Optimierte Düngung

Ammonium kann sich beim Ausbringen von Düngemitteln als Ammoniak (NH₃) verflüchtigen. Das Europäische Emissionskataster hat geschätzt, dass 94 % aller NH₃-Emissionen durch die Landwirtschaft verursacht werden. Die meisten dieser Emissionen werden durch organische Quellen verursacht, etwa 20 % stammen jedoch aus mineralischen Stickstoffdüngern.

Die Ammoniak-Verflüchtigung ist ein direkter Stickstoffverlust und somit auch ein Geldverlust. Verflüchtigtes Ammoniak stellt außerdem eine erhebliche Umweltbelastung dar. Es überschreitet nationale Grenzen und verursacht Versauerung und Eutrophierung von Land und Wasser. Um Ammoniak-Emissionen unabhängig von ihrem Entstehungsort auf nationaler Ebene zu steuern, wurden das UN/ECE-Protokoll von Göteborg und die EU-Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen eingeführt.

Es ist seit langem bekannt, dass Harnstoff oder AHL höhere Verflüchtigungsverluste als Kalkammonsalpeter verursachen. Ammoniakverluste aus Harnstoff können durch Einarbeitung in den Boden nach der Ausbringung reduziert werden. Dies ist jedoch nur für Frühjahrssaaten möglich. Auf Grünland werden die Verluste im Allgemeinen größer sein als auf Ackerböden, da Grasnarben eine hohe Ureaseaktivität besitzen und der Harnstoff in größerem Umfang an der Bodenoberfläche verbleibt.

Produktion, Transport und Einsatz von Mineraldüngern tragen direkt und indirekt zu Emissionen von Treibhausgasen (THG), insbesondere Kohlendioxid (CO₂) und Lachgas (N₂O), bei. Gleichzeitig erhöhen die Düngemittel die Produktivität der Landwirtschaft und stimulieren die CO₂-Aufnahme durch die Pflanzen. Sie steigern den Ertrag und reduzieren die Notwendigkeit, neues Land zu bebauen. Hierdurch werden zusätzliche THG-Emissionen aus Flächennutzungsänderungen, die derzeit alleine schon 20 % der globalen THG-Emissionen ausmachen, vermieden.

Mit Hilfe von Lebenszyklus-Analysen von Düngemitteln werden sowohl die Emissionen als auch die Bindung von Treibhausgasen in der Düngemittelproduktion, bei Transport und Lagerung sowie während der Anwendung und des Wachstums der Kulturen, d.h. in jeder Phase des «Lebens» eines Düngemittels bestimmt. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis dessen, was getan werden kann und muss, um die gesamte CO₂-Bilanz zu verbessern. Um unterschiedliche Treibhausgase vergleichbar zu machen, werden sie in CO₂-Äquivalente (CO₂-Äqu.) umgerechnet. Zum Beispiel entspricht 1 kg N₂O einem CO₂-Äqu. von 296 kg, da N₂O eine 296-mal stärkere Wirkung auf das Klima hat als CO₂. Die daraus berechnete Gesamtmenge an CO₂ wird als «CO₂-Fußabdruck“ bezeichnet.

Unterschiedliche Dünger haben unterschiedliche CO₂-Fußabdücke. Harnstoff emittiert weniger CO₂ bei der Produktion als Ammoniumnitrat. Bei der Ausbringung ist dieser Unterschied aber aufgehoben, da der Harnstoff das in seinem Molekülenthaltene CO₂ wieder freisetzt. Außerdem setzt Harnstoff bei der Anwendung in der Landwirtschaft mehr N₂O frei. Der über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts oder einer Dienstleistung gemessene CO₂-Fußabdruck ist somit bei Harnstoff höher als bei Ammoniumnitrat. Zusätzlich müssen die gasförmigen N-Verluste beim Harnstoff und dessen niedrigere N-Effizienz durch eine um etwa 15 % höhere N-Aufwandmenge ausgeglichen werden.

Erhöhte Nitratgehalte im Grund- und Oberflächenwasser sind unerwünscht. Die EU-Nitratrichtlinie von 1991 hat die tolerierbare Grenze auf 50 mg Nitrat/l festgesetzt. Die Nitratauswaschung ist von der Stickstoffquelle unabhängig. Sie kann durch Mineraldünger, organische Dünger oder auch durch die organische Bodensubstanz verursacht werden.

Zu Nitratauswaschung kommt es, wenn der Boden mit Wasser gesättigt ist und das Nitrat durch versickerndes Regenwasser oder durch Bewässerungswasser aus der Wurzelzone nach unten ausgetragen wird. Nitrat wird nicht an Bodenpartikel gebunden und verbleibt in der Bodenlösung, so dass es sich mit dem Bodenwasser frei bewegt. Ammonium wird in erster Linie an Tonpartikel im Boden gebunden und wird daher kaum ausgewaschen. Harnstoff wird mittels Hydrolyse relativ rasch in Ammonium umgewandelt. Das Harnstoff-Molekül selbst ist sehr mobil und kann durch heftige Regenfälle nach dem Ausbringen direkt in den Untergrund ausgewaschen werden.

Zur Nitratauswaschung kommt es während des Winters. Ziel muss es deshalb sein, die Nitratkonzentration im Boden am Ende der Vegetationsperiode (Rest-Nmin) zu minimieren. Bei Wintergetreide erhöht eine Stickstoffdüngung bis hin zum ökonomischen Optimum die Nitratgehalte im Boden nach der Ernte nicht wesentlich.
Die optimale Aufwandmenge von Stickstoff minimiert daher auch die Menge an Rest-Nmin.

Auswaschung kann durch gute fachliche Praxis vermieden werden:
• Bestimmung des Nmin-Gehalts im Boden zu Vegetationsbeginn durch Bodenanalyse
• Geteilte N-Düngung: Ausbringung der gesamten N-Menge in mehreren Teilgaben, um die N-Düngung während der Vegetationsperiode flexibel an den N-Bedarf der Kulturen im jeweiligen Jahr und auf dem jeweiligen Standort anpassen zu können
• Verwendung von Düngemitteln mit einer schnellen, gut kalkulierbaren Wirkung von Stickstoff, wie z.B. Ammoniumnitrat im Kalkammonsalpeter
• Wenn möglich, die N-Effizienz durch teilflächenspezifische Stickstoffdüngung weiter erhöhen
• Förderung eines tiefen und weitreichenden Wurzelsystems, um den Stickstoff effizienter zu nutzen
• Erhaltung eines optimalen Bodengefüges
• Rest-Nmin nach der Ernte durch Zwischenfrüchte über Winter konservieren
• Gewährleistung einer ausgewogenen Ernährung der Kulturen mit allen anderen Nährstoffen, damit der zur Verfügung stehende Stickstoff aufgenommen und verwertet werden kann.