Was bringt eine teilflächenspezifische N-Düngung?
Auf Ackerflächen zeigen die Bodeneigenschaften oft eine deutliche kleinräumige Variation: Innerhalb weniger Meter können sich die Bodenart, das Wasserhaltevermögen, der pH-Wert und die Nährstoffgehalte stark unterscheiden. Dadurch verändern sich die zeitliche und räumliche Verfügbarkeit von Nährstoffen sowie deren Aufnahme durch die Pflanzen. Besonders groß ist diese Dynamik bei Stickstoff (N), da die N-Umwandlungsprozesse (Mineralisation und Immobilisation) stark von Faktoren wie Temperatur, Sauerstoffgehalt im Boden, Bodenfeuchte sowie Gehalt und Qualität der organischen Substanz (Humus, organische Düngung) beeinflusst werden.
Eine pauschale, schlageinheitliche N-Düngung birgt daher das Risiko, dass einige Bereiche unter-, andere hingegen überversorgt werden. Hier setzt die teilflächenspezifische N-Düngung (TFSN) an, die darauf abzielt, die N-Düngung besser an den Bedarf der Kulturpflanzen anzupassen. Der N-Bedarf der Kulturpflanze lässt sich ökonomisch als die N-Düngemenge definieren, ab der eine weitere Erhöhung der N-Düngung nicht mehr durch einen Anstieg des Ertrags ausgeglichen wird.
Viele Vorteile in Aussicht gestellt
Die Funktionsweise der TFSN basiert in der Regel auf einer Kombination aus standortbezogenen Daten und technischen Applikationssystemen. Zunächst werden Informationen zur standörtlichen Variabilität gesammelt, beispielsweise über Bodendaten, Ertragskarten, Satelliten- oder Drohneninformationen, Witterungsdaten oder N-Sensoren. Auf dieser Grundlage erfolgt die Zonierung und die Ableitung von N-Strategien, die die Höhe der N-Gaben, die Aufteilung in Teilgaben sowie den zeitlichen Rahmen für die Applikation berücksichtigen. Die teilflächenspezifische Ausbringung wird durch GPS-gestützte Technik sowie verstellbare Dosiersysteme realisiert und ermöglicht anschließend eine möglichst bedarfsgerechte N-Bereitstellung innerhalb des Schlages.
Durch die räumlich differenzierte N-Ausbringung entlang der Ertrags- und Standortpotenziale soll sich die N-Düngung gezielter steuern lassen. Dadurch sollen Verluste durch Auswaschung und gasförmige Emissionen reduziert und zugleich die Ertrags- und Qualitätsleistung der Kulturen stabilisiert werden. Vor dem Hintergrund steigender Anforderungen an Nachhaltigkeit, Regulierung und Nährstoffeffizienz gewinnt die teilflächenspezifische Bewirtschaftung daher an Bedeutung.
Verschiedene Systeme auf dem Markt
Bereits seit mehreren Jahrzehnten sind Systeme für eine TFSN auf dem Markt, die verschiedene Parameter am Pflanzenbestand erfassen. Beispiele hierfür sind der schleppergebundene Yara N-Sensor, Greenseeker, Crop Circle oder Fritzmeier Isaria. Diese gehören zu den sogenannten „Online“-Verfahren, d. h. Sensoren und Applikationstechnik sind auf dem Traktor verbaut und die gewonnenen Daten werden direkt verarbeitet. Andere Ansätze nutzen Luftbilder von unbemannten Luftfahrzeugen (Drohnen) oder Satelliten. Hier sind Applikation und Datenverarbeitung zeitlich getrennt; diese Art der Umsetzung gehört zu den „Offline“-Verfahren. Im Vergleich zu anderen Technologien der Präzisionslandwirtschaft (z. B. GPS-Maschinensteuerung) wurde die TFSN langsamer in die landwirtschaftliche Praxis eingeführt und ist noch nicht so weit verbreitet.
Die meisten Systeme ermitteln nicht den absoluten N-Bedarf der Teilflächen, sondern passen die N-Gaben ausgehend von einem festgelegten Schlagdurchschnitt an. Für die räumliche Variation der N-Gaben nutzen die Systeme verschiedene Konzepte, wobei die meisten spektrale Reflexions-Vegetationsindices einsetzen, um Schwankungen von Biomasse, N-Aufnahme oder N-Status über den Schlag zu erfassen. Bewirtschaftungszonen, die aus der Kartierung der elektrischen Bodenleitfähigkeit oder aus historischen Ertragskarten abgeleitet werden, werden ebenfalls als Grundlage für eine teilflächenspezifische N-Düngung herangezogen.
Bewertung des Potenzials der TFSN ist nicht trivial
Die Vorteile der teilflächenspezifischen N-Düngung wurden in zahlreichen Studien untersucht, die zu ganz unterschiedlichen Ergebnissen kommen: von keinen Effekten bis hin zu relevanten N-Einsparungen, Mehrerträgen oder höheren Proteingehalten.
Untersuchungen, in denen die teilflächenspezifische N-Düngung mit der flächeneinheitlichen N-Düngung verglichen wird, sind jedoch nicht immer leicht zu interpretieren. Die beobachteten Effekte können sowohl auf die teilflächenspezifische N-Düngung an sich zurückzuführen sein als auch darauf, dass gemittelt über die Teilflächen eine geringere oder gegebenenfalls auch höhere N-Menge ausgebracht wird als bei der üblichen flächeneinheitlichen Düngung.
Bisherige Studien haben nicht gezeigt, ob die Vorteile der teilflächenspezifischen N-Düngung auf die räumliche Präzision oder auf die bessere Anpassung der ausgebrachten N-Menge an den N-Bedarf der Kulturpflanzen zurückzuführen sind. Dies zu verstehen ist jedoch wichtig. Sollte der Hauptvorteil darin bestehen, den durchschnittlichen N-Bedarf besser zu erfassen, dann sollten Landwirte den Schwerpunkt darauf legen, den durchschnittlichen N-Bedarf eines Schlages präziser zu ermitteln, anstatt die Variation des N-Bedarfs zwischen den Teilflächen korrekt zu berücksichtigen.
Studie aus Großbritannien mit ernüchternden Ergebnissen
In einer britischen Studie wurde der Nutzen der teilflächenspezifischen N-Düngung genauer untersucht. Grundlage waren elf groß angelegte Feldversuche zu Winterweizen, Wintergerste und Winterraps, die in den Jahren 2010 bis 2016 durchgeführt wurden. Sowohl die Erträge als auch der N-Düngebedarf zeigten eine große räumliche Variation von bis zu 2,5 t/ha bzw. bis zu 211 kg N/ha. Es wurden allerdings nur bescheidene Effekte auf den Ertrag (0,05 t/ha) und die N-kostenfreie Leistung (12 €/ha) zugunsten einer TFSN im Vergleich zur Ausbringung einer einheitlichen N-Düngung gefunden, die aus der TFSN gemittelt wurde. Die geringen Vorteile der TFSN sind darauf zurückzuführen, dass der Ertrag im Bereich des N-Optimums nur wenig auf eine Veränderung der N-Menge reagiert. Etwas größere Auswirkungen von bis zu 60 €/ha wurden bei Weizen sichtbar, wenn die TFSN mit einer Düngungsvariante verglichen wurde, die auf den Empfehlungen einer öffentlichen Beratungsorganisation basierte. Bei Gerste und Raps waren die Vorteile geringer. Die N-Düngemengen der TFSN-Variante überstiegen diejenigen der Beratungsempfehlungen bei allen Kulturen. Einschränkend ist zu erwähnen, dass die Ergebnisse aufgrund unterschiedlicher Boden- und Klimaverhältnisse vermutlich nicht eins zu eins auf hiesige Verhältnisse übertragbar sind.
Fazit
Die Untersuchungen aus Großbritannien deuten darauf hin, dass eine möglichst genaue Schätzung des durchschnittlichen N-Bedarfs eines Schlages den größten wirtschaftlichen Nutzen bringt und eine teilflächenspezifische N-Düngung dann nur noch marginale Vorteile bietet. Bei sehr hohen Düngerpreisen, starken Restriktionen der N-Düngung oder auch einer starken jahresabhängigen räumlichen Variation des N-Bedarfs, beispielsweise durch Dürre und/oder Trockenstress, kann die TFSN jedoch an Interesse gewinnen.
