ 7,3
40,9/ 31,7
12,0/ 11,0
26,6/ 26,3
16,0/ 16,0
10,5/ 11,5
13,3/ 13,8
1,2/ 1,3
1,6/ 1,5
Mai 2011
BGG/ Ref.
28,2/ 36,3
10,9/ 11,9
45,8/ 46,6
12,0/ 11,3
24,0/ 23,9
13,1/ 15,4
12,4/ 12,4
14,4/ 14,8
0,9/ 0,8
2,8/ 2,4
Mai 2012
BGG/ Ref.
42,9/ 45,2
11,5/ 12,1
63,7/ 52,7
10,5/ 10,4
25,1/ 23,7
2,7/ 2,7
16,9/ 17,0
12,8/ 13,0
0,8/ 0,9
5,3/ 5,4
Quaternäre Ammoniumverbindungen (QAV):
QAV gehören zur Gruppe der kationischen Tenside, also Stoffe mit oberflächenaktiver Wirkung. Diese vereinen in ihrem Molekül eine hydrophobe (wasserabweisende) Alkylkette und eine hydrophile (wasserlösliche) Gruppe. Tenside reichern
sich an den fetthaltigen Zellmembranen lebender Organismen an und können so
die normalen Funktionen der Zellmembranen beeinträchtigen. Die mikrobiozide
(keimabtötende) Wirkung ist nur dann gegeben, wenn der am N-Atom gebundene
Alkylrest eine Kettenlänge von 8-18 C-Atomen aufweist. Bestimmte Verbindungen werden als Biozide u. a. zur Desinfektion in der Lebensmittelverarbeitung und
-industrie bzw. bei der Reinigung in Großküchen eingesetzt und unterliegen als
solche der Regulation durch die Biozid-Gesetzgebung.
Weil aus Vorerhebungen bekannt war, dass QAV in GRS von Abfallanlagen
vorkommen können, wurden die mit GRS gedüngten Böden dahingehend
untersucht. Bei Untersuchungen auf Böden mit BGG-Ausbringung waren
erwartungsgemäß keine QAV nachweisbar. Einige Wochen nach der GRSAusbringung im Mai 2011 waren einige QAV in beiden Böden nachweisbar
(Tab. 3). Um eine mögliche Akkumulation zu prüfen, wurden dieselben Standorte und ein weitere Fläche mit regelmäßiger GRS-Ausbringung im folgenden
Frühjahr etwa 10 Monate nach der letzten GRS-Ausbringung wieder untersucht
und anschließend nach der weiteren Applikation im Mai 2012 noch einmal.
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Das mögliche Risiko der QAV-Gehalte in den Böden wurde mit einer fachlichen
Interpretation der Analysedaten des Umweltbundesamtes Wien bewertet. Da
bei der Ableitung des PNEC ein Sicherheits- bzw. Bewertungsfaktor von 1000
angewendet wurde, die Substanzen weder persistent noch bioakkumulierend
sind, ist anzunehmen, dass die Gefährdung von Pflanzen gering ist, es kann
jedoch zu einer Beeinträchtigung der Mikroorganismen-Flora kommen. Bei
den parallel durchgeführten bodenbiologischen Verfahren wurden auf diesen
Standorten keine Störungen der Zusammensetzung der Boden-Mikroflora und
deren aktueller Aktivitäten festgestellt. Aufgrund der hohen Adsorption der QAV
an Bodenpartikel wird das Risiko für eine Kontamination des Grundwassers als
sehr gering eingeschätzt.
10 Monate nach langjähriger Ausbringung waren nur in geringen Konzentrationen eine QAV-Verbindung nachweisbar, davon ist kein Risiko zu erwarten. Alle
QAV werden daher innerhalb dieser Zeitspanne nahezu vollständig im Boden
abgebaut, eine Akkumulation ist nicht gegeben.
Tab. 3:
Bereich der QAV-Gehalte (in µg/kg trockenen Boden) auf 2-3 Standorten mit GRS-Ausbringung
Parameter
Mai 2011
März 2012
Mai 2012
BDDMAC
BTDMAC
BHDMAC
DDAC
DODMAC
250-370
110-280
< 5,5-59
32-130
14-15
n.n.
n.n.
n.n.-40
n.n.
n.n.
210-490
81-370
n.n.-59
8-150
n.n.
Weitere Parameter wie Bodenart und Schwermetallgehalte wurden untersucht,
es wurden keine Unterschiede zwischen mit BGG/GRS gedüngten Standorten
und den Referenzflächen gefunden (Dersch und Swoboda, 2014).
4.Zusammenfassung
Bei den meisten untersuchten Bodenparametern incl. Bodenbiologie liegen
keine Unterschiede zwischen regelmäßig mit BGG/GRS gedüngten Flächen
und regionsüblich bewirtschafteten Standorten vor. Vor allem die mit BGG/GRS
zugeführten Nährstoffe N und K führen zu Steigerungen des N-Nachlieferungspotentials und der pflanzenverfügbaren und austauschbaren K-Gehalte. Trotz
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geringer Abweichungen der Kationenanteile vom optimalen Bereich war keine
Beeinträchtigung der Bodenfruchtbarkeit und der Bodenbiologie feststellbar,
die Ergebnisse der Aggregatstabilität lassen auf keine ungünstigen Auswirkungen hinsichtlich der Bodenstruktur schließen.
Eine Eingangskontrolle der Ausgangsmaterialien bei Abfallanlagen oder des
GRS hinsichtlich Salzbelastung (wegen der Zunahme des Na-Anteils am Austauscher) und auf Tenside (durch Verwendung von desinfizierenden Reinigungsmittel wie z. B. Quaternäre Ammoniumverbindungen, die im Boden einige
Wochen nach der Ausbringung noch nachweisbar sind, jedoch innerhalb von
10 Monaten fast vollständig abgebaut werden) erscheint angezeigt. Eine damit
zusammenhängende Beeinflussung der biologischen Bodenparameter wurde
nicht gefunden, obwohl eine Beeinträchtigung der Mikroorganismen-Flora des
Bodens in der Bewertung dieser Stoffe möglich erscheint.
Durch regelmäßige Bodenuntersuchungen ist eine wesentlich effizientere und
nachhaltigere Verwertung der BGG/GRS möglich, wenn gezielt Flächen mit
höherem K- und N-Bedarf zur Ausbringung ausgewählt werden. Weil es insgesamt keine weiteren Hinweise für Beeinträchtigungen der Bodenfruchtbarkeit
gibt, ist eine überbetriebliche Verwertung der BGG/GRS in der Region anzustreben, um die Nährstoffe bei gezielter Ausbringung auf unterversorgte Flächen
noch effizienter zu verwerten.
5.Literaturangaben
Dersch, G., Swoboda, M., 2014: Wirkung von Biogasgülle und Gärrückständen
auf die Bodenqualität. ALVA – Tagungsbericht 2014, 78-80.
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Schwermetallaufnahme von Mais aus
karbonisierten Klärschlämmen in Abhängigkeit
von der Art der P-Fällung
K. Friedrich, M. Mertens, B. Mindermann, T. Appel
Fachhochschule Bingen, Bingen
1.Einleitung
Die landbauliche Verwertung von Klärschlämmen führt den Phosphor (P)
zurück in den Nährstoffkreislauf. Durch das Karbonisieren des Klärschlamms
mittels Pyrolyse entsteht eine lagerfähige Klärschlammkohle (KSK), bei der
durch die Temperatur von über 500 °C Keime abgetötet und organische Schadstoffe, z. B. endokrin wirksame Substanzen, zerstört werden. Schwermetalle
aus dem Klärschlamm volatilisieren teilweise und werden über die Abgaswäsche entfernt. Die in den Kohlen verbleibenden Schwermetalle könnten jedoch
eine hohe Mobilität aufweisen und von den Pflanzen in größerem Maße aufgenommen werden. Für die landbauliche Verwertung ist es entscheidend, dass die
mit der Kohle ausgebrachten schädlichen Schwermetalle (SM) möglichst gering
pflanzenverfügbar sind. Mikronährstoffe wie Zink und Kupfer hingegen sollen
gut von den Pflanzen aufgenommen werden. In einem Gewächshausversuch
wurde die Schwermetallaufnahme in vier Kohlen untersucht, die durch Karbonisierung hergestellt worden waren. Zusätzlich wurde geprüft, ob sich veraschte
Klärschlammkohle von Klärschlammasche in der Schwermetallaufnahme
unterscheidet. Die SM-Aufnahme der P-Recyclingprodukte wurde anhand des
Trockenmasseertrages, der SM-Konzentrationen im Maisaufwuchs sowie der
SM-Aufnahme in den Spross bewertet.
2.
Versuchsaufbau und -durchführung
In einem Gefäßversuch mit 12 Varianten à 6 Parallelen wurden die Kohlen eines
Eisen- (KSK Fe), eines Aluminium- (KSK Al), eines Eisen/Aluminium- (KSK Fe/
Al) und eines rein biologisch gefällten Klärschlamms (KSK Bio-P) verglichen.
Hergestellt wurden die Kohlen durch anaerobe Karbonisierung in einem Laborreaktor (PYREKA, Fa. PYREG, Dörth). Der Fe/Al-gefällte Klärschlamm und
dessen Kohle wurden zudem verascht und getestet (KS Fe/Al Asche bzw. KSK
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Fe/Al Asche). Die Karbonisierungs- und Veraschungsprodukte (Tab. 1) wurden
gemahlen und entsprechend einer Menge von 1,08 g P / Gefäß in einen schluffigen Lehm (pH 6,1; CAL-P 0,378 mg / 100 g) gemischt. Der mit Dünger gemischte
Boden (7,2 kg Boden-TS / Gefäß) wurde in Kick-Brauckmann-Gefäße gefüllt.
Zum Vergleich wurde außerdem eine Variante ohne P-Düngung (Kontrolle),
eine mit 0,36 g P (1/3 P) und eine mit 1,08 g P (P voll) je Gefäß in Form von CaDihydrogenphosphat gedüngt (jeweils mit und ohne CaO zur Kompensation der
Basizität der Kohlen und Aschen). Allen Varianten wurde ausreichend Mo, Mn
und Bor verabreicht. Zink und Kupfer wurden nicht appliziert. Die Böden in den
Gefäßen wurden auf ca. 60 % der maximalen Wasserhaltekapazität befeuchtet und 17 Tage im Gewächshaus aufbewahrt. Nach dieser 17-tägigen Inkubation wurden Bodenproben aus den Gefäßen entnommen und auf pH-Wert und
CAL-P untersucht.
Tab. 1:
Schwermetalle in den Klärschlammkohlen und -aschen
Variante
Pb
Cd
Fe-KSK
Al-KSK
KSK Fe/Al
Bio-P KSK
KS-Asche
KSK-Asche
66
110
180
140
240
240
1,7
1,8
5,2
3,8
6,5
6,6
Cr
17
25
20
18
12
20
Cu
mg/kg TS
4,8
6,0
8,1
5,8
10,4
10,3
Ni
7,9
48
15
16
8
18
Hg
<0,07
<0,07
<0,07
<0,07
<0,07
<0,07
Zn
16,3
20,6
32,3
29,7
42,1
42,0
Anschließend wurde Mais angebaut (sieben Wochen Vegetationszeit). Mais
hat ein langsames Wurzelwachstum in der Jugendentwicklung, verfügt über ein
schlechtes P-Aneignungsvermögen und hat einen hohen P-Bedarf. Die Kulturpflanze zeigt die P-Verfügbarkeit vor allem im frühen Stadium sehr empfindlich
an. Die Pflanzenproben wurden mit Salpetersäure aufgeschlossen (Mikrowellendruckaufschluss, VDLUFA, 2011) und die SM-Konzentrationen in den
Aufschlusslösungen mittels ICP-OES (Fa. Varian, VISTA AX) bestimmt. Durch
Multiplikation von Trockenmasseertrag und SM-Konzentration wurde die SMAufnahme berechnet. Die statistische Auswertung erfolgte mit einem R-Skript
(Student-Newman-Keuls-Test). Die Kontrolle ohne P-Düngung wurde durchgeführt, um die pflanzenverfügbaren SM-Reserven des Bodens zu beurteilen.
Mittelwerte mit gleichen Buchstaben über den Säulen in den Grafiken sind nicht
signifikant (p ≤ 5 %) verschieden, Fehlerbalken kennzeichnen ± Standardfehler
(SE) der Mittelwerte.
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3.
Abb. 1:
Trockenmasseertrag des Maisaufwuchses in Abhängigkeit von der
P-Düngung und der Kalkung; Mittelwerte ± SE
Abb. 2: Cadmium-Konzentrationen in der Mais-TM in Abhängigkeit von der
Art der P-Düngung und der Kalkung; Mittelwerte ± SE
Die Phosphordüngung steigerte das Wachstum der Maispflanzen signifikant
(Abb. 1). Die höchste Trockemasse (TM) erzielten die mit Dihydrogenphosphat
gedüngten P voll Varianten. Das zeigt, dass in dem Versuch die P-Versorgung den
Ertrag determinierte. Der Mais litt in der Kontrolle und in der 1/3-P-Variante unter
P-Mangel (Wuchsdepression und Anthocyanfärbung). Die Erträge der mit Klär-
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schlammkohle oder -asche gedüngten Pflanzen waren in allen Fällen höher als die
in den 1/3P-Varianten, und die Pflanzen hatten keinen visuell erkennbaren P-Mangel. Die Maiserträge der Varianten Fe/Al-, Al- und Bio-P-KSK waren nur wenig niedriger als die der P-voll-Variante. Die mit Fe-KSK und den beiden Aschen gedüngten
Pflanzen wuchsen geringfügig schlechter.
Phosphordünger, auch solche, die nicht aus Klärschlamm gewonnen werden, enthalten stets beachtliche Mengen an Cadmium (Grant und Sheppard, 2008). Cadmium (Cd) gehört deshalb bei den Phosphordüngern zu den kritischen Schwermetallen, auf die geachtet werden muss. Die höchsten Cadmiumkonzentrationen
wurden in der Kontrolle ohne Kalkkompensation gemessen (Abb. 2). Wir machen
dafür einen „Konzentrationseffekt“ in der extrem ertragsschwachen Variante verantwortlich. Diese Variante eignet sich deshalb nicht als Vergleich für die anderen
Varianten.
Abb. 3:
pH-Wert im Boden 17 Tage nach der Düngung in Abhängigkeit von dem
verwendeten P-Dünger und Kalkkompensation (Varianten in roten
Balken dargestellt); Mittelwerte ± SE
Abgesehen von dem Effekt der Ertragsbildung („Verdünnungseffekt“), spielt der pHWert im Boden für die Cd-Aufnahme eine zentrale Rolle. Das Kalken eines Bodens
vermindert deshalb die Mobilität des Cd im Boden (Andersson und Nilsson, 1974).
Die Düngung mit Brandkalk erhöhte den pH-Wert im Boden um 0,4 pH-Einheiten,
die Kohlen und Aschen hatten dagegen kaum einen Effekt auf den pH-Wert (Abb. 3).
Das erklärt die niedrige Cd-Konzentration im Aufwuchs der mit Brandkalk gedüng-
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ten Pflanzen in unserem Versuch. Die Cd-Konzentration in den mit Klärschlammkohlen oder -aschen gedüngten Pflanzen war in jedem Fall niedriger als in den mit
Dihydrogenphosphat, aber ohne Brandkalk gedüngten Pflanzen. Diese niedrigen
Cd-Konzentrationen beruhen vermutlich nicht nur auf der Basizität der Kohlen und
Aschen, denn ihr Einfluss auf den Boden-pH war wenig ausgeprägt (Abb. 3). Auch
ein „Verdünnungseffekt“ erklärt nicht die niedrigen Cd-Konzentrationen. Im Gegenteil, die Erträge waren in den mit Kohle und Asche gedüngten Varianten sogar etwas
geringer. Wir vermuten, dass das Cd in den Klärschlammkohlen und -aschen in
einer wenig pflanzenverfügbaren Form in den Recyclingdüngern vorhanden war.
Abb. 4:
Nickelkonzentrationen im Mais-Aufwuchs in Abhängigkeit von der Art
der P-Düngung und der Kalkung; Mittelwerte ± SE
Abb. 5:
Nickelaufnahme von Mais in Abhängigkeit von der Art der P-Düngung
und der Kalkung; Mittelwerte ± SE
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Die schädlichen Metalle Chrom und Nickel kommen in Stahllegierungen vor.
Die Kohlen und Aschen könnten durch diese Schwermetalle während der Karbonisierung durch den Stahl des Pyreg-Reaktors kontaminiert worden sein. Die
Analysenergebnisse zeigen am Beispiel von Nickel, dass durch die Düngung mit
Kohlen und Aschen das pflanzenverfügbare Nickel nicht vermehrt wurde (Abb. 4
und 5).
Schwermetalle wie Kupfer und Zink dienen den Pflanzen als Mikronährstoffe.
Sie werden mit dem Erntegut entzogen und ihre Rückführung in den Nährstoffkreislauf ist deshalb erwünscht. Am Beispiel des Zinks wird deutlich, dass
die Kohlen und Aschen in geringem Maß eine Zn-Düngewirkung aufwiesen
(Abb. 6).
Die Art der P-Fällung spielte für die Verfügbarkeit der schädlichen Schwermetalle nur eine untergeordnete Rolle (Abb. 2, 4 bis 6).
Abb. 6: Zinkaufnahme von Mais in Abhängigkeit von der Art der P-Düngung
und der Kalkung; Mittelwerte ± SE
4.Schlussfolgerung
Unabhängig von den Fällungsmitteln eignen sich karbonisierte Klärschlämme
als P-Recyclingdünger, weil sie zum einen eine gute P-Düngewirkung erzielen
und gleichzeitig auch den Transfer schädlicher Schwermetalle im Pflanzenauf-
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wuchs reduzieren. Insbesondere in Anbetracht der Cadmiumbelastung durch
Phosphordünger, die aus Rohphosphaten hergestellt werden, sind die aus Klärschlamm hergestellten Kohlen eine empfehlenswerte Alternative.
5.Literaturangaben
Andersson, A., Nilsson, K.O., 1974: Influence of Lime and Soil pH on Cd Availability to Plants, Ambio 3, 198-200.
Grant, C.A., Sheppard, S.C., 2008: Fertilizer impacts on cadmium availability in
agricultural soils and crops. Human and Ecological Risk Assessment 14,
210-228.
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 2011: Methode 2.1.3, Mikrowellenbeheizter
Druckaufschluss. In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und
Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. VII Umweltanalytik, 4. Aufl., VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
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Phosphorverfügbarkeit von mineralischen
Recycling-Phosphor-Düngemitteln und deren
Interaktion mit Bioeffektoren
I. Wollmann, K. Möller
Institut für Kulturpflanzenwissenschaften, Universität Hohenheim, Stuttgart
1.Einleitung
Vor dem Hintergrund der weltweiten Verknappung der Phosphatreserven werden Recyclingstrategien zur Gewinnung von Phosphordüngemitteln aus unserer
Nahrungskette in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Insbesondere im Ökologischen Landbau (ÖL) ist die P-Versorgung der Pflanzen eine besondere Herausforderung, da der Einsatz leichtlöslicher P-Düngemittel verboten ist. Kommunaler Klärschlamm stellt eine der wichtigsten Potenziale zur Gewinnung von
P-Recyclaten dar. P-Düngemittel können hierbei einerseits aus der flüssigen
Phase als Fällungs- und Kristallisationsprodukte, als auch aus Klärschlammasche (KSA) gewonnen werden. In dem hier vorgestellten Forschungsvorhaben
im Rahmen des CORE Organic II-Projektes IMPROVE-P (Improved Phosphorus Resource Efficiency in Organic Agriculture via Recycling and Enhanced
Biological Mobilization) wird die P-Verfügbarkeit von Recycling P-Düngemittel
aus der Klärschlammaufbereitung in einem Gefäßversuch untersucht. Bei den
getesteten Produkten handelt es sich um Struvit (MgNH4PO4 ˙ 6H2O) und eine
Klärschlammasche. Zusätzlich wird untersucht ob die Mobilisierung und Aufnahme von P aus Düngemitteln und Boden durch eine Applikation wachstumsstimulierender Mikroorganismen (Bioeffektoren) gesteigert werden kann. Die
untersuchten Bioeffektoren sind im ÖL bereits zugelassen. Ziel ist es, die Recycling P-Düngemittel auf ihre Verwendung im Ökologischen Landbau hin zu untersuchen.
2.
Der Gefäßversuch wurde im November 2013 angelegt mit der Testpflanze Trifolium pratense L., mit jeweils vier Pflanzen pro Gefäß. Das untersuchte Struvit
stammt aus dem sog. Stuttgarter Verfahren und wurde durch Rücklösung, Kristallisation und Sedimentation aus anaerob stabilisiertem Klärschlamm rückge-
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wonnen. Bei der untersuchten KSA handelt es sich um eine thermochemisch
mit MgCl2 behandelte, Schwermetall abgereicherte Mg-KSA aus dem sog.
ASH DEC® Verfahren. Als Kontrollvarianten gelten eine ungedüngte, sowie mit
Rohphosphat (PR) und Tripelsuperphosphat (TSP, hier Ca(H2PO4)2) gedüngte
Behandlungen. Bei den Bioeffektor Produkten handelt es sich um den Bacillus Amyloliquefaciens Stamm FZB42 und Pseudomonas sp. Proradix. Die
Applikation der Bioeffektoren erfolgte über den gesamten Versuchszeitraum im
vierzehntägigen Abstand mit einer Konzentration von je 2,00E + 08 cfu (colony
forming units) pro Gefäß. Die Produkte wurden jeweils einzeln in einer 2,5 mM
CaSO4-Lösung appliziert. Behandlungen ohne Bioeffektoren wurden zu jedem
Applikationstermin mit derselben Menge an CaSO4-Lösung versehen.
Das verwendete Substrat war ein Gemisch aus Quarzsand und einem schluffigen Lehm mit Gehalten an CAL-P von 2,2 mg P*100 g-1 TM und pH 7,2 (CaCl2)
in einem Boden-Sand Mischungsverhältnis von 2:1. Die P-Düngung erfolgte
gemäß einem Zielwert von 50 mg P kg-1 Boden TM. Zu Beginn des Versuchs
wurde eine N-Startgabe von 35 mg N kg-1 Boden TM zugegeben, im übrigen Verlauf erfolgte die N-Versorgung symbiontisch. Der im Struvit enthaltene Stickstoff
wurde in den übrigen Varianten ausgeglichen. Die Gefäßgröße betrug 1,8 l, pro
Behandlung wurden 5 Wiederholungen angelegt. Eine Bewässerung der Pflanzen erfolgte alle zwei Tage auf 50 % Wasserhaltekapazität des Substrats. Die
Ernte des Klees erfolgte in drei Schnitten, vier, sechs und acht Monate nach der
Aussaat. Die oberirdische Biomasse wurde jeweils auf Ertrag und P-Gehalt im
Pflanzenmaterial hin untersucht.
3.Ergebnisse
Die hier dargestellten Ergebnisse beziehen sich alle auf den zweiten Schnitt des
Rotklees, sechs Monate nach der Aussaat.
Die varianzanalytische Auswertung der Biomasseerträge des zweiten Schnitts
ergab keine Wechselwirkungen zwischen P-Düngemitteln und Bioeffektoren.
Die Unterschiede in der Biomasse zwischen den beiden Recycling P-Düngemitteln sind nicht signifikant (Abb. 1), jedoch lag der Biomasseertrag der StruvitBehandlung etwas höher als der mit der KSA-Behandlung. Beide Düngemittel
unterscheiden sich weder von der ungedüngten, noch von der mit Rohphosphat
oder TSP gedüngten Kontrolle. Signifikante Unterschiede bestehen lediglich
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zwischen der ungedüngten und der mit TSP gedüngten Kontrolle. Unterschiede
der Biomasseerträge zwischen verschiedenen Bioeffektor Behandlungen
waren nicht signifikant (Ergebnisse nicht dargestellt).
Abb. 1:
Mittlere Trockenmasseerträge (g) ± Standardfehler von Trifolium
pratense (2. Schnitt) in Abhängigkeit der P-Düngung. Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede zwischen
Behandlungen (p ≤ 0,05).
Die Auswertung der P-Abfuhr im oberirdischen Pflanzenmaterial zum Zeitpunkt
des zweiten Schnitts ergab keine Wechselwirkungen zwischen P-Düngemitteln
und Bioeffektor-Behandlungen. Die untersuchten Recycling P-Düngemittel
unterscheiden sich im Hinblick auf die P-Abfuhr zum Erntezeitpunkt nicht signifikant voneinander (Abb. 2), jedoch liegt auch hier der P-Gehalt in der Struvit-Behandlung höher als in der KSA-Behandlung. Beide Düngemittel unterscheiden sich nicht von der ungedüngten Kontrollvariante. Die P-Abfuhr der
Struvit-Behandlung ist jedoch nicht signifikant von dem der TSP-Kontrolle verschieden, während die Mg-SSA Behandlung, verglichen mit der TSP-Kontrolle,
signifikant geringere P-Abfuhren aufweist.
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Abb. 2:
Mittlere P-Abfuhr durch die oberirdische Biomasse (mg pro Gefäß)
± Standardfehler von Trifolium pratense zum Zeitpunkt des zweiten
Schnitts in Abhängigkeit der P-Düngung. Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede zwischen Behandlungen (p ≤ 0,05).
Im Hinblick auf die P-Abfuhr der oberirdischen Biomasse zum Zeitpunkt des
zweiten Schnitts konnten durch die Bioeffektor Behandlungen keine signifikanten Unterschiede gezeigt werden (Abb. 3).
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Abb. 3:
Mittlere P-Abfuhren durch die oberirdische Biomasse (mg pro Gefäß)
± Standardfehler von Trifolium pratense zum Zeitpunkt des zweiten
Schnitts in Abhängigkeit unterschiedlicher Bioeffektor-Behandlungen. ns = nicht signifikant (p ≤ 0,05).
4.
Diskussion
Aus den fehlenden Unterschieden in Biomasseertrag und den P-Abfuhren zwischen den Behandlungen mit Struvit, KSA, TSP und der ungedüngten Kontrolle (Abb. 1) lässt sich ableiten, dass Klee in der Lage ist selbst unter den für
eine P-Mobilisierung ungünstigen Bedingungen (pH-Wert der Bodenlösung
7,2) erhebliche Mengen an P zu mobilisieren. Denn in einem vergleichbaren
Versuchsansatz mit dem gleichen Boden und Mais als Testpflanze wurden
erhebliche Unterschiede zwischen den Varianten festgestellt (Ergebnisse nicht
dargestellt). Es ist anzunehmen, dass durch eine Protonenausscheidung des
symbiontisch mit N versorgten Rotklees zusätzlich P aus Boden und Düngemitteln mobilisiert wurden (Hauter und Steffens, 1985).
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Die P-Abfuhren in der Struvit-Behandlung unterschieden sich nicht von der
TSP-Behandlung. Dies deutet auf eine sehr hohe P-Pflanzenverfügbarkeit des
im Struvit kristallisierten P hin. Vergleichbare Ergebnisse zeigten Cabeza et al.
(2011) bei Mais, Römer (2013) bei Mais und Roggen und Massey et al. (2009)
bei Sommerweizen. Signifikant geringere P-Abfuhren als bei der TSP-Behandlung wurden durch die Düngung mit Mg-KSA erzielt. Die P-Verfügbarkeit aus
solchen Produkten ist unter den gegebenen Bedingungen (pH-Wert der Bodenlösung im neutralen Bereich) sehr gering, selbst der Rotklee war nicht in der
Lage eine zusätzliche P-Mobilisierung im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle zu bewirken. Dies stimmt mit Ergebnissen von Nanzer et al. (2014) überein, die in Gefäßversuchen mit Mg-KSA bei Weidelgras zeigen, dass die relative
Effektivität der Mg-KSA, verglichen mit einem leichtlöslichen P-Düngemittel, mit
zunehmender Alkalinität des Bodens abnimmt. Phosphor liegt in KSA je nach
P-Fracht des Ausgangsmaterials und Additiven während der thermochemischen Behandlung, überwiegend als Ca- und Mg-Phosphate wie Apatit und
Stanfieldit vor, so wird die P-Verfügbarkeit der KSA maßgeblich von den darin
enthaltenen P-Bindungsformen und deren Kristallisationsgrad bestimmt (Nanzer et al., 2012). Wachstumsfördernde Bakterien besiedeln natürlicherweise die
direkte Umgebung von Pflanzenwurzeln und können durch direkte und indirekte
Mechanismen das Pflanzenwachstum stimulieren. Sowohl Bacillus-, als auch
Pseudomonas-Stämme sind dafür bekannt, die Verfügbarkeit von Nährstoffen
in der Rhizosphäre beeinflussen zu können (Barrius und Solana, 2008, Saharan
und Nehra, 2011). In dem beschriebenen Versuch konnte durch eine regelmäßige Applikation von Bacillus und Pseudomonas jedoch durch keines der beiden Produkte eine Erhöhung von Biomasse oder P-Abfuhr durch das geerntete
Pflanzenmaterial erzielt werden (Abb. 3). Untersuchungen von Egamberdiyeva
(2007) mit Bacillus- und Pseudomonasstämmen zeigten eine Abhängigkeit
der stimulierenden Wirkung auf Wachstum und P-Aufnahme von Mais unter
anderem von der Nährstoffversorgung des jeweiligen Bodens. Dabei war der
stimulierende Effekt der Bakterien auf Wachstum und P-Aufnahme in einem
Boden mit geringerem Nährstoffgehalt höher als in dem gut mit Nährstoffen
versorgten Boden. Möglicherweise wurde dadurch auch hier der Effekt der Bioeffektor Behandlungen, verstärkt durch eine P-Mobilisierung und N-Fixierung
des Rotklees überlagert. Ob die Bioeffektor Behandlungen zu einer erhöhten
biologischen N-Fixierung beigetragen haben kann nicht beurteilt werden, da die
Nodulierung und der N-Gehalt des Rotklees nicht untersucht wurden. Allerdings
konnten auch keine sichtbaren Wachstumseinschränkungen durch N-Mangel
in den nicht mit Bioeffektoren behandelten Pflanzen festgestellt werden. Warum
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sich die untersuchten Bioeffektor Produkte nicht auf die erhobenen Pflanzeneigenschaften auswirkten, und unter welchen Bedingungen Wirkungen erzielt
werden können, bleibt daher Inhalt weiterer Untersuchungen.
Der Einsatz von Struvit als Düngemittel auf Standorten mit einem neutralen oder
alkalischen Boden-pH ist ein vielversprechender Ansatz, durch Ausbringung
eines P-Recyclates die P-Versorgung von Kulturpflanzen gezielt zu verbessern.
Bei der Evaluierung als Düngemittel für den ÖL müssen jedoch abschließend
noch andere Aspekte, wie etwa Schwermetall- und Schadstoffgehalte, sowie
der Energieaufwand im Herstellungsprozess mit berücksichtigt werden.
5.Literaturangaben
Barriuso, J., Solano, B.R., 2008: Ecology, Genetic Diversity and Screening
Strategies of Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR). Journal of
Plant nutrition: 1-17.
Cabeza, R., Steingrobe, B., Römer, W., Claasen, N., 2011: Effectiveness of
recycled P products as P fertilizers, as evaluated in pot experiments.
Nutrient Cycling in Agroecosystems 91, 173-184.
Egamberdiyeva, D., 2007: The effect of plant growth promoting bacteria on
growth and nutrient uptake of maize in two different soils. Applied Soil
Ecology, 36 (Suppl 2-3), 184-189.
Hauter, R., Steffens, D., 1985: Einfluss einer mineralischen und symbiontischen
Stickstoffernährung auf Protonenabgabe der Wurzeln, Phosphat-Aufnahme und Wurzelentwicklung von Rotklee. Z. Pflanenernaehr. Bodenk.
148, 633-646.
Massey, M.S., Davis, J.G., Ippolito, J.A., Sheffield, R.E., 2009: Effectiveness
of recovered magnesium phosphates as fertilizers in neutral and slightly
alkaline soils. J.Agron. 101, 323-329.
Nanzer, S., 2012: Evaluation of a phosphate fertilizer from sewage sludge
ashes: A journey from the molecule to the field. Dissertation for the degree
of Doctor of Sciences. ETH Zurich No. 20898..Nanzer, S., Oberson, A.,
Berger, L., Berset, E., Hermann, L., Frossard, E. (2014). The plant availability of phosphorus from thermo-chemically treated sewage sludge
ashes as studied by 33P labeling techniques. Plant and Soil, 1-18.
Römer, W., 2013: Phosphordüngewirkung neuer Phosphatrecyclingprodukte.
Zeitschrift für Agrarpolitik und Landwirtschaft, BMELV 91, 1.
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Stemann, J., Kabbe, C., Adam, C., 2014: Aus Wasser und Asche. PhosphorRecycling ReSource 2.
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Einfluss langjähriger Phosphatdüngung auf die
Cadmium-Gehalte in den Böden von statischen
Phosphat-Düngungsversuchen in Thüringen
V. König, W. Zorn
1.
Veranlassung und Zielstellung
In Thüringen werden seit 1993 statische Phosphat(P)-Steigerungsversuche
durchgeführt. Zielstellung dieser Versuche ist es, durch gesteigerte Düngergaben die P-Wirkung auf die Pflanzenerträge und die P-Gehalte in den Böden
von typischen Fruchtfolgen zu ermitteln. Im Zuge der jährlich differenzierten
P-Zufuhr wurden in der Versuchslaufzeit mit der Düngung stark unterschiedliche P-Mengen ausgebracht.
Es ist bekannt, dass die aus Phosphaterzen hergestellten P-Düngemittel in
unterschiedlichem Maße mit Cadmium (Cd) angereichert sind. Alloway (1995)
quantifiziert die Cd-Gehalte in Phosphat-Düngern im Bereich von 0,1-170 mg/
kg. Bei der Bewertung der Cd-Gehalte in P-Düngemittel erfolgt in der Regel der
Bezug auf den P-Gehalt, weil damit die Cd-Belastung im Vergleich der P- Dünger besser beurteilt werden kann. Die Düngemittelverordnung (DüMV) gibt
einen diesbezüglichen Grenzwert von 50 mg/kg P2O5 vor. Das muss im Düngemittelhandel berücksichtigt werden, zumal die häufig verwendeten Phosphaterze aus Marokko und Israel Cd-Gehalte im Bereich von 13-165 mg/kg P2O5
haben (Dittrich, 2009).
Demzufolge ist mit der Ausbringung von P-Düngern aus Phosphaterzen ein
kaum vermeidbarer Eintrag von Cd in die Böden verbunden. Dittrich und Klose
(2008) haben im Rahmen der Düngemittelverkehrskontrolle (DVK) in Sachsen
362 P-Düngemittel hinsichtlich ihrer Cd-Gehalte analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Cd-Gehalte in der Reihenfolge P-Dünger (60 mg/kg P2O5) > PKDünger (45 mg/kg P2O5) > NP-Dünger (30 mg/kg P2O5) > NPK-Dünger (18 mg/kg
P2O5) differieren. Daraus resultiert wiederum, dass teilweise ein erheblicher CdEintrag in den Boden erfolgt. Bei Zugrundelegung einer jährlichen P-Düngung
von 50 kg/ha P2O5 zur Abdeckung des mittleren Entzugs der Nutzpflanzen werden z. B. bei Verwendung eines P-Düngers ca. 3 g Cd/ha und Jahr in den Boden
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eingetragen. Theoretisch kann dieser Eintrag nach 22 Jahren analytisch (Nachweisgrenze 0,02 mg/kg) nachgewiesen werden (Abb. 1, nach Dittrich, 2009).
Abb. 1:
Cd-Eintrag durch P-Düngemittel in den Boden
Die Zielstellung der Untersuchungen bestand in der Ermittlung des Einflusses
einer langjährigen P-Düngung auf die königswasserlöslichen Cd-Gehalte in
den Bodenschichten in Abhängigkeit von den P-Düngungsstufen von statischen
Feldversuchen.
2.
Versuchsbasis und Methodik
Als Versuchsbasis sind P-Steigerungsversuche sehr gut geeignet, weil diese
jährlich mit differenzierten P-Mengen gedüngt werden.
Zur Auswertung kamen 5 statische P-Steigerungsversuche auf Muschelkalk-,
Buntsandstein- und Lösslehmstandorten, die überwiegend im Jahr 1993 angelegt wurden.
Geprüft werden im Versuch vier P-Düngungsstufen:
• ohne P-Düngung (Kontrolle)
• P-Entzug minus 30 %
• P-Entzug
• P-Entzug plus 30 %
Die Anlage erfolgte in vierfacher Wiederholung und randomisierter Anordnung.
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Für die P-Düngung wurde während der gesamten Laufzeit vorwiegend Triplesuperphosphat eingesetzt, nur in den ersten Versuchsjahren ist noch vereinzelt mit
Superphosphat gedüngt worden. Angaben zur Herkunft der Dünger und Analysendaten über die Cadmiumgehalte der eingesetzten P-Dünger liegen nicht vor.
Nach nahezu überwiegend 20-jähriger Versuchslaufzeit ist eine spezielle
Bodenprobenahme bis in 100 cm Tiefe vorgenommen worden. Dabei wurde von
jeder Parzelle jeweils eine Bodenmischprobe aus 0-20 cm, 20-40 cm, 40-60 cm,
60-80 cm und 80-100 cm Tiefe entnommen. Die Bodenproben sind luftgetrocknet und auf eine Korngröße < 2 mm abgesiebt worden.
In den Bodenproben wurden der CAL-lösliche Phosphor (P-CAL) und das
königswasserlösliche Cd analysiert.
3.Ergebnisse
Zunächst wurde der Einfluss der P-Düngung auf die P-CAL-Gehalte in den
Bodentiefen geprüft. Es zeigte sich, dass in allen Versuchen ein statistisch
gesicherter Anstieg der P-Gehalte mit zunehmenden P-Düngemengen in
0-20 cm Bodentiefe (Grenzdifferenz: 1,0) vorliegt. Dieser erstreckt sich teilweise
auch bis in 40 cm Bodentiefe [Grenzdifferenz: 1,5] (Abb. 2).
In den Abbildungen 2 und 3 handelt es sich um einen lehmigen Sandboden aus
unterem Buntsandstein mit einem Tongehalt von 11 %. Die P-Anreicherung
ist auf diesem Standort in geringem Maße auch noch in 40-60 cm Bodentiefe
vorhanden, während die tieferen Schichten keinen Einfluss der P-Düngung
aufweisen.
Die Cd-Gehalte in Abbildung 3 lassen zunächst den deutlichen Unterschied
im Gehaltsniveau zwischen dem Oberboden bis 40 cm Bodentiefe einerseits
und den darunter liegenden Schichten andererseits erkennen. Die mittleren
Cd-Gehalte in den P-Düngungsstufen sind in der obersten Bodenschicht
0-20 cm leicht angestiegen und weisen keine gesicherten Unterschiede auf
(Grenzdifferenzen siehe Tabelle).
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4,625
7,425
9,025
2,55
2,25
2,675
2,125
2,425
2,175
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
100 cm
0,06
0,04
0,037
0,04025
0,039
0,08
0,12
0,125
0,1075
0,1175
0,03725
0,035
0,04
0,1
0,03475
0,03625
0,03875
0,12
0,106
0,1005
0,14
0,1475
0,1145
Mittlere P-CAL-Gehalte (mg/100 g Boden) im P-Steigerungsversuch
Bad Salzungen auf lehmigem Sand.
0,16
Cd (mg/kg Boden)
8,025
4,625
6,675
4,325
6,15
0,03675
0,0395
0,0395
Abb. 2:
7,625
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
4,525
4,9
3,475
2,325
2,1
PCAL (mg/100 g Boden)
20 cm
40 cm
60 cm
80 cm
0,02
100 cm
0
Abb. 3: Mittlere Cd-Gehalte (mg/kg Boden) im P-Steigerungs-versuch Bad
Salzungen auf lehmigem Sand
In den unteren Bodenschichten dieses Versuchs varieren die Cd-Gehalte kaum.
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Die Ergebnisse der anderen P-Steigerungsversuche sind in der Tabelle ersichtlich. Auch in diesen Versuchen sind die überwiegend deutlichen Unterschiede
zwischen den Cd-Gehalten der oberen 40-cm-Schicht und und der Schicht
40-60 cm erkennbar. Auf die Darstellung der Gehalte > 60 cm wurde verzichtet,
da diese mit der Schicht 40-60 cm weitgehend übereinstimmen.
In allen Versuchen ist der Trend leicht ansteigender Cd-Gehalte im Oberboden
erkennbar. Der Anstieg ist aber marginal und statistisch nicht gesichert.
Tab. 1:
Mittlere Cd-Gehalte in den P-Steigerungsversuchen
BodenVersuchsort
tiefe
(cm)
Dornburg
Bad
Salzungen
Friemar
Haufeld
Kirchengel
Prüfglieder P-Düngung
ohne P
P-Entzug
-30 %
P-Entzug
P-Entzug
+30 %
GD
mitt. Cd-Gehalte (mg/kg Boden)
20
0,23
0,25
0,27
0,28
0,05
40
0,17
0,21
0,18
0,19
0,06
60
0,11
0,11
0,10
0,11
0,02
20
0,11
0,11
0,12
0,15
0,05
40
0,10
0,12
0,13
0,11
0,02
60
0,03
0,04
0,04
0,04
0,01
20
0,24
0,25
0,25
0,25
0,17
40
0,25
0,25
0,25
0,25
0,03
60
0,14
0,13
0,14
0,13
0,03
20
0,34
0,35
0,36
0,36
0,05
40
0,29
0,22
0,27
0,23
0,06
60
0,20
0,20
0,24
0,23
0,07
20
0,24
0,24
0,26
0,26
0,03
40
0,21
0,21
0,22
0,21
0,04
60
0,11
0,11
0,13
0,11
0,05
Der beschriebene Status bestätigt sich in der regressionsanalytischen Auswertung der Ergebnisse am Beispiel des Versuches Bad Salzungen (Abb. 4).
Die Punktwolken der Werte im Oberboden lassen den schwachen Trend erkennen, dass mit ansteigenden P-CAL-Gehalten im Boden auch die königswasser-
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löslichen Gehalte ansteigen. Die Bestimmtheitsmaße weisen aber darauf hin,
dass nur ein lockerer Zusammenhang besteht.
In den unteren Bodenschichten sind nur noch in der Schicht 40-60 cm differenzierte P-Gehalte vorhanden. Die Cd-Gehalte der tiefer gelegenen Schichten
haben alle eine ähnliche Größenordnung.
Abb. 4:
Zusammenhang zwischen den P-CAL-Gehalten und den Cd-Gehalten im Boden im P-Steigerungsversuch Bad Salzungen auf lehmigem
Sand
4.
Fazit
Der Cd-Eintrag durch P-Düngemittel (Triplesuper- bzw. Superphophat)
bewirkte bei langjähriger Düngung im Zeitraum von ca. 20 Jahren einen analytisch messbaren, jedoch minimalen Anstieg der Cd-Gehalte in den obersten
Bodenschichten der Versuche.
Diese Cd-Anreicherung kann von Bedeutung in Ackerbaugebieten mit niedriger
P-Versorgung der Böden sein, wenn diese Böden gezielt aufgedüngt werden.
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Bei niedrigen Cd-Status der Böden (< Vorsorgewerte der Bundes-Bodenschutzund Altlasten-Verordnung) wird die Unbedenklichkeit der landwirtschaftlichen
Flächennutzung durch diesen Cd-Eintrag mittelfristig nicht beeinträchtigt. Hier
ist auch von Bedeutung, dass Cd infolge seiner relativen Mobilität ausgewaschen bzw. von Pflanzen aufgenommen und von der Fläche entzogen wird.
Aufgrund des Zusammenhangs zur P-Düngung ist die Kontrolle einer langfristigen Cd-Anreicherung im Boden durch kumulative Einträge auf Böden in den
Gehaltsklassen D und E durch Stichproben zweckmäßig.
Die Begrenzung der Cd-Gehalte in den P-Düngemitteln durch die Düngemittelverordnung auf 50 mg/kg P2O5 und Überwachung durch die Düngemittelverkehrskontrolle ist eine wesentliche Schutzmaßnahme.
5.Literaturangaben
Alloway, B.J., 1995: Schwermetalle in Böden – Analytik, Konzentrationen,
Wechselwirkungen. Springer-Verlag, ISBN3-540-62086-9, 48-49.
Dittrich, B., 2009: Cadmiumaustrag über Düngemittel, Bundesinstitut für
Risikobewertung -Statusseminar Cadmium – Neue Herausforderungen für die Lebensmittelsicherheit ?, Berlin, 7.7.2009.
Dittrich, B., Klose, R., 2008: Schwermetalle in Düngemitteln, Schriftenreihe der
Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft, Heft 3/2008.
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Mikronährstoffstatus sächsischer Ackerböden
2013
R. Klose1, M. Grunert2, J. Kurzer2
Staatliche Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft Sachsen, Nossen, 2Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie Sachsen, Nossen
1
1.Anliegen
Zur Erzielung hoher Erträge in landwirtschaftlichen Kulturen ist neben einer
ausreichenden Versorgung der wachsenden Pflanze mit den Makronährstoffen Stickstoff, Phosphor oder Kalium auch eine optimale Versorgung mit einer
Reihe anderer Elemente, wie z. B. Kupfer, Mangan, Zink, Bor oder Molybdän,
die unter dem Begriff Mikronährstoffe zusammengefasst werden, notwendig. Im
Unterschied zu Makroelementen benötigt die Pflanze jedoch nur sehr geringe
Mengen der Mikronährstoffe. Unter Berücksichtigung des Gehalts im Boden ist
damit auch der Düngungsaufwand deutlich geringer. Demgegenüber können
jedoch schnell toxisch wirkende Konzentrationen erreicht werden. Der optimale,
durch Düngungsmaßnahmen anzustrebende Versorgungsbereich ist im Vergleich zu Makronährstoffen deutlich schmaler. Daher sollte eine auf der Grundlage effizienter und aussagefähiger Bestimmungsmethoden basierende Mikronährstoffdüngung erfolgen, mit der vorhandene Defizite ausgeglichen und ein
optimales Konzentrationsniveau in einer pflanzenverfügbaren Form im Boden
erreicht werden können. Allerdings wird in der Praxis den Mikronährstoffen häufig nicht die notwendige Aufmerksamkeit entgegengebracht. Die Entwicklung
von aussagekräftigen Untersuchungsmethoden durch agrarwissenschaftliche
Institutionen und ihre Kalibrierung an Pflanzenversuchen ist bei weitem nicht auf
einem mit den Makronährstoffen vergleichbaren Stand, es besteht auch keine
Pflicht zur wiederkehrenden Bodenuntersuchung in festgelegten Zeitabständen.
• Die vorliegende Arbeit soll einen Überblick über die Versorgung sächsischer
Ackerböden mit Mikronährstoffen geben.
• Ziel ist es, die generelle Versorgung einzuschätzen, mögliche Mangelgebiete auszuweisen und durch den Vergleich mit einem gleichartigen Monitoring der LfL im Jahr 2000 /1/ Veränderungen festzustellen.
• Weiterhin ist die Diskussion methodischer Probleme Anliegen der Arbeit.
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2.
Als Untersuchungsmaterial standen Bodenproben von Acker-Dauertestflächen
(DTF) der Jahre 2009-2011 zur Verfügung, die im Rahmen der turnusmäßigen
Grunduntersuchungen gezogen wurden. Die Probenahmetiefe beträgt hierbei
0-20 cm. Aus den Grunduntersuchungen konnten pH-Wert und Humusgehalt
übernommen werden. Insgesamt wurden 791 Bodenproben in die Untersuchungen einbezogen. Davon kamen 53 Proben von alluvialen Standorten (Al),
199 von diluvialen (D), 315 von Lössböden (Lö) und 224 von Verwitterungsstandorten (V). Die Verteilung der Böden nach Bodenart zeigt die Tabelle 1.
Tab. 1:
untersuchte Böden nach Bodenart
Bodenart
Häufigkeit
Prozent
S (Sand)
20
2,5
Sl (anlehmiger Sand)
33
4,2
lS (lehmiger Sand)
154
19,5
SL (stark lehm. Sand)
120
15,2
sL (sandiger Lehm)
395
49,9
L (Lehm)
69
8,7
Die Bestimmung der pflanzenverfügbaren Anteile erfolgte nach VDLUFAMethodenbuch, Band I /2/
• für Cu, Mn und Zn nach der CAT-Methode, VDLUFA-MB I, A 6.4.1: Extraktion
des Bodens mit Calciumchlorid/Diethylentriaminpentaessigsäure-Lösung
für eine Stunde beim Raumtemperatur
• für B nach der CAT-Methode (siehe oben) und der Heißwassermethode,
VDLUFA-MB I, A.7.1.1: Extraktion des Bodens mit Wasser am Rückfluss für
5 Minuten
• für Mo nach der Heißwassermethode, VDLUFA-MB I, A.7.1.1 (siehe oben)
und an 220 Proben zusätzlich nach der Methode nach GRIGG /3/: Extraktion
des Bodens mit Ammoniumoxalat/Oxalsäure-Lösung für 12 Stunden bei
Raumtemperatur
• Die Bewertung der gemessenen Elementkonzentrationen erfolgte nach
einem drei Gehaltsklassen umfassenden Schema (TLL 2005) /4/.
In der Gehaltsklasse A wird dabei beim Anbau mikronährstoffintensiver Kulturen
durch eine Mikronährstoffdüngung ein deutlicher, z. T. signifikanter Mehrertrag
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erzielt. In der Klasse C wird nur dann eine Düngung empfohlen, wenn diese nicht
bereits durch andere Faktoren, z. B. org. Düngung oder pH-Veränderung des
Bodens, gewährleistet ist. Liegt der Gehalt in der Klasse E, reicht der Mikronährstoffgehalt des Bodens generell aus.
3.Ergebnisse
1. Kupfer
Für die Einschätzung der Pflanzenverfügbarkeit sind Bodengruppe, organische
Substanz und pH-Wert zu berücksichtigen. Danach ergibt sich für sächsische
Ackerböden eine insgesamt gute bis sehr gute Versorgung mit Kupfer (Abb. 1).
Mangelstandorte sind nur vereinzelt feststellbar. Al- und V-Standorte sind am
besten versorgt, aber auch D- und Lö-Standorte weisen hohe Anteile an Flächen
in der Gehaltsklasse E auf. Im Vergleich mit den Erhebungen aus dem Jahr 2000
ergibt sich ein Rückgang des pflanzenverfügbaren Kupfers, was sich in einer
Zunahme der Klasse C auf Kosten von E ausdrückt. Der Anteil schlecht versorgter Böden (Gehaltsklasse A) ist kaum angestiegen. Auffällig ist der Rückgang
der Gehaltsklasse E von 74 % auf 35 % bei Lössstandorten.
2. Mangan
Die pflanzenverfügbaren Mn-Gehalte sächsischer Ackerböden sind mit 92 bis
194 mg/kg hoch. Al- und Lö-Standorte sind am besten versorgt, D-Standorte
weisen im Mittel immer noch die Hälfte davon auf (Abb. 2). Auf leichten Böden
werden niedrigere pflanzenverfügbare Mn-Gehalte festgestellt als auf Böden
mit höheren Feinanteilen. Die Bewertung der Untersuchungsergebnisse erfordert bei Mangan die Einbeziehung des pH-Wertes und der Bodengruppe. Im
niedrigen pH-Bereich ist kein Mn-Mangel zu erwarten, während mit steigendem
pH höhere Mn-Gehalte notwendig sind, um einen Mangel zu verhindern. Ein
Manganmangel tritt auf den geprüften Böden praktisch nicht auf. Nur auf diluvialen, leichten Böden wurde sehr vereinzelt Mn-Mangel beobachtet. Fast alle
Standorte sind hoch versorgt. Im Vergleich mit den Untersuchungen von 2000
sind nur geringfügige Veränderungen bei der Einschätzung des Gehalts an
pflanzenverfügbarem Mangan zu verzeichnen.
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Abb. 1:
Vergleich des Cu-Versorgungszustandes der Erhebungen 2000
(NSTE-00) und 2013 (NSTE-13)
3. Molybdän
Die Erfassung und Bewertung des Mikronährstoffs Molybdän ist schwierig.
Das liegt vor allem an methodischen Problemen. Im Methodenbuch Boden des
VDLUFA wird die Heißwasserextraktion (HWL) als Verbandsmethode ausgewiesen. Da hiermit zwei Elemente (Molybdän und Bor) mit einer Extraktionsmethode erfasst werden können, scheint dies ein rationeller Ansatz zu sein.
Die Methode nach GRIGG extrahiert pflanzenverfügbares Molybdän mit einer
oxalathaltigen Lösung bei einem pH-Wert von ca. 3,3. Dem liegt die Vorstellung
zugrunde, daß es sich bei pflanzenverfügbarem Molybdän in erster Linie um an
Fe-Oxidhydrat gebundenes Element handelt. Fe-Oxidhydrat kann ebenfalls
mittels Oxalsäure bestimmt werden. Diese Methode war die Grundlage der
Bestimmung des pflanzenverfügbaren Molybdäns in der DDR (TGL 25418/15)
und wird auch heute noch angewendet.
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Abb. 2:
Vergleich des Mn-Versorgungszustandes der Erhebungen 2000
(NSTE-00) und 2013 (NSTE-13)
Es ist bekannt, dass der pH-Wert bei der Mo-Verfügbarkeit eine große Rolle
spielt. So tritt Mo-Mangel nur im sauren Bereich auf, mit steigendem pH wird Mo
pflanzenverfügbarer. Für die Bewertung der Mo-Pflanzenverfügbarkeit eines
Bodens wird deshalb nach Müller et al. (1964) zum Zahlenwert des Boden-pH
der zehnfache Zahlenwert des extrahierten Gehalt (in mg/kg) addiert und eine
sogenannte Mo-Bodenzahl errechnet. Liegt die Mo-Bodenzahl z. B. für sandige
Böden unter 6,4, so ist von einem Mo-Mangel auszugehen und eine Düngungsmaßnahme erforderlich.
Die Heißwassermethode verwendet dasselbe Bewertungsschema mit den
gleichen Zahlenwerten (VDLUFA-MB I 7.4.1). Da mit Heißwasser aber deutlich
weniger als mit Oxalat extrahiert wird (Tab. 2), wird häufig ein Mo-Mangel vermutet, wo nach der Oxalatmethode ausreichend oder sogar hochversorgte Böden
vorliegen (Abb. 3). Zur Information wurde auch der Mo-Gehalt im CAT-Extrakt
mitbestimmt. Er liegt in der Größenordnung des heißwasserlöslichen Molybdäns.
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Tab. 2:
Vergleich der Ausbeute verschiedener Mo-Extraktionsverfahren
(mg/kg)
Mo-Oxalat (mg/kg)
Mo-HWL (mg/kg)
Mo-CAT (mg/kg)
Mittelwert
0,312
0,027
0,027
Median
0,262
0,024
0,025
Minimum
0,088
0,001
0,003
Maximum
1,915
0,169
0,145
10. Perzentil
0,154
0,005
0,013
90. Perzentil
0,526
0,055
0,042
220
220
220
N
Auf Grund des fragwürdigen Bewertungsschemas sollte auf die Heißwasserextraktion verzichtet werden. Für Heißwasser- und auch für die CAT-Extraktion
fehlen an wesentlichen Ackerkulturen „geeichte“ Bewertungsschemata. Generell erscheint es aber möglich, Mo auch im CAT-Extrakt zu bestimmen.
Für die Einschätzung des pflanzenverfügbaren Molybdäns ist die Oxalatmethode nach Grigg (1953) zu verwenden. Auf Al-Standorten werden die höchsten
Gehalte pflanzenverfügbaren Molybdäns gemessen, mit zunehmendem Feinanteil im Boden steigt der Gehalt an. Die Mo-Versorgung sächsischer Ackerböden ist hoch. Lediglich bei D-Standorten ist mit vereinzeltem Mangel zu rechnen.
4. Zink
Die Bestimmung des pflanzenverfügbaren Zinks in Böden erfolgt ebenfalls mit
der CAT-Methode. Im Vergleich zu Mangan wird damit deutlich weniger extrahiert, die Werte sind eher mit denen des pflanzenverfügbaren Kupfers vergleichbar. Die höchsten Gehalte werden in Auenböden gemessen. Die Bewertung
der Extraktkonzentrationen erfolgt in Abhängigkeit vom Feinanteil in zwei Stufen. Mangelgebiete sind selten, treten nur vereinzelt in allen Bodengruppen auf
(Abb. 3).
Der Vergleich mit den Untersuchungen des Jahres 2000 zeigt für die natürlichen
Standorteinheiten unterschiedliche Entwicklungstendenzen. Während auf Dund V-Standorten ein geringer Rückgang des pflanzenverfügbaren Zinks festzustellen ist (Zunahme der Klasse C auf Kosten von E), ist auf Löss- und Auenstandorten eher eine geringe Zunahme zu verzeichnen.
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Abb. 3:
Vergleich des Zn-Versorgungsstatus der Erhebungen 2000 (NSTE00) und 2013 (NSTE-13)
5. Bor
Der pflanzenverfügbare Anteil an Bor in Böden kann nach der CAT-Methode
und nach der Heißwassermethode bestimmt werden. Mit beiden Methoden werden ähnliche Konzentrationen bestimmt, tendenziell sind die mit CAT gemessenen Werte etwas niedriger. Leichte Böden weisen geringere B-Gehalte auf als
schwere. Bormangel ist eher auf leichten Böden und damit auf D-Standorten zu
erwarten.
Die Ergebnisbewertung erfolgt unter Berücksichtigung der Bodenart und des
Boden-pH. Für saure Böden unter pH 5 ist die CAT-Methode nicht anzuwenden. Das Bewertungsschema der Heißwassermethode gleicht dem der CATMethode für Böden mit einem pH > 6. Für schwach saure Böden kommt es im
pH-Bereich > 6,0 wegen der unterschiedlichen Extraktionseffizienz der Methoden bei gleichem Bewertungsschema zu unterschiedlichen Bewertungen der
Bor-Pflanzenverfügbarkeit. Mittels CAT-Methode werden deutlich mehr unterversorgte Flächen ausgewiesen.
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Der Vergleich zu den Erhebungen aus dem Jahr 2000 kann nur an Hand der
CAT-Extraktion erfolgen. Dabei zeigt sich generell eine Abnahme des pflanzenverfügbaren Bor-Gehalts in den Böden und eine Zunahme unterversorgter Flächen (Abb. 4).
Abb. 4:
Vergleich des B-Versorgungszustandes der Erhebungen 2000
(NSTE-00) und 2013 (NSTE-13), CAT-Methode
4.
Diskussion und Schlußfolgerungen
Der Versorgungszustand sächsischer Ackerböden mit Mikronährstoffen in
pflanzenverfügbarer Form ist zumeist gut bis sehr gut. Vereinzelt zeigen leichte
Böden Mangel an. Im Vergleich zur Erhebung vor 10 Jahren deutet sich aber bei
verschiedenen Elementen ein leichter Rückgang der Gehalte an, so bei Cu, B
und teilweise bei Zn. Hier gilt es zukünftig mit Düngungsmaßnahmen gegenzusteuern, um stabile hohe Erträge zu sichern. Der landwirtschaftlichen Praxis ist
die Notwendigkeit auch einer Mikronährstoffdüngung besser zu verdeutlichen.
Seit der Entwicklung der CAT-Extraktion und ihrer Aufnahme im Jahr 2002 in das
VDLUFA-Methodenbuch Boden besteht die Möglichkeit, mehrere interessie-
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rende Mikronährstoffe kostengünstig und rationell in einem Extrakt zu bestimmen und ältere Einelementmethoden abzulösen. Das bedeutet eine beträchtliche Arbeitsersparnis im analytischen Labor. Die gemessenen Gehalte richtig
einzuschätzen, das heißt, Mangelstandorte von ausreichend versorgten Standorten scheiden zu können, erfordert aber eine Anpassung bzw. Neuerstellung
der Bewertungsschemata auf der Grundlage von Feldversuchen, wie sie bereits
von Fürchtenicht und Mählhop (1997) und Merkel (1997) gefordert wurde. Inwieweit die vorliegenden Bewertungsmodelle in dieser Art und Weise − und nicht
nur durch Umrechnung aus den Einzelelementmethoden − erstellt wurden, ist
nicht sicher. Für Cu und Zn dürfte die CAT-Methode die Pflanzenverfügbarkeit
richtig einschätzen. Auch die Versorgung der Böden mit pflanzenverfügbarem
Mangan sollte mit der CAT-Methode hinreichend sicher bestimmbar sein, der
Methode nach Schachtschabel bei pH 8 ist jedoch der Vorzug zu geben. Für die
Borbestimmung stehen zwei Methoden zur Wahl. Auch die Borbestimmung
kann aus dem CAT-Extrakt erfolgen, zumindest für Böden mit einem pH-Wert
über 5. Die Heißwasserextraktion ist dagegen ohne Einschränkung im gesamten interessierenden pH-Bereich anwendbar. Obwohl mittels CAT etwas weniger Bor extrahiert wird, wird bei pH > 6 für beide Extraktionsmethoden fälschlicherweise dasselbe Bewertungsschema verwendet. Dadurch wird mit dem
CAT-Extrakt eine geringere Versorgung mit Bor postuliert. Hier sollte durch
die Fachgremien der Verbände, z. B. des VDLUFA, eine Klärung erfolgen. Für
beide Methoden wünschenswert wären verlässliche, an Pflanzenversuchen
geeichte Mindestgehalte für die wesentlichen Ackerkulturen. Für Molybdän
kann die CAT-Methode zur Zeit nicht empfohlen werden, da ein verlässliches
Schema zur Ergebnisbewertung nicht existiert. Auch die Verbandsmethode des
VDLUFA (Heißwasserextraktion) sollte aus dem gleichen Grund nicht verwendet werden. Für Mo wird die Oxalatmethode nach Grigg (1953) in Verbindung mit
der Ermittlung der pH-abhängigen Mo-Bodenzahl empfohlen.
Um einen verbesserten Abgleich gemessener pflanzenverfügbarer Konzentrationen im Boden mit Gehalten in Pflanzen zu erzielen wird empfohlen:
• auf ausgewiesenen Mangelstandorten (Gehaltsklasse A) Pflanzenbeprobungen für Kulturen mit hohem Bedarf an einzelnen Mikronährstoffen durchzuführen, wobei auf erkennbare Mangelsymptome am Erscheinungsbild der
Pflanzen zu achten ist.
• im Abstand von zehn Jahren die Bestimmung des Mikronährstoffversorgungsstatus der sächsischen Ackerböden zu wiederholen, um unerwünschte Entwicklungen rechtzeitig zu erkennen
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• an die Fachgruppen I und II des VDLUFA heranzutreten mit der Bitte um Erarbeitung geeigneter Bewertungsschemata zur Einschätzung pflanzenverfügbarer Elementgehalte
5.Literaturangaben
Fürchtenicht, K., Mählhop, R., 1997: Ergebnisse von Untersuchungen nach
der CaCl2/DTPA-Methode an Freilandböden. In: Prüfung der Eignung
der CaCl2/DTPA-Methode nach ALT (CAT-Methode) zur Untersuchung
von Ackerböden auf pflanzenverfügbare Nährstoffe. Schriftenreihe des
VDLUFA, Band 45, 39-52, Kongressband 1997 Leipzig, VDLUFA-Verlag
Darmstadt.
Grigg, J., 1953: Determination of the available molybdenum of soils. New Zealand J. Sci., Techn. Sect. A 34, 405-414.
LfL, 2000: Monitoring des Versorgungszustands sächsischer Ackerböden mit
Mikronährstoffen. Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft 2000
(unveröffentlicht).
Merkel, D., 1997: Zusammenstellung von Ergebnissen vergleichender Untersuchungen mit der CAT-Methode und eingeführten Methoden zur Bestimmung von Magnesium, Mangan, Kupfer, Zink und Bor im Boden. In: Prüfung der Eignung der CaCl2/DTPA-Methode nach ALT (CAT-Methode)
zur Untersuchung von Ackerböden auf pflanzenverfügbare Nährstoffe.
VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 45, 91-126, Kongressband 1997 Leipzig,
VDLUFA-Verlag Darmstadt.
Müller, K., Wuth, E., Witter, B., 1964: Die Molybdänversorgung der Thüringer
Böden und der Einfluß einer Molybdändüngung auf Ertrag, Rohproteingehalt und Mineralstoffgehalt von Luzerne. Thaer-Archiv 8, 353-373.
TGL, 1978: 25418/1511-1978, Chemische Bodenuntersuchung: Bestimmung
des Molybdäns, Akademie der Landwirtschaftswissenschaften 11/1978.
TLL, 2005: Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft. Merkblatt zur Bordüngung in der Pflanzenproduktion.
VDLUFA-Methodenbuch Band I, Die Untersuchung von Böden. VDLUFA-Verlag Darmstadt.
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Entwicklung der pH-Werte und der
Nährstoffversorgung auf dem Ackerland von
Mecklenburg-Vorpommern im Zeitraum 1993-2013
H.-E. Kape, R. Pöplau, C. Nawotke
LMS Agrarberatung, Zuständige Stelle für landw. Fachrecht und Beratung (LFB)
Mit dem Ende der DDR musste sich auch in der Landwirtschaft der neuen Bundesländer die Wirtschaftsweise umstellen. Die Eigenversorgung mit Nahrungsmitteln
bei beschränkter Verfügbarkeit von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln sowie Technik und Treibstoffen war nicht mehr oberstes Handlungsgebot bzw. Rahmenbedingung für die Landwirte, sondern ein nahezu unbeschränktes Angebot aller Arten von
Produktionsmitteln sowie der freie Absatz der landwirtschaftlichen Produkte. Dies
führte u. a. dazu, dass der Viehbesatz auf einen Wert von teilweise deutlich unter 0,4
Großvieheinheiten/ha zurückging und damit der Anfall organischer Dünger stark
abnahm. Auch die Anbaustruktur änderte sich aufgrund der fehlenden Anbauvorgaben durch den Staat und passte sich schnell der Nachfrage an. Insbesondere der
Anbau von Raps und Winterweizen, die vom Markt stark nachgefragt wurden, nahm
deutlich zu, während z. B. der Anteil von Kartoffeln und Zuckerrüben in den Fruchtfolgen aufgrund der sinkenden Nachfrage bzw. den Veränderungen auf dem Zuckermarkt deutlich zurück gingen. Mit dem Abbau des Viehbestandes nach der Wende
ging auch der Maisanbau zunächst zurück, stieg aber in den letzten Jahren aufgrund
der Zunahme der Biogasanlagen wieder an. Der Abbau der Viehbestände hat den
Anfall von Wirtschaftdüngern deutlich reduziert. Der Wegfall seiner positiven Wirkung auf die Humusversorgung dürfte aber mit der Zunahme der Strohdüngung und
dem Rückgang des Hackfruchtanbaus kompensiert werden.
Von diesen Veränderungen war auch die Düngung und damit die Versorgung der
Böden mit Grundnährstoffen betroffen. Insbesondere der unbeschränkte Zugriff
auf Kalke und Magnesium sowie Stickstoff und die Mikronährstoffdünger führte zu
einem steigenden Einsatz dieser Nährstoffe. Beim Phosphor dagegen wurde trotz
Wegfalls der Kontingentierung der Einsatz reduziert. Seit Jahren wird deshalb auf
dem Ackerland mit der organischen und mineralischen P-Düngung im Mittel des
Landes die Abfuhr der landwirtschaftlichen Kulturen nicht gedeckt, es verbleibt ein
Defizit in einer Höhe von ca. 5-10 kg/ha P2O5. Beim Kalium übersteigt dagegen die
Zufuhr auf dem Ackerland die Abfuhr mit den Ernten um jährlich ca. 20-30 kg/ha K2O.
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Abb. 1:
Entwicklung der Anbauflächen auf dem Ackerland von MV (1990 entspricht 100 %)
Abb. 2:
Entwicklung des Düngemittelabsatzes in MV (in 1000 t)
Für die nachfolgende Beurteilung der Entwicklung des Nährstoffversorgungszustandes der Ackerflächen nach der Wende wurden die Bodenuntersuchungen der landwirtschaftlichen Praxis aus Mecklenburg-Vorpommern der Jahre
1993-2013 zusammengetragen und ausgewertet. Die Auswertung des pHWertes erfolgte erst ab dem Jahr 1996, da ab diesem Bodenuntersuchungsjahr
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die Einstufung der pH-Werte nach dem VDLUFA-Rahmenschema erfolgte. Für
den Nährstoff Magnesium ist ein Vergleich der Bodenuntersuchungsergebnisse vor und nach der Wende aufgrund der Umstellung von der Analyse nach
der CaCl2-Methode auf die DL-Methode 1992 über den Zeitraum vor 1993 nicht
möglich, so dass für die Grundnährstoffe der Auswertungszeitraum auf den Zeitraum 1993 bis 2013 beschränkt wurde.
In die vorliegende Auswertung gingen jährliche Untersuchungen von ca. 40 00050 000 Bodenproben ein. Lediglich für den Zeitraum 1993-1996 lag der Umfang
der untersuchten Bodenproben unter 25 000, da mit dem Wegfall der seit 1952
bestehenden Bodenuntersuchungspflicht in der DDR, die alle 4 Jahre die Untersuchung des Bodens auf die Makronährstoffe und den pH-Wert vorschrieb, ein
deutlicher Rückgang bei den Bodenuntersuchungen zu verzeichnen war. Erst
mit der Einführung der Düngeverordnung 1996 konnte wieder ein Anstieg der
Anzahl von Bodenuntersuchungen auf den jetzigen Stand erreicht werden.
Für die Auswertung wurde das gleitende Mittel über drei Jahre gewählt, um Einflüsse durch witterungsbedingte Sprünge bzw. subjektive Jahresentscheidungen der Praxis zu minimieren.
pH-Wert
Bei der Bodenreaktion zeigt sich, dass im Auswertungszeitraum von 1996 bis
2013 eine kontinuierliche Verbesserung eingetreten ist, deren Ursache in der
nicht mehr beschränkten Bereitstellung von Kalkdüngern und dem starken
Rückgang des Einsatzes von Schwefelsaurem Ammoniak nach der Wende zu
sehen ist.
Die Verbesserung des Bodenreaktionszustandes zeigt sich vor allem in der
Zunahme der Flächenanteile in der pH-Wert-Klasse D und der gleichzeitigen
Abnahme der Flächenanteile in der pH-Wert-Klasse B. Durch diese Verschiebung hat sich der Anteil der Flächen mit einem optimalen pH-Wert nicht wesentlich verändert. Die kontinuierliche Verbesserung der Bodenreaktion hat dazu
geführt, dass der Anteil der Flächen, die einen pH-Wert über dem Optimum
haben, in den letzten Jahren stetig gestiegen ist. Trotz der Abnahme der Flächen
mit suboptimalen pH-Werten ist der Anteil von Flächen mit pH-Werten in der
Klasse A auf einem niedrigen, aber relativ gleichbleibenden Niveau geblieben.
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Abb. 3:
Verteilung der pH-Wert-Klassen, Ackerland gesamt 1996-2013
Im Vergleich der Bodenarten fällt auf, dass die leichteren Böden ein ungünstigeres Bodenreaktionsniveau aufweisen, da hier ein zunehmender Anteil in die pHWert-Klassen E und D eingestuft wird. Als Ursache wird hier die von den Landwirten oft noch praktizierte „Einheitskalkung“ von ca. 2 t/ha Ware angesehen,
die dazu führt, dass leichte Böden, die schneller und leichter auf eine Kalkung
reagieren, dann einen überzogenen pH-Wert aufweisen.
Phosphor
Mit der Übernahme der Weltmarktpreise für P-Düngemittel nach dem Zusammenbruch des sozialistischen Wirtschaftssystems und dem drastischen Abbau
der Viehbestände ist es zu einem massiven Rückgang der Zufuhr von Phosphor gekommen. Dieses hat neben der erhöhten Abfuhr aufgrund des gestiegenen Ertragsniveaus dazu geführt, dass sich die P-Bilanzen in der Mehrzahl
der Landwirtschaftsbetriebe seit Jahren im negativen Bereich befinden. Diese
anhaltend negativen Phosphorsalden führen seit der Jahrtausendwende, also
nach ca. 10 Jahren suboptimaler P-Düngung, zu einem messbaren Rückgang
der pflanzenverfügbaren P-Bodengehalte, die sich vor allem in der Zunahme der
Gehaltsklassen B und A widerspiegelt. Im Vergleich des Niveaus von Bodenre-
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aktion und Grundnährstoffversorgung auf dem Ackerland weist der Phosphor,
nachdem Magnesium bis zur Jahrtausendwende den ungünstigsten Nährstoffversorgungsstatus aufwies, nunmehr die höchsten Defizite in der Nährstoffversorgung auf.
Abb. 4:
Verteilung der P-Gehaltsklassen, Ackerland gesamt 1993-2013
Aus der Literatur ist bekannt, dass die Phosphorverfügbarkeit im Boden von
der Bodenreaktion beeinflusst wird. Da diese sich in den vergangenen Jahren
in Mecklenburg-Vorpommern deutlich verbessert hat, ist davon auszugehen,
dass dieses sich positiv auf die Phosphorverfügbarkeit ausgewirkt hat und
dadurch der Rückgang des Phosphorversorgungszustandes nicht so stark
ausgefallen ist. Trotz des teilweise deutlichen Rückganges der Phosphorversorgung hat sich dieses noch nicht auf die Ertragsentwicklung ausgewirkt. Hier
scheint sich zu bestätigen, dass die Phosphornachlieferung aus dem Boden
selbst bei suboptimalem Phosphorgehalt (Gehaltsklasse A und B) noch ausreichend sein kann bzw. in diesen Gehaltsklassen eine unter dem Bedarf liegende,
aber frische Phosphordüngung hohe Erträge sichern kann.
Anders als beim pH-Wert ist bei der Phosphorversorgung zwischen den leichteren bzw. mittleren Standorten noch kein deutlicher Unterschied zu erkennen. Im
Vergleich mit den Standorten, die die höheren Tongehalte aufweisen, tendieren
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die leichteren Böden beim Phosphor zu einem geringfügig besseren Nährstoffversorgungsniveau.
Kalium
Das Kalium ist seit Jahrzehnten der Nährstoff, der in Mecklenburg-Vorpommern
den besten Nährstoffversorgungsstatus aufweist. Aufgrund des hohen Anteils
der Gehaltsklassen D und E liegt auf ca. 45-50 % der Ackerflächen die Kaliumversorgung deutlich über dem Optimum, der Gehaltsklasse C. Bis zur Jahrtausendwende hat sich die Gehaltsklassenverteilung beim Kalium trotz des Rückganges der Kaliumzufuhr aus der Viehhaltung im Wesentlichen nicht geändert.
Erst ab dem Jahr 2004 ist eine Zunahme der Flächenanteile in den Gehaltsklassen B und C bei gleichzeitigem Rückgang der Gehaltsklasse E zu erkennen. Ursache für diese Konstanz ist der nahezu gleichbleibende hohe Absatz
von mineralischem Kalium bei gleichzeitiger Zunahme der Kaliumrückführung
aufgrund der steigenden Strohdüngung durch den Rückgang des Viehbestandes und dem gleichzeitigen Anstieg des Raps- und Getreideanbaus. Daneben
dürfte der Rückgang des Anbaus von stark kaliumzehrenden Kulturen wie Kartoffeln, Zuckerrüben und Feldgras zur Schonung der Kaliumbodenvorräte beigetragen haben. Aus dem sehr hohen Nährstoffpotential des Bodens sowie den
häufig positiven Kaliumbilanzsalden ergibt sich auf dem Gebiet der Düngung
beim Kalium das größte Einsparungspotential.
Ähnlich wie beim Phosphor und anders, als aufgrund der Tongehalte
erwartet, weisen beim Kalium die leichteren Böden einen besseren
Nährstoffversorgungsstatus auf als die mittleren Böden. In den letzten 10 Jahren ist vor allem auf den besseren Böden ein Rückgang des Anteils der hoch
versorgten Kaliumgehaltsklassen D und E zu verzeichnen. Als Ursache für
diese Entwicklung der Kaliumversorgung ist eine nicht an den Standort bzw. den
Ertrag angepasste Kaliumdüngung zu benennen, d. h. sowohl die leichteren als
auch die schwereren Standorte werden unabhängig vom Ertragsniveau relativ
einheitlich gedüngt. Auch die Düngung mit Wirtschafts- bzw. Mehrnährstoffdüngern, bei denen die Stickstoff- bzw. Phosphorversorgung der Kulturen an erster
Stelle steht, trägt zur aktuellen Entwicklung der Kaliumversorgung bei.
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Abb. 5:
Verteilung der K-Gehaltsklassen, Ackerland gesamt 1993-2013
Magnesium
Aufgrund der geologischen Entstehung bestehen vor allem die mineralischen
Böden Mecklenburg-Vorpommerns aus magnesiumarmen Ausgangsgesteinen, die während der Vereisung nach Norddeutschland verfrachtet wurden. Die
organischen Böden (Nieder- und Anmoore), die nach der Vereisung in den Senken und durch Verlandung von Seen entstanden und in der Regel als Grünland
genutzt werden, weisen dagegen hohe bis sehr hohe verfügbare Bodenmagnesiumgehalte auf. Ursache hierfür sind die im Untergrund anstehenden kalk- und
magnesiumreichen Sedimente und Kalkablagerungen unter den Niedermooren.
Insbesondere auf den sehr leichten Ackerstandorten war vor der Wende sichtbarer Magnesiummangel oft Begleiter in den intensivsten Wachstumsphasen
der Bestände. Diese schlechte Magnesiumversorgung spiegelte sich in dem
hohen Anteil der Gehaltsklassen A und B sowie dem geringen Flächenanteil in
den Gehaltsklassen D und E etwa bis zum Jahr 2003 wider. Mit der freien Verfügbarkeit von Kalk und hier insbesondere den magnesiumhaltigen Kalken
sowie von reinen Magnesiumdüngern haben sich die pflanzenverfügbaren Mg-
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Gehalte seit der Wende auf den ackerbaulich genutzten Standorten stark verbessert. Auf dem Ackerland konnte der Umfang von schlecht und sehr schlecht
mit Magnesium versorgten Flächen von deutlich über 50 % auf gegenwärtig
ca. 33 % zurückgedrängt werden. Bei den Grundnährstoffen weist Magnesium
damit seit der Jahrtausendwende nicht mehr die ungünstigsten Versorgungsverhältnisse auf. Dabei ist leider festzustellen, dass der Anteil von überversorgten Flächen stark zunimmt, während der Flächenanteil mit einem sehr niedrigen
Magnesiumversorgungsniveau seit der Jahrtausendwende auf einem konstanten Niveau verharrt. Besonders auf den leichteren Böden wurden im Vergleich
zu den mittleren Böden die deutlicheren Verbesserungen im Nährstoffversorgungsstatus erzielt.
Abb. 6:
Verteilung der Mg-Gehaltsklassen, Ackerland gesamt 1993-2013
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Veränderungen der Phänologie bei Kulturpflanzen:
Indikatoren für den Klimawandel in BadenWürttemberg
H. Flaig1, J. Franzaring2, I. Holz2, A. Fangmeier2
1
LTZ Augustenberg, Karlsruhe, 2Universität Hohenheim, Stuttgart
1.
Phänologie und Klimawandel
Mit „Phänologie“ umschreibt man die im Jahreslauf periodisch wiederkehrenden Wachstums- und Entwicklungserscheinungen insbesondere von Pflanzen.
Bedeutsame phänologische Phasen sind bei Pflanzen beispielsweise Beginn
der Blattentfaltung, Beginn der Blüte, Fruchtreife, Beginn der Blattfärbung oder
Beginn des Blattfalls. Die Eintrittsdaten phänologischer Phasen stehen oft in
enger Beziehung zur Witterung und zum Klima. Aufgrund der hohen Korrelation
mit meteorologischen Parametern (vor allem der Temperatur) kann die Phänologie der Pflanzen als Wirkungsindikator des regionalen Klimas verwendet werden (Chmielewski, 2007). Phänologische Daten haben deshalb in den letzten
Jahren Eingang in die Klima- und Klimafolgenforschung gefunden.
2.
Auswertung der Phänologie- und Klimadaten in BadenWürttemberg
Der Deutsche Wetterdienst (DWD) unterhält ein phänologisches Beobachtungsnetz von derzeit ca. 1220 aktiven Stationen (Stand: Herbst 2014). Das
Beobachtungsprogramm enthält Entwicklungsstadien weit verbreiteter Wildpflanzen, Forst- und Ziergehölze, wichtiger landwirtschaftlicher Kulturen sowie
häufig angebauter Obstgehölze und Weinreben. Bei landwirtschaftlichen Kulturpflanzen werden neben ausgesuchten Entwicklungsstadien auch Daten zu
Bestellung und Ernte erhoben.
Ziel des Kooperationsprojektes des Instituts für Landschafts- und Pflanzenökologie der Universität Hohenheim mit dem Landwirtschaftlichen Technologiezentrum (LTZ) Augustenberg in Karlsruhe war die Auswertung phänologischer
Langzeit-Beobachtungen des Deutschen Wetterdienstes in Baden-Württemberg zu landwirtschaftlichen Kulturpflanzen im Zeitraum 1951 bis 2011. Einen
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Schwerpunkt bildete dabei der Vergleich der Zeiträume 1961-1990 (Klimanormalperiode der WMO) und 1991-2011. Die Beziehungen der Eintrittsdaten phänologischer Phasen zu Witterung und Klima sollten aufgezeigt und analysiert
werden.
Für Baden-Württemberg liegen aus dem Zeitraum 1951 bis 2011 (einschließlich) mehr als 2 Millionen Einzelbeobachtungen von insgesamt 656 Beobachtungsstationen vor. Während bis Anfang der 90er Jahre noch über 300 Stationen besetzt waren, waren es 2011 nur noch weniger als die Hälfte davon (136;
vgl. Anzahl der Stationen in Abb. 2). 100 Stationen haben eine Laufzeit von mindestens 50 Jahren, lediglich 19 erreichen die maximale Laufzeit von 61 Jahren.
Für den Zeitraum von 1951 bis 2011 liegen Daten zu 140 phänologischen Phasen landwirtschaftlicher Kulturen vor, wobei hier zwischen echten und unechten
Phasen unterschieden werden kann. Unter „unechten phänologischen Phasen“
versteht man solche, die stärker von Managemententscheidungen des jeweiligen Landwirtes abhängig sind (z. B. Beginn der Bestellung, Beginn der Ernte).
Allerdings hängen auch diese Entscheidungen von der jeweiligen Witterung (vor
allem den Niederschlägen) ab.
Für die Analyse der Klimadaten wurden durch die Landesanstalt für Umwelt,
Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LUBW) die Daten von 197
Stationen des sogenannten KL-Messnetzes des DWD als Tageswerte von 1950
bis 2011 bereitgestellt.
Im Vergleich der beiden Zeiträume 1961-1990 und 1991-2011 zeigt sich für
Baden-Württemberg, dass bei sehr vielen der 140 Phasen landwirtschaftlicher
Kulturpflanzen im jüngeren Zeitraum ein früheres Auftreten beobachtet werden
kann. Eine detaillierte Analyse wurde an 20 phänologischen Phasen von sechs
Kulturpflanzenarten (Hafer: 4, Winterweizen: 4, Wintergerste: 4, Winterraps: 3,
Zuckerrüben: 2 und Mais: 3 Phasen) vorgenommen. Der Hafer ist derzeit die einzige beobachtete Sommergetreideart, da die phänologische Beobachtung aller
anderen Sommergetreide vom DWD 1990 eingestellt wurde.
Die Daten wurden soweit möglich auf Plausibilität geprüft und in die relationale
Datenbank SQLite eingelesen. Alle (geo-)statistischen Analysen sowie die
Erstellung von Graphiken und Karten wurden mit der Open-source-Software R
durchgeführt.
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3.
Das Ährenschieben des Winterweizens als Beispiel
Die Phase des Ährenschiebens ist erreicht, wenn sich an etwa 50 % der
Halme die Spitzen der Ähren seitlich aus den Blattscheiden herausdrängen.
Im Vergleich der Mittelwerte setzt diese Phase 1991 bis 2011 etwa 10 Tage
früher ein als 1961-1990 (Abb. 1). Der lineare Trend (y = -0,1995 x + 553,0112,
p = 0,00001395, R2 = 0,275728) zeigt, dass die Phase im Beobachtungszeitraum
(1951-2011) eine Verfrühung von etwa 2 Tagen pro Dekade aufweist.
Abb. 1: Beginn des Ährenschiebens bei Winterweizen. Verlauf der arithmetischen Mittelwerte für die einzelnen Beobachtungsjahre über alle
Stationen in Baden-Württemberg (--o--o--). Gestrichelt sind laufendes 5-Jahresmittel, laufendes 10-Jahresmittel, linearer Trend für
den Zeitraum 1951-2011 und Mittelwert über alle Jahre (im Original
verschiedenfarbig). Die Mittelwerte für die Zeiträume 1961-1990 und
1991-2011 sind als waagerechte schwarze Linien markiert (Holz et al.,
2013).
Für die meisten der 20 ausgewählten Phasen wurden phänologische Karten
erstellt. Grundlage aller Karten sind die Mittelwerte der jeweiligen Phasen an
den einzelnen Beobachtungsstationen im entsprechenden Beobachtungszeitraum. Abbildung 2 zeigt eine flächendeckende Karte zur Phänologie des Ährenschiebens für ganz Baden-Württemberg. Sie wurde auf der Grundlage der Stationsmittelwerte und eines digitalen Höhenmodells mit einer Rasterauflösung
von 500 x 500 m interpoliert. Für die Interpolation der Karten wurden zwei Methoden in Kombination genutzt:
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• die höhenabhängige Regression mit Ausgleich der Residuen durch eine
Trendfläche als vertikale Interpolation;
• die abstandsgewichtende Interpolation (IDW – Inverse-Distance-Weighting
Interpolation) als horizontale Interpolation.
Abb. 2: Phänologische Flächenkarten für den mittleren Beginn des Ährenschiebens beim Winterweizen. Vergleich der Zeiträume 1961-1990
(links) und 1991-2011 (rechts). Schwarze Punkte markieren die Lage
der zu Grunde liegenden Beobachtungsstationen; davon ausgehend
Flächen- und Höheninterpolation. Die Verschiebung der Phänologie lässt sich besser aus der originären Farbskala (Angabe in „Tagen
nach Jahresbeginn“) herauslesen (Holz et al., 2013). „Ährenschieben
früher im Jahr“ bedeutet in dieser Darstellung in wärmeren Gebieten
eine dunklere Graustufe, in den Mittelgebirgen eine hellere.
Für die Erstellung der Karten konnten nur Stationen verwendet werden, die im
betrachteten Zeitraum über mindestens die Hälfte der Jahre besetzt waren.
Diese Reduktion der Berechnungsbasis führt dazu, dass sich in der Kartendarstellung der Beginn des Ährenschiebens im Mittel Baden-Württembergs zwischen den Zeiträumen 1961-1990 und 1991-2011 „nur“ um 8 Tage verfrüht hat
(gegenüber ca. 10 Tagen bei Einbeziehung aller Stationen, Abb. 1).
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4.
Veränderung der phänologischen Phasen in der Übersicht
Tab. 1:
Verschiebung der phänologischen Phasen (in Tagen) bei Kulturpflanzen als Differenz der Mittelwerte der Eintrittsdaten über alle phänologischen Beobachtungsstationen Baden-Württembergs zwischen den
Zeiträumen 1961-1990 und 1991-2011.
Kultur/
Phase
Bestellung
Auflaufen
Ährenschieben1
Gelbreife
Ernte
Vegetationszeit2
Kornbildungsphase3
Weizen
Gerste
-4
-7
-10
-15
-10
-3
0
-4
-6
-8
-14
-8
-2
0
Hafer
-4
-4
-7
-15
-10
-6
-3
Raps
-5
-4
-7
+2
+6
+9
Zuckerrübe
-5
-4
-6
+3
+7
-
Mais4
-5
-7
+5
+4
+11
-1
Hafer, Mais: Rispenschieben, Raps: Blüte, Zuckerrübe: Bestand geschlossen
Auflaufen bis Ernte. 3 Ährenschieben bzw. Blüte bis Ernte. 4Ernteverfahren
nicht gemeldet.
1
2
Im Vergleich zu 1961-1990 liefen die Getreidearten 1991-2011 ein paar Tage
früher auf und beschleunigten ihre Entwicklung bis zur Gelbreife weiter. Die
Ernte fand acht bis zehn Tage früher statt, so dass sich die Vegetationszeit
zwischen Auflaufen und Ernte um zwei bis sechs Tage verkürzt hat − obwohl
sich die potentielle Vegetationszeit (Tage mit Mitteltemperatur > 5 °C)
deutlich verlängert hat. Die Kornfüllungsphase hat sich bei Winterweizen und
Wintergerste nicht verändert. Die potentiell längere Vegetationszeit wird vom
Getreide also physiologisch nicht ausgenutzt, wohl aber von Raps, Zuckerrüben
und Mais: Raps und Zuckerrüben liefen vier Tage früher auf; Raps blühte im
Landesdurchschnitt etwa sieben Tage früher. Geerntet wurden beide Kulturen
etwas später; die Vegetationszeit dauerte somit etwa eine Woche länger. Auch
der Mais lief sieben Tage früher auf, schob allerdings seine Rispen fünf Tage
später als noch 1961-1990. Seine Vegetationszeit wurde um 11 Tage länger.
Die Veränderungen beim Mais sind auf Grund unterschiedlicher Ernteverfahren (Körnermais, Silomais, Corn-Cob-Mix) und des Einsatzes neuer Sorten
mit veränderten Entwicklungsgeschwindigkeiten schwer zu interpretieren und
sicherlich nur teilweise auf die Veränderungen durch den Klimawandel zurück-
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zuführen. Ernteverfahren und FAO-Reifezahl werden vom DWD erst seit 1991
erfasst. Deshalb konnte ein Vergleich zwischen den Perioden 1961-1990 und
1991-2011 nur für „Mais – Ernteverfahren nicht gemeldet“ durchgeführt werden.
Generell dürften sich die in den letzten 60 Jahren erfolgten Änderungen des
Sortenspektrums in den phänologischen Veränderungen niedergeschlagen
haben. Eine Auswertung solcher Effekte ist jedoch mit dem vorliegenden Datenmaterial nicht möglich, zumal wie im Fall der in den letzten Jahren zu beobachtenden Tendenz zu früher reifenden Getreidesorten bereits eine Reaktion der
Pflanzenzüchtung auf den Klimawandel zu vermuten ist. Die klaren phänologischen Tendenzen bei Wildpflanzen (Holz et al., 2010) weisen darauf hin, dass es
sich bei den Änderungen der Kulturpflanzen-Phänologie nicht nur um Sorteneffekte handelt.
5.
Zusammenhang zwischen phänologischen Beobachtungen
und Klimamessungen
Um geeignete Stationen für die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen
phänologischen Beobachtungen und konkreten Klimamesswerten auffinden zu
können, wurden folgende Auswahlkriterien festgelegt:
• In der Nähe (maximale Distanz: 2 km) der phänologischen Station sollte eine
Klimastation vorhanden sein.
• Die phänologische Station sollte eine Mindestlaufzeit von 40 Jahren haben.
• Von der phänologischen Station sollten mindestens Beobachtungen von 50
verschiedenen phänologischen Phasen der Feldfrüchte vorliegen.
Basierend auf diesen Auswahlkriterien wurden 16 phänologische Stationen
ausgewählt, die für die Analyse des Zusammenhangs zwischen phänologischen Beobachtungen und konkreten Klimamesswerten geeignet erschienen.
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meanDOY
Tmit.R2
cumTmit.R2
cumTmit0.R2
cumTmit5.R2
cumTmax0.R2
Frosttage.R2
FfTage.R2
Eistage.R2
Sommertage.R2
NN1.R2
NN10.R2
Station
Buchen
Donauesch.
Eberbach
Heidenheim
Hohenheim
Hüfingen
Mergentheim
Müllheim
Offenburg
Rottweil
Villingen
Vogtsburg
Jahre
Tab. 2: Vergleich phänologischer Beobachtungen mit Klimadaten an verschiedenen Stationen am Beispiel des Schossens von Winterweizen.
„Jahre“: Anzahl der Beobachtungsjahre für diese Phase an der jeweiligen Station. „meanDOY“: mittleres Eintrittsdatum der Phase (Tage
nach Jahresbeginn) an der jeweiligen Station. „R2“: Bestimmtheitsmaß der linearen Regression zwischen dem Eintrittstag der Phase
und dem jeweiligen Klimaparameter.
44
44
15
37
47
41
49
41
45
43
44
34
128
131
125
129
112
148
100
96
112
138
147
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0
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0,3
Tmit: Tagesmitteltemperatur beim Eintritt der Phase; cumTmit: kumulative
Summe der mittleren Tagestemperaturen bis zum Eintritt der Phase; cumTmit0: kumulative Summe der mittleren Tagestemperaturen über 0 °C bis zum
Eintritt der Phase; cumTmit5: kumulative Summe der mittleren Tagestemperaturen über 5 °C bis zum Eintritt der Phase; cumTmax0: kumulative Summe der
maximalen Tagestemperaturen über 0 °C bis zum Eintritt der Phase; Frosttage:
Anzahl der Tage mit Frost bis zum Eintritt der Phase (Frosttag: Tmin <= 0 °C);
FfTage: Anzahl der Tage ohne Frost bis zum Eintritt der Phase (frostfreier Tag:
Tmin > 0 °C); Eistage: Anzahl der Eistage bis zum Eintritt der Phase (Eistag:
Tmax <= 0 °C); Sommertage: Anzahl der Sommertage bis zum Eintritt der Phase
(Sommertag: Tmax > 25 °C); NN1: Anzahl der Tage mit mindestens 1 mm Niederschlag bis zum Eintritt der Phase (Regentage); NN10: Anzahl der Tage mit
mindestens 10 mm Niederschlag bis zum Eintritt der Phase (Starkregentage).
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Aus dieser Analyse ergab sich folgendes Bild:
• Insgesamt besteht erwartungsgemäß bei allen frühen Frühlingsphasen
(Beginn der Bestellung, Beginn des Auflaufens) ein starker Zusammenhang
zur Anzahl der Frosttage (je mehr Frosttage, desto später tritt die Phase ein).
• Viele Phasen des späten Frühlings und Sommers zeigen starke
Beziehungen zu den berechneten kumulativen Temperatursummen. Dies
gilt vor allem für den „Beginn des Schossens“ und den „Beginn der Blüte“.
• Bei den späteren Reife- („Beginn der Gelbreife“, „Beginn der Vollreife“)
und Erntephasen nimmt der Zusammenhang zu den kumulativen
Temperatursummen tendenziell wieder ab.
• Ein stärkerer Zusammenhang mit der mittleren Temperatur besteht vor
allem bei den späten Phasen (Erntephasen, Beginn des Auflaufens bei
Wintergetreiden).
• Nur sehr wenige Phasen zeigen einen leichten Zusammenhang mit den
berechneten Niederschlagsparametern (z.B. Sommerweizen – Beginn der
Bestellung).
Beispielhaft wird die Beziehung zwischen Klimaparametern und dem Schossen
des Winterweizens für die hier auswertbaren Klimastationen in Baden-Württemberg dargestellt (Tab. 2). Insgesamt zeigt der Vergleich, dass es trotz genereller
Übereinstimmungen erhebliche Unterschiede zwischen den einzelnen Stationen gibt. Ursache dieser Unterschiede sind vermutlich lokale Klimaphänomene
(Mikroklima).
Insgesamt zeigt der Vergleich der Phänologie- mit den Wetterdaten, dass für
das Einsetzen vieler phänologischer Phasen die Lufttemperatur entscheidend
ist. Dabei zeigen die kumulativen Temperatursummen bis zum Eintritt der Phase
einen wesentlich stärkeren Zusammenhang mit dem Eintritt der jeweiligen
Phase als die sonst häufig verwendeten Mitteltemperaturen. Niederschläge
sind hauptsächlich bei Bestellung und Ernte wichtig oder aber bei Sommerungen, die nicht mehr so sehr auf die Winterfeuchte bauen können.
Die beobachteten Veränderungen, vor allem bei den echten phänologischen
Phasen der Kulturpflanzen (z. B. Beginn der Gelbreife), sind sicherlich zum
größten Teil auf die Erwärmung durch den anthropogenen Treibhauseffekt
zurückzuführen. Sie sind in allen Teilen Baden-Württembergs zu beobachten,
wobei Regionen mit stärkerer Erwärmung in den letzten Jahrzehnten auch die
größten Veränderungen in der Pflanzenphänologie zeigten. Bei den unechten
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Phasen (z. B. Beginn der Bestellung) oder bei echten Phasen, die nachfolgend
stark von unechten Phasen abhängen (z. B. Beginn des Auflaufens), sind die
beobachteten Veränderungen in der Regel geringer als bei den echten phänologischen Phasen der Kulturpflanzen (z. B. Beginn der Gelbreife) oder bei den
phänologischen Phasen der Wildpflanzen (Holz et al., 2010).
6.Literaturangaben
Chmielewski, F.-M., 2007: Phänologie – ein Indikator zur Beurteilung der Auswirkungen von Klimaänderungen auf die Biosphäre. Promet 33 (1/2): 28.
Holz, I., Franzaring, J., Böcker, R., Fangmeier, A., 2010: Eintrittsdaten phänologischer Phasen und ihre Beziehung zu Witterung und Klima. Darstellung
und Auswertung phänologischer Langzeit-Beobachtungen des Deutschen Wetterdienstes in Baden-Württemberg. 120 S. Hrsg.: Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg
(LUBW), Karlsruhe. Download: http://www.fachdokumente.lubw.badenwuerttemberg.de, ID Umweltbeobachtung U96-U51-N10.
Holz, I., Franzaring, J., Fangmeier, A., Flaig, H., 2013: Lokale, regionale und landesweite Auswirkungen des Klimawandels auf die Phänologie von Feldfrüchten in Baden-Württemberg. Forschungsbericht KLIMOPASS, 148
S. im Auftrag des LTZ Augustenberg. Hrsg.: Landesanstalt für Umwelt,
Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LUBW), Karlsruhe.
Download: http://www.fachdokumente.lubw.baden-wuerttemberg.de,
ID Umweltbeobachtung U81-W03-N13.
7.Danksagung
Die Forschungen wurden durch das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg im Rahmen des Forschungsprogramms KLIMOPASS gefördert.
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Bewertung eines Kristallisationsprodukts
aus Schweinegülle: Produktqualität und
Düngewirksamkeit
H. Kurz1, R. Schulz2, G. Drescher1, S. K. Hütter2, S. Gesell2, T.
Müller2, H. Schenkel1
Universität Hohenheim, Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie, Stuttgart 2Universität Hohenheim, Institut für Kulturpflanzenwissenschaften, Stuttgart
1
In Gebieten mit intensiver Viehwirtschaft wird die Unterbringung von Gülle
wegen des Phosphor-Gehaltes wirtschaftlich schwierig. Zusätzliche Flächen
müssen zugepachtet werden, was die betriebswirtschaftlichen Kosten der
Betriebe belastet. Durch eine simultane Nährstoffentfrachtung werden die in der
Gülle gespeicherten Nährstoffe in eine transportfähige und dosierbare Verwertungsform überführt. Somit wird die regionale Absetzbarkeit des Substrates (als
Düngemittel für z. B. Sonderkulturen) gewährleistet.
Das vorgestellte Projekt zur Phosphatdüngewirksamkeit eines Kristallisationsproduktes aus Schweinegülle ist Teil eines Verbundprojektes zur Nährstoffentfrachtung der Gülle. Die P-Rückgewinnung erfolgt dabei mittels Kristallisation
der Ca-Phosphat-Verbindungen auf der Oberfläche von Festkörpern wie CaSilikat-Hydrat-Verbindungen (P-RoC-Verfahren).
Das P-RoC-Produkt als Dünger
Im Vergleich zu wasserlöslichen hoch konzentrierten Mineraldüngern sind
die P-Gehalte mit 4,5 % P2O5 (neutral-ammoniumcitratlöslich) relativ niedrig
(Tab. 1). Die P-Löslichkeit in neutraler Ammoniumcitratlösung deutet auf eine
gute Pflanzenverfügbarkeit hin. Neben P sind auch die Nährstoffe N, K und Mg
sowie Spurenelemente wie Fe, Mn, Cu und Zn enthalten (Tab. 2). Der Gehalt an
Schwermetallen wie Cd (< 0,1 mg kg-1) ist sehr gering.
-242 -
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Tab. 1:
Elementgehalte des P-RoC-Produktes
Element
Gehalt
Element
Gehalt
Nges [%]
1,0
Fe [mg kg ]
1240
-1
Cges [%]
4,6
Cu [mg kg ]
116
Corg [%]
2,9
Mn [mg kg-1]
826
K2O [%]
0,5
Mo [mg kg-1]
7
CaO [%]
11,3
Zn [mg kg ]
312
MgO [%]
1,6
-1
-1
Tab. 2: Darstellung der Phosphatlöslichkeiten eines P-RoC-Produktes im
Vergleich zu einem herkömmlichen Düngemittel
P-Dünger
P2O5Gehalt [%]
P-Gehalt
[%]
Löslichkeit [%]
wl-Fraktion
ncl-Fraktion
msl-Fraktion
P-RoC-Produkt
4,5
1,95
-
100
100
Triplesuperphosphat
46
20
> 93
100
100
Düngewirksamkeit
In zwei Gefäßversuchen mit Sommergerste und Ackerbohne (Abb. 2
und 3) auf einem Sandboden und einem Löß-Unterboden wurde die
Düngewirksamkeit des P-RoC-Produktes z. B. im Vergleich zu wasserlöslichem Triple-Super-Phosphat getestet. Dabei wurden unterschiedliche P-Mengen, 50 und 100 mg P kg-1 Boden, gedüngt. Alle anderen Nährstoffe waren ausreichend vorhanden.
Es zeigte sich, dass sich sowohl bei Sommergerste (Abb. 1), als auch bei Ackerbohne Wachstum und Phosphataufnahme zwischen dem P-RoC-Produkt und
Triple-Super-Phosphat insbesondere bei der höheren Aufwandmenge nicht
unterschieden.
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Abb. 1:
P-Aufnahme im Spross von Sommergerste (Gefäßversuch)
Abb. 2:
Gefäßversuch: Sommergerste mit unterschiedlichen Düngergaben
auf Sandboden
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Abb. 3: Gefäßversuch: Ackerbohne mit unterschiedlichen Düngergaben auf
Sandboden
Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass mit einer dem wasserlöslichen Superphosphat vergleichbar guten P-Verfügbarkeit und somit guten P-Düngewirkung
des n P-RoC-Produktes zu rechnen ist.
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P-Düngewirkung von karbonisierten
Klärschlämmen in Abhängigkeit von der Art der
P-Fällung
B. Mindermann, K. Friedrich, M. Mertens, T. Appel
1.Einleitung
Die landbauliche Verwertung von Klärschlämmen führt Phosphor zurück in den
Nährstoffkreislauf. Durch Karbonisieren des Klärschlamms mittels Pyrolyse
entsteht eine lagerfähige Klärschlammkohle (KSK). Prozesstemperaturen von
≥ 500 °C töten Keime ab und zerstören organische Schadstoffe, z. B. endokrin
wirksame Substanzen. Schwermetalle aus dem Klärschlamm volatilisieren
teilweise und werden über die Abgaswäsche entfernt. Für die landbauliche
Verwertung ist es entscheidend, dass der mit der Kohle ausgebrachte Phosphor (P) auch pflanzenverfügbar ist. In den Kläranlagen wird der Phosphor mit
unterschiedlichen Mitteln gefällt, um ihn aus dem Wasser zu entfernen. Die
Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors in den Klärschlämmen nimmt durch die
Fällungsmittel ab (Römer, 2013). Dieser Zusammenhang könnte auch für die
aus den Klärschlämmen hergestellten Kohlen gelten. In einem Gewächshausversuch wurde die P-Verfügbarkeit in vier Kohlen untersucht, die aus unterschiedlich gefällten Klärschlämmen durch Karbonisieren hergestellt worden
waren. Zusätzlich wurde geprüft, ob sich veraschte Klärschlammkohle von Klärschlammasche in der P-Düngewirkung unterscheidet. Die P-Düngewirkung der
P-Recyclingprodukte wurde anhand von Trockenmasseertrag, P-Konzentrationen im Aufwuchs sowie der P-Aufnahme in den Spross in Relation zu Ca-Dihydrogenphosphat bewertet.
2.
In einem Gefäßversuch mit 12 Varianten à 6 Parallelen wurden die Kohlen
eines Eisen- (Fe-KSK), eines Aluminium (Al-KSK), eines Eisen/Aluminium(Fe/Al-KSK) und eines rein biologisch gefällten Klärschlamms (Bio-KSK)
verglichen. Hergestellt wurden die Kohlen durch anaerobe Karbonisierung
in einem Laborreaktor (PYREKA, Fa. PYREG, Dörth). Der Fe/Al-gefällte Klär-
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schlamm und dessen Kohle wurden zudem verascht und getestet (KS-Asche
bzw. KSK-Asche). Die Karbonisierungs- und Veraschungsprodukte (Tab. 1)
wurden mit einer Fliehkraftkugelmühle gemahlen (Retsch GmbH, Haan) und
entsprechend einer Menge von 1,08 g P / Gefäß in einen schluffigen Lehm
(pH 6,1; CAL-P 0,378 mg / 100 g) gemischt. Der gedüngte Boden (7,2 kg BodenTS / Gefäß) wurde in Kick-Brauckmann-Gefäße gefüllt. Zum Vergleich wurde
außerdem eine Variante ohne P-Düngung (Kontrolle), eine mit 0,36 g P (1/3
P) und eine mit 1,08 g P (P voll) je Gefäß in Form von Ca-Dihydrogenphosphat
gedüngt (jeweils mit und ohne CaO zur Kompensation der Basizität der Kohlen
und Aschen). Die Böden in den Gefäßen wurden auf ca. 60 % der maximalen
Wasserhaltekapazität befeuchtet und 17 Tage im Gewächshaus aufbewahrt.
Nach dieser 17-tägigen Inkubation wurden Bodenproben aus den Gefäßen entnommen und auf pH-Wert und CAL-P untersucht.
Tab. 1:
Charakterisierung der Klärschlammkohlen des Versuchs
Variante
Al-Gehalt
g / 100 g TS
Fe-Gehalt
g / 100 g TS
P-Gehalt
g / 100 g TS
Fe-KSK
2,7
8,2
3,8
Al-KSK
6,0
2,7
6,2
Fe/Al-KSK
8,0
3,9
5,7
Bio-KSK
4,6
3,1
4,0
KSK-Asche
10,4
5,3
7,9
KS-Asche
10,6
5,0
7,8
Anschließend wurde Mais angebaut (sieben Wochen Vegetationszeit). Mais
hat ein langsames Wurzelwachstum in der Jugendentwicklung, verfügt über ein
schlechtes P-Aneignungsvermögen und hat einen hohen P-Bedarf. Die Kulturpflanze zeigt die P-Verfügbarkeit vor allem im frühen Stadium sehr empfindlich
an.
Als Folgekultur wurde Weidelgras gesät (sechs Wochen Vegetationszeit,
zwei Schnitte). Es durchwurzelt den Boden intensiv und regeneriert sich nach
der Ernte sehr schnell. Die effiziente P-Aufnahme des Weidelgrases zeigt die
P-Nachlieferung im Boden an. Die Pflanzenproben wurden mit Salpetersäure
aufgeschlossen (Mikrowellendruckaufschluss, VDLUFA 2011, Methode 2.1.3)
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und die P-Konzentrationen in den Aufschlusslösungen photometrisch durch
Fließinjektionsanalyse bestimmt. Durch Multiplikation von Trockenmasseertrag und P-Konzentration wurde die P-Aufnahme berechnet. Die statistische
Auswertung erfolgte mit einem R-Skript (Student-Newman-Keuls-Test). Die
Kontrolle ohne P-Düngung wurde durchgeführt, um die pflanzenverfügbaren
P-Reserven des Bodens zu beurteilen. Sie wurde beim Post-hoc-Test ausgeschlossen. Mittelwerte mit gleichen Buchstaben über den Säulen in den Grafiken sind nicht signifikant (p ≤ 5 %) verschieden.
3.
Die Kohlen und Aschen erhöhten den pH-Wert in dem neutralen Boden
nur wenig (Abb. 1). Durch die Gabe von 1,08 g P / Gefäß konnte in den
Mineraldünger- und den P-Recyclingvarianten die P-Gehaltsklasse C im Boden
erreicht werden (Daten nicht gezeigt). Der Mais litt in der Kontrolle und der
1/3-P-Variante unter P-Mangel (Wuchsdepression und Anthocyanfärbung). Die
Maiserträge der Varianten Fe/Al-, Al- und Bio-P-KSK unterschieden sich nicht
signifikant von der P voll-Variante (Friedrich et al., 2014). Die mit Fe-KSK und
den beiden Aschen gedüngten Pflanzen wuchsen geringfügig schlechter.
7,0
a
a
b
pH (CaCl2)
6,5
b
b
b
b
b
b
b
6,0
5,5
5,0
0
Abb. 1: PH-Wert im Boden in Abhängigkeit von der P-Düngung und der
Kalkung (Varianten gekennzeichnet mit „+ CaO“) 17 Tage nach der
Düngung; Mittelwerte ± SE
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P im Mais-Spross (g / kg TS)
3,0
a
2,5
a
a
a
a
a
a
a
a
a
2,0
1,5
1,0
0
Abb. 2: P-Konzentrationen in der Mais-TM in Abhängigkeit von der Art der
P-Düngung und der Kalkung (Varianten gekennzeichnet mit „+ CaO“);
Mittelwerte ± SE
P im Mais-Spross (mg P / Gefäß)
100
ab
90
80
60
50
abc
c
70
ab
a
ab
ab
bc
abc
d
40
30
20
10
00
Abb. 3: P-Aufnahme des Maises in Abhängigkeit von der P-Düngung und der
Kalkung (Varianten gekennzeichnet mit „+ CaO“); Mittelwerte ± SE
Die P-Konzentrationen im Mais waren, abgesehen von der ungedüngten Kontrolle, in allen Varianten etwa gleich (Abb. 2). Die Varianten P voll und 1/3 P unter-
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schieden sich nur wenig. Wir machen dafür einen „Verdünnungseffekt“ in der
wesentlich ertragsstärkeren P voll-Variante verantwortlich. Die P-Aufnahme
der gedüngten Varianten wurde nämlich durch den Ertrag determiniert (Abb. 3).
Die P-Aufnahmen der Aschen und die der Kohle des mit Eisen gefällten Klärschlamms waren etwas niedriger als die der anderen Kohlevarianten.
Sprossmasse Weidelgras
(g TM / Gefäß)
10
a
8
7
a
a a
9
bc a
abc
a abc a abc a
a
ab
a abc
a abc
a
c
6
5
04
Abb. 4: TM-Erträge des 1. und 2. Weidelgrasschnittes in Abhängigkeit von der
Art der P-Düngung und der Kalkung; die helleren Säulen markieren
den 2. Schnitt; Mittelwerte ± SE
Die Weidelgraserträge (Abb. 4) der Kontroll-Variante und der 1/3 P-Variante
stiegen vom 1. zum 2. Schnitt an, bei den übrigen Varianten verhielten sich die
Erträge gegenläufig. Das Wurzelwerk des jungen Weidelgrases konnte eine
ausreichende P-Versorgung in den beiden Varianten nicht gewährleisten, weshalb die Pflanzen langsamer wuchsen. Die signifikant niedrigeren P-Konzentrationen in der Sprossmasse dieser beiden Varianten zeigen die unzureichende
P-Versorgung an (Abb. 5). Die P-Aufnahme der Weidelgrasschnitte (Daten nicht
gezeigt) und des Maisaufwuchses (Abb. 3) zeigten dieselben Verhältnisse der
Düngevarianten zueinander an. Fe/Al-, Bio-, Al-KSK bewirkten ähnlich hohe
P-Aufnahmen wie die volle Ca-Dihydrogenphosphat-Düngung. Die Düngung
mit Fe-KSK bzw. mit den beiden Aschen führte zu geringeren P-Aufnahmen.
Diese Dünger setzen den Phosphor folglich nicht langsamer frei, sondern zeigten insgesamt eine geringere Wirksamkeit. Eine Langzeitwirkung der übrigen
Kohlen konnte in diesem Versuch nicht festgestellt werden. Die P-Aufnahmen
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verhielten sich mit zunehmender Vegetationsdauer ähnlich, wie die in der CaDihydrogenphosphat-Variante „P voll“.
4,5
a
P im Weidelgras-Spross
(g / kg TS)
4,0
a
3,5
c
c
ab
a
ab
a
ab
a
ab b
ab
3,0
2,5
a
c
b
b
b b
c
2,0
1,5
1,0
0
Abb. 5: P-Konzentrationen im 1. und 2. Aufwuchs des Weidelgrases in Abhängigkeit von der P-Düngung und der Kalkung, die helleren Säulen markieren den 2. Schnitt; Mittelwerte ± SE
Pvoll
Pvoll + CaO
P-Aufnahme in % von P-Aufnahme
Mineraldünger
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Fe-KSK
Al-KSK
Fe/Al-KSK
Bio-KSK
KSK-Asche
KS-Asche
Abb. 6: Gesamte P-Wirkung in Mais und Weidelgras in Relation zur Düngewirkung des Ca-Dihydrogenphosphat (= 100 %) ohne Kalkausgleich
(P voll) bzw. mit Kalkausgleich (P voll + CaO)
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Zusammengenommen über die Vegetationszeit des Maises und des anschließend angebauten Weidelgrases betrachtet, entsprach die P-Düngewirkung der
Recyclingdünger aus Klärschlämmen etwa 80 % bis 100 % der Wirkung des zum
Vergleich gedüngten wasserlöslichen Ca-Dihydrogenphosphats (Abb. 6).
Karbonisierte Klärschlämme eignen sich also als P-Dünger. Ihre P-Düngewirkung ist signifikant besser als die von Klärschlammaschen.
5.Literaturangaben
Römer, W., 2013: Phosphordüngewirkung neuer Phosphatrecyclingprodukte.
Berichte über die Landwirtschaft 91, 1-24.
Friedrich, K., Mertens, M., Mindermann, B., Appel, T., 2014: Schwermetallaufnahme von Mais aus karbonisierten Klärschlämmen in Abhängigkeit von
der Art der P-Fällung, VDLUFA Schriftenreihe Bd. 70, Kongressband
2014 Stuttgart, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 2011: Methode 2.1.3, Mikrowellenbeheizter
Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), 4. Auflage, Bd. VII
Umweltanalytik, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
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Phosphor-Düngewirkung von
säureaufgeschlossenem, karbonisiertem
Klärschlamm an drei Standorten mit Winterweizen
K. Friedrich, M. Klauth, M. Engelhardt, L. Coenen, T. Appel
1.Einleitung
In Deutschland fällt jährlich ca. 2 Mio. t Klärschlamm an, welcher ca. 55 000 mg
Phosphor (P) enthält. Durch die landwirtschaftliche Verwertung des Klärschlamms werden die Nährstoffe wieder dem Nährstoffkreislauf zugeführt.
In den letzten Jahren ist jedoch zunehmend eine thermische Verwertung des
Klärschlamms zu beobachten, wobei der Phosphor aus dem Klärschlamm
nicht oder nur in sehr geringem Umfang den Pflanzen zurückgeführt werden
kann (Römer, 2006). Eine Alternative zu den klassischen thermischen Verfahren bietet hier möglicherweise das Karbonisieren, um das Phosphat aus dem
Klärschlamm in einer pflanzenverfügbaren Form zu erhalten. Hierzu wird der
Klärschlamm in einem einstufigen Prozess unter allothermen Bedingungen
thermisch behandelt. Gewonnen wird dadurch eine phosphorreiche Klärschlammkohle (KSK). Allerdings ist Phosphor in Klärschlammkohlen, die bei
hohen Temperaturen hergestellt wurden, nur wenig in Wasser löslich und deshalb nicht gut für Pflanzen verfügbar (Schuh et al., 2013). Bei voll aufgeschlossenen Düngern, wie den Superphosphaten, wird das Rohphosphat deshalb mit
Säuren aufgeschlossen. Dadurch wird ein hoher wasserlöslicher Anteil erreicht.
Die Behandlung von Klärschlammkohlen mit mineralischer Säure könnte den
Phosphor somit auch in den Kohlen aufschließen.
In drei Feldversuchen wurde deshalb untersucht, wie eine Klärschlammkohle,
eine mit Schwefelsäure behandelte Klärschlammkohle und eine aus der Kohle
hergestellte Asche die P-Aufnahme von Winterweizen beeinflusst. Zum Vergleich wurde Superphosphat gedüngt. Anschließend wurden die Erträge von
Korn und Stroh sowie die P-Konzentration in der Trockensubstanz der Pflanzen
gemessen und miteinander verglichen.
-253 -
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2.
Für die Feldversuche wurden drei unterschiedliche, P-arme Standorte gewählt,
zwei Rekultivierungsböden in der Köln-Aachener Bucht und ein durch Erosion
geprägter Standort in Wendehausen/Thüringen (Tab. 1). An allen Standorten
wurde Winterweizen im Herbst 2013 gesät. Der P-Dünger wurde als Kopfdüngung im Frühjahr 2014 appliziert und mit Wasser eingespritzt. Kalium, Magnesium und Schwefel wurden ausgeglichen und per Hand parzellenweise appliziert. Stickstoff wurde einheitlich mit 200 kg N/ha, aufgeteilt auf 3 Gaben per
Düngerstreuer gedüngt.
Tab. 1:
Bodenkennwerte der drei Feldversuchsstandorte
Parameter
Einheit
CAL-P
Mg P/100 g
pH-Wert
Wende
hausen
Kölner
Bucht (K)
Kölner Bucht
(C)
1,3
2,1
3,2
7,2
7,6
7,6
CaCO3
g/100 g
1,8
7,6
7,1
Humus
g/100 g
3,4
0,80
0,90
Ton
Mas.-%
35,9
16,4
12,4
Sand
Mas.-%
9,7
4,5
3,1
Schluff
Mas.-%
54,4
79,15
84,5
Die P-Recyclingprodukte wurden in 6 Varianten à 6 Parallelen getestet (Parzellen: 2 m x 10 m). Hierzu wurde ein Klärschlamm mit einer von der PYREG
GmbH hergestellten Anlage bei ca. 650°C zu einer Kohle (KSK-GMH) karbonisiert. Durch die hohe Prozesstemperatur war der Phosphor im Karbonisat kaum
wasserlöslich. Um die Löslichkeit zu steigern, wurde die unbehandelte Kohle
gemahlen (KSK-GMH) und dann ein Teil der unbehandelten Kohle mit Schwefelsäure gemischt (2 kg H2SO4 (96 %) pro 9 kg, Variantenbezeichnung: KSKGMH-S). Ein anderer Teil der unbehandelten Kohle wurde bei 500 °C verascht.
Diese Asche (KSK-GMH-A) wurde ebenfalls als P-Dünger verwendet.
Die Karbonisierungs- und Veraschungsprodukte wurden vor dem Ausbringen
mit einer Schlagkreuzmühle gemahlen (Retsch GmbH, Sieb 2 mm) und entsprechend einer Menge von 8,75 g P / m2 ausgebracht. Zum Vergleich wurde außerdem eine Variante ohne P-Düngung (Kontrolle), eine mit 2,2 g P/m2 (1/2 P) und
eine mit 4,4 g P/m2 (P voll) in Form von Superphosphat (SSP) gedüngt.
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Der Winterweizen wurde Anfang bis Mitte Oktober 2013 ausgesät, und die
P-Dünger Ende März als Kopfdüngung appliziert. Das Getreide wurde Anfang
April mit selektiv wirkenden Herbiziden behandelt, außerdem wurden Fungizide
gegen Gelbrost und Mehltau sowie Modus und Cycocel zur Stabilisierung des
Halmes und ein besseres Korn-Strohverhältnis appliziert. Die Ernte des Weizens erfolgte am 20. August (Standort: Wendehausen/Thüringen) sowie am 22.
Oktober (Standorte: Köln-Aachener Bucht (C) & (K)) mittels Parzellenmähdrescher. Die TS-Erträge von Korn und Stroh wurden von jeder einzelnen Parzelle
separat bestimmt.
Die Kornproben wurden anschließend mit Salpetersäure aufgeschlossen
(VDLUFA, 2011), die Strohproben mittels Flusssäure (9,5 ml HNO3 und 0,5 ml
HF). Die P-Konzentrationen in den Aufschlusslösungen wurden dann photometrisch durch eine Fließinjektionsanalyse gemessen. Durch die Multiplikation von
Trockenmasseertrag und P-Konzentration wurde die P-Aufnahme berechnet.
Die statistische Auswertung erfolgte mit einem R-Skript (Student-NewmanKeuls-Test). Mittelwerte mit gleichen Buchstaben über den Säulen in den Grafiken sind nicht signifikant (p ≤ 5 %) verschieden. Fehlerbalken in den Grafiken
kennzeichnen den Standardfehler.
3.
Der wasserlösliche P-Anteil (in % vom Gesamt-P in der Kohle) wurde durch die
Schwefelsäure von fast 0 auf 12,5 % gesteigert (Abb. 1). Der Gesamt-P-Anteil
wurde durch eine trockene Veraschung mit anschließender Lösung in HNO3
ermittelt (= mineralsäurelösliches P). Der ameisensäurelösliche P-Anteil stieg
durch die Veraschung der Kohle von 31 % in der unbehandelten Kohle auf 51 %
in der Asche.
Die Recyclingprodukte wirkten an den drei Standorten sehr ähnlich.
Deshalb werden die Ergebnisse des Standortes Wendehausen beispielhaft
präsentiert. Die applizierten P-Dünger steigerten den Ertrag nicht (Abb. 2
und 3). Das war nicht nur an dem Standort in Wendehausen (CAL-P in der
Gehaltsklasse A), sondern auch an den Standorten in der Köln-Aachener Bucht
(Rekultivierungsböden; CAL-P in der Gehaltsklasse B; Daten nicht dargestellt)
der Fall.
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90
100%
80
80%
mg P / g
70
60
60%
50
40
40%
30
20
20%
10
0
GMH
GMH-S 7%
GMH-A
0%
SSP
Mineralsäure
68,8
43,7
83,8
87,1
Ameisensäure
31%
33%
51%
96%
Wasserlöslich
0,0%
12,5%
0,1%
67,0%
Abb. 1: Gesamt-P (linke Ordinate) in den Recyclingprodukten sowie Anteile
an H2O- und ameisensäurelösliches P am Gesamt-P (rechte Ordinate) in unbehandelter Kohle (GMH), mit Schwefelsäure gemischter
Kohle (GMH-S) und veraschter, unbehandelter Kohle (GMH-A) im
Vergleich zu Superphosphat (SSP).
TM-Ertrag von Weizenkorn in dt / ha
120
100
a
a
Kontrolle
1/2 P
a
a
a
a
Fe-KSK
Fe-KSK-S
Fe-KSK-A
80
60
40
20
0
Abb. 2:
P voll
Kornerträge Wendehausen
Auch visuell war kein P-Mangel zu sehen. Winterweizen zeigt bei P-Mangel
einen kleinen Wuchs und dünne Halme, Verfärbungen an den älteren Blättern
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25.03.2015 14:28:46
oder auch Starrtracht. Dass dies nicht sichtbar war, ist insofern erstaunlich, da
es sich in Wendehausen um einen extrem P-armen Standort (CAL-P: 1,3 mg
P/100 g Boden) handelte. Das Korn-zu-Stroh-Verhältnis war entsprechend
hoch (ca. 2,6), was durch die Behandlung des Bestandes mit Cycocel und
Modus zu erklären ist.
45
TM-Strohertrag in dt / ha
40
a
35
a
a
a
a
P voll
Fe-KSK
Fe-KSK-S
Fe-KSK-A
a
30
25
20
15
10
5
0
Kontrolle
Abb. 3:
1/2 P
Stroherträge Wendehausen
Das Fehlen einer P-Düngewirkung spiegelte sich auch in den P-Konzentrationen und der P-Aufnahme in den Spross wider (Abb. 4 und 5). Es gab keine relevanten (und erst recht keine signifikanten) Unterschiede zwischen den Varianten.
Im Korn fanden wir P-Konzentrationen von 1,9 bis 2,2 mg P/g TS und im Stroh
0,3 mg P/g TS. Die von uns gemessenen Werte sind also deutlich niedriger, als
diejenigen, die aus anderen Versuchen bekannt sind. So fanden beispielsweise
Steffens et. al. (2003) 3,66 mg P je g Korn-TS und 0,8 mg P/g TS bei Sommerweizen. Die Autoren ernteten allerdings im Mittel je ha nur 33,6 dt Korn-TS und
39,8 dt Stroh-TS. Die von Steffens et al. (2003) festgestellten Konzentrationen
im Korn sind also ca. doppelt so hoch wie die in unseren Versuchen, die Erträge
allerdings um etwa 2/3 niedriger. Die P-Aufnahme in den Spross (Abb. 6) war
deshalb bei unseren Versuchen etwas höher (z. B. 21,0 kg P/ha im Mittel am
Standort Wendehausen) als in dem Weizenversuch von Steffens et al. (2003), in
dem 15,4 kg P/ha entzogen wurden. Wir vermuten daher, dass die etwas geringeren Konzentrationen in unseren Versuchen durch die im Vergleich zu Steffens
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25.03.2015 14:28:47
et al. (2003) hohen Erträge zu erklären sind („Verdünnungseffekt“). Die Höhe
und die saisonale Verteilung der Niederschläge waren in der Vegetationszeit
des Jahres 2014 offenbar nicht nur für die Ertragsbildung, sondern auch für die
P-Mobilisierung aus dem Boden günstig. Hinzu kommt, dass der Weizen mit
seinem homorhizen Wurzelsystem ein relativ hohes P-Aneignungsvermögen
besitzt. Das zusammen kann möglicherweise erklären, warum wir in unseren
Versuchen keine P-Düngewirkung erzielten, obwohl die Böden wenig CALlösliches P enthielten. Andere Quellen (LWK-NRW, 2012) nennen wesentlich höhere Werte für den P-Entzug von Weizen (100 dt Kornertrag/ha): 80 kg
P2O5 pro ha im Korn und 24 kg P2O5 je ha im Stroh. Das wäre umgerechnet also
35 + 10 = 45 kg P/ha. Die von uns im Vergleich zu diesen Angaben festgestellten, niedrigen P-Entzüge würden bestätigen, dass unsere Versuchsstandorte
eine geringe P-Versorgung aufwiesen. Weshalb dann aber keiner der P-Dünger
wirkte (auch der wasserlösliche nicht) und die Erträge trotzdem sehr hoch waren
(keine P-Limitierung), kann so nicht erklärt werden. Möglicherweise wird die
Höhe des P-Entzugs mit dem Winterweizen überschätzt.
Auf alle Fälle konnten die Resultate der chemischen Untersuchung zeigen, dass
die Löslichkeit der P-Recyclingdünger durch Schwefelsäureaufschluss wesentlich verbessert werden kann. Diese Verbesserung ließ sich zwar im Feldversuch
nicht verifizieren, denn selbst auf den sehr P-armen Standorten limitierte die
P-Versorgung nicht das Wachstum des Weizens. Bei weniger effizienten Kulturarten, z. B. Mais, könnte das anders sein.
P-Konzenration Korn in mg P / g TS
2,5
a
a
a
a
a
a
Kontrolle
1/2 P
P voll
Fe-KSK
Fe-KSK-S
Fe-KSK-A
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Abb. 4:
P-Konzentrationen im Weizenkorn Wendehausen
-258 -
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P-Konzenration Stroh in mg P / g TS
0,40
a
0,35
a
a
a
a
a
Fe-KSK
Fe-KSK-S
Fe-KSK-A
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Kontrolle
Abb. 5:
P-Aufnahme in kg P / ha
25
1/2 P
P voll
P-Konzentrationen im Weizenstroh Wendehausen
a
a
a
a
a
a
20
15
10
Stroh
Korn
5
0
Kontrolle
1/2 P
P voll
Fe-KSK
Fe-KSK-S
Fe-KSK-A
Abb. 6: P-Aufnahme in den Spross von Winterweizen auf dem Standort
Wendehausen; Mittelwerte ± Standardfehler Gesamt-P-Aufnahme
Korn + Stroh, Signifikanztest Gesamt-P-Aufnahme
-259 -
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4.
Literaturangaben
LWK-NRW, 2012: Düngung mit Phosphat, Kali, Magnesium – Ratgeber 2012
der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, URL:http://www.
landwirtschaftskammer.de/landwirtschaft/ackerbau/pdf/phosphatkalium-magnesium-pdf.pdf.
Römer, W., 2013: Phosphordüngewirkung neuer Phosphatrecyclingprodukte;
Berichte über die Landwirtschaft, 91, 1-24.
Schuh, K., Friedrich, K., Appel, T., 2013: Steigerung der P-Verfügbarkeit in pyrolysiertem Klärschlamm durch die Zugabe von Salzen beim Pyrolysieren,
URL:
http://eprints.dbges.de/926/1/DBG-2013_Schuh-Appel-Friedrich_2013_10_16.pdf.
Steffens, D., Stamm, R., Leithold, G., Schubert, S., 2003: Phosphat-Mobilisierung durch Haupt- und Zwischenfrüchte nach Düngung von weicherdigem Rohphosphat im ökologischen Landbau; Abschlussbericht über das
Projekt 020E424 des Bundesprogramms Ökologischer Landbau, URL:
http://orgprints.org/17240/1/17240-02OE424-uni_giessen-steffens2003-phosphat-mobilisierung.pdf.
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 2011: Methode 2.1.3 Mikrowellenbeheizter
Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. VII Umweltanalytik, 4. Aufl., VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
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Auswertung aktueller Versuche zur P-Düngung auf
dem Ackerland nach der Bilanzmethode
W. Zorn, H. Schröter
1.Problemstellung
Gesunkene Tierbestände, eine verstärkte Marktfruchtproduktion sowie die restriktive Phosphatdüngung haben in den letzten 25 Jahren zu langjährig negativen P-Bilanzen und einer dramatisch reduzierten der Ackerböden in Thüringen
geführt (Tab. 1).
Tab. 1:
P-Versorgung Thüringer Ackerböden 2007-2012
Gehaltsklasse
mg PCAL/100g
Flächenanteil %
A
B
C
D
E
≤ 2,4
2,5-4,8
4,9-7,2
7,3-10,3
≥ 10,4
13
35
25
15
12
Die Rückkehr zu einer bedarfsgerechten P-Düngung erfordert experimentell
belegte Richtwerte für die Düngebedarfsermittlung auf Grundlage aktueller
P-Düngungsversuche. Die Ableitung von Richtwerten für Gehaltsklassen und
die daraus abzuleitenden P-Düngermengen zum Erreichen des wirtschaftlichen
Optimalertrages besitzt dabei besondere Bedeutung. Zur Untersuchung dieser
Fragestellungen dienen die Ergebnisse langjähriger P-Düngungsversuche des
ehemaligen Instituts für Pflanzenernährung Jena bzw. der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Jena ab 1980. In statischen P-Düngungsversuchen führt
die Steigerung der P-Düngermenge zu einer Differenzierung des P-Gehaltes
im Boden. Ab dem 2. Versuchsjahr ist deshalb eine Trennung der Wirkung der
aktuellen Düngung vom Effekt des Nährstoffgehaltes im Boden auf den Ertrag
nicht mehr möglich. Im vorliegenden Beitrag erfolgt daher die Auswertung von
P-Düngungsversuchen nach der Bilanzmethode in Anlehnung an Richter und
Kerschberger (1991).
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2.
Die Auswertung von P-Düngungsversuchen nach der Bilanzmethode gestattet
die Berücksichtigung sowohl des P-Gehaltes im Boden als auch die Höhe der
jährlichen Düngergabe. Aus dem Verlauf der Regressionslinie für einzelne Saldogruppen sind Aussagen über Richtwerte für Gehaltsklassen und ökonomisch
sinnvolle Düngermengen möglich. Die Auswertung erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird für jeden Versuch die Variante mit dem höchsten Ertrages
identifiziert. Anschließend berechnet man die Ertragsdifferenz jeder Variante
zum Höchstertrag (Emax) und berechnet den P-Saldo (P-Abfuhr mit der - P-Düngung) für jedes Prüfglied. Zur Auswertung erfolgt die Zusammenfassung der
P-Salden zu P-Bilanzgruppen (Tab. 2)
Tab. 2:
P-Bilanzgruppen
P-Bilanzgruppe
P-Bilanz
kg P/ha
entspricht annähernd
der P-Düngungsempfehlung in
Gehaltsklasse
1
< -25
2
-25 … -15
3
-15 … -5
4
- 5 … +5
C
5
+5 … +15
B
6
+15 … 25
7
> +25
E
D
A
Zur Auswertung kommen die Ergebnisse von P-Versuchen zu Winterweizen
u. -gerste von 8 Standorten der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft
ab 1993 sowie von 4 Standorten des ehemaligen Instituts für Pflanzenernährung Jena im Zeitraum 1980 bis 1991. Dargestellt wird die Beziehung zwischen
Ertragsdifferenz und P-Gehalt im Boden für jede P-Bilanzgruppe. Unter Berücksichtigung des Versuchsfehlers und betriebswirtschaftlicher Überlegungen wird
Ertragsdifferenz zum Ertragsmaximum = -2,5 dt/ha toleriert.
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3.
3.1
Ausgewählte Ergebnisse und Diskussion
Winterweizen (WW)
Abbildung 1 zeigt die Auswertung für die P-Bilanzgruppe unter -25 kg P/
ha. Diese P-Bilanzgrupppe umfasst im Wesentlichen die Prüfglieder ohne
P-Düngung. In dieser Gruppe wird die P-Ernährung und daraus resultierende
Ertragsbildung durch das P-Angebot des Bodens beeinflusst. Ertragsdifferenzen >2,5 dt/ha liegen mit 2 Ausnahmen überwiegend bei PCAL-Gehalten
< 8 mg P/100 g Boden vor.
0
-5
-10
dt/ha
-15
-20
-25
0
5
10
15
20
PCAL mg P/100g Boden
Abb. 1: Ertragsdifferenz zum Höchstertrag in Abhängigkeit vom Boden-PGehalt (WW, P-Bilanz: < -25 kg P/ha)
0
-5
-10
dt/ha
-15
-20
-25
0
5
10
15
20
PCAL m g P/100g Boden
Abb. 2: Ertragsdifferenz zum Höchstertrag in Abhängigkeit vom Boden-PGehalt (WW, P-Bilanz: -25 bis -15 kg P/ha)
-263 -
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Die P-Bilanzgruppe -25 bis -15 kg P/ha beinhaltet Prüfglieder ohne P-Düngung
sowie solche mit niedriger, deutlich unter der Abfuhr liegender P-Gabe (Abb. 2).
Deutliche Abweichungen zu Emax liegen bis < 10 mg P/100 g Boden vor. Hier zeigt
sich bei unterlassener bzw. suboptimaler p-Düngung der starke Einfluss der
Jahreswitterung auf die P-Verfügbarkeit.
0
-5
-10
dt/ha
-15
-20
-25
0
5
10
15
20
Abb. 3: Ertragsdifferenz zum Höchstertrag in Abhängigkeit vom Boden-PGehalt (WW, P-Bilanz: -15 bis -5 kg P/ha)
Abbildung 3 zeigt die Ergebnisse für die P-Bilanzgruppe -5 bis -15 kg P/ha. Die
P-Bilanz dieser Gruppe entspricht annähernd der Düngungsempfehlung in
Gehaltsklasse D. Bei insgesamt geringer Anzahl von Versuchsernten nimmt die
Ertragsdifferenz zu Emax zu, wenn der Boden-P-Gehalt unter 5 mg P/100 g sinkt.
0
-5
-10
dt/ha
-15
-20
-25
0
5
10
15
20
Abb. 4: Ertragsdifferenz zum Höchstertrag in Abhängigkeit vom Boden-PGehalt (WW, P-Bilanz: -5 bis +5 kg P/ha)
-264 -
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Die P-Bilanzgruppe -5 bis +5 kg P/ha entspricht weitgehend einer P-Düngung in
Höhe der P-Abfuhr bzw. der Düngungsempfehlung in Gehaltsklasse C. Diese
führt bei bei Boden-P-Gehalten >5 mg P/100 g zu Optimalerträgen (Abb. 4). PCALGehalte < 5 mg/100 g bewirken zum Teil erhebliche Ertragsdifferenzen zu Emax.
Diese Ergebnis weist auf ein zu niedriges P-Angebot aus Boden und P-Düngung
hin, welches das Ausschöpfen des Ertragspotenzials bei P-Abfuhrdüngung und
Boden-P-Gehalten < 5 mg P/100 g nicht gestattet.
Die P-Düngung entspricht annähernd der Düngungsempfehlung in Gehaltsklasse B. Bis zu einem Boden-P-Gehalt von 12 mg P/100 g liegen zum Teil
relativ große Ertragsdifferenzen zu Emax vor. Insgesamt ist die Streuung relativ
hoch. Ursache dafür sind insbesondere ungünstige Bedingungen für die P-Aufnahme wie starke Trockenheit oder kalte und nasse Frühjahre. Auch bei hoher
P-Düngung (P-Bilanzgruppe > 25 kg P/ha) wird nicht in allen Fällen Emax erreicht
(Ergebnisse nicht dargestellt):
Abbildung 5 zeigt die Ergebnisse für die P-Bilanzgruppe +15 bis +25 kg P/ha.
0
-5
-10
dt/ha
-15
-20
-25
0
5
10
15
20
Abb. 5: Ertragsdifferenz zum Höchstertrag in Abhängigkeit vom Boden-PGehalt (WW, P-Bilanz: +15 bis +25 kg P/ha)
3.2
Wintergerste (GW)
Für Wintergerste liegen in geringerem Umfang Ergebnisse von P-Düngungsversuchen vor als für Winterweizen. Nachfolgend werden ausgewählte Ergeb-
-265 -
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nisse vorgestellt. Abbildung 6 zeigt die Ergebnisse für die P-Bilanzgruppe unter
-25 kg P/ha, die im Wesentlichen die Nullparzellen der Versuche umfasst. Insgesamt liegt keine signifikante Beziehung zwischen dem Boden-P-Gehalt und der
Ertragswirkung vor. Ursache dafür sind wiederum ungünstige Bedingungen für
die P-Aufnahme in einzelnen Jahren.
0
-5
-10
dt/ha
-15
Haufeld, 2003
-20
-25
0
5
10
15
20
Abb. 6: Ertragsdifferenz zum Höchstertrag in Abhängigkeit vom Boden-PGehalt (GW, P-Bilanz: < -25 kg P/ha)
Tab. 3: P-Düngewirkung im statischer P-Düngungsversuch Haufeld (Erntejahr 2003, Wintergerste)
P-Gehalt
mg PCAL/100 g
P-Düngung
kg P/ha
Kornertrag
dt/ha
P-Saldo
kg P/ha
Ertragsdifferenz
zu Emax
dt/ha
6,9
0
77,0
-29,5
-19,5
8,8
31
81,3
-0,8
-15,2
9,2
45
93,4
+10
-3,1
11,2
58
96,5
+27
Emax
In einem Versuch (Standort: Haufeld, Erntejahr: 2003; Boden-P-Gehalt:
6,9 mg P/100 g) beträgt die Ertragsdifferenz zu Emax 19,5 dt/ha. Details hierfür
zeigt Tabelle 3. Der statische P-Düngungsversuch Haufeld wird auf einer flachgründigen Muschelkalk-Rendzina durchgeführt. Das Versuchsjahr 2002/03
war durch hohe Niederschläge im Herbst 2002, die eine gute Löslichkeit des
zur Saat ausgebrachten P-Düngers ermöglichte, sowie durch extreme Tro-
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ckenheit im Frühjahr gekennzeichnet. Der Jahresniederschlag betrug 2003 nur
377 mm. Dieses Ergebnis belegt im besonderen Maße die starke Hemmung der
P-Aufnahme bei extremer Trockenheit. Bei P-Düngung annähernd in Höhe der
P-Abfuhr (P-Bilanzgruppe -5 bis +5 kg P/ha; = Düngungsempfehlung in Gehaltsklasse C) reagiert die Wintergerste bei Boden-P-Gehalten < 5 mg P/100g mit
einem deutlichen Ertragsabfall. Auch bei ca. 8 bis 12 mg P/100 g Boden wird der
Optimalertrag nicht in allen Fällen erreicht (Abb. 7).
0
-5
-10
dt/ha
-15
-20
-25
0
5
10
15
20
Abb. 7: Ertragsdifferenz zum Höchstertrag in Abhängigkeit vom Boden-PGehalt (GW, P-Bilanzgruppe -5 bis +5 kg P/ha)
Als weitere wichtige Einflussfaktoren auf die Ertragswirkung der P-Düngung
wurden das Ertragsniveau, Jahreswitterung, P-Dynamik des Standortes,
P-Versorgung des Unterbodens sowie der P-Anspruch der angebauten Kultur
identifiziert.
4.Fazit
Die Methode der Bilanzkoeffizienten nach Kerschberger und Richter ist zur
Auswertung von statischen P-Düngungsversuchen geeignet. Das Verfahren
ermöglicht die weitgehende Trennung der Wirkung des Boden-P-Gehaltes und
der aktuellen Düngung auf den Mehrertrag durch P-Düngung. Der statische
Zusammenhang zwischen beiden Kenngrößen und dem düngungsbedingten
Mehrertrag wird durch weitere Faktoren (Jahreswitterung, Pflanzenart, Standort
u. a.) beeinflusst. Für verschiedene P-Bilanzgruppen stehen nicht ausreichend
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Daten zur Verfügung. Das Einbeziehen weiterer P-Düngungsversuche lässt
eine verbesserte Aussage erwarten.
5.Literaturangaben
Kerschberger, M., Richter, D., 1978: Ermittlung von Bilanzkoeffizienten für die
P-Düngerbemessung. Arch. Acker- u. Pflanzenbau, Bodenkd. 22, 559567.
Kerschberger, M., Richter, D., Pfleger, D., 1986: Ermittlung von Versorgungsstufen des pflanzenverfügbaren Magnesiums in Ackerböden der DDR.
Arch. Acker- u. Pflanzenbau, Bodenkd. 30, 243-250.
Richter, D., Kerschberger, M., 1991: Methoden zur Ermittlung von Grenzwerten
der Phosphor-, Kalium- und Magnesium-Gehalte in Ackerböden. Z.
Pflanzenernähr. Bodenk., 154, 337-342.
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Einfluss der Stickstoffdüngung auf den Eintrag
von pflanzenbürtigem, organischem Kohlenstoff
verschiedener Energiepflanzenarten und
Energieanbausysteme in den Boden
S. Höcker, H. Beßler, P. Mewes, M. Miersch, C. Engels
Humboldt-Universität zu Berlin, FG Pflanzenernährung und Düngung, Berlin
1.Einführung
Die in der Direktzahlungen-Verpflichtungsverordnung (DirektZahlVerpflV) enthaltenen Regelungen zum Erhalt der organischen Substanz im Boden (Humusbilanzierung) basieren auf Fruchtarten-spezifischen Kennwerten, die auf Basis
von Langzeitversuchen ermittelt wurden. Durch das Gesetz für erneuerbare
Energie (EEG) kam es die letzten Jahre zu einem verstärkten Anbau von Energiepflanzenarten und Energieproduktionssystemen. Dabei sind Lücken im
Zahlenwerk zur Humusbilanzierung entstanden. Für den Anbau neu etablierter
Energiepflanzenarten wie z. B. Sudangras (Sorghum sudanense x S. bicolor)
und Futterhirse (S. bicolor) existieren bislang noch keine Kennwerte. Auch für
den Anbau von Mischkulturen und Zweifruchtsysteme sind keine Daten vorhanden. Die geltenden fruchtartenspezifischen Kennwerte zur Veränderung
des Bodenhumusvorrates weisen große Unterschiede zwischen den Kulturarten bzw. Kulturartengruppen auf, berücksichtigen aber keine Differenzierung in
Abhängigkeit von Ertragshöhe und Anbautechnik. Es gibt Hinweise dafür, dass
es besonders durch Standort- und Jahresbedingte Unterschiede in der Gesamtbiomasse- und Ertragsbildung zu hohen Unterschieden im C-Eintrag einer Kulturart in den Boden kommen kann. Um den Einfluss der Gesamtbiomasse- und
Ertragsbildung auf den C-Eintrag in den Boden zu quantifizieren, kann die Stickstoffversorgung von Pflanzenbeständen variiert werden. Eine unzureichende
Stickstoffversorgung führt generell zu einer geringeren Ertrags- bzw. Gesamtmassebildung. Eigene Untersuchungen von Engels (2010) zeigten neben der
Erhöhung des erntefähigen Ertrags auch Erhöhungen der auf dem Feld verbleibenden Stoppelmasse bei Winterweizen. Auch die Streubiomasse erhöhte sich
durch N-Düngung bei Gerste, Weizen und Raps (Körschens und Freytag, 1987,
Malhi et al., 2006). Es ist jedoch wenig Information vorhanden, wie sich die Erhöhung der erntefähigen Biomasse auf den gesamten Kohlenstoffeintrag in den
Boden auswirkt.
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Der kulturartenspezifische C-Eintrag wird in der Literatur häufig durch allometrische Beziehungen zwischen der Biomasse der Ertragsorgane und der Biomasse anderer Pflanzenorgane ermittelt (Bolinder et al., 2007, Li et al., 1997,
Johnson et al., 2006). Diese Allokationskoeffizienten können genutzt werden,
um C-Einträge in den Boden anhand von Ertragsdaten abschätzen zu können.
Jahresbedingte aber auch düngungsbedingte kulturartenspezifische Unterschiede in der Gesamtbiomasse- und Ertragsbildung müssten zu ähnlichen
Allokationskoeffizienten führen, um gesicherte Aussagen über den Einfluss
der Ertrags- bzw. Gesamtbiomassebildung treffen zu können. Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, den Einfluss der durch unterschiedliche N-Düngung erzielten Ertragsunterschiede auf den C-Eintrag zu untersuchen.
Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit dem Einfluss der Stickstoffdüngung
auf den Eintrag von pflanzenbürtigem, organischem C verschiedener Energiepflanzenarten und Energieanbausysteme in den Boden. Weiterhin werden
C-Eintragsmengen verschiedener Anbaujahre (2012 und 2013) miteinander
verglichen, um den kulturarten-spezifischen, jahresbedingten Unterschied des
C-Eintrags zu verdeutlichen und zu überprüfen, ob es trotz sehr variablen C-Eintragsmengen möglich ist, den C-Eintrag anhand der Ertragsbildung abschätzen
zu können.
2.
Die Daten wurden in einem blockrandomisierten Feldversuch am Standort Berlin (Dahlem) im Anbaujahr 2013 erhoben. Untersucht wurden die Energiepflanzenarten Mais, Sudangras (Sorghum sudanense x S. bicolor) und Futterhirse
(Sorghum bicolor) in Haupt- und Zweitfruchtstellung und die Getreidearten Winterroggen und Hafer. Der C-Eintrag durch den Anbau von Winterroggen wurde
zu verschiedenen Erntezeitpunkten gemessen (Grünschnitt und Vollreife).
Grünschnittroggen gefolgt von Mais, Sudangras oder Futterhirse in Zweitfruchtstellung wurde gesondert als Energieanbausystem in die Betrachtungen einbezogen.
Die angebauten Kulturarten wurden entweder mit Kalkammonsalpeter (KAS)
gedüngt (120 kg KAS-N*ha-1 Energiepflanzenarten; 100 kg KAS-N*ha-1 Getreidearten) oder nicht gedüngt.
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Es wurden pflanzenbedingte C-Einträge während der Vegetationsperiode
über das Absammeln von oberirdischem Bestandesabfall (Streu) gemessen.
Zusätzlich wurden nach der Ernte, neben der erntefähigen oberirdischen Biomasse, der C-Eintrag über oberirdische Ernterückstände (Stoppeln, erntebedingte Verluste) und unterirdische Ernterückstände (Wurzeln bestehend aus
Wurzelstock und Feinwurzeln) quantifiziert. Alle genannten Pflanzenfraktionen
wurden gereinigt, getrocknet, vermahlen und anschließend analysiert.
3.
3.1
Einfluss der N-Düngung auf den Biomasse- bzw. C-Eintrag in
den Boden und die relative C-Verteilung auf unterschiedliche
pflanzliche Fraktionen von Winterroggen und Hafer
Die Biomasseerträge von Hafer und Grünschnitt-Roggen waren unabhängig
von der N-Düngung etwa gleich hoch, während sich zur Vollreife geernteter Roggen durch einen deutlich höheren Biomasseertrag auszeichnete (Abb. 1). Der
Biomasseeintrag aller untersuchten Pflanzenfraktionen (Eintrag gesamt) von
Hafer war dagegen etwa gleich hoch mit dem Eintrag von Winterroggen geerntet
zur Vollreife und deutlich höher als der Eintrag von gedüngtem Grünschnittroggen. Dieses Ergebnis stimmt mit den Daten aus einer Literaturübersichtsarbeit
von Klimanek (1997) überein, in der die Mengen von Wurzel- und Ernterückstände von Hafer, Roggen und Grünschnittroggen verglichen wurden.
Stickstoffdüngung führte bei Winterroggen (Grünschnitt und Vollreife) und Hafer
zu einer erhöhten Bildung von erntefähiger, oberirdischer Biomasse (Biomasseertrag). Es konnte keine Erhöhung des Biomasseeintrags (Eintrag gesamt)
bzw. des C-Eintrags durch N-Düngung bei Grünschnitt-Roggen festgestellt werden. Nicht gedüngte Pflanzen konnten bis zu diesem Zeitpunkt ihren N-Bedarf
offensichtlich aus dem Nmin-Vorrat und dem Vorrat an leicht mineralisierbarem
organischem N des Bodens decken. Wurde der Roggen zur Vollreife geerntet, kam es durch N-Düngung hingegen zu einer deutlichen Erhöhung des Biomasseeintrags bzw. des C-Eintrags von 912 auf 1314 kg C*ha-1 a-1. N-Düngung
führte auch bei Hafer zu einer deutlichen Erhöhung des C-Eintrags (Abb. 1).
Dies verdeutlicht den hohen Einfluss des Erntezeitpunktes auf den C-Eintrag in
den Boden. N-Düngung hatte offensichtlich bis zum Erntezeitpunkt Grünschnitt
keinen Einfluss auf den Biomasse- bzw. C-Eintrag in den Boden. Das zusätzliche mineralische N-Angebot wurde lediglich genutzt um die Biomasse der ernte-
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fähigen Organe (Biomasseertrag) zu erhöhen. Im späteren Wachstumsstadium
(zwischen Grünschnitt und Vollreife) wurde durch das zusätzliche N-Angebot
hingegen neben dem Biomasseertrag zusätzlich der Biomasseeintrag erhöht.
Tab. 1:
Biomasseertrag und Biomasse- bzw. C-Eintrag in den Boden bei Winterroggen und Hafer in Abhängigkeit von Erntezeitpunkt und N-Düngung; ± Standardabweichung, n = 4.
Winterroggen
Grünschnitt
-N
Hafer
Vollreife
+N
-N
Vollreife
+N
Trockenmasse dt*ha a
-1
-N
+N
-1
Biomasseertrag
48 ±8,1
96 ±12,6
70 ±13,5
159 ±13,1
52 ±4,8
105 ±11,4
Bestandesabfall
1,7 ±0,30
2,6 ±0,48
2,4 ±0,30
5,6 ±1,54
5,4 ±1,77
9,5 ±1,48
Oberirdischer
Ernterückstand
4,2 ±0,14
3,1 ±0,75
2,7 ±0,64
4,6 ±0,25
3,4 ±0,10
4,4 ±0,48
Wurzeln
20,5
19,7
23,3
30,6
21,9
32,4
Eintrag gesamt
26,4
25,4
28,4
40,8
30,7
46,3
1193
1747
±4,54
±4,27
±2,67
±2,33
±3,38
±2,82
±3,57
±4,84
Kg C*ha a
-1
C-Eintrag gesamt
961 ±150
910 ±114
912 ±94
±5,00
±5,19
±5,36
±4,46
-1
1314
±155
±190
±156
Die relative C-Verteilung auf unterschiedliche Pflanzenfraktionen unterschied
sich deutlich je nach Pflanzenart und N-Düngung und bei Winterroggen je nach
Nutzungszeitpunkt (Tab. 2). Bei den Pflanzenfraktionen, die im Feld verbleiben bzw. in den Boden eingetragen werden, hatten die Wurzeln mit Abstand die
wichtigste Bedeutung (Tab. 2).
Der Anteil des Gesamt-C in der Pflanze, der in den nicht erntefähigen Pflanzenfraktionen (Summe BA, ER, WU) vorlag, war bei Hafer deutlich höher als
bei Roggen. Stickstoffdüngung führte bei beiden Pflanzenarten dazu, dass ein
höherer Anteil des gesamten Pflanzenbiomasse-C in der erntefähigen oberirdischen Biomasse enthalten war und damit vom Feld gefahren wurde, und ein
geringerer Anteil in auf dem Feld verblieb bzw. in den Boden eingetragen wurde
(Summe BA ER WU) (Tab. 2). Bei Grünschnitt-Roggen war im Vergleich zu zur
Vollreife geerntetem Roggen der relative C-Anteil in den nicht erntefähigen
Organen bei unterlassener Düngung deutlich höher (31 % im Vergleich zu 23 %)
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während der Erntezeitpunkt in der gedüngten Variante keinen Einfluss auf die
C-Verteilung auf unterschiedliche Pflanzenfraktionen hatte (Tab. 2).
Tab. 2:
Relative C-Verteilung innerhalb der Pflanze (%) in Abhängigkeit von
Fruchtart, Erntezeitpunkt und Düngung, n = 4
Winterroggen
Hafer
Grünschnitt
Vollreife
Vollreife
-N
-N
-N
+N
+N
+N
% des Gesamt-C in der Pflanze
Erntefähige Biomasse
69
83
77
84
65
72
Bestandesabfall (BA)
2
2
2
3
6
6
Oberirdischer Ernterückstand (ER)
6
3
3
2
4
3
Wurzeln (WU)
23
12
18
11
25
19
Summe BA ER WU
31
17
23
16
35
28
Gesamte Biomasse
100
100
100
100
100
100
3.2
Einfluss der N-Düngung auf den Biomasse- bzw. C-Eintrag
und die relative C-Verteilung von Mais, Sudangras und Futterhirse
In diesem Abschnitt werden Daten der Energiepflanzenarten in Zweitfruchtstellung dargestellt. Bei den gleichen Arten in Hauptfruchtstellung konnte kein
N-Effekt auf den Biomasseertrag festgestellt werden. Möglicherweise war dies
auf ein hohes N-Nachlieferungsvermögen des Bodenhumus zurückzuführen.
Auf den Zweitfrucht-Flächen wurde bis kurz vor der Aussaat Grünschnittroggen
angebaut, der wahrscheinlich den Vorrat an mineralischem und leicht mineralisierbarem organischen N erschöpft hatte.
Die Biomasseerträge von Futterhirse lagen deutlich über den Erträgen von
Mais und Sudangras. Der gesamte Biomasseeintrag (Eintrag gesamt) bzw. der
gesamte C-Eintrag von Mais war unabhängig von der N-Düngung tendenziell
geringer als der von Sudangras und Futterhirse (Tab. 3). Dies konnte im vergangenen Versuchsjahr (2012) ebenfalls schon festgestellt werden. Der gesamte
C-Eintrag von Mais (Tab. 3) entsprach etwa dem gesamten C-Eintrag von Grünschnittroggen (Tab. 2).
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Tab. 3:
Biomasseertrag und Biomasse- bzw. C-Eintrag von Silomais, Sudangras und Futterhirse in Abhängigkeit von Erntezeitpunkt und N-Düngung. ± Standardabweichung, n = 4.
Mais
Sudangras
Futterhirse
Zweitfrucht
Zweitfrucht
Zweitfrucht
-N
-N
+N
+N
-N
Trockenmasse dt*ha a
-1
Biomasseertrag
95 ±10,8
176
99 ±4,1
+N
-1
140 ±34,0 152 ±19,5 233 ±27,3
±46,6
Bestandesabfall
1,1 ±0,25
1,4 ±0,34
2,0 ±0,45
4,0 ±1,09
2,1 ±0,33
5,1 ±0,32
Oberirdischer
Ernterückstand
6,1 ±0,75
7,1 ±0,93
10,5
12,8
14,0
25,5
±2,61
±3,64
±2,74
±8,39
17,2
15,6
25,8
19,2
22,5
36,0
±2,11
±5,88
±11,64
±7,88
±3,69
±10,19
24,6
24,0
38,2
36,0
38,5
66,8
±2,22
±6,72
±13,10
±12,17
±4,92
±15,65
Wurzeln
Eintrag gesamt
Kg C*ha-1 a-1
C-Eintrag gesamt
1000
893 ±241
±72
1384
1454
1460
2638
±475
±489
±184
±617
Wie bei den Getreidearten (Abschnitt 3.1.) führte Stickstoffdüngung bei den
Energiepflanzenarten Mais, Sudangras und Futterhirse in Zweitfruchtstellung
zu einer Erhöhung des Biomasseertrags (Tab. 3). Bei Mais und Sudangras kam
es durch N-Düngung zu keiner Erhöhung des Biomasseeintrags in den Boden
trotz erhöhter Ertragsbildung. Dies konnte bereits beim Grünschnittroggen
(Tab. 1) beobachtet werden. Die Trockenmassen des Bestandesabfalls und
des oberirdischen Ernterückstandes fielen durch N-Düngung höher aus, die
der Wurzeln fielen hingegen geringer aus. Anders bei der Futterhirse, bei der
die N-Düngung zu einem deutlich höheren gesamten Biomasseeintrag in den
Boden führte (Tab. 3). Der gesamte C-Eintrag der Futterhirse erhöhte sich durch
Düngung von 1460 auf 2638 kg C*ha-1 a-1, was einer Erhöhung von 81 % entspricht. Im Gegensatz zu Mais und Sudangras kam es bei der Futterhirse durch
N-Düngung zu einer deutlich erhöhten Biomassebildung der Wurzeln.
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Tab. 4:
Relative C-Verteilung innerhalb der Pflanze (%) in Abhängigkeit von
Fruchtart, Erntezeitpunkt und Düngung, n = 4
Silomais
Sudangras
Futterhirse
Zweitfrucht
Zweitfrucht
Zweitfrucht
-N
-N
-N
+N
+N
+N
%C
Erntefähige Biomasse
81
89
75
81
82
80
Bestandesabfall (BA)
1
1
2
2
1
2
Oberirdischer Ernterückstand (ER)
5
3
7
7
7
8
Wurzeln (WU)
13
7
16
10
10
10
Summe BA ER WU
19
11
25
19
18
20
Gesamte Biomasse
100
100
100
100
100
100
Wie bei den Getreidearten (Abschnitt 3.1.) hatten Wurzeln im Vergleich zu
Bestandesabfall und oberirdischer Ernterückstand unabhängig von Düngung
und Fruchtart den größten C-Anteil am Gesamtbiomasse-C (Tab. 4). Die relative
C-Verteilung innerhalb der Pflanzen verdeutlichte, dass es durch N-Düngung
bei Mais und Sudangras, ähnlich den Getreidearten (Tab. 2), zu einer Erhöhung
des erntefähigen Pflanzenkohlenstoffs und zu einer Verringerung des Anteils
von in den Boden eingetragenem Kohlenstoff kam (Tab. 4). Auch hier wurde
durch Stickstoffdüngung ein geringerer Anteil der insgesamt gebildeten Assimilate in die Wurzeln investiert. Überaschenderweise hatte die N-Düngung bei
Futterhirse keinen Einfluss auf die relative C-Verteilung auf unterschiedliche
Pflanzenfraktionen (Tab. 4).
3.3
Einfluss der N-Düngung auf den gesamten C-Eintrag von
Zweifruchtsystemen im Vergleich zu Einfruchtsystemen
Zweifruchtsysteme zeichneten sich generell im Anbaujahr 2013 durch höhere
C-Einträge im Vergleich zu Einfruchtsystemen aus (Tab. 5). Dies konnte im
Anbaujahr 2012 ebenfalls beobachtet werden. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass der Anbau eines Zweifruchtsystems eine zusätzliche Bodenbearbeitung nach der Grünschnittroggenernte erforderlich macht, wodurch es zu einer
erhöhten Mineralisierung des Bodenhumus kommen kann. Bei der VDLUFAHumusbilanzierung werden Zweifruchtsysteme nicht gesondert berücksichtigt.
Grünroggen wird als Winterzwischenfrucht in die Bilanz mit aufgenommen und
führt zu einem Gewinn an Humus-C von 160 bis 240 kg C*ha-1 a-1. Am Beispiel
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von Mais wird deutlich, dass sich der C-Eintrag von Zweitfruchtstellung (Tab. 3)
und Hauptfruchtstellung (Einfruchtsysteme, Tab. 5) kaum voneinander unterschieden. Der deutlich höhere C-Eintrag des Zweitfruchtsystems Grünroggen
gefolgt von Mais war nahezu ausschließlich auf den zusätzlichen C-Eintrag
des Grünschnittroggens zurückzuführen (Tab. 1), und belief sich auf etwa
900 kg C*ha-1.
Tab. 5:
Gesamter C-Eintrag (kg C*ha-1 a-1) in den Boden bei Zweifruchtsystemen im Vergleich zu Einfruchtsystemen in Abhängigkeit von der
N-Düngung. ± Standardabweichung, n = 4
N-Düngung
-N
+N
Kg C*ha-1 a-1
a) Einfruchtsysteme
Mais
871
Sudangras
1555
±343
2003 ±561
Futterhirse
1637
±404
1590 ±80
Winterroggen
±222
954 ±259
912 ±94
1314 ±155
Grünroggen + Mais
1961 ±95
1803 ±216
Grünroggen + Sudangras
2345 ±440
2364 ±428
Grünroggen + Futterhirse
2421 ±312
3548 ±725
b) Zweifruchtsysteme
Es konnte kein Einfluss der N-Düngung auf den C-Eintrag bei Mais, Sudangras
und Futterhirse angebaut als Einfruchtsysteme festgestellt werden (Tab. 5).
Auch die Biomassenerträge unterschieden sich nicht voneinander. Dies lag
wahrscheinlich an einem hohen N-Nachlieferungsvermögen des vorhandenen Bodenhumus, das vermutlich ausreichte, den N-Bedarf der Kulturarten
zu decken. Der deutliche N-Effekt auf den Biomasseertrag und somit auf die
Gesamtbiomasse der gleichen Kulturarten in Zweitfruchtstellung (Tab. 3) war
wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass es durch den Anbau der Vorfrucht
Grünschnittroggen zu einer Verarmung des Vorrates an mineralischem und
leicht mineralisierbarem organischen N gekommen war.
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Stickstoffdüngung hatte keinen Einfluss auf den gesamten C-Eintrag der
Zweifruchtsysteme Grünschnittroggen gefolgt von Mais bzw. Sudangras in
Zweitfruchtstellung. Es konnte jedoch ein deutlich höherer C-Eintrag durch
N-Düngung beim Zweifruchtsystem Grünschnitt gefolgt von Futterhirse festgestellt werden, was auf den erhöhten Eintrag der Futterhirse in Zweitfruchtstellung zurückzuführen war (Tab. 5).
3.4
Pflanzenart-spezifischer C-Eintrag in den Boden (zwei Anbaujahre)
Die Gesamt-C-Einträge in den Boden über Bestandesabfall, Ernterückstände
und Wurzeln unterschieden sich je nach Fruchtart und innerhalb einer Fruchtart je nach Anbaujahr deutlich voneinander (Tab. 6). Dies deutet darauf hin,
dass der pflanzenart-spezifische C-Eintrag stark von den Witterungsverhältnissen des jeweiligen Anbaujahres abhängig war. In beiden Anbaujahren war
der C-Eintrag in den Boden bei Sudangras und Futterhirse höher als bei Mais.
Der Anbau von Erbsen führte in beiden Anbaujahren mit 187 (2012) und 576 kg
C*ha-1 a-1 (2013) zum geringsten C-Eintrag (Tab. 6). Der C-Eintrag der Getreidearten fiel 2012 (Weizen und Hafer) geringer aus als der von Mais, übertraf ihn
2013 (Roggen und Hafer) jedoch deutlich. Bei der Betrachtung der C-Einträge
in den Boden ist zu beachten, dass der C-Eintrag durch Rhizodeposition nicht
berücksichtigt wurde. Die Rhizodeposition ist im Feld nur schwer quantifizierbar.
Im Allgemeinen geht man davon aus, dass die Rhizodeposition unabhängig von
der Kulturart zwei Drittel (67 %) des zur Ernte im Boden messbaren Wurzel-C
beträgt (Bolinder et al., 2007).
Der relative Anteil des in den Boden eingetragenen C am Gesamt-PflanzenC war deutlich von der Pflanzenart abhängig, unterschied sich jedoch nur
bei Erbse in Abhängigkeit vom Anbaujahr (Tab. 6). Bei den wärmeliebenden
C4-Pflanzenarten war der relative Anteil an dem Gesamtbiomasse-C, der im
Feld verblieb, bei Sudangras und Futterhirse etwa doppelt so hoch wie bei Mais.
Bei den C3-Getreidearten war der im Feld verbleibende Anteil bei Hafer fast doppelt so hoch wie bei Winterweizen oder Winterroggen. Bei Erbse war der im Feld
verbleibende Anteil im Jahr 2013 doppelt so hoch wie im Jahr 2012. Im Durchschnitt beider Jahre lag der Anteil in gleicher Höhe wie bei Mais.
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Tab. 6:
Gesamter C-Eintrag (kg C*ha-1 a-1) in den Boden und Anteil des eingetragenen C am Gesamt-Pflanzen-C bei verschiedenen Fruchtarten
in den Anbaujahren 2012 und 2013; alle Fruchtarten waren in Hauptfruchtstellung und wurden mit Ausnahme von Erbse mit N gedüngt
n = 4
Fruchtart
C-Eintrag
Kg C*ha-1 a-1
C-Eintrag
% des Gesamtbiomasse-C
2012
2013
2012
2013
Mais
1385
954
11
11
Sudangras
2636
2003
24
22
Futterhirse
3266
1590
22
17
Weizen
788
-
14
-
Roggen
-
1314
-
16
Hafer
957
1747
24
28
Erbse
187
576
6
14
4.Fazit
Eine N-Düngungs-bedingte Steigerung der Gesamtbiomassebildung war bei
Winterroggen, Hafer und Futterhirse mit einer Erhöhung der im Feld verbliebenen bzw. in den Boden eingetragenen C-Masse verbunden, während sich bei
Grünroggen, Mais und Sudangras durch die N-Düngung nur die Ernte-fähige
C-Masse erhöhte. Der relative Anteil des in den Boden eingetragenen C am
Gesamt-C der Pflanze verringerte sich durch die N-Düngung bei allen Pflanzenarten mit Ausnahme der Futterhirse.
Bei gut mit N versorgten Pflanzen unterschied sich der relative Anteil des in
den Boden eingetragenen C am Gesamt-C der Pflanze in unterschiedlichen
Anbaujahren nur wenig, obwohl sich die Gesamtbiomassebildung in den beiden
Versuchsjahren deutlich unterschied. Dies spricht dafür, dass der Kulturartenspezifische C-Eintrag in den Boden bei der in der landwirtschaftlichen Praxis
üblichen hohen N-Versorgung aus der Erntefähigen Biomasse und Kulturartenspezifischen Biomasse-Allokationskoeffizienten ermittelt werden kann.
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5.Literaturangaben
Bolinder, M.A., Janzen, H.H., Gregorich, E.G., Angers, D.A., Van den Bygaart, A.J., 2007: An approach for estimating net primary productivity and
annual carbon inputs to soil for common agricultural crops in Canada.
Agriculture, Ecosystems and Environment 118, 29-42.
Engels, C., Körschens, M., 2010: Bedeutung von ober- und unterirdischen Stoppel- und Ernterückständen für die Humusbilanzierung. VDLUFA-F&EBericht „Humusbilanzierung landwirtschaftlicher Böden – Einflussfaktoren und deren Auswirkungen, 169-335.
Johnson, J. M.-F., Allmaras, R.R., Reicosky, D.C., 2006: Estimating source carbon from crop residues, roots and rhizodeposits using the national grainyield database. Agronomy Journal98, 622-636.
Klimanek, E.-M., 1997: Bedeutung der Ernte- und Wurzelrückstände landwirtschaftlich genutzter Pflanzenartenfür die organische Substanz des
Bodens. Archiv für Acker- und Pflanzenbau und Bodenkunde 41, 485511.
Li, C., Frolking, S., Crocker, G.J., Grace, P.R., Klir, J., Körschens, M., Poulton,
P.R., 1997: Simulating trends in soil organic carbon in long-term experiments using the DNDC model. Geoderma 81, 45-60.
Körschens, M., Freytag, H., 1987: Modell und Parameter der Umsetzung der
organischen Substanz, der N-Speicherung und -Freisetzung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der organischen Ausgangsstoffe, der
Standortfaktoren und dem Ertrag. Forschungsbericht G4 03/87 und Anlagenband.
Malhi, S.S., Lemke, R., Wang, Z.H., Chhabra, B.S., 2006: Tillage, nitrogen and
crop residue effects on crop yield, nutrient uptake, soil quality, and greenhouse gas emissions. Soil and Tillage Research 90, 171-183.
Danksagung
Dieses Projekt wird finanziell durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe unterstützt (FKZ22401112).
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Stickstoffeffekte auf die Humuswirkung
pflanzlicher Kohlenstoffquellen
P. Mewes, C. Hämmerle, S. Höcker, C. Engels
Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät, FG Pflanzenernährung und Düngung, Berlin
1.Einführung
Der Anbau von landwirtschaftlichen und gärtnerischen Nutzpflanzen ist im Allgemeinen mit Humusverlusten verbunden. Diese Humusverluste können durch
Zufuhr von organischen Düngern und verschiedene pflanzliche Quellen für
organischen Kohlenstoff (C), wie z. B. ober- und unterirdische Ernterückstände,
ausgeglichen werden. Die Humuswirkung beschreibt den Anteil des Kohlenstoffs aus pflanzlichen Quellen, der langfristig im Boden verbleibt.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Quantifizierung von Stickstoffdüngungseffekten auf die Humuswirkung pflanzlicher Reststoffe. Dazu wurden Inkubationsversuche angelegt, in denen die Wirkung langfristig mineralisch-organischer
Düngung auf die Humuswirkung von Winterweizenstroh untersucht wird und
die Wirkung einer kurzfristigen mineralischen Stickstoffzugabe auf den Abbau
pflanzlicher Reststoffe aus dem Energiepflanzenanbau betrachtet wird.
2.
Die untersuchten Pflanzenmaterialien entstammen einem Feldversuch in Berlin Dahlem, Anbaujahr 2012 und beinhalten den oberirdischen Bestandsabfall
und die Ernte- und Wurzelrückstände in Energiepflanzensystemen sowie Winterweizenstroh. Es wurden Inkubationsversuche (DIN ISO 16072:2005-6) mit
Böden aus dem Internationalen organischen Stickstoff-Dauerdüngungsversuch (IOSDV) Berlin-Dahlem durchgeführt:
Die pflanzliche C-Quelle wurde bei 60 °C getrocknet, auf 1 mm Partikelgröße
vermahlen und in Feinboden aus dem Ap-Horizont des jeweiligen Versuchsbodens inkubiert (C-Zugabe 4 g C (kg Boden)-1). Es wurden Varianten ohne und mit
mineralischer N-Zugabe (0,1 g N (kg Boden)-1 als KNO3-Lösung) angesetzt. Die
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Feuchte wurde auf 50 % der Wasserhaltekapazität (ISO14238:1997) eingestellt
und die Temperatur konstant bei 22 °C gehalten.
Tab. 1:
Langfristig organisch-mineralische N-Düngungsvarianten
Variante
Organische N-Düngung
Null
SRG
SRG110
SRG160
STM
Ohne
Stroh-/ Rübenblatt-/ Gründüngung
Stallmist
Mineralische
N-Düngung
[kg N ha-1]
0
0
110
160
0
Für die Inkubationsversuche wurde ein Zeitraum von 128 Tagen bestimmt, der
wirksamen Mineralisierungszeit eines durchschnittlichen Versuchsjahres in
Berlin Dahlem (Franko und Oelschlägel, 1995) äquivalent ist. Es wurden 4 bzw.
3 Wiederholungen je Prüfglied angesetzt, Bodenatmung und Blindwert (Gefäß
ohne Boden) bestimmt. Nach 1, 3, 7, 14, 21, 35, 56, 77, 98 und 119 Tagen wurde
die CO2-C-Freisetzung durch Säure-Base-Titration (0,4 M HCl, 0,2 M NaOH)
gemessen. Die CO2-C-Freisetzung aus der pflanzlichen C-Quelle ergab sich
als Differenz der CO2-C-Freisetzung aus Boden mit und ohne zugefügtem
Pflanzenmaterial. Der Humifizierungskoeffizient zum Messzeitpunkt t [mg C (mg C)-1] errechnete sich nach:
Pflanzliche C-Zugabe [mg C]
CO2-C-Freisetzung aus der pflanzlichen C-Quelle [mg
C].
Der
mikrobielle
Abbau
(C-Mineralisierungskoeffizient
zum
[mg CO2-C (mg C)-1]) und die Humuswirkung
Messzeitpunkt t
bezeichnen Komplementmengen unter der Obermenge der pflanzlichen
C-Zugabe:
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Die mikrobielle Biomassebestimmung erfolgte nach drei Tagen Inkubationsdauer mittels Fumigation-Extraktion (DIN ISO 14240-2). Gemessen wurde der
mikrobielle Kohlenstoff und nach Persulfatoxidation (Cabrera und Beare, 1993)
der mikrobielle Stickstoff.
Die Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte der pflanzlichen C-Quellen und der
Bodenkohlenstoffgehalt wurden bestimmt (DIN EN 15900).
Die Auswertung erfolgte mit SAS 9.2 und Wolfram Mathematica® 9.
3.Ergebnisse
CO2-C-Freisetzung (Maß für mikrobielle Aktivität)
Die kumulative CO2-C-Freisetzung ist die Ausgangsgröße für die Berechnung
von Humifizierungskoeffizienten und charakterisiert die Umsatzaktivität aerober C-heterotropher Mikroorganismen.
Die Wirkung langfristig unterschiedlicher Düngung auf die CO2-C-Freisetzung
verändert sich über den Betrachtungszeitraum: Kurz- und mittelfristig (1 d, 3 d)
ist die mikrobielle Aktivität infolge langjähriger Stroh-/ Rübenblatt-/ Gründüngung erhöht. Mittel- und langfristig (56 d, 119 d) führt die langjährige Stallmistdüngung zu höherer mikrobieller Aktivität. Die Wirkung langjähriger Mineraldüngung auf die mikrobielle Aktivität kann durch eine kurzfristige N-Zugabe
ausgeglichen werden (Tab. 2).
Die Wirkung einer kurzfristigen N-Zugabe auf die CO2-C-Freisetzung variiert
sehr stark, je nach Betrachtungszeitraum: kurzfristig (1 d) wird die kumulative
CO2-C-Freisetzung verringert, mittelfristig (3 d, 56 d) wird sie erhöht und langfristig (119 d) verringert (Tab. 2).
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Tab. 2:
Einfluss der kurzfristigen N-Zugabe und der langfristigen Düngung auf
die kumulative CO2-C-Freisetzung; n = 4; Tukey-Test α = 0,05 a,b,c,d
(x,y,z)...unterschiedliche Buchstaben symbolisieren signifikante
Unterschiede innerhalb einer Zeile (Spalte)
Langfristige
Düngung
CO2-C-Freisetzung
N-Zugabe
Ohne N
Mit N
[mg CO2-C pro Versuchsgefäß]
A) 1 Tag Inkubationsdauer
Null
6,4
5,9
SRG
7,4
6,6
SRG110
7,5
6,8
STM
6,5
6,0
Mittelwert N-Zugabe
7,0a
6,4b
B) 3 Tage Inkubationsdauer
Null
15,5a(x)
16,0a(x)
SRG
18,4a(y)
22,4b(y)
SRG110
20,2a(z)
23,2b(y)
STM
15,7a(x)
16,9a(x)
Mittelwert N-Zugabe
17,5a
19,6b
C) 56 Tage Inkubationsdauer
Null
90,4a(x)
127,5b(x)
SRG
108,7a(y)
122,2b(x)
SRG110
112,9a(y)
126,6b(x)
STM
103,6a(y)
133,5b(x)
Mittelwert N-Zugabe
103,9a
127,5b
D) 119 Tage Inkubationsdauer
Null
139,2
141,7
SRG
151,5
137,7
SRG110
149,4
142,3
STM
150,2
149,2
Mittelwert N-Zugabe
147,6a
142,7b
Mittelwert
Langfristige
Düngung
6,2x
7,0y
7,2y
6,3x
15,8x
20,4y
21,7z
16,3x
109,0x
115,4xy
119,8y
118,6y
140,5x
144,6xy
145,9xy
149,7y
Mikrobielle Biomasse
Die mikrobielle Biomasse als der umsatzaktive C-Pool steht selbst unter dem
Einfluss langfristiger Düngung und kurzfristiger N-Zugabe. Durch alle betrachte-
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ten langfristigen Düngungsmaßnahmen konnte der mikrobielle C-Pool gegenüber der Nulldüngungsvariante tendenziell vergrößert werden. Die kurzfristige
N-Zugabe bewirkte bei allen Varianten unterschiedlicher langfristiger Düngung
eine mittelfristige (3 d) Vergrößerung des mikrobiellen C-Pools. (Tab. 3)
Tab. 3:
den mikrobiellen Kohlenstoffgehalt nach 3 Tagen Inkubationsdauer;
n = 1
Langfristige
Düngung
Null
SRG
SRG110
STM
Mittelwert N-Zugabe
Mikrobieller Kohlenstoff
N-Zugabe
Ohne N
Mit N
[µg (g Boden)-1]
156,9
194,4
203,1
175,8
182,5
195,6
260,7
254,9
235,4
236,7
Mittelwert
Langfristige
Düngung
176,3
227,6
229,0
205,6
Das mikrobielle C/N-Verhältnis unterscheidet sich tendenziell auf langjährig
unterschiedlich gedüngten Böden nach dreitägiger Inkubation mit Stroh. Es
bleibt infolge einer kurzfristigen N-Zugabe im Mittel aller Varianten langfristig
unterschiedlicher Düngung unverändert (Tab. 4).
Tab. 4:
den mikrobiellen Kohlenstoffgehalt nach 3 Tagen Inkubationsdauer;
n = 1
Langfristige
Düngung
Null
SRG
SRG110
STM
Mittelwert N-Zugabe
Mikrobielles C/N-Verhältnis
N-Zugabe
(mit Strohzugabe)
Ohne N
Mit N
5,7
5,3
4,7
5,7
5,3
5,6
4,9
4,3
6,3
5,3
Mittelwert
Langfristige
Düngung
5,6
5,1
4,5
6,0
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Mikrobieller Abbau und Humuswirkung
Der mikrobielle Abbau bezeichnet den Anteil der pflanzlichen C-Quelle, der
bis zu einem bestimmten Zeitpunkt zu CO2 umgesetzt worden ist, mit einem
C-Mineralisierungskoeffizient. Mittelfristig (56 d) ist der Einfluss der langfristigen
Düngung abhängig von der kurzfristigen N-Zugabe: Ohne N-Zugabe und ohne
langfristige Düngung ist der mikrobielle Abbau verzögert, kann jedoch durch die
kurzfristige N-Zugabe an die Varianten mit langfristiger Düngung angeglichen
weden. Langfristig (119 d, 256 d) sind N-Effekte erst nach 256 Tagen zu erwarten.
Tab. 5:
Einfluss einer kurzfristigen N-Zugabe und der langfristigen Düngung
auf den mikrobiellen Abbau von Winterweizenstroh; n = 4; Tukey-Test
α = 0,05 a,b,c,d (x,y,z)…unterschiedliche Buchstaben symbolisieren
signifikante Unterschiede innerhalb einer Zeile (Spalte)
Langfristige
Düngung
C-Mineralisierungskoeffizient
N-Zugabe
Ohne N
Mit N
[mg CO2-C (mg C)-1]
A) 56 Tage Inkubationsdauer
Null
0,41a(x)
0,61b(x)
SRG
0,49a(y)
0,57a(x)
SRG110
0,51a(y)
0,59b(x)
STM
0,48a(y)
0,63b(x)
Mittelwert N-Zugabe
0,47a
0,60b
B) 119 Tage Inkubationsdauer
Null
0,64
0,66
SRG
0,67
0,62
SRG110
0,66
0,63
STM
0,68
0,68
Mittelwert N-Zugabe
0,66
0,65
C) 256 Tage Inkubationsdauer (Modellextrapolation)
Null
0,93
0,74
SRG
0,76
0,64
SRG110
0,72
0,68
STM
0,78
0,75
Mittelwert N-Zugabe
0,77
0,71
Mittelwert
Langfristige
Düngung
0,51x
0,53xy
0,55y
0,55y
0,65xy
0,64xy
0,65x
0,68y
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Die Wirkung langfristiger Düngung ist auch hier stark abhängig von der kurzfristigen N-Zugabe: Ohne N-Zugabe ist der mikrobielle Abbau auf einem Boden, der
langfristig nicht gedüngt wurde am höchsten. Durch die kurzfristige N-Zugabe
kann dieser Unterschied aufgehoben werden (Tab. 5).
Bei einer Vielzahl von Pflanzenmaterialien aus dem Energiepflanzenanbau
erhöht die kurzfristige N-Zugabe den mittelfristigen mikrobiellen Abbau und
verringert den langfristigen Abbau. Die potenzielle Humuswirkung pflanzlicher
C-Quellen wird folglich durch eine kurzfristige N-Zugabe erhöht (Tab. 5, Abb. 1).
Abb. 1:
Einfluss der kurzfristigen N-Zugabe auf den Mineralisierungskoeffizienten
verschiedener pflanzlicher C-Quellen. Extrapolation
des Zweikomponentenmodells auf 256-tägigen Versuchszeitraum
mit 95 %-Konfidenzintervall und Grenzwertdarstellung.
Mittelfristig (35 d) führt eine ausbleibende kurzfristige N-Zugabe zu einem verzögerten Abbau von pflanzlichen C-Quellen mit einem weiten C/N-Verhältnis.
Unabhängig von der kurzfristigen N-Zugabe geht von pflanzlichen C-Quellen
mit einem engeren C/N-Verhältnis eine höhere Humuswirkung aus (Tab. 6).
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Tab. 6:
Einfluss der kurzfristigen N-Zugabe auf den Korrelationskoeffizienten zwischen dem C/N-Verhältnis der pflanzlichen C-Quelle und
dem Mineralisierungskoeffizienten nach 35 Tagen (
) bzw. dem potenziellen Mineralisierungskoeffizienten
(
); n = 54
Mineralisierungskoeffizient
Pearson-Korrelationskoeffizient
N-Zugabe
Ohne N
Mit N
-0,83**
0,37
0,54
0,88**
4.Zusammenfassung
Einfluss langfristig differenzierter Düngung auf den Strohabbau:
Kurzfristig war der Strohabbau auf Böden, die langfristig mit Stroh-/ Rübenblatt-/
Gründüngung gedüngt wurden höher als auf Böden, die mit Stallmist oder nicht
gedüngt wurden.
Mittelfristig hatte die langfristig differenzierte Düngung keinen Einfluss auf den
Strohabbau.
Langfristig war die Wirkung stark abhängig von der kurzfristigen N-Zugabe. Bei
ausbleibender kurzfristiger N-Zugabe war der Strohabbau auf einem Boden, der
langfristig nicht gedüngt wurde am höchsten. Durch die kurzfristige N-Zugabe
konnte dieser Unterschied aufgehoben werden.
Einfluss kurzfristiger N-Zugabe auf den Strohabbau und die Humuswirkung von pflanzlichen C-Quellen:
Die kurzfristige N-Zugabe führte zu einer starken Veränderung der zeitlichen
Dynamik des Strohabbaus. Die potenzielle Humuswirkung wurde erhöht.
Unabhängig von der kurzfristigen N-Zugabe hatten pflanzliche C-Quellen mit
einem engeren C/N-Verhältnis eine höhere Humuswirkung.
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5.Literaturangaben
Cabrera, M., Beare, M., 1993: Alkaline Persulfat Oxidation for Determining Total
Nitrogen in Microbial Biomass Extracts. Soil Science Society of America.
57, 1007-1012.
Franko, U., Oelschlägel, B., 1995: Einfluss von Klima und Textur auf die biologische Aktivität beim Umsatz der organischen Bodensubstanz. Arch.
Acker- Pfl. Boden. 39, 155-163.
6.Danksagung
Dieses Projekt wird finanziell durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe unterstützt (FKZ 22401112).
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Eignung von organischen Handelsdüngemitteln
für den ökologischen Landbau
K. Möller1, U. Schultheiß2
1
2
Institut für Kulturpflanzenwissenschaften, Universität Hohenheim, Stuttgart
Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft, Darmstadt
1.Einleitung
Im ökologischen Landbau ist beim Anbau von Sonderkulturen eine Grunddüngung mit Stallmist oder Kompost üblich. Diese wird in der Regel durch eine
N-Düngung mit organischen Handelsdüngern ergänzt. Traditionell werden
hierfür v. a. Vinasse, Ölpresskuchen, aufbereitete Schlachthofabfälle wie
Fleischknochenmehl, Keratine und Blutmehl sowie andere Rückstände aus der
Lebensmittelverarbeitung wie Kartoffelfruchtwasser und Malzkeime verwendet. Allerdings stehen organische Handelsdüngemittel im ökologischen Landbau in der Diskussion, u. a. wegen ihres Ursprungs aus konventioneller Erzeugung. Daher bemühen sich Anbauer in den letzten Jahren um Alternativen, z. B.
Leguminosenschrote, Luzernemehl. Für zahlreiche der eingesetzten Handelsdüngemittel fehlen Informationen zur Herkunft und Verfügbarkeit, zur stofflichen
Zusammensetzung und sachgerechten Anwendung in der landwirtschaftlichen
Praxis im Kontext des jeweiligen Anbausystems. Ziel der vorgestellten Arbeiten
ist es, die im ökologischen Landbau zugelassenen organischen Handelsdüngemittel tierischer und pflanzlicher Herkunft über wertgebende und wertmindernde
Inhaltstoffe zu charakterisieren. Zudem soll anhand des Nährstoffspektrums
und der Düngeeigenschaften ihre Eignung und Ersetzbarkeit durch andere Düngemittel im Kontext mit dem Nährstoffstatus ökologisch bewirtschafteter Standorte abgeschätzt werden.
2.
Für die Studie wurden Daten aus wissenschaftlichen Publikationen, Berichte
aus Forschungseinrichtungen, Landesanstalten, Beratung und Industrie sowie
Fachzeitschriften ausgewertet. Es wurden sowohl Daten zum Nährstoffstatus ökologisch bewirtschafteter Standorte mit Sonderkulturen als auch zu
Inhaltsstoffen und zur Düngewirkung von organischen Düngemitteln zusam-
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mengetragen. Parallel hierzu wurden deutschlandweit 77 Proben der in ökologisch bewirtschafteten Betrieben eingesetzten Handelsdüngemittel tierischer
und pflanzlicher Herkunft durch Berater gesammelt. Die Düngemittelproben
wurden auf Gehalte an Makro- und Mikronährstoffen sowie an Schadstoffen
(Schwermetalle, organische Schadstoffe, Antibiotikarückstände, Pestizide
etc.) untersucht. Ergänzend hierzu wurden Daten zum Düngungsmanagement
ökologisch wirtschaftender Sonderkulturbetriebe erhoben, um einerseits die
Bedeutung einzelner Düngemittel aufzuzeigen und andererseits eine Bewertung der Einsatzmöglichkeiten vornehmen zu können. Die N-Verfügbarkeit im
Jahr der Anwendung wurde anhand einer Regressionskurve zwischen dem
C/N-Verhältnis und der N-Freisetzung aus verschiedenen Gefäß-, Inkubations- und Freilandexperimenten abgeschätzt. Der Schwermetall-Nährstoffwert
(SMN) wurde nach Herter und Külling (2001) berechnet:
SMN = (((SM12 + SM22 + ... SMx2) / 7)-2) / (P2O5+N+K2O)
SMX x N, P, K = gewichteter Gehalt des Schwermetalls x,
= 1, 2, ...7: berücksichtigte Schwermetalle
= Gehalte je in kg/t TM, unter voller Anrechnung von K
Die Gewichtungsfaktoren der Schwermetallgehalte werden nach Herter und
Külling (2001) anhand der potenziellen Toxizität der Elemente festgesetzt: Cd:
37,09; Cr: 0,37; Cu: 0,31; Hg: 37,09; Ni: 2,32; Pb: 0,37, Zn: 0,09; (Mo: 9,27; Co:
3,09).
3.
Zu Nährstoffbilanzen von gemüsebaulich genutzten ökologisch bewirtschafteten Flächen liegen bislang nur wenige Untersuchungen vor. Ergebnisse aus
den Niederlanden und aus Deutschland für den geschützten Anbau weisen auf
starke N-Überhänge und auch auf hohe P-Bilanzüberschüsse mit einer damit
einhergehenden P-Anreicherung im Boden hin (Voogt et al., 2011, Zikeli et al.,
2014). Untersuchungen aus Deutschland zeigen eine starke P-Anreicherung
in gemüsebaulich genutzten Flächen des ökologischen Landbaus, sowohl für
den geschützten Anbau als auch den Freilandanbau (von Fragstein et al., 2004,
Zikeli et al., 2014). Eine Auswertung der Bodenanalysen von ökologisch bewirtschaften Standorten mit Dauerkulturen deutet ebenfalls auf hohe Gehalte an
pflanzenverfügbarem P und K sowie höhere pH-Gehalte hin (Tab. 1).
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Tab. 1: Auswertung der Bodenanalysen nach Gehaltsklassen von ökologisch bewirtschafteten Obstbaumplantagen in Baden-Württemberg
(n = 402) (in Klammern: Prozentangaben)1)
Gehaltsklassen
Phosphor
Kalium
Magnesium
pH
A
6 (1,5)
15 (3,7)
59 (16,2)
0 (0,0)
B
28 (7,0)
33 (8,2)
14 (3,8)
38 (9,5)
C
138 (34,2)
121 (30,1)
187 (51,2)
104 (25,9)
D
157 (39,1)
13 (3,2)
12 (3,3)
139 (34,6)
E
73 (18,2)
220 (54,7)
93 (25,5)
121 (30,1)
1)
Gehaltsklasse A steht für Böden mit sehr geringen Gehalten an dem jeweiligen Nähr-
stoff, für den ökologischen Landbau wird die Gehaltsklasse B angestrebt.
Diese Ergebnisse zeigen, dass bei der aktuellen Düngungspraxis das Verhältnis
der Hauptnährstoffe zueinander nicht mit den Nährstoffentzügen der Ernteprodukte übereinstimmt und die übliche Düngung mit Kompost oder Festmist zu einem
sukzessiven Anstieg der Gehalte an pflanzenverfügbarem P und der pH-Werte der
Bodenlösung führt. Die Gegenüberstellung der Nährstoffverhältnisse in Gemüseoder Obstkulturen (im Durchschnitt werden je kg N etwa 0,17 kg P und 1,36 kg K
aufgenommen) mit den von häufig eingesetzten organischen Düngemitteln zeigt,
dass z. B. Rottemist aus der Milchviehhaltung je kg N etwa doppelt so viel P enthält
wie Gemüsekulturen (0,36 kg P/kg N). Dies lässt sich einerseits durch Nährstoffungleichgewichte in den verwendeten Düngemitteln (z. B. enthält Stroh in Relation
zu N viel P und K), und anderseits mit den Nährstoffverlustprozessen bei der Rotte
erklären (relative P-Anreicherung durch N- und ggf. K-Verluste, kaum P-Verluste).
Verstärkt werden diese Ungleichgewichte dadurch, dass bei langjähriger Betrachtung aus Rottemist oder Kompost nur etwa 40 bis 60 % des N pflanzenverfügbar
werden, während für P langfristig eine Verfügbarkeit von nahezu 100 % besteht.
Wird die Düngung einseitig am N-Bedarf der Kulturpflanzen ausgerichtet, besteht
langfristig die Gefahr entsprechender Ungleichgewichte. Um diesem Aspekt entgegenzuwirken, sollten bei der Düngeaufbereitung Nährstoffverluste vermieden
werden, z. B. durch eine Vergärung in Biogasanlagen anstelle einer Kompostierung. Unter den verfügbaren Grunddüngemitteln entspricht das Nährstoffspektrum von Gärresten am ehesten dem Spektrum von Gemüsekulturen (Abb. 1).
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Abb. 1:
Nährstoffspektrum (P-, K-, S-Gehalte je Einheit N) von Grunddüngemitteln im Vergleich zu Gemüse und Getreide (korrigiert um langfr.
N-Effizienz) (Möller und Schultheiß, 2014a); (HTK = Hühnertrockenkot, MV = Milchvieh, GP = Gärprodukt, fl. = flüssig)
Die Analyse der Daten zeigt, dass für eine ausgewogene Nährstoffversorgung
bei einer Grunddüngung mit Rottemist oder Kompost ein Ausgleich des hohen
N-Bedarfs nur durch eine einseitige Bereitstellung von N gelingen kann, entweder durch Erhöhung der biologischen N2-Fixierung (Ausweitung des Anteils an
Leguminosen), oder durch Verwendung von N-betonten Düngern (z. B. Keratine
wie Horn-, Haar- und Federmehl) bzw. NK-haltigen Düngern (z. B. Vinasse) mit
geringen P-Gehalten. Leguminosenschrote eignen sich aufgrund ihrer relativ
hohen P-Gehalte nicht, die hohe P-Zufuhr über die organische Grunddüngung
mit Rottemist oder Kompost auszugleichen. Alternativ hierzu kann das Problem hoher P-Bilanzüberschüsse durch Umstellung der Grunddüngung, d. h.
durch Verwendung von Düngemitteln mit deutlich weiteren N:P-Verhältnissen
wie z. B. Gärprodukten, gemindert werden. Gärreste weisen zugleich auch
ein engeres C/N-Verhältnis und höhere Ammonium-N-Gehalte auf, womit die
N-Düngewirkung erhöht und der Bedarf einer Ergänzungsdüngung mit N-betonten Düngern verringert werden könnte.
Die Gehalte zu den Makro- und Mikronährstoffen sowie Schwermetallen
der untersuchten organischen Düngemittel wurden in Möller und Schultheiß
(2014a, b) veröffentlicht. Gemäß den Ergebnissen des Schwermetall-Nährstoff-Wertes unterscheidet sich die Schwermetallbelastung der verschiedenen
organischen Düngemittel im Verhältnis zu den darin enthaltenen Nährstoffen
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stark. Zahlreiche Düngemittel, die im ökologischen Landbau bevorzugt eingesetzt werden, weisen höhere relative Schwermetallbelastungen auf als weniger
bevorzugte oder derzeit nicht erlaubte Stoffe (Tab. 2). Dazu gehören bestimmte
Rohphosphate, Thomasphosphate oder Grüngutkomposte, die teilweise eine
deutlich höhere relative Schwermetallbelastung aufweisen als derzeit nicht
erlaubte Klärschlämme oder Gärprodukte aus der Lebensmittelverarbeitung.
Tab. 2: Schwermetall-Nährstoffwert (SMN) organischer Düngemittel, abgeleitet aus eigenen Daten und Literaturangaben
Düngemittel
SMN
Düngemittel
SMN
Grüngutkompost
0,72
Keratine
0,06
Bioabfallkompost
0,53
Fleischknochenmehl
0,04
Gärprodukt Bioabfall
0,19
Vinasse
0,06
Gärprodukt Speisereste
0,06
Kartoffelfruchtwasser
0,03
Festmist Milchvieh
0,10
Körnerleguminosen
0,08
Gülle Milchvieh
0,07
Kleegras
0,07
Klärschlamm
0,54
Gafsa-Rohphosphat
2,92
Die Behandlung von organischen Siedlungsabfällen aus der grünen Tonne
kann entweder durch Vergärung oder Kompostierung erfolgen. Im ökologischen
Landbau werden derzeit eher Komposte als Gärprodukte eingesetzt, obwohl die
relative Schwermetallbelastung von Gärprodukten erheblich niedriger ist. Die
geringste relative Belastung weisen Gärprodukte aus gewerblichen biogenen
Abfällen auf, deren Verwendung ist derzeit allerdings verboten. Ein günstiges
Verhältnis von Schwermetall- zu Nährstoffgehalten zeigen nahezu sämtliche
Reststoffe pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, die als organische N-Handelsdüngemittel in Verkehr gebracht werden.
Die Belastung der untersuchten organischen N-Handelsdüngemittel mit sonstigen Schadstoffen war insgesamt niedrig, z. T. unterhalb der Nachweisgrenze.
Produkte auf Basis von Malzkeimen enthielten häufig Spuren von Pflanzenschutzmitteln zur Bekämpfung von Lagerschädlingen. Produkte auf Basis von
Kartoffelschalen wiesen häufig höhere PCB´s und PCDD/F´s auf sowie teilweise erhöhte Schwermetallgehalte. Sämtliche Proben waren GVO-frei.
Die Auswertung der in der Literatur vorhandenen Daten der scheinbaren N-Freisetzung im Jahr der Anwendung deutet auf eine enge Korrelation zwischen
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der N-Freisetzung und dem C/N-Verhältnis der organischen Düngemittel hin
(Abb. 2).
Abb. 2:
Statistische Beziehung zwischen C/N-Gehalt organischer Düngemittel und N-Freisetzung in Feld-, Gefäß- und Inkubationsversuchen
zur Abschätzung der N-Verfügbarkeit im Jahr der Anwendung (Pfeile
weisen auf das jeweilige C/N-Verhältnis hin) (Möller und Schultheiß,
2014a)
Die Auswertung der in der Literatur vorhandenen Daten der scheinbaren N-Freisetzung im Jahr der Anwendung deutet auf eine enge Korrelation zwischen
der N-Freisetzung und dem C/N-Verhältnis der organischen Düngemittel hin
(Abb. 2).
Aus der Gegenüberstellung der Auswertung der Gehalte an pflanzenverfügbaren P und K von ökologisch bewirtschaften Obstanlagen in Baden Württemberg
lässt sich beispielhaft die Eignung von organischen Düngemitteln für den Einsatz im intensiven Anbau von Obst- und Gemüsekulturen ableiten (Abb. 3).
Nur einzelne Standorte weisen eine Unterversorgung sowohl von P als auch K
auf (Abb. 3). Auf diesen Standorten können zahlreiche Düngemittel einschließlich Kompost in Kombination mit einem N-reichen Düngemittel eingesetzt werden. Liegen die pflanzenverfügbaren P- und K-Gehalte jedoch über der Empfehlung, sollten die Betriebe eine langfristige Abreicherung anstreben. Dies ist
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derzeit nur mit Keratinen möglich, da diese nur Spuren an P und K aufweisen. Bei
einseitigem P-Mangel kommen z. B. Hühnertrockenkot, Geflügelmist, Körnerleguminosenschrote oder Fleischknochenmehl in Frage, bei einseitigem K-Mangel vordringlich Vinasse.
Abb. 3:
Gehalte an pflanzenverfügbarem PCAL und KCAL in ökologisch bewirtschafteten Obstanlagen in Baden-Württemberg (n = 402)
Weist der Standort optimale P- und K-Gehalte auf, können nur in geringer Menge
Komposte oder Körnerleguminosenschrote eingesetzt werden. Eine ausgewogene Grunddüngung mit N, P und K ist am ehesten mit Gärprodukten denkbar.
Die dargestellten Zusammenhänge zeigen, dass es im Hinblick auf die Auswahl
von Düngemitteln bei steigenden Gehalten an pflanzenverfügbaren P und K derzeit keine Alternativen zum Einsatz von Keratinen gibt.
4.
Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Die derzeitige Düngungspraxis im intensiven Sonderkulturanbau führt zu hohen
P-Bilanzüberschüssen und häufig sind die K-Bilanzen ebenfalls stark positiv.
Dies liegt ursächlich am engen N:P-Verhältnis der zur Grunddüngung verwendeten Düngemittel und einer darauf nicht angepassten N-Ergänzungsdüngung.
Je höher der Nährstoffstatus eines Standortes, desto geringer sind die Freiheitsgrade bei der Auswahl der Düngemittel. Lösungsansätze sind einerseits eine
Begrenzung der Grunddüngung mit z. B. Rottemist und Kompost, und ein Aus-
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gleich mit N-haltigen Düngern wie Keratine oder NK-Düngern wie Vinasse bzw.
eine Ausweitung des Leguminosenanteils in der Fruchtfolge. Der Einsatz von
Düngemitteln mit ausgewogenerem Nährstoffspektrum zur Grunddüngung wie
z. B. Gärprodukten stellt ebenfalls eine Alternative dar.
5.
Literaturangaben
Fragstein und Niemsdorff, P. von, Geyer, B., Reents, H.J., 2004: Status quo
Ökologischer Gemüsebau – Betriebsbefragungen. Unveröffentlichter
Endbericht BLE-Projekt 02OE222.
Herter, U., Külling, D., 2001: Risikoanalyse zur Abfalldüngerverwertung in der
Landwirtschaft. Bericht Juli 2001. http://www.domaene-heidbrink.de/
fileadmin/oeffentlicheDokumente/heidbrink_pdf/Risikoanalyse%20
Abfallwirtschaft.pdf, download 16. April 2012.
Möller, K., Schultheiß, U., 2014a: Organische Handelsdüngemittel im ökologischen Landbau – Charakterisierung und Empfehlungen für die Praxis.
KTBL-Schrift 499, 392 S.
Möller, K., Schultheiß, U., 2014b: Chemical characterization of commercial
organic fertilizers. Archives of Agronomy and Soil Science (in Druck).
Voogt, W., de Visser, P.H.E., van Winkel, A., Cuijpers, W.J.M., van de Burgt,
G.J.H.M., 2011: Nutrient Management in Organic Greenhouse Production: Navigation between Constraints. Acta Hort. (ISHS) 915, 75-82.
Zikeli, S., Deil, L., Möller, K., 2014: Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung in
ökologisch bewirtschafteten Gewächshäusern in Baden-Württemberg.
In diesem Band.
Danksagung
Wir danken der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung für die Finanzierung des Projektes im Rahmen des BÖLN.
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Einschätzungen zum Einfluss von Biogasanlagen
auf das Nitratauswaschungsrisiko anhand
von Bodennitratwerten der SchALVOHerbstkontrollaktion
M. Finck, W. Übelhör, H. Hartwig
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg, Karlsruhe
1.
Einführung
Biogasanlagen leisten einen Beitrag zur Erzeugung von Energie aus regenerativen Rohstoffen. Sie tragen zur dezentralen Versorgung mit Strom, Wärme
und Gas bei. Die Biogaserzeugung stellte für viele landwirtschaftliche Betriebe
in den vergangenen Jahren eine wichtige Möglichkeit zur Betriebsentwicklung
dar. Jedoch steht die Biogaserzeugung auch im Verdacht das Grundwasser zu
belasten. Ursache ist die stetig wachsende Anzahl und Größe der Biogasanlagen, die damit einhergehende Zunahme des Flächenbedarfs für den Anbau von
Energiepflanzen, die Zunahme an Gärresten und der daraus resultierende steigende Flächenbedarf für deren Ausbringung. Zudem wird befürchtet, dass aufgrund hoher Transportkosten die Ausbringung der Gärreste verstärkt im nahen
Umfeld der Biogasanlage erfolgt.
2.
Entwicklung und regionale Schwerpunkte der Biogaserzeugung
in Baden-Württemberg
Die installierte elektrische Leistung der Biogasanlagen stieg in Baden-Württemberg von 28 MW im Jahre 2004 auf 293 MW im Jahr 2013. Einen ähnlich starken
Anstieg zeigt die Anbaufläche für Silomais - sie stieg zwischen 2001 und 2012
von etwa 70.000 ha auf 120.000 ha an (Abb. 1). Da sich der Rinderbestand ab
Mitte der 1980er Jahren stetig verringert hat und damit auch eine Verringerung
der Silomais-Anbaufläche einhergeht, ist der Anstieg der Silomais-Anbaufläche
seit 2001 alleinig auf den Ausbau der Biogaserzeugung zurückzuführen. Silomais stellt mit 43 % den größten Anteil am Substratmix der Biogasanlagen dar,
wobei Anlagen > 500 kW elektrische Leistung (EL) mehr als 50 % und Anlagen
< 125 KW EL weniger als 25 % Silomaissubstrat verwerten. Bei den kleineren
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Anlagen dominiert der Wirtschaftsdünger (Gülle und Festmist) die Substratzusammensetzung. Grassilage trägt mit 11 bis 13 % unabhängig von der Größe
der Anlagen zum Substratmix bei.
Die Intensität der Biogaserzeugung ist regional sehr unterschiedlich. In
den viehhaltenden Regionen Oberschwaben, Donau-Iller, Hohenlohe und
Schwarzwald-Baar ist die pro Fläche installierte elektrische Leistung am höchsten (Abb. 2). Da diese v. a. durch kleinere güllebasierte Anlagen erbracht wird,
ist auch die Anzahl der Biogasanlagen in diesen Regionen sehr hoch.
Abb. 1: Entwicklung der Rinderzahlen, Silomaisflächen und der Gesamtleistung
Biogasanlagen in Baden-Württemberg seit 1979. Datenquelle: StaLa;
MLR bzw. Biogasfachberater. Grafik: LTZ (Mastel).
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Abb. 2:
Biogaserzeugung in Baden-Württemburg 2013. Anzahl Anlagen und
installierte elektrische Leistung pro Landkreis. Daten: MLR, StaLa.
Grafik: LEL.
3.
Haben mit Gärresten aus Biogasanlagen gedüngte Silomaisflächen erhöhte Herbstnitratgehalte?
Anhand von Bodennitratwerten der in den Wasserschutzgebieten durchgeführten SchALVO-Herbstkontrollaktionen wurde untersucht, ob die Biogaserzeugung in Baden-Württemberg zu erhöhten Nitratgehalten im Boden führt. Da
die Herbstkontrolldaten keine Information enthalten, ob mit Gärresten gedüngt
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wurde, mussten Annahmen zur Verteilung der Gärreste in Abhängigkeit von
der Leistungskapazität der Anlage getroffen werden. Für Anlagen > 500 kW EL
wurde angenommen, dass die Gärreste im Umkreis von 15 km ausgebracht werden, für Anlagen mit 200-500 kW EL wurden 10 km angenommen und für Anlagen < 200 kW EL wurden 5 km angesetzt (siehe Abb. 3).
Unter diesen Annahmen ergibt sich in den fünf untersuchten Landkreisen AlbDonau-Kreis (ADK), Biberach (BC), Ravensburg (RV), Sigmaringen (SIG) und
Rottweil (RW) eine flächendeckende und mehrfach überlagerte Ausbringfläche.
Das heißt die Anzahl der Biogasanlagen bzw. die potentielle Ausbringfläche
ist so groß, dass alle Maisanbauflächen mit Gärresten gedüngt werden können. Der angedachte Vergleich der Nitratgehalte von potentiell mit Gärresten
gedüngten bzw. nicht gedüngten Maisflächen ist somit nicht möglich.
Abb. 3:
Potentielle Ausbringfläche für Gärreste in Abhängigkeit von der Größe
der Biogasanlage (> 500 kW EL: 15 km Umkreis, 200-500 kW EL: 10 km
Umkreis; < 200 kW EL: 5 km Umkreis). Daten: LGL, LUBW (1/2012).
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Ersatzweise wurde die Höhe der Nitratgehalte in Abhängigkeit von der
Entfernung zur nächstgelegenen Biogasanlage untersucht. Abbildung 4
zeigt die Nitratgehalte in der Umgebung von Biogasanlagen > 500 kW EL.
Die Variabilität der Nitratgehalte ist sehr hoch, tendenziell verringern sich
die Nitratgehalte auf den dargestellten 4 Kilometer Entfernung von der
Biogasanlage um 24 kg N/ha, d. h. pro Kilometer um 6 kg N/ha. Die starken
Überlagerungseffekte aufgrund der hohen Biogasanlagendichte lassen allerdings Unschärfen vermuten. Deshalb wurden zusätzlich einzelne Anlagen
in relativ isolierter Lage von Hand ausgewählt und die Nitratgehalte in deren
Umfeld untersucht (Abb. 5). Anlage 4 zeigt einen Rückgang von 20 kg N/ha pro
Kilometer Entfernung, die Anlagen 5, 7 und 8 einen Rückgang von 12 bis 15 kg N/
ha pro Kilometer Entfernung. Insgesamt zeigen 7 von 10 betrachteten Anlagen
einen Rückgang der Nitratgehalte mit zunehmender Entfernung. Auf Grund der
niedrigen Bestimmtheitsmaße (siehe Abb. 4 und 5) kann allerdings nur von einer
Tendenz gesprochen werden, dass Nitratgehalte im Umfeld von Biogasanlagen
höher sind und somit auch ein erhöhtes Risiko der Nitratauswaschung ins
Grundwasser besteht.
Abb. 4:
Biogasanlagen > 500 kW EL: Nitratgehalte der Herbstkontrollaktion
2011 mit zunehmender Entfernung von den Biogasanlagen.
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Abb. 5:
Beispiele einzelner Biogasanlagen im Landkreis Biberach (BC): Nitratgehalte der Herbstkontrollaktion 2011 mit zunehmender Entfernung von der Biogasanlage
4.
Wie wirkt sich die Zunahme des Maisanbaus auf das
Nitratauswaschungsrisiko aus?
Silomais hat nach Kartoffeln die höchsten Herbstnitratgehalte bei den Ackerbaukulturen. Im Vergleich zu K-Mais sind die Nitratgehalte ca. 15 kg N/ha höher,
im Vergleich zu Getreide ca. 25 kg N/ha (Abb. 6).
Ursachen hierfür sind,
• der Einfluss langjähriger organischer Düngung in viehhaltenden Regionen,
• die fehlende N-Aufnahme durch Folgekulturen/Zwischen-früchte/Untersaaten im Herbst und
• tendenziell erhöhte Nitratgehalte im Umfeld von Biogasanlagen.
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Die landesweite Zunahme der Anbaufläche für Silomais um 50.000 ha in
den letzten 10 Jahren insbesondere auf Kosten von Stilllegungen (minus
40.000 ha) und Sommergerste (minus 35.000 ha), dürfte das Problem
der Nitratauswaschung verschärft haben. Allerdings sind die mittleren
Herbstnitratgehalte bei Silomais mit ca. 65 kg N/ha heute niedriger als zu Beginn
der Nitratbeprobung Ende der 1980er Jahre mit ca. 100 kg N/ha.
Abb. 6:
Nitratgehalte (Mittelwerte 0-90 cm) im Herbst nach verschiedenen
Hauptkulturen. Daten: SchALVO-Herbstkontroll-aktionen 20042011.
5.
Steigen die Nitratgehalte im Grundwasser?
Die wasserwirtschaftliche Fachbehörde führt in den fünf untersuchten Landkreisen ergänzend Sonderauswertungen zur Entwicklung der Nitratkonzentrationen im Grundwasser durch. Bislang konnten keine eindeutigen Belege für einen
Anstieg der Nitratbelastung aufgrund der gestiegenen Biogaserzeugung gefunden werden.
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6.
Zusammenfassung und Fazit
Aufgrund einer begrenzten Datenlage bei den Biogasanlagen (z. B. fehlende
Angaben zur Inbetriebnahme und Leistungskapazität) und der Tatsache, dass
Bodennitratkontrollen fast ausschließlich in Wasserschutzgebieten der Kategorie Problem- und Sanierungsgebiet durchgeführt werden, sind die Möglichkeiten der statistischen Auswertung des Zusammenhangs zwischen Biogaserzeugung und erhöhten Nitratgehalten sehr eingeschränkt.
Für die fünf untersuchten Landkreise Alb-Donau-Kreis, Biberach, Ravensburg,
Sigmaringen und Rottweil konnte festgestellt werden, dass die Biogasanlagendichte so hoch ist, dass flächendeckend Gärreste ausgebracht werden können.
Mit zunehmender Entfernung von den Biogasanlagen war tendenziell, aber statistisch nicht absicherbar, ein Rückgang der Bodennitratgehalte festzustellen.
Da die Nitratgehalte nach Silomais im Vergleich zu Getreide und vielen anderen Kulturen relativ hoch sind, hat die starke Zunahme der Anbaufläche für Silo-/
Energiemais und die damit verbundene Düngung mit Gärresten in den letzten
10 Jahren zu einer Erhöhung des Nitratauswaschungspotentials geführt.
Auch wenn aufgrund der aktuellen Novellierung des Erneuerbaren-EnergienGesetzes (EEG, 2014) keine weitere Zunahme der Biogaserzeugung im landwirtschaftlichen Bereich zu erwarten ist, stellt die bereits jetzt in einigen Regionen sehr intensive Biogaserzeugung ein erhöhtes Nitratauswaschungsrisiko
dar. Deshalb sollten alle Maßnahmen zur Minimierung des Auswaschungsrisikos, insbesondere die sachgerechte Verteilung der Gärreste, die bedarfsgerechte Düngung und die Etablierung von Untersaaten oder alternativer Biogasfruchtfolgen ergriffen werden.
7.Literaturangaben
LTZ, 2012: SchALVO Nitratbericht - Ergebnisse der Beprobung 2011. Ministerium für Ernährung und Ländlichen Raum Baden-Württemberg (Hrsg.),
138 S.
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Auswirkung einer reduzierten
Rohproteinversorgung von Milchkühen
auf Futteraufnahme, Milchleistung und
Wirtschaftlichkeit
T. Jilg
Landwirtschaftliches Zentrum für Rinderhaltung, Grünlandwirtschaft, Milchwirtschaft, Wild, Fischerei Baden-Württemberg (LAZBW), Aulendorf
1.Einleitung
In der aktuellen Diskussion zur Eiweißversorgung werden auch Empfehlungen
zur Senkung des Rohproteingehaltes der Futterration diskutiert. Eine proteinreduzierte Fütterung führt zu geringeren Harn- N-Ausscheidungen über die Niere.
Dies hat niedrigere Ammoniakemissionen im Stall zur Folge. Dies ist ein Beitrag
zur Senkung umweltrelevanter Gase. Andauernde hohe Proteinversorgung bei
hohem Leistungsniveau wird auch als Ursache für eine möglicherwiese reduzierte Filtrationsleistung der Nieren für Harnstoff genannt. Mit proteinreduzierter
Fütterung könnten Leber und Nieren entlastet werden
2.
Der Versuch wurde im Cross-Over Design mit 32 Fleckviehkühen durchgeführt
(Tab. 1). Die Versuchsphasen dauerten 5 Wochen. Vor jedem Futterwechsel
wurde eine Gewöhnungsphase von 7 Tagen eingeschaltet. 4 Kühe waren in der
ersten Laktation, 10 Kühe in der zweiten, 9 Kühe in der dritten und 9 Kühe in der
vierten bis siebten Laktation.
Tab. 1:
Versuchsdesign
Tiergruppe
11 (n = 16)
12 (n=16)
Phase 1
21.05.-24.06.2013
XP-reduziert
Kontrolle
Phase 2
02.07.-05.08.2013
Kontrolle
XP-reduziert
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Futtermittel und Futterrationen
In 14-tägigem Abstand wurden Proben gezogen und im Futtermittellabor des
LAZBW untersucht. Die Ergebnisse der Futteruntersuchungen sind in Tabelle 2
gelistet.
Tab. 2:
Nährstoffgehalte der Rationskomponenten
Futtermittel
Biertrebersilage
Getreidemix
Grassilage
Phase 1
Grassilage
Phase 2
Heu
Maissilage
Rapsextr.
schrot
Gerstenstroh
XP
XF
NDFOM
NEL
TM
g/kg
Ø
±s
Ø
±s
Ø
±s
Ø
±s
Ø
227
3
894
5
368
70
312
6
903
242
22,7
141
14,6
141
28,1
174
12,6
135
232
19,1
218
7,9
317
23,1
292
12,8
329
592
18,6
177
16,2
507
37,5
529
25
536
MJ/
kg
TM
6,74
0,06
7,95
0,18
5,7
0,44
6,1
0,28
5,73
±s
11
11,6
17,8
6,2
0,16
Ø
386
83
199
388
7,33
±s
Ø
±s
Ø
±s
2
891
3
906
9
7,7
391
3,8
30
6,7
20,2
165
5,4
493
20,9
15,8
338
19,6
822
21,6
0,1
7,28
0,03
3,77
0,02
g/kg TM
UDP
%
40
20
15
15
25
25
35
45
nXP
RNB
g/kg TM
204
10
162
5
126
11
138
6
134
6,1
2
-3,3
1,6
2,4
2,9
5,9
1,3
0,2
5
1,1
143
-9,6
3
255
2
74
3
0,8
21,8
0,3
-7,1
0,6
Die Futterrationen sind in Tabelle 3 (Anteile in % der Trockenmasse) dargestellt.
In Phase 2 wurde eine andere Grassilage gefüttert. Dies führte zu kleineren
Änderungen in der Rationsgestaltung. Die unterschiedlichen Proteingehalte
der Rationen wurden durch die Anteile an Biertreber und Rapsextraktionsschrot
moduliert. Die Getreidemischung bestand aus 60 % Weizen, 26 % Gerste, 7 %
Ackerbohnen, 4 % Mineralfutter, 2 % Natriumbicarbonat und 1 % kohlensaurem
Futterkalk.
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Tab. 3:
Futterrationen (in % der Trockenmasse)
V
Phase 1
XP-reduziert
23,6
K
Phase 1
Norm
22,8
28,4
8,6
2,2
Biertrebersilage
Getreidemix
RES
Summe
% i.TM
GS Phase 1
GS Phase 2
Maissilage
Heu
Gerstenstroh
23,9
8,6
2,2
V
Phase 2
XP-reduziert
21,2
28
8,2
2,1
K
Phase 2
Norm
19,8
26,3
8,2
2,1
6,5
8,6
5,1
7,2
27,6
3,2
100
23,4
10,6
100
32,4
3
100
26,4
10,1
100
Die Nährstoffgehalte der Futterrationen sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Tab. 4:
Nährstoffgehalte der Futterrationen
Inhaltsstoff
Ration
V
Phase 1
XP-reduziert
471
136
6,9
149
-2,03
24
249
K
Phase 1
472
160
6,87
158
0,28
27
246
V
Phase 2
XP-reduziert
467
142
7,03
152
-1,58
23
241
K
Phase 2
463
162
7
160
0,36
26
237
TM
XP
NEL
nXP
RNB
UDP
XF
g/kg
g/kg TM
MJ/kg TM
g/kg TM
g/kg TM
%
g/kg TM
ADFOM
g/kg TM
227
237
213
224
NDFOM
g/kg TM
391
400
379
392
In der ersten Phase lag die Energiedichte bei 6,9 MJ NEL/kg TM, in der zweiten
Phase bei 7,0 MJ NEL/kg TM. Die Kontrollration enthielt 160 bzw. 162 g Rohprotein/kg TM, die Versuchsration enthielt 136 bzw. 142 g Rohprotein /kg TM. Die
nXP-Gehalte lagen in den Kontrollrationen bei 158 bzw. 160 g/kg TM, in den Versuchsrationen bei 149 bzw. 152 g/kg TM. Die niedrigere Rohproteinversorgung
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senkte die Gehalte an nXP um 8 bis 9 g/kg TM. In den Kontrollrationen wurden
für die vorliegenden Leistungen die Empfehlungen der DLG zur Versorgung mit
nXP (≥ 160 g/kg TM) gerade erreicht. Die Empfehlungen zur Faserversorgung
und zur Mineralstoffversorgung wurden eingehalten.
Harnuntersuchung
In jeder Versuchsphase wurde 1mal Harn gesammelt. Dazu wurde vormittags
von 10:00 bis 11:30 Uhr Spontanharn aufgefangen. Die Harnstoffbestimmung
erfolgte im Diagnostikzentrum Aulendorf nach enzymatischer Spaltung photometrisch.
Statistik
Die statistische Auswertung erfolgte mit einem linearen gemischten Wiederholbarkeitsmodell mit SAS, Version 9.2 unter Berücksichtigung von Versuchstag,
Laktationstag, Laktationsnummer, Versuchsgruppe, Behandlung (V, K).
3.Ergebnisse
Futteraufnahme
Tab. 5:
Futter und Nährstoffaufnahme (LSM Werte)
kg/Tag
V
XP-reduziert
20,9
K
Norm
22,3
Wasseraufnahme
kg/Tag
81,9
87,1
***
NEL-Aufnahme
nXP-Aufnahme
RNB
XP-Aufnahme
MJ/Tag
g/Tag
g/Tag
g/Tag
145,6
3152
-36,2
2921
154,6
3558
10,2
3623
***
***
***
***
NDFOM-Aufnahme
g/Tag
8043
8836
***
TM-Verzehr
Signifikanz
***
*p < 0,05, **p < p,01,***p < 0,001
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In Tabelle 5 sind die durchschnittliche Futteraufnahme und die Nährstoffaufnahme dargestellt. Die Reduzierung des Rohproteingehaltes von 160 g/kg TM
auf 135 bis 140 g/kg TM führte zu einem signifikanten Rückgang in der Trockensubstanzaufnahme um 1,4 kg. Dies ist erheblich. Die Wasseraufnahme war bei
proteinarmer Fütterung mit 81,9 kg um 5,2 kg niedriger. Die Unterschiede sind
signifikant. In der Folge davon sank auch die Energieaufnahme sowie die verzehrten Mengen an nXP, Rohprotein, NDFOM. Die ruminale N-Bilanz lag bei der
Versuchsgruppe bei -36, bei der Kontrollgruppe bei 10,2.
Milchleistung, Milchharnstoff, Urinharnstoff
Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der Milchleistungsprüfung, die energiekorrigierte
Milchmenge ECM und die Futterkonvertierungseffizienz FKE. Durch die proteinarme Fütterung (V) wurde die Milchleistung signifikant um 2,6 kg von 31,7
auf 29,1 kg gesenkt. Im Milchfettgehalt gab es keine Unterschiede. Der Milcheiweißgehalt war ebenfalls signifikant um 0,05 % niedriger. Bei der ECM-Leistung
betrug der Unterschied signifikant 2,3 kg. Das unterschiedliche Proteinversorgungsniveau führte zu signifikanten Unterschieden im Milchharnstoffgehalt von
47 mg/Liter.
Tab. 6:
Milchleistung
Milchleistung
Milchfett
Milcheiweiß
Milchharnstoff
kg/Tag
%
%
mg/
Zellzahl1)
V
XP-reduziert
29,1
4,29
3,39
199
K
Norm
31,7
4,28
3,44
246
274
325
Signifikanz
***
n.s.
***
***
n.s.
ECM
kg/Tag
31,3
33,6
**
FKE1)
kg/kg
1,4
1,4
n.s.
1)
Mittelwerte
*p < 0,05, **p < p,01,***p < 0,001
Harnuntersuchung
Die Ergebnisse der ergänzenden Harnstoffuntersuchungen im Spontanharn
sind in Tabelle 7 und Abbildung 4 dargestellt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung spiegeln in etwa die Situation beim Milchharnstoff wider. Nach Schmack
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(2011) sind bei 13,5 % Rohprotein(XP) in der Futter-TM 1000 mg Harnstoff/100 ml Harn, bei 17 % XP 2000 mg Harnstoff/100 ml Harn und bei 20 % XP
3000 mg Harnstoff/100 ml Harn zu erwarten. Insofern liegen die gemessenen
Werte etwas unter den Werten, die nach Schmack zu erwarten wären. Die Standardabweichung war ebenfalls sehr groß.
Tab. 7:
Harnstoffgehalte im Urin (mg/100 ml)
V (XP-reduziert)
N = 25
875
243
526
1478
Mittelwert
Std.Abw.
niedrigster Wert
höchster Wert
K (Norm)
N = 29
1300
416
100
2246
Nährstoffsaldo
Der Body Condition Score wurde durch die unterschiedliche Fütterung nicht
beeinflusst. Der Energiesaldo (Tab. 8) lag im Durchschnitt nahe bei 10 MJ/Tag
über dem Bedarf. Die Versorgung mit nXP lag bei beiden Varianten über dem
realisierten Verbrauch.
Tab. 8:
Energie-, nXP-, Rohprotein(XP)-Saldo und FKE
V
N-reduziert
K
Norm
Energiesaldo1)
MJ/Tag
10,5
11,1
nXP-Saldo
g/Tag
186
368
XP-Saldo
g/Tag
-67
414
RNB
g/Tag
-36,2
10,2
FKE
kg ECM/kg TM
1,4
1,4
1)
1)
1)
Aufnahme - Bedarf
Die Einbrüche in der Futteraufnahme und der Milchleistung sind offensichtlich
auf den niedrigeren Rohproteinsaldo zurückzuführen. Auf Rohprotein-Basis
berechnet lag der Rohproteinsaldo bei Verfütterung der proteinarmen Ration bei
-67 g/Tag, bei der Kontrollgruppe bei 414 g/Tag. Die Schwankungen waren bei
diesen Kriterien erheblich.
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Futterkosten, Wirtschaftlichkeit
Die Futterkosten und die Futterkosten pro kg Milch sind in Tabelle 9 aufgelistet.
Die XP-reduzierte Futterration kostet pro kg TM 19,1 ct, die Norm-Ration 19,8 ct.
Durch die höhere Futteraufnahme erhöhen sich die Futterkosten bei der NormRation um 40 ct pro Tag.
Tab. 9: Kosten der Futterrationen und Kosten pro kg ECM
GS Phase 1
GS Phase 2
Maissilage
Heu
Gerstenstroh
Biertrebersilage
Getreidemix
RES
Futterverzehr, kg TM/Tag
Futterkosten, € pro Tag
Futterkosten, ct/kg TM
ML, kg ECM/Tag
Futterkosten, ct/kg ECM
V
XP-reduziert
kg TM/Tag
2,47
2,21
5,9
1,75
0,44
1,21
6,27
0,65
20,9
4
19,1
31,3
12,8
€/dt TM
17,27
17,27
14,6
15
8,8
20,9
25,3
29,2
K
Norm
kg TM/Tag
2,54
2,21
5,59
1,87
0,47
1,76
5,55
2,31
22,3
4,4
19,8
33,6
13,1
Bezogen auf 1 kg produzierter ECM sind bei der proteinarmen Ration die Kosten
mit 12,8 ct /kg ECM um 0,3 ct niedriger als bei der Ration mit Norm-Versorgung.
Wenn von einem konstanten Leistungsunterschied von 2,3 kg Milch/Kuh und
Tag ausgegangen wird und der Unterschied in den Rationskosten 0,40 € beträgt
ist die Fütterung nach Norm wirtschaftlicher. Bei 300 Melktagen werden 690 kg
mehr Milch gemolken. Wenn vom höheren Milcherlös von 276 € die um 120 €
höheren Futterkosten abgezogen werden, verbleiben 156 € Gewinn.
4.Diskussion
Jilg und Weltin (2013) untersuchten, ob eine Senkung des XP-Gehaltes von
182 g/kg TM auf 163 g/kg TM (bei 180 g nXP/kg TM) die Leistung beeinträch-
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tigt. Die Rohproteinstufen von 163 bzw. 182 g/kg TM führten zu ruminalen
N-Bilanzen pro Tag von -50,5 bzw. 4,8 g/Tag. In der Futteraufnahme und der
Milchmenge gab es keine Unterschiede, wohl aber im Milcheiweißgehalt und im
Milchharnstoffgehalt.
5.Fazit
Im vorliegenden Versuch wurde geprüft ob Rationen mit 140 g XP/kg TM in Verbindung mit negativem RNB zu Leistungseinbußen gegenüber Vergleichsrationen mit 160 g XP/kg TM führen. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass dies der
Fall ist. Offensichtlich reichen 16 % Rohprotein aus, um Kühe im Leistungsniveau von ca. 9000 kg Milch/Jahr zu versorgen, auch wenn die RNB negativ ist.
6.Literaturangaben
Jilg, T., Weltin, J., 2013: Einfluss einer proteinreduzierten Fütterung auf Leistung
und Harn-N-Ausscheidungen bei Fleckviehkühen. Forum angewandte
Forschung in der Rinder- und Schweinefütterung. 9./10.04.2013, Fulda,
Tagungsband, 66-69.
Schmack, H., 2011: Die beschädigte Kuh im Harnstoffwahnsinn. 2. Aufl. Verlag
KAM Agrar Media, Verl, 172 S.
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Bedeutung von Senecio aquaticus für das
Vorkommen von Pyrrolizidinalkaloiden in
Grünlandaufwüchsen und deren Konserven
J. Ostertag1, K. Meyer2, C. Gottschalk3
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Tierernährung
und Futterwirtschaft, Poing, 2Technische Universität München, Lehrstuhl für
Tierhygiene, Freising, 3Ludwig-Maximilians-Universität München, Lehrstuhl für
Lebensmittelsicherheit, Oberschleißheim
1
1.Einleitung
Seit 2009 wurde den Naturschutzbehörden in Bayern verstärkt über die Ausbreitung von Wasserkreuzkraut (Senecio aquaticus) in Grünlandbeständen zur
Futternutzung berichtet. Besonders betroffen sind diverse Regionen im Alpenraum, darunter das Allgäu (Sorg et al., 2014).
Da einerseits die Aufwüchse der betroffenen Flächen teilweise als Futterquelle
zur Milcherzeugung dienen und andererseits S. aquaticus als Produzent von
stark lebertoxischen 1,2-ungesättigten Pyrrolizidinalkaloiden (PA) und deren
N-Oxiden (PANO) bekannt ist, waren Untersuchungen zu deren Gehalt in frischem Erntegut und den daraus generierten Konserven als Grundlage weiterer
Bewertungen erforderlich.
Im Rahmen eines Verbundprojekts verschiedener bayerischer Institutionen
(Sorg et al., 2014) stand eine pflanzenbaulich und agrarbiologisch intensiv
begleitete Fläche zur Gewinnung von Erntegut zur Verfügung. Mit diesem
Material wurde im Sommer 2014 eine Untersuchung über die Bedeutung von
S. aquaticus für den Gehalt an 1,2-ungesättigten PA/PANO im Aufwuchs und in
den daraus durch Trocknung bzw. Silierung erzeugten Konserven durchgeführt.
2.
2.1Untersuchungsmaterial
Als Ausgangsmaterial für den beschriebenen Versuch diente der erste Schnitt
einer Versuchsfläche am Öschlesee bei Kempten im Allgäu (Sorg et al., 2014).
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Bei vorausgehenden Untersuchungen wurde für die beprobte Teilfläche ein
durchschnittlicher Deckungsgrad durch S. aquaticus (n = 4) von 28,7 % festgestellt (Hennings, 2013).
Die Mahd der Versuchsfläche erfolgte am 03.06.2014 maschinell mittels Balkenmäher mit ca. 5 cm Schnitthöhe. Das Schnittgut wurde an zwei zufällig ausgewählten Probenahmepunkten über die gesamte Parzellenbreite, insgesamt
je ca. 20 m², manuell geborgen.
Tab. 1: Kennzahlen zur Charakterisierung von Futterwert und Silierbarkeit
des Ausgangsmaterials
Trockenmasse (g/kg Frischmasse)
Rohasche (g/kg TM)
Rohprotein (g/kg TM)
Rohfaser (g/kg TM)
Rohfett (g/kg TM)
Zucker (g/kg TM)
NDFom (g/kg TM)
ADFom (g/kg TM)
ELOS (g/kg TM)
Gasbildung HFT (ml/200 mg TM)
Nutzbares Protein (g/kg TM)
Ruminale N-Bilanz (g/kg TM)
ME (MJ/kg TM)
NEL (MJ/kg TM)
Nitrat (mg/kg TM)
Pufferkapazität (g Milchsäure/kgTM)
Vergärbarkeitskoeffizient *
Probe 1
366
47
123
295
27
112
626
333
577
46
123
0
9,5
5,6
261
39
60
Probe 2
399
47
136
291
27
100
601
325
573
44
125
2
9,5
5,6
433
45
58
* = TM (%) + 8*Zucker/Pufferkapazität
Das getrennt transportierte Material wurde über Nacht locker liegend gelagert
und am Folgetag mit einem Trockenmasse (TM)-Gehalt über 30 % mittels Versuchshäcksler der Landtechnik Weihenstephan aufbereitet. Anschließend wurden die Partien getrennt den jeweiligen Konservierungsverfahren zugeführt. Die
stoffliche Zusammensetzung des Ausgangsmaterials wird in Tabelle 1 zusammenfassend dargestellt. Es zeigte sich eine sehr gute Silierbarkeit des Aus-
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gangsmaterials, welche nur teilweise auf den hohen TM-Gehalt zurückzuführen
war. Auch das Verhältnis von Zuckergehalt und Pufferkapazität war mit 2,2 bis
2,9 als günstig für eine erfolgreiche Silierung anzusehen.
2.2
Herstellung der Futterkonserven
Trocknung
Je 300 bis 400 g Frischmasse (FM) wurden im Dreifachansatz mit einem
Schnelltrockner (Retsch) auf einen TM-Gehalt von ca. 90 % gebracht. Die Temperatur der Trocknungsluft lag bei 35 °C. Zur Berechnung des TM-Gehalts, aber
auch zur PA-Analyse, wurden weitere Teilproben nach VDLUFA-Vorgaben bei
105 °C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Alle getrockneten Teilproben wurden unmittelbar vor der Analyse mit einer Schneidmühle (1 mm) gemahlen.
Silierung
Die Silierung erfolgte im Dreifachansatz in Anlehnung an die Richtlinien zur Prüfung von Siliermitteln der DLG. Hierzu wurden Versuchssilos (Weck, 1,75 l) mit
500 g Frischmasse befüllt, luftdicht verschlossen und bei 25 ± 1 °C über einen
Zeitraum von 60 Tagen lichtgeschützt gelagert. Nach der Öffnung der Versuchssilos wurden die Silagen eingefroren und mittels Fleischwolf homogenisiert. Die
homogenisierte Probe wurde geteilt und der Analyse von TM-Gehalt, Gärparametern und Pyrrolizidinalkaloid-Gehalt im Frischmaterial zugeführt. Mit dem
tiefgefrorenem Ausgangsmaterial der Silierversuche wurde analog verfahren.
2.3Analytik
Der Nachweis der Pyrrolizidinalkaloide (PA) erfolgte in Anlehnung an eine
am BfR entwickelte Methode für pflanzliche Materialien (Bodi et al., 2014).
Je 2 g Probe wurden in einem 50 ml Zentrifugenröhrchen mit 40 ml 2 %iger
Ameisensäure extrahiert, filtriert und der LC-MS/MS-Analyse zugeführt. Die
Trennung erfolgte an einer Synergi RP-HPLC-Trennsäule (Phenomenex).
Als mobile Phase wurde ein Gemisch aus Wasser und Methanol verwendet
(je 0,1 % Ameisensäure, 5 mM Ammoniumformiat). Die Detektion erfolgte
mit einem Tandemmassenspektrometer (API 3200, AB Sciex) im ESI+
Ionisierungsmodus. Insgesamt wurden 28 1,2-ungesättigte PA und PA-NOxide (PANO) bestimmt. Im Einzelnen wurden die Gehalte an Senecivernin,
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Senecionin, Seneciphyllin, Jacobin, Erucifolin, Retrorsin, Monocrotalin,
Heliotrin, Echimidin, Intermedin, Lycopsamin, Lasiocarpin, Indicin, Europin und
deren N-Oxide sowie Senkirkin und Trichodesmin analysiert. Integerrimin,
Jacozin, Jacolin, Otosenin, 9-Angeloylhastanecin und Acetylerucifolin
können zwar ebenfalls von S. aquaticus gebildet werden (Christov et al.,
2002), konnten jedoch mangels Referenzsubstanzen nicht quantifiziert werden.
Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit der GLM-Prozedur des
Statistikpakets SAS.
3.Ergebnisse
3.1
Gärqualität der Silagen
Die Gärqualitäten der erzeugten Silagen waren durchwegs als sehr gut zu
bewerten. Trockenmasseverluste von 5,8 bis 7,9 % weisen darüber hinaus auf
eine vergleichsweise starke mikrobielle bzw. enzymatische Aktivität während
der Silierung hin. Eine Zusammenstellung wichtiger Kennzahlen ist Tab. 2 zu
entnehmen.
Tab. 2:
Charakteristische Kennzahlen zur Gärqualität der erzeugten Silagen
Trockenmasse (g/kg FM)
Milchsäure (g/kg TM)
Essigsäure (g/kg TM)
Propionsäure (g/kg TM)
Buttersäure (g/kg TM)
pH-Wert
Trockenmasseverluste (%)
DLG-Punkte
3.2
Silagen aus
Probe 1 (n = 3)
322
45
29
0
3
4,0
7,8
98
Silagen aus
Probe 2 (n = 3)
413
25
10
0
0
4,5
6,3
100
PA-Gehalte in Grüngut, Heu und Silagen
Die unterschiedlichen Konservierungsverfahren führten zu beträchtlichen
Unterschieden hinsichtlich der nachweisbaren PA-Gehalte (Summe PA und
PANO) und des Verhältnisses von PA zu PANO.
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Wie aus Abbildung 1 ersichtlich, bewirkte die Trocknung bei 35 °C keine messbare Veränderung der Summe aus PA und PANO gegenüber dem tiefgefrorenen Ausgangsmaterial. Allerdings war eine Reduktion der PANO-Gehalte
zugunsten der PA-Gehalte festzustellen.
Abb. 1:
Summengehalte an 1,2-ungesättigten Pyrrolizidinalkaloiden und
deren N-Oxiden in frischem Erntegut (Probe 2) und daraus erzeugten
Konserven bei einem ermittelten durchschnittlichen Deckungsgrad
durch S. aquaticus von ca. 30 %. Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen statistisch signifikante Unterschiede der Gesamtgehalte
(p < 0,05)
Die Trocknung bei 105 °C führte hingegen zu einer Reduktion der Summengehalte um 35 bis 48 % (n = 6, 2 biologische Wiederholungen). Die Gehalte an
PANO wurden weiter zugunsten der PA-Gehalte verringert.
Nach erfolgreicher Silierung konnten keine N-Oxide mehr nachgewiesen werden.
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In den Silagen waren noch 11 bis 23 % des ursprünglichen PA/PANO-Gehalts
wiederzufinden (n = 6). Wurden diese bei 105 °C getrocknet, reduzierte sich der
Wert um weitere 67 bis 70 % auf 3 bis 8 % des Ausgangsniveaus.
4.Diskussion
Zunächst bleibt festzuhalten, dass die Probenvorbereitung je nach verwendeter
Messmethode (GC-MS, LC-MS) großen Einfluss auf das Resultat bei der Untersuchung von Futtermitteln auf deren Gehalt an PA/PANO und deren Verhältnis
zueinander hat. So liegt bei frischen und getrockneten Proben das Verhältnis
von freien Alkaloiden zu N-Oxiden deutlich unter 1 (vgl. Molyneux und Johnson, 1984), Silagen enthalten dagegen nur noch Spuren der N-Oxide (vgl. Candrian et al., 1984; Gottschalk et al. 2011). Bei üblicher Trocknung der Proben ist
zudem mit einer deutlichen Verminderung der messbaren Gehalte an PA/PANO
zu rechnen. Für trockene Futtermittel scheint dieser Effekt geringer ausgeprägt
zu sein (ca. 45 %) als beispielsweise für Silagen (ca. 70 %). Unberücksichtigt
würde dies bei üblicher Trocknung des Probenmaterials zu einer Unterschätzung der tatsächlichen Belastung des Futtermittels führen.
Letztere war bei den untersuchten Proben mit annähernd 100 mg/kg TM nicht
unerheblich. Vergleicht man die Ergebnisse mit den Untersuchungen von Pfeffer (2012), überraschen die Messergebnisse zu diesem relativ frühen Erntetermin. Im weiteren Jahresverlauf ist mit einer weiteren Zunahme der PA/PANOGehalte im Aufwuchs zu rechnen.
Die vielfach praktizierte Heubereitung dürfte zu keiner Reduktion der messbaren PA/PANO-Gehalte führen (vgl. Candrian et al., 1984; Wiedenfeld et al.,
2011). Auch bei Heißlufttrocknung ist keine Detoxifizierung zu erwarten, wenn
auch die nachweisbaren Gehalte an PA und PANO in den bei 105 °C getrockneten Proben signifikant erniedrigt waren.
Den stärksten reduzierenden Effekt verursachte jedoch die Silierung des Ernteguts. Nach 60 Tagen Silierdauer konnten noch ca. 15 % der Ausgangsgehalte
der untersuchten PA/PANO wiedergefunden werden. Die Reduktion übertrifft
somit die von Candrian et al. (1984) und Berendonk (2011) berichteten Werte
deutlich. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei den zitierten Untersuchungen die Proben bei 60 °C vorgetrocknet wurden. Darüber hinaus handelt es sich
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bei diesen Untersuchungen um Versuche mit abweichenden Senecio spp. (alpinus bzw. jacobaea), welche unterschiedliche PA-Muster aufweisen (Teuscher
und Lindequist, 2010). Verschiedene PA sind wiederum als unterschiedlich
stabil gegenüber dem Silierprozess beschrieben (Becerra-Jimenez et al., 2013;
Ronczka et al., 2012). Die ermittelte Verminderung des PA/PANO-Gehalts
erscheint daher durchaus plausibel, allerdings sind auch Gehalte von 20 mg der
untersuchten Analyten je kg Silage-TM als sehr hoch einzustufen. Zudem ist
nicht gesichert, ob die Reduktion der messbaren PA-Gehalte tatsächlich eine
Detoxifizierung bedeutet.
Zum Schutz der Tiergesundheit und hinsichtlich der Sicherheit der erzeugten
tierischen Produkte ist, trotz der möglichen deutlichen PA/PANO-Reduktion
durch die Silierung, von der Verfütterung eines Pflanzenbestandes mit vergleichbar hohen Deckungsgraden mit Senecio aquaticus dringend abzuraten.
5.Literaturangaben
Becerra-Jimenez, J., Kuschak, M., Roeder, E., Wiedenfeld, H., 2013: Toxic pyrrolizidinalkaloids as undesired contaminants in food and feed: degradation of the PAs from Senecio jacobaea in silage. Pharmazie 68, 636-639.
Berendonk, C., Hünting, K., 2011: Einfluss der Silierung auf den Gehalt an Pyrrolizidinalkaloiden von Senecio jacobaea in Abhängigkeit vom Seneciogehalt im Siliergut. Mitteilungen der Arbeitsgemeinschaft Grünland und Futterbau, Bd. 12, 159-162, Tagungsband der 55. Jahrestagung der AGGF
Oldenburg, LWK Niedersachsen, Hannover.
Bodi, D., Ronczka, S., Gottschalk, C., Behr, N., Skibba, A., Wagner, M., Lahrssen-Wiederholt, M., Preiss-Weigert, A., These, A., 2014: Determination
of pyrrolizidine alkaloids in tea, herbal drugs and honey. Food Add. Contam. 2014, DOI: 10.1080/19440049.2014.964337.
Candrian, U., Lüthy, J., Schmid, P., Schlatter, C., Gallasz, E., 1984: Stability of
Pyrrolizidine Alkaloids in Hay and Silage. J. Agric. Food Chem. 32, 935937.
Christov, V., Mikhova, B., Evstatieva, L., 2002: Alkaloids from Senecio aquaticus. Fitoterapia, 73, 171-173.
Gottschalk, C., Klaffke, H., Preiß-Weigert, A., Schafft, H., Lahrssen-Wiederholt,
M., 2011 Analytik und Vorkommen von Pyrrolizidinalkaloiden in Grassilagen. Poster, 123. VDLUFA-Kongress.
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Hennings, H., 2013: Wirksamkeit und Naturschutzeffekte von ManagementVerfahren zur Bekämpfung unerwünschter Pflanzenarten im Wirtschaftsgrünland – Untersuchungen an Senecio aquaticus im Oberallgäu. Masterthesis, Technische Universität München.
Molyneux, R.J., Johnson, A.E., 1984: Extraordinary levels of production of Pyrrylizidine Alkaloids in Senecio riddellii. J. Nat. Prod. 47, 1030-1032.
Pfeffer, K., 2012: Untersuchungen zum Alkaloidgehalt des Wassergreiskrauts
(Senecio aquaticus Hill) im Waldviertel. Diplomarbeit, Veterinärmedizinische Universität Wien.
Ronczka, S., Winter, J., Pieper, R., Korn, U., Zentek, J., Speer, K., Pieper, B.,
2012: Investigation on the degradation of pyrrolizidine alkaloids in Eastern Groundsel (Senecio vernalis) during ensilage. Proc. Soc. Nutr. Physiol. 21, 68.
Sorg, U.M., Gehring, K., Kuhn, G., Höck, R., 2014: Erste Ergebnisse zur Verdrängung des Wasserkreuzkrautes – Erkenntnisse aus dem Allgäu.
http://www.lfu.bayern.de/natur/streuwiesen/kreuz-kraeuter/doc/lfl_lfu_
tastversuch_wasserkreuzkraut.pdf abgerufen am 05.09.2014.
Teuscher, E., Lindequist, U., 2010: Biogene Gifte. 3. Auflage, Wiss. Verlagsgesellschaft, Stuttgart.
Wiedenfeld, H., 2011: Plants containing pyrrolizidine alkaloids: toxicity and
problems. Food Additives and Contaminants Part A, 28, 282-292.
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Beeinflussung der Qualität von Grassilage durch
Verdichtung und Nachgärung im Weckglasversuch
E. Herzog1, J. Häbler2, R. Neumann1, K. Tolzin-Banasch1, F.
Schöne1
Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, Jena, 2Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität (IASP), Berlin
1
1.Einleitung
Die Konservierung und der Qualitätserhalt von Gras sind vielen Störgrößen
ausgesetzt, zur Einsilierung besonders der Verdichtung, zur Auslagerung der
Silage besonders der Nachgärung.
Im Futtermittellabor misst und bewertet man Silagequalität über die für die Futtermittelsicherheit relevanten unerwünschten Bestandteile hinaus (Schwermetalle, Pflanzenschutzmittelrückstände, Mykotoxine), nach Sensorik, Gärqualität
und Futterwert. Bei Fehlgärungen und sensorischen Abweichungen (im Aussehen und im Geruch) kann noch eine mikrobiologische Untersuchung auf Fütterungstauglichkeit mit Ermittlung des Besatzes an Bakterien, Schimmelpilzen
und Hefen hinzukommen.
Von Grashäcksel waren aus einer Silobefüllung Ende Juni 2013 Frischproben
als Ausgangsmaterial für die Silierung im Durchfahrsilo und parallel für einen
Weckglasversuch unter Laborbedingungen zu gewinnen. Neben der Verdichtung in fünf Stufen war aerober Stress nach Siloöffnung zu simulieren, indem
Glasinhalt sofort nach Öffnung, nach 24 oder nach 48 h Nachgärung untersucht
wurde.
2.
Kleegras (85 % Dt. Weidelgras/15 % Rotklee, 2. Schnitt, Häcksellänge
20-50 mm) wurde über die 5 Verdichtungsstufen sehr hoch, hoch, mittel, niedrig
und sehr niedrig in 5x9 Weckgläser mit je 1 L Inhalt gepresst. Ersteres meint die
Verwendung einer Presse bei Einlegen vieler dünner Schichten des Häcksels
in das Glas, letzteres ein lediglich leichtes Andrücken mit einem Holzstößel. Alle
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Gläser öffnete man nach 103 Tagen Silierdauer, wobei durch die Untersuchung
des Inhaltes der 3x3 Gläser pro Verdichtungsstufe sofort, ein Tag und 2 Tage
nach Glasöffnung Nachgärungszeiten von 0 h, 24 h und 48 h simuliert wurden.
Jede Verdichtungsstufe repräsentierte 9 Gläser in der Unterteilung auf 3x3 Gläser, die jeweils drei Nachgärungszeiten nach Glasöffnung und zwar 0, 24 oder
48 h repräsentierten (Versuchsdesign und Grashäckseleinwaage auf den Verdichtungsstufen finden sich in Tab. 1).
Untersuchungskriterien und Analysen
Die Proben für die mikrobiologischen Untersuchungen wurden binnen 24 h nach
Probenahme bei 4° C gekühlt zur Untersuchungseinrichtung transportiert. Im
mikrobiologischen Labor erfolgte sofort nach Probeneingang das Ansetzen der
Kulturen und die Beurteilung nach Aussehen und Geruch (Herzog et al., 2008).
Im Anschluss an die Sensorik wurde aus ca. 200-250 g Frischmaterial ein
wässriger Auszug für die Bestimmung des pH, des Ammoniaks, der Gärsäuren
und des Ethanols hergestellt. Für die Analyse der T bzw. Futterwertparameter mittels Nahinfrarot Technik (NIRS 5000 mit Autosampler, Foss, Rellingen,
Deutschland) wurden ca. 300 g Probenmaterial bei 60° C getrocknet und in einer
Zentrifugalmühle (Firma Retsch) auf 1 mm Siebdurchgang vermahlen.
Statistische Auswertung
In den Tabellen sind der Mittelwert und die Standardabweichung und teils der
„von-bis“ Bereich angegeben, die mit dem Programm Excel (Microsoft Office)
erstellt wurden. Zur Anwendung kamen die Varianzanalyse (ANOVA) mit der
zweifachen Klassifizierung und dem multiplen Mittelwertsvergleich nach Student-Newman-Keuls im Programm IBM-SPSS-Statistics.
3.
Der Grüngrashäcksel, obwohl aus Anwelkgut produziert, hatte durch Regenschauer einen relativ niedrigen Gehalt an T von 260 g/kg. Dementsprechend
wurde für dieses Material durch das Pressen eine Maximaldichte von über
800 g/l erreicht (Tab. 1). Die niedrigste Dichte unter Schütteln und Gebrauch
eines leichten Stößels betrug etwa 500 g Grashäcksel/l. Die Stufen zwischen
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sehr hoher und sehr niedriger Verdichtung waren kalkuliert abgestuft – aufeinander folgende Stufen unterschieden sich jeweils in der Größenordnung von 70
bis 80 g Grüngut/l.
Tab. 1:
Erreichte Verdichtung über 5 Stufen mit Öffnung nach 103 Tagen (0)
und zwei Nachgärungsterminen (24 und 48 h), n = 3, Mittelwert ± Standardabweichung
Zeit nach Öffnung
(Verdichtungsstufe)
0 h (sehr hoch)
24h (sehr hoch)
48h (sehr hoch)
0 h (hoch)
24h (hoch)
48h (hoch)
0 h (mittel)
24h (mittel)
48h (mittel)
0 h (niedrig)
24h (niedrig)
48h (niedrig)
0 h (sehr niedrig)
24h (sehr niedrig)
48h (sehr niedrig)
Signifikanz 1)
Verdichtungsstufe
Nachgärungszeit
Wechselwirkung
1)
Einwaage
Grüngut g/l
823,1 ± 11,2
812,8 ± 3,3
817,2 ± 2,4
741,9 ± 1,2
739,6 ± 1,8
740,2 ± 2,3
657,3 ± 1,3
661,8 ± 6,4
660,5 ± 3,2
587,6 ± 2,6
581,9 ± 3,4
582,1 ± 2,5
498,4 ± 16,6
502,0 ± 8,1
509,2 ± 10,8
Auswaage
Silage g/l
815,6 ± 9,5
797,3 ± 6,8
797,0 ± 2,0
736,4 ± 2,1
728,0 ± 1,8
722,2 ± 3,9
653,8 ± 1,4
652,4 ± 5,9
646,0 ± 3,3
585,1 ± 2,5
573,2 ± 3,1
569,1 ± 2,4
495,4 ± 16,7
490,2 ± 5,9
494,9 ± 10,6
nicht relevant
nicht relevant
nicht relevant
Masseverlust
%
0,91 ± 0,20
1,91 ± 0,66
2,47 ± 0,05
0,74 ± 0,15
1,57 ± 0,14
2,44 ± 0,29
0,53 ± 0,05
1,42 ± 0,07
2,21 ± 0,07
0,41 ± 0,06
1,49 ± 0,05
2,23 ± 0,02
0,60 ± 0,23
2,34 ± 0,40
2,82 ± 0,58
**
***
NS
* P < 0,05 ** P < 0,01 ***P < 0,001 NS nicht signifikant
Auf allen 5 Verdichtungsstufen stieg mit zunehmender Dauer nach Glasöffnung
der Masseverlust an – gegenüber der Zeit 0 sofort nach Öffnung, nach 24 h auf
das Zwei- bis Vierfache, nach 48 h auf das Drei- bis Fünffache. Der Masseverlust
wird vor allem Verdunstung repräsentieren – eine Berechnung auf Basis der im
Grüngut und den Silagen analysierten T – die Silage T wurde für die flüchtigen
Gärprodukte nach Weissbach und Kuhla (1995) korrigiert – ergab praktisch
keine Verluste unter den Silierbedingungen im Weckglas. Die Signifikanz für die
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Verdichtungsstufen, sachlogisch ohne Relevanz, dürfte aus der geringen Streuung resultieren.
In der sensorischen Beurteilung fiel visuell lediglich eine Probe der Verdichtungsstufe „sehr niedrig“ durch Schimmelrasen auf. Im Geruch war bis zur mittleren Verdichtungsstufe auch bei 48 h Nachgärung eine säuerlich-angenehme
Note festzustellen (Ausnahme eine Probe bei mittlerer Verdichtung 24 h nach
Öffnung). Bei niedriger Verdichtung hielten sich „angenehme“ und „noch angenehme bis unangenehme“ Geruchseinstufungen die Waage, wogegen bei der
sehr niedrigen Verdichtung „noch angenehme bis unangenehme“ Geruchsnoten dominierten. Die Probe mit dem Schimmelrasen stank und war demnach
verdorben.
Der mikrobielle Status zeigte für die Zahl der aeroben mesophilen Keime keinen
Einfluss sowohl der Verdichtungsstufe als auch der Nachgärungszeit (Schöne
et al., 2014).
Laktobazillen und Hefen erreichten bei der niedrigsten Verdichtung die höchsten Konzentrationen jedoch ohne Signifikanz. Die Zeitdauer nach Glasöffnung
wirkte sich noch stärker auf diese beiden Keimgruppen aus. Hier wurde für den
Anstieg der Zahl der Hefen eine Tendenz in der ANOVA (P = 0,08) und im Student-Newmann-Keuls-Test nach 48 h Nachgärung nachgewiesen. An der Stelle
sei auf die immense Varianz bei den Mikrobenzahlen hingewiesen und die Notwendigkeit alternativ zur ANOVA mit zweifacher Klassifizierung parameterfreie
statistische Verfahren anzuwenden.
Unter den Gärsäuren waren Buttersäure, Isobuttersäure, Propionsäure, Valeriansäure und Isovaleriansäure unter den jeweiligen Nachweisgrenzen bzw. nur
in Spuren nachweisbar (nicht gezeigt).
Der Gehalt an Milchsäure zeigte sich weder von der Verdichtungsstufe noch von
der Nachgärungsdauer beeinflusst (Tab. 2).
Insgesamt belegen die Milchsäuregehalte in der Größenordnung von 2 bis 3 %
der Frischmasse einen guten Gärverlauf mit einer Schutzwirkung auch im Hinblick auf den Qualitätserhalt trotz Nachgärung. Die Konzentration der Essigsäure, des Ethanols und des Ammoniaks reagierten auf beide geprüfte Faktoren, die Verdichtung und die Nachgärzeit, signifikant. Die Silagen aus dem
stärker verdichteten Grashäcksel, Verdichtung „hoch“ und „sehr hoch“, enthiel-
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ten mit im Mittel 2,3 und 2,4 g Essigsäure/kg etwa ein Drittel weniger Essigsäure
als die aus dem niedrig und sehr niedrig verdichteten Grashäcksel (3,0 und 2,7 g
Essigsäure/kg).
Tab. 2:
Essigsäure, Ethanol, Ammoniak und Silagequalität der pH-Wert der
Silagen betrug einheitlich 4,15; Buttersäure war nicht nachweisbar,
Propionsäure nur in Spuren, Milchsäure von 22,7 bis 28,9 g/kg, n = 3
Dauer
Nachgärung/h
(Verdichtungsstufe)
0 h (sehr hoch)
24h (sehr hoch)
48h (sehr hoch)
0 h (hoch)
24h (hoch)
48h (hoch)
0 h (mittel)
24h (mittel)
48h (mittel)
0 h (niedrig)
24h (niedrig)
48h (niedrig)
0 h
(sehr niedrig)
24h
(sehr niedrig)
48h
(sehr niedrig) 1)
Signifikanz 2)
Verdichtungsstufe
Nachgärungszeit
Wechselwirkung
1)
2)
Essigsäure
2,12 ± 0,23
2,27 ± 0,22
2,37 ± 0,33
2,11 ± 0,38
2,17 ± 0,17
2,94 ± 0,31
2,31 ± 0,09
2,21 ± 0,25
3,16 ± 0,35
2,37 ± 0,10
3,08 ± 0,28
4,50 ± 0,13
Ammoniak
Ethanol
g/kg Frischmasse
3,12 ± 0,45
0,19 ± 0,04
2,72 ± 0,66
0,22 ± 0,02
5,11 ± 0,56
0,25 ± 0,04
3,09 ± 0,86
0,18 ± 0,00
340 ± 0,49
0,26 ± 0,01
5,31 ± 1,15
0,24 ± 0,02
1,88 ± 0,28
0,19 ± 0,01
2,11 ± 0,81
0,23 ± 0,02
3,00 ± 1,32
0,23 ± 0,02
1,74 ± 0,08
0,17 ± 0,01
1,52 ± 0,42
0,21 ± 0,02
1,75 ± 0,88
0,23 ± 0,02
Silagequalität
Punkte
82,7 ± 0,6
85,7 ± 3,2
85,3 ± 2,9
81,3 ± 2,9
82,0 ± 0,0
82,0 ± 5,0
81,3 ± 2,9
82,0 ± 0,0
87,0 ± 0,0
83,0 ± 0,0
84,0 ± 2,6
86,3 ± 0,6
2,19 ± 0,37
2,43 ± 1,37
0,19 ± 0,03
83,0 ± 0,0
2,58 ± 0,37
2,68 ± 0,93
0,19 ± 0,03
79,3 ± 5,5
3,46 ± 0,47
2,58 ± 1,07
0,21 ± 0,01
82,5 ± 0,7
***
***
**
***
**
NS
*
***
NS
NS
NS
NS
n = 2
* P < 0,05, ** P < 0,01, *** P < 0,001, NS nicht signifikant
Für das Ethanol waren die Konzentrationen in Bezug auf die Verdichtung umgekehrt: 3,7 und 3,9 g/kg bei sehr hoher und hoher versus 1,7 und 2,6 g/kg bei
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niedriger und sehr niedriger Verdichtung. Im Vergleich der Nachgärungszeiten
reagierten Essigsäure, Ethanol und Ammoniak nach 48 h mit einem signifikanten Anstieg – 3,3 g Essigsäure, 3,6 g Ethanol und 0,23 g Ammoniak/kg Silage
nach 48 h Nachgärung gegenüber 2,2 g Essigsäure, 2,5 g Ethanol und 0,18 g
Ammoniak/kg Silage bei Untersuchung in dem sofort nach Glasöffnung gewonnenen Material. Die Vergärung des Grases ist ein heterofermentativer Prozess,
der neben der Hauptvergärung des Zuckers zu Milchsäure ebenfalls die Vergärung zu Alkohol und Essigsäure einschließt. Essigsäure entsteht aus Ethanol
chemisch durch Sauerstoffanlagerung, wonach die höhere Essigsäurekonzentration bei 24 und 48 h Nachgärung plausibel ist. Jedoch bedarf die Erklärung des
Ethanolanstieges und Essigsäureabfalls mit zunehmender Verdichtung weiterer Überlegungen.
Eine Beeinflussung des Gehaltes der T, des Rohproteins und der verfügbaren
Energie, hier die Nettoenergie Laktation (NEL), war sowohl für die gewählten
Verdichtungsstufen als auch die Nachgärungszeit nicht nachzuweisen (Tab. 3).
Ebenfalls die weiteren analysierten futterwertrelevanten Parameter – Rohfaser,
Rohfett, Säuredetergentienfaser in organischer Substanz (ADFom) und die
Gasbildung – zeigten sich durch die Verdichtung und die Nachgärungszeit nicht
beeinflusst.
Das langjährige Thüringer Silagemonitoring zeigt für Grassilage im Mittel 5,5 MJ
NEL/kg T. Die 15 % sehr guten Silagen besitzen über 6 MJ NEL/kg T, die 15 %
schlechteren Silagen allerdings unter 5 MJ NEL/kg T (Herzog et al., 2008).
4.Fazit
Die im Modellansatz für Grashäcksel erreichten Verdichtungen führten zu hoher
Qualität der Silagen, was durch mikrobiologische Bestimmungen und durch
Untersuchung der Gärqualität sowie des Futterwertes belegt werden konnte.
Die in dem Weckglasversuch für die hohe und sehr hohe Verdichtungsstufe
erreichten Mengen an T von 190 und gut 210 T/kg umgerechnet auf m3 Siloraum
waren im Bereich bisheriger Untersuchungen bzw. Empfehlungen (Tab. 4).
Zu berücksichtigen ist aber der relativ geringen Gehalt an T infolge Regeneinfluss bei der Grasbergung. In weiteren Modellansätzen mit möglichst trocken-
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massereichem Grashäcksel und den Untersuchungen der Grassilagen aus
dem Silo ist auf die Gärqualität zu fokussieren.
Tab. 3:
Trockenmasse, Rohprotein, und Nettoenergie Laktation, n = 3, Mittelwert ± Standardabweichung. Der Grünhäcksel zur Einsilierung
enthielt 260 g Trockenmasse (T)/kg und je kg T 94 g Rohasche, 160 g
Rohprotein, 271 g Rohfaser, 115 g Zucker, 638 g Enzymlösbare Organische Substanz und 6,0 MJ Nettoenergie Laktation.
Zeit nach Öffnung
(Verdichtungsstufe)
Trockenmasse,
korrigiert 1) g/kg
Frischmasse
Rohprotein g/
kg korrigierte
Trockenmasse
Nettoenergie
Laktation MJ/
kg korrigierte
Trockenmasse
0 h (sehr hoch)
256 ± 2
158 ± 4
5,90 ± 0,10
24h (sehr hoch)
260 ± 1
157 ± 2
5,97 ± 0,10
48h (sehr hoch)
261 ± 3
158 ± 2
5,97 ± 0,06
0 h (hoch)
260 ± 5
159 ± 2
5,97 ± 0,06
24h (hoch)
262 ± 4
159 ± 3
6,03 ± 0,06
48h (hoch)
2,64 ± 2
159 ± 5
5,97 ± 0,06
0 h (mittel)
262 ± 1
157 ± 2
6,00 ± 0,10
24h (mittel)
262 ± 7
155 ± 3
5,97 ± 0,06
48h (mittel)
267 ± 3
158 ± 2
6,07 ± 0,06
0 h (niedrig)
261 ± 5
152 ± 3
6,03 ± 0,06
24h (niedrig)
264 ± 5
154 ± 1
6,03 ± 0,06
48h (niedrig)
255 ± 6
151 ± 1
5,97 ± 0,06
0 h (sehr niedrig)
259 ± 5
153 ± 3
5,93 ± 0,12
24h (sehr niedrig)
260 ± 4
157 ± 3
5,97 ± 0,12
48h (sehr niedrig)
261 ± 4
158 ± 2
6,00 ± 0,10
1)
Weissbach und Kuhla (1995)
In der Varianzanalyse mit zweifacher Klassifizierung waren die Faktoren Verdichtung, Nachgärungszeit und die Wechselwirkung Verdichtung x Nachgärungszeit nicht signifikant.
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Tab. 4: Gehalt an Trockenmasse (T) für Grassilage und erreichte T im
Siloraum – Angaben aus der Literatur
Gehalt T g/kg
Frischmasse
T im Siloraum kg/m3
Honig (1987)
200
160
Honig (1987)
400
225
Kleinmans et al. (2005)
>350
230
250-450
175-250
Richter et al., (2009)
5.
Literaturangaben (Auszug)
Herzog, E., Matthes, I., Schöne, F., Neumann, R., 2008: Langzeituntersuchungen
zur Qualität der in der Thüringer Tierproduktion eingesetzten Futtermittel
– Ergebnisse Silagemonitoring, Abschlussbericht Thema-Nr.: 46.08.260.
Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, 22 Seiten.
Honig, H., 1987: Influence of forage type and consolidation on gas exchange and
losses in silo, Summary of papers, 8th Silage Conference, Hurley (UK), p.
51-52.
Kleinmans, J. Ruser, B., Oetjen, G., Thaysen, J., 2005: Silodichte einfach überprüfen. Neue Methode zur Bestimmung der Gutverdichtung in Fahrsilos. Neue
Landwirtschaft 9, 66-68.
Richter, W., Zimmermann, N., Abriel, M., Schuster, M., Kölln-Höllriegl, K., Ostertag,
J., Meyer, K., Bauer, J., Spiekers, H., 2009: Hygiene bayerischer Silagen:
Validierung einer Checkliste zum Controlling am Silo. LfL-Schriftenreihe,
06/2009, Freising.
Schöne, F., Herzog, E., Weigel, K., Tolzin-Banasch, K., Neumann, R., Förster, S.,
Häbler, J., 2014: Entwicklung eines landwirtschaftlichen Siloverdichters mit
online-Verdichtungsmessung und Fahrerinformationssystem – Teilprojekt
2, Charakterisierung der Qualität von Erntegut und Silagen, Zwischenbericht
an die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung Bonn, BLE.
Weißbach, F., und Kuhla, S., 1995: Stoffverluste bei der Bestimmung des Trockenmassegehaltes von Silagen und Grünfutter: Entstehende Fehler und Möglichkeiten der Korrektur., Übersichten zur Tierernährung 23, S. 189-214.
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Einfluss von chemischen Siliermitteln auf
die Qualität von Pressschnitzelsilagen im
Folienschlauch
C. Potthast1, H. Scholz2, E. Kramer3, H. Auerbach4
Südzucker AG Mannheim, Mannheim 2Hochschule Anhalt, Bernburg, 3ISF
GmbH, Pinneberg, 4ADDCON EUROPE GmbH, Bitterfeld-Wolfen
1
1.
Einleitung und Problemstellung
In der Milchkuhfütterung kommen große Mengen an energiereicher Pressschnitzelsilage zum Einsatz. Jedoch treten in der Praxis, insbesondere in der
Sommerfütterung, oftmals Probleme mit instabilen Silagen auf, im Wesentlichen verursacht durch ein unzureichendes Silomanagement. Das bestätigten
Potthast et al. (2014a), die den Einsatz von Pressschnitzelsilage in der Sommerfütterung auf 31 Milchviehbetrieben untersuchten und auf 29 % der Betriebe
sichtbaren Schimmel und bei 35 % eine Nacherwärmung der Pressschnitzelsilage fanden. Die wöchentliche Silageentnahme auf den Betrieben lag zwischen
0,7 und 3,6 m, bei 87 % der Silagen aber unter dem nach allgemeinen Empfehlungen (N.N., 2012) erforderlichen Vorschub von 2,8 m in der Woche im Sommer.
Die Qualitätsprobleme zeigen sich oft in überhöhten Hefegehalten, die, insbesondere im Sommer, die aerobe Stabilität (ASTA) der Silage beeinträchtigen
können. Die ASTA in Pressschnitzelsilagen ist, wie bei allen feuchten, energiereichen Silagen, relativ gering und schwankt zwischen einem und sieben
Tagen (Weber, 2006), wobei als Ziel eine ASTA von minimal drei Tagen gilt.
Die Erhöhung der ASTA und damit die Stabilisierung der Pressschnitzelsilage
ist durch die Verbesserung des Managements der Silage oder aber durch den
Zusatz von chemischen Siliermitteln möglich. Chemische Siliermittel können
hier die ASTA verlängern und die Hefeentwicklung reduzieren, wie Potthast et
al. (2014b) in einer Praxisuntersuchung zum Siliermitteleinsatz in Pressschnitzeln nachwiesen.
Im vorliegenden Versuch wurden drei chemische Siliermittel hinsichtlich der
Wirkung auf Hefe- und Schimmelpilzgehalte und die ASTA bei Pressschnitzelsilagen im Folienschlauch getestet. Die Prüfung der Wirksamkeit der Präpa-
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rate erfolgte bei hohen Außentemperaturen und Öffnung der Silos im Sommer,
wobei ein größtmöglicher „Hitzestresses“ simuliert werden sollte. Diese „Stresssituation“ wurde durch Verzicht auf eine tägliche Silageentnahme noch verstärkt.
2.
Im Versuch wurden an der Landesanstalt für Landwirtschaft, Forsten und Gartenbau, Zentrum für Tierhaltung und Technik, Iden am 11. Dezember 2012 je
Behandlung ca. 50 t Pressschnitzel (PS) in vier Folienschläuche (3 m Durchmesser, Länge 6 bis 8 m) einsiliert. Drei PS-Varianten wurden während des Einpressens mit chemischen Siliermitteln behandelt.
Dabei wurden die folgenden Behandlungen geprüft:
1. Kontrolle (K): unbehandelt
2. KOFASIL STABIL (KS): 1,5 l/t; Natriumbenzoat/Kaliumsorbat; ADDCON
EUROPE GmbH, D-Bitterfeld-Wolfen
3. SILOSTAR LIQUID HD (SL): 2,0 l/t; Natriumbenzoat/ Kaliumsorbat/Natriumacetat; Schaumann GmbH, D-Pinneberg
4. NOVIBAC
BPL
(NB):
2,7
l/t;
Ameisensäure/Propionsäure/
Essigsäure/Salze von Fettsäuren/ätherische Öle; INNOV AD,
B-Essen
Die Siloschläuche wurden in Ost-West-Richtung platziert (Abb. 1) und nach
195 Tagen Lagerdauer erstmalig am 25. Juni 2013 geöffnet.
Abb. 1:
Positionierung der Siloschläuche im Versuch
Die Probenziehung mit einem Hohlbohrer erfolgte in den Silagen („frisch“) an
definierten Positionen im geöffneten Silo (Abb. 2; „oben“ Punkt 4 bis 6; „unten“
Punkt 1 bis 3). Nach der Probenahme blieben die geöffneten Pressschnitzelsilagen (PSS) 7 Tage der Luft ausgesetzt, gefolgt von einer erneuten Beprobung der
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Anschnittfläche („alt“). Anschließend wurde durch Entnahme von ca. 1 m PSS
eine frische Anschnittfläche hergestellt und beprobt. Dieser Ablauf wurde zweimal in wöchentlichen Intervallen wiederholt.
Abb. 2:
Probenahmepunkte in den Pressschnitzelsilagen
In den Proben wurden die Trockenmasse (VDLUFA, 1976 mit Korrektur der TM
in den Silagen nach Weißbach und Strubelt, 2008), Milchsäure (HPLC), Essigund Propionsäure sowie Alkohole (GC), pH (Elektrode), Schimmelpilz- und
Hefekeimzahl (nach ISO 7954: 1987) und die aerobe Stabilität (Honig, 1990)
bestimmt. Bei der ASTA war Messbeginn der Zeitpunkt, an dem Silagen in den
Messbehältern die Raumtemperatur erreicht hatten. Als Instabilität wurde der
Zeitpunkt festgelegt, an dem die Temperatur der Silage die des Raumes (2022 °C) erstmals um 3 °C überschritt. Die Messung erfolgte mit automatischen
Temperaturloggern über einen Zeitraum von 336 Stunden (14 Tage).
Die statistische Auswertung erfolgte unter Verwendung des ANOVA-Verfahrens mit SPSS (IBM Statistics, 19.0). Die Hefe- und Schimmelpilzgehalte wurden vor der statistischen Auswertung in log-Einheiten umgewandelt. Werte
unterhalb der Nachweisgrenze wurden mit der Hälfte der Nachweisgrenze verrechnet (log 1,7 KBE/g entsprechend 50 KBE/g). Multiple Mittelwertdifferenzen
wurden mit dem Tukey-Test berechnet (Signifikanzniveau p < 0,05).
3.
Alle Silagen wiesen eine gute Gärqualität auf. Die pH-Werte unterschieden sich
weder zwischen der unbehandelten Kontrolle und den Siliermittelvarianten
noch zwischen den Positionen im Silo („oben“ vs. „unten“) und lagen mit Werten
von pH 3,56 bis pH 3,70 im typischen Bereich für Pressschnitzelsilage (Tab. 1).
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Tab. 1:
Effekte der Silierzusätze auf das Fermentationsmuster der PSS in der
Position „oben“ (n = 6 je Behandlung)
Parameter
Behandlung
K
KS
SL
NB
Trockenmasse, g/kg
212
216
221
217
pH
3,65
3,62
3,69
3,7
Milchsäure,
g/kg TM
57,2
59,3
58
53,6
Essigsäure,
g/kg TM
17
14,9
14
16,4
Buttersäure,
g/kg TM
1,6
1,3
1,5
01. Jun
Propionsäure, g/kg TM, g/
kg TM
3,1a
1,2a
1,2a
18,2b
Ethanol, g/kg
TM
14,3a
4,7b
3,7b
5,8b
Methanol, g/
kg TM
14,8a
12,3ab
10,2b
10,8ab
a,b
signifikante Unterschiede innerhalb einer Zeile (p < 0,05 Tukey-Test)
Wesentliche Einflüsse auf das Fermentationsmuster konnten nicht festgestellt
werden, lediglich beim Ethanol, als wichtiges Endprodukt des Hefemetabolismus, bewirkten die Silierzusätze im oberen Bereich der Silagen eine signifikante
Reduktion gegenüber der Kontrolle.
Der Vergleich der Gehalte an Hefen und Schimmelpilzen zeigt sowohl im „frischen“ als auch im „alten“ Anschnitt bei der unbehandelten Kontrolle signifikant
erhöhte Werte gegenüber allen drei Siliermittelvarianten (Tab. 2).
Die Gehalte an Hefen und Schimmelpilzen sind höher für die „alten“ verglichen
mit den „frischen“ Anschnitten. Der jeweilige Anstieg der Gehalte fällt dabei für
die mit Siliermitteln behandelten PSS gegenüber der Kontrolle eher moderat
aus.
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Tab. 2: Gehalte an Hefen und Schimmelpilzen im “frischen” und „alten”
Anschnitt der PSS
Anzahl
„frisch“
Proben
„alt“
Hefen
Schimmelpilze
(n)
Hefen
Schimmelpilze
(log KBE/g)
K
9
2,8
3,3
KS
9
1,9b
2,1b
2,4b
3,1b
SL
9
1,7b
2,2b
2,2b
3,0b
NB
9
1,7b
2,0b
1,8b
2,1b
a,b
a
a
5,5a
5,3a
signifikante Unterschiede innerhalb einer Spalte (p < 0,05 Tukey-Test)
Die Siliermittel erhöhten die ASTA an den „frischen” Anschnittflächen (n = 72) von
81 Stunden (Kontrolle) auf 248 Stunden, wobei zwischen den Siliermitteln keine
Unterschiede auftraten (Tab. 3). Vergleichbare Effekte von chemischen Siliermitteln beschrieben Weber (2006) bzw. Potthast et al. (2014b), die bei den eingesetzten Mitteln Verbesserungen der ASTA von bis zu 144 bzw. 240 Stunden feststellten.
Tab. 3:
Aerobe Stabilität (ASTA) im “frischen” und „alten” Anschnitt der PSS
sowie an den Positionen „oben“ und „unten“
Anzahl
a,b
Aerobe Stabilität (Stunden)
Proben
(n)
„frisch“
„alt“
„oben“
„unten“
K
9
81a
13a
34a
60a
KS
9
250b
99b
170b
179b
SL
9
260
122
185
b
196b
NB
9
239b
170b
182b
b
b
119b
signifikante Unterschiede innerhalb einer Spalte (p < 0,05, Tukey-Test)
Die Erhöhung der ASTA ist mit der Reduktion der Hefe- (log KBE/g 2,8 vs. 1,8)
und Schimmelpilzkeimzahlen (log KBE/g 3,3 vs. 2,1) zu erklären. Die ASTA der
„alten“ Anschnitte (n = 72) war in der Kontrolle sehr gering (13 Stunden) und
konnte durch die Siliermittel im Mittel auf 113 Stunden erhöht werden.
Die ASTA verringert sich im Zeitraum von der 1. bis zur 3. Öffnung für alle mit
Siliermittel behandelten Pressschnitzel (Abb. 3), während die der unbehandel-
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ten Kontrolle unverändert blieb. Allerdings war die ASTA der behandelten Silagen auch zur letzten Öffnung deutlich erhöht gegenüber der Kontrolle.
Die erhöhten Gehalte an Hefen und Schimmelpilzen in der Position „oben“ und
die analog verringerte ASTA konnte auch Weber (2006) finden, der diese Ergebnisse mit der im Vergleich zum Silokern um 15 bis 20 % geringeren Verdichtung
im oberen Bereich von im Folienschlauch silierten Pressschnitzeln erklärte.
Abb. 3:
Aerobe Stabilität (in Tagen) der Pressschnitzelbehandlungen im „frischen“ Anschnitt im Versuchsverlauf von der 1. bis zur 3. Öffnung
Die bei der unbehandelten Kontrolle ansteigenden Gehalte an Hefen und
Schimmelpilzen sowie die sinkende ASTA in Vergleich der „frischen“ zu den
„alten“ Anschnitten belegen deutlich, dass die aerobe Exposition der Anschnittfläche ohne Silageentnahme einen stark negativen Effekt auf die hygienische
Qualität der Silage hat. Die ASTA der „alten“ Anschnittflächen der unbehandelten Kontrolle ist mit 13 h als unzureichend zu bewerten. Über vergleichbare
Befunde für PSS bei einer ähnlichen Versuchsanordnung berichteten Potthast
et al. (2014b). Auch dort verbesserte der Zusatz von chemischen Siliermitteln zu
PSS die ASTA und verringerte die Keimgehalte.
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Der Zusatz von Siliermitteln zu Pressschnitzelsilagen ersetzt nicht die „gute
fachliche Praxis“ bei Anlage und Management eines Silos. Ein ausreichender
täglicher Entnahmevorschub und kurze Entnahmeintervalle tragen maßgeblich
zur Sicherung der aeroben Stabilität bei.
Dennoch zeigen die vorliegenden Ergebnisse deutlich, dass die eingesetzten
chemischen Siliermittel die hygienische Qualität und die ASTA von PSS in Folienschläuchen – insbesondere unter ungünstigen Bedingungen (z. B. Sommerfütterung bei zu geringem Entnahmevorschub) – effektiv verbessern können.
5.Literaturangaben
Honig, H., 1990: Evaluation of aerobic stability. Proc. Eurobac. Conf., Uppsala,
12.-16.8.86; Grovfoder, Grass and Forage Reports, Special Issue 3,
76-82.
ISO 7954, 1987: Microbiology – General guidance for enumeration of yeasts and
moulds – Colony count technique at 25° C.
N.N., 2012: Pressschnitzel. Wissenswertes zu Silierung und Verfütterung. Hrsg.
Verein der Zuckerindustrie, Bonn.
Potthast, C., Dusel., G., Brinker, S., 2014a: Einsatz von Pressschnitzelsilage in
der Sommerfütterung. Forum angewandte Forschung in der Rinder- und
Schweineernährung 1.-2. April 2014, Fulda, 94-97.
Potthast, C., Brinker, S. and K. Maier, 2014b: Assessment of the effects of chemical silage additives in pressed pulp silage. Kongressband zum 74th
IIRB Congress, 1.-3. Juli 2014, Dresden, Deutschland, 116-121.
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 1976: Methode 3.1 Feuchtigkeit. In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik
(VDLUFA-Methodenbuch), Bd. III, Die chemische Untersuchung von
Futtermitteln. 3. Auflage inkl. 1.-8. Ergänzungslieferung). VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Weber, U., 2006: Untersuchungen zur Silierung von Zuckerrübenpressschnitzeln in Folienschläuchen. Diss. rer. agr. Univ. Berlin.
Weißbach, F., Strubelt, C., 2008: Correcting the dry matter content in sugar beet
silages as a substrate for biogas production. Landtechnik 63(2), 82-83.
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Einsatz von Körnerhirse in der Schweinemast
W. Wetscherek, G. Wetscherek-Seipelt, R. Puntigam
Universität für Bodenkultur, Department für Agrarbiotechnologie, Institut für Tierernährung, Tierische Lebensmittel und Ernährungsphysiologie, Tulln
1.Einleitung
Auf Grund der zunehmenden Verbreitung des Maiswurzelbohrers und der
sprunghaft gestiegenen Futtermittelkosten, ist es erforderlich, über Alternativen
zu Mais in der Mastschweinefütterung nachzudenken. Als möglicher Ersatz von
Mais bietet die Körnerhirse entscheidende Vorteile gegenüber anderen Kulturen,
wie z. B. Getreide oder Sojabohnen. Diese bestehen darin, dass dem Maiswurzelbohrer weder Nahrungs- noch Vermehrungsmöglichkeiten geboten werden.
Aus pflanzenbaulicher Sicht zeichnet sich die Körnerhirse durch eine hervorragende N-Verwertung, eine ausgezeichnete Trockenheitstoleranz und einem sehr
geringen Transpirationskoeffizienten aus. Des Weiteren ist eine sehr gute Standfestigkeit der Pflanze, verbunden mit einer sicheren hohen Ertragsleistung, unter
geringsten pflanzenbaulichen Kulturführungsmaßnahmen hervorzuheben.
2.Literatur
Weltweit kann zwischen sehr vielen Hirsearten unterschieden werden. Für die
Landwirtschaft sind vor allem die Mohrenhirse (Sorghum bicolor), das Sudangras (Sorghum sudanense) und Kreuzungen dieser beiden Arten relevant.
Hirsearten nehmen weltweit, sowohl in Bezug auf die Anbaufläche, als auch in
Bezug auf die Produktionsmenge, den 5. Rang (nach Mais, Weizen, Reis und
Gerste) unter den Getreidearten ein. Hauptproduktionsländer sind die Vereinigten Staaten, Nigeria, Indien und Mexiko. In Europa ist die Körnerhirse selten
anzutreffen, die größten Produzenten sind Frankreich und Italien.
Der Futterwert von Körnerhirse, bezogen auf 88 % Trockenmasse, ist ähnlich
dem von Mais oder Weizen einzustufen. Der hohe Energiegehalt wird vornehmlich durch die hohe Stärkeeinlagerung im Korn erreicht und in der Literatur beim
wachsenden Schwein als identisch zu jenem von Mais angegeben. Bezüglich
des Gehaltes an essentiellen Aminosäuren und deren Verdaulichkeit, ist bei der
Hirse teilweise mit geringeren Werten zu rechnen (Tab. 1).
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Tab. 1: Vergleich des Aminosäurengehaltes und der SID (%) von Weizen,
Mais und Sorghum (Sauvant et al., 2004)
Aminosäuregehalt g/kg
Lysin
Methionin
Methionin + Cystein
Threonin
Tryptophan
Verdaulichkeit (SID %)
Lysin
Methionin
Cystein
Threonin
Tryptophan
3.
Weizen
3,4
1,9
4,5
3,4
1,5
Mais
2,5
1,8
3,8
3,2
0,7
Hirse
2,1
1,9
3,9
3,6
1,2
81
89
91
83
88
80
91
89
83
80
74
85
77
76
79
Um die Einsatzmöglichkeit der Körnerhirse in der Schweinemast zu überprüfen
wurde an der Landwirtschaftlichen Fachschule Hatzendorf ein Versuch durchgeführt, bei dem 20 % getrockneter Körnermais gegen 20 % getrockneter Körnerhirse ausgetauscht wurde.
Im Rahmen des vorliegenden Versuches wurden 32 Ferkel (F1 Kreuzungstiere
der Rasse Edelschwein x Pietrain) ausgewählt. Bei der Aufteilung auf die beiden Versuchsgruppen wurde auf eine gleichmäßige Verteilung von Geschlecht,
Wurf und Absetzgewicht geachtet. Jeweils 8 Tiere pro Box wurden in einem
Warmstall mit Vollspaltenboden gehalten und mit mehligen Futtermischungen
über Futterautomaten ad libitum versorgt. Die Mast wurde in zwei Phasen untergliedert. Die Mast begann mit ca. 31 kg Lebendmasse und endete mit einem
Lebendgewicht von ca. 119 kg. Die Umstellung auf das Endmastfutter erfolgte
bei ca. 73 kg. Die Rationszusammensetzung wird in der Tabelle 2 dargestellt.
Die errechneten wertbestimmenden Inhaltstoffe bezogen auf 88 % Trockenmasse sind in der Tabelle 3 aufgelistet. Bei der Zusammenstellung wurde das
Ziel verfolgt beide Gruppen isoenergetisch zu versorgen und den Gehalt der
wichtigsten essentiellen Aminosäuren, unter Berücksichtigung der standardisierten ilealen Verdaulichkeit, bedarfsgerecht zu gestalten.
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Tab. 2:
Futterrationen der Kontroll- und Versuchsgruppen
Futtermittel
Maisganzkornsilage, %
Körnermais, %
Körnerhirse, %
Sojaextraktions
schrot 44, %
Pigfaser, %
Rapsöl, %
Premix-Kontrolle, %
Premix-Versuch, %
Tab. 3:
Mastabschnitt
31-73 kg
Kontrolle
Versuch
50,4
51,4
20,0
20,0
24,0
23,1
2,5
3,1
-
2,0
0,4
3,1
Mastabschnitt
73-119 kg
Kontrolle
Versuch
52,1
53,0
20,0
20,0
22,0
21,2
3,0
2,9
-
2,5
0,4
2,9
Errechnete wertbestimmende Inhaltstoffe der Futterrationen
Inhaltsstoffe
bezogen auf 88 % TS
ME, MJ/kg
Rohprotein, g/kg
Lysin, g/kg
verd. Lysin, g/kg
Met + Cys, g/kg
verd. Met + Cys, g/kg
Threonin, g/kg
verd. Threonin, g/kg
Tryptophan, g/kg
verd. Tryptophan, g/kg
Mastabschnitt
31-73 kg
Kontrolle
Versuch
12,95
12,94
165,3
165,4
10,8
10,6
9,6
9,6
6,1
6,1
5,3
5,2
7,0
7,1
5,9
5,9
2,0
2,0
1,7
1,7
Mastabschnitt
73-119 kg
Kontrolle
Versuch
12,96
12,95
158,1
158,7
10,1
10,1
9,0
9,0
5,8
5,9
5,1
5,0
6,7
6,7
5,6
5,7
1,9
1,9
1,6
1,6
Die Lebendmasse wurde tierindividuell zu Versuchsbeginn, bei der Futterumstellung und vor der Schlachtung erhoben. Für diese Abschnitte erfolgte ebenfalls die boxenweise Auswertung der Futteraufnahme bzw. Futterverwertung.
Um eine Vergleichbarkeit der Schlachtleistungsmerkmale zu gewährleisten
wurden alle Tiere mit einer Lebendmasse von ca. 120 kg geschlachtet.
Ebenso wurden bei der Schlachtung tierindividuell das Schlachtgewicht, die
Ausschlachtung (Anteil des Schlachtgewichtes an der Lebendmasse in %)
sowie das Fleisch- bzw. Speckmaß erhoben. Aus letzteren Parametern wurde
der Muskelfleischanteil in Prozent errechnet.
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4.Versuchsergebnisse
Analysenergebnisse
Die eingesetzten Futtermischungen entsprachen den errechneten Werten und
unterschieden sich zwischen den beiden Gruppen nur unwesentlich (Tab. 4).
Tab. 4:
Analysenergebnisse der Futtermischungen
Nährstoffgehalt
je kg FM
Trockenmasse, g/kg
Rohprotein, g/kg
Rohfett, g/kg
Rohfaser, g/kg
Rohasche, g/kg
Stärke, g/kg
Zucker, g/kg
ME, MJ/kg
Mastabschnitt
31-73 kg
Kontrolle
Versuch
796
796
154
152
28
27
27
21
49
54
428
449
29
25
13,40
13,28
Mastabschnitt
73-119 kg
Kontrolle
Versuch
794
794
150
148
26
26
27
25
45
48
445
446
25
26
13,38
13,32
Mastleistung
Tab. 5:
Mastleistungsergebnisse
Merkmal
Lebendmasse (LM), kg
Versuchsbeginn
Ende Mastabschnitt 1
Versuchsende
Tageszuwachs, g
31-73 kg LM
73-119 kg LM
31-119 kg LM
Futterverwertung, kg
31-73 kg LM
73-119 kg LM
31-119 kg LM
Mittelwert
Kontrolle
Versuch
SEM
P-Wert
31,15
73,34
118,72
30,99
72,63
120,06
0,33
1,09
0,85
0,8194
0,7478
0,4357
981
892
933
968
933
948
22,5
23,4
21,9
0,7763
0,3897
0,7317
2,27
3,12
2,71
2,29
2,96
2,65
Durch den Einsatz von 20 % getrockneter Körnerhirse veränderte sich die Mastleistung im Vergleich zur Kontrollgruppe nicht. Die Tageszuwächse der Ver-
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suchsgruppe waren in der Anfangsmast geringfügig unter den Werten der Kontrollgruppe. Dies wurde in der Endmast aber kompensiert und ergab über die
gesamte Mastperiode fast identische Leistungen. Die Futterverwertung wurde
durch den Hirseeinsatz nicht verschlechtert (Tab. 5).
Schlachtleisung
Der Einsatz von 20 % getrocknete Körnerhirse veränderte weder die Ausschlachtung noch den Muskelfleischanteil sowie das Fleisch- und Speckmaß (Tab. 6).
Tab. 6:
Schlachtleistungsergebnisse
Merkmal
Schlachtgewicht, kg
Ausschlachtung, %
MAF, %
Fleischmaß, mm
Speckmaß, mm
Mittelwert
Kontrolle
Versuch
94,38
95,88
79,50
79,90
60,69
61,00
76,8
79,6
12,3
12,8
SEM
P-Wert
0,770
0,003
0,490
1,49
0,78
0,3388
0,5144
0,7535
0,3534
0,7540
5.Diskussion
Ältere Untersuchungen zeigten bei geringeren Einsatzmengen von 20 % bei
Frickh et al. (1996), von 30 % bei Braude und Mitchell (1950) bzw. bei 40 % bei
Vanschoubroek et al. (1964) und bei Serra et al. (1982) keine negativen Effekte
auf die Mastleistung. Dies wird auch durch eine Metaanalyse von Tokach et al.
(2012) bestätigt, welche auf Grund einer Zusammenführung von einigen Literaturquellen zu dem Ergebnis kam, dass bei einer Substitution von Mais durch
Hirse in der Mastschweineration durchschnittlich 98 % der Tageszunahmen und
97 % der Futterverwertung einer Maisration erreicht wurden. Insgesamt zeigten
diese Literaturarbeiten, dass bei einem Körnerhirseeinsatz in der Höhe von 20
bis 40 % keine Verschlechterungen in der Mastleistung zu beobachten waren
und bestätigen somit das Ergebnis der eigenen Studie.
Bei höheren Hirseeinsatzmengen von 60 % Körnerhirse reduzierte sich die
Mastleistung numerisch aber nicht signifikant (Braude und Mitchell, 1950). Dies
zeigte sich auch bei einem Einsatz von 80 % Körnerhirse in einer Untersuchung
von Hines et al. (1968).
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Die Auswirkungen des Hirseeinsatzes auf den Muskelfleischanteil bzw. die Relation von Fett und Fleisch werden in der Literatur unterschiedlich beschrieben.
Hines et al. (1968) fanden bei einer Ration mit 80 % Körnerhirse gegenüber der
Kontrollgruppe, bei der Mais als Energieträger genutzt wurde, eine signifikant
höhere Rückenspeckdicke. Auch Untersuchungen von Frickh et al. (1996)
kam zu dem Schluss, dass Schweine mit 30 %-igem Hirseanteil in der Ration
ein erhöhtes Fett : Muskel-Verhältnis zeigten, zurückzuführen auf ein erhöhtes
Speckmaß und einen verringerten Muskelfleischanteil.
Im Gegensatz dazu zeigte die eigene Untersuchung mit 20 % Körnerhirse sowie
Versuche von Vanschoubroek et al. (1964) und Stalljohann (2012) mit Einsatzmengen von 30 bis 80 % keine Veränderungen auf den Muskelfleischanteil. Als
Grund dafür ist die richtige Einschätzung der Aminosäurenversorgung der Tiere
anzusehen.
• Körnerhirse ist als Alternative zu Mais in der Schweinmast bis zu 20 % Einsatzmengen geeignet ohne die Mast- und Schlachtleistung zu verschlechtern.
• Bei der Rationsgestaltung ist die Aminosäurenversorgung unter Berücksichtigung der Verdaulichkeit zu bewerten
• Beim Einsatz von trockener Hirse ist wegen der höheren Energiedichte eventuell eine rationiertes Futterangebot in der Endmast sinnvoll
• Bezüglich des Polyensäurengehaltes sind im Vergleich zur Maisfütterung
keine Probleme zu erwarten
7.Literaturangaben
Braude, R., Mitchell, K.G., 1950: The value of Australian sorghum for fattening
pigs. Journal of Agricultural Science 40, 84-92.
Frickh, J.J., Pichler, W.A., Zollitsch, W, 1996: Untersuchung über den Einsatz
von Hirse (Sorghum bicolorvar. bicolor L.) in der Schweinemast. Wiener
Tierärztliche Monatsschrift 83, 178-184.
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25.03.2015 14:29:06
Hines, R.H., Koch, B.A., Cowman, G., 1968: Corn vs. sorghum grain for growingfinishing pigs. Swine Day, Manhattan 1968, 39-41.
Serra, P., Olivetra, O.E.R., Fernandes, T.H., 1982: A note on the use of sorghum
as a substitute for maize in a diet for growing pigs. Journal of Animal Science 35, 443-445.
Sauvant, D., Perez, J.-M., Tran, G., 2004: Tables of composition and nutritional
value of feed materials: Pigs, poultry, cattle, sheep, goats, rabbits, horses,
fish. Wageningen Academic Pub, 304.
Stalljohann, G., Schulze Langenhorst, C., 2009: Einsatz verschiedener Futterkörnungen und von Hirse in der Schweinemast., Jahresbericht 2009
Landwirtschaftszentrum Haus Düsse, 33-38.
Tokach, M., Goodband, B., DeRouchey, J., 2012: Sorghum in Swine Production Feeding Guide. http://sorghumcheckoff.com/ wpcontent/
uploads/2012/06/swineguideforweb.pdf. Zugriff am 10.09.2014.
Vanschoubroek, F.X., Van Spaendonk, R.L., Nauwynck, W., 1964: A comparison of the feeding value of maize and sorghum for fattening pigs. Animal
Production 6, 357-362.
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Erste Ergebnisse zum Gehalt an
dünndarmverdaulichem Rohprotein bei Heu und
Getreide für Pferde
P. Nüse, P. Leberl, H. Schenkel
Landesanstalt für landwirtschaftliche Chemie, Universität Hohenheim, Stuttgart
1.Einleitung
Die Verdauung des Rohproteins (XP) findet beim Pferd bis zur Einmündung des
Dünndarms in den Dickdarm weitgehend auf Basis körpereigener Enzyme statt,
während im Dickdarm mikrobielle Enzyme die Proteinverdauung übernehmen.
Da Pferde mikrobiell gebildete Aminosäuren (AS) über die Dickdarmschleimhaut jedoch nicht absorbieren können, sind sie auf eine ausreichende Zufuhr
praecaecal verdaulichen Rohproteins (pcvXP) bzw. Aminosäuren (pcvAS) über
das Futter angewiesen.
Durch die analytische Bestimmung des Neutral-Detergenz-unlöslichen Rohproteins (NDIXP) kann über den korrespondierenden Anteil Neutral-Detergenzlöslichen Rohproteins (NDSXP) das pcvXP berechnet werden.
Bislang liegen für den Gehalt an pcvXP nur wenige Daten für Pferdefutter vor.
Ziel der vorliegenden Studie war die Bestimmung des Gehaltes an pcvXP für traditionell in der Pferdefütterung eingesetzte Futtermittel.
2.
Als Untersuchungsmaterial standen jeweils 27 Heuproben des 1. Schnittes der
Jahre 2012 und 2013 und 15 Heulageproben derselben Jahrgänge aus BadenWürttemberg sowie 16 Hafer- und 15 Gersteproben zur Verfügung.
Die Rohproteinbestimmung erfolgte für die Raufutter mittels Nahinfrarotspektroskopie (FOSS 5000). Für die Getreideproben wurde das Rohprotein nasschemisch nach Kjeldahl mittels VO (EG) Nr. 152/2009 III C ermittelt.
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Das NDIXP wurde nach der Methode von Licitra et al. (1996) mit leichten Modifikationen bestimmt. Die Modifikationen beinhalteten eine Einwaage von 1 g,
die Verwendung von Kochplatten mit Rückflusskühlung, die Benutzung eines
Büchnertrichters mit Filterpapier sowie die Trocknung des Filters mit Rückstand
über Nacht.
Die Berechnung des NDSXP und des pcvXP erfolgte nach folgenden Gleichungen:
NDSXP (g/kg TS) = XP (g/kg TS) - NDIXP (g/kg TS)
pcvXP (g/kg TS) = 0,9 * NDSXP (g/kg TS)
Außerdem wurde das verdauliche Rohprotein (DP) der Proben nach DLG
(1995) berechnet.
3.Ergebnisse
Die NDSXP-Gehalte der Heuproben betragen im Mittel 52 g/kg TS mit einer
Schwankungsbreite zwischen 29 g/kg TS und 93 g/kg TS. Der durchschnittliche
NDSXP-Gehalt der Heulagen von 82 g/kg TS liegt auf einem höheren Niveau im
Vergleich zum Heu, was auf den höheren Ausgang-XP-Gehalt der Heulagen
von im Mittel 121 g/kg TS gegenüber 81 g/kg TS beim Heu zurückzuführen ist.
Bei den beiden Getreidearten bewegen sich die Werte der verschiedenen Protein-Fraktionen in vergleichbaren Größenordnungen. Die NDSXP- und pcvXPKonzentrationen von Hafer und Gerste fallen mit 110 bzw. 99 g/kg TS deutlich
höher aus als die entsprechenden Parameter beim Raufutter.
Die mit Hilfe der DLG-Tabellen für Pferde berechneten Werte für das DP liegen
im Durchschnitt beim Heu mit 43 g/kg TS und insbesondere bei der Heulage mit
61 g/kg TS unter den Werten für das pcvXP mit 47 bzw. 77 g/kg TS, während die
mittleren Werte für DP und pcvXP bei den Getreideproben mit 98 bzw. 99 g/kg
TS ein einheitliches Niveau aufweisen.
-344 -
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Tab. 1:
Ergebnisse zur Proteinbewertung von typischen Pferdefuttermitteln
Heu
(n=54)
Heulage
(n=15)
Hafer
(n=16)
Gerste
(n=15)
MW
STABW
Min
Max
MW
STABW
Min
Max
MW
STABW
Min
Max
MW
STABW
Min
Max
XP
NDIXP NDSXP pcvXP pcVQ
DP
g/kg g/kg TS g/kg TS g/kg TS XP
g/kg TS
TS
%
81
29
52
47
59
43
17,0
8,0
13,0
12,0
5,8
9,1
54
19
29
26
37
29
129
62
93
84
70
68
121
36
86
77
59
61
23,0
11,0
20,0
18,0
7,0
12,0
79
24
50
45
51
43
163
62
128
116
71
90
98
80
110
99
14
124
7,7
1,2
1,1
10,0
8,9
9,8
77
76
74
12
82
96
82
111
116
15
129
141
75
98
99
13
110
123
1,1
4,9
5,7
6,1
1,2
6,3
87
86
78
96
110
12
104
106
82
118
132
16
4.Schlussfolgerung
Um eine bedarfsgerechte Fütterung gewährleisten zu können ist die Kenntnis
der exakten pcvXP-Gehalte der eingesetzten Futtermittel wichtig. Die vorliegende Studie gibt einen Überblick über die Gehalte an pcvXP in traditionell in der
Pferdefütterung eingesetzten Rationskomponenten.
Insbesondere die pcvXP-Gehalte der Raufutter unterliegen starken Schwankungen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials,
dem Schnittzeitpunkt, der Schnittnummer, der Düngung etc. Um eine genaue
Rationsberechnung vornehmen zu können, wird eine vorhergehende Laboruntersuchung empfohlen.
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5.Literaturangaben
DLG, 1995: Futterwerttabellen Pferde, DLG-Verlag, Frankfurt/Main.
Licitra, G., Hernandez, T.M., Van Soest, P.J., 1996: Standardization of procedures of nitrogen fractio-nation of ruminant feed, Animal Feed Science
Technology 57, 347-358.
VO (EG) Nr. 152/2009: Verordnung der Kommission vom 27. Januar 2009 zur
Festlegung der Probenahmeverfahren und Analysemethoden für die
amtliche Untersuchung von Futtermitteln, L54 15-19.
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Futterwert von Feuchtmais in der
Schweinefütterung
M. Schäffler, H. Lindermayer, G. Propstmeier
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Institut für Tierernährung
und Futterwirtschaft, Poing
1.Zielsetzung
In bayerischen Schweinemastbetrieben nimmt die feuchte Verfütterung des
Maiskorns regional einen sehr hohen Stellenwert ein. Landläufig bezeichnet
man die silierten Maiskörner als CCM (Corn-Cob-Mix), was mit Korn-SpindelGemisch übersetzt wird. Diese Bezeichnung ist aber nicht mehr zutreffend, da
meist nur noch das Maiskorn ohne Spindeln verfüttert wird. Grundsätzlich sind
zwei Feuchtmaisprodukte zu unterscheiden.
Bei der Maiskornsilage (MKS) wird das Maiskorn mit ca. 60-65 % TM geschrotet
und anschließend in einem Fahrsilo oder Hochsilo einsiliert. Bei der Ganzkornsilage (GKS) wird das ganze Maiskorn in ein gasdichtes Hochsilo (Beton) eingelagert. Das Schroten erfolgt erst nach der Entnahme mit einer Förderschnecke.
Die TM-Gehalte liegen bei ca. 65-70 %.
Da sich die verfütterten Feuchtmaisprodukte geändert haben, sollten die aktuellen Futterwerte bestimmt werden, um bestehende Tabellenwerte zu überprüfen.
2.Methode
Die Bestimmung der Futterwerte der Feuchtmaisprodukte (GKS/MKS) erfolgte
durch einen Verdauungsversuch in der Stoffwechselanlage des Instituts für Tierernährung und Futterwirtschaft in Grub und lief nach dem klassischen Schema
ab:
•
•
•
•
Differenzversuch (ca. 60 kg LM)
Pi x DE/DL Kastraten
7 Tage Vorperiode und 7 Tage Sammelperiode
2 x 2 Tiere (Change over)
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•
•
•
•
Versuchsdauer 2 x 2 Wochen
Grundration 95 % Gerste 5 % Mineralfutter
60 % Testfutter 40 % Grundration
Testfutter Feuchtmais als GKS oder MKS
3.Ergebnisse
In den untersuchten Testfuttern sind im Vergleich zum Tabellenwert höhere
Stärkegehalte gefunden worden (siehe Tab. 1).
Die ermittelten Nährstoffverdaulichkeiten für die Energiebewertung wurden mit
Werten der DLG Futterwerttabelle (1991), der Gruber Futterwerttabelle (2014)
und den Ergebnissen eines Verdauungsversuchs der LfL von 2008 verglichen
(siehe Tab. 2). Die hohen Nährstoffverdaulichkeiten des Versuches von 2008
wurden bestätigt. Die Nährstoffverdaulichkeiten der DLG Futtertabelle passen dagegen nicht zu den aktuell gefütterten rohfaserarmen und stärkereichen
Feuchtmaisprodukten und sind zu niedrig. Auch die Gruber Futterwerttabelle
unterschätzt den Energiegehalt der gefütterten Feuchtmaisprodukte. Bei Maiskornsilage/Ganzkornsilage sind die Energiegehalte deshalb höher anzusetzen.
Tab. 1:
1
Nähstoffgehalte der Testfutter (Trockenfutter 88 % TM)
Inhaltsstoffe (N = 2)
88 % TM
MKS
(CCM)
GKS
Tabelle Grub1
MKS (2014)
TM
g
580
606
650
Rohasche
g
13
13
16
Rohprotein
g
80
82
88
Rohfett
g
41
46
37
Rohfaser
g
21
24
22
NfE
g
725
715
717
Stärke
g
639
646
570
Zucker
g
19
7
6
LfL, 2014: Futterberechnung für Schweine, 20. Auflage, LfL, Poing/Grub
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16,6
14,6
ME MJ 100 % TM
ME MJ 88 % TM
15,0
17,1
9,7
94,2
59,5
(96,7)
90,7
93,1
91,8
Grub1
(2009)
13,7
15,6
9,0
88
29
76
80
83
DLG2
(1991)
Spindel!
14,7
16,7
10,1
94,2
75,8
74,9
88,7
91,5
89,5
Ist
(2014)
15,0
17,1
10,4
93,9
65,3
(93,0)
91,7
92,9
91,8
Grub1
(2009)
GKS
2
LfL, 2009: Jahresbericht 2008, Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft, LfL Bayern, Poing/Grub
DLG, 1991: DLG Futterwerttabellen Schweine, 6. Auflage, DLG-Verlag, Frankfurt/M.
3
LfL, 2014: Futterberechnung für Schweine, 20. Auflage, LfL Bayern, Poing/Grub
1
9,6
93,6
64,8
79,7
89,8
93,7
92,6
ME MJ frisch
%
%
Rohfett
NfE
%
Rohprotein
%
%
VQ org. Subst.
Rohfaser
%
TM
Ist
(2014)
MKS(CCM)
Vergleich der Verdaulichkeiten von Gruber Feuchtmais-Verdauungsversuchen mit Tabellenwerten
Verdaulichkeit (VQ)
Tab. 2:
14,1
16,0
9,7
91
57
65
84
88
DLG2/
Grub3
(1991/2014)
-349 -
25.03.2015 14:29:07
4.Literaturangaben
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), 2014: Futterberechnung für
Schweine, 20. Auflage, LfL, Poing/Grub.
Deutsche Landwirtschaftsgesellschaft e. V (DLG), 1991: DLG Futterwerttabellen Schweine, 6. Auflage, DLG-Verlag, Frankfurt/Main.
Lindermayer, H., Propstmeier, G., 2009: Maisprodukte in der Schweinefütterung, Jahresbericht 2008, Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft, LfL Bayern, Poing/Grub http://www.lfl.bayern.de/mam/cms07/ite/
dateien/36198_maisprodukte_lang.pdf.
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Mengen- und Spurenelementstatus der
Herdenmilch und des Milchkuhfutters in Thüringer
Betrieben
F. Schöne, K. Weigel, S. Dunkel, R. Kirmse, M. Leiterer
1.Einleitung
Die Versorgung der Milchkühe mit Mengen- und Spurenelementen sollte entsprechend den Vorgaben der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie der
Haustiere (GfE, 2001) die Tiergesundheit und Tierleistung im Fokus haben,
darüber hinaus aber auch auf die ernährungsphysiologische Qualität der Milch
für den Konsumenten orientieren. Der Milchgehalt an Ca, Se und Jod ist hierbei
im Mittelpunkt, sind diese „Mineralstoffe“ doch limitierend in unserer Nahrung.
Rohmilch und Futter (Totale Mischrationen, TMR) aus Milchviehbetrieben
waren zu untersuchen, um Aussagen über die Versorgung der Kühe im Hinblick auf die Milchzusammensetzung zu treffen. Ausgehend von den Ergebnissen der Analysen der TMR und den vorliegenden Rationsplänen sollte die
Futtersupplementierung mit Mineralstoffen gemessen an den oben genannten
Empfehlungen der GfE (2001) eingeschätzt werden. Die Mengen- und Spurenelementkonzentrationen der Milch waren, als Vergleich zu den Zufuhrempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (D-A-CH, 2008) zu beurteilen. Die vorliegende Publikation stellt einen Auszug aus dem Bericht an die
Landesvereinigung Thüringer Milch e. V., Alfred-Hess-Str. 8, 99094 Erfurt dar
(Schöne et al., 2014).
2.
In sechs Thüringer Milchviehherden, Herdengröße 350 bis 1000 HolsteinFriesian-Kühe, Jahresleistung pro Kuh 9000 bis 12000 kg Milch, wurden in
zwei Sechswochenperioden jeweils im Nov./Dez. 2012/2013 Milchproben und
Totale Mischrationen (TMR) analysiert (Probenzahlen in den Tabellen). Für die
Rohmilch erfolgte die Gefriertrocknung von Rückstellproben des Labors JenaGöschwitz (Thüringer Verband für Leistungs- und Qualitätsprüfung in der Tierzucht, TVL), für das Futter die Trocknung von mindestens 300 g Probe bei 60° C
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mit Vermahlung. Die Konzentrationen an Protein, Fett, Laktose und Harnstoff
der Milch wurden mittels Infrarotmessung mit Fourier Transformation (FTI, Milkoscan FT 6500 Foss) im Labor des TVL bestimmt.
Die Analysen der Mengen- und Spurenelemente bis auf Se und Jod erfolgten
nach den Untersuchungsverfahren laut Amtlicher Sammlung nach § 64 LFGB
(AS 2001, 2013) und dem Methodenbuch des VDLUFA Bd. VII (2011). Für Se
und Jod sind die Nachweisverfahren im VDLUFA Kongressband 2013 von den
Autoren beschrieben (Schöne und Leiterer, 2013). Die statistische Auswertung
wurde mittels ANOVA und DUNCAN-Test vorgenommen
3.
Zwischen Untersuchungsperiode I und II stimmte in jedem der untersuchten
Betriebe der Gehalt der Milch an Eiweiß, Fett und Laktose überein, für Ca und
P wurden aber in Periode II höhere Konzentrationen als in Periode I gemessen
(Tab. 1). Der Gehalt der Milch an Eiweiß war in Betrieb B in den Perioden I und II
am höchsten; dort ist der Milcheiweißgehalt über lange Jahre Zuchtziel. Im Caund P-Gehalt der Milch zeigte sich eine ähnliche Rangfolge der Betriebe in beiden Untersuchungsperioden (Tab. 2) wie für das Milcheiweiß, mit dem höchsten
Ca- und P-Gehalt in Betrieb B.
Für den Selen- und Jodgehalt der Milch unterschied sich die Rangfolge der
Betriebe von der für das Eiweiß, Ca und P (Tab. 1 und 2). Se und Jod in der
Milch werden, zumindest in Teilen, durch die Versorgungshöhe über das Futter
bestimmt. Tatsächlich enthielt im Betriebsvergleich die TMR von Betrieb F mit
der in Periode I selenreichsten Milch, etwa ein Drittel mehr Se (Tab. 3). Mittelwerte von 400 µg Se/kg T und mehr deuten auf Überschreitungen des Höchstgehaltes. Dementsprechend war in Untersuchungsperiode I eine Probe der insgesamt 38 untersuchten TMR über dem Höchstgehalt von 0,57 mg Se/kg T laut EU
Verordnung 1831/2003, in Untersuchungsperiode II überschritten 2 Proben von
insgesamt 24 untersuchten TMR den Höchstgehalt.
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II
I
II
I
II
I
II
g/kg
Ca
g/kg
Jod
µg/kg
Se
µg/kg
I
Laktose
I
II
g/kg
P
I
Fett
II
II
g/kg
g/kg
I
12 ± 0c
14 ± 1c
110 ± 10c
110 ± 9a
1,27 ± 0,02bc
1,15 ± 0,02c
1,03 ± 0,02cd
0,98 ± 0,02b
48,2 ± 0,1a
48,6 ± 0,2a
36,4 ± 0,8d
38,9 ± 1,1d
33,3 ± 0,1d
33,2 ± 0,1e
A
Betrieb
15 ± 0c
15 ± 2b
92 ± 12c
84 ± 16bc
1,33 ± 0,03a
1,21 ± 0,03a
1,09 ± 0,02a
1,02 ± 0,02a
47,5 ± 0,1c
47,6 ± 0,3c
41,7 ± 0,5b
42,9 ± 0,8b
36,8 ± 0,4a
36,8 ± 0,4a
B
12 ± 1c
13 ± 2c
92 ± 6c
72 ± 22c
1,32 ± 0,03a
1,18 ± 0,02b
1,05 ± 0,01bc
0,99 ± 0,02b
48,2 ± 0,2a
48,1 ± 0,1b
39,2 ± 0,8c
36,5 ± 0,6e
34,6 ± 0,5c
34,5 ± 0,3c
C
13 ± 1c
13 ± 1c
138 ± 18b
90 ± 13b
1,34 ± 0,04a
1,14 ± 0,02c
1,07 ± 0,03ab
0,95 ± 0,02c
47,7 ± 0,1c
47,7 ± 0,1c
42,3 ± 0,6b
41,3 ± 1,0c
34,8 ± 0,1c
33,5 ± 0,3d
D
17 ± 2a
18 ± 1a
198 ± 8a
124 ± 18a
1,30 ± 0,02ab
1,17 ± 0,03bc
1,07 ± 0,02ab
0,99 ± 0,04b
47,6 ± 0,1c
47,3 ± 0,2d
43,6 ± 0,6a
43,7 ± 0,8a
35,7 ± 0,1b
35,0 ± 0,2b
E
15 ± 1b
19 ± 3a
100 ± 15c
91 ± 13b
1,23 ± 0,05c
1,15 ± 0,02c
1,01 ± 0,03d
0,97 ± 0,02bc
47,9 ± 0,1b
48,4 ± 0,2a
39,2 ± 0,5c
39,0 ± 0,3d
33,1 ± 0,1d
32,6 ± 0,4f
F
Hauptnährstoffe und wichtige Mengen- und Spurenelemente in der Tankmilch von 6 Herden in den Untersuchungsperioden I, 7 bis 11 Proben je Betrieb, und II, 4 bis 5 Proben je Betrieb (Mittelwerte ± Standardabweichung)
Eiweiß
Tab. 1:
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Tab. 2: Ausgewählte Inhaltsstoffe der Milch – Rangierung der Betriebe mit
niedrigstem und höchstem mittleren Gehalt in den Untersuchungsperioden I und II
Periode
Eiweiß
Ca
P
Se
Jod
Betrieb
Niedrigster I
Niedrigster II
Höchster I
Höchster II
g/kg
F
A,F
B
B
g/kg
D,F
F
B
B,C,D
g/kg
D,F
A,F
B
B
µg/kg
A,C,D
A,C,D
E,F
E
µg/kg
B,C
B,C
A,E
D,E
In früheren Untersuchungen der TMR aus sächsischen und thüringischen Milchviehbetrieben war eine häufigere Überschreitung des Selenhöchstwertes festgestellt worden (Schöne et al., 2013).
Im Unterschied zum Se standen die Jodgehalte der TMR (Tab. 3) in keinem
Zusammenhang mit den ermittelten Jodgehalten der Milch (Tab. 1). Andererseits zeigte sich im Dosis-Wirkungs-Versuch eine hochsignifikante Beziehung
zwischen Jod in der Milch und Futterjodzusatz (Schöne et al., 2009). In dem
Versuch war aber die Spanne zwischen den getesteten Joddosierungen – von
ohne Jodzusatz über 1 und 5 bis 10 mg Jodzusatz pro kg Futtertrockenmasse
(T) – sehr groß. Neben dem im Vergleich dazu engen Bereich der in der Praxis
angewendeten Joddosierungen wirken dort weitere und in der vorliegenden
Erhebung nicht berücksichtigte Einflussfaktoren wie Jodantagonisten im Futter, besonders die Rapsglucosinolate, oder jodhaltige Euterdesinfektionsmittel
(Übersicht bei Flachowsky et al., 2014).
Der zu hohe Calciumgehalt der TMR in Betrieb F (Tab. 3) resultiert aus einem
bereits in der Rationsplanung überhöhten Mineralfutterangebot von 550 bzw.
630 g je Tier und Tag in den Untersuchungsperioden I bzw. II. Betrieb D zeigt in
Untersuchungsperiode II für Ca, Se und Jod die niedrigsten Gehalte, was eine
weitere Überprüfung der TMR notwendig macht.
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0,30 ± 0,04b
0,26± 0,01bc
II
0,85 ± 0,08a
II
I
0,82 ± 0,11
7,98 ± 0,62b
II
I
7,43 ± 0,65b
I
0,46 ± 0,22a
0,30 ± 0,10b
0,96 ± 0,36a
0,70 ± 0,09
7,17 ± 0,06b
7,58 ± 1,29b
173 ± 7a
201 ± 18a
7,2 ± 0,3
7,2 ± 0,1
375 ± 80c
472 ± 51a
B
0,23 ± 0,04c
0,30 ± 0,08b
0,48± 0,20ab
0,67 ± 0,19
7,38 ± 2,50b
7,41 ± 1,11b
174 ± 27a
174 ± 17b
6,7 ± 1,0
7,0 ± 0,4
D
0,16 ± 0,08c
0,30 ± 0,11b
0,28 ± 0,08b
0,76 ± 0,33
6,02 ± 1,20b
6,54 ± 2,05b
163 ± 6ab
168 ± 22b
6,5 ± 0,1
6,9 ± 0,6
431 ± 37bc
449 ± 21ab
Betrieb
435 ± 28bc
371 ± 18d
C
0,26± 0,03bc
0,28 ± 0,04b
1,01 ± 0,14a
0,93 ± 0,06
6,97 ± 1,26b
7,39 ± 0,70b
164 ± 16ab
162 ± 10b
6,8 ± 0,1
7,0 ± 0,1
447 ± 12ab
401 ± 31cd
E
0,40± 0,02ab
0,42 ± 0,08a
0,98 ± 0,14a
k.A.
10,40± 1,40a
9,34 ± 1,10a
185 ± 6a
169 ± 7b
6,9 ± 0,1
7,2 ± 0,1
455 ± 19ab
431 ± 29bc
F
Abcd-Unterschiedliche Buchstaben in der gleichen Zeile stehen für Signifikanz der Differenzen. k.A.-keine Analysenergebnisse. T-Trockenmasse, NEL-Nettoenergie Laktation, RP-Rohprotein
Se,mg/kgT
I mg/kgT
Ca g/kg T
151 ± 3b
II
6,7 ± 0,3
II
156 ± 9b
7,1 ± 0,1
NEL,MJkgT I
I
508 ± 44a
II
RP g/kg T
461 ± 20ab
I
T g/kg
A
Tab. 3: Trockenmasse, Energie und ausgewählte Inhaltsstoffe der Totalen Mischrationen von 6 Herden in den Untersuchungsperioden I, 4 bis 8 Proben je Betrieb, und II, 4 Proben je Betrieb (Mittelwerte, Standardabweichung)
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Tab. 4: Empfehlungen der GfE für 40 kg Milchleistung und Höchstgehalte,
HG, in der EU (VO, EG, 1831/2003 und Folgeverordnungen) bezogen
auf Rationstrockenmasse (T) im Vergleich mit dem Bereich der Analysenwerte der Totalen Mischration (Mittelwerte der Betriebe in Untersuchungsperiode I und II)
T
NEL
RP 1)
Ca
K
Mg
Na
P
ClZn
Cu
Fe
Mn
Se
Jod
1)
g/kg FM
MJ/kg T
g/kg T
g/kg T
g/kg T
g/kg T
g/kg T
g/kg T
g/kg T
mg/kg T
mg/kg T
mg/kg T
mg/kg T
µg/kg T
µg/kg T
GfE
(2000)
HG EU
7,0
1601)
6,4
10
1,6
1,5
4,0
3,7
50
10
50
50
200
500
keine
keine
keine
keine
keine
keine
keine
keine
keine
28
850
170
570
5700
Untersuchungsperiode
I
II
Min.-Max.
Min.-Max.
371-472
375-508
6,9-7,2
6,5-7,2
156-201
151-185
6,5-9,3
6,0-10,4
12,2-14,3
12,8-16,0
2,4-3,3
2,4-2,7
2,2-5,2
1,7-5,2
4,2-5,2
4,1-5,2
4,3-5,4
3,9-5,8
91-109
72-110
14-21
13-19
265-507
238-603
78-107
68-137
280-424
162-463
668-930
280-1010
als nutzbares Rohprotein, NEL–Nettoenergie Laktation, FM–Frischmasse
Ein Vergleich der Versorgungsbereiche laut TMR Analyse in den sechs
Betrieben über jeweils zwei Untersuchungsperioden mit den Empfehlungen der
GfE (2001) lässt bis auf die für Betrieb D in Untersuchungsperiode II genannten
Untergehalte an Ca, Se und Jod für keines der untersuchten Mengen- und
Spurenelemente eine Unterversorgung erkennen (Tab. 4 und Schöne et al.,
2014). Das „Mehr“ im Futter an K, Mg, Na, Cl, Zn, Cu und Mn erscheint wenig
problematisch, sind doch, abgesehen von möglichen K und Mg Interaktionen
im Säuren-Basen-Haushalt, diese Mengen- bzw. Spurenelemente in den
ermittelten Konzentrationsbereichen von geringerer Relevanz für die Leistung
und die Tiergesundheit. Kritisch ist der in Untersuchungsperiode I und II
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ermittelte Höchstgehalt des Ca von etwa 1 % der T der Ration (Tab. 3). Hohe
Calciumgaben hemmen die Futteraufnahme (Hennig, 1972), und in dem
betroffenen Betrieb war die Futterkalkmenge zu reduzieren. Der Selengehalt
der TMR überschritt nur in wenigen Fällen den gesetzlich vorgegebenen
Höchstgehalt. Selen und Jod im Futter sind aber weiter zu beachten. Beide
Spurenelemente sind im Fokus des Verbraucherschutzes: Für Selen sollen zu
hohe Gehalte im Futter wegen des Risikos der Anreicherung in Milch, Fleisch
und Eiern vermieden werden. Dagegen wird für das Jod eine Verdoppelung
der gegenwärtig üblichen Supplementierung angestrebt, um den Beitrag zur
Jodversorgung über die Milch zu erhöhen (Schöne und Leiterer, 2013). Künftig
sollte der Mengen- und Spurenelementgehalt der nativen Futterkomponenten
besser schon in der Rationsplanung berücksichtigt werden. Hierzu sind
Aktualisierungen des veralteten Futterdatenpools der DLG (1973) unter
anderem durch Nutzung der Daten aus aktuellen Untersuchungen der TLL
notwendig. Ca wie auch P sind Strukturelemente des Milcheiweißes bzw. des
Caseins, so dass Obergrenzen der Konzentrationen über den Genotyp bzw.
die Tierzüchtung gesetzt werden. Das widerspricht nicht der Aussage, dass
Fütterungsfehler den Gehalt des Eiweißes der Milch und in dessen Gefolge
den an Ca und P vermindern können. Durch die obligate Mineralergänzung des
Futters tragen Milch und Milchprodukte zu unserer Selenversorgung bei, und
Milch ist und bleibt eine Hauptjodquelle in der Nahrung.
5.Literaturangaben
Amtliche Sammlung von Untersuchungsverfahren (AS) nach § 64 LFGB (früher
§ 35 LMBG, Untersuchung von Lebensmitteln), 2013: Bd, L 00.00 144
Bestimmung der Mineralstoffe Calcium, Kalium, Magnesium, Natrium,
Phosphor, Eisen, Kupfer, Mangan und Zink in Lebensmitteln mit der optischen Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICPOES). Hrsg. Bundesgesundheitsamt (BGA) jetzt Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL).
BLS – Bundeslebensmittelschlüssel 3.01, 2010: Kluthe, B. Prodi Version 6.2.
Stuttgart: Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft.
D.A.CH - Deutsche, Österreichische und Schweizerische Gesellschaft für
Ernährung, 2008: Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. 1. Aufl., 3. korr.
Nachdruck. Umschau Braus GmbH Verlagsgesellschaft, Frankfurt/
Main., 179-184.
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DLG – Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft, 1973: DLG-Futterwerttabelle.
Mineralstoffgehalte in Futtermitteln. DLG-Verlags GmbH Frankfurt/Main.
EU – European Union, 2003: Regulation (EC) No 1831/2003 of the European
Parliament and of the Council of 22 September 2003 on additives for use
in animal nutrition. Official Journal of the EU 46: L 268/29 - L268/43 with
Community Register of Feed Additives.
Flachowsky, G., Franke, K., Meyer, U., Leiterer, M., Schöne, F., 2014: Review Influencing Factors on Iodine Content of Cow Milk. Eur J Nutr 53, 351-365.
GfE – Gesellschaft für Ernährungsphysiologie, 2001: Empfehlungen zur Energie- und Nährstoffversorgung der Milchkühe und Aufzuchtrinder. DLGVerlags GmbH Frankfurt/Main.
Hennig, A., 1972: Mineralstoffe, Vitamine, Ergotropika. Deutscher Landwirtschaftsverlag Berlin.
Schöne, F., Leiterer, M., 2013: Kupfer; Selen und Jod im Mineral- und Mischfutter für Milchkühe – Konzentration und empfohlene Aufnahme. VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 69, 627-635. Kongressband 2013 Berlin, VDLUFA-Verlag Darmstadt.
Schöne, F., Leiterer, M., Lebzien, P., Bemmann, D., Spolders, M., Flachowsky,
G., 2009: Iodine concentration of milk in a dose-response study with dairy
cows and implications for the consumer´s iodine intake. Journal of Trace
Elements in Medicine and Biology 23, 84-92.
Schöne, F., Steinhöfel, O., Weigel, K., Bergmann, H., Herzog, E., Dunkel, S.,
Kirmse, R., Leiterer, M., 2013: Selenium in feedstuffs and rations for dairy
cows including a view of the food chain up to the consumer. Journal für
Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit – Journal of Consumer
Protection and Food Safety 8, 271-280.
Schöne, F., Weigel, K. Dunkel, S., Trauboth, K., Kirmse, R., Leiterer, M., 2014:
Mengen- sowie Spurenelemente und die Vitamine A sowie E in Milch und
Futter ausgewählter Thüringer Betriebe. Beurteilung der Versorgung und
Ableitung von Empfehlungen für die Milchkuhfütterung. Untersuchungsbericht für die Landesvereinigung Thüringer Milch e. V. Erfurt, 18 pp.
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 2011: Methode 2.2.2.6, Bestimmung von
ausgewählten Elementen in pflanzlichem Material und Futtermitteln mit
optischer Emissionsspektroskopie und induktiv gekoppeltem Plasma
(ICP-OES). In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungs-methodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. VII. Umweltanalytik.
VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
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6.Danksagung
Wir danken Frau Klemmer für die Probenbereitstellung.
Frau Hanstein sei für die Zusammenstellung der Analysenergebnisse gedankt.
Die Untersuchungen wurden gefördert von der Landesvereinigung Thüringer
Milch e. V. Erfurt und vom Verband für Agrarforschung und -bildung e. V. Jena.
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Praecaecale Aminosäurenverdaulichkeit von
Weizen beim Broiler, gemahlen oder als ganzes
Korn
T. Bormann, H. Kluth
Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Martin-Luther-Universität
Halle-Wittenberg
1.Einleitung
Der Einsatz von ganzem Weizen ist in der Broilerfütterung praxisüblich. Die
Vorteile liegen zum einen in den geringeren Produktionskosten von Futtermischungen (Amerah et al. 2007), zum anderen werden positive Wirkungen auf
die Magen-Darm-Gesundheit erwartet (Jones und Taylor, 2001). Im Hinblick auf
eine Charakterisierung des Futterwertes von ganzem Weizen fällt jedoch auf,
dass nur wenige Angaben vorliegen.
Es war deshalb Ziel der vorliegenden Untersuchung, die praecaecale (pc) Verdaulichkeit der Aminosäuren aus ganzem Weizen zu bestimmen.
2.
2.1Versuchsmischungen
Es wurden 2 Grundmischungen auf der Basis von Maisstärke, Sojaextraktionsschrot und Weizenkleber erstellt, die bereits den zu prüfenden Weizen (Sorte:
Tobak, XP: 129, XF: 22, XL: 23 g/kg TS) mit einem Anteil von 30 % sowohl in ganzer als auch gemahlener Form (3 mm, Hammermühle) enthielten (Tab. 1).
Im Austausch gegen die Maisstärke wurden für jede der beiden Grundmischungen 2 weitere Mischungen mit Anteilen von 50 und 70 % Weizen erstellt. TiO2
wurde als unverdaulicher Marker mit 5 g/kg zugesetzt. Anschließend erfolgte
eine Pelletierung aller Versuchsmischungen (3 mm Matrize).
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Tab. 1:
Zusammensetzung der Versuchsmischungen (g/kg)
Mischung, % Weizen
30
50
70
Weizen
Maisstärke
SES / Weizenkleber
Sojaöl / MCP
Viehsalz / Futterkalk
Prämix
L-Lysin-HCl / L-Arginin
DL-Methionin / L-Cystin
L-Isoleucin / L-Leucin
L-Threonin / L-Valin
Titandioxid
300
400
100 / 100
18 / 23
3 / 10
10
9 / 5,5
2/2
2,5 / 2
4,5 / 3,5
5
500
200
100 / 100
18 / 23
3 /10
10
9 / 5,5
2/2
2,5 / 2
4,5 / 3,5
5
700
0
100 / 100
18 / 23
3 / 10
10
9 / 5,5
2/2
2,5 / 2
4,5 / 3,5
5
2.2
Versuchstiere und Haltung
Für den Versuch wurden insgesamt 560 männliche Eintagsküken (Ross 308)
in Bodenhaltung aufgestallt und über die ersten 14 Tage mit einem handelsüblichen Starterfutter gefüttert. Anschließend erfolgte die Umstellung auf die Versuchsmischungen, wobei vorher eine Reduzierung der Tieranzahl von 10 auf
8 pro Abteil vorgenommen wurde. Dabei wurde sich an der mittleren Lebendmasse aller Tiere eines Abteils orientiert. Jeder Variante wurden 8 Abteile zugeordnet und die Versuchsmischungen über 7 Tage ad libitum vorgelegt.
2.3
Probennahme und Aufbereitung
Zum Versuchsende wurden alle Tiere unblutig mittels CO2-Applikation
getötet. Der Bauchraum wurde eröffnet und der Dünndarmabschnitt zwischen
Meckel`schem Divertikel bis 2 cm vor der Ileo-Caecal-Klappe entnommen
und gedrittelt (Kluth et al., 2005). Lediglich der Chymus aus dem medialen
und terminalen Abschnitt wurde mit destilliertem Wasser ausgespült,
gefriergetrocknet und für die Analysen über ein 0,5 mm-Sieb vermahlen.
2.4
Analysen, Berechnungen und statistische Auswertung
Die Analysen der Weender Rohnährstoffe in den Versuchsmischungen wurden nach den Vorschriften des VDLUFA (1976) durchgeführt. Die Bestimmung
der Aminosäuren in Futter und Chymus (Rodehutscord et al., 2004) sowie des
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Gehaltes an TiO2 (Brandt und Allam, 1987) orientierte sich gleichfalls an etablierten Methoden. Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung in den Versuchsmischungen erfolgte nach dem Verfahren wie es in den Untersuchungen von
Sander et al. (2012) beschrieben wurde.
Die pc Verdaulichkeit (VQ) der Aminosäuren (AS) wurde unter Verwendung der
analysierten Gehalte an Aminosäuren und Marker in Futter und Chymus wie
folgt berechnet:
pc VQ (%) = 100 - [(ASChymus × TiO2Futter) / (ASFutter × TiO2Chymus) × 100].
Unter Berücksichtigung der pc Verdaulichkeit und der täglich aufgenommenen
Aminosäurenmenge konnte die pc verdaute Menge der jeweiligen Aminosäuren
für jedes Abteil berechnet werden.
Die Beziehung zwischen der pc verdauten und der aufgenommenen Menge an
Aminosäure wurde mittels linearer Regression beschrieben, wobei die Steigung
der Regressionsgeraden als pc Verdaulichkeit der Aminosäure interpretiert
werden kann (Rodehutscord et al., 2004). Die Berechnung der linearen Regression erfolgte mit dem Programm GraphPad Prism 5.0. Die Angaben zur Futteraufnahme und Lebendmasseentwicklung wurden mit einfaktorieller Varianzanalyse auf signifikante Mittelwertdifferenzen bei p ≤ 0,05 geprüft (Statistica für
Windows, Version 9.0).
3.
Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung zeigte, dass die angestrebten
Unterschiede zwischen den Versuchsmischungen umgesetzt werden konnten
(Tab. 2). Dies zeigte sich insbesondere bei den Anteilen an Partikeln mit mehr
als 1 mm Größe, die in den Mischungen mit ganzem Weizen höher waren.
Die tägliche Futteraufnahme während der Versuchsperiode war zwischen beiden Varianten ähnlich und schwankte in einem Bereich von 108 bis 113 g/Tier.
Allerdings konnte bei einem Anteil von 70 % Weizen in der Mischung, unabhängig ob ganz oder gemahlen, eine signifikant höhere Lebendmassezunahme
festgestellt werden. So wurden Werte von 528 (ganzes Korn) und 517 g/Woche
(gemahlen) ermittelt.
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Aus Leistungsversuchen ist bekannt, dass ganzer Weizen in Anteilen bis 35 %
gefüttert werden kann, ohne die Leistung negativ zu beeinflussen (Nahas und
Lefrançois, 2001). Selbst eine Erhöhung auf 44 % zeigte keine Verschlechterung in der Futterverwertung (Hetland et al., 2002). Allerdings muss bei einem
Vergleich mit Daten aus Leistungsversuchen, der relativ kurze Zeitraum von
lediglich 7 Tagen, in der der Weizen in der eigenen Studie verfüttert wurde,
berücksichtigt werden.
Tab 2:
Partikelgrößenverteilung der Versuchsmischungen (%)
Variante
Weizenanteil (%)
gemahlen
ganzes Korn
< 0,2 mm
0,2-1 mm
> 1 mm
30
50
70
30
60
47
33
54
23
30
29
24
17
23
38
23
50
70
45
34
23
21
32
45
Tab. 3: Praecaecale Rohprotein- und Aminosäurenverdaulichkeit von Weizen, gemahlen und als ganzes Korn (in %, SE der Schätzung, R2)
Weizen
gemahlen
ganzes Korn
p-Wert
Rohprotein
92
1
1,00
87
2
0,98
0,064
Arginin
Isoleucin
Leucin
Lysin
Methionin
Phenylalanin
Threonin
Tryptophan
Valin
93
93
93
93
95
91
90
87
93
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,99
0,99
1,00
91
90
90
93
93
87
86
82
90
3
2
2
3
2
2
3
2
3
0,98
0,98
0,99
0,97
0,99
0,99
0,97
0,98
0,98
0,626
0,226
0,093
0,922
0,403
0,121
0,289
0,122
0,195
Die Angaben zur pc Verdaulichkeit des Rohproteins und der Aminosäuren
sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Die Verdaulichkeit des Rohproteins liegt
im Mittel bei einem Wert von 90 % und weißt damit ein relativ hohes Niveau auf.
Ähnliche hohe Werte wurden von Bormann und Kluth (2013) ermittelt. So zeigte
diese Studie, in der insgesamt 12 Sorten untersucht wurden, aber auch, dass
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die Rohproteinverdaulichkeit deutlich variieren kann. So wurden Werte in einem
Bereich von 74 bis 92 % gemessen. Allerdings wurden die Weizensorten in
gemahlener Form untersucht.
Festzustellen ist, dass die Vermahlung des Weizens zu einer höheren Verdaulichkeit des Rohproteins um 5 Prozentpunkte führte. Dieser Unterschied war
jedoch nicht signifikant. Gleiche Tendenz konnte in der Verdaulichkeit der Aminosäuren festgestellt werden, ohne dass signifikante Unterschiede bestanden.
Im Mittel aller in der Tabelle aufgeführten Aminosäuren ergab sich bei Vermahlung ein höherer Wert von 92 %. Demgegenüber war die Verdaulichkeit bei Einsatz des ganzen Korns um 3 Prozentpunkte niedriger. Am besten verdaulich war
Methionin mit 95 (gemahlen) und 93 % (ganzes Korn). Die niedrigste Verdaulichkeit wurde für Tryptophan ermittelt (87 %, gemahlen; 82 %, ganzes Korn).
Gleiche Rangierungen in der Höhe der Aminosäurenverdaulichkeit wurden
auch in der Untersuchung von Bormann und Kluth (2013) ermittelt.
Zwar liegen weitere Angaben zur Höhe der Aminosäurenverdaulichkeit für
Weizen vor (Short et al., 1999, Ravindran et al., 2005, Huang et al., 2005). Allerdings ist ein Vergleich mit den eigenen Ergebnissen schwierig, da z. T. deutliche
Unterschiede methodischer Art in der Messung der Verdaulichkeit bestehen. Es
muss auch berücksichtigt werden, dass in allen genannten Untersuchungen der
Weizen wiederum in vermahlener Form eingesetzt wurde.
Eine umfassende Erklärung für die Abnahme in der Verdaulichkeit aus ganzem
Korn ist nicht möglich, da Messungen auf pc Ebene zu Futterwertcharakterisierung dieses Getreides in erster Linie unternommen wurden, um Wirkungen auf
die Verdaulichkeit der Stärke zu beschreiben. Hierfür wurden Mischungen mit
unterschiedlichen Anteilen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren (grobe oder feine Vermahlung, ganzes Korn) geprüft (Hetland
et al., 2002, Abdollahi et al., 2013). Dagegen wurde eine Prüfung des ganzen
Weizenkorns als Einzelkomponente wie in der hier vorliegenden Untersuchung
noch nicht vorgenommen.
Demnach scheinen die vielfach beschriebenen positiven Wirkungen grober
Futterpartikel auf eine bessere Entwicklung des Muskelmagens in Verbindung
mit einer Reduzierung des pH-Wertes (Nir et al., 1994, Amerah et al., 2008), die
pc Verdaulichkeit der Aminosäuren weniger zu beeinflussen. Von Peron et al.
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(2005) wird die geringere Substratoberfläche des ganzen Korns als Nachteil
angesehen, was mit einem geringeren enzymatischen Abbau verbunden sein
könnte.
Allerdings könnten auch Wechselwirkungen zur Passagerate bestehen, die
allein durch die Unterschiede in den Nährstoffgehalten zwischen den Einzelfuttermitteln bedingt sind (Ganzer et al., 2007).
4.Fazit
Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung deuten darauf hin, dass Weizen als ganzes Korn im Vergleich zu gemahlenem zu einer Reduzierung in der
pc Verdaulichkeit der Aminosäuren führen kann. Für eine endgültige Klärung
sollten jedoch weitere Untersuchungen folgen, um die Wirkungen von Bearbeitungsverfahren auf die pc Aminosäurenverdaulichkeit zu prüfen. Dies sollte
gleichfalls weitere Einzelkomponenten umfassen.
5.Literaturangaben
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Amerah, A.M., Ravindran, V., Lentle, R.G., Thomas, D.G., 2008: Influence of
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Agrar- und Ernährungswissenschaften, 222-224.
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Ruminaler Abbau des Rohproteins von
Sojaprodukten aus bayerischem Anbau und
heimischer Verarbeitung
T. Ettle1, V. Aichner1, C. Fahn2, W. Windisch2, C. Fischer2
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Tierernährung und
Futterwirtschaft, Poing, 2TUM-Weihenstephan, Lehrstuhl für Tierernährung,
Freising
1
1.Einleitung
Der Anbau von Sojabohnen ist in Bayern in den letzten Jahren merklich angestiegen. Neben den hohen Kosten für importierten Soja dürfte dafür die generelle Diskussion um die Versorgung mit Eiweißfuttermitteln, aber auch die Frage
nach einer „Fütterung ohne Gentechnik“ eine Rolle spielen. Bei der Herstellung
von Extraktionsschroten wird der Saat das Fett mit Hilfe von Lösungsmitteln entzogen, was zu vergleichsweise niedrigen Restfettgehalten im Futtermittel führt.
In Bayern wird allerdings derzeit in keiner Anlage Sojaextraktionsschrot produziert. In verschiedenen dezentralen Aufbereitungsanlagen werden Sojabohnen
getoastet oder auch mechanisch entölt, teilweise werden die Produkte auch
hydrothermisch oder druckthermisch bearbeitet. Im Gegensatz zum Schwein
und Geflügel sollten in der Wiederkäuerfütterung Maßnahmen zur Inaktivierung von Trypsininhibitoren oder zum Stärkeaufschluss von vergleichsweise
geringer Bedeutung sein. Allerdings könnte eine thermische Behandlung von
Bohnen und Kuchen den Gehalt an im Pansen nicht abbaubarem Rohprotein
(UDP) steigern. Wie sich die Verarbeitung in den dezentralen heimischen Aufbereitungsanlagen in Bezug auf die ruminale Abbaubarkeit des Rohproteins
auswirkt, wurde bisher noch nicht systematisch untersucht. Aus diesem Grund
sollte mit den hier dargestellten Versuchen geklärt werden, welchen Effekt die
unterschiedlichen Aufbereitungsverfahren des Sojas in bayerischen Sojaaufbereitungsanlagen auf den Gehalt an UDP haben. Der Versuch war Teil des
Aktionsprogrammes „Heimische Eiweißfuttermittel“.
2.
Für die Untersuchungen standen am Lehrstuhl für Tierernährung der TU München-Weihenstephan sieben pansenfistulierte, nicht-laktierende Milchkühe
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der Rasse Holstein Friesian mit einer Lebendmasse von ca. 650 kg zur Verfügung. Die Fütterung erfolgte täglich um 7 und 16 Uhr restriktiv auf dem Niveau
des energetischen Erhaltungsbedarfs mit einer täglichen Futteraufnahme von
6,2 kg TM. Die TMR bestand aus 82 % Maissilage, 11 % Sojaextraktionsschrot
(42 % Rohprotein (XP)) und 7 % Heu auf Basis der Trockenmasse.
Bei den untersuchten Futtermitteln handelte es sich um zehn Sojaprodukte
(Ausgangsmaterial und Verarbeitungsmaterial) aus vier bayerischen Aufbereitungsanlagen (A, B, C, D). Folgende Sojaverarbeitungsprodukte wurden
eingesetzt: 4x Sojarohbohnen, 3x vollfette hitzebehandelte Sojabohnen, 3x
entölte Sojaprodukte (2 hitzebehandelte und 1 nicht hitzebehandeltes Produkt).
Anlage A arbeitet mit einem druckthermischen Verfahren mit vorgeschalteter
Entölung. Hierbei werden die geschroteten Sojabohnen gedämpft bevor sie
expandiert werden. Die Verarbeitung in Anlage B beruht auf einem hydrothermischen Konzept mit nachgeschalteter Entölung. In dieser Anlage werden ganze
Sojabohnen mit Wasserdampf vermischt und über ca. 40 Minuten in einem Thermoreaktor der Hitze ausgesetzt bevor sie flockiert werden. Die Anlagen C und D
verwenden ein thermisches Verfahren ohne Entölung, wobei Anlage C mit indirekter Hitzeeinwirkung und Anlage D mit direkter Befeuerung arbeitet. Zusätzlich wurden die Rohproteinabbaubarkeiten und die UDP-Gehalte von einem
Raps- und einem Sojaextraktionsschrot ermittelt. Nähere Angaben zu den Prozessbedingungen in den verschiedenen Sojaaufbereitungsanlagen finden sich
bei Zeindl et al. (2013).
Das Probenmaterial wurde gefriergetrocknet und mit einer Analysenmühle bei
einer Siebweite von 3 mm vermahlen. Die unterschiedlichen Sojaprodukte wurden in Nylonsäckchen (BG 1020, Bar Diamond Inc. Idaho, 50 µm Porenweite; 2
Replikate je Kuh; 4 g TM/Beutel) eingewogen und für 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24 und
48 Stunden zur Bestimmung des ruminalen Abbaus des Rohproteins gemäß
der in-situ Methode inkubiert (Ørksov und McDonald, 1979). Die effektive ruminale Abbaubarkeit des Rohproteins wurde für jede Kuh und jedes Sojaprodukt
nach McDonald (1981) berechnet. Anhand der effektiven ruminalen Abbaubarkeit des Rohproteins wurde das im Pansen nichtabgebaute Rohprotein (UDP)
bestimmt. Dazu wurden in vorliegender Arbeit Passageraten von k = 2, 5, und
8 % h-1 unterstellt. Die Rohnährstoffanalytik an den Futtermitteln erfolgte nach
(VDLUFA, 1976a,b,c, 1993, 2004). Die Daten wurden mittels 2-faktorieller Varianzanalyse mit der GLM-Prozedur von SAS (Vers. 9.3, SAS Institute Inc., Cary,
USA) ausgewertet und die Mittelwerte der einzelnen Produkte über den Dun-
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can-Test auf Unterschiede (p < 0,05) getestet. Unterschiedliche Buchstaben
bezeichnen signifikante Mittelwertunterschiede.
3.
In Tabelle 1 sind die Rohnährstoff- und Energiegehalte der untersuchten Futtermittel dargestellt. Die Rohfettgehalte liegen bei den unbehandelten und
den erhitzten Sojabohnen im Mittel bei knapp 22 % in der TM, die Rohproteingehalte bei 43 %. Diese Werte sind etwas höher, als aus Tabellenwerten (LfL,
2013, DLG, 1997) zu erwarten, die Unterschiede zwischen den Herkünften sind
gering. Durch die Entölung wurde der Fettgehalt auf 9-13 % der TM reduziert,
das Rohprotein reichert sich entsprechend an. Die Rohnährstoff- und Energiegehalte des untersuchten Soja- und Rapsextraktionsschrotes weisen keine
Besonderheiten auf. Insgesamt wird deutlich, dass Soja im Vergleich zu vielen
anderen Futtermitteln nicht nur Proteinträger, sondern, wegen des hohen Fettgehaltes, auch ein hervorragender Energielieferant ist. Allerdings wirkt sich
dieser hohe Fettgehalt auch limitierend auf die Einsatzmengen in der Wiederkäuerfütterung aus. Nach Empfehlungen der LfL (2013) sollte bei Milchkühen
der Rohfettgehalt in der Gesamtration 4,0-4,5 % der TM nicht überschreiten, die
daraus abgeleitete Empfehlungen zum Einsatz vollfetter Sojabohnen bei der
Milchkuh beträgt 1 kg/Tier und Tag. Positiv wirkt sich hier der verminderte Fettgehalt in den Sojakuchen aus. Laut LfL-Empfehlungen können davon bei einem
Restfettgehalt von 8 % in der TM bis zu 3 kg/Kuh und Tag eingesetzt werden.
Trotzdem wäre eine Verarbeitung des heimisch produzierten Sojas zu Sojaextraktionsschrot für den Einsatz in der Tierernährung insgesamt von Vorteil und
anzustreben. Bisher fehlen jedoch ausreichend große Partien an heimischen
Sojabohnen um diese in den Ölmühlen verarbeiten zu können.
In Tabelle 2 sind die UDP-Gehalte bei unterschiedlichen Passageraten sowie
der nXP-Gehalt bei einer Passagerate von 5 %/h dargestellt. In den Rohbohnen
liegen die UDP-Gehalte je nach Herkunft zwischen 17 und 21 %, was im Bereich
der Angaben in den Gruber Futterwerttabellen von 20 % liegt. Die Unterschiede
im UDP-Gehalt zwischen den verschiedenen Herkünften sollten nicht überbewertet werden, da auch die Streuung relativ hoch ist. In den Anlagen B, C, und
D führte das Erhitzen der Rohbohnen zu einem minimalen Anstieg der UDPGehalte. UDP-Gehalte von 30 und mehr Prozent, wie sie für wärmebehandelte
Sojabohnen in der Literatur zu finden sind (Grummer et al., 1994, Goelema,
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1999), wurden nicht erreicht. Diese Ergebnisse können auch erklären, warum in
früheren Milchviehfütterungsversuchen mit erhitzten Sojabohnen und mit Sojakuchen aus bayerischen Aufbereitungsanlagen keine positiven Effekte auf Leistungskriterien festgestellt werden konnten (Ettle et al., 2010, 2011). Lediglich
der erhitzte Sojakuchen in Anlage A erreichte einen UDP-Gehalt von 28,1 % und
damit eine wesentliche Steigerung gegenüber dem Ausgangsmaterial. Warum
der UDP-Gehalt in dieser Anlage in dem nicht wärmebehandelten Sojakuchen
so gering liegt, ist unklar. Die zum Vergleich aufgeführten UDP-Gehalte des
untersuchten Soja- und Rapsextraktionsschrotes liegen im Bereich der Erwartungswerte und bestätigen Ergebnisse anderer Untersuchungen, nach denen
Rapsextraktionsschrot höhere Werte aufweist als Sojaextraktionsschrot.
Tab. 1:
Rohnährstoff- und Energiegehalte der untersuchten Futtermittel
XA
Soja Aufbereitungsanlage A
- unbehandelt
556
- entölt
692
- entölt, druckthermisch
677
erhitzt
XF
XL
g/kg TM
XP
ME
NEL
MJ/kg TM
421
519
500
217
89
89
443
514
503
16,2
14,3
14,3
10,1
8,9
8,9
520
543
457
217
221
133
432
447
478
16,2
16,3
15,0
10,1
10,1
9,3
Soja Aufbereitungsanlage B
- unbehandelt
548
- hydrothermisch erhitzt
555
- hydrothermisch erhitzt,
615
entölt
Soja Aufbereitungsanlage C
- unbehandelt
532
- thermisch behandelt
554
Soja Aufbereitungsanlage D
- unbehandelt
540
541
492
492
217
218
429
424
16,2
16,2
10,1
10,1
516
451
228
215
411
429
16,3
16,1
10,2
10,1
Sojaextraktionsschrot
Rapsextraktionsschrot
60
143
26
49
532
395
13,94
11,98
8,7
7,3
69
75
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Tab. 2:
UDP-Gehalte (in situ) der Futtermittel bei unterschiedlichen Passageraten und nXP-Gehalte bei einer Passagerate von 5 %/h
UDP 2
UDP 5
% des XP
UDP 8
nXP 5,
g/kg TM
- unbehandelt
7,9±2,3d
16,6±4,2e
23,0±5,2d
183
- entölt
5,6±0,9
11,7±1,6
16,6±2,2
e
192
erhitzt
14,4±1,7a
28,1±2,9a
37,2±3,4a
261
e
f
- unbehandelt
8,0±1,8d
16,8±3,3de
23,3±4,0d
182
9,9±2,7cd
20,4±4,6bcd
27,9±5,4bc
198
entölt
8,6±0,8cd
17,9±1,5cde
24,6±1,9bcd
207
- unbehandelt
9,1±3,3cd
18,9±5,8bcde
26,0±7,0bcd
184
9,9±1,8
20,5±3,0
28,1±3,5
bc
196
cd
bcd
- unbehandelt
10,4±3,8c
21,3±6,2bc
28,9±7,0bc
198
10,8±2,9
22,0±4,9
29,9±5,8
b
199
12,9±1,4ab
26,7±2,4a
36,3±2,8a
287
16,0±0,9
29,5±1,4
38,6±1,7
239
c
a
b
a
a
Ein Vergleich der in situ gemessenen UDP-Gehalte mit den durch die chemische Fraktionierung bestimmten UDP-Gehalten bei einer unterstellten Passagerate von k = 5 %/h zeigt, dass keinerlei Zusammenhang zwischen den
Wertepaaren besteht (Tab. 3). Dabei ergeben sich aus der chemischen Fraktionierung teils auch unplausibel niedrige Werte, z. B. bei den unbehandelten
Bohnen in den Aufbereitungsanlagen C und D, oder dem Sojaextraktionsschrot.
Nach Leberl et al. (2007) können sich solche niedrigen Werte bei niedrigen NDFGehalten in Sojaprodukten ergeben. Der hohe UDP-Gehalt aus der chemischen
Fraktionierung beim Rapsextraktionsschrot ist allerdings auch nicht zu begründen, es handelte sich nicht um ein pansengeschütztes Produkt.
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Tab. 3:
Vergleich der in situ und mit Hilfe der chemischen Fraktionierung
bestimmten UDP-Gehalte und dem mit dem modifizierten HFT
bestimmten nXP-Gehalt bzw. dem aus den in situ-Ergebnissen
errechneten nXP-Gehalt
UDP 5,
% des XP
in situ
UDP 5,
% des XP
chem.
erw. HFT
Fraktionierung
- unbehandelt
16,6
- entölt
erhitzt
nXP 5,
g/kg TM
nXP 5,
g/kg TM
in situ
21
183
181
11,7
23
192
234
28,1
17
261
262
- unbehandelt
16,8
10
182
181
20,4
20
198
208
entölt
17,9
15
207
206
- unbehandelt
18,9
6
184
167
35
196
247
20,5
- unbehandelt
21,3
7
198
234
22,0
12
199
236
26,7
1
287
274
29,5
50
239
267
Plausiblere Werte ergeben sich aus den mit Hilfe des modifizierten Hohenheimer Futterwerttests ermittelten nXP-Gehalten. Der Vergleich mit den nXPGehalten, die sich bei Verwendung der in situ gemessenen UDP-Gehalte aus
den bei GfE (2001) dargestellten Regressionsgleichungen zur Ermittlung des
nXP-Gehaltes ergeben, zeigen im Einzelfall jedoch auch höhere Abweichungen. Für den Vergleich (nur heimische Sojaprodukte) ergibt sich ein Korrelationskoeffizient von r = 0,68.
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Zusammenfassend lässt sich aussagen, dass sich vollfette Sojabohnen
und Sojakuchen gut in Wiederkäuerrationen einbinden lassen. Begrenzend
für den Einsatz sind die hohen Rohfettgehalte, so dass eine Verarbeitung
zu Sojaextraktionsschrot für den Einsatz in der Tierernährung anzustreben
wäre. Bei den untersuchten behandelten Sojaprodukten konnte bis auf eine
Ausnahme keine deutliche Steigerung des UDP-Gehaltes erreicht werden,
so dass in dieser Hinsicht noch Verbesserungspotential besteht und eine
verbesserte Aufbereitung anzustreben ist. Die Überprüfung des Erfolges einer
Änderung der Prozessparameter ist allerdings auf Grund des hohen Aufwandes
bei der Messung am Tier (in situ) stark eingeschränkt. Die teils unplausiblen
Werte bei der chemischen Bestimmung des UDP-Gehaltes ergeben sich aus
methodischen Schwierigkeiten. Eine Weiterentwicklung der in vitro-Verfahren
zur tierungebundenen Bestimmung von UDP und nXP in Futtermitteln ist
anzustreben.
5.Literaturangaben
DLG, 1997: Futterwerttabellen für Wiederkäuer. 7. Auflage, DLG-Verlag, Frankfurt/Main.
Ettle, T., Härle, C., Obermaier, A., Spiekers, H., 2010: Zum Einsatz von Sojakuchen in der Milchviehfütterung. VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 66, 773-779,
Kongressband 2010 Kiel, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Ettle, T., Obermaier, A., 2011: Auswirkungen des Einsatzes von getrockneten
oder getoasteten Sojabohnen in der Milchviehfütterung. In: Tagungsband
10. BOKU-Symposium Tierernährung, 209-212.
GfE, 2001: Empfehlungen zur Energie- und Nährstoffversorgung der Milchkühe
und Aufzuchtrinder. DLG-Verlag, Frankfurt/Main.
Goelema, J.O., 1999: Processing of legume seed: effects on digestive behaviour
in dairy cows. PhD-thesis, Wageningen Group of Animal Sciences, the
Netherlands.
Grummer, R.R., Luck, M.L., Barmore, J.A., 1994: Lactational performance of
dairy cows fed raw soybeans, with or without animal by-product proteins, or
roasted soybeans. J. Dairy Sci. 77, 1354-1359.
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25.03.2015 14:29:11
Leberl, P., Gruber, L., Steingaß, H., Schenkel, H., 2007: Bewertung des nutzbaren
Proteins (nXP) von Kraftfuttermitteln in vitro mittels modifiziertem Hohenheimer Futterwerttest (moHFT) im Vergleich zur Proteinfraktionierung
nach dem Cornell-System. VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 63, 429-433, Kongressband 2007 Göttingen, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
LfL, 2013: Gruber Tabelle zur Fütterung der Milchkühe, Zuchtrinder, Schafe, Ziegen. LfL-Information, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Freising.
McDonald, I., 1981: A revised model for estimation of protein degradability in the
rumen. J. Agric. Sci. 96, 251-252.
Ørksov E.R., McDonald, I., 1979: The estimation of protein degradability in the
rumen from incubation measurements weighted according to rate of passage. J. Agric. Sci. (Camb.) 92, 499-503.
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 1976a: Methode 3.1 Bestimmung der Feuchtigkeit.
In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. III Die chemische Untersuchung von
Futtermitteln: 3. Aufl., VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 1976b: Methode 5.1.1 Bestimmung des Rohfetts.
In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. III Die chemische Untersuchung von
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 1976c: Methode 8.1 Bestimmung der Rohasche. In:
Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. III Die chemische Untersuchung von
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 1993: Methode 6.1.1 Bestimmung der Rohfaser. In:
Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. III Die chemische Untersuchung von
Futtermitteln: 3. Aufl., 3. Erg., VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
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Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 2004: Methode 4.1.2 Bestimmung von Rohprotein
mittels Dumas-Verbrennungsmethode. In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch),
Bd. III Die chemische Untersuchung von Futtermitteln: 3. Aufl., 5. Erg.,
VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Zeindl, R., Thurner, S., Asam, L., 2013: Vergleich der Verfahrenstechnik zur Sojaaufbereitung. Tagungsband, LfL-Schriftenreihe 4, 63-72.
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Untersuchungen zur Staphylokokkenflora aus
Bioaerosolen von Geflügelställen
E. Stengel1, H. Mietke-Hofmann², H.-G. Kath³
Hochschule Zittau/Görlitz, Zittau, ²BfUL Fachbereich 63, Nossen, ³BfUL Fachbereich 42, Wahnsdorf
1
1.
Ziel der Untersuchung
Im Zusammenhang mit Genehmigungsverfahren zur Neuerrichtung bzw. Nutzungsänderungen von Tierhaltungsanlagen werden zunehmend Daten zur
mikrobiologischen Belastungsbeurteilung benötigt. In einem Forschungsprojekt des Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie des Freistaates
Sachsen werden Emissions- und Immissions-Bioaerosole (luftgetragene Teilchen biologischer Herkunft) aus ausgewählten Geflügelställen auf verschiedene mikrobiologische Parameter untersucht. Neben der Gesamtbakterienzahl, Enterobakterien, Enterokokken, Endotoxinen und Schimmelpilzen liegt
der Fokus in der Erfassung der Leitkeimflora des Geflügels – den Staphylokokken.
2.Durchführung
Als Untersuchungsorte dienten 2 Legehennenställe (LH1 und LH2) und eine
Putenmastanlage (PM).
Der Gesamtgehalt an Staphylokokken wurde aus der Stallabluft im Impingementverfahren erfaßt. Immissionsmessungen in verschiedenen Abständen
zum Stall wurden mittels direkter Impaktion sowie in 500 m Entfernung zusätzlich mittels Impingementverfahren durchgeführt. Die Probengewinnung erfolgte
mit dem Impinger AGI 30 E im Abluftkamin der Geflügelanlage und in 500 m Entfernung im Lee der Anlage mit dem modifizierten Andersenimpaktor direkt auf
die Mannit-NaCl-Nährbodenplatte (MAS-100 Eco). Emissionsproben wurden
aufgrund der höheren Konzentration an Bakterien verdünnt und die Verdünnungsstufen 10-1 bis 10-3 verwendet. Jede kulturmorphologisch typische Kolonie nach einer Inkubation von 48 h bei 37 °C wurde isoliert und auf Casein-SojaPepton-Agar vereinzelt. Die so gewonnenen Einzel- und Reinkulturen konnten
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nach einer weiteren Passage (Herstellung eines Bakterienrasens, Inkubation:
24 h, 30 °C) mit der Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)-Spektroskopie anhand
ihrer spezifischen biochemischen Zusammensetzung analysiert und mit einer
Datenbank verglichen werden. Nach erfolgter Clusteranalyse ergibt sich die
Speziesverteilung der Staphylokokken einer Bioaerosolmessung.
Zur Sicherung der FTIR-Ergebnisse werden uneindeutige Stämme anhand
der rpoB-Sequenz vervielfältigt (PCR) und sequenziert. Die β-Untereinheit der
RNA-Polymerase (rpoB) bietet bessere Ergebnisse für Staphylokokken als der
üblicherweise verwendete universelle 16S rRNA-Genabschnitt.
3.Ergebnisse
Aus 8 Messungen an 3 Standorten wurden 573 Isolate, 74 rpoB-Sequenzen und
84 PCR-Ergebnisse gewonnen.
Die Ergebnisse und Speziesanteile aus der FTIR-Spektroskopie und Clusterbildung wurden mit den Spezieszuordnungen aus der Sequenzierung verglichen.
Die molekularbiologische Analyse gilt als aussagekräftiger als die Spektroskopie, so dass die Anteile und Diversität der Staphylokokkenspezies relativiert
werden mussten (Abb. 1 und 2). Viele aus der Spektroskopie ermittelten Staphylokokkenspezies ließen sich nicht bestätigen, meist wurden diese Kolonien
als S. equorum bei der Sequenzierung identifiziert. Alle S. equorum-positiven
Spektroskopie-Ergebnisse konnten hingegen mit der Sequenzanalyse bestätigt werden.
In der Putenmast war der Staphylokokkenanteil mitunter sehr gering. Begleitflora der Staphylokokken wuchs entgegen der Annahme ebenfalls gut auf Mannit-Kochsalz-Agar. Insbesondere die Messung PM 13.1 (Abb. 4) wies einen sehr
hohen Anteil von Streptomyceten auf (87 %), die jedoch gut zu identifizieren
waren und nicht in die FTIR-Spektroskopie-Messung mit aufgenommen wurden. In dem Anteil der staphylokokken-kulturmorphologisch ähnlichen Kolonien
konnte nur ein Staphylococcus nachgewiesen werden, welcher einem Gesamtanteil von 0,27 % entspricht.
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Abb. 1:
Vergleich der Staphylokokkenspezies der LH1
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Abb. 2:
Vergleich der Staphylokokkenspezies der LH2
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Abb. 3:
Vergleich der Staphylokokkenspezies der PM
Abb. 4: Anteil staphylokokkenähnlicher Kolonien auf Mannit-Kochzahl-Agar
der PM
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4.Fazit
Die Staphylokokkenflora ist abhängig von der Tierart sowie dem Lebensalter der
Tiere. Die Höhe der auf Mannit-Kochsalz-Agar wachsenden kulturmorphologisch ähnlichen Begleitflora wird entscheidend vom Alter und Durchfeuchtungsgrad der Einstreu bestimmt.
Als vorherrschender Keim der analysierten Proben der Legehennenställe gilt
S. equorum. In der Putenmast wurde unter den Staphylokokken S. lentus, S.
cohnii, S. equorum, S. hominis und S. nepalensis gefunden. S. aureus wurde
nur in Spuren gefunden, so dass eine Identifizierung in den von der FTIR-Spektroskopie verwendeten Verdünnungsstufen hier nicht möglich war. Es bedarf
spezieller Anreicherungsverfahren zur Identifizierung.
Die FTIR-Spektroskopie kann nicht speziesgenau differenzieren, die Clusterbildung der Spektren gibt aber einen guten Aufschluss über die Ähnlichkeiten der
Spezies.
Die Spezifität von Mannit-NaCl-Agar ist für Staphylokokken nicht sehr hoch. Kulturmorphologisch ähnliche Bakterien, wie Corynebakterium, Microbakterium,
Aerococcus, Jeotgalicoccus, Brachybakterium und Bacillus, treten ebenfalls
auf. Somit können Werte der Staphylokokkenkonzentration als zu hoch ausgegeben werden: Es wurde für die Legehennen ein Staphylokokkengehalt von
97,90 % (467/477) bei der Untersuchung aller kulturmorphologisch ähnlichen
Bakterienkolonien festgestellt. In der Putenmast lagen die Werte sehr viel niedriger: 20,69 % (12/58) bzw. 2,63 % (1/38).
5.Ausblick
Die Datenbank zur FTIR-Spektroskopie kann durch Einpflege der hier ermittelten Spezies verbessert werden. Ein höherer Anteil von Umweltproben und speziell Proben aus Geflügelställen kann eine bessere und eindeutigere Identifizierung ermöglichen.
Uneindeutige Proben, die kein rpoB-Sequenzierungsergebnis liefern konnten
(und als „andere“ in den Diagrammen geführt werden), wurden zum Teil mit der
16S-rRNA-Sequenzierung auf ihre Art bzw. Spezies überprüft.
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Der Anteil von S. aureus in den Bioaerosolproben der Impingementflüssigkeit
könnte mit Hilfe einer Real-Time-PCR analysiert werden. Bei der PCR werden
neben den lebenden aber auch tote Bakterien bzw. Teile deren DNA ermittelt.
Somit werden höhere Werte im Vergleich zur konventionellen mikrobiologischen Kultivierung auf Nährböden erwartet.
Zur Sicherung der hier gewonnen Ergebnisse und Spezieszuordnungen werden einige Proben mittels MALDI-TOF-MS (matrix-assisted laser desorption/
ionsation – time of flight – mass spectrometry) untersucht. Eine generelle Speziesidentifizierung der Bioaerosolproben ist aus Kostengründen nicht zu erwarten.
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Vorkommen und Einfluss des Gehaltes an
phenolischen Säuren unterschiedlicher
Dauergrünlandgesellschaften auf die
Verdaulichkeit und Vergärbarkeit zur
Biogasproduktion
J. Aniol1, F. Hengelhaupt2, K. Tolzin-Banasch2, K. Gödeke2
Ernst-Abbe-Fachhochschule, Jena, 2Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL), Jena
1
1.
Einleitung und Methode
Dauergrünland nimmt besonders in Deutschland einen hohen, multifunktionalen
Stellenwert ein. Traditionell dienen Grünlandaufwüchse der Futtermittelbereitstellung für Wiederkäuer und gewinnen als Substrat für die Biogasproduktion an
Bedeutung. Die in den pflanzlichen Zellwänden enthaltene Lignocellulose limitiert
die Verdaulichkeit sowie die Vergärbarkeit des Grüngutes. Lignocellulose setzt
sich hauptsächlich aus den Kohlenhydraten Cellulose und Hemicellulose sowie
dem Biopolymer Lignin zusammen. Cellulose und Hemicellulose sind isoliert relativ gut durch die Mikroflora im Magen von Wiederkäuern (Rumen) oder der in Biogasanlagen abbaubar. Phenolische Säuren (Phenolcarbonsäuren) stellen ein
wichtiges Bindeglied zwischen den abbaubaren Kohlenhydraten und dem nicht
abbaubaren Lignin dar. Die auch als Lignin-Kohlenhydrat-Komplex bezeichnete
Verknüpfung macht die Lignocellulose zu einem äußerst widerstandsfähigen
Molekülkomplex. Es besteht die Vermutung, dass ein hoher Gehalt dieser Säuren
zu einer verstärkten Bindung zwischen den abbaubaren und den nicht abbaubaren Strukturkomponenten der Zellwand führt.
In dieser Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss der Gehalt phenolischer Säuren auf die Verdaulichkeit sowie auf die Biogasausbeute hat. Dazu wurden die
Phenolcarbonsäuren mittels einer alkalischen Hydrolyse bei Raumtemperatur
aus dem Pflanzenmaterial extrahiert. Als wichtige Vertreter phenolischer Säuren in Grüngut wurden p-Cumarsäure (pCA) und Ferulasäure (FA) chromatographisch (HPLC) bestimmt. Die Verdaulichkeit der Proben wurde an Hand der
Menge enzymlöslicher organischer Substanz (ELOS) beurteilt. Die Biogas- und
Methanpotentiale sind in einem 30-tägigen Gärtest nach der Systematik des
Hohenheimer Biogasertragstestes bestimmt worden.
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2.
Untersuchtes Probenspektrum
Untersucht wurden standorttypische Grünlandaufwüchse von sieben deutschen Standorten aus den Jahren 2011 bis 2013. Die Nutzungsintensität der
Flächen entsprach einer Futtererzeugung für Milchvieh und kann als nachhaltig
optimal angesehen werden. Für eine praxisnahe Untersuchung, wurden zudem
die zugehörigen Silagen analysiert.
Abb. 1:
Übersicht der untersuchten Standorte in Deutschland mit Angabe der
prägenden Art 2011.
Die Grüngutproben und Silagen konnten von der Thüringer Landesanstalt für
Landwirtschaft (TLL) aus dem Verbundprojekt „Optimierung der nachhaltigen
Biomassebereitstellung von repräsentativen Dauergrünlandaufwüchsen zur
energetischen Verwertung (GNUT)“ zu Verfügung gestellt werden. Gefördert
wurde das GNUT-Projekt durch das BMEL über den Projektträger FNR.
3.Ergebnisse
Die Charakterisierung der standorttypischen Grünlandbestände durch die
genannten Parameter erfolgte zusammenfassend für alle Schnitte eines Standortes in den Jahren 2011 bis 2013. Dies ermöglicht die ganzheitliche Darstellung
der lokalen Gegebenheiten über den Untersuchungszeitraum gemittelt.
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Die Ergebnisse zeigen starke Gehaltsschwankungen der Säuren zwischen und
noch größere Variationen innerhalb der Standorte (s. Abb. 2). Im Mittel konnten
1745 mg/kg oTM an pCA und 3566 mg/kg oTM an FA bestimmt werden.
Abb. 2: Gehalte an p-Cumarsäure (pCA) und Ferulasäure (FA) in standorttypischen Dauergrünlandaufwüchsen (= Grün) und deren Silagen
sowie deren Verdaulichkeit, als enzymlösliche organische Substanz
(ELOS), in den Jahren 2011 bis 2013 sowie die Spanne der Einzelproben (Aufwüchse).
Dabei konnte für nahezu alle Bestände ein Verlust der pCA-Konzentration um
durchschnittlich 7 Gew.% und ein Verlust von rund 6 Gew.% der FA-Konzentration durch den Silierungsprozess nachgewiesen werden. Die Menge enzymlöslicher organischer Substanz betrug im Mittel 67 % für Grüngut und 65 % für Silagen. Dies zeigt ein leichtes Herabsetzen der Verdaulichkeit des Grüngutes um
rund 2 %-Punkte durch die Silierung.
Für das Jahr 2013 wurden die Biogas- und Methanbildungspotentiale bestimmt
und die Ergebnisse der einzelnen Schnitte pro Standort gemittelt. Im Mittel
betrug die Biogasausbeute 591 ± 26 lN/kg oTM (Grüngut und Silagen) mit einem
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durchschnittlichen Methangehalt von 57 ± 1 %. Im Gegensatz zum Gehalt der
phenolischen Säuren, wurden für die Biogasausbeuten nur leichte und noch
geringere Schwankungen für die Methanausbeuten festgestellt.
Abb. 3:
Gehalte an p-Cumarsäure (pCA) und Ferulasäure (FA) in standorttypischen Dauergrünlandaufwüchsen (=Grün) und deren Silagen sowie
die bestandsspezifischen Biogas- und Methanausbeuten im Jahr
2013.
Während für alle Bestände eine Minderung der Verdaulichkeit durch den Silierungsprozess beobachtet wurde, so stiegen die Biogas- und Methanausbeuten
durch die Silierung in fünf von sieben Beständen leicht an.
4.
Schlussfolgerung und Ausblick
Den phenolischen Säuren pCA und FA konnten in dieser Arbeit keine Einflüsse auf die ruminale Verdaulichkeit sowie auf die Biogas- und Methanausbeute nachgewiesen werden. Mögliche Ursachen für die ermittelten Ergebnisse sind u. a. eine unvollständige Erfassbarkeit der phenolischen Säuren und
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ihrer Querverbindungen (cross-links). So war mit der angewendeten Methode
lediglich eine Abspaltung der estergebundenen pCA und FA, an die Strukturkomponenten der pflanzlichen Zellwand, möglich. Eine Spaltung der ebenfalls
bestehenden Ether- sowie C-C-Bindungen war mit der angewandten alkalischen Hydrolyse nicht möglich (Dobberstein, 2009). Es ist naheliegend, dass
eine unvollständige Quantifizierung der Säuren auch einer unvollständigen
Beschreibung der Querverbindungen entspricht.
Neben den phenolischen Säuren sind weitere Verbindungstypen zwischen
Lignin und Hemicellulose naheliegend (Albersheim et al., 2011). Es kann also
davon ausgegangen werden, dass dem Lignin-Kohlenhydrate-Komplex nur
eine partielle Bedeutung für den Zusammenhalt der Strukturkomponenten
sowie die verminderte Angreifbarkeit durch Mikroben zukommt.
Die für diese Arbeit untersuchten Bestände setzen sich aus verschiedenen
Arten zusammen, dabei besitzt jede Art eine individuelle Nährstoffzusammensetzung. Neben den strukturgebenden Kohlenhydraten beeinflussen vor allem
Proteine, Fette, Stärke und Zucker den Nährwert des Futters bzw. Substrates.
Die Verwertbarkeit der einzelnen Fraktionen wirken sich je nach Menge aber
auch Art unterschiedlich stark aus. Für Grünlandgesellschaften sind sowohl
gegensätzliche (Kompensation) also auch sich verstärkende (Synergie) Überlagerungseffekte denkbar.
Ein nicht zu vernachlässigender Anteil an pCA und FA liegt möglicherweise in
löslicher Form vor und kann mit Wasser aus der Pflanzenmatrix gewaschen
werden (Dobberstein, 2009). Für den Fall, dass in den untersuchten Grüngutund Silageproben dieser Arbeit ebenfalls lösliche pCA und FA in bedeutenden
Mengen vorlagen, so wurden diese mitbestimmt. Im Pansen des Wiederkäuers
bzw. im Fermenter hat dieser Anteil jedoch keinen relevanten Einfluss auf den
Zusammenhalt der Strukturkomponenten im Pflanzenmaterial. Das Vorliegen
von löslichen Phenolcarbonsäuren erklärt jedoch vermutlich die Dezimierung
der pCA- und FA-Gehalte in den Silagen, da diese mit dem entstehenden Sickersaft ausgewaschen werden können.
Eine mögliche inhibierende Wirkung auf die Abbaubarkeit der untersuchten
Grünlandtypen durch pCA und FA kann nicht abschließend ausgeschlossen
werden. Zur Beantwortung der Frage ob und inwieweit ein negativer Einfluss der
phenolischen Säuren auf die genannten Parameter besteht kann nur durch wei-
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tere Untersuchungen beantwortet werden. Dazu wäre die Analyse an zunächst
isolierten Arten und anschließend an deren Gesellschaft sinnvoll. Ferner sollte
die Bestimmung der phenolischen Säuren durch die Analyse weiterer Nährstofffraktionen ergänzt werden, um sich überlagernde Einflüsse zu berücksichtigen
und diese beurteilen zu können. Die vollständige Beschreibung der durch Phenolcarbonsäuren bedingten Querverbindungen im Lignin-Kohlenhydrate-Komplex gestaltet sich als äußerst schwierig und wird wohl auch in nächster Zukunft
nicht mittels routinierter Analysetechnik zu bewerkstelligen sein.
Angesichts der Heterogenität pflanzlicher Inhaltsstoffe sowie der Gerüstsubstanzen und vor allem der Komplexität, mit welcher diese verknüpft sind, aber
auch zusammenwirken, bedarf es eines erheblich größeren Aufwandes zur Klärung der Problematik.
5.Literaturangaben
Albersheim, P., Darvill, A., Roberts, K., Sederoff, R., Staehlin, A., 2011: Plant
Cell Walls – From Chemistry to Biology. Garland Science - Taylor & Francis Group, New York.
Dobberstein, D., 2009: Charakterisierung der Zellwandstrukturkomponenten von Maisrestpflanzen als mögliche Einflussfaktoren der ruminalen
Zellwandabbaubarkeit. Dissertation, Universität Hamburg, Fakultät für
Mathematik – Informatik und Naturwissenschaften, Institut für Biochemie
und Lebensmittelchemie – Abteilung für Lebensmittelchemie, Hamburg.
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Zur N-Verwertung von Mastlämmern bei
unterschiedlichen Rohproteingehalten im
Aufzuchtfutter
H. Kluth1, G. Lucke2, S. Paul1, G. Heckenberger2
Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Martin-Luther-Universität
Halle-Wittenberg, 2Landesanstalt für Landwirtschaft, Forsten und Gartenbau,
Zentrum für Tierhaltung und Technik Iden
1
1.Einleitung
Die Umwandlung von Futterrohprotein in tierische Produkte ist zwangsläufig
mit umweltrelevanten N-Verlusten über Kot und Harn verbunden (Tamminga,
1992). Eine Reduzierung dieser Verluste ist jedoch möglich, in dem nach Empfehlungen bedarfsgerecht gefüttert und folglich eine effiziente Verwertung durch
das Nutztier gewährleistet wird.
In der intensiven Lämmermast werden üblicherweise rohproteinreiche Aufzucht- bzw. Mastfutter eingesetzt, um das Leistungspotential durch hohe
Tageszunahmen auszuschöpfen.
Die vorliegende N-Bilanz-Studie mit Mastlämmern hatte deshalb das Ziel, die
Wirkung von Aufzuchtfutter mit XP-Gehalten von 14 und 16 % auf die Verwertung zu prüfen.
2.
2.1
Versuchstiere und Haltung
Die Bocklämmer (Merinofleischschaf) wurden in der Leistungsprüfstation in
Iden-Rohrbeck bis zu einer Lebendmasse (LM) von ca. 40 kg aufgezogen und
für die Bilanz im Agrar- und Ernährungswissenschaftlichen Zentrum der MartinLuther-Universität Halle-Wittenberg in Merbitz aufgestallt. Nach einer Adaptation von 14 Tagen an die Versuchsmischungen erfolgte eine 6-tägige Kot- und
Harnsammlung in Stoffwechselkäfigen. Grundsätzlich wurde sich bei allen
methodischen Anforderungen zur der Durchführung von N-Bilanzen mit Wiederkäuern an den Vorgaben von Schiemann (1981) orientiert.
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2.2
Versuchsmischungen und Fütterung
Es wurden zwei Aufzuchtfutter auf Basis von Gerste, Sojaextraktionsschrot und
Weizenkleie mit kalkulierten XP-Gehalten von 14 und 16 % hergestellt (Tab. 1).
Um ähnliche Fütterungsbedingungen wie in der Leistungsprüfung zu gewährleisten, wurde ebenfalls ein Weizenstroh als strukturreiche Komponente eingesetzt. Die Vorlage des Aufzuchtfutters erfolgte 4-mal täglich, wobei die Menge
pro Mahlzeit einschließlich des Strohs tierindividuell und in Abhängigkeit von
noch vorhandenen Futterresten festgelegt wurde. Die so verzehrte Menge beider Futter wurde über die gesamte Sammelperiode erfasst.
Tab. 1:
Rohnährstoffgehalte von Aufzuchtfutter und Stroh (g/kg TS)
Aufzuchtfutter
Trockensubstanz (g/kg)
Rohasche
Rohprotein
Rohfett
Rohfaser
14*
881
100
149
21
66
16
889
90
168
21
75
Stroh
948
84
56
1
437
*kalkulierte Rohproteingehalte in %
2.3Probennahme
Die Erfassung der tierindividuellen Kot- und Harnmengen erfolgte einmal bzw.
zweimal täglich bei Kot bzw. Harn. Letzterer wurde in Vorratsbehälter mit einer
Salzsäurevorlage abgeleitet, um bei einem pH < 2 die gasförmigen N-Verluste
zu minimieren. Während der Sammelperiode wurde der Kot tiefgefroren (-18° C)
und der Harn gekühlt (4° C) gelagert. Nach Beendigung wurden Aliquote (10 %)
genommen und für die Analysen (Kot) gefriergetrocknet und vermahlen (1-mm
Sieb).
2.4
Analysen, Berechnungen und statistische Auswertung
Die Bestimmung der Weender Rohnährstoffe in den Aufzuchtfuttern und dem
Stroh sowie des N-Gehaltes in Kot und Harn wurde nach den Vorschriften des
VDLUFA (1976, 3. Ergänzung, 1993, Methode 4.1.1) durchgeführt. Die N-Verwertung ergibt sich aus dem Verhältnis von aufgenommener sowie ausgeschie-
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dener N-Menge. Die Ergebnisse wurden mittels einfaktorieller Varianzanalyse
ausgewertet (Statistika für Windows, Version 9.0).
3.
Die Futteraufnahme der Bocklämmer lag auf einem hohen Niveau (Tab. 2). So
wurden im Mittel 1302 g Aufzuchtfutter und 176 g Stroh pro Tag aufgenommen,
womit die angestrebten praxisüblichen Bedingungen durchaus umgesetzt wurden. Die insgesamt aufgenommene Menge an TS war für die Tiere, die das Aufzuchtfutter mit 14 % XP erhielten, mit 1497 g/d geringfügig höher. Demgegenüber
wurde bei den Tieren der anderen Gruppe eine Aufnahme von 1457 g/d ermittelt.
Die Futtermischungen waren trotz der Zugabe des Strohs relativ hoch verdaulich.
Für die organische Substanz wurden Werte von 74 (14 % XP) und 75 % (16 % XP)
ermittelt.
Entsprechend der Futteraufnahme und der Verdaulichkeit wurde eine hohe tägliche Lebendmassezunahme von 389 g pro Tier in beiden Gruppen realisiert.
Nach Angaben des Landeskontrollverband (LKV) Sachsen Anhalt sind insbesondere Kreuzungstiere aus Merinofleischschaf (Mutter) und Suffolk (Vater) für
hohe Zunahmen bekannt. So konnten für solche Lämmer im Prüfzeitraum 2012
Zunahmen in einem Bereich von 314 bis 371 g/d verzeichnet werden (LKV, 2013).
Bei einer Bewertung dieser Größe sollte jedoch der relativ kurze Zeitraum der
N-Bilanz von nur 6 Tagen berücksichtigt werden.
Alle ermittelten Parameter zur N-Bilanz waren lediglich nummerisch verschieden,
statistisch gesicherte Unterschiede konnten nicht ermittelt werden (Tab. 2). Auffällig hoch ist die tierindividuelle Streuung innerhalb der Gruppe, in der das Aufzuchtfutter mit 16 % XP eingesetzt wurde. Erwartungsgemäß unterschied sich die N-Aufnahme zwischen den Gruppen mit 36,2 (16 % XP) und 33,1 g/d (14 % XP). Folglich
wurde über den Harn mehr N ausgeschieden als über den Kot, wenn die Tiere mit
mehr XP bzw. N über das Aufzuchtfutter versorgt wurden. So erhöhte sich der relative Anteil des Harn-N von 31 auf 35 % bezogen auf die N-Aufnahme. Berücksichtigt man darüber hinaus, dass unter praxisüblichen Bedingungen Aufzuchtfutter
mit XP-Gehalten von 18 % zum Einsatz kommen, wäre mit einem weiteren Anstieg
der Harn-N-Verluste zu rechnen. Allerdings erhöht sich die Menge nicht linear
sondern progressiv (Gabel, 1990, Kluth und Gabel, 1997), weshalb insbesondere
diese Größe aus ökologischer Sicht kritisch betrachtet werden muss.
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Im Gegensatz dazu wird über den Kot ein geringerer N-Anteil von lediglich 26
(14 % XP) und 27 % (16 % XP) ausgeschieden. Diese Größe ist im Vergleich zum
Harn-N weniger umweltrelevant, da 80 bis 90 % des Kot-N organisch gebunden
sind (Amberger et al., 1982).
Die Tiere beider Versuchsgruppen realisierten einen nahezu vergleichbaren
N-Ansatz mit 14,0 (14 % XP) und 13,7 g/d (16 % XP).
Ähnliche Ergebnisse aus N-Bilanzstudien wurden von Kiran und Mutsvangwa
(2009) mit männlichen Suffolklämmern (LM: 27,8 kg) erzielt. Der N-Ansatz lag bei
15,6 g/d, wenn eine Ration mit 15,5 % XP verabreicht wurde. Von Bedeutung ist
aber vor allem das Ergebnis, dass die Verfütterung einer Ration mit deutlich niedrigerem XP-Gehalt von nur 9,5 % in Kombination mit der genannten XP-reicheren
Ration zu einem vergleichbaren N-Ansatz von 13,6 g/d führte. So zeigt dies die
Fähigkeit des Wiederkäuers durch verstärkte Recyclierung von Harnstoff-N die
mikrobielle Proteinsynthese im Vormagensystem aufrechtzuerhalten und somit
die Proteinversorgung des Tieres auch bei niedriger XP-Versorgung sicherzustellen (Kiran und Mutsvangwa, 2009). Dies war gleichzeitig mit einer höheren N-Verwertung durch das Tier verbunden.
Aus den Untersuchungen von Ferreira et al. (2011) liegen Angaben zu noch höheren N-Ansätzen vor. Demnach wurden Werte von 13,3 bis 18,1 g N/d bei Bocklämmern der Herkunft Santa Inês (LM: 44,3 kg) gemessen. Der XP-Gehalt der Rationen lag bei 19 und 17 %.
Die Verwertung des eingesetzten Futter-N schwankte in der eigenen Untersuchung
zwischen 38 (16 % XP) und 42 % (14 % XP) und unterschied sich nummerisch um
4 Prozentpunkte. Eine ähnlich hohe Verwertung mit mehr als 40 % wurde in der
bereits genannten Untersuchung von Kiran und Mutsvangwa (2009) ermittelt.
Die höhere N-Verwertung der Tiere, die das Aufzuchtfutter mit 14 % XP erhielten, ist im Wesentlichen auf die geringere Menge an ausgeschiedenem Harn-N
zurückzuführen. Bestätigt werden die eigenen Ergebnisse durch die Studie von
Carro et al. (2012), wonach sich bei Verfütterung von Rationen mit 11, 16 und 19 %
XP der Anteil des Harn-N an der N-Aufnahme von 36, über 39 auf 46 % erhöht. Entsprechend des N-Ansatzvermögens des Tieres erhöht sich zunächst die N-Verwertung um 9 Prozentpunkte auf 39 %, um bei weiterer XP-Aufnahme wieder auf
32 % abzufallen.
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Tab. 2:
Lebendmassezunahme, Futter- und Nährstoffaufnahme, Verdaulichkeit sowie Angaben zur N-Bilanz (Mittelwert, SD; n = 3)
Aufzuchtfutter
Lebendmassezunahme
TS-Aufnahme
Aufzuchtfutter
Stroh
14*
16
g/d
389
127,3
389
96,2
g/d
1316
39,7
181
24,9
1351
45,1
1287
163,6
170
16,5
1327
159,7
72
1,3
74
1,2
33,1
1,01
72
1,7
75
1,7
36,2
4,46
8,6
0,68
10,4
1,40
14,0
0,87
42
3,4
9,9
2,28
12,6
1,70
13,7
3,87
38
5,8
g/d
OS-Aufnahme1
g/d
Verdaulichkeit
TS
%
OS
%
N-Aufnahme
g/d
N-Ausscheidung
Kot
g/d
Harn
g/d
N-Retention
g/d
N-Verwertung
%
P-Wert
1,000
0,780
0,532
0,811
0,635
0,561
0,295
0,390
0,165
0,904
0,264
*kalkulierte Rohproteingehalte in %
1
OS, gesamt aus Aufzuchtfutter und Stroh
4.Fazit
Die Ergebnisse der vorliegenden N-Bilanz lassen die Schlussfolgerung zu, dass
eine Reduzierung der XP-Versorgung in der Lämmermast ohne Leistungsein-
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bußen möglich ist. Dies wäre nicht nur mit einer Verringerung von umweltrelevanten N-Verlusten verbunden, sondern würde gleichzeitig zu geringeren
Futterkosten führen, da auf teure rohproteinreiche Komponenten wie Sojaextraktionsschrot im Mastfutter verzichtet werden könnte.
Es sind jedoch weitere Leistungsversuche in Kombination mit N-Bilanz-Studien
erforderlich, um Empfehlungen zur optimalen XP-Versorgung in der Lämmermast geben zu können.
5.Literaturangaben
Amberger, A., Vilsmeier, K., Gutser, R., 1982: Stickstofffraktionen verschiedener Güllen und deren Wirkung im Pflanzenversuch. Z. Pflanzenern. u.
Bodenkde. 145, 325-336.
Carro, M.D., Cantalapiedra-Hijar, G., Ranilla, M.J., Molina-Alcaide, E., 2012:
Urinary excretion of purine derivatives, microbial protein synthesis, nitrogen use, and ruminal fermentation in sheep and goats fed diets of different
quality. J. Anim. Sci. 90, 3963-3972.
Ferreira, E.M., Pires, A.V., Susin, I., Mendes, C.Q., Queiroz, M.A.A., Araujo,
R.C., Gentil, R.S., Loerch, S.C., 2011: Apparent digestibility, nitrogen balance, and ruminal constituents in ram lambs fed high-concentrate diets
containing soybean hulls. J. Anim. Sci. 89, 4127-4133.
Gabel, M., 1990: Abhängigkeit der Kot-N- und Harn-N-Ausscheidung von der
N-Aufnahme und der N-Bilanz bei wachsenden Jungbullen. Wiss. Z. Uni.
Rostock, N-Reihe, 39, 8, 120-130.
Kiran, D., Mutsvangwa, T., 2009: Nitrogen utilization in growing lambs fed oscillating dietary protein concentrations. Anim. Feed Sci. Technol. 152,
33-41.
Kluth, H., Gabel, M., 1997: Quantifizierung der N-Exkretion in Kot und Harn in
Abhängigkeit von der N-Aufnahme beim wachsenden Jungbullen. Arch.
Tierzucht 40, Sonderheft, 200.
Landeskontrollverband [LKV] Sachsen Anhalt, 2013: Jahresbericht. Kontrollund Beratungsring Lämmermast. pp 145.
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25.03.2015 14:29:35
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 1976: Methode 4.1.1 Rohprotein, Kjeldahlaufschluss. In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. III, Die chemische
Untersuchung von Futtermitteln. Loose leaflet collection with supplements from 1983, 1988, and 1993. VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Schiemann, R., 1981: Methodische Richtlinien zur Durchführung von Verdauungsversuchen für die Futterwertschätzung. Arch. Tierern. 31, 1-19.
Tamminga, S., 1992: Nutrition management of dairy cows as a contribution to
pollution control. J. Dairy Sci. 75, 345-357.
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Bedarfskonzentrationen an Aminosäuren für
Broiler, abgeleitet durch Modellierungen und
Messungen der Aminosäurewirksamkeit im Futter
F. Liebert, C. Wecke
Georg-August-Universität Göttingen, Department für Nutztierwissenschaften,
Tierernährungsphysiologie, Göttingen
1.Einleitung
Es gehört zu den Kernaufgaben der Tierernährung, wissenschaftlich fundierte
Versorgungsempfehlungen, insbesondere auch für Aminosäuren (AS), zu
erarbeiten. Die hierfür zugrundeliegenden experimentellen Arbeiten liefern
Beobachtungswerte für den Aminosäurebedarf, die einer Reihe von Einflussfaktoren unterliegen können (z. B. genetischer Herkunft, Geschlecht, Alter bzw.
Lebendmasse, Leistungsziel), nicht zuletzt auch dem methodischen Vorgehen
bei der Bedarfsermittlung selbst. Diesen mitentscheidenden Faktoren kann bei
der Übernahme von Beobachtungen aus Einzelexperimenten in die Erarbeitung
von Versorgungsempfehlungen oft nicht ausreichend Rechnung getragen werden. Begrenzte Standardisierungen bei Bedarfsstudien sind ein weiterer Faktor.
2.Hintergrund
Gegenwärtig ist das Vorgehen bei AS-Bedarfsbewertungen hauptsächlich auf faktorielle Methoden und Dosis-Wirkungs-Studien ausgerichtet. Letztere werden entweder nach dem Prinzip der Supplementationsmethode oder nach Grundsätzen
der Verdünnungsmethode durchgeführt. Der grundlegende Unterschied besteht
in Folgendem: Im Falle der Supplementationsmethode wird die im Tier gemessene
Wirkung einer stufenweisen Zulage der in einer Basaldiät als leistungsbegrenzend
eingestellten AS in freier Form bewertet. Demnach liegt diesem Vorgehen auf der
Dosisseite eine wechselnde Mischung von nativer und zugesetzter Aminosäure
zugrunde. Demgegenüber wird nach dem Prinzip der Verdünnungsmethode in der
Regel nur die Wirkung der proteingebundenen nativen Aminosäure gemessen, die
hierfür ebenfalls in die limitierende Position gebracht werden muss. Mit dem Messergebnis allein könnte nur eine außerordentlich eingeschränkte Aussage getroffen
werden. Validierte N-Verwertungsmodelle können das Aussagespektrum aller-
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dings erheblich erweitern und auf dem Weg der Modellierung sowohl das Leistungsziel als auch die Rohstoffqualität (fokussiert auf die Wirksamkeit der untersuchten limitierenden AS) graduell staffeln. Der Begriff Wirksamkeit (Efficiency)
steht hier für eine Gesamteffizienz der AS gemessen am Erfolg auf den N-Ansatz
im Tier, also nicht eingegrenzt auf die Absorptionsebene wie sie durch Messungen
der präzäkalen AS-Verdaulichkeit erfolgt. Eine weitere Kernaufgabe der Tierernährung besteht in der zuverlässigen Potenzialbeschreibung für die eingesetzten
Futtermittel. Beide Kernaufgaben sind nicht voneinander zu trennen und müssen
Kongruenz in der Bewertungsebene aufweisen.
Es ist ein breites Futtermittelspektrum verfügbar, dessen Potenzial zur Bedarfsdeckung erheblich variieren kann. Derzeit gibt es hierfür in der breiten Anwendung
kaum Alternativen zur Messung der präzäkalen AS-Verdaulichkeit. Allerdings
darf diese aktuelle methodische Ausrichtung nicht den Blick dafür verbauen, dass
damit letztlich nur eine „Aufnahmeeffizienz“ eingeschätzt werden kann. Eine
Bewertung der „Gesamteffizienz“, wie sie im Sprachgebrauch der Pflanzenwissenschaften Anwendung findet (Friedt, 2014), bleibt weiterhin eine Zielstellung.
Allerdings setzt eine objektiv auf die limitierende AS begrenzte Aussagefähigkeit
einer breiteren Anwendung von Wirksamkeitsaussagen auf Ebene der Rohstoffbewertung enge Grenzen. In diesem kurz angerissenen Problemfeld sind ASBedarfsstudien gegenwärtig mit unterschiedlichen Zielen angesiedelt:
- Erarbeitung absoluter Bedarfswerte (z. B. in g/d)
- Erarbeitung optimaler/idealer Relationen zwischen den AS im Futter (Idealproteinkonzept)
- Angabe von Bedarfskonzentrationen (z. B. in g/kg)
Demnach kann die Höhe des Futterverzehrs, wodurch die tatsächliche Nährstoffaufnahme entscheidend mitbestimmt wird, nur bei Angaben zum erforderlichen ASGehalt im Futter Beachtung finden. Es besteht kein Zweifel, dass insbesondere für
Futtermittelhersteller auf zuverlässige Bedarfskonzentrationen angewiesen sind.
3.
In 4 Versuchskomplexen wurden N-Bilanzversuche an Masthähnchen im Verlauf der Starter- (2.-3. Lebenswoche) und Growerperiode (4.-5. Lebenswoche)
durchgeführt. Zum Einsatz kamen computergestützt optimierte Futtermischungen (Hauptkomponenten Getreide, Fischmehl, Erbsen, Weizenkleber, Weizenstärke, Futteraminosäuren) gemäß unserer aktuellen Ergebnisse zu optimalen
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AS-Relationen im Broilerfutter (Wecke und Liebert, 2013a, b). Durch Absenkung („Verdünnung“) der jeweiligen Test-AS wurden definierte Limitierungsverhältnisse eingestellt und unter diesen Bedingungen die jeweilige AS-Wirksamkeit gemessen (Tab. 1).
Tab. 1: Zuordnung der jeweils untersuchten AS zu den rohstoffdifferenten
Basaldiäten
Versuch
Rohstoffe
der Basaldiät
1
Mais, SES,
Ackerbohne,
Erbsen
Lys
Met
Thr
Try
Arg
Ile
Leu
Val
x
x
2
3
4
SES, Weizen- Mais, Weizen, Weizen, SPC,
kleber (WK)
Fischmehl,
Fischmehl,
Erbsen, WK
WK
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Das zugrundeliegende Modell ist in seiner Anwendung an anderer Stelle umfassend charakterisiert (z. B. Liebert und Wecke, 2006, 2012, Wecke und Liebert,
2009, 2010, 2013a, b, Liebert, 2015). Hier wird nur auf die zum Verständnis des
Vorgehens zwingend erforderliche Methodik eingegangen.
Im N-Bilanzversuch werden unter Limitierungsbedingungen der jeweiligen AS
die der AS-Aufnahme zuzuordnenden N-Ansätze gemessen und hiervon ausgehend der Modellparameter (b) als Ausdruck der Futterproteinqualität nach folgender Gleichung (1) abgeleitet:
(1)
b = [ln NRmaxT - ln (NRmaxT - NR)] / NI
wobei:
b = Modellparameter der Proteinqualität (unabhängig von NI)
NRmaxT (mg/d) = geschätzter Grenzwert des theoretischen NR-Potenzials
(genotyp- und altersabhängig) je LMkg0,67
NR (mg/d) = gemessene N-Retention (N-Bilanz + NMR) je LMkg0,67
NMR (mg/d) = geschätzter N-Erhaltungsbedarf je LMkg0,67
NI (mg/d) = gemessene N-Aufnahme je LMkg0,67
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Als Genotyp-spezifische Modellparameter (NRmaxT, NMR) kamen Daten von
Samadi und Liebert (2008) zur Anwendung.
Mit Hilfe des ermittelten Proteinqualitätsparameters (b) und der jeweils vorliegenden Konzentration der limitierenden AS (c) wurde der Modellparameter für
die AS-Wirksamkeit (bc-1) abgeleitet und zur Ermittlung der erforderlichen ASAufnahme (LAAI) bei vorgegeben-em Leistungsziel (NR) nach Gleichung (2)
genutzt:
(2)
LAAI = [lnNRmaxT - ln (NRmaxT - NR)] / 16·bc−1
wobei:
LAAI (mg/d) = erforderliche AS-Aufnahme je LMkg0,67 entsprechend dem
vorgegebenen Leistungsziel (NR)
bc-1 = Modellparameter der gemessenen AS-Wirksamkeit
Ausgehend von den abgeleiteten LAAI-Daten für konkrete Leistungsziele der
Genetik ROSS (Ross, 2012), wobei 16 % bzw. 17 % Proteingehalt im Zuwachs
während der Starter- bzw. Growerphase zugrunde gelegt wurden, konnten für
real gestaffelte Futteraufnahmen beispielhaft entsprechende Bedarfskonzentrationen ermittelt werden. Die Modellapplikation erlaubt grundsätzlich eine
wesentlich feiner abgestufte Betrachtung. Nachfolgend ist der Berechnungsgang an einem Beispiel in den Hauptschritten zusammengefasst:
Broiler mit 1,8 kg LM (LMkg0,67 = 1, 4826)
NRmaxT (mg/d) = 2972; NMR (mg/d) = 221 (Samadi und Liebert, 2008)
Proteinansatz (= Leistungsziel) = 18 g/d = 1942 mg N je LMkg0,67
NR (mg/d) = 1942 + 221 = 2163 mg N/LMkg0,67
bc−1 = 0,000134 (Beobachtungswert für die Thr-Wirksamkeit in der Growerphase, Versuche 2+3)
Mit Gleichung (2) wird die notwendige Thr-Zufuhr je LMkg0,67 berechnet:
LAAI = [ln2972 - ln(2972 - 2163)] / 16 x 0,000134 = 607 mg Thr/LMkg0,67
Dieses Resultat kann nun durch Multiplikation mit der LMkg0,67 wieder in eine
Angabe für die konkrete LM überführt werden: 900 mg/d.
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Angenommen der reale Futterverzehr liegt bei 200 g/d, müssten also 4,5 g Thr je
kg Futter enthalten sein (gilt für die LM von 1,8 kg, das Leistungsziel 18 g/d Proteinansatz und die Thr-Wirksamkeit wie beobachtet). Im Ergebnisteil sind auf dieser Grundlage abgeleitete Bedarfskonzentrationen dargestellt.
4.
Tabelle 2 fasst die abgeleiteten Bedarfskonzentrationen für Starter- und Growerfutter zusammen. Auf Angaben zum Leucin wurde dabei verzichtet, da die
Leu-Limitierung nicht zweifelsfrei eingestellt werden konnte.
Die zugrundeliegenden AS-Wirksamkeiten (Wecke und Liebert, 2013a) aus
halbsynthetischen Mischungen könnten jedoch zu einer Unterschätzung der
erforderlichen AS-Zufuhr für praktische Mischungen mit weniger hochwertigen Rohstoffen führen. Dieser reale Einflussfaktor ist in seiner Wirkung auf die
abgeleiteten Bedarfskonzentrationen beispielhaft für Threonin in Tabelle 3 dargestellt. Dabei wurde der Beobachtungswert um 10 % bzw. 20 % reduziert, also
eine schlechtere Nutzbarkeit von Threonin simuliert.
Tab. 3
Auswirkungen einer veränderten Wirksamkeit von Threonin auf den
notwendigen Threoningehalt (g/kg) im Growerfutter
Futterverzehr g/d
Thr-Wirksamkeit
Gemessen
-10 %
-20 %
160
5,6
6,2
7,0
180
5,0
5,6
6,2
200
4,5
5,0
5,6
Es wird deutlich, dass dieser wichtige Faktor des Futterpotenzials entscheidend
auf die erforderlichen Gehalte im Alleinfutter wirkt.
Ebenso muss, wie aktuelle Befunde zeigen (Samadi et al., 2014) dem methodischen Vorgehen bei der Ableitung von Bedarfskonzentrationen besondere
Beachtung geschenkt werden. Wie in diesen Untersuchungen festgestellt
wurde, können klassische Dosis-Wirkungs-Studien basierend auf der Supplementationsmethode zu fraglichen Schlussfolgerungen führen. Im konkreten
Fall zeigte sich, dass, gemessen an einer signifikanten Verbesserung der Proteinqualität durch Lysinzulagen zu einer Lysin limitierten Futtermischung, im
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12,5
10,7
9,4
9,1
8,1
7,3
60
70
80
160
180
200
3,6
3,2
2,9
4,9
4,2
3,6
Met
5,6
5,0
4,5
7,5
6,4
5,6
Thr
1,5
1,4
1,2
g/kg Mastfutter3)
2,4
2,0
1,8
g/kg Starterfutter2)
Trp
9,5
8,5
7,6
13,2
11,3
9,9
Arg
5,9
5,2
4,7
6,9
5,9
5,2
Ile
7,2
6,4
5,7
7,9
6,8
5,9
Val
Datenauswahl, abgeleitet durch Modellierungen der Aminosäurewirksamkeit (Wecke und Liebert, 2013), basierend auf halbsynthetischen Futtermischungen (Getreide, Fischmehl, Erbsen, Weizenkleber) und Leistungsdaten von ROSS 308 (2012)
2)
10.-20. Lebenstag, 600 g mittlere Lebendmasse, 10 g Proteinansatz/Tag (16 % Rohprotein im Zuwachs)
3)
25.-35. Lebenstag, 1800 g mittlere Lebendmasse, 18 g Proteinansatz/Tag (17 % Rohprotein im Zuwachs)
1)
Lys
Durch Modellierung abgeleitete Bedarfskonzentrationen an ausgewählten Aminosäuren im Broilerfutter1)
Futter-verzehr g/d
Tab. 2:
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Vergleich zur etablierten Methode (95 % des Asymptotenwertes) eine deutlich
geringere Bedarfskonzentration gefolgert werden konnte.
Weiterführende Vergleichsuntersuchungen sind in Arbeit und müssen insgesamt zu einem höheren Maß an Standardisierung bei Bedarfsableitungen aus
Dosis-Wirkungs-Studien führen.
Die auf der Grundlage von gemessenen AS-Wirksamkeiten abgeleiteten
Bedarfskonzentrationen ergänzen die aktuelle Datenbasis. Die „Wirksamkeit“
umfasst dabei sowohl die Ebene der Absorption (Aufnahmeeffizienz) als auch
die post-absorptive AS-Verwertung (Verwertungseffizienz) und bringt somit die
Gesamteffizienz der Aminosäuren des Futters zum Ausdruck.
Aus methodischer Sicht wäre auch an eine Integration der Bewertungsebene
präzäkal verdaulicher AS zu denken, die dann eine Gesamteffizienz präzäkal
verdaulicher AS zum Ausdruck bringen würde. Allerdings bliebe auch bei diesem Vorgehen zu beachten, dass objektiv betrachtet immer nur für die limitierende AS ein realer Wert abgeleitet werden könnte.
Weitere Untersuchungen müssen generell die Ursachen für die festgestellte
Variabilität auf Seiten des Futterpotenzials (AS-Wirksamkeit) eingrenzen, da
diese letztlich auch die abgeleiteten Bedarfswerte im System AS-Wirksamkeit
erheblich modulieren können. Wichtige Einflussfaktoren wurden hierzu von
Wecke und Liebert (2013) angesprochen, insbesondere die methodischen
Ansätze zur Bewertung sollten hierbei einen Schwerpunkt bilden.
6.Literaturangaben
Friedt, W., 2014: Züchtung von Sorten mit hoher Nährstoffeffizienz. 126.
VDLUFA Kongress, Hohenheim, Kurzfassungen, 13.
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Liebert, F., 2015: Basics and applications of an exponential nitrogen utilization
model (‘Goettingen Approach’) for assessing amino acid requirements in
growing pigs and meat type chickens based on dietary amino acid efficiency. in: Nutritional Modelling for Pigs and Poultry (eds. N.K. Sakomura,
R. Gous, I. Kyriazakis, L. Hauschild), Verl. CABI, 73-87.
Liebert, F., Wecke, C., 2006: Grundsätze eines exponentiellen N-Verwertungsmodells zur Bewertung von Proteinansatzvermögen, Aminosäurenwirksamkeit und leistungsabhängigem Aminosäurenbedarf beim wachsenden Schwein. In: Empfehlungen zur Energie- und Nährstoffversorgung
von Schweinen. Hrsg.: Ausschuss für Bedarfsnormen der Gesellschaft
für Ernährungsphysiologie, DLG-Verlag Frankfurt/Main, 221-232.
Liebert, F., Wecke, C., 2012: Zur Modellierung von N-Stoffwechselparametern
als Basis für die Bewertung der Nachhaltigkeit von Ausschöpfungsstrategien für Wachstumspotentiale bei Mast-hähnchen und Mastschweinen.
VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 68, 753-759, Kongressband 2012 Passau,
Samadi, T., Liebert, F., 2008: Modelling the optimal lysine to threonine ratio in
growing chickens depending on age and efficiency of dietary amino acid
utilisation. Br. Poult. Sci. 49, 45-54.
Samadi, T., Pastor, A., Liebert, F., 2014: Misleading conclusion about lysine
requirement of growing chicken by dose-response studies when feed
intake is a factor of influence. Proc. Soc. Nutr. Physiol. 23, 136.
Wecke, C., Liebert, F., 2009: Lysine requirement studies in modern genotype
barrows dependent on age, protein deposition and dietary lysine efficiency. J. Anim. Physiol. a. Anim. Nutr. 93: 295-304.
Wecke, C., Liebert, F., 2010: Optimal dietary lysine to threonine ratio in pigs (30
to 110 kg BW) derived from observed dietary amino acid efficiency. J.
Anim. Physiol. a. Anim. Nutr. e277-e285.
Wecke, C., Liebert, F., 2013a: Improving the reliability of optimal in-feed amino
acid ratios based on individual amino acid efficiency data from N balance
studies in growing chicken. Animals, 3, 558-573.
Wecke, C., Liebert, F., 2013b: Umweltverträgliche Protein- und Aminosäureversorgung von Geflügel und Schwein nach dem Konzept des Idealproteins.
VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 69, 695-702, Kongressband 2013 Berlin,
-404 -
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25.03.2015 14:29:36
Wecke, C., Pastor, A., Liebert, F., 2013: Ideal in-feed amino acid ratios for growing broiler chicken based on individual amino acid efficiency data derived
from N balance studies. Proc. 19th Europ. Symp. on Poult. Nutr. Potsdam,
p. 152, file 180.
-405 -
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Bestimmung der präcecalen
Aminosäurenverdaulichkeit von Öko-Futtermitteln für
langsam wachsende Masthuhngenotypen
C. Ritteser 1, M. Grashorn 1
1
Universität Hohenheim, Stuttgart
1.Einleitung
Im ökologischen Landbau ist es allgemein schwierig, die Tiere ausreichend mit
hochverdaulichem Methionin zu versorgen, da kaum Öko-Futtermittel mit einem
ausreichend hohen Gehalt vorhanden sind und außerdem keine synthetischen
Aminosäuren zur Ergänzung eingesetzt werden dürfen ((EG) Nr.834/2007,
(EG) Nr.889/2008). Bisher ermöglichte eine Ausnahmegenehmigung den Einsatz von 5% konventionellen Futtermitteln, die zur Behebung dieses Versorgungsengpasses bezüglich Eiweiß und Methionin genutzt wurde. Vorraussichtlich ab Anfang des Jahres 2015 soll dies jedoch nicht mehr möglich sein und es
müssen 100% ökologisch angebaute Futtermittel verwendet werden. Kenntnisse zur Verdaulichkeit der Aminosäuren von Ökofuttermitteln würden eine
bedarfsgerechtere Fütterung in der ökologischen Hühnermast ermöglichen,
jedoch sind Informationen hierzu bislang sehr gering. Da sich die Angaben in
bereits vorhandenen Datenbanken überwiegend auf konventionelle Futtermittel beziehen, die sich in ihrer Zusammensetzung von den ökologischen unterscheiden können (Strobel et al., 2001; Böhm et al. 2007), sind diese für den ökologischen Landbau unter Umständen nicht aussagekräftig.
Ziel dieses Projektes ist es daher, die präcecalen Verdaulichkeiten von 15 Ökofuttermitteln bei langsam wachsenden Masthühnern in der dritten und in der
sechsten Lebenswoche zu analysieren.
2.
Die präcecale Verdaulichkeit der Aminosäuren und des Rohproteins von 15
Öko-Futtermitteln (Dinkel, Nackthafer, Roggen, Weizen, Tritikale, Gerste,
Nacktgerste, Buchweizen, Braunhirse, Rispenhirse, Linsenausputz, Kleegrassilage (behandelt, unbehandelt), Luzerneblätter und Mais-Ganzkornsilage)
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wurde nach der Methodik von Rodehutscord et al. (2004) bestimmt. Hierzu
wurde das Prüffuttermittel in drei Zulagestufen (300, 500 und 700g/kg bzw. 150,
300 und 450g/kg) im Austausch gegen Maisstärke der Grundration (Maisstärke,
Weizenkleie, Öko-Sojabohnen) zugesetzt. Die Grundration wurde mit essentiellen Aminosäuren so ergänzt, dass der Bedarf der Masthühner in der niedrigsten Zulagestufe gedeckt werden konnte. Als unverdaulicher Marker wurde
Titandioxid mit 5g/kg zugegeben. Das Futter wurde in pelletierter Form angeboten.
Die Tiere der langsam wachsenden Herkunft ISA JA 957 (Couvoirs de l‘est
e Scherbeck, 67370 Willgottheim) wurden als Eintagsküken eingestallt und
zunächst in Großgruppen gehalten. Am 10. bzw. 31. Lebenstag, also jeweils 5
Tage vor Beginn der Testfütterung, wurden die Tiere gewogen und 15 bzw. 6
Stück in kleinere Abteile umgestallt. Pro Futtermittel wurden 6 Wiederholungen
angesetzt. Die Tiere wurden so verteilt, dass sowohl zwischen den Gruppen,
als auch innerhalb der Gruppen möglichst kleine Gewichtsunterschiede auftraten. Die Dauer der Versuchsfütterung betrug 7 Tage und erfolgte ad libitum
ab dem 15. bzw. 36. Lebenstag. Am 21./42. Lebenstag wurden die Tiere mit
einem CO2, O2, N2-Gemisch betäubt und anschließend mit reinem CO2 getötet.
Unmittelbar darauf wurden die letzten beiden Drittel des Dünndarmabschnittes zwischen dem Meckel´schem Divertikulum und 2 cm vor Einmündung der
Blinddärme entnommen (Kluth et al. 2005). Der Chymus wurde mit destilliertem
Wasser ausgespült, pro Abteil gepoolt und umgehend tiefgefroren. Vor der weiteren Bearbeitung der Proben wurden diese gefriergetrocknet und durch ein 0,5
mm-Sieb gemahlen. Sowohl im Chymus, als auch in den Futtermitteln wurde der
Gehalt an Rohnährstoffen und Aminosäuren nach Naumann & Bassler (1976)
bestimmt. Die TiO2-Gehalte wurden spektrophotometrisch nach Brandt und
Allam (1987) ermittelt. Zur Errechnung der Koeffizienten der präcecalen Verdaulichkeit aus den erlangten Daten wurde folgende Formel verwendet:
PCV (%) = 100 – ((ASChymus x TiO2 Futter)/(ASFutter x TiO2 Chymus) x 100)
wobei:
TiO2 Futter, TiO2 Chymus:
Gehalt an TiO2 im Futter bzw. im Chymus
ASFutter, ASChymus:
Gehalt an Aminosäure im Futter bzw. im Chymus
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Die Regression zwischen der mit dem Futter aufgenommenen Menge an Aminosäuren/Rohprotein und der Menge an tatsächlich verdauten Aminosäuren/
Rohprotein wurde mit dem Programm JMP (Version 7.0) berechnet. Die Steigung dieser Geraden ist ohne weitere Korrekturen als Schätzwert der präcecalen Verdaulichkeit definiert (Rodehutscord et al. 2004).
3.
Im Folgenden werden Ergebnisse für einige Futtermittel präsentiert, für die
bereits Analysen vorliegen. Die Verdaulichkeitswerte sind hier für die 3. Lebenswoche angegeben.
Von den Getreidearten wies vor allem Buchweizen hohe Protein-, Methioninund Lysingehalte, aber auch hohe Rohfasergehalte auf. Ähnlich günstige Werte
wurden für Nackthafer ermittelt, bei deutlich geringeren Rohfasergehalten.
Tab. 1: Analysierte Inhaltsstoffe (Angaben in % bezogen auf TM)
Weizen
Tritikale
Nacktgerste
Buchweizen
Nackthafer
Linsen
TM
87,35
88,05
87,02
89,20
87,76
87,61
Rohprotein
11,18
9,23
15,80
12,27
13,87
25,61
Rohfaser
2,87
2,79
1,94
14,73
3,17
6,11
Methionin
0,17
0,15
0,18
0,21
0,20
0,18
Lysin
0,33
0,34
0,43
0,70
0,50
1,61
Tryptophan
0,11
0,09
0,14
0,16
0,16
0,19
Threonin
0,32
0,30
0,40
0,46
0,41
0,90
Die leicht höheren Nährstoffgehalte der Nacktgerste im Vergleich zu Weizen
und Tritikale relativieren sich jedoch auf Grund der etwas schlechteren Verdaulichkeit wieder (Tabelle 2). Ähnlich sieht es für Buchweizen aus, bei dem die vier
erstlimitierenden AS nur mäßig verdaulich waren. Das Methionin in Nackthafer
ist dagegen sehr gut verdaulich. Allgemein können die Werte für den Nackthafer
durchaus mit denen von Hafer aus konventionellem Anbau verglichen werden
(Degussa Verdaulichkeitstabelle).
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Der Linsenausputz weist gute Verdaulichkeiten auf, allerdings ist der Methioningehalt nicht sehr hoch.
Tab. 2: Präcecale Verdaulichkeit (pcV) von Rohprotein/Aminosäuren
(Schätzwert ermittelt durch lineare Regression in %) und Bestimmtheitsmaß (r2) für die 3. Lebenswoche
Weizen
pcV
r²
Tritikale
pcV
r²
Nacktgerste Nackthafer Buchweizen Linsenausp
pcV
r²
pcV
r²
pcV
r²
pcV
r²
RP
94
0,99
96
0,96
71
0,93
76
0,78
68
0,91
83
0,98
Met
93
0,99
99
0,98
81
0,94
91
0,85
85
0,97
89
0,97
Lys
93
0,97
99
0,94
76
0,76
83
0,71
78
0,92
88
0,99
Thr
93
0,97
98
0,93
74
0,91
84
0,67
68
0,87
80
0,98
Trp
93
0,97
99
0,98
70
0,85
92
0,78
71
0,95
72
0,93
Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass die Verdaulichkeit der Aminosäuren
insgesamt variabel ist, aber gute Methionin-Verdaulichkeiten zu erwarten sind.
Die Aminosäuren-Verdaulichkeiten der Öko-Futtermittel für Masthühner in der
dritten Lebenswoche scheinen sich nicht deutlich von denen der konventionellen Futtermittel zu unterscheiden. Die Ergebnisse des Projektes werden daher
voraussichtlich zu einer Bedarfs-gerechteren Aminosäuren-Versorgung von
Masthühnern im Ökolandbau beitragen.
4.Literatur
Böhm, H., Aulrich, K., & Berk, A. (2007): Rohprotein- und Aminosäurengehalte
in Körnerleguminosen und Getreide. 9. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau
Brandt, M., & Allam, S. A. (1987): Analytik von TiO2 im Darminhalt und Kot nach
Kjeldahlaufschluß. Arch. Anim.Nutr. 37: 453-454
Degussa: Die Aminosäurenverdaulichkeit von Rohstoffen für Geflügel
Kluth, H., Fricke, M., & Rodehutscord, M. (2009): Precaecal amino acid digestibility of different wheat cultivars in broilers. Arch. Geflügelk. 73 (2): 80-86
Kluth, H., Mehlhorn, K., & Rodehutscord, M. (2005): Studies on the intestine section to be sampled in broiler studies on precaecal amino acid digestibility.
Archives of Animal Nutrition 59 (4): 271-279
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25.03.2015 14:29:37
Naumann, C., & Bassler, R. (1976): Die chemische Untersuchung von Futtermitteln. VdLUFA-Methodenhandbuch, Vol. III. VdLUFA-Verlag Darmstadt
Rodehutscord, M., Kapocius, M., Timmler, R., & Dieckmann, A. (2004): Linear
regression approach to study amino acid digestibility in broiler chicken.
British Poultry Science 45 (1): 85-92
Strobel, E., Ahrens, P., Hartmann, G., Kluge, H., & Jeroch, H. (2001): Gehalt an
Inhaltsstoffen von Weizen, Roggen und Hafer bei Anbau unter konventionellen und den Bedingungen des ökologischen Landbaus. Bodenkultur
53 Jg.: 221-231
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Quantitative Erfassung von Masse- und
Stoffströmen im Futterbaubetrieb
B. Köhler1, K.-H. Südekum2, H. Spiekers1, F. Taube3
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Institut für Tierernährung
und Futterwirtschaft, Poing-Grub 2Universität Bonn, Institut für Tierwissenschaften, Bonn 3Christian-Albrechts-Universität, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Kiel
1
1.Einleitung
Bei knapper werdenden Ressourcen wird die Umsetzung einer effizienten
Futterwirtschaft für die Betriebe zu einem immer stärkeren Wirtschaftlichkeitsfaktor. Dafür bedarf es einer besseren Steuerung der Mengen- und Nährstoffströme in den Futterbausystemen (Spiekers und Köhler, 2010). Futterbau-Produktionssysteme zeichnen sich durch sehr komplexe Stoffströme aus, in denen
häufig die Mengenströme nicht erfasst werden. Eine betriebsspezifische Quantifizierung findet somit nicht statt. Um sich aber den zunehmenden Herausforderungen effizienter und nachhaltiger Produktionssysteme zu stellen, muss in der
Forschung und der Praxis verstärkt eine Messbarkeit von Menge und Qualität
gewährleistet werden.
Die methodischen Ansätze in der Forschung zur Bewertung von Futterbau-Produktionssystemen erfordern eine systemumfassende Betrachtung. Dazu müssen in den Modellansätzen regionalspezifische Aspekte mit einbezogen (Taube
et al., 2011) und für verbesserte Managementmaßnahmen, z. B. Reduzierung
von Nährstoffüberschüssen, langjährige und gesamtbetriebliche Untersuchungen durchgeführt werden (Rotz et al., 2006). Um passende Nachhaltigkeitsmanagementsysteme für die Praxis bereitzustellen, bedarf es einer verstärkt interdisziplinären Zusammenarbeit innerhalb von Systemgrenzen. Dazu sind in den
Futterbausystemen zur Erfassung der Masse- und Nährstoffströme die Ertragsund Mengenebenen in den einzelnen Produktionsprozessen genau zu differenzieren und zu definieren.
Im Rahmen eines interdisziplinären Projektes an der LfL wurde an fünf Futterbaubetrieben eine Gesamtanalyse der Futterwirtschaft durchgeführt (Köhler et
al., 2014a). Aus den Erfahrungen wurden in Abstimmung mit mehreren Fachdis-
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ziplinen eine systemumfassende Begriffsdefinition abgeleitet, die fächerübergreifend eine genaue Abgrenzung der Ebenen klären und zu einer verbesserten
Aussagefähigkeit in den Futterbausystemen führen soll.
2.Zielsetzung
Das Ziel ist, anhand einer an definierten Messstellen im Produktionsprozess
abgeleiteten einheitlichen Begriffsdefinition Masse- und Stoffströme im Futterbausystem differenziert zu beschreiben und zu quantifizieren. Dabei sind die
einzelnen Ertrags- und Mengenebenen im Futterbausystem klar abgegrenzt
und einheitlich definiert. Die Begriffsdefinitionen, die über die Bereiche Pflanze
– Tier – Energie – Ökonomie – Technik Anwendung finden sollen, ermöglichen einen verbesserten inter- und transdisziplinären Austausch und gewährleisten die Vergleichbarkeit von Bewertungsansätzen.
3.Begriffsdefinition
Die Begriffsdefinitionen zu den einzelnen Ertrags- und Mengenebenen im Futterbausystem, werden entlang der Prozesskette dargestellt (Abb. 1). In dieser
innerbetrieblichen Kaskade werden die Bezugsebenen Fläche – Lager – Tier
abgegrenzt, um die entsprechenden Größeneinheiten in den Fachdisziplinen
(z. B. dt Trockenmasse (TM)/ha oder kg TM/Tier) anwenden sowie auch innerhalb des Systems in eine andere Größeneinheit wechseln zu können.
Die Ertrags- und Mengenebenen richten sich nach den Messstellen im Futterbaubetrieb, die in der Praxis mit entsprechenden Messeinrichtungen und einem
begleitenden Qualitätscontrolling zu erheben sind. Die Definitionen beginnen
mit dem Pflanzenaufwuchs, der die je nach Verfahren erntbare Menge zu 100 %
darstellt. Eine für Nährstoffbilanzen wichtige Messgröße ist der „Ernteertrag“, da
auf dieser Menge die Nährstoffabfuhren von der Fläche basieren. Weitere Definitionen umfassen die Mengen, die die verschiedenen Lager- oder Konservierungsverfahren berücksichtigen und bis zu den vom Tier aufgenommenen Futtermengen – dem Futterverbrauch – führen. In dieser Abfolge werden die an den
jeweiligen Stellen auftretenden Masse- bzw. Nährstoffverluste berücksichtigt,
die in dem beschreibenden Glossar ausgeführt sind (Übersicht).
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TIER
LAGER
FLÄCHE
100 %
Pflanzenaufwuchs
Ernteertrag
Feld
Einlagerungsmenge
Transport
Auslagerungsmenge
Lager
Vorlage
Futterangebot
Trog
Futterrest
Futteraufnahme
-Verluste
%
Abb. 1:
Begriffsdefinitionen der Masse- und Stoffströme im Futterbaubetrieb
Übersicht:
Beschreibendes Glossar zu den Begriffsdefinitionen
Begriff
Definition
Pflanzenaufwuchs
Die erntbare Menge bei verfahrensbedingter Schnitthöhe
und verfahrensentsprechender Nutzung (z. B.
Gesamtpflanze bei Silomais bzw. Teilpflanze bei CCM)
Ernteertrag
Die von der Fläche abgefahrene Menge. Feldverluste
durch Atmung, Bröckelverluste bei der Werbung und
Aufnahmeverluste bei der Ernte sind abgezogen.
Einlagerungsmenge
Die geerntete Menge zur Einlagerung am Betrieb auf
Basis einer Lagereinheit (z. B. Silo oder Ballen). Fallen
Transportverluste (Schwund, Verderb) vom Feld (= Ernte
ertrag) bis zur Einlagerung am Betrieb (z. B. Silo) an,
werden diese abgezogen.
Beachte: Je nach Methode der Ertragserfassung (d. h.
über Erntemaschine am Feld oder Fuhrwerkswaage
am Betrieb) sind mögliche Transportverluste in der
Erntemenge schon berücksichtigt.
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Auslagerungsmenge
Die je nach Lagerung (Konservierung, Trocknung) als
Futter aus dem Lager bei der Entnahme zur Verfügung
stehende
Menge.
Sämtliche
Lagerungsverluste
(unvermeidbare und vermeidbare) wie Atmungs- und
Gärverluste sowie Abraum und Entnahmeverluste
(Technik) sind abgezogen. Es handelt sich um die
Futtermenge, die zur Fütterung verwendet werden kann.
Futter-angebot
Die Futtermenge, die je ha, Lager oder Tiereinheit
(Einzeltier oder Gruppe) am Trog vorgelegt wird. Von
der Futtermenge sind die Verluste von der Entnahme
bis zur Vorlage (z. B. Atmungsverluste und Verbleib im
Futtermischwagen) abgezogen.
Futteraufnahme
Die Futtermenge, die das Tier aufgenommen hat.
Vom Futterangebot sind Verluste aus dem Trog (z. B.
Futtereinzug durch das Tier in den Güllekanal) sowie nicht
gefressene Futtermengen (Futterreste) abgezogen.
Die Bezeichnung Menge bezieht sich auf Masse und Nährstoffe. Auf allen Ebenen wird der Massefluss auf Basis TM angegeben. Die Einheiten auf den jeweiligen Ertrags- und Mengenebenen sind für die Fläche (dt TM/ha, kg NPK/ha), für
das Lager (dt TM/Lager, kg NPK/Lager) und für das Tier (kg TM/Tier, kg NPK/
Tier) anwendbar und wählbar. Die Definitionen der Ertrags- und Mengenebenen
gelten gleichfalls für die Substratwirtschaft und führen auch hier zu einer einheitlichen Abgrenzung der Mengen, insbesondere in Bezug auf deren Handelbarkeit.
5.Anwendung
Um Produktionsprozesse effizient zu gestalten, müssen die Masse- und Nährstoffströme innerhalb von Produktionsketten bekannt sein. Als Grundsatz gilt
hierzu, dass nur das, was gemessen wird, auch optimal gesteuert werden kann.
Mit diesen Informationen können im Produktionsprozess Schwachstellen lokalisiert und Optimierungsmaßnahmen ergriffen werden. Konkrete Messung von
Masse- und Nährstoffströmen in Futterbaubetrieben haben gezeigt, dass die
Verluste „vom Feld bis zum Trog“ bis zu 30 % und mehr der TM ausmachen können (Köhler et al., 2013, 2014b). Somit liegen erhebliche Reserven in der Praxis
vor, um eine höhere Effizienz in Futterbau-Produktionssystemen zu erreichen.
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Mit der systemumfassenden Begriffsdefinition wird über die Fachdisziplinen
hinaus eine gemeinsame Bewertungsebene geschaffen. Damit ist je Produkteinheit eine übereinstimmende Basis für ökonomische (z. B. Betriebszweigauswertung) und umweltrelevante Faktoren (z. B. Treibhausgas-Emissionen)
gegeben. Darüber wird die Aussagefähigkeit von Bewertungsansätzen auf Systemebenen erhöht. Somit leisten diese Punkte einen Beitrag zur Nachhaltigkeit
in den Nährstoffkreisläufen von Futterbau-Produktionssystemen. Die Anwendung des Schemas wird für die Forschung, Lehre und Praxis empfohlen.
6.Literaturangaben
Köhler, B., Diepolder, M., Thurner, S., Spiekers, H., 2013: Effiziente Futterwirtschaft auf Betriebsebene. In: „Agrarforschung hat Zukunft“, Wissenschaftstagung der LfL, LfL-Schriftenreihe 04/2013, Freising, 203-212.
Köhler, B., Diepolder, M., Thurner, S., Spiekers, H. 2014a: Effiziente Futterwirtschaft und Eiweißbereitstellung in Futterbaubetrieben. LfL-Schriftenreihe 05/2014, Freising, 141 S.
Köhler, B., Dorfner, G., Taube, F., Spiekers, H., 2014b: Erfassung der Nährstoffströme im Futterbaubetrieb. Hans-Eisenmann-Zentrum, 5. Agrarwissenschaftliches Symposium, Freising, Tagungsband, 47-48.
Rotz, C.A., Oenema, J., Van Keulen, H., 2006: Whole farm management to
reduce nutrient losses from dairy farm: A simulation study. Appl. Eng.
Agric. 22, 773-784.
Spiekers, H., Köhler, B., 2010: Mehr Netto vom Brutto – Effizienz der Futterwirtschaft verbessern. In: Milchviehhaltung – Erfolgsfaktoren für Spitzenbetriebe. DLG Trendreport Spitzenbetriebe 2010, DLG e.V., Frankfurt a. M.,
91-98.
Taube, F., Herrmann, A., Gierus, M., Loges, R., Schönbach, P., 2011: Nachhaltige Intensivierung der Futterproduktion zur Milcherzeugung. 55. Jahrestagung der AGGF, Oldenburg. Mitteilungen der Arbeitsgemeinschaft
Grünland und Futterbau 12, 13-29.
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VFT-Monitoring zur Prüfung der Deklarationstreue
von Mischfuttermitteln mittels Mikroskopie
K.-H. Grünewald1, P. Leberl2, G. Steuer3
Verein Futtermitteltest (VFT), Bonn 2Landesanstalt für Landwirtschaftliche
Chemie Universität Hohenheim, Stuttgart 3VFT-Koordinierungsstelle, GroßUmstadt
1
1.Einleitung
Der Verein Futtermitteltest e. V. (VFT) führt regelmäßig Warentests im Bereich
von Mischfuttermitteln durch. Daneben werden bei Bedarf weitere Untersuchungen bzw. Auswertungen vorgenommen.
Bei der Konzeption von Mischfutter werden einerseits die für das zu konzipierende Futter notwendigen Gehalte an Energie, Nähr- und Wirkstoffen eingestellt, andererseits Ansprüche der Mischtechnik, die verfügbaren Komponenten
sowie Restriktionen des Herstellers und des Kunden (z. B. bestimmte Komponenten) berücksichtigt. Den Komponenten kommt dabei eine nicht zu unterschätzende Bedeutung bei verschiedenen Eigenschaften zu (Stärkebeständigkeit, Protein-Abbaubarkeit und andere bislang nicht mit Standardmethoden zu
erfassenden Eigenschaften wie z. B. Schmackhaftigkeit etc.). Die Kundenwünsche bezüglich des Vorhandenseins bzw. der Abwesenheit bestimmter Komponenten und die in der heutigen Rations- / Mischungsberechnung berücksichtigten „modernen Bewertungsparameter“ erfordern eine Einhaltung der Angaben
zur Zusammensetzung.
Im Herbst 2013 lagen aus der Beratung Hinweise vor, die nahelegten, dass Hersteller-Angaben zur Zusammensetzung bei auf dem Markt gehandeltem Mischfutter oftmals nicht korrekt im Sinne der Kennzeichnungsvorschrift nach VO
(EU) Nr. 767/2009 waren. Auf Anfrage aus der Beratung hat der VFT daher eine
Sonderuntersuchung zur Klärung dieses Sachverhaltes vorgenommen. Wie
häufig sind Angaben zur Zusammensetzung fehlerhaft? Welche Futtertypen
sind betroffen?
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2.
Aus den im Rahmen des VFT-Warentests beprobten Mischfuttermitteln wurde
eine Stichprobe ausgewählt (n = 126). Die Proben stammten weitgehend aus
dem 3. Quartal 2013, zur Abrundung der Bandbreite wurden einzelne Proben
aus dem 2. bzw. 4. Quartal ergänzt. Die Stichprobe umfasste sämtliche vom VFT
beprobte Futtertypen mit Ausnahme von Schaf- und Pferdefutter aus allen Regionen Deutschlands.
Die ergänzende Untersuchung der Zusammensetzung mit Deklarationskontrolle erfolgte nach der mikroskopischen Methode „Identifizierung und Schätzung von Bestandteilen“ (VDLUFA, 2012) bei akkreditierten Laboren.
Bei dieser Methode werden die Mischfutter in vier Siebfraktionen unterteilt. In
den jeweiligen Fraktionen werden anhand mikroskopisch erfassbarer charakteristischer Merkmale die einzelnen Bestandteile identifiziert. Für die Quantifizierung werden die Bestandteile der fraktionierten Untersuchungsprobe herausgelesen und gewogen. In den feineren Fraktionen, aus denen nicht ausgelesen
werden kann, wird der Anteil im mikroskopischen Präparat durch Schätzung
ermittelt.
Anschließend werden die Anteile der einzelnen Komponenten der mikroskopisch ermittelten Zusammensetzung mit den Herstellerangaben (ProzentAngabe bei Gemengteilangabe bzw. der absteigenden Reihenfolge) im Labor
bzw. beim Auftraggeber (VFT) verglichen.
3.
Ergebnisse des Monitorings
Die 126 untersuchten Futtermittel enthielten laut Herstellerangaben (Deklarationsunterlagen / Sackanhänger) zwischen 5 und 21 Komponenten (im Mittel
11,6).
Bei zwei Dritteln der Futter wurde die Zusammensetzung in Form der verpflichtenden Angabe der verwendeten Komponenten in absteigender Reihenfolge
ausgewiesen, bei einem Drittel war die freiwillige prozentuale Angabe der
Mischungsanteile enthalten.
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Von den insgesamt 126 Proben konnten 120 ausgewertet werden, da bei höherem Verarbeitungsgrad der Komponenten bzw. der Mischfutter (z. B. Pelletierung) verschiedene Strukturen mikroskopisch nicht bzw. nur noch sehr schwer
erfasst werden können. Für sechs Futter war mit Hinweis auf die verwendeten
Komponenten und den hohen Verarbeitungsgrad eine mikroskopische Ermittlung der Zusammensetzung nicht möglich.
Die Deklarationstreue konnte unabhängig von der Deklarationsweise (Reihenfolge bzw. Prozent-Angabe der Komponenten) weitgehend bestätigt werden
(88,3 %), siehe Tabelle 1. Bei 14 der ausgewerteten 120 Proben (11,7 %) traten Abweichungen zur deklarierten Zusammensetzung auf. Bei sieben Futtern
fehlte eine der genannten Komponenten, siebenmal waren eine (bzw. zwei) weitere Komponenten zusätzlich enthalten, zweimal wurde die ausgewiesene Größenordnung zweier Komponenten unter-/überschritten.
Im Einzelnen sind die Abweichungen in Tabelle 2 aufgeführt. Es handelte sich
bei den Abweichungen um die Abwesenheit bzw. zusätzliche Anwesenheit
einer oder mehrerer Komponenten bzw. Verschiebungen in deren Anteilen. Auffällig ist, dass fünfmal zusätzlich Mais enthalten war.
Tab. 2:
Ergebnisübersicht zur Deklarationseinhaltung
Futterkategorie
n
Bestimmung
Deklaration
möglich
bestätigt
Abweichung
EF für Milchkühe
32
32
29
3
EF für Kälber
12
12
11
1
EF für Mastrinder
5
5
5
0
AF für Ferkel
18*
13
12
1
AF für Mastschweine
15
15
14
1
AF für Sauen
10
10
6
4
EF für Schweine
17*
16
13
3
AF+EF f. Legehennen
17
17
16
1
Gesamt
126
120
106
14
AF = Alleinfutter, EF = Ergänzungsfutter,
* teils ist wegen des Verarbeitungsgrades der Futtermittel keine mikroskopische
Bestimmung möglich
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Tab. 4:
Festgestellte Abweichungen von den Angaben bei den einzelnen Futtermitteln
Futtertyp
n
Einzelne Abweichungen
EF für
Milchkühe
3
Malzkeime fehlen
Sonnenblumenextraktionsschrot fehlt
weniger Rapsextraktionsschrot, mehr Getreide
EF für Kälber
1
weniger Malzkeime, mehr Trockenschnitzel
AF für Ferkel
1
zusätzlich 5-10 % Haferbestandteile enthalten
AF f. Mastsch.
1
zusätzlich 3-5 % Mais enthalten
AF für Sauen
4
Kartoffeleiweiß fehlt
Kartoffeleiweiß + Malzkeime fehlen
Kartoffeleiweiß + Malzkeime fehlen + zusätzlich 3 %
Mais
zusätzlich 5 % Mais enthalten
EF für Schweine
3
zusätzlich 2-5 % Mais
zusätzlich 10 % Mais
angegebene Sojabestandteile fehlen
AF + EF für
Legehennen
1
angegebenes Luzernegrünmehl fehlt, zusätzlich 3 %
Sonnenblumenextraktionsschrot und 2 % Hirse
Abweichungen von der ausgewiesenen Zusammensetzung können zu Verschiebungen bei den Gehalten an Nähr- und Mineralstoffen sowie der Energie
führen. Auch wird ggf. der spezielle Kundenwunsch bezüglich Vorhandensein
/ Abwesenheit bestimmter Komponenten nicht erfüllt (z. B. gentechnikfreie Fütterung) und es liegen evtl. unzutreffende Informationen für eine präzise Rationsgestaltung in der Fütterung vor.
Bei den Futtern mit den aufgeführten Abweichungen in der Zusammensetzung
zeigten drei Futter auch rechtlich relevante Abweichungen von den deklarierten
Nährstoffgehalten auf (Untergehalte bei Calcium und Rohfett, sowie Rohproteinübergehalt. Nur die letztgenannte Beanstandung ist durch die abweichende
Zusammensetzung (zusätzlich Sonnenblumenextraktionsschrot) nachvollziehbar.
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4.
Zusammenfassung und Fazit
Im Rahmen einer Sonderuntersuchung wurde die Zusammensetzung bei 126
Mischfuttern mikroskopisch überprüft. Sechs Futter waren durch den Grad der
Verarbeitung nicht prüfbar. Für die meisten Futter konnten die Angaben zur
Zusammensetzung bestätigt werden. Bei 14 der ausgewerteten 120 Proben
(11,7 %) traten Abweichungen zur deklarierten Zusammensetzung auf. Damit
liegen unzutreffende Informationen für die präzise Rationsgestaltung vor.
Gegebenenfalls wird der spezielle Kundenwunsch nicht erfüllt. Die Hersteller
sollten auf die Angaben zur Zusammensetzung eine größere Sorgfalt legen.
Aus Sicht des VFT scheint derzeit eine regelmäßige Überprüfung der Zusammensetzung nicht notwendig. Einzelne Punkte bei der Durchführung der Untersuchung und Attestierung sind noch im VDLUFA abzustimmen.
5.Literaturangaben
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 2012: Methode 30.7 Identifizierung und Schätzung von Bestandteilen. In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch) Band III
Die chemische Untersuchung von Futtermitteln, 8. Erg., VDLUFA Verlag,
Darmstadt.
Verordnung (EG) Nr. 767/2009 des EU Parlamentes und des Rates vom 13. Juli
2009 über das Inverkehrbringen und die Verwendung von Futtermitteln,
Amtsblatt der EU, L 229, vom 1.9.2009, 1-28.
Danksagung
Die Prüfung von Mischfutter durch den Verein Futtermitteltest e. V. wird dankenswerterweise insbesondere durch Zuschüsse des Bundesministeriums für
Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.
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Entstehung maskierter Mykotoxine
in fermentierten Pflanzenmaterialien:
mikrobiologische, biochemische und analytische
Aspekte
G. Strauß
Landwirtschaftliche Untersuchungs- und Forschungsanstalt, Speyer
1.Einleitung
Die Analytik von Mykotoxinen im Hinblick auf die Qualität und Verwertbarkeit von
Lebens- und Futtermitteln nimmt im modernen Kontrollwesen einen immer größeren Raum ein. Von hunderten Verbindungen, die diesen sekundären Stoffwechselprodukten von Schimmelpilzen zugerechnet werden, ist nichts oder nur
sehr wenig hinsichtlich ihrer Wirkung auf Pflanze, Mensch oder Tier bekannt.
Auch so genannte maskierte Mykotoxine werden immer mehr gefunden, die sich
durch biochemische Modifikationen mit klassischen Analysenverfahren kaum
mehr nachweisen lassen. Die toxische Wirkung auf Organismen bleibt jedoch
weit gehend erhalten bzw. wird sogar noch gesteigert.
In der Routine-Diagnostik sind im Wesentlichen HPLC bzw. LC-MS/MS- sowie
ELISA-Verfahren etabliert, wobei sich die Analytik auf Fusarientoxine wie Trichothecene, Fumonisine, Zearalenon oder Aspergillentoxine wie Aflatoxine und
Ochratoxin A beschränkt.
In der Routine-Diagnostik und Forschungsprojekten zur Analytik von ausgewählten Mykotoxinen in Silagen mittels LC-MS/MS- und ELISA-Analytik wurden
vielfach nicht unerhebliche und bisher nicht erklärbare Unterschiede in der Höhe
der Belastung festgestellt.
Bisher wurden diese auffälligen Diskrepanzen nicht näher untersucht. Durch
die Einbeziehung mikrobiologischer, biochemischer und analytischer Aspekte
wurde eine aufschlussreiche Erklärung gefunden, die eine obligate Entstehung
maskierter Mykotoxine in fermentierten Pflanzenmaterialien bei Getränken,
Lebens- und Futtermitteln postuliert.
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2.
Die Analysen der Mykotoxingehalte erfolgte mittels LC-MS/MS-Verfahren gem.
VDLUFA-Methode (VDLUFA, 2011). Untersuchungen mittels ELISA wurden
mit handelsüblichen Test-kits der Fa. r-biopharm (Darmstadt) durchgeführt.
Alle Versuche wurden in Doppelbestimmung durchgeführt. Die Inkubation der
Testansätze erfolgte bei Raumtemperatur bis zu 10 (Reaktionsversuch) bzw.
42 Tage (Silierversuch). Mykotoxine (Deoxynivalenol, Zearalenon) wurden von
Sigma-Aldrich (Deisenhofen) und r-biopharm (Darmstadt) bezogen.
3.
3.1
Diskrepanzen zwischen Analysenverfahren
In Untersuchungen von silierten Futtermitteln (Gras- und Maissilagen) wurden erhebliche Unterschiede bei typischen Leittoxinen festgestellt (Koch et al.
2013), je nachdem ob das LC-MS/MS- oder das ELISA-Verfahren angewendet
wurde (Abb. 1). Insbesondere für Zearalenon ergaben sich signifikante Differenzen. Bei unfermentierten Produkten waren diese Unterschiede nicht feststellbar. Hier lagen die Messergebnisse von Maisprodukten bei den unterschiedlichen Analysenverfahren sehr vergleichbar (Tab. 1).
Abb. 1: In Maissilagen mittels ELISA- bzw. LC-MS/MS-Verfahren bestimmte
Mykotoxingehalte. Sowohl bei Zearalenon als auch bei Deoxynivalenol
wurden mittels ELISA-Analytik signifikant höhere Gehalte gemessen (µg/
kg Trockenmasse). Die Diskrepanzen lassen sich durch die Maskierung
von Mykotoxinen erklären, die die Analytik unterschiedlich beeinflusst.
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Tab. 1:
Vergleich des LC-MS/MS- bzw. ELISA-Verfahrens. Bei unfermentierten Maismehlproben in einem Ringversuch waren die Ergebnisse beider Verfahren für Deoxynivalenol sehr gut vergleichbar (Angabe µg/
kg Trockenmasse).
Maismehl (Mittelwert)
3.2
LC-MS/MS (µg/kg)
329
ELISA (µg/kg)
327
Einfluss der Matrix
Der Vergleich fermentierter und unfermentierter Matrices offenbart, dass mikrobiologisch bedingte Prozesse für die analytischen Differenzen verantwortlich
sein könnten (Abb. 1, Tab. 1). Primär entstehen durch die anaerobe Umsetzung
von organischen Verbindungen Gärprodukte wie Alkohole und Gärsäuren, die
unter biochemischen Gesichtspunkten reaktive funktionelle Gruppen tragen.
Hydroxy- und Carboxygruppen können insbesondere Esterverbindungen eingehen. Da annähernd alle Mykotoxine in Seitenketten ebenfalls funktionelle
Gruppen aufweisen, stehen sie somit als Reaktionspartner zur Verfügung. Die
Konzentration dieser reaktiven Verbindungen verändert sich im Laufe der Fermentation signifikant und können hohe Gehalte in Silagen erreichen: Allein der
Anteil an Milchsäure in einer Maissilage kann mehr als 5 % bezogen auf die Trockenmasse ausmachen.
Bei der Umsetzung der Edukte A und B zu den Produkten C und D wird ein
Gleichgewicht erreicht, das umso weiter auf Seiten der Produkte C und D liegt,
je größer die Gleichgewichtskonstante K ist. (∆G°= freie Energie, R = allgemeine
Gaskonstante, T = absolute Temperatur)
c(C) c(D)
__________ = K
A + B ↔ C + D;
c(A) c(B)
∆G° = - RTlnK
3.3
Mikroorganismen und biochemische Grundgesetze
Im Laufe der Fermentation durch Mikroorganismen kommt es zu einer erheblichen Anhäufung von Gärprodukten, die mit ihren funktionellen Gruppen für
biochemische Reaktionen bereit stehen. Das Massenwirkungsgesetz (MWG,
Abb. 2) verlangt unter diesen Bedingungen, dass eine Gleichgewichtseinstellung zwischen chemischen Reaktionspartnern stattfindet (Abb. 3), so sollten
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Carboxygruppen mit Hydroxygruppen zu Esterverbindungen reagieren. Da es
auf Grund der Fermentation einen sehr hohen Überschuss an Carboxygruppen
gibt, muss entsprechend dem MWG das Gleichgewicht sehr weit auf Seiten der
Ester verschoben werden. In der Praxis bedeutet dies, dass die Hydroxygruppen von Mykotoxinen oder anderen Verbindungen verestert werden. Hier liefert
der saure pH-Wert die besten Reaktionsbedingungen (Säurekatalyse). Ausreichend Reaktionszeit ist bei Fermentationsprozessen gegeben.
Tatsächlich wurden von Weiß et al. (2011) hohe Konzentrationen an flüchtigen
Esterverbindungen (z. B. Ethylacetat oder Ethyllactat) gefunden, deren Entstehung bisher nicht geklärt werden konnte. Auch für die Mikroorganismen hat die
Veresterung ihrer Stoffwechselprodukte einen elementaren Vorteil: die Anhäufung dieser Gärprodukte hemmt die Energiegewinnung ihres Gärstoffwechsel,
da es zu einer Gleichgewichtseinstellung kommt. Dadurch dass die Gärsäuren aus dem Gleichgewicht entzogen werden, können diese energieliefernden
Prozesse effizienter ablaufen. Zudem sind hohe Konzentrationen an Enzymen
(Esterasen), also Biokatalysatoren, aus lysierten pflanzlichen Zellen oder bakteriellen Ursprungs vorhanden. Durch die Veresterung kann auch der Ansäuerung des Substrats entgegengewirkt werden, die auch für säuretolerante Gärer
zu einer Wachstumshemmung führt.
Abb. 2: Veranschaulichung zur Wirkung des Massenwirkungsgesetzes bei
der Maskierung von Mykotoxine während der Fermentation. Die Silierung mit der Anhäufung von Gärsäuren verschiebt das Gleichgewicht
auf Seite der Ester: Es kommt zur obligaten Bildung maskierter Mykotoxine, da Reaktionspartner, Reaktionszeit, Katalysatoren und pHWert geeignete Bedingungen schaffen. Anmerkung: es handelt sich
um willkürliche Zahlenangaben.
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3.4
3.4.1
Experimentelle Hinweise
Deoxynivalenol (DON) in Gegenwart organischer Säuren
Der Einfluss kurzkettiger organischer Säuren auf den messbaren Gehalt an
DON wurde in wässrigen Lösungen durchgeführt. Deoxynivalenol (1200 µg/l)
wurde in Gegenwart von Milchsäure (2 %) bzw. Essigsäure (2 %) inkubiert.
Die Veränderungen der mittels ELISA- bzw. LC-MS/MS ermittelten Gehalte
bestätigen eine unterschiedliche Entwicklung der Analysenergebnisse,
die sich mit der Veresterung von DON erklären lässt (Strauß, 2013). Nach
24 Stunden Inkubation waren keine Unterschiede erkennbar. Nach 10 Tagen
Inkubation bei Raumtemperatur war mittels LC-MS/MS-Analytik geringfügig
weniger Deoxynivalenol (10 %) nachweisbar, während die ELISA-Analyse eine
scheinbare Zunahme (35 %) ergab (Tab. 2). Die Versuche zeigen damit dass die
Analysenergebnisse einer Zeitabhängigkeit unterliegen.
Tab. 2: Messwerte von Deoxynivalenol in Gegenwart organischer Säuren
nach verschiedenen Inkubationszeiten. Bei in-vitro-Versuchen wurde
Deoxynivalenol (DON) zusammen mit organischen Säuren inkubiert
und sowohl mittels ELISA- als auch LC-MS/MS-Verfahren analysiert.
Nach einer Inkubation von 10 Tagen wurden in den Testansätzen in
Abhängigkeit vom Analysenverfahren unterschiedliche Mykotoxingehalte gemessen.
ELISA-Ergebnis
Säurezusatz (1200
µg/l DON, 2 %
Milchsäure, 2 %
Essigsäure, pH 4,2)
(µg/l)
1531
(%)
134
LC-MS/
MS-Ergebnis
(µg/l)
(%)
1040
90
10 Tage
Inkubation
Möglicherweise besitzen entstandene Konjugate für den ELISA eine höhere
Kreuzreaktivität als das ursprüngliche Ziel-Antigen. Es könnte hier offensichtlich
im Gegensatz zur LC-MS/MS-Analytik nicht zu einer Unterschätzung, sondern
zu einer Überschätzung des Mykotoxingehalts durch die Metabolisierung
kommen (Berthiller et al., 2013). Es ist davon auszugehen, dass in fermentierten
Lebens- oder Futtermitteln die Reaktionsbedingungen sowie Reaktionspartner
differieren, so dass eine sehr große Vielfalt an veresterten Verbindungen zu
erwarten ist.
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3.4.2 Mais-Fermentationsversuche mit Zearalenon
Abb. 3: Prozentuale Veränderung des messbaren Mykotoxingehalts bezogen auf den Anfangswert in einem Silierversuch mit Maispflanzen
(Strauß, 2013). Die mittels ELISA- bzw. LC-MS/MS-Verfahren messbaren Konzentrationen an Zearalenon entwickelten sich im Versuchszeitraum unterschiedlich. Nach 6 Wochen Inkubation sank der
Messwert für Zearalenon bei der LC-MS/MS-Analyse um 40 %. Der
ELISA-Messwert veränderte sich unwesentlich.
In Fermentationsversuchen mit Maispflanzen im Labormaßstab, die mit 300 µg/kg
TM Zearalenon versetzt wurden, blieb über den Beobachtungszeitraum von 6
Wochen die mittels ELISA bestimmbare Zearalenonkonzentration konstant. In
den gleichen Testansätzen bzw. Extrakten wurde über das LC-MS/MS-Verfahren eine Abnahme der Zearalenonkonzentration um 40 % gemessen (Abb. 3).
Diese Versuche zeigen, dass über den Versuchszeitraum von 6 Wochen
zeitabhängige messbare Differenzen beim LC-MS/MS-Verfahren auftreten
(Strauß, 2013). Die Messwerte beim ELISA-Verfahren bleiben während des
Untersuchungszeitraums im Wesentlichen konstant. Die Analysenergebnisse
zeigen auch hier eine deutliche Zeitabhängigkeit. Die bisherigen Versuche
veranschaulichen damit, dass unter säurehaltigen Inkubationsbedingungen
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im Hinblick auf den bestimmbaren Mykotoxingehalt eine Abhängigkeit von der
Inkubationsdauer, dem angewandten Analysenverfahren und den Inkubationsbedingungen feststellbar ist. Diese Ergebnisse decken sich mit den Daten, die
unter Praxisbedingungen gewonnen wurden (Koch et al., 2013).
4.
Bedeutung für fermentierte bzw. säurekonservierte Lebensund Futtermittel
In fermentierten Lebensmitteln, bei den in den Ausgangsprodukten oder durch
Fehlgärungen Toxine von Bakterien, Pflanzen oder Mykotoxine vorhanden
waren, besteht durch Umsetzungen mit Gärprodukten die Möglichkeit, dass
diese Substanzen einer Analytik im Rahmen der Routine-Diagnostik entzogen
werden (Berthiller et al., 2013). Im tierischen Organismus können diese Esterverbindungen durch entsprechende Enzyme wieder gespalten werden und
eine physiologische Wirkung ausüben. Von veresterten Trichothecenen gibt es
Hinweise, dass die Toxizität in Abhängigkeit von der Anzahl der Esterbindungen
sogar zunimmt (Nishie et al., 1989).
Die Anwendung des Massenwirkungsgesetzes postuliert, dass in diesen fermentierten Produkten praktisch umfangreiche biochemische Modifikationen
an allen organischen Verbindungen stattfinden, die entsprechende funktionelle Gruppen tragen. Diese mikrobiologischen, biochemischen und analytischen Aspekte sollten bei der Bewertung fermentierter oder säurekonservierter
Lebens- und Futtermittel mit einfließen. Die Vielfalt an möglichen Konjugaten
muss in Anbetracht der Vielzahl an Gärprodukten als hoch angesehen werden.
Diese neuen Erkenntnisse erklären letztendlich mit der Bildung von Estern plausibel die auffälligen analytischen Diskrepanzen und verbessern die Möglichkeiten der toxikologischen Bewertung von Analysenergebnissen insbesondere bei
fermentierten Lebens- und Futtermitteln sowie Getränken im Hinblick auf möglicherweise vorhandene Mykotoxine.
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5.Literaturangaben
Berthiller, F., Crews, C., DallÀsta, C., Saeger, S., Haesert, G., Karlovsky, P.,
Oswald, I., Seefelder, W., Speijers, G., Stroka, J., 2013: Masked Mycotoxins – A review. Mol. Nutr. Food Res. 57(1), 165-186.
Koch, C., Romberg, F.J., Kühl, J., Strauß, G., 2013: Mykotoxingehalte von Maisund Grassilagen - Ein Vergleich von zwei Analyseverfahren. Mais 2,
89-91.
Nishie, K., Cutler, H.G., Cole, R.J., 1989: Toxicity of Trichothecenes, Moniliformin, Zearalenone / ol, Griseofulvin, Patulin, Pr Toxin and Rubratoxin
B on Protozoan Tetrahymena pyriformis. Res. Commun. Chem. Pathol.
Pharm. 65, 197-210.
Strauß, G., 2013: Maskierte Mykotoxine in fermentierten Lebens- und Futtermitteln: biochemische, mikrobiologische und analytische Aspekte. J. Verbr.
Lebensm., im Druck.
Weiss, K., Gerlach, K., Südekum, K.-H. 2011: Flüchtige Substanzen in Maissilagen in Abhängigkeit von Silierbedingungen und aerober Lagerungsdauer. VDLUFA Schriftenreihe Bd. 123, 534-540, Kongressband 2011
Speyer, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten (VDLUFA) (Hrsg.), 2011: Methode 16.13.1, Identifizierung und
Quantifizierung von Fusarientoxinen in Getreide und Futtermitteln mittels
LC-MS/MS. In: Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch), Bd. III Die chemische
Untersuchung von Futtermitteln, 3. Aufl., VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
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Carry-over von Dioxinen und PCBs aus dem Futter
in ausgewählte Gewebe wachsender Schafe
M.L. Stark1, R. Hoogenboom2, A. Lüth3, M. Spolders3, H.
Schafft3, M. Gehling3, M. Lahrssen-Wiederholt3, J. Zentek4
Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, Oberschleißheim 2RIKILT, Wageningen 3Bundesinstitut für Risikobewertung, Berlin
4
Freie Universität, Berlin
1
1.
PCDDs, PCDFs und PCBs
Die in der Umwelt unbewusst entstehenden Polychlorierten Dibenzo-p-Dioxine
(PCDDs) und polychlorierten Dibenzofurane (PCDFs) werden unter dem Begriff
Dioxine (PCDD/F) zusammengefasst. In Abhängigkeit von Position, Stellung
und Anzahl der Chloratome, entstehen verschiedene Kongenere mit unterschiedlicher toxikologischer Relevanz. Von 209 theoretisch möglichen Kongeneren sind 7 PCDD und 10 PCDF mit einem Toxizitätsequivalenzfaktor (TEF)
belegt, der ihre Toxizität darlegt und die toxikologische Beurteilung von Kongenerengemischen ermöglicht (TEQ, Toxizitätsequivalent) (Berg et al., 2006).
Im Vergleich dazu stehen die bewusst produzierten und in der Vergangenheit
industriell genutzten Polychlorierten Biphenyle (PCB), die in dioxinähnliche (dl)
und nicht dioxinähnliche (ndl) PCB unterteilt werden. Durch die Drehbarkeit der
Bindung zwischen den Phenylringen können sie eine stereochemische Ähnlichkeit mit dem toxischsten Dioxinkongener 2,3,7,8 TCDD erreichen. Schafsleber
stellt das Lebensmittel tierischer Herkunft dar, in welchem am häufigsten die
zulässigen Höchstgehalte (TEQ aus PCDD/F und dl-PCBs; ndl-PCBs) überschritten werden (EFSA, 2011) und die vergleichsweise höchsten Konzentrationen in landwirtschaftlichen Nutztieren gemessen werden. In einem durch die EU
finanzierten Forschungsvorhaben (QSAFFE) führten das BfR und das RIKILT
Institut Untersuchungen zum Carry over dieser Kontaminanten aus dem Futter
in Leber, Muskulatur und Fettgewebe wachsender Schafe durch.
2.
2.1Versuchsaufbau
48 männliche Schwarzkopflämmer wurden über 112 Tage restriktiv mit maximal 1 kg Grünmehlpellets (GP) pro Tier und Tag gefüttert, des weiteren wurden
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0,5 kg Stroh pro Tier in den Gruppenstall eingestreut. In Abhängigkeit von der
Versuchsgruppe (VG) erhielten die Tiere entweder über 55 Tage hochkontaminierte GP (hkGP) und wurden anschließend auf Kontroll-GP (KoGP) umgestellt
(VG 55/57), oder sie wurden konstant mit hkGP (VG 112) oder dauerhaft mit den
KoGP (Kontrollgruppe, KoG) gefüttert. Schlachtungen von jeweils 4 Lämmern
erfolgten zu verschiedenen Zeitpunkten während des Versuchs.
2.2
Probenahme und Analytik
Aus jedem Tier wurden Leber, M. longissimus dorsi zur Gewinnung des intramuskulären Fettes, Nierenkapselfett und Netzfett entnommen. Die Analytik erfolgte nach den Vorgaben der Verordnungen (VO) EU Nr. 252/2012 und
278/2012 mit HR-GC/HR-MS.
2.3Futtermittel
Die Basis des Fütterungsversuches bildeten GP, die nach einem Überflutungsfall durch die Ijssel auf niederländischen Grünflächen gewonnen wurden, sowie
im Berliner Umland produziertes Stroh. Während die hkGP den zulässigen
Höchstgehalt der VO (EU) Nr. 277/2012 um das 2,3-fache für den PCDD/F TEQ
und den Gesamt-TEQ aus PCDD/F und dl-PCB um das 1,5-fache überschritten, zeigten weder die KoGP noch das Stroh Höchstgehaltsüberschreitungen.
Lediglich das Stroh fiel mit dl-PCB TEQ Konzentrationen auf dem Niveau der
hkGP auf.
Tab. 1:
Mittlere TEQ Gehalte der eingesetzten Futtermittel (TM)
Futtermittel
PCDD/F
TEQ ng/kg
dl-PCB
TEQ ng/kg
dl-PCB
+ PCDD/F
TEQ ng/kg
ndl-PCB
µg/kg
hkGP
1,71
0,32
2,04
2,33
KoGP
0,27
0,06
0,33
0,45
Stroh
0,15
0,31
0,46
1,09
Höchstgehalte
VO (EU) Nr.
277/2012
0,75
1,25
10
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3.Ergebnisse
3.1Futteraufnahme
Während der 112-tägigen Fütterungsperiode nahmen die Schafe der KoG im
Mittel 0,85 kg Trockenmasse (TM) an GP und 0,33 kg TM an Stroh pro Tag auf.
Dies führte zu einer täglichen Exposition von 0,31 ng TEQ Dioxinen (über 112
d: 35,5 ng TEQ PCDD/F) und 0,17 ng TEQ dl-PCBs (über 112 d: 19,2 ng TEQ
dl-PCBs). Im Vergleich dazu wurden in der VG 112 0,78 kg TM an hkGP und ein
0,25 kg TM an Stroh aufgenommen, was signifikant niedriger im Vergleich zu
den Aufnahmemengen der KoG war (pGP = 0,029, pStroh = 0,043). Die Exposition dieser Tiere ist bedingt durch die Kontamination der GP deutlich höher und
liegt für die PCDD/Fs im Mittel bei 153,418 ng TEQ und 36,288 ng TEQ für dlPCBs über die gesamte Versuchsdauer.
3.2Leber
Die Leber wurde bereits mehrfach als Akkumulationsorgan für PCDD/Fs
beschrieben (Bruns-Weller et al., 2010). Mit der Umstellung der Bezugsgröße
von Fett- auf Frischgewicht durch die Ablösung der VO (EU) Nr. 1259/2011
durch die VO (EU) Nr. 1067/2013 erfolgte auch eine Anhebung der Höchstgehalte. Somit überschreiten nur die Lebern der VG 112 die zulässigen Höchstgehalte (Abb. 1). In der KoG sind über die gesamte Versuchsdauer keine
signifikanten Unterschiede in den TEQ-Konzentrationen zwischen den einzelnen Schlachttagen nachweisbar (Mann-Whitney U, statistischer Test).
Lediglich zwischen Tag 1 und Tag 112 bestand eine tendenzielle Erhöhung für
den TEQ aus dl-PCBs (p = 0,057). Insgesamt lag der Gesamt-TEQ der KoG
(1,47 pg TEQ/g) etwa 2,5-mal niedriger im Vergleich zur VG 112 (3,76 pg TEQ/g)
an Tag 113. Während in der KoG der Beitrag der dl-PCBs zum TEQ dominierte
(≥ 50 %), waren es in der VG 112 die Dioxine, die etwa 2/3 ausmachten. Es
bestand also ein umgekehrtes Verhältnis dieser beiden Stoffgruppen in den
Lebern der KoG und VG. Die Ursache dafür ist in der generell niedrigeren toxikologischen Gewichtung (TEFs) der dl-PCBs zu sehen. Auch wenn die Unterschiede zwischen den Schlachttagen der KoG für die TEQs nicht signifikant
waren, zeigten sich diese für folgende Kongenere (Mann-Whitney U Test).
Innerhalb der ersten Hälfte des Versuchs zeigte sich eine signifikante Reduktion
für 1,2,3,4,7,8 HxCDD; 2,3,7,8 TCDF; 1,2,3,4,7,8 PeCDF und eine Erhöhung für
die beiden siebenfach chlorierten Furane. Nach der 112-tägigen Fütterung zeigten sich im Vergleich zur KoG signifikant niedrigere Gehalte für 2,3,7,8 TCDD;
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1,2,3,7,8 PeCDD; 1,2,3,4,7,8 HxCDD in der Leber, während sich die 7- und
8-fach chlorierten Furankongenere anreicherten. Von Tag 1 auf Tag 113 kam es
für die dl-PCB Kongenere 156, 189 und 169 zu einer Reduktion, während das dlPCB 126 kontinuierlich anstieg. Die VG 112 wies generell höhere PCDD/F Konzentrationen auf, aber insbesondere für die 6- bis 8-fach chlorierten Kongenere
mit Ausnahme des 1,2,3,7,8,9 HxCDF.
Abb. 1: TEQ-Gehalte in der Leber pro g Frischgewicht der KoG und der VG
112 (Mean±SD) im Vergleich zu den Höchstgehalten der VO (EU) Nr.
1067/2013 (Analytik RIKILT).
3.3Fettgewebe
An Tag 113 wurden Nierenfett (NiF), Muskelfett (MuF), Netzfett (NeF) und Unterhautfett (UnF) analysiert. Im Vergleich zu den Lebern dominierten im Fettgewebe die dl-PCBs den TEQ von Beginn an in der KoG, mit Ausnahme des MuF
an Tag 1. Auch in der VG 112 nahmen sie einen deutlich größeren Anteil ein als
in der Leber, was den Rückschluss zulässt, dass PCDD/Fs eine höhere Affinität zur Leber (↓CYP 1a Aktivität) aufweisen. Im Verlauf der Fütterung mit KoGP,
reduzierte sich der TEQ im MuF soweit, dass er signifikant verschieden zwischen den an Tag 1 und Tag 113 geschlachteten Tieren war (p = 0,029*), während sich für die dl-PCBs die Tendenz einer Erhöhung darstellte (p = 0,057).
Die Gesamt-TEQs blieben für die KoG über die Versuchsdauer konstant. An
Tag 113 unterschieden sich alle Fette in Bezug auf den Gesamt-TEQ, den
PCDD/F-TEQ und den dl-PCB-TEQ signifikant über den Faktor Versuchs-
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gruppe. In der VG 112 war der Anteil der Dioxine am TEQ deutlich erhöht im Vergleich zu der KoG (Abb. 2).
Abb. 2:
Mittlere TEQ-Konzentrationen in pg TEQ/g Fett in den Fettgeweben
der KoG und der VG 112. (Mean±SD) (Analytik Tag 1 + 56: RIKILT;
Tag 113: BfR)
Betrachtet man die unterschiedlichen Fettgewebe unter der Zusammensetzung des TEQ, zeigt der Gesamtüberblick ein homogenes Bild zwischen den
Fetten innerhalb einer Gruppe, sowohl in der Zusammensetzung, als auch in der
Gesamtkonzentration nach 112 Tagen Fütterung. Zwischen den TEQ-Gehalten
der Fettgewebe einer Gruppe waren keine signifikanten Unterschiede festzustellen (Tuckey Test), mit der Ausnahme, dass in der Versuchsgruppe die Konzentration im NeF signifikant höher war als im UnF, während sich die Konzentrationen der Einzelkongenere zum Teil signifikant unterschieden (Tuckey Test).
Meist dominierte das NiF gegenüber MuF und UnF. Während in der KoG (113)
die beiden HxCDD, 2,3,7,8 TCDF, 1,2,3,7,8 PeCDF, 1,2,3,6,7,8 HxCDF im NiF
deutlich höher konzentriert waren, zeigte das dl-PCB 81 im NeF gegenüber
MuF, ndl-PCB 52 im MuF gegenüber UnF und ndl-PCB153 im UnF im Vergleich
zu MuF höhere Konzentrationen. Für die VG 112 (Tag 113) zeigte das 2,3,7,8
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TCDD im NeF höhere Konzentrationen als im UnF, bei den sechs und siebenfach chlorierten Kongeneren dominierte das NiF signifikant über UnF oder MuF
oder über beide.
4.Fazit
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Leber als Akkumulationsorgan,
insbesondere für Dioxine bestätigt wurde. Unterschiede in der Anreicherung
zwischen den einzelnen Fettkompartimenten in Bezug auf die TEQ Summengehalte waren nur bei der Fütterung hkGP über die gesamte Versuchsdauer
feststellbar, während sie in der KoG einheitlich blieben. Für die absoluten Konzentrationen der Einzelkongenere zeigten sich jedoch Unterschiede, so dass
identische TEQ Konzentrationen innerhalb der Fettgewebe zu erwarten sind
mit einer gegebenenfalls vorhandenen Kongenerenverschiebung. Insgesamt
stellt das UnF einen guten Indikator der Kontamination des verzehrsfähigen intramuskulären Fettes dar, sowohl für die Konzentrationen der Einzelkongenere
als auch für die TEQ Gehalte, wie Marchand et al. (2010) auch an Rindern zeigten. In den Geweben reduzierte sich das Verhältnis der Futtermittel von Faktor
5,3 auf 1,3 zwischen KoG und VG 112. Eine mögliche Ursache für die hohen dlPCB TEQ Gehalte in der KoG wird in dem Einfluss des Strohs gesehen. Dl-PCBs
sollten in Zukunft stärkere Beachtung finden, da sie in der Umwelt auch auf unkritisch erscheinenden Flächen sehr präsent sind, wie das Beispiel Weizenstroh,
welches in Berlin-Tempelhof erzeugt wurde, eindrucksvoll beweist. Eine Publikation mit den vollständigen Ergebnissen und deren Modellierung wurde eingereicht.
5.Literaturangaben
Berg, M.V., Birnbaum, L.S., Denison, M., Vito, M.D., Farland, W., Feeley, M.,
Fiedler, H., Hakansson, H., Hanberg, A., Haws, L., Rose, M., Safe, S.,
Schrenk, D., Tohyama, C., Tritscher, A., Tuomisto, J., Tysklind, M.,
Walker, N., Peterson, R.E., 2006: The 2005 world health organization
re-evaluation of human and mammalian toxic equivalency factors for
dioxins and dioxin-like compounds. Toxicol. Sci. 93, 223-241.
Bruns-Weller, E., Knoll, A., Heberer, T., 2010: High levels of polychlorinated
dibenzo-dioxins/furans and dioxin-like PCBs found in monitoring inves-
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tigations of sheep liver samples from lower Saxony, Germany. Chemosphere 78, 653-658.
EFSA, European Food Safety Authority, 2011.: Scientific Opinion on the risk to
public health related to the presence of high levels of dioxins and dioxin-like PCBs in liver from sheep and deer. EFSA Journal 9(7:2297), 71.
Hoogenboom, R.L.A.P., Stark, M.L., Spolders, M., Zeilmaker, M.J., Traag, W.A.,
ten Dam, G., Schafft, H.A. (im Druck). Kinetics of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and furans, and PCBs in young sheep. Chemosphere.
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Bizec, B., 2010: Predicting PCDD/F and dioxin-like PCB contamination
levels in bovine edible tissues from in vivo sampling. Chemosphere 80,
634-640.
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Kriterien zur Harmonisierung und Vereinbarkeit
nachhaltiger Nährstoffversorgung von Böden,
Pflanzen, Tieren und Menschen im Einklang
zugleich von sozialen (Suffizienz), ökologischen
(Konsistenz) und ökonomischen (Effizienz)
Notwendigkeiten, exemplarisch dargestellt
insbesondere am Beispiel Deutschlands
K. Isermann, R. Isermann
Büro für Nachhaltige Ernährung, Landnutzung und Kultur (BNELK), Hanhofen
1.Einleitung
Bei systemarer (holistischer d. h. ganzheitlicher) Betrachtungsweise und
Bewertung zugleich einerseits des gesamten Ernährungssystems von Landwirtschaft (Produzenten), Humanernährung in Haushalten (Konsumenten)
sowie entsprechender Abwasser- und Abfallwirtschaft (Destruenten) und andererseits von Menschen und deshalb auch von Böden, Pflanzen und Tieren, ist es
hier das Bestreben, auf der Grundlage der AGENDA 21 von RIO (1992) Kriterien
zur Nährstoffnachhaltigkeit insbesondere bezüglich der Nährelemente C, N, P,
K, S auszuweisen.
Konkretes Ziel dieses Beitrages ist also im Sinne einer nachhaltigen (De-)Intensivierung (s. auch Beitrag hier Taube, VDLUFA-Kongress 2014):
1. Eine emissionsneutrale Ernährung der Bevölkerung einer definierten
Region (z. B. Deutschland) mit einer ebensolchen Landwirtschaft sowie
Abwasser- und Abfallwirtschaft [= KONSISTENZ],
2. welche zugleich den Ernährungsbedürfnissen und ethischen Forderungen
(z. B. Verhinderung von Tierleid) der Menschen gerecht wird [=SUFFIZIENZ],
3. mit nur noch dementsprechender Nahrungsmittelproduktion und angemessenen Agrarproduktpreisen, welche zugleich die ökologische, soziale und
ökonomische Wertschätzung (Wahrheit) beinhalten, ohne jegliche Notwendigkeiten von Subventionen [= (monetäre) EFFIZIENZ],
4. mit Zielerreichung bis 2020 (Nachhaltigkeitsstrategie für Deutschland 2002)
vs. 2050 (UBA 2014a).
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Hingegen wird hier beim Kongress die Landwirtschaft mit dem Generalthema
„Nährstoffbedarf und Nährstoffversorgung von Pflanze und Tier“ in erster Linie
nur sektoral mit dem Ziel der Ertragsmaximierung betrachtet, ohne zugleich die
weitaus geringeren Bedürfnisse der Menschen z. B. von Deutschland hinsichtlich ihrer Ernährung zu berücksichtigen.
2.
Grundlagen zur Ausweisung o. a. Kriterien sind die entsprechenden Inhalte von:
1. ca. 180 Publikationen von BNELK im Zeitraum 1994 bis 2014 [hier zitiert als
„BNELK“], wie z. B. Isermann und Isermann (2009, 2013 und hier 2014)
2. Umweltbundesamt (UBA) 2014a: Treibhausgasneutrales Deutschland im
Jahre 2050
3. Umweltbundesamt (UBA) 2014b: Rechtliche und andere Instrumente für
vermehrten Umweltschutz in der Landwirtschaft.
Die somit nachfolgend ausgewiesenen Kriterien sind dann Bestimmungsmerkmale von Nähr-Stoffstrom-Analysen, ihrer (nicht-) nachhaltigen Bewertungen
und Harmonisierungen im gesamten Ernährungssystem von Landwirtschaft,
Humanernährung der Haushalte sowie entsprechender Abwasser- und Abfallwirtschaft.
3.
Ergebnisse, Diskussion, Schlussfolgerungen
A) Vorleistungen der Nichtlandwirtschaft, insbesondere des Energiebereiches
einschließlich Verkehr
1. Bei gleichzeitigen Energieeinsparungen nur noch Nutzung nicht fossiler
(„erneuerbarer“) Energieformen (Wasser, Wind, Solar- und Bioenergie)
(UBA 2014a).
2. Keine Nutzung von Kernkraft (UBA 2014a).
3. Kein Carbon Capture and Storage (CCS) (UBA 2014a).
4. Keine (längerfristige) C-Sequestrierung in Land- und Forstwirtschaft
(BNELK; UBA 2014a).
5. Abnahme der Bevölkerung von 82,5 Mio. (2010) auf 72,2 Mio. (2050)
(UBA 2014a).
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B) Kriterien nachhaltiger Ernährung und Bioenergiewirtschaft mit den sieben
bzw. acht Akteuren: Politik  Haushalte, Landwirtschaft, Nahrungs- und
Futtermittel-Industrie, Abwasser- und Abfallwirtschaft, Handel und Energiewirtschaft im Sinne nachhaltiger (De-) Intensivierung:
1. Humanernährung: Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und
auf die Landwirtschaft: Konsistenz und Effizienz durch Suffizienz. Durch
z. B. folgende 15 Autoren erfolgte die Einforderung von Suffizienz hinsichtlich der Konsumtion an tierischen Nahrungsmitteln, insbesondere
von Fleisch, in der Humanernährung und entsprechender Produktion der
Landwirtschaft bezüglich gesundheitlicher, sozialer und ökologischer
und deshalb auch langfristig ökonomischer, also insgesamt nachhaltiger Anforderungen, umgesetzt u. a. durch deren entsprechende erhöhte
Besteuerung, z. B. in Deutschland von 19 % anstelle von 7 % (BNELK,
1994 bis 2014 z. B. Isermann und Isermann, 2009 und 2013, Van der
Ploeg, 2002; Thaler und Zessner, 2009; ENA, 2009 und 2014; BLU und
ETH Zürich, 2010, Ekardt et al., 2010, Ekardt, 2011, SRU, 2012, HeinrichBöll-Stiftung et al., 2012 und 2014; WWF, 2012; FÖS, 2013, Cordts et al.,
2013; Westhoek, 2014; UBA, 2014a).
a. Anpassung der Produktion (Landwirtschaft) insbesondere an tierischen Nahrungsmitteln (Fleisch(~erzeugnisse), Milch (~erzeugnisse), Eiern) an den Konsum einer gesunden Ernährung (Haushalte),
entsprechend den Empfehlungen der Ernährungswissenschaft (z. B.
DACH-Referenzwerte, 2001, DGE, 2012) mit z. B. maximal tolerierbarem Fleischkonsum: 64 g/Person * d-1 = 450 g/Person * w-1 = 23,4 kg/
Person * a-1 (BNELK; UBA, 2014a). Dementsprechend erfolgt die Ausrichtung der Selbstversorgungsgrade von Nahrungsmitteln hier nicht
an der weitaus zu hohen Nachfrage, sondern am Bedarf der Bevölkerung. Hierzu wird auf die dementsprechenden nachhaltigen Einforderungen dieser o. a. 15 Autoren verwiesen zur Suffizienz bei der Konsumtion und entsprechender Produktion tierischer Nahrungsmittel,
insbesondere von Fleisch (Milch und Eiern) am Beispiel von Deutschland, EU-27 und sogar aller Industrieländer. Dies kommt einer notwendigen Reduktion der Tierbestände von 50-60 % gleich.
b. (Mindestens) 50 % der Lebensmittel-Vergeudung z. B. durch Missmanagement (besonders im Gemüsebau), Verderbnis und Abfall (u. a.
Verfallsdatum) sind vermeidbar (BNELK, UBA, 2014a).
2. Landwirtschaft: Auswirkungen auf Umwelt, Mitwelt und Nachwelt. Auch
hier: Konsistenz und Effizienz durch Suffizienz.
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a. Reduktion der Tierbestände um ca. 55 % (EU-27: 65 %) hat erste Priorität auf der Grundlage eines aus nachhaltiger Sicht maximal tolerierbaren Tierbestandes von 0,1 GV/E (= 50 kg Lebendgewicht Tier/
durchschnittliches Lebendgewicht Mensch 60 kg) und einer max. Tierbestandsdichte von 1,0 GV/ha der mit Nährstoffen (bes. P und K) versorgbaren LF (aktuell 2010: 47 % der viehhaltenden Betriebe mit 59 %
ihrer LF) entsprechend den Gehaltsklassen A und B  Multifunktionalität hinsichtlich nachhaltiger Auswirkungen dieser zukünftig reduzierten
Tierbestände und (BNELK; UBA, 2014a).
b. Import- und Exportminimierung besonders der emissionsreichen tierischen Agrarprodukte zur Vermeidung von Leakage; Beschränkung auf
Notwendigkeiten (BNELK, UBA, 2014a).
c. Biogasproduktion mit 80 % der um ca. 55 % reduzierten Wirtschaftsdünger (UBA, 2014a).
d. Steigerung der N-Produktivität (Effizienz) der Wirtschaftsdünger von 30
auf 60 %, der Mineraldünger von 80 auf 90 % (BNELK, UBA, 2014a).
e. Nationales N-Überschusssaldo: max. 50 kg N/ha LF * a-1 (Hoftor-Bilanz)
bis 2020 (BNELK; UBA, 2014a).
f. bei einer N-Deposition nur noch von 10 kg N/ha LF * a-1 und somit NH3-NEmissionen der Landwirtschaft von max. 10 kg N/ha LF * a-1 = 5 kg N/ha
GF * a-1 (BNELK, UBA, 2014a).
g. Nachhaltige Optimierung der P- und K-Versorgung der Böden
(BNELK):
• Abreicherung der P- und K-Gehaltsklassen C, D und E auf
Gehaltsklasse B, entsprechend 3-5 mg CAL-/DL-P/100 g Boden
bzw. 5-10 mg CAL-/DL-K/100 g Boden (mittlere Böden) und entsprechende Anreicherung der Gehaltsklasse A auf Gehaltsklasse
B.
• Demzufolge längerfristiges negatives P-Saldo von -8 kg P/ha
LF * a-1 bzw. K-Saldo von -10 kg K/ha LF * a-1.
• Währenddessen sind nur noch 27 % bzw. 22 % der LF hinsichtlich P bzw. K düngungswürdig.
h. Suffizienz bewirkt bereits zu 40-60 % der erforderlichen Konsistenz hinsichtlich der Emissionen an (reaktivem) C, N, P, K (S) sowie der entsprechenden Umweltbelastungen und hat erste Priorität auch hinsichtlich
ihrer Multifunktionalität von weiteren nachhaltigen Auswirkungen, wie
z. B. auf menschliche Gesundheit, Nahrungsmittelqualität, Schonung
der Versorgungsressourcen (besonders Energie  N, mineralisch P),
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mehr Nahrung für die Dritte Welt, weniger Futterflächen, keine Rucksack-Emissionen wegen unterlassener Futter- und NahrungsmittelImporte bzw. –Exporte, Wegfall von Subventionen, weniger Tierpharmaka, weniger Tierleid (Van der Ploeg, 2002, BNELK, UBA, 2014a).
i. Flankierende technische Maßnahmen zur Emissionsminderung
haben sodann zweite Priorität und erfolgen zukünftig nicht entsprechend den allgemein anerkannten Regeln der Technik (ART), sondern mit bester verfügbarer Technik (BVT) (UBA, 2014a).
j. Kein Energiepflanzenanbau mit Nahrungs- und Futtermittel-Pflanzen. Bioenergie-Gewinnung nur noch aus Rest-und Abfallstoffen
(u. a. auch aus Stroh und Wirtschaftsdüngern sofern nachhaltige
Humusbilanzen aufrechterhalten werden) (BNELK; UBA, 2014a).
k. Weiterhin stoffliche Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen (UBA,
2014a).
l. Kein Umbruch von Grünland und keine Moorkultivierung (Wiedervernässung). Dadurch entfallen C, N, P (S) und THG-Emissionen durch
LULUC zu ca. 80 % (BNELK; UBA, 2014a).
m. Keine Anrechnung von C-Sequestrierung in Böden und Aufwuchs von
Landwirtschaft und Forstwirtschaft (BNELK, UBA, 2014a).
n. Optimierung der Bodenfruchtbarkeit nicht nur aus ökonomischer
(„Wirkungsanteil des Boden am Ertrag“), sondern auch aus ökologischer (tolerierbare C-, N-, P-, S-Emissionen) und sozialer (bedarfsorientierter Ertragsanteil) Sicht (BNELK).
3. Abwasser-und Abfallwirtschaft. Nutzung von unbelasteten Klärschlämmen (~produkten) und anderen Sekundärrohstoff-Düngern mit höherer
Produktivität (Effizienz), insbesondere hinsichtlich der Nährstoffe C, N
und P (BNELK; UBA, 2014a).
C) Durch Umsetzung der in A) und B) aufgeführten Kriterien zu zukünftig nachhaltigen Wirtschafts- und Lebensweisen verringern sich entsprechend
Tabelle 1 z. B. die Emissionen an Treibhausgasen (THGs) in Deutschland
im Zeitraum 2007/2010 bis 2050 von 11,5 t CO2Äq/E * a-1 um 94 % auf 0,83 t
CO2Äq/E * a-1 gemessen am weltweiten Zielwert von sogar 2,4 t CO2Äq/E * a-1.
Jene Emissionen an THGs des Agrarsektors verringern sich von 1,59 t
CO2Äq/E * a-1 um 84 bzw. 86 % auf 0,29 (6 % ökologischer Landbau) bzw.
0,26 t CO2Äq/E * a-1 (20 % ökologischer Landbau), im Wesentlichen bewirkt
durch eine Reduktion der Tierbestände um 60 bzw. 45 %.
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Tab. 1: Treibhausgasneutrale(r) Landwirtschaft und Agrarsektor als
Bestandteile eines insgesamt treibhausneutralen Deutschlands bis
2050 (UBA, 2014a).
Tab.1: Treibhausgasneutrale(r) Landwirtschaft und Agrarsektor als Bestandteile eines insgesamt treibhausneutralen
Deutschlands bis 2050:
Ergebnisse (UBA-Texte Climate Change 07/2014) (UBA 2014a)
Treibhausgasemissionen [ Mio. t CO2 Äq / Jahr ]
Einwohner [ Mio. E ]
Deutschland (2010): 82,5 (2050): 72,2
Welt
(2010) 7 250, (2050): 9 200
Ist 2007 / 2010:
= Bezugsjahr
Konventionell (Öko 6%)
1. Vorleistungen und Energie
2. Landwirtschaft
…davon:
2.1 Quellgruppe Landwirtschaft
2.2 LULUC
2.3 Bilanz Importe vs. Exporte
…davon anteilig:
2.3.1 Fleisch
2.3.2 Getreide
3. Agrarsektor (1. + 2.)
4. Belastungen von Importländern durch
Agrarexporte (Rucksack-Emissionen)
5. Vergleiche:
5.1 Deutschland
5.2 Welt
Szenarien 2050
Konventionell (Öko 6%)
23,84
Öko 20%
0,72
0,73
(1,31 t CO2 Äq/E. a)107,72 (100) (0,39 t CO2 Äq/ E . a) 28,17(26)
(0,36 t CO2 Äq/E .a) 25,7(24)
(0,76 t CO2 Äq/ E . a) 62,60 (100) (0,49 t CO2 Äq/ E . a)35,00 (56) (0,49 tCO2 Äq/ E . a)35,0 (56)
37,50
8,00
8,00
7,62
-14,83
-17,26
2,26
-5,70
-10,39
-3,93
-10,48
-8,74
(1,59 t CO2 Äq/ E . a)131,56 (100) (0,29 t CO2 Äq/E . a) 20,90(16) (0,26 t CO2 Äq/E . a)18,5 (14)
[14]
10,60 (100)
[100] 947 = 11,5 t CO2 Äq/E . a
49 000 = 6,8 t CO2 Äq /E . a
[35]
17,60 (166)
[31]
21,40 (202)
[100] 60 = 0,83 t CO2 Äq /E . a = -94 %
22 000 = 2,4 t CO2 Äq/ E . a = -55%
UBA (2014a): „Wir haben in dieser Studie zwar vorwiegend technische Lösungsoptionen untersucht, nehmen aber z.B. für die
Landwirtschaft an, dass sich die Menschen im Jahr 2050 gesund ernähren – das heißt z.B. weniger Fleisch essen als heute. Damit gehen
die Tierbestände deutlich zurück. Nur so lassen sich die Emissionen in der Landwirtschaft weit genug senken, ohne dass es zu LeakageEffekten durch massiven Mehrimport von Fleisch kommt“
re1938b
D)Das Ziel des UBA einer treibhausgasneutralen Landwirtschaft innerhalb
eines insgesamt treibhausgasneutralen Systems Ernährung erfüllt bereits
zu ca. 80 % das Ziel einer insgesamt emissionsneutralen Landwirtschaft
und ebensolcher Ernährung, also die nachhaltige Nährstoff-Versorgung der
Menschen sowie demzufolge auch der landwirtschaftlich genutzten Böden,
Pflanzen und Tieren. Ergänzungsbedarf besteht nur noch hinsichtlich der
Kriterien für nachhaltige P-und K-Haushalte (BNELK).
E) Die Umsetzung der nachhaltigen Ernährung durch die Politik und notwendige Novellierungen hier der nährstoffrelevanten Agrargesetzgebung.
1. Zunächst fällt der Steuerpolitik die Aufgabe zu, über entsprechende
Agrarpreise, welche nunmehr die ökonomische, ökologische und soziale
Wahrheit beinhalten, die Einkommensauskömmlichkeit der Landwirte
zu gewährleisten. Dies ist verbunden mit der Auflage der Quotierung der
Agrarproduktion, orientiert nur noch am einheimischen Bedarf und unter
Vermeidung von Subventionen (BNELK).
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2. Die Novellierung der Agrargesetzgebung
a. beinhaltet den notwendigen Übergang von der bisherigen vorwiegend
selbst bewirkten Privilegierung der Landwirtschaft – also Vorteilsgewährung und Vorteilsnahme durch die Landwirtschaft – im Umweltrecht mit zugrundeliegendem Ordnungsrecht
b. zur ökosozialen Marktwirtschaft, d. h. einer konsistenten (umweltbewahrenden), weil hinsichtlich Konsumtion und entsprechender Produktion nunmehr suffizienten (genügsamen) und u. a. auch deshalb
hinsichtlich des Einsatzes an Boden, Arbeit und Kapital effizienten
Marktwirtschaft (Ekardt et al., 2008 und 2010, SRU, 2012, Isermann
und Isermann, 2013, UBA, 2014b, BNELK, UBA, 2014a und 2014 b).
F) Die soziale, ökologische und ökonomische Gesamtrechnung eines zukünftig insgesamt nachhaltigen und emissionsneutralen Ernährungssystems,
bemessen am Ist-Zustand und unter Berücksichtigung aktueller Gesundheitsschäden von ca. 90 Mrd. € / a und monetär unbekannter Umweltschäden (x) sowie entfallender Subventionen von 10 Mrd. € aber zukünftiger
Mehrwertsteuer-Belastung von 24 Mrd. € ergibt eine (unvollständige) winwin-Situation für die Volkswirtschaft von Deutschland von 90 + x + 10 - 24
= >> 76 Mrd. €/a.
4.Literaturangaben
AGENDA 21 von Rio, 1992: Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und
Entwicklung. Rio de Janeiro, Juni 1992, 359 S.
Bundesregierung, 2002: Nachhaltigkeitsstrategie für Deutschland, Vorlage
zum Welt-Klimagipfel in Johannesburg (www.nationale-nachhaltigkeitsstrategie.de).
BLU und ETH Zürich, 2010: N-Bilanz der Schweiz 1990 / 2007 und Soll 2020.
Cordts, A., Duman, N., Grethe, H., Nitzko, S., Spiller, A., 2013: Auswirkungen
eines verminderten Konsums von tierischen Produkten in Industrieländern auf globale Marktbilanzen und Preise für Nahrungsmittel. In: Sicherung der Welternährung bei knappen Ressourcen. Schriftenreihe Rentenbank. Band 29, 103-135.
DACH, 2001: Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr 1. Auflage, Umschau
Braus GmbH, Verlagsgeselllschaft, Frankfurt/M., 240 S.
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DGE (Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V.), 2012: 12. Ernährungsbericht
2012, 427 S.
Ekardt, F., Heym, A., Seidel, J., 2008: Die Privilegierung der Landwirtschaft im
Umweltrecht. Zeitschrift für Umweltrecht 2008, 169 ff.
Ekardt, F., Holzapfel, N., Ulrich, A.E., 2010: Nachhaltigkeit im BodenschutzLandnutzung und Ressourcenschonung: Phosphor-Düngung und
Bodenbiodiversität als Rechtsproblem. Umwelt- und Planungsrecht
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European Nitrogen Assessment (ENA), 2014: Nitrogen on the Table. ENA Special Report on Nitrogen and Food, 5 p.
European Nitrogen Assessment (ENA), Nitrogen in Europe (NIE), International
Nitrogen Initiative (INI), COST 729, 2009: Barsac Declaration for a demiterian diet, 5 S.
Forum Ökologische-Soziale Marktwirtschaft FÖS, 2013: Ökonomische Instrumente für eine Senkung des Fleischkonsums in Deutschland. Autoren: S.
Buschmann und E. Meyer. Studie im Auftrag von Greenpeace, Mai 2013,
67S.
Heinrich-Böll-Stiftung, BUND, Monde diplomatique: Fleischatlas 2012 und
2014.
Isermann, K., Isermann, R., 2009: Umsetzung eines N-Überschusssaldos der
Landwirtschaft von 50 kg N/ha LF * a-1 bis 2020 als wesentliches Teilziel
der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie für ein Nachhaltiges Deutschland (2002/2008). VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 65,II, 79-86, Kongressband 2009 Karlsruhe, VDLUFA-Verlag Darmstadt.
Isermann, K., Isermann, R., 2013: Notwendige nachhaltige Novellierungen,
Integration und Umsetzung entsprechender EU-(Rahmen)Richtlinien
und nationaler Regelwerke mit den Zielsetzungen künftig (2020) nachhaltiger C-, N-, P-, K-,(S-)Haushalte insbesondere der Landwirtschaft
innerhalb des Ernährungsbereiches Vorträge: 1. Jahrestagung der DBG
am 07.-12. Sept. 2013 in Rostock . 2. VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 69, 102.
Kongressband 2013 Berlin, VDLUFA-Verlag Darmstadt.
Sachverständigenrat für Umweltfragen SRU, 2012: Umweltgutachten. Verantwortung in einer begrenzten Welt. Juni 2012. Erich Schmidt Verlag. 422 S.
Taube, F., 2014: Nährstoffversorgung von Pflanzen und Tieren im Spannungsfeld Ökonomie und Ökologie. VDLUFA-Schriftenreihe Bd. 70, Kongressband 2014 Stuttgart, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.
Thaler, S., Zessner, M., 2009: Human nutrition as key to nutrient emissions into
water. Beitrag WG 4, COST ACTION 869, 24.-26. Juni 2009, Notwill/CH.
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UBA (Umweltbundesamt), 2014a: UBA-Texte: Climate Change 07/2014: Treibhausgasneutrales Deutschland im Jahre 2050, 346 S.
UBA (Umweltbundesamt), 2014b: UBA Text 42/2014: Rechtliche und andere
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Westhoek, H., 2014: Food choices, health and environment: Effects of cutting of
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WWF (World Wide Fund For Nature), 2012: Tonnen für die Tonne, Hrsg. WWF
Deutschland, Berlin. Medialogik GmbH, Karlsruhe, 51 S.
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Vergleichender Einsatz von Luzerneheu und
Gerstenstroh in Trockenmischrationen für Kälber
S. Hoppe1, C. Hoffmanns1, S. Beintmann1, A. Menke2, M.
Pries2
1
2
Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, VBZL Haus Riswick, Kleve
Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, Münster
1.Einleitung
In den ersten sechs Lebenswochen steht die intensive Versorgung mit Milch im
Vordergrund der Ernährung des Kalbes. Für die Kälberaufzucht mit Milchaustauschern (MAT) empfiehlt die DLG seit 2011 den Einsatz von 160 g MAT pro Liter
bei einer täglichen Tränkemenge von 6 Litern. Gleichzeitig wird in der Kälberaufzucht ein rascher Übergang vom Monogastrier zum Wiederkäuer angestrebt.
Um die Kälber möglichst früh zur Aufnahme von festem, strukturiertem Futter zu
animieren, hat sich der Einsatz von Trockenmischrationen aus gehäckseltem
Gerstenstroh sowie Kälberkraftfutter (KF) bewährt. Die Ration fördert neben
einer Volumenvergrößerung des Pansens auch die Entwicklung der Pansenzotten (Dusel et al., 2009). Einige Mischfutterhersteller bieten auch fertige Trockenmischrationen mit Luzerneheu an. Zudem steht auf vielen landwirtschaftlichen
Betrieben Luzerneheu zur Verfügung, das in der Milchviehfütterung zur Strukturversorgung eingesetzt wird. Es stellt sich die Frage, ob dieses künstlich getrocknete Luzerneheu hinsichtlich Akzeptanz und tierischer Leistungen ebenso wie
Gerstenstroh zur Erstellung von Trockenmischrationen für Kälber geeignet ist.
2.
Im VBZL Haus Riswick wurde hierzu von Herbst 2013 bis Frühjahr 2014 ein
Fütterungsversuch mit insgesamt 56 männlichen und weiblichen Kälbern der
Rasse Deutsche Holsteins in drei Gruppen durchgeführt. Die ersten sieben
Lebenstage verbrachten die Kälber in Einzelhaltung, bevor sie zu Beginn der
zweiten Lebenswoche in die Gruppen umgestallt wurden, in denen sie für 150
Versuchstage (VT) verblieben. Hierbei wurden das Geburtsgewicht und die
Laktationsnummer der Mutter berücksichtigt. Die verschiedenen Versuchsabschnitte und Fütterungsregime sind in Abbildung 1 dargestellt.
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Abb. 1:
Fütterungs- und Tränkeplan
Die Kontrollgruppe mit Beifütterung der Trockenmischration mit Gerstenstroh
war wie die Versuchsgruppe, in der statt Stroh Luzerneheu eingesetzt wurde, mit
je 20 Kälbern besetzt. Um das Akzeptanzverhalten der Kälber zu testen wurde
ebenfalls ein Wahlversuch mit 16 Kälbern und beiden Trockenmischrationen im
gleichzeitigen Angebot durchgeführt. Die Zusammensetzung und die Nährstoffgehalte der Trockenmischrationen sind in Tabelle 1 aufgezeigt.
Tab. 1:
Zusammensetzung der Trockenmischrationen
Stroh/Kraftfutter
Luzerne/Kraftfutter
13 % / 87 %
25 % / 75 %
TM, g/kg
871
874
XA, g/kg TM
75
86
Gewichtsanteile
XP, g/kg TM
190
193
XL, g/kg TM
42
39
XF, g/kg TM
109
126
ME, MJ/kg TM
12,0
11,9
Für alle Kälber wurde täglich tierindividuell die Tränkeaufnahme ermittelt. Die
Futteraufnahmen der Trockenmischrationen bzw. der Kuhration wurde täglich
als Gruppenmittel aufgezeichnet. Zur Geburt, zur Einstallung in die Gruppe und
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nachfolgend am 15., 35., 70., 110. und 150. VT wurden die Kälber gewogen und
der Bauchumfang sowie die Rippentiefe gemessen.
Die statische Auswertung der Daten erfolgte mit Hilfe des Programms IBM
SPSS Statistics 22 (IBM, USA). Die Auswertung der tierindividuellen Daten
wurde nach dem allgemeinen, linearen gemischten Modell mit einer univariaten
Kovarianzanalyse unter Verwendung des nachfolgen Modells durchgeführt:
yijkl =
wobei:
yijkl µ Gruppei
Geschlechtj Kalbk eijkl µ + Gruppei + Geschlechtj + Kalbk + eijkl
= k-te Beobachtung
= Stichprobenmittel
= fixer Effekt der i-ten Versuchsgruppe
= fixer Effekt der j-ten Geschlechts
= zufälliger Effekt des k-ten Kalbes
= zufälliger Restfehler
3.Ergebnisse
Die Milchaufnahme war in allen drei Versuchsgruppen identisch, so dass diese
für die weiteren Auswertungen nicht berücksichtigt wurde. Die Kälber im Wahlversuch, denen über die ersten 110 Versuchstage beide Formen der Trockenmischration zur Aufnahme vorgelegt wurden, zeigten eine deutliche Präferenz
der aufgenommenen Mengen hin zur Stroh-KF-Trockenmischration. Hiervon
nahmen die Kälber im Mittel 748 g TM/d auf im Vergleich zu 420 g TM/d bei der
Luzerne-KF-Trockenmischration. Die gesamten TM-Aufnahmen aus dem Beifutter sind für die verschiedenen Versuchsabschnitte in Abbildung 2 dargestellt.
Diese variieren zwischen 700 g TM/d und 866 g TM/d bis zum 70. Versuchstag
und steigen bis zum Ende des Versuchs auf Werte bis zu 5 kg TM/d an. Bei den
Gruppen, die zu Versuchsbeginn geringere TM-Aufnahmen realisieren, konnten etwas höhere TM-Aufnahmen v. a. im letzten Versuchsabschnitt nach dem
110. VT beobachtet werden.
Im Verlauf des Versuchs wurden zu verschiedenen Zeitpunkten die Lebendmassen sowie der Bauchumfang und die Rippentiefe aller Kälber erfasst. Die
Daten der Lebendmasse für die drei Versuchsgruppen zeigt Abbildung 3.
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Abb. 2:
Gruppenmittelwerte der TM-Aufnahmen aus Beifutter
Abb. 3:
Entwicklung der Lebendmasse in den Versuchsgruppen
Die Gewichtsentwicklungen verlaufen über alle Fütterungsregime ähnlich.
Unterschiede in den Lebendmassen sind zufällig und beruhen nicht auf statistisch abzusichernden Effekten. Aus diesem Grund sind folglich auch die täglichen Zunahmen der Kälber auf einem vergleichbaren Niveau. Über den gesamten Versuchszeitraum nahmen die Kälber der Stroh-KF-Gruppe 975 ±105 g/d
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zu. Etwas niedriger lagen die täglichen Zunahmen bei den Kälbern der Versuchsgruppe, in deren Trockenmischration Stroh durch Luzerne ersetzt wurde,
mit 957 ±100 g/d. Die höchsten täglichen Zunahmen realisierten die Tiere im
Wahlversuch mit 989 ±89 g/d. Ebenso bestehen keine gravierenden Unterschiede in den Streuungen innerhalb der Fütterungsgruppen.
Als Maßstab für die körperliche Entwicklung der Kälber wurden als Indikatoren
der Bauchumfang und die Rippentiefe herangezogen. In Abbildung 4 sind die
Ergebnisse der Messungen des Bauchumfangs zusammengestellt. Signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen bestehen in diesem Merkmal nur am
70. VT (p < 0,05), eine Woche nach dem Absetzen von der Milch. Zum Versuchsende am 150. VT sind keine Unterschiede festzustellen.
Abb. 4:
Entwicklung des Bauchumfangs in den Versuchsgruppen
Deutlicher, aber im Verlauf des Versuchs uneinheitlich in der Entwicklung, sind
die Ergebnisse für die Messungen der Rippentiefe (Abb. 5). Am 15. VT haben die
Kälber der Luzerne-KF-Gruppe eine um ca. 2,5 cm größere Rippentiefe als Kälber der anderen beiden Gruppen (p < 0,01). Die Differenzen am 35. und 70. VT
sind zufällig. Am 110. VT haben die mit Stroh-Trockenmischration gefütterten
Kälber die geringste Rippentiefe mit 52,2 cm (p < 0,05). Zum Versuchsende hin
holen diese Tiere wieder auf, so dass dann die Kälber, die ausschließlich die
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Luzerne-Trockenmischration zur Aufnahme hatten, die geringste Rippentiefe
aufwiesen (p < 0,05). Sie bleiben mit 57 cm Rippentiefe etwas hinter den beiden
anderen Gruppen mit 60 bzw. 61 cm zurück.
Abb. 5:
Entwicklung der Rippentiefe in den Versuchsgruppen
4.
Diskussion
In dem mit 16 Kälbern durchgeführten Wahlversuch zeigte sich in der absoluten TM-Aufnahme der fertigen Trockenmischrationen eine deutliche Präferenz
hin zu der Stroh-KF-Mischung. Es könnte sein, dass die weichere Struktur des
Gerstenstrohs hierzu beigetragen hat. Ebenso ist ein Einfluss des höheren Konzentratanteils in der Stroh-KF-Trockenmischration möglich. Über den gesamten
Versuchsverlauf schwanken die TM-Aufnahmen aus den Trockenmischrationen zwischen den Gruppen und verschiedenen Abschnitten. Allerdings nehmen
die Kälber in der Luzerne-KF-Gruppe tendenziell weniger aus diesem Futtermittel auf. Zwischen dem 111. und 150. Versuchstag sind die Gesamt-TM-Aufnahmen mit einem Wert über 5 kg TM/d in der Luzerne-KF-Gruppe am höchsten. In
dieser Höhe decken sich die im Versuch realisierten TM-Aufnahmen mit Ergebnissen von Verhülsdonk et al. (2011). Die unterschiedliche Futteraufnahme in
dieser Phase führt in der Folge zu einem Angleichen der gemessenen Werte
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für den Bauchumfang. Während die mit der Luzerne-KF-Trockenmischration
gefütterten Kälber am 110. Versuchstag noch den geringsten Bauchumfang
aufweisen (Abb. 4), haben diese zum 150. Versuchstag den höchsten Gruppenmittelwert. Es kann vermutet werden, dass die strukturreiche Luzerne zu einer
besseren Pansenentwicklung bei jungen Kälbern beigetragen und dann in den
späteren Versuchsabschnitten zu dieser höheren TM-Aufnahme aus der Kuhration geführt hat.
Aufgrund der Tatsache, dass das Tränkeregime und die Kuhration in allen Versuchsgruppen identisch und die angebotenen Trockenmischrationen in ihren
Nährstoffgehalten vergleichbar waren, sind die Lebendmasseentwicklungen in
den verschiedenen Gruppen entsprechend der dargestellten Verläufe der TMAufnahmen aus Trockenmisch- und Kuhration zu jedem Wiegetermin auf einem
ähnlichen Niveau. Daraus resultierende tägliche Zunahmen bewegen sich in
einem Bereich zwischen 957 g und 989 g und damit in einem zu früheren Versuchen vergleichbaren Bereich (Verhülsdonk et al., 2011). Aufgrund dieser Ergebnisse lässt sich schlussfolgern, dass der Austausch von Stroh durch Luzerne in
Trockenmischrationen keine negativen Auswirkungen auf die Gesamt-TM-Aufnahmen aus Beifutter und auf die körperliche Entwicklung der Kälber hat.
5.Zusammenfassung
Vor allem in Zeiten knapper und qualitativ minderwertiger Strohvorräte kann
daher der Einsatz von künstlich getrocknetem Luzerneheu als Alternative zur
hofeigenen Erstellung von Trockenmischrationen für Kälber empfohlen werden.
Hierbei ist auf eine Anpassung der Nährstoffgehalte der Gesamtmischung zu
achten. Die Luzerne-Trockenmischration wird gerade von sehr jungen Kälbern
weniger gerne gefressen, fördert aber scheinbar eine schnelle Pansenentwicklung. Negative Auswirkungen auf die körperliche Entwicklung konnten nicht
festgestellt werden. Langfristige Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der
Tiere als Milchkuh werden zukünftig zu untersuchen sein.
6.Literaturangaben
DLG, 2011: Empfehlungen zur Tränke von jungen Aufzuchtkälbern mit Milchaustauschern, Frankfurt/Main.
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Dusel, G., Trautwein, J., Landfried, K., 2009: Einsatz einer Trocken TMR in der
Kälberaufzucht, Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum, Lehr- und
Versuchsanstalt Hofgut Neumühle, Münchweiler an der Alsenz.
Verhülsdonk, C., Siebers, H., Knoop, A., Westendarp, H., Menke. A., Pries, M.,
2011: Trockenmischrationen für Kälber – eine Alternative? Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen, Münster.
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Maissilagequalität in Schleswig-Holstein
– Ergebnisse einer Erhebung in 52
Landwirtschaftsbetrieben
K. Weiß1, C. Olbrich1, J. Thaysen2
Humboldt Universität zu Berlin, Albrecht- Daniel-Thaer-Institut für Agrar- und
Gartenbauwissenschaften, Berlin, 2Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein
1
1.Einführung
Im Rahmen der Silomeisterschaft der Landwirtschaftskammer SchleswigHolstein (SH) wurden 52 Praxisbetriebe für ein umfangreiches Silo-Controlling
ausgewählt. In den Maissilos dieser Betriebe wurden jeweils im Kern und Randbereich die Verdichtungsleistung und Temperatur gemessen sowie Proben
gezogen.
In den vorliegenden 155 Silage-Proben wurden TM-Gehalt und Futterwertparameter bestimmt. Weiterhin erfolgte die Untersuchung von Gärsäuren, Alkoholen,
Estern, aerober Stabilität (ASTA) und Nitrat sowie die Erfassung der mikrobiologischen Parameter Hefen, Schimmelpilze und Clostridien. Zu jedem beprobten Silo liegt ein Fragebogen mit Betriebsdaten vor: Siloanlage, Silohöhe, Vorschub, Einsatz von Unterziehfolie und Siliermittel. Mit den erhobenen Daten ist
diese Praxiserhebung derzeit als die umfangreichste Studie in Deutschland einzustufen. In der vorliegenden Publikation wird ein ausgewählter Teil der Ergebnisse vorgestellt.
2.Problemstellung
Maissilagen weisen in den meisten Fällen eine sehr gute Gärqualität, gemessen an den unerwünschten Stoffabbauprodukten Essigsäure und Buttersäure,
auf. Als problematisch ist jedoch nach wie vor die Sicherung der aeroben Stabilität von Maissilagen anzusehen, Nacherwärmung ist ein oftmals festgestelltes
Praxisproblem. Weiterhin weisen eine Vielzahl neuerer Versuchsergebnisse
aus, dass insbesondere in Maissilagen flüchtige organische Substanzen (VOC)
wie Alkohole und Ester in erhöhten Konzentrationen nachzuweisen sind (Weiß
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et al., 2009a und b, Weiß und Auerbach, 2012a). Für die unerwünschten Prozesse Nacherwärmung und Esterbildung sind in erster Linie Hefen verantwortlich. Unter Luft- bzw. Sauerstoffeinfluss werden nicht nur Kohlenhydrate und
Milchsäure unter Freisetzung von Energie (Wärme) abgebaut, sondern auch
eine rasante Vermehrung der Hefezahlen erreicht (Rooke und Hatfield, 2003,
Pahlow, 2003). Findet diese Vermehrung bereits zu Gärbeginn statt, können
Hefen in ausreichender Zahl überleben, die dann unter Luftabschluss im Silo
ihren Stoffwechsel auf anaerobe Gärung umstellen und in dessen Folge Ethanol, aber auch Propanol (McDonald et al., 1991) produzieren können. Beide
Alkohole stellen gemeinsam mit den Gärsäuren Milchsäure und Essigsäure die
Ausgangsstoffe für die rein chemische Esterbildung (Weiß et al., 2009a). Ester
zählen zu einer Vielzahl der in der Silage vorkommenden geruchsintensiven
VOC, die nach Praxisbeobachtungen auch Auswirkungen auf Futteraufnahme,
Tierleistung und Tiergesundheit haben können (Weiß und Auerbach, 2012).
Entscheidend für die Höhe der Luft- bzw. Sauerstoffkonzentration im Silo ist insbesondere das Ausmaß der Verdichtung. Mit der vorliegenden Auswertung zur
Praxiserhebung sollen folgende Fragestellungen beantwortet werden:
Welche Verdichtungsleistung, welcher Besatz an Hefen und welche aerobe Stabilität (ASTA) ist in Praxissilagen unterschiedlicher Bauweisen festzustellen? In
welcher Höhe treten flüchtige Substanzen (VOC) in Maissilagen aus der Praxis
auf? Welchen Einfluss hat insbesondere die erzielte Verdichtung auf Vorkommen und Gehalte an VOC und Hefen sowie auf ASTA?
3.Untersuchungsgegenstand
In den 52 Maissilos wurde die Verdichtung an den geöffneten Silos im Bereich
„oben“, „unten“ und „Kante“ am frischen Anschnitt mit Hilfe eines Probenbohrers gemessen. Weiterhin wurden dort Silageproben gezogen, von denen ein
Teil sofort zur TM-Bestimmung, mikrobiologischen Untersuchung bzw. Bestimmung der ASTA ins Labor gebracht worden sind. Die mikrobiologischen Untersuchungen wurden durch das Labor der AGROLAB-Gruppe in Kiel ausgeführt,
die Bestimmung der ASTA erfolgte nach Honig (1990) in Futterkamp. Die Proben zur Bestimmung von Gärqualität und Gehalt an VOC wurden bis zur Analyse
eingefroren. Die Analyse des kompletten Gärproduktmusters erfolgte nach Kaltwasserextraktion der Silageproben (Weiß, 2001). Für die vorliegende Auswertung wurden die mittels Gaschromatografie bestimmten Alkohole Ethanol und
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Propanol (Weiß, 2001) sowie die Ester EA und EL (Weiß und Sommer, 2012)
herangezogen.
4.
Die Maissilagen wiesen überwiegend eine sehr gute Gärqualität, gemessen am
DLG-Bewertungsschlüssel (2006) auf.
4.1
Verdichtungsleistung, Hefebesatz und aerobe Stabilität
Abb. 1:
Verdichtung in den Maissilos SH nach Silobauweise und Beprobungspunkt
Gemessen am Zielwert für die anzustrebende Verdichtung in Silagen in Abhängigkeit der TM-Gehalte nach Honig (1987) ist einzuschätzen, dass etwa nur in
einem Drittel aller Maissilos eine ausreichende Verdichtung erreicht wurde. Insbesondere in den oberen und seitlichen Randbereichen ist die Verdichtung als
verbesserungswürdig eingestuft worden, unabhängig von der Silobauweise.
Die untersuchten 12 Praxissilos mit nur einer Wand wiesen die geringsten Verdichtungszahlen (Abb. 1) bei hohen Hefezahlen (Abb. 2) und geringsten Werten
für ASTA (Abb. 3) in allen Beprobungspunkten im Vergleich zu den 22 Silos in
Siloplatten-Bauweise bzw. 17 Fahrsilos auf. Die höchste mittlere ASTA war bei
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allen Silobauarten jeweils im unteren Bereich festzustellen, bei geringsten mittleren Hefezahlen.
Abb. :2
Hefebesatz in den Maissilos SH nach Silobauweise und Beprobungspunkt
Abb. 3:
Aerobe Stabilität (ASTA) in den Maissilos SH nach Silobauweise und
Beprobungspunkt
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4.2
Vorkommen flüchtiger Substanzen, insbesondere Alkohole
und Ester
Wie Abbildung 4 zeigt, wiesen die Praxissilagen Ethanolgehalte auf, die im Mittel
im oberen und unteren Silobereich oberhalb von 0,5 % in TM lagen, bei einzelnen Werten bis 1,24 bzw. 1,85 % in TM. Die Gehalte im unteren Bereich waren
höher gegenüber den Gehalten im Bereich der Silokante. Ebenso traten die
höchsten Propanolgehalte, im Mittel 0,45 %, Einzelwerte bis 1,84 % in TM, im
unteren Bereich auf.
Abb. 4:
Mittlere Gehalte an Ethanol und Propanol in Abhängigkeit des Beprobungspunktes, jeweils n = 52
Abb. 5:
Mittlere Gehalte an Estern gesamt (Ethylacetat EA, Ethyllactat EL,
Propylacetat PA,) in Abhängigkeit des Beprobungspunktes, jeweils
n = 52
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Wie aus den Abbildungen 4 und 5 hervorgeht, waren mit dem Auftreten höherer
Alkoholgehalte auch deutlich höhere Estergehalte verbunden. Mit Maximalwerten an Gesamtester von 918 mg im unteren und 925 mg im Kantenbereich lagen
hier vergleichsweise hohe Gehalte vor, wie sie auch schon in anderen Praxisuntersuchungen festgestellt wurden (Weiß und Auerbach, 2012a). Gemessen am
Gesamtgehalt Ester hat Ethyllactat den höchsten Anteil (Abb. 5).
4.3
Zum Einfluss der Verdichtung auf Hefen, ASTA und VOC
Zur Bewertung des Einflusses der Verdichtung auf Hefen, ASTA und VOC wurden Klassen der Verdichtung gebildet (siehe Abb. 6) und die Daten für ASTA,
Hefebesatz, Ethanol, Propanol und Gesamtester aller Beprobungspunkte der
52 Maissilos jeweils in den Klassen gemittelt.
Abb. 6: Mittelwerte Aerobe Stabilität (ASTA) und Hefebesatz in Abhängigkeit
der Verdichtung, n = 144
Tab. 1: Mittlere Gehalte Ethanol, Propanol, Gesamtester mit Spannweite
(Ethylacetat EA, Ethyllactat EL, Propylacetat PA) in Abhängigkeit der
Verdichtung, n = 150
Verdichtung
n
kg/m3
Ethanol
Propanol
% TM
% TM
Ester
(EA,EL,PA)
gesamt
(Mittelwerte) min
max
mg/kg TM
mg/kg TM
100-150
3
0,24
0,01
170
91
296
> 150-200
32
0,46
0,20
241
45
925
> 200-250
63
0,63
0,29
272
79
918
> 250-300
43
0,53
0,36
300
97
802
> 300
9
0,52
0,52
257
146
413
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Wie aus Abbildung 6 deutlich hervorgeht, steigen die mittleren ASTA-Werte mit
zunehmender Verdichtung deutlich an. Bei Verdichtungswerten größer 250 kg/
m3 wurden mit der Labormethode mittlere ASTA-Werte > 7 Tage ermittelt. Erst
bei diesen Werten für die Verdichtung lagen die Hefezahlen unterhalb von 3 log
KBE/g FM.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die mittleren Gehalte an Ethanol, Propanol und
Gesamtester ebenfalls mit steigender Verdichtung angestiegen waren.
Es konnte gezeigt werden, dass eine unzureichende Verdichtung in direktem Zusammenhang mit erhöhten Hefegehalten und verringerter ASTA steht. Zur Unterbindung
von aerober Hefeaktivität muss der Lufteinfluss in allen Phasen der Silierung reduziert
bzw. vermieden werden. Dazu ist ein optimales Silomanagement, in erster Linie
eine ausreichend hohen Verdichtung, zwingend erforderlich. Weiterhin gehören
jedoch Maßnahmen wie zügige Einsilierung und Einhaltung des, an Silogrö

Der Kongressband 2014 Hohenheim

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