Wie viel Stickstoff erhält Mais aus Düngemitteln? Weniger als die Landwirte denken

VERÖFFENTLICHT AM 1. Juni 2023

URBANA, Ill. – Maisbauern, die die von ihren Pflanzen aufgenommene Stickstoffmenge erhöhen möchten, können viele Aspekte der Düngemittelanwendung anpassen, aber aktuelle Studien der University of Illinois Urbana-Champaign zeigen, dass diese Optimierungen nicht viel zur Verbesserung der Aufnahmeeffizienz beitragen aus Dünger. Denn die Studien zeigen, dass Mais den Großteil seines Stickstoffs – etwa 67 % im Durchschnitt – aus natürlich im Boden vorkommenden Quellen bezieht, nicht aus Düngemitteln.

Der Beweis dafür, dass der Boden die wichtigste Stickstoffquelle von Mais ist, wurde im Laufe von vier Studien wiederholt, die erste wurde 2019 veröffentlicht, die anderen in jüngerer Zeit. In allen vier Studien markierten Forscher des Department of Natural Resources and Environmental Sciences (NRES) des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) der U. of I. Düngemittel mit einem natürlich vorkommenden Stickstoffisotop, bekannt als 15N und wendete es vor Ort mit unterschiedlichen Raten, Formen, Platzierungen und Zeitpunkten an.

Nach jeder Ernte analysierten die Forscher Maisbiomasse und Getreide auf ihren Stickstoffgehalt und führten markiertes 15N auf Düngemittel und nicht markierten Stickstoff auf Bodenquellen zurück. In allen vier Studien, die sowohl arme als auch fruchtbare Böden in Zentral-Illinois umfassten, war der größte Teil des Stickstoffs im Mais bei der Ernte unmarkiert.

„Meine Hoffnung wäre, dass die Produzenten die Größenordnung dieser Zahlen erkennen würden. Sie kaufen diesen Stickstoff und es gelangt nicht alles in die Ernte“, sagte Kelsey Griesheim, die das Studium als NRES-Doktorandin abschloss und jetzt Assistenzprofessorin an der North Dakota State University ist. „Es ist wichtig, sie darauf aufmerksam zu machen, damit sie sich der Situation bewusst werden, wenn sie ihr Endergebnis und ihre Ausgaben für Stickstoff betrachten.“

Griesheims Studie aus dem Jahr 2019 ergab, dass nur 21 % des Düngemittelstickstoffs in das Getreide gelangten, wenn er im Herbst als wasserfreies Ammoniak ausgebracht wurde. Das Ergebnis war einigermaßen sinnvoll, da der im Herbst ausgebrachte Dünger Monate im Boden verbleibt, bevor Mais gepflanzt wird, und dann die ganze Saison über ausreichen muss, um die wachsende Ernte zu ernähren. Im Übrigen ergab die Studie auch, dass Nitrifikationshemmer, die oft in wasserfreiem Zustand angewendet werden, um die Umwandlung von Ammoniak in besser auswaschbares Nitrat zu verlangsamen, nicht dazu beitragen, die Stickstoffaufnahme aus Düngemitteln zu verbessern.

Unter der Annahme, dass die Anwendung von Stickstoff vor und während der Saison zu einer höheren Stickstoffaufnahme führen würde als die Anwendung von Stickstoff im Herbst, probierte Griesheim diese Taktik in ihren drei neueren Studien aus.

Zu Beginn der Pflanzsaison wendete Griesheim 15N-markiertes Harnstoff-Ammoniumnitrat (UAN) bei der Bepflanzung in unterirdischen Bändern mit 2 x 3 Platzierung, Oberflächendribbeln und Schleppkettenanwendungen mit 80 Pfund pro Acre an. Mit einem 15N-Gehalt von bis zu 46 % in der Maisbiomasse war die Streifendüngung effizienter als die Streudüngung, die an den optimalsten Standorten nur 34 % erreichte.

„Keine Frage, die Streifenbildung ist effizienter als die Stickstoffverbreitung. „Das war aus den Daten sehr deutlich“, sagte Griesheim. „Allerdings gab es keine großen Unterschiede in der Effizienz, egal ob wir ein Band oder zwei Bänder verwendeten, ob wir die 2 x 3-Bestückung oder eine Schleppkette nutzten.“

Griesheim testete auch die Platzierung von Düngemitteln während des Wachstums in der Saison oder beim Sidedressing, indem er 200 Pfund 15N-markiertes UAN pro Acre mit einem Y-Drop-Aufsatz ausbrachte, der Flüssigdünger an der Basis eines wachsenden Maisstängels abgibt. In diesem Fall teilte Griesheim die Anwendung zwischen der Pflanzung und der V9-Wachstumsphase auf. Sie verglich die Y-Drop-Anwendung mit der Platzierung unter der Oberfläche in beiden Wachstumsstadien.

„Bei der Aufteilung auf zwei Anwendungszeitpunkte war die 15N-Aufnahme beim Seitendüngen höher als beim Pflanzen, aber selbst bei der Anwendung in der Saison wurde mehr Stickstoff aus dem Boden als aus Dünger gewonnen (durchschnittlich 26 % bei Getreide und 31 % bei Biomasse aus Dünger)“ sagte Griesheim. „Wir haben in fünf der sechs Studienjahre keinen Unterschied zwischen dem Y-Drop und Anwendungen unter der Oberfläche festgestellt, aber unter Bedingungen, die die Verflüchtigung begünstigen, war die Aufnahme bei Anwendungen unter der Oberfläche größer.“

Schließlich markierte Griesheim mehrere Düngemittelformen – UAN, Kaliumnitrat und flüssiger Harnstoff – mit 15N und trug sie als Oberflächen-Nebendüngungsanwendungen mit einem Y-Tropfen-Applikator auf. Überraschenderweise war die Aufnahme am größten, wenn der Dünger als Kaliumnitrat ausgebracht wurde, gefolgt von UAN und dann Harnstoff.

„Es war interessant, dass sich Nitrat als die effizienteste der drei Quellen herausstellte, trotz der Wetterbedingungen, die den Stickstoffverlust durch Auswaschung oder Denitrifikation recht begünstigten“, sagte Richard Mulvaney, Professor für NRES und Mitautor aller vier Arbeiten. „Inkubationsexperimente im Labor, die Teil derselben Studie waren, zeigten, dass dies auf die Verflüchtigung und Immobilisierung von Ammoniak durch Bodenmikroben zurückzuführen war.“

Die gesamte Arbeit legt nahe, dass Landwirte Maßnahmen ergreifen können, um die Stickstoffaufnahme aus Düngemitteln zu erhöhen: Nämlich, während der Saison, während die Pflanze aktiv wächst, nitratbasierte Quellen auszubringen. Aber die immer wiederkehrende Erkenntnis, dass der Boden den Mais mit der größten Stickstoffmenge versorgt, ist wichtig und sollte zu Änderungen im Stickstoffmanagement führen, sagen die Forscher.

„Wenn der Boden die Hauptstickstoffquelle für die Pflanzenaufnahme ist, was fast immer der Fall sein wird, müssen wir den Boden berücksichtigen. So einfach ist das. Andernfalls optimieren wir Faktoren wie Timing, Rate, Platzierung und Form, werden aber mit diesen Ansätzen wahrscheinlich keine wundersame Steigerung der Effizienz erzielen“, sagte Mulvaney. „Wir sollten wirklich dazu übergehen, die Stickstoffmenge an den Boden und die Bodenversorgungsleistung anzupassen und uns auf eine variable Stickstoffmenge zu konzentrieren.“

Ein übermäßiger Einsatz von Stickstoff, der nicht in die Ernte gelangt, wirkt sich nicht nur negativ auf die Gewinne der Landwirte aus, der Überschuss kann auch in Gewässer gelangen oder sich in Treibhausgase verwandeln, was den ökologischen Fußabdruck der Landwirtschaft vergrößert.

„Es ist sehr sinnvoll, die Stickstoffaufnahmeeffizienz von Düngemitteln als Mittel zur Einstufung der Düngemittelpraktiken zu nutzen“, sagte Griesheim. „Mehr Dünger in der Ernte ist gut für den Landwirt, aber es bedeutet auch, dass weniger Dünger im Boden verbleibt, was gut für den Steuerzahler und die umliegenden Ökosysteme ist.“ Es ist eine Win-Win-Situation.“

Anmerkungen des Herausgebers:

Die vier Studien werden im Soil Science Society of America Journal veröffentlicht:

–Lauren QuinnCollege of Agricultural, Consumer and Environmental SciencesUniversity of Illinois

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