M.Sc.
Gerald Burgdorf
Leiter Fachbereich Pflanzenbau
Säure+ im Feld
Ansäuerung von Gülle und Gärrückständen während der Aufbringung in wachsende Bestände, Modellregion Niedersachsen
Beginn: 01.09.2022 / Ende: 31.08.2027
Ausgangslage
Ein Großteil der Ammoniak-Emissionen stammt aus der Landwirtschaft. Ein Ziel der NEC-Richtlinie ist es, die Ammoniak-Emissionen bis 2030 im Vergleich zu 2005 um 29 % zu senken. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde das Modell- und Demonstrationsvorhaben (MuD) Säure+ im Feld als Teil des Bundesprogramms Nährstoffmanagement im Rahmen der Ackerbaustrategie vom BMEL initiiert.
Ziel des Projektes
Die Ansäuerung von Gülle und Gärresten während der Ausbringung im stehenden Bestand führt zu einer Reduktion von Ammoniak-Emissionen. Mit Hilfe des MuD soll das Ansäuerungsverfahren in die landwirtschaftliche Praxis etabliert werden. Ziel ist es, auf die Potentiale der Ansäuerung aufmerksam zu machen, Vorzüge der verbesserten Nährstoffausnutzung nachvollziehbar darzustellen und Vorbehalte hinsichtlich Sicherheit und Praktikabilität zu evaluieren.
Projektdurchführung
Um das Verfahren möglichst praxisnah zu bewerten, sind die Versuche im On-Farm Modell auf teilnehmenden Modellbetrieben angelegt. Zur verbesserten Darstellung im Feld werden Demostreifen im Feld eingerichtet. Die Versuche werden pflanzenbaulich durch Analysen von Pflanzen des Bodens begleitet. Von der Landwirtschaftlichen Lehranstalt Triesdorf werden Ammoniakmessungen vorgenommen. Auf diversen Feldtagen und Informationsveranstaltungen soll die Technik bekannt gemacht, über das Verfahren informiert werden und sollen Erfahrungen und Erkenntnisse geteilt werden.
An dem Projekt sind insgesamt acht Bundesländer beteiligt, in denen jeweils mehrere landwirtschaftliche Betriebe und Lohnunternehmen teilnehmen. Über ganz Niedersachsen verteilt, nehmen sechs Betriebe und fünf Lohnunternehmen an dem MuD teil. Die Landwirtschaftskammer Niedersachsen hat neben der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen die Projektkoordination übernommen.
Die Förderung des Vorhabens erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages. Die Projektträgerschaft erfolgt über die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), Förderkennzeichen 2821ABS400.
Kontakt
Dipl.-Ing.
Kristin Böning
Regionalkoordination MuD Säure+ im Feld
Projekt-Partner
Projekt-Website
saeureplus.de/Beiträge aus dem Projekt-Blog
26.03.2025
Die Ansäuerung von Wirtschaftsdüngern mit Schwefelsäure gewinnt als umweltschonende und effizienzsteigernde Technik in der Landwirtschaft zunehmend an Bedeutung. Durch die Zugabe konzentrierter Schwefelsäure wird das temperatur- und pH-Wert abhängige Gleichgewicht vom Ammonium-Ion und Ammoniak im Düngemittel zugunsten des Ammonium-Ions verschoben und somit die Ausgasung von Ammoniak vermindert. Es wird in drei verschiedene Anwendungsbereiche unterschieden: Die Ansäuerung im Stall, im Lager und direkt während der Ausbringung. Bei allen drei Anwendungsbereichen ist das Ziel, die Ammoniakemissionen zu reduzieren. In der LAND & FORST Ausgabe 47/2024 auf Seite 48 ist der Anwendungsfall, Gülle (im Stall oder im Lager) vor der Nutzung in einer Biogasanlage anzusäuern, dargestellt, wie es im Projekt AcidDigSoil (Christian-Albrechts-Universität Kiel) untersucht wurde. Die Ansäuerung während der Ausbringung wird im Projekt „Säure+ im Feld“ in der Praxis erprobt. Die verschiedenen Bereiche der Wirtschaftsdüngeransäuerung werden im Folgenden zunächst genauer beschrieben:
Ansäuerung im Stall
Bei der Ansäuerung im Stall wird die Gülle aus dem Güllekanal in einen Mischbehälter außerhalb des Stalls gepumpt. In diesem Behälter wird die Säure bis zu einem pH-Wert der Gülle von unter 5,5 unter ständigem Rühren zugegeben. Anschließend wird die Gülle entweder teilweise zurück in den Stall, teilweise ins Lager oder vollständig zurück in den Stall gepumpt. Ein positiver Nebeneffekt der Ansäuerung im Stall ist die Inaktivierung der methanbildenden Mikroorganismen, wodurch es zu einer Reduktion von Methanemissionen kommt und vor allem in Schweineställen zu einer Geruchsminderung und damit einem verbesserten Arbeitsklima. Daraus ergibt sich auch die schlechtere Eignung angesäuerter Güllen für die Nutzung in Biogasanlagen, was die Ergebnisse aus dem Projekt AcidDigSoil belegen.
Ansäuerung im Lager
Bei der Ansäuerung im Lager kann die Schwefelsäure schon während der Befüllung des Güllelagers zugegeben werden. Über ein Rohrgestänge, das mit dem Propellerrührwerk verbunden ist, wird die Säure in den Güllestrom gegeben. Angestrebt wird auch hier ein pH-Wert unter 5,5. Da der abgesenkte pH-Wert nicht stabil ist, muss sowohl bei der Ansäuerung im Stall als auch im Lager wiederholt Säure zugegeben werden. Neben den daraus resultierenden hohen Säuremengen sind auch die hohen Auflagen der „Verordnung über Anlagen zum Schutz mit wassergefährdeten Stoffen“ (AwSV) zu beachten.
Während der Ausbringung flüssiger Wirtschaftsdünger wird die Schwefelsäure unmittelbar vor dem Verteilerkopf in den Güllestrom injiziert. Im Gegensatz zu den anderen Anwendungsbereichen wird in diesem Fall eine pH-Wert Absenkung auf 6,4 angestrebt, was geringere Säuremengen erfordert. Das System hat durch die Kompatibilität mit üblichen Schleppschlauch und Schleppschuhgestängen eine große Flächenleistung.
Die Praxistauglichkeit dieser Technik wird seit September 2022 im Modell- und Demonstrationsvorhaben (MuD) „Säure+ im Feld“ untersucht. Erste Eindrücke aus den bereits abgeschlossenen zwei Versuchsjahren sowohl aus Niedersachsen, als auch zusammengefasst aus allen teilnehmenden Bundesländern, verknüpft mit den Erkenntnissen der dreijährigen Versuchsergebnisse aus dem Projekt AcidDigSoil, sind im Folgenden beschrieben. Das MuD „Säure+ im Feld“ ist ein Verbundvorhaben mit acht beteiligten Bundesländern. Im Großteil der Bundesländer wurden an verschiedenen Standorten On-Farm Versuche angelegt. Das sind Versuche, die in Großparzellen mit Praxistechnik angelegt und beerntet werden. On-Farm Versuche sind aufgrund des Versuchsdesigns statistisch auswertbar und können belastbare Erkenntnisse über die Auswirkungen des Säureeinsatzes liefern. Um die bereits erlangten Erkenntnisse weiter vertiefen zu können, wurde kürzlich eine Projektverlängerung bis August 2027 bewilligt. Die ersten beiden Versuchsjahre 2023 und 2024 unterschieden sich deutlich in der Witterung und stellten die Landwirtschaft vor unterschiedliche Herausforderungen. Die Witterung wird bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt. Ein Ansatz der Auswertung ist es, die relativen Ertragsunterschiede der Varianten ‚mit Säure‘ im Vergleich zur Variante ‚ohne Säure‘ zu betrachten, wobei eine positive Differenz einen Mehrertrag in der Säurevariante bedeutet.
Positive Ertragseffekte
Insgesamt wurden in den ersten beiden Projektjahren in den acht teilnehmenden Bundesländern 49 On-Farm Versuche in Ackerbaukulturen und 32 Schnitte in On-Farm Versuchen im Grünland durchgeführt und untersucht. Dabei zeigte sich in 63 Prozent der Versuche in Ackerbaukulturen eine positive Ertragsdifferenz bei der Verwendung von Schwefelsäure während der Ausbringung flüssiger Wirtschaftsdünger. Drei Versuche erzielten signifikant positive Mehrerträge. Bei den rund zwei Dritteln mit positivem Ergebnis der bisherigen Versuche hat die Ansäuerung zu einem Mehrertrag von durchschnittlich 5,5 Prozent geführt.
Die positiven Ertragseffekte können unter anderem durch die verbesserte Stickstoffausnutzung infolge der Ansäuerung erklärt werden, da die Schwefelsäure zu verminderten Ammoniak-Emissionen führt. Dadurch steht den Pflanzen mehr Stickstoff in Ammoniumform zur Verfügung.
Die zweijährigen Ergebnisse der teilnehmenden Bundesländer zeigen einen signifikanten Zusammenhang zwischen den relativen Ertragsunterschieden in Abhängigkeit zur Kultur und der Ansäuerung. Von den sieben Versuchen in Wintergerste führten sechs zu einer positiven Ertragsdifferenz. Im Winterroggen wurde in allen vier durchgeführten Versuchen eine Ertragssteigerung festgestellt. Bei Mais wurden je drei Versuche im Körnermais und im Silomais durchgeführt. Während im Körnermais ausschließlich positive Ertragsdifferenzen beobachtet wurden, zeigten die Versuche im Silomais ausschließlich negative. Beim Winterweizen, der mit 30 Versuchen die am häufigsten untersuchte Kultur war, wurde in 57 Prozent der Versuche eine Ertragssteigerung nach Anwendung der Schwefelsäure beobachtet. Dabei kam es zu einer deutlichen Streuung der bisherigen Ergebnisse. Diese Variabilität verdeutlicht die vielen Einfussfaktoren auf den Effekt der Technik. Diese sollen im Projekt evaluiert werden.
Qualitätseffekte
Ein leicht positiver Effekt wurde bei der Differenz der Rohproteingehalte des Getreidekorns Variante ‚mit Säure‘ im Vergleich zur Variante ‚ohne Säure‘ erkennbar. In 54 Prozent der angelegten Versuche in Ackerbaukulturen in allen teilnehmenden Bundesländern (n = 46) erhöhte sich der Proteingehalt bei der aktuellen Datengrundlage um durchschnittlich 0,38 Prozentpunkte.
Die Ergebnisse zum Proteingehalt in Niedersachsen zeigen ein ähnliches Bild: In der Hälfte der Versuche war der Proteingehalt in der Variante mit Zugabe der Schwefelsäure erhöht, im Durchschnitt um 0,6 Prozentpunkte. An zwei Standorten war dieser Anstieg statistisch signifikant. In zwei Versuchen gab es keine Unterschiede zwischen den Varianten und in weiteren drei Versuchen wurde ein geringerer, jedoch nicht signifikant niedrigerer Proteingehalt festgestellt.
Erkenntnisse, die über drei Jahre in Exaktversuchen im Projekt AcidDigSoil in Mecklenburg-Vorpommern gewonnen wurden, bestätigen diese positiven Effekte. Hier führte die Ansäuerung der ausgebrachten flüssigen Wirtschaftsdünger zu Vegetationsbeginn im Winterweizen zu einer signifikanten Steigerung der Rohproteingehalte im Korn um durchschnittlich 0,7 Prozentpunkte.
Die Versuche im Grünland wurden zu unterschiedlichen Aufwüchsen angelegt. Bei den 32 ausgewerteten Versuchen mehrerer Bundesländer, konnten bei 66 Prozent positive Ertragseeffekte festgestellt werden. Die späteren Schnitte zeigten einen Trend zu höheren Ertragsdifferenzen bei höheren Temperaturen zum Zeitpunkt der Ausbringung. Damit waren die Effekte des Säureeinsatzes umso größer, je ungünstiger die äußeren Bedingungen bei der Ausbringung waren. Dies darf allerdings nicht zu der Schlussfolgerung führen, dass für eine Ausbringung ungeeignete Bedingungen durch den Einsatz von Schwefelsäure unendlich kompensiert werden können. Auch in Niedersachsen wird im kommenden Versuchsjahr 2025 die Wirkung der Ansäuerung im Grünland in einem On-Farm-Versuch untersucht.
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Schwefelsäure richtig einsetzen |
09.06.2023
Organische Dünger wie Gülle oder Gärreste stehen im stetigen Mittelpunkt, wenn es um die Debatte von Stickstoffverlusten, in Form von gasförmigen Ammoniakverflüchtigungen geht. Mit der Ansäuerungstechnik wird nicht nur eine neue Diskussionsgrundlage geschaffen, sondern auch ein Schritt zum Erreichen der NEC-Richtlinien getan. Im Folgenden wird das länderübergreifende Modell- und Demonstrationsvorhaben „Säure+ im Feld“ vorgestellt.
Die Landwirtschaft steht in den nächsten Jahren, besonders im Hinblick auf die EU-Nitratrichtlinie für Wasserschutz und der NEC-Richtlinie für Luftreinheit umfassenden Herausforderungen entgegen. Ein Ziel ist es, die Ammoniak-Emissionen bis 2030 im Vergleich zu 2005 um 29% zu reduzieren. Die Einarbeitung bei einer Ausbringung von Gülle oder Gärresten vor der Aussaat führt bereits zu einer merklichen Reduktion von Ammoniak-Emissionen. Um diese Reduktion auch in wachsenden Beständen zu erzielen, ist laut Düngeverordnung (DüV) seit dem 01.02.2020 die bodennahe und streifenförmige Ausbringung von flüssigen Gärresten und Güllen vorgeschrieben.
Wie unterschiedlich die Ammoniak-Verlustraten bei verschiedene Ausbringtechniken sind kann man in Tabelle 1 sehen. Hier wird das Potential der Ansäuerung mit Schwefelsäure (H2SO4) deutlich, welches die geringsten Verluste zeigt. Vorangegangene Versuche der LWK-Niedersachsen haben zudem eine pflanzenbauliche Wirksamkeit von angesäuerter Gülle auf den Ertrag gezeigt. Trotz dieser Ergebnisse, wird das Verfahren in Deutschland derzeit noch wenig angewendet.
| NH3-N Verluste [% des ausgebrachten NH4-N ] |
NH3-N Verluste [kg N/ha* ] |
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| oberflächliche Ausbringung | ||
| Prallteller** | 50 -100 | 38 - 63 |
| Schleppschlauch | 40 - 80 | 25 - 50 |
| Schleppschuh | 20 - 60 | 13 - 38 |
| Schlitztechnik | 10 - 40 | 6 - 25 |
| Ansäuerung | < 10 | < 6 |
| Einarbeitung bei der Aussaat | ||
| Güllegrubber | 20 - 40 | 13 - 25 |
| Gülle-Strip-Till | < 10 | < 6 |
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* bei 25m³/ha Ausbringungsmenge, 4 kg N/m³, 62,5% NH4-N ** aufwärts gerichtete Prallteller nicht mehr zulässig |
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In dem bundesländerübergreifenden Projekt „Säure + im Feld“, an dem u.a. die LWK Niedersachsen neben 7 weiteren Projektpartnern beteiligt ist, wird das Verfahren der Gülleansäuerung unter Praxisbedingungen getestet. Ziel ist es, die Effizienz der Ansäuerung in On-Farm Versuchen zu ermitteln und auf Demonstrationsstreifen die Effekte zu zeigen. In ganz Niedersachsen nehmen landwirtschaftliche Betriebe und Lohnunternehmen teil und werden pflanzenbaulich begleitet. Neben Pflanzen- und Bodenanalysen werden auch Ammoniakmessungen vorgenommen um zu ermitteln, ob die Ziele des Umweltschutzes und die der landwirtschaftlichen Produktion mit Blick auf die Nährstoffversorgung unterschiedlicher Kulturen gemeinsam erreicht werden können.
Ansäuerung mit Schwefelsäure
In organischen Düngern liegt der Stickstoff in organisch gebundener Form und als pflanzenverfügbares Ammonium-N (NH4+) vor. Dieses befindet sich in einem Temperatur- und pH-Wert abhängigen Gleichgewicht zum Ammoniak. Ein hoher pH-Wert verschiebt das chemische Gleichgewicht zugunsten des Ammoniaks, als Folge dessen hohe Emissionsverluste entstehen. Mit Hilfe der Schwefelsäure ist es möglich, den pH-Wert zugunsten des Ammoniums herabzusetzen und Ausgasungen zu verringern, wodurch mehr pflanzenverfügbarer Stickstoff zur Verfügung steht. Als geeignetes Maß hat sich eine pH-Wert Absenkung auf ca. 6,4 etabliert. Je nach Gülleart sind unterschiedliche Mengen Schwefelsäure pro Kubikmeter nötig, um den Ziel pH-Wert zu erreichen. Während bei Rinder- und Schweinegülle ca. 2,0 l/m3 anzusetzen ist, benötigen Gärreste aufgrund des höheren Ausgangs-pH-Wertes 4,5-5,0 l/m3. Aus ökonomischer Sicht sind die Kosten der Schwefelsäure im Verhältnis zur Steigerung der Stickstoffausnutzung der limitierende Faktor der einzusetzenden Säuremenge.
Technische Umsetzung
Verbessertes Nährstoffmanagement dank Schwefelsäure
Reagiert die konzentrierte Schwefelsäure mit der Gülle kommt es zu einer pH-Wert Absenkung und folgenden positiven Nährstoffeffekten:
- Das Verhältnis von Ammonium zu Ammoniak verschiebt sich zu Gunsten des Ammoniums.
⇒ Mehr pflanzenverfügbarer Stickstoff je m3 Gülle - Laut Literatur: Organisch gebundenes Phosphat in der Gülle oder dem Gärrest wird mobilisiert und in pflanzenverfügbarer Form an die Pflanze gebracht.
- Die Schwefelsäure wird bei der Reaktion mit der Gülle zum Pflanzenverfügbaren Sulfat umgewandelt.
- Durch die bessere Nährstoffverfügbarkeit der angesäuerten Gülle kann Mineraldünger eingespart werden.
In vorherigen Versuchen der LWK Niedersachsen hat sich gezeigt, dass mit Hilfe der verbesserten Ammoniumernährung und Phosphatverfügbarkeit je nach Ausbringungssystem, ob Schleppschlauch, Schleppschuh oder Schlitzgerät, ähnliche Erträge wie mit einer rein mineralischen Düngung erzielt werden können. Besonders mit Blick auf die Roten Gebiete, in denen eine reduzierte Stickstoffdüngung um 20% laut DüV vorgeschrieben ist, kann das System eine Optimierung des Nährstoffmanagements darstellen.
MuD „Säure+ im Feld“
24.04.2023
Unter dem Slogan „Emissionen senken, Effizienz steigern!“ ist das Projekt Säure + im Feld in Niedersachsen erfolgreich in die erste Saison gestartet
An dem MuD, welches vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages im Rahmen der Ackerbaustrategie gefördert wird und bei dem die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) als Projektträger fundiert, sind 8 Bundesländer beteiligt.
Ziel ist es, das Verfahren der Ansäuerung von flüssigen Wirtschaftsdüngern durch ein Netz von teilnehmenden Modellbetrieben in die Praxis zu bringen, sowie Erfahrungen zu Einsatzmöglichkeiten, Aufwandmengen und Düngeplanung zu sammeln. Hintergrund der Technik ist es, das hohe Verlustpotential durch Ammoniakemissionen während der Ausbringung im stehenden Bestand zu minimieren. Das in der Gülle oder dem Gärrest enthaltene Ammonium steht in einem temperatur- und pH-Wert-abhängigen Gleichgewicht mit dem flüchtigen Ammoniak. Dieses Verhältnis kann durch das Ansäuern mit konzentrierter Schwefelsäure und somit dem absenken des pH-Wertes zugunsten des Ammoniums verschoben werden. So werden Emissionen gesenkt und die Nährstoffeffizienz gesteigert.
Im Fronttanksystem des Schleppers befindet sich ein doppelwandiger IBC-Container mit der Schwefelsäure, sowie 2 Wassertanks und 1 Tank für Additive. Die Mischeinheit mit Säureinjektion befindet sich hinter dem Dreiwege-Hahn und ein pH-Sensor misst am Schleppschlauch mit der größten Länge kontinuierlich den pH-Wert des flüssigen Wirtschaftsdüngers.
Die Säure kommt zum ersten Mal auf den Modellbetrieben zum Einsatz
Der Start des Projekts verlief sehr erfolgreich. Nachdem die teilnehmenden Modellbetriebe und Lohnunternehmen in ganz Niedersachsen gefunden waren (Abb. Karte), wurden sehr schnell die On Farm Versuche im randomisierten Blockdesign angelegt. Dabei wird die konventionelle Düngung mit Gülle und Gärresten mit einer angesäuerten Variante verglichen. Als Kontrolle wurde meist eine voll ausgedüngte Variante gewählt. Zusätzlich zu den On Farm Versuchen, sind an vier Standorten Demonstrationsstreifen mit unterschiedlichen Säuremengen im Vergleich angelegt. Ende Februar konnten die ersten zwei Betriebe ihre On Farm versuche im Wintergetreide erfolgreich ansäuern, Ende März folgten die übrigen drei in Weizen.
Die integrierte Schwefeldüngung ist ein weiterer Vorteil der Ansäuerungs-Technik, neben der besseren Stickstoffausnutzung und der reduzierten Ammoniak-Emission. Zusätzlich erhoffen wir uns weitere Vorteile der Ansäuerung auf das Nährstoffmanagement mit unserem Projekt zeigen zu können. Dazu werden alle Versuche pflanzenbaulich in Form von Boden-, Pflanzen- und Düngeproben begleitet. Die Ergebnisse der Proben werden dann in Zusammenhang mit Wetter- und Ertragsdaten ausgewertet. Regelmäßige Ammoniakmessungen an ausgewählten Standorten werden in Verbindung mit Feldtagen von der Landwirtschaftlichen Lehranstalt Triesdorf vorgenommen.
Über geplante Feldtage werden sie über den Warndienst oder die Seite der LWK-Niedersachsen informiert. Wir wollen die Feldtage nutzen, um die Technik in der Praxis bekannter zu machen, mögliche Effekte im Feld zeigen zu können und Fragen zu Einsatz, Ökonomie und Sicherheit zu klären.