TY  - THES
T1  - Investigation and Modeling of the Optimization Potential of Adapted Nitrogen Fertilization Strategies in Corn Cropping Systems with Regard to Minimize Nitrogen Losses
A1  - Link,Eva Johanna
Y1  - 2005/12/13
N2  - Das Ziel der Arbeit war die "Untersuchung und Modellierung des Optimierungspotentials von angepassten Stickstoff-Düngungsstrategien in Mais Anbausystemen in Hinblick auf Stickstoffverluste". Der Hintergrund der Arbeit liegt in der steigenden Umweltbelastung durch die Landbewirtschaftung. Aus diesem Grund war die Dissertation in den Kontext des Graduiertenkollegs "Strategien zur Vermeidung der Emission klimarelevanter Gase und umwelttoxischer Stoffe aus Landwirtschaft und Landschaftsnutzung" an der Universität Hohenheim eingegliedert. Die Zielsetzung des Graduiertenkollegs war die Entwicklung von Methoden zur Quantifizierung und die Modellierung der Entstehung und der Emission von klimarelevanten Gasen und umwelttoxischen Stoffen aus der Landwirtschaft und Landnutzung und die ökonomische Bewertung praktikabler Vermeindungsstrategien. Um das Optimierungspotential von angepassten Stickstoff-Düngungsstrategien in Mais zu ermitteln, wurde die Arbeit wurde folgendermaßen gegliedert: 1. Untersuchung der räumlichen Variabilität und zeitlichen Stabilität von Maiserträgen auf drei Schlägen im Oberrheingraben. 2. Ermittlung der zu Grunde liegenden ertragslimitierenden Faktoren in allen Schlägen mittels einfacher und komplexer Modelle. 3. Entwicklung angepasster Stickstoffdüngestrategien unter der Berücksichtigung von Ertragsvariabilität und den ertragslimitierender Faktoren. Das Untersuchungsgebiet war im Oberrheingraben angesiedelt, welches als eine Region intensiver Maisproduktion gekennzeichnet ist. Gleichzeitig gehört die Region entlang des Rheins zu den bedeutendsten Trinkwassergebieten Europa. Daraus ergaben sich in den letzten Jahrzehnten der Konflikt zwischen intensiver Landbewirtschaftung verbunden mit hohen Einträgen an Düngemitteln auf der einen Seite und der Schutz der Grundwasservorkommen auf der anderen Seite. Die Untersuchungen wurden auf drei Praxisschläge bei Weisweil nordwestlich von Freiburg, Deutschland, durchgeführt. Auf allen drei Schlägen wurde seit 1998 Mais in Monokultur angebaut. In den Untersuchungen im Oberrheingraben konnte eine räumliche und zeitliche Variabilität der Kornerträge ermittelt werden. Die unterschiedlichen Ertragsmuster in jedem Schlag lassen ertragslimitierende Wachstumsbedingungen vermuten. Einerseits schien der Ertrag beeinflusst durch die zeitliche Variation von Sorte, Klima und Management, sowie durch räumlich Variation möglicher ertragslimitierender Faktoren, wie Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit auf der anderen Seite. Um die Managementstrategien anzupassen, müssen die zu Grunde liegenden ertragslimitierenden Faktoren innerhalb der drei Schläge ermittelt werden. Über die erfassten Pflanzenparameter konnte die gemessene Ertragsvariabilität nicht erklärt werden, wohingegen Korrelationen zwischen Bodeneigenschaften und den ermittelten Ertragsvariabilitäten innerhalb der drei Schläge gezeigt werden konnten. Signifikante Zusammenhänge wurden zwischen Bodennährstoffen, Bodeneigenschaften und dem Ertrag ermittelt. Aufgrund dieser Ergebnisse scheinen die Bodeneigenschaften die Haupteinflussfaktoren für die gemessene Ertragsvariabilität auf den drei Schlägen im Oberrheingraben zu sein. Trotz allem konnte über einfache Regressionsmodelle nur ein Teil der Ertragsvariabilität erklärt werden. In einem nächsten Schritt wurden komplexe Wachstumsmodelle eingesetzt, um die Ertragsvariabilität innerhalb der Schläge zu simulieren und die zu Grunde liegenden Faktoren zu ermitteln. Das eingesetzte prozess-orientierte Modell APOLLO (Application of Precision Agriculture for Field Management Optimization) wurde auf Grundlagen von CERES und CROPGRO entwickelt. Innerhalb des Modells könnten unterschiedliche Bodeneigenschaften angepasst werden und somit das Modell kalibriert werden. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass mittels APOLLO die Ertragsvariabilität gut wider gegeben werden kann. Als Ursachen für die Variabilität wurden vor allem Unterschiede in der Bodenverdichtung und der Durchwurzelbarkeit des Bodens angenommen. Die Korrelationen zwischen simuliertem und gemessenem Ertrag geben Auskunft über die Ausprägung der ertragslimitierenden Faktoren. Die Kalibrierung war unter anderem abhängig von der gewählten Größe der Grids. Kleine Grids konnte die Ertragsvariabilität stärker abbilden, wohingegen größere Grids die Ertragsmuster deutlich wiedergaben. Infolge dessen konnte eine bessere Kalibrierung des Modells erzielt werden, wenn die Erträge aus größeren Grids zu Grunde gelegt wurden. Das APOLLO-Modell wurde des Weiteren auch zur Entwicklung der Stickstoff-Düngeempfehlung eingesetzt. Über einen Zeitraum von 28 Jahren wurde die aktuelle Stickstoff Düngestrategie der Landwirte simuliert. Zusätzlich wurden über das APOLLO-Modell auch eine optimierte einheitliche und eine optimierte variable Stickstoff-Düngestrategien entwickelt. Die Düngestrategien wurden unter Berücksichtigung von langjährigen Wetterverhältnissen (28 Jahre) untersucht. Die Strategien wurden anhand von simuliertem Ertrag, simulierter Nitratauswaschung und simulierten ökonomischen Gesichtspunkten bewertet. Dabei wurde deutlich dass die angepassten Düngestrategien (optimiertes einheitliches Management und variable angepasstes Management) gegenüber der aktuellen Düngestrategie von Vorteil waren. Insbesondere dann, wenn die Düngestrategien für unterschiedliche Wetterbedingungen (Trocken, normal und nasse Jahre) entwickelt wurden. Die angepassten Düngestrategien führten zu einer Reduzierung des Reststickstoffes im Boden und somit zu einem verringerten Risiko der Nitratauswaschung. Auch für die gasförmigen Stickstoffverluste konnte in Optimierungspotential ermittelt werden. Die Ergebnisse zeigten eine verringerte kumulative Denitrifizierungsrate unter angepasster Düngestrategie verglichen mit der aktuellen Düngestrategie. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Anwendung einer angepassten Düngestrategie (optimiertes einheitliches Management und variable angepasstes Management) zu einer Reduzierung von Stickstoffverlusten, in Form von Nitratauswaschung und Stickstoffemissionen führen kann. Generell, ist das Optimierungspotential aber abhängig vom jeweiligen Anbausystem und damit größer, wenn ein Anbausystem einem gesteigerten Verlustpotential für Stickstoff unterliegt.
KW  - Mais
KW  - Stickstoffdüngung
KW  - Modellierung
KW  - Präzisionslandwirtschaft
CY  - Hohenheim
PB  - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
AD  - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart
UR  - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2005/122
ER  -