Nachhaltige Fruchtfolgen im Energiepflanzenanbau -...
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Universität für Bodenkultur Wien
BOKU Wien I Dept. für Nachhaltige Agrarsysteme l Institut für Landtechnik l Mag. Christian Leonhartsberger28.10.2008 1
Nachhaltige Fruchtfolgen im
Energiepflanzenanbau
Seminar für Biogas-SpezialberaterInnen23.10.2008, LK Oberösterreich, Linz
Universität für Bodenkultur Wien
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Inhalt
� Herausforderungen/Ziele
� Projekte, Methoden und Versuchsdurchführung
� Ausgewählte Ergebnisse aus den Forschungsprojekten
� Zusammenfassung/Kernaussagen
� Weitere (zukünftige) Strategien und Forschungsbedarf
� Übungsbeispiel: MHE und Humusbilanz einer Fruchtfolge
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Herausforderungen/Ziele
� Entkoppelung des Energiepflanzenanbaus von der Lebens- und Futtermittelproduktion
� Klimaschutz im Einklang mit Naturschutz
� Energiepflanzenanbau in standortangepassten und ökologisch ausgewogenen Fruchtfolgesystemen
� Effiziente und leistungsfähige Einzelglieder in der FF
� Optimierung des Fermentationsprozesses
� Ökologie und Ökonomie gewährleisten und bewerten
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Projekte, Methoden und Durchführung
Projekt Inhalte
Optimierung der Methanausbeute aus Zuckerrüben,
Silomais, Körnermais, Sonnenblumen, Ackerfutter,
Getreide, Wirtschaftsdünger und Rohglyzerin unter den
Standortbedingungen der Steiermark
Bestimmung von Co-fermentationseffekten
ausgewählter Rohstoffmischungen
Erstellung von Modellfruchtfolgen samt
Humusbilanzierung
Optimierung der Methanerzeugung aus Energiepflanzen
mit dem Methanenergiewertsystem
Erstellen von Modellfruchtfolgen (ökologisch und
konventionell) für die Regionen Weinviertel,
Eisenwurzen Nord und Eisenwurzen Süd
Agrarische Rohstoffbasis für die Biogasproduktion I Erstellen von Modellfruchtfolgen (ökologisch und
konventionell) für die Regionen Grieskirchen-
Kremsmünster, Marchfeld und Oststeirisches Hügelland
Agrarische Rohstoffbasis für die Biogasproduktion II Anbauversuche: ökologische Fruchtfolgeglieder und
konventionelle Mischanbausysteme, Gülle als Dünger
Biogas Gesamtbewertung ökologische und ökonomische Bewertung der
Biogasproduktion aus agrarischen Rohstoffen
BioEnergy 2020+ 2-Kultursysteme: WR vor Mais, WR vor Hirse unter
pannonischen Klimabedingungen
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Methanhektarertrag [m3N CH4/ha]
Biomasseertrag [t TM/ha]
spez. Methanausbeute [lN CH4/kg oTM]
• Kultur/Sorte
• standörtlichen Bedingungen
• Bewirtschaftung/Management (z.B. Anbau-und Erntetermine, Kulturführung,…)
• Kultur/Sorte
• Bewirtschaftung/Management (z.B. Erntetermin ���� Entwicklungsstadium)
• Konservierung (Silagequalität,…)
Projekte, Methoden und Durchführung
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Versuchsstandorte
Gr. EnzersdorfMais, Sonnenblume,
Hirse, Getreide
IlzSonnenblume
GleisdorfGetreide, Mais,
Hirse
HaidershofenMais
LanzenkirchenSonnenblume, Hirse
TullnMais, Hirse
KalsdorfMais
FrauenkirchenZuckerrübe
Raumberg-GumpensteinWiesengras
Admont-BuchauWiesengras
Gr.-InzersdorfZuckerrübe
RudenMais
Lenzing&SchörflingGetreide
SchwanenstadtGetreide
Projekte, Methoden und Durchführung
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Projekte, Methoden und Durchführung
Vorgangsweise bei der Erstellung von Modellfruchtfolgen:
� Auswahl der Region/Anbaugebietes
� Definition der Fruchtfolgenausrichtung (spezialisiert, integriert, ethisch korrekt)
� Datengrundlage: - Kulturartenverteilung der Ackerfläche (Invekos)- Berater/Experten zu regionstypischen FF- Biomasseerträge aus Anbauversuchen bzw. Literatur (BMLFUW,
2002; ÖLW)- Methanausbeuten aufgrund eigener (ILT) Untersuchungen bzw.
Literaturdaten
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Projekte, Methoden und Durchführung
Vorgangsweise bei der Erstellung von Humusbilanzen (gemäß VDLUFA*, 2004):
� Humussaldo = Humuszufuhr minus Humusbedarf
�Bestimmung des Humusbedarfs
�Bestimmung der Humuszufuhr (Reproduktionsleistung organ. Materials)
� Bewertung der Humusversorgung- Sehr niedrig (< - 200)- Niedrig (- 200 bis – 76)- Optimal (- 75 bis 100)- Hoch (101 bis 300)- Sehr hoch (> 300)
* VDLUFA: Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten
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Standort Groß-Enzersdorf, 2006
0
5
10
15
20
25
30
35
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
TS-Gehalt [% FM]
TS
-Ert
rag
[t/
ha]
Früh bis Mittelreif - 250 Mittelspät 260 - 280Spät 290-350 Sehr spät > 350Polynomisch (Früh bis Mittelreif - 250) Polynomisch (Mittelspät 260 - 280)Polynomisch (Spät 290-350) Polynomisch (Sehr spät > 350)
Ausgewählte Ergebnisse
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Abb.: Standort x Sortenvergleich Mais (Gr.-Enzersdorf, Gleisdorf und Tulln; 2006)
0
5
10
15
20
25
30
Atletico KXA 5233 KWS 1393 KXA 5251
Reihe1 Reihe2 Reihe3
0
5
10
15
20
25
30
Atletico KXA 5233 KWS 1393 KXA 5251
Reihe1 Reihe2 Reihe3
0
5
10
15
20
25
30
Atletico KXA 5233 KWS 1393 KXA 5251
Reihe1 Reihe2 Reihe3
Gr.-Enzersdorf (NÖ) Gleisdorf (Stmk.) Tulln (NÖ)
TM
[t/
ha]
Milchreife
Teigreife
Physiolog. Reife
Ausgewählte Ergebnisse
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21,3 22,9
27,5
35,2
42,546,2
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Kornbildung Milchreife Teigreife PhysiologischeReife
Vollreife Totreife
Met
han
ertr
ag [
m3
CH
4/h
a]
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
TS
-Geh
alt
[%]
Methanhektarertrag TS-Gehalt [%]
Atletico (S280), Groß-Enzersdorf 2006
Ausgewählte Ergebnisse
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Mischung 1
Mischung 2 Mischung 3 Mischung 4 Mischung 5
Mischung 6 Mischung 7 Mischung 8 Mischung 9
Mischung 10 Mischung 11 Mischung 12 Mischung 13
Energie-reich
Protein-reich
Ausge-glichen
maize CCM sunflower Clover rye sugar beet pig slurry
Ausgewählte Ergebnisse
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0
50
100
150
200
250
300
350
400
maize CCM Sunflower clover-grass
green-rye sugar beet pig slurry glycerine
met
hane
yie
ld [l
N C
H4
kg-1
VS
]
a
abab
aab
bc
c
d
Fig.: Spezifischer Methanertrag der Energiepflanzen bei Mono-Fermentierung
Ausgewählte Ergebnisse
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0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
mixtures
met
hane
yie
ld [l
N C
H4
kg-1
VS
]
ab
ab ab
b
ab
abab
a ab ab ab
b
a
Fig.: Spezifischer Methanertrag der 13 Rohstoffmischungen (gelb … energiereich, rot … proteinreich, grün …ausgeglichen, braun … Maisbasierte Mischung mit Rohglyzerin)
Ausgewählte Ergebnisse
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0
50
100
150
200
250
300
350
400
450sp
ecifi
c m
etha
ne y
ield
[l N
CH
4 kg
-1 V
S]
measured
pig slurry
sugar beet
green-rye
clover-grass
sunflower
CCM
maize
Mischung 4 Mischung 8
measured expected measured expected
+ 27.8 (+10.2 %)
+ 111.3 (+ 39.3 %)
Fig.: Co-fermentationseffekt der Mischung 4 und Mischung 8
Ausgewählte Ergebnisse
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-30
-10
10
30
50
70
90
110
130
150
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
mixtures
me
than
e y
ield
[l N
CH
4 kg
-1 V
S]
a
ab
abc
bc
abc
abab
ab a
ab
ab
c
a
Fig.: Co-fermentationseffekt der 13 Mischungen (gelb … energiereich, rot … proteinreich, grün … ausgeglichen, braun … Mais-basierte Mischung mit Rohglyzerin)
Ausgewählte Ergebnisse
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4th year
Green rye (25 %)
3rd year
Clover-grass (4 %)Sugar beet (6 %)
Maize (2 %)Sunflower (4 %)Pumpkin (9 %)
2nd year
Maize (25 %)Catch crop
1st year
Clover-grass (25 %)
0 m³
0 m³ (Pumpkin)174 m³ (Sunflower)224 m³ (Maize)344 m³ (Sugar beet)145 m³ (Clover-grass)
2391 m³ (Maize)
(Catch crop)
1294 m³ (Green rye)
909 m³ (Clover-grass)
Jahr Kultur % in FF
1 Kleegras 25
2 Mais 25
Zwischenfrucht
3 Kleegras 4
Zuckerrübe 6
Mais 2
Sonnenblume 4
Kürbis 9
4 Grünroggen 254th year
Green rye (25 %)
3rd year
Clover-grass (4 %)Sugar beet (6 %)
Maize (2 %)Sunflower (4 %)Pumpkin (9 %)
2nd year
Maize (25 %)Catch crop
1st year
Clover-grass (25 %)
0 m³
0 m³ (Pumpkin)174 m³ (Sunflower)224 m³ (Maize)344 m³ (Sugar beet)145 m³ (Clover-grass)
2391 m³ (Maize)
(Catch crop)
1294 m³ (Green rye)
909 m³ (Clover-grass)
Jahr Kultur % in FF
1 Kleegras 25
2 Mais 25
Zwischenfrucht
3 Kleegras 4
Zuckerrübe 6
Mais 2
Sonnenblume 4
Kürbis 9
4 Grünroggen 25
Methanertrag pro Hektar und Jahr
Mischung 8
Ausgewählte Ergebnisse
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600 kg0 kg
202 kg253 kg
96 kg77 kg
0 kg158 kg
0 kg 560 kg 373 kg
residues & green manure
280 kg
slurry
humus demand
Humusbedarf
Humuszufuhr
* berechnet nach VDLUFA, 2004
organ. Rest bzw. Gründüngung
Biogasgülle
+ 43 kg/a
Ausgewählte Ergebnisse
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Tab.: Methanhektarerträge und Humusbilanzierung eines spezialisierten Energiepflanzenanbaus
Jahr Kultur
Anteil
in der
FF
Biomasse
-ertrag
Methan-
faktorCH4-Ertrag pro Hektar [m
3N ha
-1a
-1]
[%] [t oTS/ha][m
3N /dt
oTS]nur Kultur Fruchtfolge
1 Silomais 25 283 33,8 9565 2391
2 Silomais 25 283 33,8 9565 2391
3 Silomais 25 283 33,8 9565 2391
4a Silomais 15 283 33,8 9565 1435
4b Brache (Kleegras) 5 92 29,1 2677 134
4c Ölkürbis 5 - - - -
Methanhektarertrag der gesamten Fruchtfolge [m3
N ha-1
a-1
] 8742
Humussaldo [kg Humus-C/ha]Fruchtfolge Humusbedarf Humusreproduktion
pro Fruchtfolge pro Jahr
Ausgangsfruchtfolge - 1952 + 911 - 1041 - 260
Berechnung nach VDLUFA (2004)
Ausgewählte Ergebnisse
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Tab.: Methanhektarerträge regionstypischen und integrierter Modellfruchtfolgen
Ausgewählte Ergebnisse
Marchfeld Grieskirchen Oststeirisches Hügelland
EP-Anteil MHE EP-Anteil MHE EP-Anteil MHE
der FF [%] [m3N ha-1 a-1] der FF [%] [m3
N ha-1 a-1] der FF [%] [m3N ha-1 a-1]
viehlos 44 1.749 33 1.509 33 1.301
Rinder --- --- 33 1.509+434* 33 1.544+457*
Bio
l.
Schweine --- --- 25 1.546+232* 20 1.279+238*
viehlos 35 1.682 50 3.198 66 3.870
Rinder --- --- 25 1.809+468* 33 1.935+478*
Kon
v.
Schweine --- --- 25 1.809+318* 33 1.935+371*
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Jahr Kultur % in FFErtrag HP
[t ha-1]
Ertrag NP
[t ha-1]MHE (Kultur) MHE (FF)
1 Kleegras 16.7 11.0 2,871 479
2 Kleegras 16.7 12.0
3 Winterweizen 16.7 5.4 4.8
4 Grünroggen 16.7 6.0 1,458 243
Silomais 16.7 15.8 4,727 788
Zwischenfrucht
5 Gerste 16.7 3.7 4.0
6 Triticale 16.7 4.8 4.8
Methanhektarertrag (Fruchtfolge) pro ha und Jahr 1,509
Methanhektarertrag der Rindergülle pro ha und Jahr 434
Methanhektarertrag gesamt 1,943
Tab.: Beispiel einer integrierten FF unter biologischer Bewirtschaftung mit Rinderhaltung in Grieskirchen-Kremsmünster (HP … Hauptprodukt, NP … Nebenprodukt)
Ausgewählte Ergebnisse
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Raasdorf
0
5
10
15
20
25
L (u)
L (g)
LG (u)
LG (g)
SB (u)
SB (g)
M (u
)
M (g
)
GR+M
(u)
GR+M
(g)
WR+M
(u)
WR+M
(g)
Tro
cken
mas
se in
t h
a-1
1. Ernte 2. Ernte
a a b bc c c
Lambach
0
5
10
15
20
25
RK (u)
RK (g)
RKG (u)
RKG (g)
SoBl (u)
SoBl (g)
M (u
)
M (g
)
GrR
o+M (u
)
GrR
o+M (g
)
WiR
o+M (u
)
WiR
o+M (g
)Tro
cken
mas
se in
t h
a-1
1.Ernte 2.Ernte 3.Ernte
a baaaa
Ausgewählte Ergebnisse
Tab.: Biomasseerträge biologische Fruchtfolgeglieder
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Ausgewählte Ergebnisse
Tab.: Biomasseerträge Mischfruchtanbau (konventionell)
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� Energiepflanzenanbau/FF-systeme müssen standortangepasst sein
� Ertragreiche Kulturen/Sorten sollten in der Fruchtfolge enthalten sein
� FF soll eine ausgewogene Dünge-/Nährstoff-/Humusbilanz aufweisen
� Durch Rohstoffmischungen können höhere spezifische Methanausbeuten erzielt werden
Zusammenfassung/Kernaussagen
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Zusammenfassung/Kernaussagen
Vorteile von standortangepassten und nachhaltigen Energie-FF:
� gleichzeitige Produktion von Lebens- und Futtermitteln sowie von Rohstoffen für die Biogasproduktion (bei integrierten FF)
� Sicherung der Bodenfruchtbarkeit bzw. des Humusgehaltes� Höhere Methanausbeuten durch Co-fermentationseffekte� Ertragsstabilität� Vermindertes Auftreten von Schädlingen und Unkräutern (z.B.
Maiswurzelbohrer, und -zünsler) => reduzierter Einsatz von Pestiziden und Herbiziden
� Aufrechterhaltung der Biodiversität auf den landwirtschaftlichen Flächen
� gesteigerte Wertschätzung in der Bevölkerung durch vielfältige Kulturlandschaften
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Weitere Strategien/Forschungsbedarf
� Welche Auswirkung hat die Nutzung von ligno-zellulosehaltiger Biomasse (= Verfügbarmachung von stabilen C) auf die Humusbilanz
� Ökonomische und ökologische (Ökobilanzen) Bewertung von nachhaltigen Fruchtfolgesystemen
� …