Landwirtschaft, Gartenbauund Ernährung

Nutzung von Biomasse als Gärsubstrate

26. Fachtagung Acker- und Pflanzenbauam 22.November 2007

Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Brandenburg

Referat Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Heinrich-Mann-Allee 10314473 Potsdam Telefon: 0331/866-7017Fax: 0331/866-7018Internet: www.mluv.brandenburg.deE-Mail: pressestelle@mluv.brandenburg.de

Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung

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Aktuelle Ergebnisse

Impressum Redaktion: Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung Referat 43 – Ackerbau und Grünland Berliner Straße 14532 Güterfelde Telefon: 03329/691400 Telefax: 03329/691429 e-Mail: referat.pflanzenbau@lvlf.brandenburg.de Internet: http://www.mluv.brandenburg.de Schriftenreihe des Landesamtes für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung Aktuelle Ergebnisse - Nutzung von Biomasse als Gärsubstrate 2007 26. Fachtagung Acker- und Pflanzenbau Druck: Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung Am Halbleiterwerk 1 15236 Frankfurt (Oder) TZ 119/07 Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit der Landesregierung Brandenburg he-rausgegeben. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Untersagt ist gleichfalls die Weitergabe an Dritte zum Zwecke der Wahlwerbung. Nachdruck – auch auszugsweise – nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers. © Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung, November 2007

Inhaltsverzeichnis Seite Vorwort Dr. Lothar Adam

LVLF, Güterfelde 2

Grußwort der Brandenburgischen Energie Technologie Initiative ETI

Tanja Kenkmann Brandenburgische Energie Technologie Initiative, Potsdam

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Chancen der Biomassenutzung für den ländlichen Raum Brandenburg

Wolfgang Scherfke LBV Brandenburg e.V.

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Erfahrungsbericht der Agrargenossenschaft Pirow eG bei der Vergärung von Biomasse in einer TNS- Biogasanlage

Uwe Kessler AG Pirow eG

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Neue Ergebnisse zum Anbau und zur Bewertung von Biomassesubstraten für Biogasanlagen

Dr. Gunter Ebel, Dr. Lothar Adam LVLF, Güterfelde

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Fortschritte in der Bewertung der Einflussfaktoren auf die Substratqualität und Biogasausbeute

Christiane Herrmann, Dr. Monika Heiermann, Dr. Christine Idler, Dr. Volkhard Scholz Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V.

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Neue verfahrensökonomische Erkenntnisse zu Gärsubstraten – ein Fruchtarten- und Fruchtfolgevergleich

Dr. Thore Toews Justus-Liebig-Universität Gießen

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Gärrückstände aus der Biogaserzeugung mit pflanzlichen Substraten – Eigenschaften und pflanzenbauliche Verwertung

Karen Sensel, Verena Wragge & Prof. Frank Ellmer Humboldt-Universität Berlin

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Posterbeiträge:

Eignung verschiedener Ackerfuttermischungen für die Erzeugung von Biogas

Dr. Katrin Schmaler, Humboldt-Universität Berlin; Dr. Frank Hertwig & Dr. Karin Neubert, LVLF Paulinenaue; Dr. Gunter Ebel, LVLF Güterfelde

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Entwicklung und Optimierung von standortangepassten Anbausystemen für Energiepflanzen Teilprojekt 1 (Mecklenburg – Vorpommern)

Jana Peters LFA Mecklenburg Vorpommern, Gülzow

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Vorwort Der Markt für landwirtschaftliche Erzeugnisse ist monetär und quantitativ in Bewegung geraten. Die höheren Marktpreise erfordern neue Überlegungen zur Vorzüglichkeit von Fruchtarten. Auch in den vom Standort eher benachteiligten ländlichen Gebieten Brandenburgs lassen diese aktuellen Ent-wicklungen neue Perspektiven aufkommen. Energiepflanzen gehören zu den Zweigen in der Landwirtschaft, denen traditionell schon immer eine große Bedeutung zu kamen. In der öffentlichen Diskussion über „Energiepflanzen“ wird jedoch heute oft vergessen, dass Nahrungs- und Futtermittel im wesentlichen auch als Energielieferanten dienen. Allein Getreide nimmt im Land Brandenburg ca. 50 % der Anbaufläche ein. Den oft zitierten Sonderweg für „Energie aus Biomasse“ kann und darf es daher nicht geben weil er auch letztlich an den Realitäten einer nachhaltigen landwirtschaftlichen Primärproduktion vorbeigeht. Das Potenzial der heimischen Kulturpflanzen ist durch den züchterischen, anbautechnischen und technologischen Fortschritt heute deutlich höher als in den 60er Jahren. Für aktuelle, so auch ener-getische Nutzungsformen, ergeben sich damit auch neue Verwertungspotenziale, die zum Vorteil ländlicher Regionen nutzbar gemacht werden können. Von den Möglichkeiten der dezentralen Nutzung erneuerbarer Energien werden auch die Landwirte profitieren, um so mehr sie in der Wertschöpfungskette oder –partnerschaften eingebunden sind. Im bisherigen Biomasseanbau zur Erzeugung von Kosubstraten zur Biogasgewinnung dominiert der Mais. Zunehmend werden aber Getreide als Ganzpflanze oder bei schlechter Marktlage auch Körner, eingesetzt. Dies liegt darin begründet, dass es einerseits keine spezifische „Biogaspflanze“ gibt und andererseits die Notwendigkeit zu hinterfragen ist. Wie schnell sich Absatzmärkte verschieben können, zeigten gerade die vergangenen Jahre eindrucksvoll. Das Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung des Landes Brandenburg hat vor einigen Jahren die Untersuchungen zum Anbau von Biomassepflanzen zur Gewinnung von Biogas aufgenommen. Umfassend erweitert werden konnte das Arbeitsfeld seit dem Jahre 2004 bzw. 2005, durch die im Rahmen von bundesweiten Verbundprojekten: „Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“ (EVA) sowie „Anbau und Nutzung von Energiehirse als Alternative für ertragsschwache Standorte in Trockengebieten Deutschlands“ - personelle, investive und finanzielle Förderung seitens des BMELV über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. Gülzow. Anlässlich der 26. Fachtagung Acker- und Pflanzenbau des Landesamtes für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung zum Thema „Biomasse als Gärsubstrate“ sollen neue Ergebnisse zum Anbau, zur Biogasausbeute und Ökonomie sowie der Gärrestverwertung oder auch von Nutzungskonkurrenzen bei der Verwertung vorgestellt werden. Die Fachtagung wird mit Unterstützung der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. Gülzow, der Agrargenossenschaft Pirow, der Brandenburgischen Energie Technologie Initiative und dem Landes-bauernverband Brandenburg durchgeführt. Dr. Lothar Adam Referatsleiter

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Grußwort der Brandenburgischen Energie Technologie Initiative ETI für die Veranstaltung: „Aktuelle Ergebnisse zur Nutzung von Biomasse als Gärsubstrat“

Vor wenigen Monaten hat die Bundesregierung Eckpunkte für ein integriertes Klima- und Energieprogramm für unser Land im brandenburgischen Meseberg beschlossen. Darin wird davon ausgegangen, dass bis zum Jahr 2020 6 Prozent des Erdgasverbrauchs durch Biogas kompensiert und im Jahr 2030 bereits 10 Prozent erreicht werden können. Dies würde eine umweltverantwortliche, klimaschonende Energieerzeugung befördern und die Importabhängigkeit vom Erdgas verringern helfen. Voraussetzung für den weiteren Ausbau der Biogaserzeugung und damit auch der gesamten Bioenergiewirtschaft ist, neben der technologischen Weiterentwicklung und Optimierung der Anlagen, die Verfügbarkeit von geeigneten, qualitativ hochwertigen und für einen wirtschaftlichen Preis verfügbaren Gärsubstraten. Gegenwärtig gibt es auf dem Agrarrohstoffmarkt, bedingt durch die hohe internationale und nationale Nachfrage und Ernteeinbußen infolge von Witterungseinflüssen enorme Preissteigerungen. Einzelne Biogasanlagen haben bereits wirtschaftliche Schwierigkeiten, der Bau von in Planung befindlichen Anlagen wird zum Teil ausgesetzt. Diese Entwicklung gefährdet die gesamte, in den letzten Jahren stark gewachsene Biogaswirtschaft. Es muss versucht werden, durch verstärkte Anstrengungen in der Forschung, gegenzusteuern. Aus diesem Grunde sind Veranstaltungen wie diese, die sich mit der Biomasseerzeugung und –verwertung beschäftigen, von außerordentlicher Aktualität und Wichtigkeit für die Branche. Ein hohes Potenzial liegt in der Optimierung des Anbaus und der Verarbeitung der Energiepflanzen sowie in der Wahl und Züchtung der Energiepflanzenarten und -sorten. Diese Potenziale gilt es in der Zukunft auszubauen und zu nutzen. Dazu soll diese Veranstaltung „Aktuelle Ergebnisse zur Nutzung von Biomasse als Gärsubstrat“ einen Beitrag leisten. Die Energie Technologie Initiative (ETI) hat den starken Ausbau der Bioenergie im Land Brandenburg seit 2002 maßgeblich unterstützt und mitgestaltet und befördert auch in der Gegenwart die Verbreitung neuer Technologien bei der Erzeugung und Nutzung „Grüner Energien“. Als Beispiel sei die Erprobung des Verfahrens der Trocken- Nass- Simultanvergärung bei der Biogaserzeugung gemeinsam mit dem ATB an der Biogasanlage in Pirow genannt, wo wir heute zu Gast sind. Diese Anlage wurde im Rahmen eines ETI-Leitprojektes gefördert. Im Rahmen unserer ETI-Arbeitsgruppe Biogas führen wir regelmäßig Treffen durch, auf denen aktuelle technische und pflanzenbauliche Entwicklungen im Biogasbereich vorgestellt werden. Unter der Federführung des ATB wurde durch die ETI außerdem das „Standardwerk“ der Biogasbranche in Brandenburg erstellt: Der Leitfaden „Biogas in der Landwirtschaft“, der Ende 2006 in der dritten überarbeiteten Auflage erschienen ist. Der Leitfaden kann über die ETI bezogen werden, auf der Webseite erhalten Sie auch Informationen zur Biogas-Arbeitsgruppe. Mit der Frage der Rohstoffverfügbarkeit beschäftigt sich die ETI außerdem gemeinsam mit der Fachhochschule Eberswalde und internationalen Partnern im Rahmen des EU-Projektes Baltic Biomass Network BBN. Dieses Projekt wurde und wird von der ETI initiiert, entwickelt und geleitet. Im Rahmen von BBN sollen der Energiepflanzenanbau gefördert, die Kompetenzen bei der Planung einer nachhaltigen Nutzung der Ressourcen gestärkt sowie weitere Investitionen im Bereich Bioenergie gefördert werden. Das BBN-Netzwerk besteht aus 12 Facheinrichtungen aus 6 Ländern. Regionale Biomasse-Potentiale wurden auf der Basis von Kartierungen mit Hilfe eines Geographischen InformationsSystems (GIS) erfasst. Diese Analysen ermöglichen die Identifizierung geeigneter Gebiete für die Produktion von Energiepflanzen sowie optimaler Bioenergieanlagenstandorte für geeignete Bioenergie-Produktionslinien. Die im Rahmen von BBN erstellten Untersuchungen unterstützen Land- und Forstwirte bei der Bewertung von Risiken und Chancen bei der Anlagenplanung und -errichtung. Im Rahmen des Projektes werden außerdem Szenarien zu realen Investitionsvorhaben und zur zukünftigen Bioenergienutzung unter Berücksichtigung der Änderung politischer Rahmenbedingungen und des Klimas entwickelt. Die Ergebnisse für das Land Brandenburg können ebenfalls über die ETI bezogen werden. Ich wünsche nun allen Teilnehmern einen fruchtbaren Austausch und lade alle herzlich ein, an künftigen Aktivitäten der ETI Arbeitsgruppe Biogas mitzuarbeiten.

Tanja Kenkmann Brandenburgische Energie Technologie Initiative

Kontakt: Tanja Kenkmann ETI, IHK Potsdam Breitestr. 2a-c 14467 Potsdam eti@potsdam.ihk.de; Tel: 0331/2786-282 (Fax:-191)

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Chancen der Biomassenutzung für den ländlichen Raum Brandenburg Wolfgang Scherfke Landesbauernverband Brandenburg e.V.

Die Nutzung der erneuerbaren Energien hat in den letzten Jahren eine überaus positive Entwicklung genommen, die viele Skeptiker nicht für möglich gehalten haben. Bis 2020 soll in der EU der Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtstromverbrauch bei 20 % liegen. Die Bundesregierung hat dieses Ziel dahin gehend konkretisiert, dass erneuerbare Energien einen Anteil von 14 % bei der Wärmeerzeugung, von 17 % bei Kraftstoffen und von 27 % bei Strom erlangen sollen. Um diese Ziele zu erreichen, wird der Biomasseeinsatz, der innerhalb der erneuer-baren Energien mit 70 % bereits jetzt den höchsten Anteil hat, auch weiterhin stark wachsen. Der Vorteil der Biomasse liegt unter anderem darin, dass diese als fester, flüssiger oder gasförmiger Energieträger zur Verfügung steht, dass mit ihr alle Energieformen (Wärme, Strom und Kraftstoffe) erzeugt werden können und dass sie aufgrund ihrer Lagerfähigkeit zeitlich und räumlich relativ flexibel bereitgestellt werden kann. Grenzen findet die Biomassenutzung jedoch in der Flächenverfügbarkeit und in den ökologischen Anforderungen, die den Anteil von Bioenergie am Primärenergiebedarf auf 4-5 % begrenzen. Deshalb ist davon auszugehen, dass eine Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen für den Anbau von Biomasse von derzeit 1,6 Mio. ha auf 3 bis maximal 4 Mio. ha möglich ist. Im Sondergutachten des Sachverständigenrates für Umweltfragen (SRU) vom Juli 2007 wird die derzeitige Biomasseförderung der Bundesregierung kritisch bewertet. Prioritäten sollten künftig nicht bei Biokraftstoffen, sondern in der gekoppelten Strom-Wärmeerzeugung gesehen werden, die bis zu 3 mal effizienter ist. Auch im Bundesland Brandenburg ist diese rasante Entwicklung nicht vorbeigegangen. Die landwirtschaftliche Anbaufläche für nachwachsende Rohstoffe hat sich in den letzten 5 Jahren verdreifacht und ist nunmehr auf ca. 192.000 ha ausgeweitet. Das entspricht einem Anteil von 19 % der Ackerfläche. Anteilig wurden 19.727 ha nachwachsende Rohstoffe auf Stilllegungsflächen ange-baut. Die Nutzung der Energiepflanzenbeihilfe seit der Einführung im Jahr 2004 hatte die größte Zu-nahme des Anbauumfangs verursacht. So wurden in 2007 auf 161.780 ha Ackerland nachwachsende Rohstoffe mit Energiepflanzenbeihilfe angebaut. Dominierend in diesem Wachstumsbereich sind Raps und Roggen. Die Schlagkraft der landwirtschaftlichen Produktion und die Nähe zur verarbeitenden Industrie sind brandenburgische Standortvorteile. In Brandenburg befinden sich Verarbeiter mit einem Produktionsvermögen von 180.000 t/a Bioethanol (die aber zur Zeit nicht genutzt werden) und 560.000 t/a Biodiesel. Auch der Ausbau der Biogasproduktion in der Landwirtschaft hat in Zusammenhang mit der im EEG verankerten Bonusvergütung für die Verwertung nachwachsender Rohstoffe dazu geführt, dass im Jahr 2006 neben der Gülle von 10.700 ha Mais- und Ganzpflanzensilage in Biogasanlagen verwertet wurden. In Brandenburg gibt es derzeit ca. 80 laufende Biogasanlagen, davon sind 45 von Landwirtschaftsbetrieben geführt. Die Vorteile von Anlagen in ländlichen Räumen liegen auf der Hand:

• in relativ geringen Leistungsbereichen rentabel • dezentraler Betrieb in der Nähe der Rohstoffe möglich • Wertschöpfung und Einkommensalternative in ländlichen Räumen • Stärkung der Wirtschaftskraft • umweltgerechte Kreislaufwirtschaft durch die Nutzung organischer Reststoffe und

Koppelprodukte • äußerst konstanter Betriebszustand gegenüber anderen regenerativen Energien

Dennoch ist Euphorie bei der Investition in Biogasanlagen unangebracht. Dafür gibt es verschiedene Begründungen. Einerseits haben sich die Marktverhältnisse für Anlagen und Rohstoffe drastisch verändert. Andererseits hat der Boom des Anlagenbaus mancherorts für Verwerfungen in der Tierhaltung und dem lokalen Pachtmarkt gesorgt. Zudem haben Diskussionen um die ethische Bewertung der Konkurrenz von Nahrungsmittelerzeugung und Energiepflanzenanbau sowie um Maismonokulturen die öffentliche Wahrnehmung geprägt. Heute zeigt sich, welche Investition in eine Biogasanlage wirtschaftlich zukunftsträchtig als ein neues betriebliches Standbein getätigt wurde oder in einem zusätzlichen Betriebszweig versickert ist.

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Gestiegene Substrat- und Pachtpreise und die Frage, ob bei Ertragsausfällen noch genügend Rohstoffe geerntet werden, können viele Wirtschaftlichkeitsrechnungen von Anlagen und Lieferverträgen ins Gegenteil verkehren. Nicht zuletzt sei erwähnt, dass einige Anlagen zu Lasten einer defizitären Milchhaltung gebaut wurden. Hier wurde sozusagen der Futterkonkurrent Milchviehhaltung zugunsten einer Biogasanlage abgeschafft, die zwar dieselbe Fläche beansprucht, aber viel weniger Arbeitskräfte bindet und derzeit auch deutlich weniger Gewinn einfährt. Biogasanlagen, die im Einklang mit der Tierhaltung wirtschaftlich effizient betrieben werden, passen sich vorteilhaft in das Gesamtunternehmen ein. Statt organische Reststoffe zu entsorgen, wird Energie erzeugt und werden Nährstoffe genutzt. Der Vergärprozess reduziert die Anzahl pathogener Keime und die Keimfähigkeit von Unkrautsamen. Die Pflanzenverträglichkeit der eingesetzten Gülle verbessert sich durch das eingeengte C/N-Verhältnis und eine gleichmäßigere und bessere Verteilung bei der Ausbringung wird erzielt. Dünge- und Pflanzenschutzmittel können eingespart werden. Geruchsemissionen werden reduziert. Auch der oft befürchtete Monokulturanbau von Mais für Biogasanlagen hat sich nicht eingestellt. Wenn auch als Folge der EEG-Novelle von 2004 durch den Bonus für die Verwertung nachwachsender Rohstoffe der Energiepflanzenanbau angereizt wurde und sich der Anbauumfang von Mais zur Silageverwertung und von Getreide zur Ganzpflanzennutzung in Biogasanlagen etwas erhöht hat, ist der Gesamtumfang des Maisanbaus relativ stabil geblieben, weil Tierbestand und damit diese Verwertungsschiene rückgängig war. Wichtig aus Sicht eines Energiepflanzenanbauers ist der Masseertrag je Hektar. Mais erbringt hohe Erträge, ist gut zu silieren, sichert hohe Methanerträge und steht deshalb im Vordergrund. Aber auch andere Pflanzen wie Rüben, Getreide- oder Grassilage oder Hirse, der Mischanbau von Energie-pflanzen und spezielle Energiefruchtfolgen werden aus Sicht des Wasserhaushaltes, Erosions-schutzes und der Forderung nach Biodiversität zunehmend in den Blickpunkt rücken. Für Biogasanlagen ist neben einer stabilen Prozessbiologie und einer guten Gasausbeute eine wirtschaftlich sinnvolle Wärmenutzung notwendig. Die bei der Stromproduktion aus Biogas ent-stehende Wärme wird in der Praxis vorrangig zur Beheizung des Fermenters bzw. der in der Nähe des Standortes der Biogasanlage gelegenen Gebäude genutzt. Der Transport von Wärme an weiter entfernte potenzielle Abnehmer scheitert oft an den hohen, ökonomisch nicht tragbaren Investitions-kosten für neu zu schaffende Leitungssysteme. Für Biogasanlagen, die in einem engen räumlichen Zusammenhang mit den Landwirtschaftsbetrieben errichtet wurden, sind dezentrale Wärmenutzungs-konzepte zu unterstützen. An dieser Stelle setzt auch die Agrarwirtschaftsinitiative Brandenburg an, die der Landes-bauernverband Brandenburg e.V. im Jahr 2005 ins Leben gerufen hat. Sie ist ein wichtiges politisches Instrument, um Wirtschaftkraft in den ländlichen Räumen, auch durch die energetische Nutzung von Biomasse, zu stärken. Hiermit versuchen wir, Einfluss auf Faktoren wie Investitions-förderung, Planungsvereinfachung, Netzzugang oder andere gesetzliche Rahmenbedingungen zu nehmen. In diesem Zusammenhang spielt natürlich die Novelle des EEG eine wichtige Rolle und für uns haben folgende Schwerpunkte Priorität:

1. Grundsätzlich muss im Rahmen der Novellierung gelten, dass Anlagen, die auf Grundlage des Gesetzes vom 21. Juni 2004 genehmigt und gebaut wurden, Bestandsschutz genießen und bisher geltende Vergütungssätze für diese Anlagen auch weiterhin ihre Gültigkeit behalten.

2. Der vorrangigen Abnahme des produzierten Stromes aus Biogasanlagen sollte ein Vorrang eingeräumt werden, da die kontinuierliche Strombereitstellung im Gegensatz zur Stromeinspeisung aus Windkraftanlagen zur höheren Sicherheit bei der Auslastung der Leitungsnetze und damit der Stromversorgung beiträgt.

3. Weiterhin ist die Grundvergütung bis zu 20 Jahren (plus Jahr der Inbetriebnahme) beizubehalten, um damit die langfristige Planungssicherheit für die Investoren zu erhalten.

4. Die Investition in Biogasanlagen und besonders die Investition in landwirtschaftliche Biogasanlagen muss weiterhin attraktiv bleiben. Es ist zu empfehlen, eine klare Definition für den Begriff „Anlage“ zu finden. Der Gesetzgeber muss sich in diesem Zusammenhang bekennen, ob die Vergütung von Strom aus Anlagenparks mit einer Aneinanderreihung mehrerer juristisch gesehen einzelner 500 KW Module genauso erfolgen soll wie bei Einzelanlagen oder ob die gesamte Einspeiseleistung des Anlagenparks für die Vergütungshöhe maßgebend wird. Allein auf Vergütungsoptimierung abgestellte Modulparks entsprechen nicht dem Anliegen einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Kreislaufwirtschaft. Die Genehmigung des Baus von Anlagen sowie die Vergütung der eingesetzten nachwachsenden Rohstoffe sind über den § 8 Absatz 3 Satz 1-3 EEG hinaus an einen Flächenbezug zu koppeln. Die Förderfähigkeit von bestimmten Technologien/Verfahren nach

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Effizienzkriterien muss präzisiert werden. Ein Technologiebonus für den Einsatz und die Verwertung von Gülle auch für bestehende Anlagen sollte verankert werden. Eine Aufwertung des Gülleeinsatzes würde die Veredlungswirtschaft stärken und so die bislang aufgetretenen Wettbewerbsverzerrungen zwischen den einzelnen Produktionsschienen innerhalb der Landwirtschaft verringern.

5. Die Rahmenbedingungen für die Einspeisung von Biogas (Greengas) in das Netz müssen definiert werden. Wenn künftig Biogas über das Erdgasnetz effektiver und kostengünstiger über beliebige Distanzen hinweg transportiert werden kann, könnte die Nutzung zielgerichtet dort erfolgen, wo auch der konkrete Bedarf für Strom, Wärme oder das Gas besteht. Ein Instrument, das die Abnahme und Mindestvergütungen ähnlich dem EEG regelt, wäre zielführend. Jedoch fehlt es aktuell noch an praktikablen technischen Lösungen, die die Aufbereitung und Einspeisung von Biogas allen Anlagenbetreibern auch dezentralen, land-wirtschaftlichen Biogasproduzenten flächendeckend ermöglicht.

Der steigende Biomassebedarf vor dem Hintergrund von Ölknappheit und Klimawandel und der steigende Lebensmittelbedarf vor dem Hintergrund von Bevölkerungs- und Wirtschaftsentwicklung in vielen Staaten dieser Welt bieten der Landwirtschaft insgesamt große Chancen. Deutschland und auch Brandenburg wird auch künftig zu den für die landwirtschaftliche Produktion bevorzugten Gebieten gehören. Die Biomasseproduktion erweitert das Spektrum und die Möglichkeiten der Wertschöpfung im ländlichen Raum enorm. Risiken bestehen in der Konkurrenz zur Veredlung, einer zu starken Intensivierung, der Verengung von Fruchtfolgen und einer Einschränkung der Biodiversität. Die energetische Nutzung von Biomasse wird durch politische Rahmenbedingungen beeinflusst, die sich erfahrungsgemäß auch schell ändern können. Insgesamt jedoch haben die Möglichkeiten der Biomassenutzung für den ländlichen Raum Brandenburgs mehr Chancen als Risiken und werden auch weiterhin eine flächendeckende Landwirtschaft gewährleisten. Landesbauernverband Brandenburg e.V. Wolfgang Scherfke Dorfstraße 1 14513 Teltow/Ruhlsdorf Tel.: ++49/-3328 319201 Fax: ++49/-3328 319205 e-mail: scherfke@lbv-brandenburg.de

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Erfahrungsbericht der Agrargenossenschaft Pirow eG bei der Vergär ung von Biomasse in einer TNS- Biogasanlage Uwe Kessler Vorstandsvorsitzender der Agrargenossenschaft Pirow eG

Gliederung:

1. Vorstellung des Betriebes 2. Historie der Betriebseigenen Biogasanlage vom Bau bis Heute 3. Erfahrungen mit verschiedenen Feldfrüchten als Gärsubstrat

- Silomais, Ganzpflanzsilage, Zwischenfrüchte wie z.B. Sonnenblumen, Sudangräser und Hirsen

- Fruchtfolgen, ökologische Verträglichkeit - Silierung der geernteten Biomasse

4. Erfahrung mit Gärresten, als wertvoller Dünger 5. Notwendigkeiten bzw. Forderungen der Landwirtschaft an Wissenschaft, Forschung und

Politik zur weiteren Entwicklung beim Anbau von Biomasse zur Energiegewinnung

1. Betriebsspiegel

Flächenausstattung: 1780 ha LN davon: 1350 ha AL

430 ha GL natürliche Bedingungen: 34 x AZ 35 x GZ 550 mm Niederschlag Pflanzenproduktion:

2005 ha

2006 ha

2007 ha

Ertrag 3-jähriges Mittel

dt / ha Winterweizen 129 73 94 60 W- Roggen- GPS - - 38 276 W- Roggen 119 231 117 53 W- Gerste 106 118 114 55 Triticale 174 109 113 53 W- Raps ind NWR 232 209 259 35 Kartoffeln 113 112 115 350 Zuckerrüben 17 13 14 530 Silomais 285 324 304 380 Tierproduktion: (Durchschnittsbestand 2006)

Rinder: 1035 St. davon: 344 St. Milchkühe - Milchleistung LKV 2005/06 = 8767 kg / Kuh

Schweine: 2420 St. davon: 400 St. produktive Sauen

22,2 aufgezogene Ferkel / Sau Personal: 28 Arbeitskräfte

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Quoten: Milchreferenzmenge 2,9 Mio. kg bei 3,98% Fett Kartoffelliefervertrag 4050 t ZR- Lieferrecht 820 t Biogasanlage: 500 kW installiert

TNS- Anlage mit Wärmenutzung in der Saunenzuchtanlage

2. Historie der betriebseigenen Biogasanlage der AG Pirow

Planungsphase: �.Machbarkeitsstudie 2000 (EEG seit 01.04.2000) � Zentrale Aufgabenstellung - nachhaltige umweltschonende Energie-Bereitstellung - Erzeugung von Biorohstoffen - Verwertung biogener Rohstoffe - Bewirtschaftung von Nutzflächen bei gleichzeitigem Schutz des Grundwassers und - die Weiterbewirtschaftung von Stilllegungsflächen als landwirtschaftliche Nutzfläche - Schaffung und Sicherstellung von Arbeitsplätzen � Vorschlag TNS- Vergärung (Trocken- Nass- Simultan) � Bauplanung 2001 - Bimsch- Antrag - Vertag mit EVU (WEMAG)

- Finanzierung

(Look - Biogassystem - Hamburg)

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Realisierungsplan 2002

� Baubeginn 03. 2002 � Baubeginn 03. 2003 Innbetreibnahme der Nassanlage Frühjahr 2003

� Probleme: - Aufgrund der Trockenheit im Jahr 2003 wurde eine schlechte Maisernte mit hohen TS-Gehalten eingefahren

- daraufhin kam es zu extremer Schwimmdeckenbildung im Nassfermenter Inbetriebnahme der Trockenfermenter Herbst 2003

- Probleme mit der Perkolation (Versuche ....) feierliche Eröffnung der Anlage im Oktober 2003

Probleme mit der Anlage in den letzten Jahren:

� Erkenntnis, dass die Trockenfermenter einen separaten Perkolatspeicher benötigen. � Es folgte im März 2005 eine einjährige wissenschaftliche Begleitung unserer Pilotanlage mit Unterstützung der FNR, durch dass Institut für Agrartechnik Potsdam – Bornim (ATB). � Schlussfolgerung dieser gemeinsamen Zusammenarbeit: Es hat sich gezeigt, dass flüssiger Gärrest (Biogasgülle) aus dem Nachgärer einer konventionelle Nassvergärung als Perkolat für die Trockenvergärung bei der Berieselung, die zu vergärende Biomasse nicht ausreichend durchdringt und damit als Prozess- und Impfflüssigkeit nicht geeignet ist. Es muss ein separater Speicher vorhanden sein, der geringe Feststoffanteile ausweist. In den Gärversuchen mit Silomais, Geflügelmist und Gärrest wurde nachgewiesen, dass z.B. bei Silomais die gleiche Methanausbeute um 0,34 m³/ kg-1 OTS erreicht wurde, wie sie auch bei der Nassvergärung erreicht wird. (Land Technik 62. Jahrgang 1/2007 Februar S. 14- 15) Bau eines Perkolatspeichers (500m³) 2006/2007

3. Erfahrungen mit verschiedenen Feldfrüchten als Gräserart

Hauptsubstrat in unserer Biogasanlage ist auf Grund der Erträge und der Erfahrungen bei der Silierung, der Silomais. Bezüglich der Reifegerade, Häcksellänge, Silierung und Einsatz von Silierhilfsmitteln wurden in den letzten Jahren viele Erfahrungen gesammelt. So wurden anfänglich Maissorten mit sehr hohen FAO- Zahlen (280- 400) angebaut, um Sie dann in der Biogasanlage zu vergären. Es wurden sehr hohe Frischmasseerträge erreicht aber mit sehr geringen TS- Werten (< 28%). Probleme mit Sickersaft und geringe Energiegehalte waren das Ergebnis. Heute kommen maximal Reifegerade bis FAO 280 zum Einsatz. Versuche wurden auch mit verschiedenen Häcksellängen von 4- 8 mm in der Nassfermentation angestrebt. In der Trockenfermentation sind die Häcksellängen 16- 20 mm je nach TS- Gehalt des Kolbens. Hier wird ein großes Porenvolumen im Stapel wegen der Durchdringung des Perkolates benötigt. In der jüngsten Zeit gibt es erste Ergebnisse mit dem Silierhilfmittel „Silasil Energy“ der Firma Schaumann. Eine ökonomische Auswertung kann derzeit noch nicht gegeben werden. Die Versprochene Wirkung im Bezug auf den erhöhten Essigsäureanteil im Gärsäuremuster tritt ein. Neben der Maispflanze haben wir 2007 das erste Mal Roggenganzpflanzensilage produziert (siehe Tabelle Laboruntersuchung). Hier müssen für die Zukunft noch Sortenunterschiede und Erntezeitspannen weiter untersucht werden. Ganzpflanzensilage (GPS) wird aber in Zukunft einen festen Platz bei der Bereitstellung von Gärsubstraten einnehmen. Insbesondere sind hier die „niedrigen“ Anbaukosten gegenüber dem Silomais hervorzuheben.

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Laborergebnis Winterroggen GPS- Silage der AG Pirow

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Als Zweitfrucht nach der Roggenganzpflanzenernte wurden 2007 der Sonnenblumenanbau, der Anbau von Zuckerhirsen und Sudangräser getestet. Probleme waren insbesondere bei der Hirse die hohen Niederschläge und die kalten Temperaturen im Sommer / Herbst 2007. So konnten keine hohen Erträge geerntet werden und der TS- Gehalt bei den Sonnenblumen lag nur bei 22 % und der der Hirse nur bei 24 %. Die Erntemengen dieser Zwischenfrüchte wurden als Deckschicht auf Silomais einsiliert. Beim Anbau dieser Feldfrüchte werden wir in den nächsten Jahren weitere Erfahrungen bezüglich Aussaat und Ernte machen müssen und er wird in überschaubaren Umfang auch fester Bestandteil beim Anbau von nachwachsenden Rohstoffen sein. Wichtig für uns sind die variablen Kosten beim Anbau von NAWARO`S für die Biogasanlage. Hier spielen auch Transportentfernungen Feld- Silo- Anlage eine große Rolle. Aus diesem Grund konzentriert sich der Anbau dieser Feldfrüchte um die Biogasanlage. Um so wichtiger ist es nun durch geeigneten Fruchtfolgen, negative Auswirkungen auf Boden und Wasser und die Lebensräume wildlebender Tiere zu verhindern. Ein Energiewirt bleibt immer ein Landwirt. Die Erzeugung von Bioenergie in unserer Biogasanlage fügt sich ins gesamt Konzept Gemischtbetriebes ein. Neben den Silagen der erwähnten Feldfrüchte kommen auch Konzentrate wie z.B. Roggenschrot oder Lieschkolbenschrot zum Einsatz. Dieser Anteil reduziert sich auf Grund der gestiegenen Preise, bleibt aber in geringen Anteilen bestehen, weil positive Effekte bei der Vergärung im Fermenter gemacht werden sollen.

4. Erfahrung mit Gärresten

In unserer Biogasanlagen fallen zwei Arten von Gärresten an:

1. flüssiger Gärrest ( Biogasgülle) 2. fester Gärrest aus der Trockenfermentation

Prüfbericht Biogasgülle vom März 2007

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Prüferbericht Gärrest aus dem Trockenfermenter vom Oktober 2006 Beide Gärrestarten stellen einen wertvollen Dünger dar. Bei der Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften wie z.B. der Düngeverordung können hier erhebliche Kosteneinsparungen bei der Düngung erzielt werden (steigende Mineraldüngerpreise). Des Weiteren schließt sich hier wieder der Stoffkreislauf: Boden – Pflanze – Tier/Biogasanlage – Boden.

5. Forderungen der Landwirtschaft in Bezug auf den künftigen Anbau von NAW ARO´S

Seit der Novellierung des EEG im Jahre 2004 schießen NAWARO- Biogasanlagen wie Pilze aus dem Boden (Biogasboom). Wir erinnern uns auch, dass z.B. Getreide wie z.B. Winterroggen im Jahr 2004 nur 70 € pro Tonne kostete (heute ca. 200 € pro Tonne). Der Anbau von Silomais ist ebenfalls rasant gestiegen. Die Entwicklung der Märkte mit Agrarprodukten im Jahr 2007 wirft nun aber alles „über den Haufen“. Es gilt jetzt, mit der Forschung, der Wissenschaft und auch der Politik Bedingungen zu schaffen, dass die positive Seite der Erzeugung von Bioenergie in Deutschland nicht untergeht. Wir als Biogasanlagenbetreiber oder auch „Energiewirte“ brauchen Ergebnisse aus der Pflanzenzüchtung (Gen- Anbau?) die uns hohe stabile Erträge bringen. Neue Pflanzen wie z.B. Zuckerhirsen, Sonnenblumen und andere müssen weiter getestet werden. Hierzu sind aber auch Forschungsgelder bereit zustellen. Insbesondere müssen die Biologischen Vorgänge im Fermenter wissenschaftlich besser untersucht werden, so dass es möglich wird höhere Energieerträge aus den Gärsubstraten im Vergärungsprozess zu erzielen („Mikrobiologische Zusätze“). Ein ganz wichtiger Punkt für die Zukunft der Biogasanlagen, ist das Verhalten der Politik. Die weiteren positiven Ansätze wird hoffentlich die nächste Novellierung des EEG im Jahr 2009 bringen.

Kontakt: Uwe Kessler Agrargenossenschaft Pirow eG

Dorfring 1a 19348 Pirow

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Neue Ergebnisse zum Anbau und zur Bewertung von Biomassesubstraten für Biogasanlagen G. Ebel und L. Adam Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung Brandenburg, Referat Ackerbau und Grünland, Güterfelde

1 Einleitung

Die stetig steigende Anzahl an Biogasanlagen erfordert Entwicklungen von nachhaltigen Anbau-konzepten für die Biomassebereitstellung. Dieser Aufgabe widmet sich unter anderem das seit 2005 laufende bundesländerübergreifende Projekt des BMELV: „Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“1 (EVA). Unter den regionalen Bedingungen Brandenburgs ist es das Ziel, aus pflanzenbaulicher, betriebswirtschaftlicher und ökologischer Sicht die in einem bestimmten Anbausystem effektivste Fruchtart in der Roggen - Kartoffel - Region Deutschlands insbesondere im Hinblick auf die Nutzung als Gärsubstrat zu ermitteln. Die Ergebnisse aus den dreijährigen anbautechnischen Fruchtfolgeuntersuchungen zur Produktion von Gärsubstraten werden im Folgenden schwerpunktmäßig für den Standort Güterfelde mitgeteilt.

2 Material und Methoden

Im EVA-Teilprojekt I „Entwicklung standortangepasster Anbausysteme für Energiepflanzen“ sind an Standorten in sieben Bundesländern fünf vergleichende Standard- und drei bis vier variierende Regional-Fruchtfolgen etabliert worden (vgl. Tab. 1). Des Weiteren sind in diesem Teilprojekt an ausgewählten Standorten Versuche zu Ackerfuttermischungen (vgl. Beitrag SCHMALER et al.), zum Mischfruchtanbau sowie zu unterschiedlichem Faktoreinsatz (Bodenbearbeitung, Pflanzenschutz und Düngung) integriert. Am Standort Güterfelde (Abbildung 1) wird der Faktor: Erntezeitpunkt (vorfristig bzw. zum Standardtermin) im Hinblick auf die Prüfmerkmale (vgl. Übersicht 1) zusätzlich betrachtet.

Abbildung 1: Witterung am Standort Güterfelde der Versuchsjahre 2005 bis 2007

Die aus Biomassekulturen für die Gärsubstratbereitstellung und Marktfrüchten kombinierten Frucht-folgen (vgl. Tab. 1) sind in Langparzellen mit Standardausgleich der Fruchtfolge 1 angelegt. Auf Grund der Doppelanlage 2006 ist ein Jahresvergleich der Kulturen bzw. ein Fruchtfolgevergleich in verschiedenen Zeiträumen möglich. Mit dem Erfassen zahlreicher Parameter für die verschiedensten EVA-Teilprojekte (vgl. Flyer) wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt. Unter anderem wird die Ertragsleistung von verschiedenen Anbausystemen der 7 Standorte – in diesem Beitrag hauptsächlich bezogen auf den Standort Güterfelde - in Wechselwirkung mit den ökologischen Folgewirkungen (Teilprojekt 2 – ZALF Müncheberg) und den ökonomischen Folgewirkungen (Teilprojekt 3 - Universität Gießen – vgl. Beitrag TOEWS) des Energiepflanzenanbaus bewertet.

1 Der Projektträger ist die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FKZ: 22002305). Ergänzende Erläuterungen zu diesem Projekt, die Struktur der einzelnen Teilprojekte inklusive der Projektpartner, die Fruchtfolgen und die Parameter sind den Flyern (Anhang) bzw. http://www.tll.de/vbp zu entnehmen.

KREIS: Potsdam - Mittelmark Ackerzahl: 29-33

Bodenform: Salm- bis Sandtieflehm - Fahlerde

Bodenart: Lehmiger Sand (lS) 570 mm Niederschlag 1970-2000

(lj. Mittel/a) 1995-2005: 547 mm 8,9 °C Lufttemp. 1970-2000:

(lj. Mittel/a) 1995-2005: 9,1 °C

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2005 2006 2007R ih 2 R ih 4 R ih 6

14

Tabelle 1: Standard- und Regionalfruchtfolgen des Verbundprojektes „EVA“ am Standort Güterfelde2

Anlage 01 2005 2006 2007 2008Anlage 02 2006 2007 2008Fruchtfolge 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr

1. Standardfruchtfolge 1 Sommerroggen / Ölrettich (SZF) Mais Wintertriticale /

Zuckerhirse (ZF) Winterroggen

2. Standardfruchtfolge 2 Sudangras / Futterroggen (WZF)

Futterroggen / Mais (ZF) Wintertriticale Winterroggen

3. Standardfruchtfolge 3 Mais / Futterroggen (WZF)

Futterroggen / Sudangras (ZF)

Wintertriticale / Weidelgras (ZF) Winterroggen

4. Standardfruchtfolge 4 Sommerroggen / Klee- bzw. Luzernegras Klee- bzw. Luzernegras Klee- bzw. Luzernegras Winterroggen

5. Standardfruchtfolge 5 Hafer / Wintertriticale Wintertriticale Winterraps Winterroggen

6. Regionalfruchtfolge 1 Sommerroggen / Senf (WZF) Lupine Winterroggen /

Zuckerhirse (ZF) Winterroggen

7. Regionalfruchtfolge 2 Sonnenblume / Ölrettich (SZF) Erbsen Wintertriticale /

Zuckerhirse (ZF) Winterroggen

8. Regionalfruchtfolge 3 Topinambur Topinambur Topinambur Winterroggen

9. Regionalfruchtfolge 4Artengemisch (Hafer, Erbsen, Leindotter) /

Winterraps

Winterraps / Buchweizen (GD) /

Futterroggen (WZF)

Futterroggen / Sudangras (ZF) Winterroggen

Anlage 01 Start 2005, Anlage 02 Start 2006; Kulturen für die Ganzpflanzennutzung bzw. als Marktfrüchte; ZF = Zweitfrucht, SZF /WZF = Sommer- bzw. Winterzwischenfrucht, GD = Gründüngung Die Methanausbeuten der einzelnen Fruchtarten bzw. Fruchtfolgen sind zum einen mit den aus dem Erntegut analysierten Inhaltsstoffen (vgl. Übersicht 1) und den aus den DLG-FUTTERWERTTABELLEN entnommenen Verdaulichkeitsquotienten nach einem Ansatz von SCHATTAUER & WEILAND (2006) abschätzbar. Zum anderen werden die Siliereignung und die Biogasausbeute mittels Gärtest der u. a. aus dem Fruchtfolgeprojekt stammenden Pflanzensubstrate im Teilprojekt 4 (ATB Potsdam-Bornim – vgl. Beitrag HERRMANN et al.) untersucht.

Übersicht 1: Untersuchungen / Prüfmerkmale Standort

Wetter

Bodenuntersuchungen Nmin, Smin, P, K, Mg Bodentiefen: 0-30 cm, 30-60 cm, 60-90 cm Zeitpunkte: Vegetationsbeginn, Ernte, Vegetations-ende

Bestandesstruktur Aufgang Bestandesdichte Bodenbedeckung Bestandeshöhe Unkrautbesatz Lagerneigung, Mängelbonituren, Krankheiten und Schädlinge Bodenbeschattung

Abiotische Folgewirkungen Zeiternten Biomasseertrag und N-Gehalte der Grünschnitte, Nmin und Bodenwassergehalt auf Flächen der Grünschnitte

Analyse Erntegut Erträge Elementaranalyse (CNPS) Rohasche Gesamtzucker/Stärke NfE Rohfaser Rohprotein Rohfett Trockensubstanz ADF, NDF, ADL Mineral-, Mikronährstoffe Silierversuche und Biogas-Gärtests im ATB Bornim

Ökonomische Bewertung (für den Projektpartner: Universität Gießen)

Arbeitsgänge und Betriebsmittel Fruchtarten Fruchtfolgen

2 Im Fruchtfolgeversuch wurden bisher die Sorghumtypen: Sorghum bicolor x Sorghum sudanense mit den Sorten „Susu“ und „Lussi“ sowie der Typ: Sorghum bicolor – Hybride mit der Sorte „Super Sile 18“ geprüft. In den Grafiken und im Text werden vereinfacht die Bezeichnungen Sudangras und Zuckerhirse verwendet.

15

3 Ergebnisse und Diskussion

Die Witterung mit Extremereignissen (Abb. 1) führte zu erheblichen Ertragsschwankungen bei den dreijährig geprüften Fruchtarten Mais, Sudangras und Topinambur im Versuchszeitraum 2005 bis 2007 (Abb. 2). Abbildung 2: Ganzpflanzen-Trockenmasseerträge (dt ha-1) am Standort Güterfelde im

Versuchszeitraum 2005 bis 2007² Durch die kalte Frühjahrsperiode 2006 und die extreme Trockenheit im Juni und Juli sind bei allen Kulturen / Fruchtfolgen Ertragsausfälle von 30 bis 50 % zum Vorjahr aufgetreten (Abb. 2). Die Ganzpflanzenerträge der Hauptfrüchte lagen im Bereich von 40 dt TM ha-1 (Sommerroggen, Hafer) bis 100 dt TM ha-1 (Sudangras²). Gegenüber dem Sommergetreide ist bei Wintertriticale ein um ca. 20 dt höherer Trockenmasseertrag je Hektar im Jahr 2006 geerntet worden. Dieser lag damit auf dem Niveau des 2005 geernteten Sommergetreide-Ganzpflanzenertrages. Der Trockenmasseertrag der Hauptfrucht Mais lag mit ca. 90 dt TM ha-1 unter dem von Sudangras (100 dt TM ha-1). Beide Kulturen in Hauptfruchtstellung haben aber wie im Vorjahr (mit ca. 150...155 dt TM ha-1) signifikant höhere Erträge als die anderen Fruchtarten. Die Ergebnisse von 2007 weisen durch das warme Frühjahr und den überdurchschnittlichen Nieder-schlägen ab Mai tendenziell sehr hohe Ganzpflanzenerträge für die Kulturen Mais (mit einer Ertrags-steigerung um ca. 20 bis 25 % zu 2005 bzw. ca. 100 % gegenüber 2006) und Sudangras (Ertrags-niveau vergleichbar 2005) aus. Dabei existierten allerdings unterschiedliche Trockensubstanz-entwicklungen und Ertragsverhalten zwischen den Hybrid-Sudangras²-Sorten „Susu“ und „Lussi“ (ADAM 2006 und 2007). Die Trockenheit im April hat offenbar die Getreide-Ganzpflanzerträge negativ beeinflusst (Niveau von 2006). Trockenstressauswirkungen bei der Triticale waren deutlich sichtbar. Die Witterung 2007 wirkte sich günstig auf eine um 14 Tage zeitigere Grünschnittroggenernte mit höheren Erträgen als 2006 (Abb. 3) und anschließender Etablierung von Mais und Sudangras in Zweitfruchtstellung aus. Das Ertragsniveau war entsprechend dem Hauptfruchtanbau 2005 (vgl. Abb. 2). Der Ertragsvorteil von Sudangras in Hauptfruchtstellung 2006 gegenüber dem Mais liegt offenbar in der höheren Trockenheitstoleranz der Sorghumgräser begründet (vgl. Abb. 2 und 3). Zum anderen erfolgte durch die Trockenperiode 2006 zur weiblichen Blüte des Mais eine schlechte Befruchtung, das zu verminderten Kolbenanteilen und einer inhomogenen Kolbenentwicklung führte. Im August verursachten die Niederschlagsereignisse nach der langen Trockenperiode Zellenschädigungen und gleichzeitig die Ausbildung von Maisbeulenbrand (Ustilago maydis). Dieser wechselnde extreme Witterungsverlauf förderte weiterhin das Aufreißen der Blätter und die Bildung von Zwiekolben, was zu einer inhomogenen Abreife führte. Somit wurden geringe TS-Gehalte von < 28 % zur Maisernte 2006 verursacht (vgl. Tab. 2), obwohl nach fachlicher Praxis u. a. das Temperatursummenmodell (von 600...625° C im Zeitraum weibliche Blüte bis Erntetermin) für das Festlegen des Maiserntetermins

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20052006

2007

Ganzpflanzen-Trockenmasseertrag (dt ha-1)

16

berücksichtigt wurde (vgl. HERTWIG & PICKERT 1999; SCHMALER 2005). Die TS-Entwicklung der Maisganzpflanze ist insbesondere bei langer Sommertrockenheit schwierig einzuschätzen. Entscheidend ist das ausreichende Wasserangebot zur weiblichen Blüte. So wurde auch in Trocken-jahren wie z. B. 2003 eine gute Befruchtung und hohe Kolbenanteile mit homogener Bestandes-entwicklung erzielt - was wiederum zu hohen TS-Gehalten (ca. 40 %) bei der Maisernte 2003 im Land Brandenburg führte (BARTHELMES 2006). Zweitfruchtanbau: Auf den leichten sandigen Standorten sind sowohl in den Vegetationsperioden mit Niederschlagsdefiziten (2006) als auch in denen mit überdurchschnittlichen Niederschlägen (2007) in den Zweikulturnutzungssystemen3 keine tendenziell höheren Gesamterträge (Vor- und Zweitfrucht) gegenüber dem Hauptfruchtanbau mit C4-Pflanzen ermittelt worden (Abb. 3). In der Zweitfrucht-stellung 2006 wurden mit einer späteren Aussaat ca. 90 % (bei Mais) und ca. 60 % (bei Sudangras) sowie 2007 ca. 77 % (bei Mais) der Hauptfruchterträge erzielt (Abb. 3). Die Ertragsdifferenzen sind neben dem späteren Aussaattermin auch in der Sortenwahl begründet: Zweitfruchtmais - frühe Sorte (S 200) bedingt durch Fruchtfolgestellung; Hauptfruchtmais - mittelspäte in Brandenburg etablierte Sorte (S 260). Die ökologisch positiven Aspekte einer Winterzwischenfrucht stehen allerdings einem erhöhten Aufwand gegenüber, der sich nur bei deutlich höheren Erträgen im Zweitfruchtanbau rentieren würde (vgl. Beitrag TOEWS). Ganzpflanzen-Trockenmasseertrag (dt ha-1)

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2006 2007

Abbildung 3: Ganzpflanzen-Trockenmasseertrag (dt ha-1), Fruchtartenvergleich in Hauptfrucht- und Zweitfruchtstellung am Standort Güterfelde²;4

Die in der Regionalfruchtfolge 9 ausgewählte Sudangrashybride „Lussi“ wies bei günstiger Trocken-substanzentwicklung (TS 28,5 %) höhere Erträge als die Hybride „Susu“ (TS 21 %) auf (Abb. 3). Somit werden die Ergebnisse der am Standort Güterfelde mehrjährig durchgeführten Herkunftsvergleiche von Sorghumsorten5 bestätigt (vgl. Abb. 4). Dabei weisen die Ergebnisse von 16 geprüften Sorghumsorten 2007 eine Spanne im Ertrag von 97 zu 206 dt TM ha-1 aus (ADAM 2007). Der Ertrag im Hauptfruchtanbau lag für die Hybriden „Lussi“ bei: 206 dt TM ha-1 und „Susu“ bei: 180 dt TM ha-1 . Die Zuckerhirse nach der Getreideganzpflanzenernte zur Teigreife erbrachte unter den z. T. günstigen Bedingung 2007 (frühe Ernte Vorfrucht; für den sandigen Standort gute Niederschlagsverteilung) Erträge von 85 bis 95 dt TM ha-1 (vgl. Abb. 3), bei allerdings geringen TS-Gehalten von 20 %. An anderen EVA- Versuchsstandorten (z.B. Gülzow) war durch die überdurchschnittlichen Niederschläge 3 Hier gemeint: Winterzwischenfrucht und Zweitfrucht (Mais bzw. Sorghum); bzw. Getreide-GP-Nutzung zur Teigreife und Zweitfrucht Sorghum. 4 Hinweis: In einer weiteren Fruchtfolge wurde 2006 in Hauptfruchtstellung ein Mais ertrag von 74 dt TM ha-1 erzielt. 5 vgl. FNR Vorhaben „Anbau und Nutzung von Energiehirse als Alternative für ertragsschwache Standorte in Trockengebieten Deutschlands“ – FKZ: 22011502

17

die Etablierung der Sorghumgräser nach der Ernte der Getreideganzpflanzen wesentlich schwieriger, was zu geringeren Erträgen führte (mündliche Information PETERS – vgl. Beitrag). Ein Zweitfrucht-anbau nach der Getreideganzpflanzennutzung zum Zeitpunkt der Teigreife hat den Vorteil einer Bedeckung im Sommer und Ausnutzung der Vegetationszeit. Der Erfolg ist vom jeweiligen Standort sowie den kleinräumigen Witterungsereignissen abhängig und birgt gegenüber dem Haupt- bzw. dem Zweitfruchtanbau nach Winterzwischenfrüchten das höchste Risiko, keine erntewürdigen Erträge zu erzielen. In dem Fall des Zweitfruchtanbaus nach einer Getreide-GP- Ernte könnte eine Auswahl von Sorten (Sorghum-Körnertypen statt -Futtertypen) mit geringeren Trockenmasseerträgen, bei aber höheren TS-Gehalten und somit verbesserten Siliereigenschaften zur Ernte, durchaus eine Alternative sein.

Sudangras- Sortenvergleich 2005 - 2007

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2005 2006 2007

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Abbildung 4: Sudangras-Sortenvergleiche 2005-2007, Güterfelde, Trockenmasseerträge (dt ha-1) Im Standortvergleich mit den anderen bundesweiten EVA-Versuchsstandorten wird für Güterfelde ein unterdurchschnittlicher Maisertrag ausgewiesen (Abb. 5). Während an den Standorten mit ge-sicherter Wasserversorgung (Süd- und Nordwestdeutschlands) die Maiserträge denen von Sudangras deutlich übertrafen, sind an dem sandigen, vorsommertrockenen Standort Güterfelde ähnlich hohe Erträge (2005) und bei extremer auftretender Vorsommertrockenheit höhere Erträge (2006) bei Sudangras erzielt worden. Für das Jahr 2007 können innerhalb des Fruchtfolgeversuches nur die Erträge der Zweitfruchtkulturen verglichen werden. Hier wies die Hybridsorte „Lussi“ einen gleich hohen Ertrag wie der Zweitfruchtmais aus (Abb. 3).

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Abbildung 5: Gegenüberstellung der Erträge von Sudangras und Mais (2005 / 2006) aller 7 Ver-

suchsstandorte (Quelle: Koordinator - TLL Jena – VETTER, NEHRING 2007)²

18

Die Ergebnisse verdeutlichen weiterhin die hohen Ertragsdifferenzen zwischen den Jahren 2005 und 2006 besonders auf den sandigen, vorsommertrockenen Standorten Güterfelde und Trossin (Sach-sen), die in diesem Maße an anderen Standorten nicht eintraten bzw. am bayerischen Standort Ascha eine gegensätzliche Entwicklung aufwiesen. Der Einfluss des Standortes auf den Biomasseertrag in der Fruchtfolge wird am Beispiel der Fruchtfolge 3 gezeigt (Abb. 6). Ertragssteigerungen sind durch die Optimierung von u. a. der Fruchtarten- und der Sortenwahl sowie der Bestandesführung im begrenzten Maß möglich. Jedoch ist das Ertragspotenzial durch die Boden-Klima-Räume (vgl. ROßBERG et al. 2007) regional abhängig. Für das Bundesland Brandenburg ist somit von vornherein mit einem höheren Flächenbedarf je Einheit installierte Anlagenleistung als in anderen Regionen Deutschlands zu kalkulieren. Auch innerhalb Brandenburgs ist der Flächenbedarf für den Energiepflanzenanbau territorial unterschiedlich zu be-werten (Bsp. Uckermark vs. Prignitz vs. Lausitz).

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Mais (HF) WZF Futte rrogge n Sudangras (ZF) WT (GP) Abbildung 6: Energiepflanzenfruchtfolgen-Erträge an verschiedenen Standorten (2005-2007) – FF3

(Quelle: Koordinator - TLL Jena – VETTER, NEHRING 2007)

Während am Standort Güterfelde relativ geringe Wintertriticale-GP-Erträge erzielt wurden (mit 56 bis 70 dt TM ha-1, vgl. Abb. 7), sind am Standort Dornburg durchschnittlich ca. 125 dt TM ha-1 geerntet worden. In einem Versuch mit Getreidesorten für die Ganzpflanzenernte am Standort Güterfelde (2006/07) wurden bei verschiedenen Roggensorten 80 bis 90 dt TM ha-1 geerntet. Ein positiver Ein-fluss der aufwandsreduzierten Fungizidbehandlung auf den Ganzpflanzenertrag deutet sich nach dem ersten Versuchsjahr an. Die Erfahrungen der Versuchsjahre 2005 und 2006 weisen für die sandigen Trockenstandorte eine Diskrepanz zwischen den Wachstumsstadien und der TS-Entwicklung auf. Die in anderen Regionen Deutschlands ermittelten Zusammenhänge Wachstumsstadien vs. TS-Verlauf für die Getreide-Ganzpflanzensilageproduktion mit dem Ziel der Biogasverwertung (KARPENSTEIN-MACHAN 2005) sind auf sandigen Standorten mit Ackerzahlen < 35 zu präzisieren. Die Weiterführung von Versuchen mit den Faktoren Sorten, Erntezeitpunkt sowie Fungizid- / Herbizidbehandlungen ist für die standortgerechte Sortenwahl sowie die ertrags- und qualitäts optimierende, rentable Getreideganzpflanzenproduktion notwendig. Die Gesamterträge aller Fruchtfolgen in Brandenburg variierten in der dreijährigen Aufwuchsleistung zwischen ca. 190 dt TM ha-1 und 340 dt TM ha-1 (Abb. 7). Die Fruchtfolgen mit Mais bzw. Sudangras wechselnd in Hauptfruchtstellung (2005) und in Zweitfruchtstellung (2006) inklusive der Zwischen-frucht Winterroggen (GPS-Nutzung zum Zeitpunkt: BBCH 49) wiesen dabei signifikant höhere Erträge als die Fruchtfolgen 4 und 5 aus. Die in der Fruchtfolge 4 etablierte A3 Grasmischung mit Rotklee ist für den Standort Güterfelde keine optimale Ackerfuttermischung. 2006 wurde daher in der Anlage 2 ein Luzernegrasgemenge ausgesät. Das 1-jährige Luzernegrasgemenge erzielte 30 dt TM ha-1 höhere Erträge als das 2-jährige Kleegras (vgl. Abb. 2). Diese deutlichen Ertragsvorteile für Luzernegras sind am Standort Berge im Versuch „Ackerfuttermischungen“ ebenfalls ermittelt worden (vgl. Beitrag

19

SCHMALER et al.). Bedingt durch die Bodengüte ist hier insgesamt ein höheres Ertragsniveau zu verzeichnen. Aufwuchsleistung 2005 bis 2007 (dt ha-1)

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Abbildung 7: Kumulierte Aufwuchsleistung 2005 bis 2007 (dt ha-1) am Standort Güterfelde In den Fruchtfolgen ohne Mais und Sorghumgräser existierten bei der Ernte von Topinamburkraut Ertragsvorteile gegenüber den Fruchtfolgen 4 und 5. Die Bewertung von Topinamburkraut als Gär-substrat ist relativ schwierig auf Grund des späten Blühbeginns der Sorte sowie einen hohen Anteil (z. T. >50 %) an vertrockneten und abgestorbenen Blättern bedingt zum einen durch den Trockenstress 2006 bzw. zum anderen durch die erhöhte Triebanzahl und somit Lichtmangel der unteren Blattetagen im dritten Standjahr. Das wiederum führt zu erhöhten Aschegehalten, welche negativ die Methanbildungsraten beeinflussen. Des Weiteren sind im Vergleich zu früheren am Standort Güterfelde laufenden Versuchen statt einem Knollenertrag von 350 dt FM ha-1 (BEER, ADAM & MÜLLER 1993; RUNGE 1994) nach 1-jährigem Anbau nur 50 dt FM ha-1 nach dem dritten Standjahr und vorheriger Krautnutzung geerntet worden. Diese geringen Knollenerträge sind u. a. durch eine fruchtfolgebedingte Rodung vor Ende der Assimilateinlagerung begründet. Zusätzlich sind für die bekannte Problematik des Topinamburdurchwuchs in den Nachfrüchten noch Lösungs-strategien zu suchen (vgl. ADAM 1995). Biogaserträge Mit dem bisherigen Datenmaterial konnte nach dem Ansatz von SCHATTAUER & WEILAND (2006) die theoretische Biogasausbeute geschätzt werden (Tab. 2). Die so ermittelten Werte (Datenbasis zwei Jahre) weichen zum Teil vom Bereich der KTBL-Richtwerte ab (ANONYMUS 2005): Getreide-GPS (520 lN kg-1 oTS); Sudangras 550 lN kg-1 oTS und Maissilagen (Milchreife) 570 lN kg-1 oTS. Die Zwischenfrucht Ölrettich wies mit den ermittelten Inhaltsstoffparametern 2005 zwar die höchsten spezifischen Biogasgehalte auf (Tab. 2), ist aber in der Relation mit den geringen Erträgen bzw. TS-Gehalten und der damit verbundenen stark eingeschränkten Silierfähigkeit nicht als Biogassubstrat sondern zur Auflockerung der Fruchtfolge als Gründüngung zu bewerten. Aus Sicht des am Standort Güterfelde untersuchten Aspektes: Erntetermin sind zum Teil höhere spezifische Biogaswerte zum vorfristigen Termin vorhanden. Erst mit der Relation des Trockenmasseertrages ist ein Vergleich der Methangasausbeuten zwischen den Kulturen und Fruchtfolgen je Flächeneinheit Hektar vs. Erntetermin zu kalkulieren. Nach dem theoretischen Ansatz wiesen Sudangras mit ca. 3500 m³ CH4 ha-1 und Mais mit ca. 4500 m³ CH4 ha-1 die höchsten Methangehalte im Jahr 2005 auf. Wegen der Ertragsausfälle 2006 (vgl. Abb. 2 und 3) sind deutlich geringere Methangasausbeuten aus den Substraten je Hektar Anbaufläche als im Vorjahr ermittelt worden (Tab. 2).

Ganzpflanzen-TM-Ertrag Korn-Ertrag Stroh-TM-Ertrag

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Tabelle 2: Vergleich der Biogas- und Methangasausbeuten (errechnet nach SCHATTAUER & WEILAND 2006) in Abhängigkeit des Erntetermins und des jeweiligen ersten Versuchs-jahres beider Anlagen am Standort Güterfelde

Frucht-folge

Fruchtart Datum Ernte 2005 BBCH TS TM-Ertrag Biogas Methangas Methangas

vorfristigStandard

30.06./22.09. 75 / 59 38 / 7 51 / 17 542 / 581 293 / 339 191212.07./10.10. 83 / 67 38 / 7 63 / 22 516 / 580 279 / 331 230605.09.2005 69 19 119 507 275 261320.09.2005 83 24 150 451 243 348805.09.2005 77 25 144 539 293 403720.09.2005 85 35 158 556 303 459830.06.2005 75 37 54 544 294 153312.07.2005 83 38 62 516 279 166630.06.2005 71 38 61 471 258 149712.07.2005 81 38 64 472 258 1559

30.06./14.09. 75 / 59 36 / 11 52 / 13 542 / 530 293 / 306 180312.07./10.10. 83 / 67 39 / 13 66 / 23 517 / 525 280 / 297 239430.06./22.09. 61 / 59 16 / 7 43 / 14 519 / 581 286 / 343 148918.07./10.10. 77 / 67 15 / 6 72 / 18 511 / 578 280 / 336 232509.08.2005 39 12 61 495 275 145620.09.2005 59 23 104 507 275 261330.06.2005 71 42 63 527 288 169312.07.2005 83 38 61 529 291 1686

Sommerroggen+ Ölrettich

Sudangras

Mais

Sommerroggen

Erbse / Hafer / Leindotter -

5

6

7

8

9

Hafer

Sommerroggen+ SenfSonnenblumen+ ÖlrettichTopinamburkraut 1-jährig

1

2

3

4

(dt ha-1) (Nl kg-1 oTS) (Nl kg-1 oTS) (m³ CH4 ha-1)(%)

Frucht-folge

Fruchtart Datum Ernte 2006 BBCH TS TM-Ertrag Biogas Methangas Methangas

vorfristigStandard

28.06./19.10. 71/51 39 (15) 37 (21) 540 296 104310.07./27.10. 83/61 49 (17) 40 (20) 515 280 106925.09.2006 75 28 81 449 242 186709.10.2006 83 33 100 451 244 229618.08.2006 69 20 57 540 295 160901.09.2006 85 24 74 535 292 205428.06.2006 71 43 40 539 295 113610.07.2006 83 50 43 514 280 115628.06.2006 71 42 40 469 260 97510.07.2006 87 60 41 533 292 1128

28.06./11.10. 71/63 41 (19) 41 (19) 540 295 102510.07./24.10. 83/65 46 (19) 46 (19) 515 281 102024.07./19.10. 71/30 19 (26) 54 (8) 509 282 137704.08./27.10. 83/30 20 (31) 55 (4) 520 294 144926.09.2006 45 34 42 507 280 104809.10.2006 55 39 45 497 275 109128.06.2006 71 37 33 469 261 79710.07.2006 87 59 37 529 288 1017

8 Topinamburkraut 1-jährig

9 Erbse / Hafer / Leindotter -

6 Sommerroggen+ Senf

7 Sonnenblumen+ Ölrettich

4 Sommerroggen

5 Hafer

2 Sudangras

3 Mais

(Nl kg-1 oTS) (m³ CH4 ha-1)

1 Sommerroggen+ Ölrettich

(%) (dt ha-1) (Nl kg-1 oTS)

Trotz geringer spezifischer Biogaswerte für das Sudangras sind auf Grund des höheren Trocken-masseertrages auch höhere Methangasausbeuten je Flächeneinheit als Mais im Jahr 2006 aus-gewiesen. Bei extremen Witterungsereignissen wie die ausgeprägte Vor-/Sommertrockenheit 2006 ist die TS-Entwicklung der Pflanzenbestände auf den sandigen Standorten schwer einzuschätzen. Zum einen reiften die Getreidebestände überdurchschnittlich schnell ab, was im angestrebten Ernte-zeitraum (in Abhängigkeit des Entwicklungsstadium) zu höheren, für die Silierung ungünstigen TS-Gehalten führte. Zum anderen sind die ebenfalls ungünstigen TS-Gehalte bei der Maisernte 2006 auf die bereits oben angeführte stark heterogene Abreife der Bestände zurückzuführen. Somit sind verminderte Silagequalitäten 2006 und geringere Methangasausbeuten zu erwarten. Aufschluss darüber werden die Ergebnisse im Teilprojekt 4 (vgl. Beitrag HERRMANN et al.) geben. Der dargelegte Ansatz ist eine grobe Orientierung und nur eingeschränkt anwendbar. Insbesondere für „Sonder“kulturen (z. B. Topinamburkraut) bzw. abweichende Nutzungsrichtungen, die bisher in den DLG-Futterwerttabellen (ANONYMUS 1997) keine Berücksichtigung fanden, ist der Ansatz zu evaluieren. Des Weiteren sind Abschläge von 10 % (Ertrag: Versuchs- vs. Praxisanbau) und von 12 % (Lagerungsverluste) des geernteten Substrates zu kalkulieren. Die Berücksichtigung der Silagequalität und der damit verbundenen zu ermittelnden Verlusthöhe in der Methanausbeute ist durch die

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Untersuchungen im Teilprojekt 4 quantifizierbar. Eine differenzierte Betrachtung der Substrate ist gegenüber dem Formelansatz dadurch möglich.

4 Zusammenfassung und Fazit

Durch ungünstige Witterungen (z.B. kühles Frühjahr und Sommertrockenheit 2006) sind auf den vorsommertrockenen Standorten Ertragsausfälle bis zu 50 % möglich. Biomassefruchtfolgen mit Mais bzw. Sudangras inklusive der Zwischenfrucht: Grünschnittroggen weisen die höchsten Biomasse- und Biogaserträge aus. In der dreijährigen Aufwuchsleistung variierten die Gesamterträge in Güterfelde fruchtfolgespezifisch zwischen ca. 190 dt TM ha-1 und 340 dt TM ha-1. Im Vergleich der bundesweiten Versuchsstandorte ist auf den sandigen, vorsommertrockenen Standorten mit einem deutlich geringeren Ertrag zu rechnen. Dies gilt es bei der Flächenplanung für die Gärsubstratbereitstellung zu berücksichtigen. Im Hinblick auf die Ganzpflanzennutzung der einzelnen geprüften Fruchtarten kann zusammengefasst werden: 1. Auf Grund des standardisierten Produktions- und Ernteverfahrens in Wechselwirkung mit hohen Trockenmasse- und Gaserträgen gilt der Mais in Haupt- wie aber auch in Zweitfruchtstellung als die Standardkulturart für die Biogasproduktion. 2. Die Getreide-Ganzpflanzensilageherstellung zum vorverlegten Erntezeitpunkt der Milch- bzw. Teigreife ist ein praxisfähiges Standardverfahren. Allerdings sind die Erntetermine in Wechselwirkung Art/Sorte, Trockenmasseertrag und Gasausbeute insbesondere unter den Bedingungen der vorsommertrockenen Standorte im Land Brandenburg weiter zu validieren. Dazu ist derzeit ein Versuch mit unterschiedlichen Wintergetreidearten/-sorten am Standort Güterfelde etabliert. 3. Die Verwendung von Sudangras und Zuckerhirse als Biogassubstrat ist in Bezug des Anbau-verfahrens praxisfähig. Die Sorghum - Arten sind für die Biogaserzeugung eine potenzielle Ergänzung zu den etablierten regionalen Fruchtarten Brandenburgs. Für diese beiden Kulturen werden durch verbesserte Anbauverfahren und Züchtungsfortschritt höhere Trockenmasse- und Biogaserträge erwartet. Die Festlegung des Erntetermins sollte im Hinblick auf den Trockenmasseertrag, Silier-barkeit, der Biogasausbeute je Hektar und dem Aussaattermin der Nachfrucht erfolgen. Eine Ernte von Sudangras unter 24 % Trockensubstanz ist mit erheblichen Ertragseinbußen und schlechter Silierbarkeit verbunden. 4. Die für die Futternutzung bekannten Standardanbauverfahren mit Ackerfuttermischungen werden im Teilprojekt Ackerfutter des „EVA“-Verbundprojektes gegenwärtig auch für den Einsatz als Biogassubstrat geprüft (Beitrag SCHMALER et al.). Entscheidend für eine zunehmende Bedeutung als Gärsubstrat ist das Ergebnis der noch ausstehenden komplexen ökonomischen und ökologischen Bewertung mehrjähriger Ackerfuttersysteme im Vergleich zu verschiedenen Fruchtfolgen. 5. Zur Ganzpflanzenernte und Verwertung als Gärsubstrat sind die Fruchtarten Winterraps, auf Grund erhöhter Schwefelgehalte (Hemmstoffe im Fermenter), sowie Sonnenblumen als Hauptfrucht, Ölrettich und Senf als Zwischenfrüchte – auf Grund geringer Trockensubstanzgehalte bei der Ernte - nur bedingt geeignet. Für die aufgeführten Sonderkulturen bzw. Kulturartenmischungen können zurzeit aus Sicht der Anbautechnik aber auch der Biomasse- und Gaserträge nur einschränkend praxisfähige Empfehlungen gegeben werden. Hier sind weiterhin intensive Untersuchungen notwendig. Beim Zweitfruchtanbau wurden bisher auf dem leichten Standort Güterfelde keine deutlich höheren Gesamterträge (Vorfrucht und Nachfrucht mit Mais bzw. Sorghum) als beim Hauptfruchtanbau mit C4-Pflanzen erzielt. Der Zweitfruchtanbau kann mit Berücksichtigung des Standortes und des Witterungs-geschehens auf Grund der ganzjährigen Bedeckung, der Ausnutzung der Vegetationszeit und der Fruchtfolgeauflockerung empfohlen werden. Biomassefruchtfolgen mit den Kulturen: Mais, Sorghum-gräser, Getreide für die Ganzpflanzennutzung - hier insbesondere Roggen und bedingt spezifische Ackerfuttermischungen; in Kombination mit dem Marktfruchtanbau sind im Bundesland Brandenburg etablierungswürdig. Für die rentable Produktion ist zum einen die weitere Evaluierung von Sorghum-hirse-Typen bzw. trockentoleranter Mais- und Getreidesorten sowie zum anderen die Optimierung der Bestandesführung (Aufwandsreduzierung: Herbizide und Fungizide) notwendig. Die aus dem Fruchtfolgeversuch (Projekt: „EVA“) ermittelten Statusergebnisse der witterungsbedingt sehr unterschiedlichen Versuchsjahre 2005 bis 2007 dürfen gegenwärtig nur einer vorläufigen Wertung und Verallgemeinerung unterzogen werden. Die noch laufenden Untersuchungen bzw. Auswertungen der Teilprojekte der verfahrenstechnischen, ökonomischen und ökologischen Forschungen (vgl. Beiträge HERRMANN et al.; TOEWS bzw. Poster WILLMS) mit den Daten von 2007 werden in der Folgezeit die Ergebnisse präzisieren. Nach Vorliegen der Ergebnisse des abschließenden Fruchtfolgegliedes 2008 (am Standort Güterfelde: Winterroggen – Körnernutzung) ist

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der Vergleich der Anbausysteme nach erstmaliger Rotation der Fruchtfolgen möglich. Eine Bewertung der Fruchtfolgen mit einer höheren Aussagegenauigkeit ist nur durch langfristige Untersuchungen zu gewährleisten, die durch ergänzende Versuche vertieft werden müssen.

5 Literatur

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VETTER, A.; ARLETT NEHRING (2007): Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die Produktion von Energiepflanzen. Vortrag des EVA-Projekt – Koordinators TLL Jena zum Symposium Energiepflanzen am 24.10.07 - veranstaltet durch das BMELV und der FNR

Autorenanschriften: Dr. Gunter Ebel und Dr. Lothar Adam Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung des Landes Brandenburg, Referat Ackerbau und Grünland, Berliner Str., 14532 Güterfelde, Tel.: 03329-6914-00, Fax: 03329-6914-29, E-mail: gunter.ebel@lvlf.brandenburg.de;

lothar.adam@lvlf.brandenburg.de Die diesem Bericht zugrunde liegendem Verbundvorhaben: „Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“ (EVA) – Koordinator: TLL Jena - wird mit Mitteln des BMELV gefördert. Der Projektträger ist die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FKZ: 22002305). Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

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Fortschritte in der Bewertung der Einflussfaktoren auf die Substratqualität und Biogasausbeute C. Herrmann, M. Heiermann, C. Idler, V. Scholz Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V.

1 Einleitung

Die Nutzung von Energiepflanzen für die Biogasproduktion in landwirtschaftlichen Biogasanlagen hat in Deutschland in den vergangenen Jahren weite Verbreitung gefunden. Aus pflanzlicher Biomasse können hohe Methanausbeuten erzielt werden, was zu einem wirtschaftlichen Betrieb von Biogas-anlagen beitragen kann. Eine Ausschöpfung dieses Potenzials ist jedoch nur gewährleistet, wenn der Anlage kontinuierlich Substrate mit hoher Qualität bereitgestellt wird. Die Substratqualität wird dabei vor allem von den Inhaltsstoffen des Substrates, aber auch von der hygienischen Beschaffenheit so-wie von physikalischen Faktoren bestimmt. Qualitativ hochwertige Biomasse für die anaerobe Vergä-rung ist reich an Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen und zeichnet sich durch einen geringen Gehalt an nicht verwertbaren Bestandteilen wie Lignin bzw. komplexen Lignin-Cellulose-Verbindungen und Mineralstoffen bzw. Rohasche aus. Im Hinblick auf gute Silier-, Verdicht-, Misch- und Vergärbarkeit empfehlen sich kurze Partikel bzw. Häcksellängen für das Substrat. Die Qualität des Substrates und damit verbunden das Methanbildungspotenzial wird von einer Reihe von Faktoren entlang der Bereitstellungskette Anbau, Ernte, Konservierung und Lagerung beeinflusst, wobei sich die Ernte von Biogaspflanzen als Ganzpflanze und deren Konservierung mittels Silierung als Verfahren etabliert hat (HERRMANN et al. 2007). Für die Verfahrensgestaltung spielt die Wahl von Pflanzenart und Sorte sowie ihre Eingliederung in Fruchtfolge und Anbausystem eine entscheidende Rolle. Hierdurch wird der Rahmen für anbautechnische Maßnahmen, Ernte und maximal erzielbare Methanausbeuten in der Biogasanlage festgelegt. Geeignete Pflanzenarten zeichnen sich neben dem auf dem inhaltsstoffbasierendem spezifischen Methanbildungspotenzial auch durch eine gute Silierfä-higkeit aus. Auf beide Faktoren kann durch den Erntetermin Einfluss genommen werden, wobei der Variation des Erntezeitpunktes durch die Fruchtfolge und die Anforderungen der Silierung Grenzen gesetzt sind. Ziel der Silierung ist es, die wertgebenden Inhaltsstoffe des geernteten Materials weitgehend zu er-halten, das Pflanzenmaterial unter Vermeidung von Verlusten zu konservieren. Dies geschieht mit Hilfe von Milchsäurebakterien, die unter Luftabschluss pflanzeneigene Kohlenhydrate zu konser-vierenden Säuren umsetzen. Die Eignung eines Pflanzenmaterials für die Silierung ist unter anderem von dessen chemischer Zusammensetzung abhängig. Insbesondere der Trockenmasse- (TM) und Zucker- sowie der Proteingehalt sind für die Vergärbarkeit ausschlaggebend. Günstig sind möglichst hohe Zuckergehalte im Siliergut sowie geringe Gehalte an puffernden Substanzen. Für die Silierung liegt der optimale TM-Bereich zwischen 30 und 40 % (DLG-PRAXISHANDBUCH FUTTERKONSER-VIERUNG 2006). Um den Siliererfolg des Pflanzenmaterials zu bewerten, ist aus der Futtermittel-kunde ein DLG-Schlüssel bekannt, mit dessen Hilfe auf Grundlage des TM-Gehaltes, des pH-Wertes und des Säurespektrums der Silagen die Gärqualität eingeschätzt werden kann (DLG-SCHLÜSSEL 2006). Eine gute Gärqualität deutet auf buttersäurefreie Silagen und damit auf einen geringen Stoff-abbau (Verlust) während der Silierung hin und ist demnach anzustreben. Bei der Betrachtung des Zusammenhangs “Silierung – Methanausbeute“ ist insbesondere der Einfluss der Gärqualität auf die Methanbildung von Interesse. Die gegenwärtig übliche Bewertung der Gärqua-lität richtet sich neben der Forderung nach einem möglichst geringen Stoffabbau auch an Anforde-rungen der Tierernährung und Hygiene aus. Gärsäuren und Abbauprodukte, die eine Minderung der Futteraufnahme in der Tierfütterung bewirken, werden als negativ bezüglich der Gärqualität eingestuft. Für die Mikroorganismen, die an der Biogasproduktion beteiligt sind, sind jedoch gerade diese Abbau-produkte teilweise sehr gut verwertbar. Vor allem die Essigsäure kann im Biogasbildungsprozess (Biomethanisierung) direkt genutzt und zu Methan umgebaut werden. Diesem Sachverhalt wird bereits bei der Entwicklung neuer Silierhilfsmittel für die Nutzungsrichtung Biogas berücksichtigt, und erste Präparate sind auf dem Markt erhältlich. Zum Einfluss von Pflanzenart, Sorte und Erntezeitpunkt auf die Biogas- bzw. Methanausbeute wurden in den vergangenen Jahren u.a. umfangreiche Untersuchungen durchgeführt (z.B. AMON et al. 2005, GUNASEELAN 1997). Dabei fanden jedoch die Wechselwirkungen der genannten Parameter mit der Silierung im Hinblick auf die Biogasproduktion sowie der Einfluss der Silierung selbst auf die Methan-

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bildung bisher kaum Beachtung. Verluste bei der Silierung werden auch in der Praxis häufig nicht erfasst und daher vernachlässigt. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe geförderten Verbundprojektes „EVA“ (Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“) werden in einem Teilprojekt am ATB umfangreiche Laboruntersuchungen zu den wesentlichen Einflussparametern sowie deren Wirkung auf Silierverlauf, Substratqualität und Methanbildung durchgeführt. Im Folgenden werden ausgewählte Ergebnisse vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf dem Einfluss der Silierung liegt.

2 Material und Methoden

Die Untersuchungen wurden an ausgewähltem Pflanzenmaterial aus den Fruchtfolgen der „EVA“-Ver-bundpartner der Standorte Brandenburg, Sachsen, Thüringen, Baden-Württemberg und Niedersach-sen durchgeführt. In die Auswertung wurden Proben der Erntejahre 2005 und 2006 einbezogen. Die Versuche zu den Einflussfaktoren Lagerdauer und Siliermittelzusatz erfolgten an Mais (Zea mays), Grünfutterroggen (Secale cereale) und Sudangras (Sorghum sudanense) aus eigenen Praxisver-suchen in Brandenburg. Für die Silierung kamen 1,5 Liter WECK-Gläser sowie eine Vorrichtung zur manuellen Verdichtung des Erntegutes zum Einsatz. Die Silagen wurden über einen Zeitraum von 90 Tagen bei 25 °C unter anaeroben Bedingungen gelagert. Eine Ausnahme bildeten Versuche zu dem Einflussparameter La-gerdauer. Die Lagerung der Silagen erfolgte hier über 10, 90, 180 und 365 Tage. Um den Einfluss verschiedener Silierhilfsmittel auf die Methanausbeute zu prüfen, wurden Versuchsreihen mit entspre-chenden Additiven angesetzt. Bei den übrigen Versuchen kamen keine Siliermittel zum Einsatz. Das Erntegut bzw. das silierte Pflanzenmaterial wurde unmittelbar im Anschluss an die Ernte bzw. Auslagerung aus den Laborsilos bei –18 °C für die spätere Analyse und Biomethanisierung eingefro-ren. Um die Methanbildung aus den verschiedenen Proben einschätzen zu können, wurden Batch-Gärtests nach VDI-Richtlinie 4630 durchgeführt. Hierbei wurden sowohl die Frischmasse (FM) als auch jeweils zwei der in dreifacher Wiederholung angesetzten Silagen je Probe geprüft. Dazu wurden 50 g des zu untersuchenden Materials zu 1,5 Litern Impfmaterial (Gärrest aus vorherigen Batch-Ver-suchen mit Biogaspflanzen) gegeben und unter mesophilen Bedingungen über einen festgelegten Zeitraum von 30 Tagen inkubiert. Das entstehende Biogas wurde in kalibrierten Nassgasometern auf-gefangen. Die Analyse der Biogasmenge erfolgte täglich, die Analyse der Gaszusammensetzung an mindestens acht Zeitpunkten während des Versuchszeitraumes. Die dargestellten Methanausbeuten entsprechen der summierten Methanmenge je kg organischer Trockenmasse (oTM) des untersuchten Pflanzenmaterials, die in dem 30tägigen Versuchszeitraum gebildet wurde.

3 Ergebnisse und Diskussion

Die erzielten Gärqualitäten der am ATB untersuchten Silagen von zwölf verschiedenen Pflanzenarten sind in Abb. 1 dargestellt. Nach DLG-Schlüssel bewertet, wiesen 84 % der Silagen die Qualitätsstufe „gute“ bis „sehr gute“ Gärqualität auf. Lediglich bei den Pflanzenarten Sommerroggen und Ölrettich wurde mehr als 50 % des silierten Materials mit „verbesserungsbedürftiger“ bis „schlechter“ Gärquali-tät bewertet. Sommerroggen wurde bei den vorliegenden Untersuchungen aufgrund der relativ geringen Pufferkapazität als „mittelschwer bis leicht silierbar“ eingestuft. Zur Ernte im Entwicklungs-stadium der frühen Teigreife (BBCH 83) wies das Pflanzenmaterial zum Teil sehr hohe TM-Gehalte von bis zu 57,4 % in der Ganzpflanze auf. Unter Luftabschluss wurden hier geringe Gehalte an Essig-säure (bis 0,5 % TM), Ethanol (0,5 % TM) und Buttersäure (0,1-0,3 % TM) gebildet. Der Milchsäure-gehalt lag bei weniger als 0,2 % TM. Proben der Pflanzenart Ölrettich mussten aufgrund sehr niedriger TM-Gehalte (z.T. <10 %) und einer hohen Pufferkapazität als „schwer silierbar“ eingestuft werden. Entsprechend wiesen 67 % der Silagen erhöhte Buttersäuregehalte bis 7,1 % TM und folglich verbesserungsbedürftige bis sehr schlechte Gärqualitäten auf. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse kann die Silierung von Ölrettich in der Praxis nicht empfohlen werden. Als „schwer silierbar“ wurde teilweise Pflanzenmaterial von Sonnenblumen, Luzerne-Gras-Mischungen, Grünfutterroggen, Acker-futtermischungen und Sudangras bewertet. Bei der Silierung im Labormaßstab, wie sie bei den vorlie-genden Untersuchungen durchgeführt wurde, konnte die Lagerung unter Luftabschluss als eine der wesentlichen Silierbedingungen für gute Gärqualität jedoch bevorzugt erfüllt werden, was zu einem erhöhten Anteil an sehr gut und gut siliertem Material bei diesen Pflanzenarten führte. In der Praxis muss hier insbesondere bei TM-Gehalten außerhalb des optimalen Bereiches mit schlechteren Gär-

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qualitäten gerechnet bzw. durch siliertechnische Maßnahmen (z.B. Anwelken, Siliermittelzusatz) der Silierverlauf positiv beeinflusst werden. Einer besonderen Bedeutung kommt in diesem Zusammen-hang der Optimierung des Erntetermins zu.

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sehr gut gut verbesserungsbedürftig schlecht sehr schlecht

n=24

n=49

n=27

n=17

n=82

n=21

n=30

n=21

n=88

n=24

n=21

n=24

Abbildung 1: Silagequalitäten untersuchter Ganzpflanzensilagen bewertet nach

DLG-Schlüssel (2006)

Verluste, die bei der Silierung in verschiedener Form auftreten, wie z.B. Fermentations- und Rand-verluste, Sickersaftbildung und Verluste nach Siloöffnung, führen grundsätzlich zu einer Minderung der pro Masseneinheit des geernteten Gutes erzeugten Methanmenge. Es ist daher notwendig, Ver-luste auch bei der Bewertung der Methanausbeute eines Pflanzenmaterials zu beachten. In Abb. 2 ist die Minderung der Methanausbeute im Mittel für die untersuchten Pflanzenarten dargestellt.

0

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Methanausbeute [lN*kg-1 oTMorig] Methanausbeute Verluste

n=17

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n=12

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n=8

n=5

n=10

Abbildung 2: Methanausbeuten und Silierverluste (Labor) untersuchter Ganzpflanzensilagen Die Methanausbeuten sind bei Einrechnung der Verluste auf 1 kg organischer Trockenmasse des geernteten Materials (oTMorig) bezogen. Die Verluste berücksichtigen aufgrund der gewählten Ver-

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sehr gut gut verbesserungs-bedürftig

schlecht sehr schlecht

Gärqualität (Bewertung nach DLG-Schlüssel)

Met

hana

usbe

ute

[l N*k

g-1 o

TM]

Methanausbeute [lN*kg-1 oTMorig] Methanausbeute Verluste

n=4

n=2

n=12

n=0

n=2

suchsdurchführung bei den dargestellten Ergebnissen nur Minderungen der organischen Trocken-masse durch Restatmung und Fermentationsverluste. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen eine Min-derung der Methanausbeute pro kg organischer Trockenmasse des Erntegutes um 2 bis 21 %, wobei die höchsten Verluste bei Luzerne-Gras-Mischungen und Grünfutter- bzw. Sommerroggen zu verzeichnen waren. Insgesamt wurden bei Beachtung der genannten Verluste von mehreren Pflan-zenarten der Maissilage vergleichbar hohe Methanausbeuten erzielt. Vor allem Ackerfutter-mischungen sowie verschiedene Getreide-GPS (Wintertriticale, Futterroggen, Sommergerste) lagen bezüglich der Methanausbeute in diesem Bereich. In Abb. 3 sind am Beispiel von Ölrettich aus den vorliegenden Untersuchungen mittlere Methanaus-beuten der Silagen gruppiert nach der Gärqualität (DLG-Schlüssel) dargestellt. Bei Vernachlässigung der Fermentationsverluste zeigt sich zunächst keine negative Wirkung auf die Methanausbeute. Im Gegenteil, die höchsten Methanausbeuten mit Bezug auf die oTM wurden bei Silagen mit „sehr schlechter“ Gärqualität gemessen. Ähnliche Ergebnisse mit erhöhten Methanausbeuten bei butter-säurehaltigen Silagen wurden auch von NEUREITER et al. (2005) publiziert. Betrachtet man jedoch die Silierverluste (Abb. 3), die mit Abnahme der Gärqualität wesentlich zunehmen, und bezieht diese in die Methanausbeute mit ein (Bezug auf oTMorig), so ergibt sich ein gegenteiliges Bild. Die mittlere Methanausbeute von Silagen mit „sehr schlechter“ Gärqualität liegt hier um 13 % niedriger als bei Silagen mit „sehr guter“ Gärqualität. Dieser Trend zeigte sich auch bei anderen Pflanzenarten (Sommerroggen, Sommergerste), bei denen eine entsprechende Auswertung durch vorliegende Silagen mit unterschiedlichen Gärqualitäten möglich war. Die Bildung von erhöhten Anteilen an Essig-säure bzw. eine Buttersäuregärung ist demzufolge vor dem Hintergrund erhöhter Masseverluste auch bei der Silierung von Pflanzen für die Biogaserzeugung möglichst zu vermeiden. Abbildung 3: Einfluss der Silagequalität auf Fermentationsverluste und Methanausbeuten am

Beispiel von Ölrettich Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, die Gärqualität zu sichern oder zu verbessern und Gär-verluste zu reduzieren, können Silierhilfsmittel dem zu konservierenden Material zugesetzt werden. Hierfür werden verschiedene Additive mit unterschiedlichen Wirkprinzipien und Wirkrichtungen ange-boten. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurden für Mais ein chemisches Siliermittel (Siliersalz, Wirkrichtung Verbesserung der aeroben Stabilität) sowie drei biologische Siliermittel (Präparat A: homofermentative Milchsäurebakterien, Wirkrichtung Verbesserung des Gärverlaufes; Präparat B: homo- und heterofermentative Milchsäurebakterien, Wirkrichtung Verbesserung des Gär-verlaufes und der aeroben Stabilität; Präparat C: homo- und heterofermentative Milchsäurebakterien, spezielles Siliermittel für die Biogasnutzung) hinsichtlich Siliererfolg und Wirkung auf die Methanaus-beute getestet. Zusätzlich wurde eine Variante ohne Siliermittelzusatz erprobt. Bei den untersuchten Proben wies die Silage ohne Siliermittelzusatz Buttersäuregehalte von 1,1 % TM auf, alle übrigen Silagen waren buttersäurefrei. Bei dem biologischen Siliermittel Präparat C wurden deutlich erhöhte Essigsäuregehalte (3,7 % TM) und wesentlich niedrigere Gehalte an Milchsäure (0,8 % TM) als bei den übrigen Silagen gemessen. Dies führt zu Punktabzug bei der Bewertung der Gärqualität laut

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DLG-Schlüssel, ist als Folge der Aktivität der heterofermentativen Milchsäurebakterien, die in diesem Präparat enthalten sind, jedoch gewünscht. Als Vorteil des erhöhten Essigsäuregehalts werden die direkte Verwertbarkeit bei der Biomethanisierung sowie der positive Einfluss auf die aerobe Stabilität der Silagen seitens des Siliermittelherstellers angeführt. Die gemessenen Verluste waren bei den Silagen mit biologischem Siliermittelzusatz etwas geringer als bei der Kontrollvariante bzw. den Silagen mit chemischem Zusatz. Die biologischem Siliermittelzusätze bewirkten in den Silagen zudem leicht höhere Methanausbeuten im Batch-Gärtest (Abb. 4).

0

50

100

150

200

250

300

350

400

ohne Zusatz chem. Zusatz biolog. Zusatz A biolog. Zusatz B biolog. Zusatz C

Siliermittel

Met

hana

usbe

ute

[l N*k

g-1 o

TM]

Methanausbeute [lN*kg-1 oTMorig] Methanausbeute Verluste

Abbildung 4: Methanausbeuten von Maissilagen mit unterschiedlichen Siliermittelzusätzen

Im Vergleich schnitten die Silagen mit dem Zusatz des Präparates C, dem speziell für die Biogas-produktion konzipierten Siliermittel, am günstigsten ab. Die Wirkung auf die aerobe Stabilität wurde im Rahmen dieser Untersuchungen noch nicht berücksichtigt. Um den dargestellten Sachverhalt zu bestätigen, wird dieser Versuch gegenwärtig wiederholt. Weiterhin sind durch die Dauer der Lagerung des konservierten Pflanzenmaterials unter anaeroben Bedingungen Auswirkungen auf das Methanbildungspotenzial von Silagen zu erwarten. Der Silier-prozess benötigt zunächst ausreichend Zeit, um die Hauptgärphase, die durch intensive Fermenta-tionsvorgänge gekennzeichnet ist, abzuschließen und die Lagerphase einzuleiten. Dies geschieht üblicherweise innerhalb ca. einer Woche (DLG-PRAXISHANDBUCH FUTTERKONSERVIERUNG 2006). Um eine stabile, „reife“ Silage zu erzeugen, wird jedoch eine Mindestsilierdauer von 4-6 Wochen empfohlen. In der sich anschließenden Lagerphase ist dann mit einem weiteren konti-nuierlichen schwachen Substratabbau zu rechnen. Ist jedoch genügend Gärsubstrat vorhanden und wird ein Luftzutritt in die Silage zuverlässig verhindert, kann das Pflanzenmaterial unter diesen Bedingungen sehr lange gelagert werden. An Mais-, Roggen- und Sudangrassilage wurden variierte Lagerzeiten von 10 bis 365 Tagen (letzter Versuch bei Roggen und Sudangras noch nicht abge-schlossen) untersucht. Wie zu erwarten, nahmen Silierverluste (Verluste durch Restatmung und Fermentation, in Abb. 5 nicht dargestellt) mit zunehmender Lagerdauer leicht zu. Bei Maissilage wurden 7,6 % nach 10 Tagen und 8,3 % FM-Verluste nach 365 Tagen und bei Grünfutterroggen 0,5 % nach 10 Tagen und 0,8 % FM-Verluste nach 180 Tagen gemessen. Bei Sudangras nahmen die FM-Verluste von 0,6 % nach 10 Tagen auf 0,8 % nach 180 Tagen zu. Alle Silagen wurden mit „sehr guter“ Gärqualität bewertet. Die leicht höheren Verluste bei langer Lagerdauer hatten keine negativen Auswirkungen auf die Methanausbeute (Abb. 5). Mit zunehmender Lagerdauer wurden sogar tendenziell leicht höhere Methanausbeuten der Silagen bei allen drei Pflanzenarten gemessen. Möglicherweise erhöht sich bei längerer Lagerung durch Aufschlussprozesse die Verfügbarkeit von verwertbaren Bestandteilen des Substrates für die Methanbakterien. Die Methangehalte im Biogas lagen bei dem silierten Material jeweils um 1-2 % höher als bei dem unsilierten Material (0 Tage Lagerdauer). Während der Silierung findet bereits ein Teil der Hydrolyse statt, bei der Kohlendioxid als Produkt entsteht. Dies erklärt einen erhöhten Methananteil bei der Biogasproduktion.

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0

50

100

150

200

250

300

350

400

Mais Roggen Sudangras

Pflanzenart

Met

hana

usbe

ute

[l N*k

g-1 o

TM]

0 Tage (FM) 10 Tage 90 Tage 180 Tage 365 Tage

55,4%57,4%

57,1%57,8%

58,0%

59,3%60,1%

59,760,0%

55,6%56,3%

57,0%57,0%

Abbildung 5: Einfluss der Lagerdauer auf Methanausbeute und Methangehalt im Biogas bei Mais-,

Sudangras- und Roggen-GPS

4 Zusammenfassung

Bei der Bereitstellung von Energiepflanzen für die Biogasproduktion beeinflussen eine Reihe von Faktoren die in der Biogasanlage erzielbare Methanausbeute des Substrates. Dabei ist insbesondere die Silierung als übliche Form der Konservierung dieser Biomasse ein Verfahrensschritt, dem bisher im Bezug auf die Biogasproduktion wenig Beachtung geschenkt wurde. Der Verlauf der Silierung ist ausschlaggebend für Änderungen der vorhandenen Menge, chemischen Zusammensetzung und Verfügbarkeit der Inhaltsstoffe des zu konservierenden Pflanzenmaterials und wirkt sich damit auf dessen Methanbildungspotenzial aus. Der Silierverlauf wird wiederum von Parametern wie z.B. Pflanzenart und –sorte, Anbausystem, Erntezeitpunkt, epiphytischer Organismenbesatz, Häcksellänge und Verdichtung sowie durch die Wechselwirkungen der genannten Faktoren beeinflusst. Untersuchungen im Labormaßstab haben gezeigt, dass Pflanzenarten sich nicht nur hinsichtlich ihres Methanbildungspotenzials, sondern auch hinsichtlich ihrer Siliereignung und den auftretenden Verlusten bei der Silierung unterscheiden. Verluste mindern das Methanbildungspotenzial pro Gewichtseinheit des geernteten Gutes und sollten daher in die Bewertung mit einbezogen werden. Erhöhte Butter- und Essigsäuregehalte in den Silagen wirken sich nicht direkt negativ auf die Methanbildung aus. Bei abnehmender Gärqualität der Silagen ist jedoch mit erhöhten Verlusten und folglich mit geringeren Methanausbeuten je Gewichtseinheit des Erntegutes zu rechnen. Der Zusatz von Siliermitteln kann verminderte Verluste und erhöhte Methanausbeuten bewirken. Bei vorliegenden Untersuchungen wurde die Methanbildung insbesondere durch den Zusatz biologischer Siliermittel positiv beeinflusst. Eine lange Lagerzeit gut konservierter Silagen unter anaeroben Bedingungen führte zu keiner Minderung der Methanausbeute von Mais-, Roggen- und Sudangrassilage. Da der Einfluss der Silierung auf die Biogasproduktion thematisch komplex ist, sind für gesicherte Aussagen weitere Untersuchungen notwendig.

5 Dank

Unseren Verbundpartnern Brandenburgisches Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung (LVLF), Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg (LTZ), Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL), Landwirtschaftskammer Niedersachsen (LWK) und Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft (SLL) danken wir recht herzlich für die Bereitstellung der Pflanzenproben und die kooperative Zusammenarbeit. Die Arbeiten werden mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (FKZ 2200-2305/-2405/-2505/-2605/-2705/-2805) gefördert.

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6 Literatur

Amon T., Kryvoruchko V., Bodiroza V., Amon B. (2005): Methanerzeugung aus Getreide, Wiesengras und Sonnenblumen: Einfluss des Erntezeitpunktes und der Vorbehandlung. Erhalten unter http://www.nas.boku.ac.at/fileadmin/_/H93/H931/AmonPublikationen/Braunschweig_Methanerzeugung_aus_Getreide__Wiesengras_und_So.pdf, am 02.05.2007. DLG-Praxishandbuch Futterkonservierung (2006): Hrsg. Bundesarbeitskreis Futterkonservierung; 7. völlig überarb. u. akt. Aufl. 2006; DLG-Verlag, Frankfurt am Main, 353 S. DLG-Schlüssel (2006): Grobfutterbewertung; Teil B: DLG-Schlüssel zur Beurteilung der Gärqualität von Grünfuttersilagen auf der Basis der chemischen Untersuchungen. Hrsg. DLG e.V., Ausschuss Futterkonservierung, DLG-Information 2/2006, 5 S. Gunaseelan V.N. (1997): Anaerobic Digestion of Biomass for Methane Production: A Review. Biomass and Bioenergy Vol. 13, S. 83-114. Herrmann C., Heiermann M., Idler C., Scholz V. (2007): Einfluss der Silierung auf die Biogasbildung – Aktuelle Forschungsergebnisse. In: ATB Potsdam (Hrsg.), Energiepflanzen im Aufwind, Fachtagung 12.-13. Juni 2007 in Potsdam, Bornimer Agrartechnische Berichte Heft 61, Potsdam-Bornim, S. 86-99. Neureiter M., dos Santos J.T.P., Lopez C.P., Pichler H., Kirchmayr R., Braun R. (2005): Effect of silage preparation on methane yields from whole crop maize silages, in: Ahring, B. K. & Hartmann, H. (eds.), Proceedings of the 4th Int. Symposium on Anaerobic Digestion of Solid Waste, Copenhagen, Dänemark, Vol. 1, S. 109-115. VDI 4630 (2006): Vergärung organischer Stoffe; Substratcharakterisierung, Probenahme, Stoffdatenerhebung, Gärversuche. Beuth Verlag GmbH, D-10772 Berlin, 92 S. Autorenanschriften: Dipl.-Ing. (BA) Christiane Herrmann, Dr. Monika Heiermann Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. Abteilung Technikbewertung und Stoffkreisläufe Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam Tel.: 0331/5699-231/217 Fax: 0331/5699-849 Email: cherrmann@atb-potsdam.de; mheiermann@atb-potsdam.de Dr. Christine Idler Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. Abteilung Bioverfahrenstechnik Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam Tel.: 0331/5699-124 Fax: 0331/5699-849 Email: cidler@atb-potsdam.de Dr. Volkhard Scholz Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. Abteilung Aufbereitung, Lagerung und Konservierung Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam Tel.: 0331/5699-312 Fax: 0331/5699-849 Email: vscholz@atb-potsdam.de

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Neue verfahrensökonomische Erkenntnisse zu Gärsubstraten – ein Fruchtarten- und Fruchtfolgevergleich Thore Toews Universität Giessen

1 Einleitung

Im Forschungsverbundprojekt „EVA“ werden an sieben Standorten in Deutschland jeweils bis zu neun unterschiedliche Energiefruchtfolgen zur Rohstoffbereitstellung für die Biogaserzeugung untersucht. Im folgenden Beitrag wird anhand der bisherigen Versuchsergebnisse und unter den derzeitigen Marktbedingungen untersucht welche Fruchtfolgen auf dem Standort Güterfelde (Brandenburg) für die Rohstoffproduktion für Biogasanlagen optimal sind. Anschließend wird untersucht inwieweit der Energiefruchtanbau im Vergleich mit einem ortsüblichen Marktfruchtanbau konkurrenzfähig ist. Eine ökonomische Bewertung der Versuchsergebnisse wird sehr stark durch Preise beeinflusst. Durch den starken Anstieg der Preise für pflanzliche Rohstoffe seit Herbst 2006 – insbesondere für Getreide –, haben sich die Kosten für den Faktor Boden durch steigende Opportunitätskosten ebenfalls erhöht. Hiervon haben intensive Kulturen, also solche mit gleichzeitig hohem Aufwand und hohem Ertrag profitiert. Silomais ist in der Regel ein intensiveres Produktionsverfahren. Die Maiserträge waren 2005 und 2007 im Vergleich relativ hoch, so dass die Gewinnbeiträge von keiner Alternativfrucht übertroffen wurden. Im Trockenjahr 2006 zeigte der Mais diese deutliche Überlegenheit nicht mehr. Der Gewinnbeitrag von Wintertriticale Ganzpflanzensilage lag in etwa auf gleichem Niveau. Und der TM-Ertrag des Maises wurde von dem des Sudangrases deutlich übertroffen. Die besten Ergänzungen zum Silomais sind unterschiedliche Formen des Getreideanbaus zur Ganzpflanzennutzung und Sudangräser. Im Mittel der Jahre ist Silomais auch in Brandenburg jedoch der vorzüglichste Rohstofflieferant für Biogasanlagen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass in Zukunft weite Teile Brandenburgs mit Maismonokulturen bestellt sein werden. Denn durch die derzeitigen Anstiege der Agrarrohstoffpreise ist der Marktfruchtanbau wieder interessant geworden, so dass eine Kombination von Energie- und Marktfruchtanbau sinnvoll ist.

2 Vorgehensweise

2.1 Marktpreis für Gärsubstrate

Aus betriebswirtschaftlicher Sicht ist es sinnvoll die Verwertung des jeweils knappsten Produktionsfaktors zu maximieren. Da auf Grund steigender Produktpreise und damit einhergehend steigender Flächenkosten Boden im Vergleich zu Arbeit und Kapital zunehmend der begrenzende Faktor sein wird, erfolgt die ökonomische Bewertung von Fruchtfolgen bzw. Produktionsverfahren anhand der Flächenverwertung bzw. dem Gewinnbeitrag je Hektar. Der Gewinnbeitrag ergibt sich durch Subtraktion aller Kosten ohne Flächenkosten von den Leistungen. Um ihn zu bestimmen, muss ein Marktpreis für die Substrate festgelegt werden. Dieser leitet sich für alle Substrate aus der Methanmenge, die bei deren Vergärung gewonnen werden kann, ab. Da Silomais das häufigste Gärsubstrat ist, wird der Substratkostenanteil der Methanproduktion aus dem Marktpreis von Silomais abgeleitet. Vielerorts haben die Silomaispreise 33 €/t FM frei Fermenter erreicht bzw. überschritten. Geht man davon aus, dass dem zuvor genannten Maispreis ein Trockenmassegehalt von 33 % und damit ein Methanbildungspotenzial von 95 m3 CH4/t FM unterliegt, so leiten sich hieraus Substrat-kosten in Bezug auf das produzierbare Methan von 35 ct/m3 CH4 ab. Biogasanlagen ohne Wärmenutzung werden Substratpreise von 35 ct/m3 CH4 nicht langfristig tragen können. Nach eigenen Modellkalkulationen für eine übliche Biogasanlage mit einer elektrischen Leistung von 500 kWel, einer jährliche Auslastung von 7.500 Volllaststunden, einem elektrischer Gesamtwirkungsgrad des Blockheizkraftwerkes von 39 % und einen jährlichen Substratbedarf von etwa 9.000 t Silomais und 10.000 t Rindergülle beläuft sich bei einer Inbetriebnahme in 2007 und Baukosten von 3.500 €/kWel der Veredelungswert der Maissilage ohne Wärmenutzung auf 28 €/t FM frei Fermenter bzw. 0,29 €/m3 CH4. Geht man in einer zweiten Kalkulation davon aus, dass die Biogasanlage für ca. 1,1 Mill. € ein Nahwärmenetz bauen kann und so annähernd 45 % der

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überschüssigen Wärme für 9 ct/kWh verkaufen kann, so erhöht sich der Veredelungswert auf 35 €/t bzw. 37 ct/m3 CH4. Vergleicht man den derzeitigen Marktpreis von 35 ct/m3 CH4 mit den abgeleiteten Veredelungswerten, dann wird deutlich, dass ein Großteil der derzeitigen Biogasanlagen nicht vollkostendeckend wirtschaften kann. Biogasanlagen, die nur Strom produzieren, sind deshalb gezwungen die Energieausnutzung der Substrate – insbesondere durch eine verbesserte Wärmenutzung – zu steigern, um weiterhin wettbewerbsfähig zu bleiben. In den folgenden Kalkulationen wird davon ausgegangen, dass die Biomasse eingelagert bzw. siliert wird und aus dem Lager verkauft wird. In Abhängigkeit vom Methanbildungspotenzial (KEYMER 2004) der Biomasse wird von einem Methanpreis von 0,35 €/m3 CH4 der Substratpreis abgeleitet. Lagerverluste und –kosten trägt der Biomasseverkäufer.

2.2 Datengrundlage, Modellannahmen

Datengrundlage der betriebswirtschaftlichen Auswertungen sind die Versuchsergebnisse des Grund-versuchs „EVA“. Alle durchgeführten Arbeiten wurden mit Maschinenringsätzen (Toews 2007), Pflanzenschutzmittel- und Saatgutaufwendungen mit aktuellen Preisen bewertet. Bei der Düngung wurden nicht die in den Versuchen ausgebrachten Düngermengen berücksichtigt, sondern es wurde verursachungsgerecht eine ertragsabhängige Düngung nach Entzug angesetzt (BMELV 2005), wobei beim Stickstoff zum Ausgleich von Verlusten 20 % Überhang einkalkuliert wurden. Um die Versuchsergebnisse mit praxisüblichen Marktfruchtfolgen vergleichen zu können, wurde ein Abschlag von 10 % des Ertrags einbezogen. Da wie oben beschrieben Lagerkosten und –verluste vom Roh-stoffproduzenten getragen werden, werden bei Silagen Lagerkosten und –verluste von 1,5 €/t FM bzw. 10 % und bei Körnern von 15 €/t und 3 % unterstellt.

3 Fruchtfolgenvergleich für Güterfelde

Insgesamt werden 9 verschiedene Energiefruchtfolgen am Standort Güterfelde untersucht. Die erste Anlage wurde im Jahr 2005 und die zweite im Jahr 2006 begonnen. In Tabelle 1 sind von jeder Anlage die bisher besten vier Fruchtfolgen aufgeführt. In der 3. Spalte ist ausgewiesen bis zu welchem Fruchtfolgeglied die Auswertungen bisher erfolgt sind. In den beiden letzten Spalten stehen der Gewinnbeitrag und die Leistung je ha und Jahr. In der zweiten Anlage fällt auf, dass die Gewinnbeiträge der beiden besten Fruchtfolgen deutlich höher sind als in der ersten Anlage. Dies liegt daran, dass die TM-Erträge von Silomais im Jahr 2007 außerordentlich hoch waren. Grundsätzliche Unterschiede in der Reihung der Fruchtfolgen sind im Vergleich zwischen der ersten und zweiten Anlage nicht zu finden. In allen Fruchtfolgen sind Silomais, Sudangras und Getreideganz-pflanzensilagen die Fruchtfolgeglieder, die einen positiven Gewinnbeitrag erwirtschaften.

Tabelle 1: Beste vier Fruchtfolgen in Güterfelde differenziert nach erster (Beginn 2005) und zweiter Anlage (Beginn 2006); FG = Fruchtfolgeglied

Beginn Fruchtfolge ausge-wertet bis FG

Gewinn-beitrag € ha-1 a-1

Leistung

€ ha-1 a-1 2005 SuGr - WRog - Mais - WTrit - WRog - 4 5 795

2005 SRog - Ölr - Mais - WTrit - ZHirse - WRog - 5 -4 800

2005 Mais - WRog - SuGr - WTrit - EinWeiGr – WRog - 5 -94 875

2005 SRog - KleeGr - KleeGr - WRog - 2 -106 473

2006 SRog - Ölr - Mais - WTrit - ZHirse - WRog - 3 334 1006

2006 SuGr - WRog - Mais - WTrit - WRog - 3 140 1107

2006 SRog - KleeGr - KleeGr - KleeGr - WRog - 2 -20 162

2006 Ha - WTrit - WRap - WRog - 2 -45 400 Wie sieht es aus, wenn die Ergebnisse der unterschiedlichen Anbaualternativen nach Anbaujahren differenziert betrachtet werden (siehe Tabelle 2). Im Jahr 2005 war Mais mit einem Gewinnbeitrag von 467 €/ha und Jahr eindeutig die ökonomisch vorzüglichste Kultur. Im Jahr 2005 konnte auf Grund des

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späten Beginns der Versuche kein Wintergetreide mehr bestellt werden, so dass 2005 nur Sommergetreide zur Ganzpflanzennutzung ausgedrillt wurde. Die Gewinnbeiträge der Getreide-GPS-Varianten liegen deshalb deutlich unter dem vom Silomais. Sudangras erzielte mit 135 dt TM/ha einen vergleichbaren TM-Ertrag wie Silomais. Die Methanerträge von Sudangras liegen – nach bisherigem Kenntnisstand – jedoch deutlich unter denen des Silomaises, so dass der Gewinnbeitrag von Sudangras deutlich niedriger liegt als der von Mais.

Tabelle 2: Ergebnisse einzelner Fruchtfolgeglieder nach Jahren differenziert

Kürzel Ernte-jahr

Stellung Nutz-ung

TM-Ertrag dt/ha

Markt-leistung € ha-1 a-1

Kosten

€ ha-1 a-1

Gewinn-beitrag € ha-1 a-1

Mais 2005 Haupt-Fr. GPS 142 1310 844 467 Ha 2005 Haupt-Fr. GPS 57 480 420 60 SRog 2005 Haupt-Fr. GPS 58 482 430 52 SuGr 2005 Haupt-Fr. GPS 135 1003 952 51 Mais 2006 Zweit-Fr. GPS 71 656 532 124 WTrit 2006 Haupt-Fr. GPS 58 482 421 61 SuGr 2006 Haupt-Fr. GPS 90 664 626 38 Mais 2006 Haupt-Fr. GPS 73 673 654 18 Mais 2007 Haupt-Fr. GPS 185 1711 982 729 Mais 2007 Zweit-Fr. GPS 144 1328 850 477 SuGr 2007 Zweit-Fr. GPS 132 982 896 85 WTrit 2007 Haupt-Fr. Korn 44 533 476 57 ZHirse 2007 Zweit-Fr. GPS 89 748 735 13 WTrit 2007 Haupt-Fr. GPS 62 520 538 -18 2006 übertrafen die TM-Erträge von Sudangras die TM-Erträge von Mais deutlich. Die Gewinnbeiträge wurden jedoch – wie im Jahr 2005 – durch die niedrigeren Gaserträge vermindert, so dass das Sudangras gegenüber einem Silomais in Zweitfruchtstellung unterlegen war. Mais in Hauptfrucht-stellung wurde 2006 im Gewinnbeitrag von Wintertriticale-GPS und Sudangras übertroffen. Dies liegt auch daran der Mais bereits am 01.09.2006 bei einem TM-Gehalt von ca. 25 % gehäckselt werden musste, weil die Abreife extrem ungleichmäßig war und der Mais bereits Blätter in den unteren Blattetagen verloren hat. Da ein höherer Wassergehalt zu höheren Transportkosten (Erntekosten und Gärrestausbringungskosten) führt, hätte eine spätere Ernte Maises den Gewinnbeitrag eventuell erhöht. Dennoch hat der Mais unter dem Witterungsverlauf des Jahres 2006 stark gelitten. Wenn die Frühjahrstrockenheit etwas länger angehalten hätte, dann wäre der Mais möglicherweise – wie es auch in manchen Landstrichen Brandenburgs der Fall war – total ausgefallen, so dass sich zur Risikoabsicherung der Anbau von Alternativkulturen und insbesondere von Wintergetreide-GPS sicherlich sinnvoll war. 2007 war auf Grund der ausgiebigen Niederschläge während der Vegetationsperiode ein ausgesprochenes „Maisjahr“. Mit 185 dt TM/ha war Mais allen anderen Kulturen sowohl im Ertrags-niveau als auch im Gewinnbeitrag klar überlegen. 2007 wurde in einem Fruchtfolgeglied Wintertriticale gedroschen. Nun ist es bei der derzeitigen Preislage nicht sinnvoll Getreidekörner zu vergären. Dies spiegelt sich in dem zu geringen Markterlös der Wintertriticale von nur 533 €/ha bzw. 11,3 €/dt wieder. Kalkuliert man alternativ einen Verkauf der Triticale für 23 €/dt, was dem derzeitigen Preisniveau entspricht, so liegt der Gewinnbeitrag ebenfalls bei 729 €/ha und gleichauf mit Silomais. Dies macht deutlich, dass eine Kombination von Energie- und Marktfruchtanbau auch in einem „außerordentlichen Maisjahr“ bei den derzeitigen Preisen durchaus sinnvoll sein kann.

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4 Wettbewerbsfähigkeit des Energiefruchtanbaus im Vergleich zum Marktfruchtanbau

Um die Frage zu beantworten, ob sich der Energiefruchtanbau auch in Anbetracht der gestiegenen Getreidepreise noch lohnt, wird der Energiefruchtanbau mit einem ortüblichen Marktfruchtanbau verglichen. In diesem Vergleich wurden die Ergebnisse der ersten und zweiten Anlage zusammen-gefasst und gemittelt. Die beiden besten Energiefruchtfolgen sind in Tabelle 3 wiedergegeben. Die Gewinnbeiträge liegen bei 165 und 73 €/ha. Zu bedenken ist, dass die Ergebnisse deutlich durch die hohen Maiserträge des Jahres 2007 beeinflusst sind. Die dadurch recht hohen Gewinnbeiträge liegen deshalb möglicherweise über dem Niveau das in einem mehrjährigen Durchschnitt erreicht werden kann.

Tabelle 3: Durchschnittliche Gewinnbeiträge der besten Energiefruchtfolgen am Standort Güterfelde

Fruchtfolgen-Nr. Fruchtfolge Gewinnbeitrag

€ ha-1 a-1 Leistung € ha-1 a-1

1 SRog - Ölr - Mais - WTrit - ZHirse - WRog - 165 903

2 SuGr - WRog - Mais - WTrit - WRog - 73 951 Zum Vergleich ist in Tabelle 4 eine alternative Marktfruchtfolge wiedergegeben. Die Gewinnbeiträge wurden unter denselben Modellannahmen kalkuliert, wie die der Energiefruchtfolgen. Im Niveau gibt es keine großen Unterschiede. In der Tendenz ist der Energiefruchtanbau dem Marktfruchtanbau überlegen. Betrachtet man jedoch noch einmal die Ergebnisse in Tabelle 1: Hier liegen die Gewinn-beiträge der Energiefruchtfolgen der ersten Anlage deutlich unter denen der zweiten Anlage, so dass bei alleiniger Auswertung der ersten Anlage sich ein anderes Ergebnis ergibt. In diesem Fall wäre der Marktfurchtanbau klar überlegen. Deshalb kann bei bisherigem Kenntnisstand und unter den getroffenen Annahmen zusammengefasst werden, dass der Energie- und der Marktfruchtanbau derzeit in etwa eine ähnliche Wettbewerbsfähigkeit aufweisen. Soweit dies für Pflanzenproduzenten möglich ist, ist eine Kombination von beiden Produktionsrichtungen auch zur Risikoabsicherung zu favorisieren.

Tabelle 4: Alternative Marktfruchtfolgen am Standort Güterfelde

Frucht Ertrag

dt/ha

Preis

€/dt

Erlös

€/ha

Trock. Lager €/ha

Direkt-kosten

€/ha

A.Erl.-Kosten

€/ha

Gewi.-beitrag

€/ha W.Raps 27 30 810 41 309 353 108 W.Roggen 42 20 840 63 282 398 97 W.Roggen 42 20 840 63 282 398 97

5 Zusammenfassung

Die Fruchtfolgegestaltung wird unter anderem von den Mengengerüsten der Produktion und von den Faktor- und Produktpreisen beeinflusst. Da letztere sich vergleichsweise rasch verändern, sind Fruchtfolgen insbesondere aus diesem Grunde nicht statisch, sondern unterliegen Anpassungspro-zessen. Wurden noch vor einem Jahr Maismonokulturen prognostiziert und befürchtet, so wird aktuell eher wieder mit einer Zunahme des Getreidebaus zu rechnen sein. Die im Forschungsprojekt unter-suchten Energiefruchtfolgen können sehr gut durch Marktfruchtgetreide ergänzt werden. Getreide-ganzpflanzensilage stellt eine interessante Ergänzung zum Silomais dar. Auch zur Verringerung des Risikos ist eine Kombination des Silomaisanbaus mit Getreideganzpflanzensilage sinnvoll. Sudan-gräser liegen in einzelnen Jahren im Gewinnbeitrag nur geringfügig unter Mais, so dass eine weitere züchterische Bearbeitung und Anbauoptimierung sinnvoll ist. Durch eine geschickte Fruchtartenauswahl können Ertragsrisiken reduziert werden. Insbesondere in Jahren mit extremen Witterungen, wie Frühjahrstrockenheit, extremen Niederschlägen etc. ist es vor-teilhaft, wenn nicht das gesamte Anbauprogramm schwerpunktmäßig auf eine Frucht ausgerichtet ist.

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6 Quellen

BMELV (Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz) (2005): Statistisches Jahrbuch über Ernährung Landwirtschaft und Forsten KEYMER, U. (2004): Biogasaubeuten verschiedener Substrate. Online im Internet: URL: http://www.lfl.bayern.de/ilb/technik/10225/index.php. Abrufdatum: 02.05.2006 TOEWS, T. (2007): Zweiter Zwischenbericht: Ökonomische Bewertung des Anbaus und der Nutzung von Energiepflanzen.

Autorenadresse:

Dr. Thore Toews Institut für Betriebslehre der Agrar- und Ernährungswirtschaft Justus-Liebig-Universität Gießen Senckenbergstr. 3 35390 Gießen Tel.: 0641/ 9937 243 E-mail: thore.toews@agrar.uni-giessen.de

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Gärrückstände aus der Biogaserzeugung mit pflanzlichen Substraten – Eigenschaften und pflanzenbauliche Verwertung Karen Sensel1, Verena Wragge2, Frank Ellmer2

1Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin 2Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät, Fachgebiet Acker- und Pflanzenbau

1 Einleitung und Problemstellung

Ein bedeutendes Segment des derzeit wachsenden Bioenergiesektors ist die Biogaserzeugung. Ne-ben der Produktion von Biogas, dem eigentlichen Energieträger, entsteht im Rahmen des Gärprozes-ses auch ein stoffliches Endprodukt, der so genannte Gärrückstand oder Gärrest, vielfach auch als Biogasgülle bezeichnet. Allein im Land Brandenburg fallen jährlich schätzungsweise 800.000 Tonnen Gärrückstände aus 45 Biogasanlagen an (Stand November 2006). Bedingt durch die EEG-Novellierung werden verstärkt Pflanzen, Pflanzenteile und Ganzpflanzensilagen als nachwachsende Rohstoffe in Biogasanlagen eingesetzt. Diese verschiedenen Eingangssubstrate bewirken neben ei-ner erhöhten Energieausbeute auch eine quantitative und vor allem eine qualitative Veränderung des anfallenden Gärrückstandes. Die derzeit vorherrschende Verwertungsform für Gärrückstände ist die Ausbringung auf landwirtschaftlichen Nutzflächen zur Nährstoffversorgung unterschiedlicher Kultur-pflanzen. Während zahlreiche Forschungsprojekte zum Thema „Biogasproduktion“ sich bisher mit gär- und verfahrenstechnischen Problemstellungen befasst haben, gibt es deutschlandweit vergleichswei-se wenige aktuelle Untersuchungen zu den Eigenschaften dieser Stoffe. Ebenso wenig sind die Wir-kungen bei der Anwendung von Gärrückständen aus Mono- und Kofermentation pflanzlicher Aus-gangssubstrate als Düngestoffe im Pflanzenbau hinreichend untersucht. Wesentliche Ziele eines ge-meinsamen Forschungsvorhabens des Institutes für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP) und dem Institut für Pflanzenbauwissenschaften der Humboldt-Universität zu Berlin sind deshalb Untersuchungen zur

1. stofflichen Struktur verschiedener Gärrückstände aus der Mono- und Kofermentation pflanzli-cher Ausgangssubstrate

2. Wirkung dieser Gärrückstände auf Boden und Pflanzen unter Berücksichtigung von Ertrags-quantität und –qualität in praxisnahen Freilandversuchen.

2 Untersuchte Biogasanlagen

An Gärrückständen aus drei verschiedenen Biogasanlagen, die pflanzliche Biomasse als Mono- bzw. Kosubstrat fermentieren (Tab. 1), wurden Untersuchungen zur stofflichen Charakterisierung durchgeführt. Tabelle 1: Charakterisierung der ausgewählten Biogasanlagen

Biogasanlagen Eingangssubstrate Prozess-temperatur1) Verfahrensführung

A Monofermentation

Maissilage, Roggensila-ge, Getreideschrot

mesophil 2-stufig, 1-phasig, Endlager geschlossen

B Monofermentation

Mais-, Kleegrassilage, Grüngut, Getreideschrot, Festmist, Kartoffeln

mesophil 2-stufig, 1-phasig; Endlager offen

C Kofermentation

Rindergülle, Maissilage, Getreideschrot

mesophil 1-stufig, 1-phasig, Endlager offen

1) mesophil = 37 – 38 °C Prozesstemperatur 2) x-stufig = x entspricht der Anzahl der Vergärungsstufen bzw. der Gärbehälter 3) x-phasig = 1 (keine räumliche Trennung von Hydrolyse- und Methanisierungsstufe); 2 (räumliche Trennung von Hydrolyse- und Methanisierungsstufe)

3 Stoffliche Eigenschaften der Gärrückstände

Bei der pflanzenbaulichen Verwertung von Gärrückständen sind vor allem die Pflanzennährstoff-konzentrationen bezüglich Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K) wichtige Kenngrößen. Die Gärrückstände unterscheiden sich im TS- und oTS-Gehalt, dem pH-Wert und den Nährstoffgehalten ganz erheblich (Tab. 2).

36

Die Stickstoffgehalte in den einzelnen Gärrückständen betragen 4,04 kg m-3 (GRST A), 4,12 kg m-3 (GRST B) und 3,42 kg m-3 (GRST C). Ein hoher Eintrag an Stickstoff in den Gärrückstand ergibt sich unter anderem durch die verstärkte Verwendung proteinhaltiger pflanzlicher Substrate wie z. B. Getreideschrot oder Grassilage in den Anlagen A und B. Ein hoher Anteil des Gesamtstickstoffs im Gärrückstand liegt als Ammonium-Stickstoff (NH4-N) vor. In den Gärrückständen B und C beträgt der Anteil NH4-N am Ngesamt 44 % respektive 66 %. Eine höhere NH4-N-Konzentration mit 2,91 kg m-3 und folglich einem Anteil von 72 % am Ngesamt wurde im Gärrückstand der Biogasanlage A gemessen. Die Pflanzennährstoffe Phosphor und Kalium liegen in den untersuchten Gärrückständen in Konzen-trationsbereichen zwischen 0,44 bis 0,83 kg m-3 für Phosphor und 2,74 bis 3,13 kg m-3 für Kalium. Tabelle 2: Stoffkennwerte der Gärrückstände aus unterschiedlichen Biogasanlagen (Mittelwerte)

Biogasanlagen TS oTS pH Ngesamt NH4-N Pgesamt Kgesamt C/N (%) (% TS) (kg m-3) (kg m-3) (kg m-3) (kg m-3)

A 5,0 76,3 8,1 4,04 2,91 0,44 3,13 7,7 B 8,7 76,1 7,7 4,12 1,81 0,83 2,75 10,3 C 4,7 74,4 7,6 3,42 2,26 0,51 2,74 5,2 Die Ergebnisse zeigen, dass Gärrückstände aus Biogasanlagen in Bezug auf ihre pflanzenbaulich relevanten Kenngrößen in weiten Grenzen variieren. Die Zusammensetzung hängt stark von der spezifischen Situation der Biogasanlagen ab. Insbesondere die Quantität und Qualität der einge-setzten pflanzlichen Substrate beeinflussen die Stoffkennwerte und Pflanzennährstoffverhältnisse in den Rückständen.

4 Pflanzenbauliche Verwertung der Gärrückstände

Parzellenfeldversuche: Zur Untersuchung der Wirkungen von Gärrückständen auf Boden und Pflan-zen wurden 2006 in Berlin-Dahlem Parzellenfeldversuche mit den Kulturen Mais und Sommerweizen durchgeführt. Der Boden am Standort ist ein schwach schluffiger Sand. Die Temperatur beträgt im langjährigen Mittel (1971-2000) 9,6 °C und die Niederschlagshöhe 540 mm. Der Versuch wurde als zweifaktorielle Spaltanlage mit den Faktoren Düngerart und Stickstoffmenge in vier Wiederholungen angelegt. Für die mineralische Düngung wurde Kalkammonsalpeter (KAS) verwendet. Der Gärrück-stand (GRST) stammte aus den oben beschriebenen Biogasanlagen A, B und C. Bodenatmung: Zur Untersuchung der Effekte von Gärrückstand auf den Boden wurde die Bodenat-mung als Maß für die mikrobielle Aktivität des Bodens gemessen. Die Bodenmikroorganismen erfüllen wichtige Aufgaben wie den Abbau von organischer Substanz und somit die Bereitstellung von Nähr-stoffen für Pflanzen sowie die Stabilisierung der Bodenstruktur durch Lebendverbauung. Ihr Leis-tungsvermögen hat somit einen entscheidenden Einfluss auf die Humusbildung, die Nährstoffdynamik und die Struktureigenschaften des Bodens. Die Düngung hat eine zentrale Bedeutung für den Hu-mushaushalt der Böden und damit auch für die mikrobielle Aktivität. Die Bodenatmung entsteht bei der Oxidation von organischem Material durch heterotrophe Mikroorganismen und durch die Respiration von Pflanzenwurzeln. Dadurch ist sie stark abhängig von der Temperatur und dem Wassergehalt des Bodens. Die absoluten Werte unterliegen somit temporär starken Schwankungen. Die Bodenatmung wurde unter Sommerweizen in den Varianten „ungedüngte Kontrolle“, „150 kg ha-1 N aus GRST A“ sowie „150 kg ha-1 N aus Mineraldünger“ gemessen. Für die Messungen diente ein tragbares Soil Respiration System der Firma PP Systems (Großbritannien). Die CO2-Anreicherung unter der Bodenatmungskammer wurde in einem geschlossenen System gemessen und über eine Dauer von bis zu drei Minuten vom Infrarot-Gasanalysator bestimmt (Parkinson, 1981; Blanke, 1996). Die Messungen erfolgten ab fünf Wochen nach der Düngung wöchentlich. Sechs Wochen nach der Ausbringung der Dünger war die Bodenatmung in den gedüngten Varianten gegenüber der ungedüngten Kontrolle erhöht (Abb. 1). Auf dem mit Mineralstickstoff gedüngten Boden wurde eine um 44 % erhöhte Respiration gemessen, auf dem mit Gärrückstand gedüngten Boden war sie um 27 % höher. Dieser Effekt war bis acht Wochen nach Düngung messbar. Die Unterschiede in der Bodenatmung gegenüber der ungedüngten Kontrolle betrugen zu diesem Zeitpunkt 50 % nach mineralischer N-Düngung und 18 % nach Düngung mit Gärrückstand. Etwa zehn Wochen nach Aus-bringung der Dünger glichen sich die Varianten in der Höhe der Bodenatmung an, so dass keine Un-terschiede mehr nachweisbar waren. Die beiden Düngerformen hatten im Wesentlichen die gleiche Wirkung auf die Bodenatmung. Das zeigt, dass die zunächst verbesserte mikrobielle Aktivität des mit Gärrückstand gedüngten Bodens nicht auf das zugeführte organische Material zurückzuführen ist,

37

sondern hier eher ein Nährstoffeffekt vorliegt. Ähnliche Ergebnisse wurden auch von Kautz et al. 2004 gefunden.

Messzeitpunkt [Wochen nach Düngung]

6 8 10

Bod

enat

mun

g [%

zur

Kon

trolle

]

0

2080

100

120

140

160

Mineralstickstoff (150 kg ha-1 N) GRST A (150 kg ha-1 N) Kontrolle (ungedüngt)

+44 % +27 % +50 % +18% -6 % +2 %

Abbildung 1: Bodenatmung unter Sommerweizen im Jahr 2006 in Abhängigkeit von der Düngerart an drei Messterminen (Fehlerbalken= Standardabweichung)

Erträge: Zur Untersuchung der Effekte verschiedener Gärrückstände auf Pflanzen wurden die Erträge der Kulturen aus den Parzellenfeldversuchen ermittelt. Dazu ist die Düngewirkung der drei Gärrück-stände und des Mineraldüngers (je 150 kg ha-1 N) mit einer ungedüngten Kontrolle verglichen worden. Die Trockenmasse-Erträge des Silomaises lagen zwischen 105 dt ha-1 in der ungedüngten Kontrolle und 148 dt ha-1 nach Düngung mit GRST A (Abb. 2). Die Ertragssteigerung durch Düngung mit Mine-ralstickstoff betrug mit 147dt ha-1 TM 40 % gegenüber der ungedüngten Kontrolle. Der GRST A erziel-te mit 41 % Mehrertrag ein ähnliches Ergebnis. Die GRST B und C erreichten dagegen mit 135 und 143 dt ha-1 TM etwas geringere Mehrerträge von 34 und 36 %.

Düngerart

Mineralstickstoff GRST A GRST B GRST C .

TM-E

rträg

e [d

t ha-1

]

0

20

40

60

80

100

120

140

160Kontrolle (ungedüngt)

+40 % +41 % +34 % +36 %

Abbildung 2: Erträge von Silomais (Trockenmasse) im Jahr 2006 in Abhängigkeit von verschie-

denen Düngerarten (150 kg ha-1 N) im Vergleich zur ungedüngten Kontrolle

38

Die Kornerträge des Sommerweizens (bei 86 % TS) lagen zwischen 35 dt ha-1 in der ungedüngten Kontrolle und 43 dt ha-1 nach Düngung mit Mineralstickstoff, was einem Mehrertrag von 24 % entspricht (Abb. 3).

Düngerart

Mineralstickstoff GRST A GRST B GRST C .

Kor

nertr

ag 8

6 %

TM

[dt h

a-1]

0

10

20

30

40

50Kontrolle (ungedüngt)

+24 % +22 % +16 % +13 %

Abbildung 3: Kornerträge von Sommerweizen (86 % TS) 2006 in Abhängigkeit von verschiedenen

Düngerarten (150 kg ha-1 N) im Vergleich zur ungedüngten Kontrolle Wie auch beim Silomais erbrachte die Düngung mit GRST A mit 42 dt ha-1 und somit einem Mehrertrag von 22 % ein ähnliches Ergebnis wie die Düngung mit Mineralstickstoff. Die GRST B und C dagegen erzielten auch hier mit 40 und 39 dt ha-1 geringere Mehrerträge von 16 und 13 %. Die Ursache für die verschiedene Düngewirkung ist in der stofflichen Beschaffenheit der Gärrückstände zu suchen (vgl. Tab. 2). Einen entscheidenden Einfluss haben vermutlich die Anteile an Ammonium-Stickstoff (NH4-N) am Gesamtstickstoff im Gärrückstand. Diese liegen zwischen 44 und 72 % und unterscheiden sich somit sehr stark. Den höchsten Anteil mit 72 % hat der GRST A, der auch die höchsten Erträge bewirkte. Dem folgt GRST C mit 66 %, während mit Abstand den geringsten NH4-N-Anteil GRST B mit 44 % aufweist.

5 Fazit

Gärrückstände aus der Mono- und Kofermentation von pflanzlichen Eingangssubstraten variieren in ihrer stofflichen Beschaffenheit stark in Abhängigkeit von den eingesetzten Pflanzenmaterialien. Ihr Einfluss auf die Ertragsbildung im Pflanzenbau beruht vornehmlich auf dem Ammonium-Anteil des Stickstoffs. Gärrückstände mit hohen NH4-Anteilen haben vergleichbare Wirkungen wie mineralische Stickstoffdünger. Mit dem Einsatz von Gärrückständen als Düngestoffe können somit auf betrieblicher Ebene weitgehend geschlossene Nährstoffkreisläufe erreicht werden.

6 Literatur

Blanke, M.M. 1996: Soil Respiration in an apple orchard. Environmental and Experimental Botany 36 (3): 339-348.

Kautz, T.; S. Wirth und F. Ellmer 2004: Microbial activity in a sandy arable soil is governed by the fertilization regime. European Journal of Soil Biology 40: 87-94.

Parkinson, K.J. 1981: An improved method for measuring soil respiration in the field. Journal of Applied Ecology 18: 221-228.

Autorenanschriften:

Karen Sensel, Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin Invalidenstraße 42, 10115 Berlin; Tel.: 030-2093 9061; e-mail: karen.sensel@agrar.hu-berlin.de; Verena Wragge & Prof. Frank Ellmer, Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät, Fachgebiet Acker- und Pflanzenbau Albrecht-Thaer-Weg 5, 14195 Berlin; Tel.: 030-314 1209; e-mail: verena.wragge@agrar.hu-berlin.de; frank.ellmer@agrar.hu-berlin.de

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Eignung verschiedener Ackerfuttermischungen für die Erzeugung von Biogas K. Schmaler1, F. Hertwig2, K. Neubert2, G. Ebel2

1Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät, Institut für Pflanzenbauwis-senschaften 2Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung Brandenburg, Referat Acker-bau und Grünland

1 Einleitung und Problemstellung

Im Rahmen des Verbundprojektes zur Entwicklung von Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen in Deutschland (vgl. S. 13) wurde in den Jahren 2005 bis 2007 die Eignung von mehrschnittigem Ackerfutter für die Erzeugung von Biogas unter den regionalen Bedin-gungen Brandenburgs ermittelt. Die Versuche wurden in Zusammenarbeit mit der Landwirtschaftskammer Niedersachsen und der Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft durchgeführt. Die Resultate des mehrschnittigen Ackerfut-ters müssen sich mit Ergebnissen zu Silomais messen, der in verschiedenen Versuchsprogrammen ebenfalls auf die Eignung für die Biogaserzeugung geprüft wurde.

2 Material und Methoden

An den zwei Standorten im Land Brandenburg wurden im Jahre 2005 mehrjährige Ackergrasmischun-gen und Leguminosen-Gras-Gemenge geprüft, die für die regionalen Bedingungen ausgewählt wur-den. Die Versuche wurden aufgrund der Standortunterschiede (Tab. 1) am 20. April am Standort Ber-ge mit dem Saatpartner Sommergerste (Saatstärke 80 kg ha-1) bzw. am 14. April am Standort Pauli-nenaue in Blanksaat ausgesät. Zur Reduzierung der Unkrautbelastung erfolgte am Standort Paulinen-aue ein Schröpfschnitt. Tabelle 1: Standortcharakteristik

Merkmal Standort Berge Standort Paulinenaue Lage Nauener Platte Havelländisches Luch Ackerzahl 35 bis 45 30 Bodentyp Parabraunerde Gley Bodenart schwach bis mittel lehmiger

Sand Sand

Humusgehalt (0…20 cm) 1,4 % 8…12 % Mittlerer Jahresniederschlag 502 mm 514 mm Mittlere Jahrestemperatur 9,2°C 9,0°C Geografische Breite 52°37` N 52°41` N Geografische Länge 12°47` E 12°43` E Höhe ü. NN 40 m 28 m Besonderheiten grundwasserbeeinflusst

Durch Frostperioden zu Beginn des Jahres 2006 (bei zeitweiligem Überfrieren von Stauwasser auf den Versuchsflächen) sind am Standort Berge bei den kurz- und langlebigen Weidelgräsern Auswinte-rungsschäden sowie ein Totalausfall von Bastardweidelgras aufgetreten (vgl. Abb. 1). Die Versuchs-fläche am Standort Paulinenaue war ebenfalls von Auswinterungsschäden betroffen und erforderte im Frühjahr 2006 eine Nachsaat der Bestände. Bei den Versuchsanlagen handelte es sich um zweifaktorielle Streifen- bzw. Spaltanlagen mit vier Wiederholungen. Die Beschreibung der Prüffaktoren ist in den Tabellen 2 und 3 enthalten (Anlage der Faktorstufen „Nutzungsregime“ als Großteilstücke und der Faktorstufen „Ackerfuttermischungen und –gemenge“ als Kleinteilstücke). Die aus Tabelle 3 ersichtliche Zusammenstellung der Mischungen und Gemenge für die Standorte im Land Brandenburg war mit Ausnahme der Faktorstufe 5 identisch. Am Standort Berge (B) wurde Luzerne-Gras-Gemenge geprüft, am Standort Paulinenaue (P) Rotklee mit Bastardweidelgras. Für die überregionale Auswertung des Datenmaterials dient die Gräsermischung 2 (A3-Mischung) als Vergleichsbasis.

40

Witterung am Standort Berge Witterung am Standort Paulinenaue

0

50

100

150

200

250

300

Janu

ar

Februa

rMärz Apri

lMai

Juni Ju

li

Augus

t

Septem

ber

Oktobe

r

Novem

ber

Dezem

ber

Nie

ders

chla

g (m

m)

-5

0

5

10

15

20

25

Tem

pera

tur (

°C)

2005 2006 2007 1971-2000 2005 2006 2007 1971-2000

0

50

100

150

200

250

300

Janu

ar

Februa

rApri

lMai

Juni Ju

li

Augus

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Septem

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Novem

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0

5

10

15

20

25

Tem

pera

tur (

°C)

2005 2006 2007 1971-2000 2005 2006 2007 1971-2000 Abbildung 1: Niederschlag (Säulen) und Lufttemperatur (Kurven) in den Jahren 2005 bis 2007 im

Vergleich zum langjährigen Mittel von 1971 bis 2000 Die Höhe der N-Startgabe lag bei der Ansaat mit Sommergerste bei 60 kg ha-1 bzw. bei Blanksaat bei 40 kg ha-1. Die Gräsermischungen 1 und 2 wurden nach dem ersten Schnitt im Ansaatjahr mit 60 kg ha-1 Stickstoff gedüngt. In den Hauptnutzungsjahren war die Aufteilung der N-Gaben 60, 70, 60 und 50 kg ha-1 (bei 4-Schnittnutzung) bzw. 60, 70 und 60 kg ha-1 (bei 3-Schnittnutzung). Alle weiteren Aufwüchse der Leguminosen-Gras-Gemenge sind im Ansaatjahr sowie in den folgenden zwei Haupt-nutzungsjahren nicht mit Stickstoff gedüngt worden. Tabelle 2: Nutzung in den Hauptnutzungsjahren (Versuchsfaktor A)

Faktor-stufen

Schnittzeitpunkt Beschreibung Schnitte pro Jahr

1. Aufwuchs 2. Knoten wahrnehmbar bei Gräsern (Sta-dium 32) bzw. Knospenstadium bei Legu-minosen (Stadium 51)

1

Folgeaufwüchse Ende der Schossphase (Stadium 39)

4 bis 5

1. Aufwuchs Ende Blütenstandsentwicklung bei Gräsern bzw. Ende Knospenstadium bei Legumino-sen (Stadium 59)

2

Folgeaufwüchse Ende der Schossphase (Stadium 39)

3 bis 4

Tabelle 3: Ackerfuttermischugen bzw. –gemenge (Versuchsfaktor B)

Faktorstufen Saatmenge der Mischungs- bzw. Gemengepartner

(kg ha-1)

Art Sorte

1 2 3 4 5(B) 5(P) 6 x Festulolium braunii Paulita 15 - - 8 8 - 8 Lolium multiflorum Fabio 20 - - - - - - Lolium multiflorum Mondora - 10 7,5 - - - - Lolium x boucheanum Ibex - 10 7,5 - - 15 - Lolium perenne Twins - 15 10 - - - - Phleum pratense Liphlea - - - 2 2 - 2 Trifolium pratense Titus - - 10 12 - - 2 Trifolium pratense Temara - - - - - 10 - Medicago varia Planet - - - - 18 - 12

Die Untersuchungen zu den Inhaltsstoffen für ausgewählte Mischungen und Gemenge wurden im Gemeinschaftslabor Analytik der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät (Humboldt-Universität zu Berlin) durchgeführt. Die C-, N- und S-Bestimmung erfolgte mit dem Elementaranalysator MAX CNS. Die NIRS-Bestimmung der Inhaltsstoffe und die Energieschätzung (Formeln nach TILLMANN bzw. WEIßBACH) übernahm das LVLF Brandenburg (Referat Ackerbau und Grünland, Standort Paulinen-aue).

41

3 Ergebnisse

Die mehrschnittigen Ackerfutterbestände konnten an beiden Standorten erfolgreich etabliert werden. Die Sommergerste wurde am Standort Berge als Ganzpflanze nach 91 Aufwuchstagen geerntet und lieferte einen Trockenmasseertrag von 80 dt ha-1. Die eingesäten Mischungen und Gemenge erreich-ten einen Ertragsanteil von 8 bis 26 % am Erntegut, bewirkten aber keine signifikanten Ertragsunter-schiede (Abb. 2). Im Folgeaufwuchs war die Mischung 2 (sogenannte A3-Gräsermischung) den ande-ren Beständen signifikant im Ertrag überlegen. Signifikante Unterschiede im Ertrag des Ansaatjahres (Summe von Gerst- und Folgeaufwuchs) bestanden nicht. Die Gräser (Mischungen 1 und 2) wiesen ab der zweiten Augusthälfte am Standort Berge einen starken Kronenrost-Befall auf. Darauf sind die sehr hohen Trockenmassegehalte im Erntegut zurückzuführen (Tab. 4). Bei optimalen Wachstumsbedingungen im Ansaatjahr wurde am Standort Paulinenaue ohne Saat-partner mit drei Aufwüchsen ein mittlerer Trockenmasseertrag von 114 dt ha-1 erzielt. Das Gemenge 6 (Luzerne, Rotklee und Gras) war im Gesamtertrag den Ackergras-Mischungen und Rotklee-Gras-Gemengen signifikant unterlegen (Abb. 2).

Standort Berge

0102030405060708090

Mischung1

Mischung2

Gemenge3

Gemenge4

Gemenge5 (B)

Gemenge6

Troc

kenm

asse

ertr

ag d

t ha-1

Sommergerste (Ganzpflanzenernte zur Teigreife) 19.07.20052. Schnitt 08.09.2005

106 116 99 104 104 109

Gesamterträge der Mischungen und Gemenge

Standort Paulinenaue

0102030405060708090

Mischung1

Mischung2

Gemenge3

Gemenge4

Gemenge5 (P)

Gemenge6

Troc

kenm

asse

ertr

ag d

t ha-1

Schröpfschnitt 02.06.05 1. Schnitt 28.06.20052. Schnitt 10.08.2005 3. Schnitt 12.10.2005

107 113 125 122 124 96

Gesamterträge der Mischungen und Gemenge

Abbildung 2: Trockenmasseerträge der Ackergras-Mischungen und Leguminosen-Gras-Gemenge

im Ansaatjahr 2005 (Mittelwertvergleich der Schnitterträge, t-Test bei α < 5 %) Die Entwicklung der Futterbestände im ersten Hauptnutzungsjahr 2006 war am Standort Berge durch die starken Auswinterungsschäden aller Weidelgrasarten und den verzögerten Wiederaustrieb ge-prägt. Die lange Trockenperiode im Juli führte vor allem bei den Ackergras-Mischungen zu Wachsstumsstagnationen, wobei ab Anfang August Befall mit Kronenrost zu verzeichnen war. Unter diesen Bedingungen lieferten die Leguminosen-Gras-Gemenge und hier besonders das Luzernegras signifikant höhere Trockenmasseerträge im Vergleich zu den Gräsermischungen (Abb. 3). Die Legu-minosen-Gras-Gemenge reagierten im Gegensatz zu den Gräsermischungen mit Mehrerträgen auf die geringere Schnitthäufigkeit und die längeren Aufwuchszeiten (Vergleich von 4- zu 3-Schnitt-nutzung). Die signifikanten Unterschiede im Jahresertrag resultierten aus den Ertragsunterschieden

42

im ersten Aufwuchs. Die Erträge von Luzernegras lagen über dem Ertragsniveau von Silomais (Sorte mit einer Siloreifezahl von S 240), der einen Trockenmasseertrag von 148 dt ha-1 aufwies, aber durch die Trockenheit zur weiblichen Blüte im in der Ertragsbildung stark beinträchtigt war.

Standort Berge 2006

0

50

100

150

200

250

Mischung 1 Mischung 2 Gemenge3

Gemenge4

Gemenge5 (B)

Gemenge6

Troc

kenm

asse

ertr

ag d

t ha-1

4-Schnittnutzung (17.05.2006; 26.06.2006; 01.08.2006; 14.09.2006)3-Schnittnutzung (30.05.2006; 12.07.2006; 14.09.2006)

Gesamterträge der Mischungen und Gemenge

Standort Berge 2007

0

50

100

150

200

250

Mischung 1 Mischung 2 Gemenge3

Gemenge4

Gemenge5 (B)

Gemenge6

Troc

kenm

asse

ertr

ag d

t ha-1

4-Schnittnutzung (08.05.2007; 07.06.2007; 11.07.2007; 21.08.2007)3-Schnittnutzung (22.05.2007; 20.06.2007; 08.08.2007)

Gesamterträge der Mischungen und Gemenge

Abbildung 3: Trockenmasseerträge der Ackergras-Mischungen und Leguminosen-Gras-Gemenge

in den Hauptnutzungsjahren 2006 und 2007 am Standort Berge (Mittelwertvergleich der Trockenmasseerträge: Grenzdifferenz des t-Tests bei α < 5 %)

Der milde Winter 2006/2007, die überdurchschnittlichen Temperaturen im April verbunden mit Tro-ckenheit und das von Mai bis in den Herst hinein anhaltend hohe Niederschlagsangebot (vgl. Abb. 1) bestimmten das Wachstum der mehrschnittigen Futterbestände im zweiten Hauptnutzungsjahr. Diese Bedingungen erforderten einen sehr zeitigen ersten Nutzungstermin und einen zusätzlichen Schnitt. In Abbildung 3 sind die Erträge ohne den letzten Aufwuchs dargestellt, der am 8. Oktober geerntet wurde und Schnitterträge von 13 bis 35 dt ha-1 Trockenmasse lieferte. Alle Gräsermischungen und Legumi-nosen-Gras-Gemenge erreichten im Vergleich zum ersten Hauptnutzungsjahr deutlich höhere Tro-ckenmasseerträge. Die Leguminosen-Gras-Gemenge waren wiederum den Gräsermischungen vor allem bei geringerer Nutzungsfrequenz im Jahresertrag überlegen. Luzernegras lieferte am Standort Berge höhere Erträge als die zum Vergleich herangezogene Silomaissorte mit einem Trockenmasse-ertrag von 191 dt ha-1. Am Standort Paulinenaue waren die extremen Wachstumsbedingungen für das mehrschnittige A-ckerfutter im 1. Hauptnutzungsjahr 2006 durch die starken Auswinterungsschäden, die Trockenheit in den Monaten Juni und Juli, die feucht-kühlere Witterung im August sowie durch die anhaltend hohen Temperaturen bis in den Oktober hinein geprägt. Die höchsten Erträge erreichten die Rotkleegrasbe-stände, d. h. die Gemenge 5 (P) und 3 mit den Graspartnern Bastardweidelgras bzw. den Weidelgras-arten der A3-Mischung (Abb. 4). Die Mehrerträge der Rotklee-Gras-Gemenge 3 waren nur gegenüber Luzerne-Rotklee-Gras (Gemenge 6) sowie der Ackergrasmischung 1 signifikant. Auf diesem stark grundwasserbeeinflussten und zur Staunässe neigenden Standort konnte sich das Leguminosengras mit Luzernepartner unter diesen Bedingungen nicht behaupten. Folglich muss seine Eignung für den Standort aufgrund des höheren Risikos für die Etablierung und Ausdauer gegenüber den anderen

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Beständen weniger gut eingeschätzt werden. Die Schnittvarianten konnten infolge der genannten Witterungseinflüsse im Jahre 2006 nicht wie geplant geprüft werden. Im Jahre 2007 führte die 3-Schnittnutzung bei allen geprüften Ackerfutterbeständen zu höheren Jah-reserträgen als die 4-Schnittnutzung. Dieser Mehrertrag lag im Mittel bei ca. 20 dt ha-1 Trockenmasse (Abb. 4). Die zusätzlich erforderlichen Ernten im Oktober ergaben bei geringer Variation zwischen den geprüften Futterbeständen zum 5. Schnitt Trockenmasseerträge von 12 bis 14 dt ha-1 bei der ange-strebten 4-Schnittnutzung bzw. zum 4. Schnitt von 18 bis 21 dt ha-1 bei der angestrebten 3-Schnittnutzung (in Abb. 4 nicht dargestellt). Die Hauptertragsbildung fand sowohl bei Ackergras als auch bei Leguminosengras in den ersten und zweiten Aufwüchsen statt. Im Gegensatz zum 1. Hauptnutzungsjahr 2006 zeigten sich bei überdurch-schnittlich hohen Niederschlägen im Jahre 2007 (Abb. 1) die Ackergrasmischungen 1 und 2 den Le-guminosen-Gras-Gemengen im Jahresertrag überlegen. Das Leguminosengras mit Luzernepartner (Gemenge 6) schnitt auch im 2. Hauptnutzungsjahr mit den niedrigsten Erträgen (Abb. 4) ab.

Standort Paulinenaue 2006

0

50

100

150

200

250

Mischung1

Mischung2

Gemenge3

Gemenge4

Gemenge5 (P)

Gemenge6

Troc

kenm

asse

ertr

ag d

t ha

-1

4-Schnittnutzung (23.05.06; 27.06.06; 03.08.06; 11.10.06)3-Schnittnutzung (23.05.06; 04.07.06; 23.08.06; 11.10.06)

Gesamterträge der Mischungen und Gemenge

Standort Paulinenaue 2007

0

50

100

150

200

250

Mischung1

Mischung2

Gemenge3

Gemenge4

Gemenge5 (P)

Gemenge6

Troc

kenm

asse

ertr

ag d

t ha

-1

4-Schnittnutzung (03.05.07; 06.06.07; 18.07.07; 05.09.07)3-Schnittnutzung (24.05.07; 09.07.07; 20.08.07)

Gesamterträge der Mischungen und Gemenge

Abbildung 4: Trockenmasseerträge der Ackergras-Mischungen und Leguminosen-Gras-Gemenge

in den Hauptnutzungsjahren 2006 und 2007 am Standort Paulinenaue Die Methanausbeuten der geprüften mehrschnittigen Ackerfutterpflanzen in den Hauptnutzungsjahren 2006 und 2007 lagen am Standort Berge im Bereich von 237 bis 316 Nm³ CH4/t oTM. Die Kalkulation der Methanausbeuten nach SCHATTAUER & WEILAND (2006) wurde auf Basis der ermittelten Rohnähr-stoffgehalte vorgenommen, die in den Tabellen 4 bis 6 exemplarisch für Ackergras und Legumino-sengras im Vergleich zum Silomais dargestellt sind. Für die Kalkulation wurden die aus den DLG-FUTTERWERTTABELLEN (1997) verfügbaren Informationen zur Verdaulichkeit der Rohnährstoffe genutzt. Die so geschätzten Methanausbeuten für das mehrschnittige Ackerfutter nahmen in der Reihenfolge Ackergras – Rotkleegras – Luzernegras ab. Bei der 4-Schnittnutzung der Bestände war bei allen ge-prüften Futterbeständen eine Abnahme der Methanausbeuten vom 1. bis zum 4. Aufwuchs zu ver-

44

zeichnen. Bei der 3-Schnittnutzung waren die Schwankungen in der Substratqualität von Aufwuchs zu Aufwuchs während der Vegetationsperiode weniger stark ausgeprägt. Die Methanausbeuten des ers-ten Aufwuchses waren bei der 4-Schnittnutzung bei zeitigerem Schnitttermin im Vergleich zur 3-Schnittnutzung bei allen Futterbeständen deutlich höher. Im Bereich der kalkulierten Methanausbeuten bestimmte vor allem der Trockenmasseertrag die Re-lationen zwischen den Methanerträgen der verschiedenen Ackergrasmischungen und Leguminosen-Gras-Gemenge. Zum derzeitigen Zeitpunkt liegen noch nicht alle Informationen über die Inhaltsstoffe der geprüften Futterarten aus dem Jahre 2007 und noch keine Ergebnisse der NIRS-Bestimmung (Nah-Infrarot-Reflexions-Spektroskopie) vor. Die Tabellen 4 bis 6 enthalten Ergebnisse zur stofflichen Zusammen-setzung der verschiedenen Futterpflanzen, welche für die Beurteilung der Substratqualität für die Bio-gaserzeugung von Bedeutung sind. Tabelle 4: Inhaltsstoffe und Energiegehalte in der Trockenmasse von mehrschnittigem Ackerfut-

ter im Vergleich zu Silomais (S 240) am Standort Berge (Jahr 2005)

Sommergerste (Ganzpflanze) Folgeaufwuchs Silomais Parameter von bis Mittel von bis Mittel Mittel

TM-Gehalt % FM 43,2 50,2 46,0 35,7 50,9 41,0 31,6 Organische TM % 93,0 94,9 94,2 86,3 87,9 86,8 95,9 C-Gehalt % 45,6 46,7 46,3 44,2 45,5 44,8 45,5 N-Gehalt % 1,31 1,38 1,35 1,93 2,47 2,24 1,28 S-Gehalt % 0,14 0,15 0,14 0,19 0,22 0,20 0,07 NIRS-Parameter XF-Gehalt % 26,3 28,7 28,0 25,5 28,5 26,4 20,7 XP-Gehalt % 4,06 6,84 5,70 11,75 15,93 14,24 6,75 XL-Gehalt % 1,98 2,44 2,24 2,86 4,22 3,48 2,91) XX-Gehalt % 55,6 62,4 58,3 40,6 44,5 42,7 65,6 EULOS % 31,3 37,5 35,0 23,1 30,8 26,9 31,4 ME (MJ kg-1) - - - 9,45 10,28 9,89 10,53 NEL (MJ kg-1) - - - 5,57 6,16 5,88 6,29

Legende für die Tabellen 4 und 5: XF – Rohfasergehalt; XP – Rohproteingehalt; XL – Rohfettgehalt; XX – N-freie Extraktstoffe 1) Tabellenwert nach DLG-Futterwertabelle Tabelle 5: Inhaltsstoffe und Energiegehalte in der Trockenmasse von mehrschnittigem Ackerfut-

ter im Vergleich zu Silomais (S 240) am Standort Berge (Jahr 2006)

A3-Gräsermischung (Mischung 2)

Luzernegras mit Rotklee (Gemenge 6)

Silo-mais

Parameter

von bis Mittel von bis Mittel MittelTM-Gehalt % FM 24,1 42,4 26,9 18,5 33,8 22,9 31,8 Organische TM % 88,2 93,8 91,2 89,1 90,8 89,9 96,2 C-Gehalt % 44,7 45,9 45,3 45,5 47,8 46,2 45,8 N-Gehalt % 1,27 3,05 2,06 2,49 3,33 2,86 1,21 P-Gehalt % 0,26 0,47 0,35 0,22 0,35 0,30 0,15 S-Gehalt % 0,14 0,31 0,20 0,20 0,31 0,24 0,09 NIRS-Parameter XF-Gehalt % 20,1 31,0 25,5 24,1 29,1 27,2 19,4 XP-Gehalt % 9,4 17,9 12,0 16,8 21,9 17,0 7,0 XL-Gehalt % 1,96 3,55 2,79 1,98 2,61 2,25 2,61) XX-Gehalt % 44,8 59,4 49,6 40,5 44,4 41,5 67,2 EULOS % 13,6 40,7 25,6 22,9 31,4 27,6 30,5 ME (MJ kg-1) 8,70 12,06 10,47 9,50 10,58 10,02 10,64NEL (MJ kg-1) 5,01 7,39 6,26 5,73 6,36 5,96 6,37

45

Tabelle 6: Inhaltsstoffe in der Trockenmasse von Ackergras und Luzernegras mit Rotklee am Standort Berge (Jahr 2007; Ergebnisse der nasschemischen Analysen, Gemein-schaftslabor Analytik der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät)

A3-Gräsermischung (Mischung 2)

Luzernegras mit Rotklee (Gemenge 6)

Parameter

von bis Mittel von bis Mittel TM-Gehalt % FM 15,1 24,1 20,5 12,0 21,6 17,8 Organische TM % 88,4 93,0 90,7 87,4 90,8 89,5 C-Gehalt % 43,6 45,1 44,3 44,6 46,2 45,3 N-Gehalt % 1,53 2,23 1,72 2,76 3,64 3,09 P-Gehalt % 0,29 0,54 0,40 0,35 0,56 0,40 S-Gehalt % 0,14 0,23 0,18 0,19 0,31 0,25 XF-Gehalt % 19,7 29,0 25,8 30,0 38,7 33,0 XP-Gehalt % 8,0 13,9 9,7 17,3 22,8 17,3 XL-Gehalt % 1,85 3,04 2,35 1,48 2,78 1,84 XX-Gehalt % 44,5 61,2 51,7 30,1 38,8 35,4

Legende: XF – Rohfasergehalt; XP – Rohproteingehalt; XL – Rohfettgehalt; XX – N-freie Extraktstoffe

4 Diskussion und Schlussfolgerungen

Die verschiedenen mehrschnittigen Ackerfutterbestände lieferten im Ansaatjahr 2005 an den Standor-ten Berge und Paulinenaue bei unterschiedlichen Etablierungsverfahren und Nutzungshäufigkeiten ähnlich hohe mittlere Trockenmasseerträge von 106 bzw. 114 dt ha-1. Das entspricht für die geprüften Mischungen und Gemenge 58 bis 68 % bzw. 44 bis 57 % des Ertragsniveaus einer Silomaissorte, die an beiden Standorten als Vergleich zur Verfügung stand (Sorte mit der Siloreifezahl S 240). Im ersten Hauptnutzungsjahr 2006 lagen die Erträge des mehrschnittigen Ackerfutters im Bereich von ca. 90 bis 170 dt ha-1 Trockenmasse. Auswinterungsschäden und die langanhaltende Trockenperiode im Juli hatten aber die Leistungsfähigkeit der Bestände in Abhängigkeit von den Standortbedingungen und den Futterarten unterschiedlich stark gemindert. An beiden Standorten wurden im 2. Hauptnut-zungsjahr 2007 durchschnittlich höhere Trockenmasseerträge als im 1. Hauptnutzungsjahr erzielt. Allerdings erwiesen sich die sehr hohen Niederschläge am grundwasserbeeinflussten Standort Pauli-nenaue für die Ertragsbildung eher von Nachteil, weil die Versuchsflächen zeitweilig überstaut waren. Im Vergleich dazu konnte das hohe Niederschlagsangebot am grundwasserfernen Standort Berge vor allem von den Leguminosen-Gras-Gemengen sehr gut für die Biomassebildung genutzt werden (vgl. Abb. 3 und 4). Das anhaltend hohe Wasserangebot hat aber auch hier durch das Lagern der Futter-bestände unter der Regenlast und durch die Beeinträchtigung der Befahrbarkeit der Flächen die Ern-tearbeiten erschwert. Nach den Ergebnissen aus den Hauptnutzungsjahren vermag Luzernegras bei erfolgreicher Etablierung sowohl bei geringem als auch bei hohem Niederschlagsangebot während der Vegetationszeit ähnlich hohe und zum Teil deutlich höhere Trockenmasseerträge wie Silomais am grundwasserfernen Standort Berge zu erreichen. Dagegen zeichnet sich für den grundwasserbeein-flussten Standort Paulinenaue ab, dass sich Luzerne bei ungünstigen Witterungsverlauf wesentlich schlechter oder gar nicht etablieren lässt und besonders unter dem Wechsel von Frost- und Auftaupe-rioden des Bodens mit dem damit verbundenen Auftreten von Staunässe leidet und dann völlig aus den Beständen verschwindet. Hier zeichnet sich im Gegensatz zum Standort Berge eine Ertragsüber-legenheit von Ackergras und Rotkleegras ab. In der Bewertung der Inhaltsstoffe erreichte Luzernegras höhere Rohproteingehalte als Silomais, aber nicht dessen Energiekonzentrationen und Biogasausbeuten. Aufgrund der Ertragsüberlegenheit ist das Luzernegras am Standort Berge den anderen geprüften mehrschnittigen Futterbeständen, vor allem den Gräsermischungen deutlich in den Methanerträgen überlegen. Am Beispiel der Versuchsstandorte im Land Brandenburg wurde deutlich, welche Bedeutung der standortangepassten Auswahl von Ackerfuttermischungen und -gemengen zugemessen werden muss, um hohe Biomasse- und Methanerträge erzielen zu können. Beide Standorte sind nur ca. 8 km Luftlinie voneinander entfernt. Dennoch haben die Standortunterschiede in Wechselwirkung mit räum-lich eng begrenzt wirkenden Witterungsereignissen (Frost, Staunässe, Starkniederschläge) in den Jahren die Leistungsfähigkeit und -dauer der geprüften mehrschnittigen Ackerfutterpflanzen deutlich beeinflusst.

46

Der Anbau von mehrschnittigen Ackerfutterpflanzen ist für alle landwirtschaftlichen Betriebe von Vor-teil, die auf hohe Futterqualitäten des Grundfutters und hohe tierische Leistungen in der Mast und Milcherzeugung angewiesen sind und welche die pflanzliche Biomasse als Kosubstrat für die Biogas-anlagen einsetzen wollen. Ein Anbau dieser Futterpflanzen kann dem seit 1990 unverändert anhal-tenden Trend der Verarmung von Fruchtfolgen entgegenwirken. Damit wird ein Beitrag für die Repro-duktion von organischer Substanz des Bodens sowie zum Erhalt der Bodenfruchtbarkeit geleistet. Der Nachteil dieser Futterpflanzen wird derzeit in dem hohen Aufwand für die Ernte (Mehrschnittigkeit) gesehen, beispielsweise im Vergleich zu den für Energiefruchtfolgen stark favorisierten C4-Pflanzen Mais und Sudangras. Mehrschnittiges Feldfutter kann bei erfolgreicher Etablierung über mehrere Jah-re genutzt werden, womit der Aufwand für Saatgut und vor allem für die Bodenbearbeitung (Pflugein-satz) und die Bestellung sinkt. Beim Einsatz von kleinkörnigen Leguminosen kann außerdem völlig auf die mineralische N-Düngung verzichtet werden. Eine einseitige Ausrichtung auf Silomais, der derzeit als Energiepflanze aufgrund des eingeführten und sicheren Anbauverfahrens und der hohen Biomasseerträge im Vordergrund steht (OTT 2005), kann aus verschiedenen Gründen auch kritisch hinterfragt werden. Dazu zählen die Standorteignung, Fragen des Umweltschutzes und der Bodenfruchtbarkeit sowie in einigen Regionen weiter wachsende Maisanteil in den Fruchtfolgen, aber auch spezifische Methanausbeuten und Methanerträge. Nach AMON et al. (2004) eignen sich Pflanzen mit hohem Protein- und Fettgehalt und hohem standortspezi-fischen Biomassebildungsvermögen am besten zur Biogaserzeugung. Mischungen aus protein- und energiereichen Pflanzenarten ermöglichen gleichermaßen hohe Methanausbeuten. Ein ausgewoge-nes Protein-Energie-Verhältnis des Gärgutes kann demnach mit Mischungen aus protein- und ener-giereicher Biomasse von Grünlandaufwüchsen und energiereichem Mais erreicht werden. Die ökonomische und ökologische Bewertung des mehrjährigen Ackerfutters im Vergleich zu anderen Anbau- und Fruchtfolgesystemen sowie Standorten (vgl. Beitrag EBEL UND ADAM) soll im Jahre 2008 vorliegen und wird in Zusammenarbeit mit den Koordinatoren des Gesamtprojektes der TLL Jena, des Satellitenversuches „Ackerfutter“ der LK Niedersachsen sowie den Projektpartnern: Universität Gie-ßen und ZALF Müncheberg erstellt. Es sind weitere Versuche in neuen Projekten geplant, die deutschlandweit sowohl mit standortangepassten als auch mit vergleichenden mehrschnittigen Acker-futtermischungen angelegt werden sollen. Nur der mehrjährige Vergleich von Anbausystemen und die Bewertung von unterschiedlicher pflanzlicher Biomasse (Eignung als Gärsubstrat) gestatten eine Ein-ordnung des Ackerfutters aus verfahrenstechnischer, ökonomischer und ökologischer Sicht.

5 Literatur AMON, T., V. KRYVORUCHKO, B. AMON, S. BUGA, W. ZOLLITSCH und E. PÖTSCH (2004): Biogas aus Mais – Gibt es Sortenunterschiede? Mais. Sonderheft, S. 11-12.

DLG-Futterwerttabellen Wiederkäuer (1997): Hrsg.: Universität Hohenheim – Dokumentenstelle. Unter Mitw. des Ausschusses für Bedarfsnormen der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie und der Bundesanstalt für Alpenlän-dische Landwirtschaft Gumpenstein.- 7. erw. und überarb. Aufl.- Frankfurt am Main: DLG-Verl..

OTT, M. (2005): Biogas – das Multitalent für die Energiewende. Fakten im Kontext der Energiepolitik-Debatte. Fachverband Biogas e. V..

SCHATTAUER, A. und P. WEILAND (2006): Handreichung Biogasgewinnung und –nutzung. Herausgeber Fachagen-tur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR). Aufl. 2006. Kapitel 2: Grundlagen der anaeroben Fermentation. S. 29-31.

Autorenanschriften: Dr. Katrin Schmaler, Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät, Institut für Pflan-zenbauwissenschaften, Fachgebiet Acker- und Pflanzenbau, Invalidenstraße 42, 10115 Berlin; Tel.: 030-2093 8367; E-mail: katrin.schmaler@agrar.hu-berlin.de;

Dr. Frank Hertwig & Dr. Karin Neubert, Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung Brandenburg, Referat Ackerbau und Grünland, Gutshof 7, 14641 Paulinenaue; Tel.: 033237/848-101; E-mail: frank.hertwig@lvlf.brandenburg.de

Dr. Gunter Ebel, Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung des Landes Branden-burg, Referat Ackerbau und Grünland, Berliner Str., 14532 Güterfelde; Tel.: 03329-6914-05, E-mail: gunter.ebel@lvlf.brandenburg.de

Die diesem Bericht zugrunde liegendem Verbundvorhaben: „Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“ (EVA) – Koordinator: TLL Jena - wird mit Mitteln des BMELV gefördert. Der Projektträger ist die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FKZ: 22002305). Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

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Entwicklung und Optimierung von standortangepassten Anbausystemen für Energiepflanzen Teilprojekt 1 (Mecklenburg – Vorpommern) J. Peters Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Institut für Acker-, Pflanzen- und Gartenbau Gülzow

1 Einleitung

In Mecklenburg-Vorpommern hat der rasche Zuwachs an Biogasanlagen 2006 zu einer Ausweitung der Silomaisflächen zur Biogasproduktion auf etwa 10.000 ha geführt. Daraus resultierende mögliche Probleme der punktuellen Beeinträchtigung der Fruchtfolgen durch Mais bis hin zur Monokultur Mais müssen gelöst werden, um auch in Zukunft den erwarteten weiteren Ausbau der Bioenergie im Einklang mit der Natur zu gewährleisten. Es sollte eine größere Vielfalt an Energiepflanzen genutzt werden. Daraus leiten sich neue Anforderungen an die Fruchtfolgegestaltung ab, die bis zu speziellen Energiepflanzen-Fruchtfolgen führen können. Da die bereits oben angesprochene Problematik des nachhaltigen Energiepflanzenanbaus auch bundesweit zu verstärkten Diskussionen führt, wurde 2005 das Projekt:“ Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“ initiiert. Es handelt sich um ein mit Mitteln des BMELV finanzierten und von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe betreuten Bundesländer übergreifenden Verbundprojekt (vgl. Projektflyer des Koordinators TLL sowie http://www.tll.de/vbp ). Vorgestellt werden sollen nachfolgend die zweijährigen Untersuchungsergebnisse aus Mecklenburg Vorpommern.

2 Material und Methoden

Der Versuch wurde in Gülzow auf stark lehmigen Sand der Ackerzahl 50 angelegt. Der Bodentyp ist Pseudogley-Braunerde. Das Versuchsfeld liegt 10 m über NN und wird durch ein maritim beeinflusstes Klima mit einer Jahresdurchschnittstemperatur von 8,2°C und einem Jahresniederschlag von 542 mm gekennzeichnet. Bei der Versuchsanlage handelt es sich um eine einfaktorielle Langparzellenanlage mit Standardausgleich. Es werden Energiefruchtfolgen in 8 verschiedenen Varianten (Tabelle 1) geprüft. Die Fruchtfolgen 1 bis 5 sind bundesweit an 7 unterschiedlichen Stand-orten einheitlich vorgegeben. Die Fruchtfolgen 6 bis 8 sind regionale Fruchtfolgen für Mecklenburg Vorpommern. Die fett gekennzeichneten Fruchtarten sind für die Biogasgewinnung vorgesehen, alle anderen sind Marktfrüchte oder Gründüngung. Tabelle 1: Darstellung der Energiefruchtfolgen

FF 2005 2006 2007 2008

1 Sommergerste Ölrettich Mais Wintertriticale

Zuckerhirse Winterweizen

2 Sudangras Grünschnittroggen Mais Wintertriticale Winterweizen

3 Mais Grünschnittroggen Sudangras Wintertriticale

Ackergras Winterweizen

4 Sommergerste Untersaat Kleegras Kleegras Kleegras Winterweizen

5 Hafer Sortenmischung Wintertriticale Winterraps Winterweizen

Fruchtfolgen M/V

6 Mais Gerstgras Winterraps Winterweizen

7 Mais Grünschnittroggen Ackergras Ackergras Winterweizen

8 Sommerroggen/Sommertriticale Winterraps Winterweizen Winterweizen

48

Die Energiegetreidearten werden als Ganzpflanzensilage geerntet. Unterschiedlich sind hier jedoch die Erntezeitpunkte. Der Winterroggen wird zum BBCH 49 (Grannenspitzen), die Sommergerste, die Wintertriticale, die Artenmischung Sommerroggen/Sommertriticale und die Hafersortenmischung werden zum BBCH 85 (Teigreife) geerntet. Bei den agrotechnischen Maßnahmen sind einige Besonderheiten im Energiepflanzenanbau, speziell bei Getreide, zu beachten. Die P, K, und Mg-Düngung der Fruchtfolgen basiert auf Entzug und Bodengehaltsklassen. Die N-Düngung wird bei den Marktfrüchten, Mais, Sudangras und Ackergräsern ortsüblich durchgeführt. Die N-Verteilung muss bei der Getreideganzpflanzensilage (GPS) an den früheren Erntezeitpunkt angepasst werden, da hohe Proteingehalte eine untergeordnete Rolle spielen. Wichtig ist die Düngergabe zum Schossen um eine gute Biomasseentwicklung zu unterstützen. Ein weiterer Unterschied bei dem Anbau von GPS gegenüber der Food-Produktion ist der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln. Die Entscheidung, ob Fungizide eingesetzt werden müssen, sollte mit dem Erntezeitpunkt der GPS gekoppelt sein. Wenn das Getreide bis BBCH 51 (Beginn Ährenschieben) geerntet wird (Grünschnittroggen) ist der Einsatz von Fungiziden eher unwirtschaftlich. Beim Einsatz von Herbiziden ist darauf hinzuweisen, dass ein gewisser Unkrautdruck toleriert werden kann. Es muss allerdings darauf geachtet werden, dass der Konkurrenzdruck der Unkräuter nicht zu hoch wird. Schadschwellen sind derzeit noch nicht festgelegt worden. In Gülzow wurde der Zweitkulturmais in Fruchtfolge 2 als Mulchsaat ausgebracht. Trotz Verzicht auf den Einsatz von Totalherbizid vor der Aussaat gab es keine Probleme mit Durchwuchsroggen. Bei der Zweitfruchthirse hat dies nicht das gewünschte Ergebnis gebracht, da die Jugendentwicklung der Hirse sehr schleppend voran geht. Die Unkräuter hatten somit eine gute Etablierungschance, welche noch durch die N-Gabe zur Aussaat der Zuckerhirse erhöht wird.

3 Ergebnisse und Diskussion

Sorghum könnte besonders dann eine Alternative zum Mais werden, wenn ein erhöhtes Trockenheitsrisiko besteht, da der Mais empfindlicher als Sorghum auf Trockenstress reagiert. Eine Winterzwischenfrucht wie z.B. Winterroggen kann vor Sorghum und den Mais gestellt werden. Die Ergebnisse zeigten, dass es keine gesicherten Unterschiede im Ertrag zwischen Erstkultur und Zweitkultur gibt (Abbildung 1).

52 57

180143

205159

0

50

100

150

200

250

W.Roggen / Mais W.Roggen /Sudangras

Mais Sudangras

[dt T

M/h

a]

Abbildung 1: Trockenmasseerträge von Mais und Sudangras in verschiedenen Fruchtfolge-

stellungen am Standort Gülzow Grundsätzlich muss jedoch darauf hingewiesen werden, das die Rentabilität der Zweitkulturen für jeden einzelnen Fall neu überprüft werden sollte, da sich die Einflussfaktoren (Boden, Niederschlag, Temperaturen, Tageslängen u.s.w.) regional differenzieren.

49

In Abbildung 2 sind die theoretischen Gesamtmethanerträge der einzelnen Fruchtfolgen über 2 Jahre dargestellt. Als Grundlage für die Berechnung dient hierzu die Kalkulation nach SCHATTAUER & WEILAND; 2006. Die Abbildung verdeutlicht, dass die Fruchtfolgen mit Mais und Sudangras den höchsten Methanertrag aufweisen. Beachtet werden muss allerdings bei der Betrachtung auch, dass in der Fruchtfolge 8 mit der geringsten Ausbeute nur ein Fruchtfolgeglied als Energiefruchtart angebaut wird.

Summe 2005/06

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 2 3 4 5 6 7 8

Fruchtfolge

[m³/h

a]

Abbildung 2: Methanerträge der Fruchtfolgen über zwei Anbaujahre am Standort Gülzow

Grundsätzlich ist anzumerken, dass die theoretisch errechnete Biogasausbeute mit Hilfe der Kalkulation nach SCHATTAUER & WEILAND als Anhaltspunkt dienen kann. Sie ist jedoch stark von den Trockenmasseerträgen beeinflusst und trifft keine präzise Aussage über die unterschiedlichen Methanertragsfähigkeiten der einzelnen Pflanzenarten in Abhängigkeit von den Inhaltstoffen (Abbildung 3). Es ist jedoch weitestgehend bekannt, dass gerade die Inhaltsstoffe eine wesentliche Rolle für die Funktionstüchtigkeit einer Biogasanlage spielen. Die Formel muss daher nochmals überarbeitet werden.

Methanertrag

30 3027

23 23 23 23

0

5

10

15

20

25

30

35

Mais

W.R

ogge

n WZF

Kleegra

s

Hafer

Tritica

le

Sommerg

erste

Sudan

gras

[m³/d

t TM

]

Abbildung 3: Methanertrag einzelner Fruchtarten in Abhängigkeit zu den Inhaltstoffen am Standort

Gülzow

50

Generell ist derzeit noch keine gesicherte Aussage über die optimale Fruchtfolge oder Fruchtfolgen möglich und sinnvoll, da derzeit nur eine Zwischenbilanz der ersten zwei Versuchsjahre gezogen werden konnte. Die noch nicht vorhandenen Untersuchungsergebnisse aus 2007, sowie ökonomische und ökologische Aspekte müssen zu einem späteren Zeitpunkt noch in die Auswertung integriert werden.

4 Literatur

SCHATTAUER, A; P. WEILAND (2006): In: Handreichung Biogasgewinnung und –nutzung. Herausgeber Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR). Auflage 2006. Kapitel 2: Grundlagen der anaeroben Fermentation. S. 29-31

Autorenanschrift: Dipl.-Ing. Jana Peters Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV Institut für Acker-, Pflanzen- und Gartenbau Dorfplatz 1 18276 Gülzow Tel.: 03843/789-231 E-mail: j.peters@lfa.mvnet.de

Landwirtschaft, Gartenbauund Ernährung

Nutzung von Biomasse als Gärsubstrate

26. Fachtagung Acker- und Pflanzenbauam 22.November 2007

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