Talajvíz. 10. kötet Alsó-Szászország modellje és kísérleti projekt
1 A felszín alatti vizek mennyisége 10 Alsó-Szászország Vízgazdálkodási, Partvédelmi és Természetvédelmi Ügynöksége
2 Felszín alatti vizek mennyisége 10 Alsó-Szászország Vízgazdálkodási, Partvédelmi és Természetvédelmi Hivatal Ems Weser Elbe Alsó-Szászország modellje és kísérleti projekt az energianövények termesztésére, a biogázüzemek üzemeltetésére és az emésztőrendszer kezelésére a vízvédelem követelményei szerint
3 kedves kollégánknak és barátunknak, Hinrich Speckmannnek, 2009. november Weser Ems Kiadó: Alsó-Szászország Vízgazdálkodási, Partvédelmi és Természetvédelmi Ügynöksége Am Sportplatz Norden Ezt a jelentést készítette: Mezőgazdasági és Környezetvédelmi Műszaki Egyesület IGLU: Dr. agr. Christine von Buttlar Dipl. Ing. agr. Birgit Kräling Dipl. Földrajzi Andreas Rode Dipl. Ing. agr. Henning Mund NLWKN Aurich iroda: Dipl. Ing. Andreas Roskam 1. kiadás: 2010. június, 1000 darab Referencia: Alsó-Szászország Állami Hivatala vízgazdálkodáshoz, parti és természetvédelemhez Am Sportplatz Norden 100% -ban újrahasznosított papírra nyomtatva
5 6.3.1 Vizsgálati hely a Gifhorn körzetben WGG Eischott/Westerbeck Vizsgálati hely a hannoveri körzetben WSG Fuhrberger Feld Vizsgálati hely a Wittmund körzetben WSG Sandelermöns A trágyázás, a hozam és az N min viszonya a kukorica specifikus metán hozamának és a gazdasági értékelés példájának felhasználásával Helyszíni vonatkozású ajánlások Könnyű helyszínek Könnyű, mély vizet hordozó alacsony víztárolási kapacitással Az energianövények értékelése és az esetleges optimalizálási intézkedések a vízvédelem szempontjából Teljes termésű gabona szilázs (GPS) A fű alvetése az őszi gabonában Szántó fű használata Állandó gyephasználat Az eredmények összefoglalása Példák vetésforgóra Optimalizálás a vízvédelmi szempontok szerint Vetésforgó optimalizálás könnyű helyszíneken Vetésforgó optimalizálás jó helyszíneken Lehetőségek a talajvízbarát termesztési módszerek népszerűsítésére Összefoglalás és ajánlások Outlook források
7 32. táblázat: Rövid értékelés: kukorica-napraforgó vegyes termesztés. 96 33. táblázat: Rövid értékelés: Szudáni fű és cirok bicolor. 97 34. táblázat: Áttekintés: víztakarékos intézkedések a cirok termesztésére. 98. 35. táblázat: Rövid értékelés: Kétféle növény felhasználása 36. táblázat: Rövid értékelés: Teljes terményű szilázs (GPS) 37. fül: Rövid értékelés: Alulvetett fű téli gabonafélékben 38. tábla: Rövid értékelés: Szántóföldi fű használata 39. táblázat: Rövid értékelés: állandó gyep 40. fül: Áttekintés: Az energianövények vízvédelmi teljesítményének értékelése 41. tábla: Áttekintés: A vízvédelem optimalizálási intézkedései és lehetőségei 42. táblázat: Számítási példa az energiavető vetésviszonyok vízvédelmi teljesítményének értékeléséhez világos helyeken
21 4. ábra: A biogáz üzemek, a felhasznált szubsztrátok és az inst. elektromos teljesítmény az alsó-szászországi járásokban (ML, 3N forrás és saját felmérések 2008-tól, valamint Cloppenburg és Friesland 2009-től, valamint saját számítások), 5. ábra: Állattenyésztésből származó trágyatermelés [kg N/ha] (LSKN 2007 szerint) és az emésztőrendszer felhalmozódása [t N/kerület] Alsó-Szászországban (saját számítások) 20
23 6. ábra: Alsó-Szászország megújuló erőforrások által érintett ivóvízgyűjtő területei. Zöld: szükséges növénytermesztési terület, a növény teljesítményétől függően, az egyes megújuló biogázüzemek körzetében, 500 ha/mw el teljesítmény mellett és hároméves vetésforgó. Világoszöld: 6 km sugár az energianövények termesztésére és a BGA 22 körüli emésztett kijuttatására
25 7. ábra: A kukorica termesztési terület szükségességének fedezésének sugara háromoldalú vetésforgóval és három vízgyűjtő terület elhelyezkedésével A 7. ábrán már vizuálisan is világos, hogy ezen feltételezések mellett az ivóvíz egyes vízgyűjtő területein a szántók nagy hányada van felülnyomva. A vízvédelmi területen a Sandelermöns z. B. aritmetikailag a vízvédelmi területen lévő szántóterületek több mint 50% -át érinti a biogáz-kukorica termesztése (5. táblázat). 5. táblázat: Az energianövények termesztése a kiválasztott vízvédelmi területek szántóterületén aritmetikailag A biogázüzemek által igényelt terület megköveteli, hogy a kerületeken belül minden szántóföld rendelkezésre álljon a biogáz kukorica termesztésére. Mivel ez a gyakorlatban nem lesz így, várható, hogy a rendszerek tovább sugározzák a környező területet. A biogázüzemek meghatározott vízgyűjtő területei szintén átfedik egymást. T. jelentősen. Ez az egyik oka annak, hogy feltételezhető, hogy még hosszabb utak lesznek, és így nagyobb hatások lesznek a vízvédelmi területeken. 24.
26 Következtetés a földigény tervezésével kapcsolatban: A bemutatott példa egyértelművé teszi, hogy az energianövények termesztése a vízvédelmi területeken már helyben jelentős területet foglal el, és a fő felhasználási iránytá válik. A biogázüzemben az energianövények lebomlásához szükséges terület nem számolható át. A növények teljesítménye, a szubsztrát NawaRo-aránya, az erdő aránya, a környező területen egymással versengő felhasználások és a talaj hozamteljesítménye további fontos tényezők, amelyek szerepet játszanak a szállítási útvonalak meghatározásában. A példában egy 1 MW-os biogázüzem területi sugara legalább
3.3.2 Gyepek elvesztése Alsó-Szászországban körzetenként Az alábbi 10. ábra az Alsó-Szászország gyepeinek elvesztését mutatja 1999 és 2007 között járási szinten. A 11. ábrán szereplő értékelések nemcsak a gyep csökkenését mutatják, hanem az energia kukorica növekedését is a járási szinten. Világossá válik, hogy a nagy gyepveszteséggel rendelkező megyékben általában az energia kukorica területének magas aránya is hozzáadódott. Az energiakukorica-termesztés hozzájárul a gyepszántás irányának erősödéséhez is. Az a tény, hogy a gyep statisztikai növekedésének nem kell mindig együtt járnia az új gyepterületek létrehozásával, a Soltau-Fallingbostel kerületben mutatkozik meg, ahol 4000 hektár gyepnövekedés a korábbi gyepek átkódolása révén következett be. A tényleges cölöpterületet ezért magasabbra kell állítani. 10. ábra: A gyepek arányának változásai 1999 és 2007 között Alsó-Szászország körzeteiben és a vízgyűjtő területek elhelyezkedése (kék) (adatbázis: LSKN betakarítási jelentések 2008, saját ábra) 28
30 A gyepek és a szántók arányának változása 1999 és 2007 között [ha] WTM BRA VEC OS OL LER NOH FRI EM S CLP AUR WST WHV OS OL EM D DEL VER UE STD SFA ROW OHZ LG DAN WL CUX CE SHG NI HOL HI HM DH H WF PE OHA NOM HE GS GÖ GF WOB SZ BS Gyepes szilázs kukorica 11. ábra: A legelő és a szilázs kukorica területének változása Alsó-Szászország kerületei szerint 1997 és
33 A gyepszántás következtetése: A gyepszántás elkerülése az ebből eredő nitrogén kimosódással a vízgazdálkodás központi kérdése. A gyepek elvesztése Alsó-Szászországban 1999 és 2007 között körülbelül hektár volt; milyen N kiadás
36 14. ábra: A beáramló területek elhelyezkedése és átlagos áramlási időtartama (telítetlen zóna és talajvíz) a vizsgált mérési pontokhoz, példaként A következő lépésben a használati információkat össze kell keverni a talajvíz információival. Ideális esetben ezeket a kiválasztott mérési pontok vízgyűjtőjén kell összegyűjteni. Ha ezek az információk nem állnak rendelkezésre, az agrárstatisztikák és az empirikus értékek felhasználhatók az áttekintéshez Az energianövények termesztésének hatása a szivárgó víz minőségére A Cloppenburgi járás felhasználásának változását az agrárstatisztika segítségével követték nyomon. Az átlagos őszi N min értékeket az M&P projekt részeként összegyűjtött adatokból származtatták, és ebből számították ki a szivárgó víz minőségét (9. táblázat). Például a silókukorica termesztése kezdetben kissé csökkent 2003-ra. Ehhez több szemes kukoricát termesztettek takarmányozásra. A szilázs kukorica termesztésének 2003 óta tartó erőteljes növekedése elsősorban a biogáz felhasználásának tudható be (LSKN 2007). A termesztés bővítése a gabonakukorica-termesztés, valamint más gyümölcsök és gyepek rovására ment végbe. A VTI 2009 (Nitsch et al. 2009) szerint a legelők felszántása után leggyakrabban termesztett gyümölcs a silókukorica. 35
40 15. ábra: A jelenleg nyilvántartott biogázüzemek elhelyezkedése és elektromos teljesítménye, valamint az összes üzem kibocsátása körzetenként (forrás: 3N, saját felmérések) Következtetés: Biogáz üzemek adatbázisa: Jelenleg nincsenek olyan egységes adatbázisok a biogáz üzemekről, amelyek megfelelnek a vízipar követelményeinek Alsó-Szászországban, ahol a térbeli elosztás és az alkalmazott szubsztrátok gyenge pontokat képviselnek. A jelenleg rendelkezésre álló adatokkal létrehozott adatbázis továbbra is felhasználható a biogázüzemek állami szintű egységes nyilvántartásának alapjául. Jelenleg még nem teljes, és fokozatosan kell befejezni. Évente egyszer frissíteni kell. Az adatbázisban tárolt adatok mellett ajánlott összekapcsolni egy földrajzi információs rendszerrel. 39
51 15. táblázat: Példa kukorica vízvédelemorientált trágyázására és 30 m 3 tápanyagellátására Példa: Vízvédelemorientált trágyázás NP 2 O 5 K 2 O [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] Trágyázási cél Nmin 25 - intercrop 25 - altalajtrágyázás (
1dt DAP) = tápanyag-igény az emésztett anyagból: tipikus N tápanyagok (MDÄ P 2 O 5 K 2 O emésztett dózis 30 m³ 80%) [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] emésztett anyag 1. Nawaro-fermentátum 2: Nawaro fermentációs maradék 3: Nawaro + folyékony trágya 4. fermentációs maradék: Nawaro + folyékony trágya + HTK fermentációs maradék 5.: Kofermentek + Nawaro + folyékony trágya + HTK zöld: fermentációs maradék dózisa módosítva; Narancssárga: Emésztési maradék túl magas 16. táblázat: Példa célérték-orientált trágyázás kukoricához és tápanyagellátáshoz 30 m 3 emésztett anyaggal Példa: Célérték-orientált trágyázás NP 2 O 5 K 2 O [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] trágyázási cél Nmin 25 - 25. fogási növény - láb alatti trágyázás (
13 300 m³ emésztett anyag kerül a területekre. Egyéni gazdaságok szintje: 2007-ben a projektgazdaság 16 hektár kukoricát és 5 hektár gabona GPS területet művelt a biogázüzem számára. A t teljes bevitt mennyisége emésztett anyagként visszafolyt a társaságba (880 m³). A sertéstrágya és a HTK erjedése miatt a megművelt terület hektárjára jutó visszatérő tápanyagterhelés nő. A 21 ha nagyságú NawaRo termőterülethez viszonyítva 190 kg N/ha (80% MDÄ-vel) vagy több mint 42 m³/ha fermentációs maradék kerülne vissza. Trágyázáskor a célérték módszer szerint vagy a talajvíz védelme szerint 51
57 20. táblázat: Emésztési elosztási terv (a) egy 740 kwel-hez. Biogázüzem, tároló helyiségek vízmegtakarító (b) és szokásos (c) emésztett kiosztási (a) roncselosztási terv, ha az őszi alkalmazást nem alkalmazzák.
t FM/év szubsztrát kimenet a veszteségek levonása után (fugat-tényező):
t FM/év (320 ha termőterületről) átlagos N-tartalom a fermentátumban 4,3% -os enzimes elosztási terv őszi kijuttatás nélkül Gyümölcsfelület-emésztett kijuttatás [m³/ha] Teljes mennyiség [m³ növényenként] [ha] aug. Február-május június-július aug./szept. Február/március április/május május/július. Őszi búza (piaci) GPS rozs Szilázskukorica Napraforgó fogott növények Összesen 320 hektár energianövény (b) A töltési szint és a szükséges tárhely éves ciklusa, ha az őszi alkalmazást nem alkalmazzák.
11 t É tavasszal) Élettani szempontból ésszerű tavaszi alkalmazás. Emésztési maradványok: aug. Szept. Okt. November december jan. Febr. Március ápr. Máj. Jún. Júl. Teljes beáramlás m³-ben kifolyó m³-egyenleg m³-ben töltöttségi szint x hónap tárolási kapacitás: 6 hónap 31% 47% 64% 81% 97% 114% 101% 87% 0% 17% 20% 36% 7 hónap 26% 40% 55% 69% 83% 98% 86% 75% 0% 14% 17% 31% 8 hónap 23% 35% 48% 60% 73% 85% 75% 65% 0% 12% 15% 27% c) A kitöltési szint és a szükséges tárolótér éves változása, figyelembe véve a fogási kultúrák őszi alkalmazásának korai alkalmazását. A gabonafélék őszi alkalmazása nagy veszteségekkel járó időszakokban. De: ásványi anyagokkal kell kiegészíteni. Emésztési mennyiségek: aug. Szept. Okt. Nov. Dec. Jan. Febr. Márc. Ápr. Máj. Jún. Jún. Teljes beáramlás m³-ben Kimenő m³ mérték 2% 5% 21% Jelmagyarázat: jelöli azokat az időket, amikor a rendelkezésre álló tárterület túllépi, a szükséges tárhelyet jelöli 56
62 új növényt teszteltek, például napraforgót, vegyes termesztésű kukorica-napraforgót és cirokfajt. A termesztés fő veteményként fogott növényekkel (zöld rozs, füvek) és anélkül, valamint példaként a két termény hasznosítási rendszerben zajlott. Ezenkívül a felszántott területek későbbi felhasználását kísérték, és különféle talajművelési intézkedéseket vizsgáltak az őszi N min csökkentésére. 22. táblázat: Információ a teszt végrehajtásáról Tesztkérdések Intézkedés és megvalósítás Optimalizált műtrágya-ellenőrzés: Cél: N túlnyúlások elkerülése Felszín alatti vizek számára kedvező N szint (
71 Az energianövények vízbarát termesztése és a biogázüzemek működtetése Kukorica alulvetett növényekkel: A korai vörös császár alulvetett növények és a későbbi széles gyepes vetés nem volt negatív hatással a szárazanyag-hozamra. Az N mérleg mindkét tesztváltozat esetében viszonylag azonos szinten van (
-75 kg N/ha) negatív. A talajművelés és a teleléssel történő művelés miatt az őszi vetés várható pozitív hatása az Nmin nem jött be. Következtetés az osnabrücki járásban található helyről: A szilázs kukorica 165 kg N/ha N-es trágyázási szintjével már elértük az optimális hozamot, és az őszi Nmin értékek jelentősen csökkennek. A nyár folyamán hosszú távú szerves trágyázással és lejtős helyeken korai alulvetett növények ajánlottak a nitrogén megkötésére és a hajózhatóság javítására. 11. kép: LK Osnabrück, kukoricában alul vetett füves csenkesz, 9/2007. Kép 12: LK Osnabrück, kukoricában alul vetett vörös csenkesz, 9/2007. Kép 13: Alulvetett fű talajjal a gyökérgömbnél 70
Az alacsony N-szinthez képest 73 DM/ha-val magasabb termés érhető el (195 dt 176 DM/ha-hoz képest). Az őszi N min 10 kg N/ha-val csökkenthető a csökkentett N-szinten (40 kg N min/ha-ra), összehasonlítást végeztek az emésztett műtrágyázás és a tisztán ásványi N-trágyázás között. A fermentációs maradék trágyázása (30 m³ 69 kg N/ha-val) közvetlenül a kukorica tenyésztése előtt történt, húzótömlő alkalmazásával. A 4 leveles stádiumban a tisztán ásványi N trágyázás történt. A szennyvízöntözéssel mindkét vizsgálati változathoz további 40 kg N/ha-t adtak. Mindkét tesztváltozat ugyanolyan magas, 190 dt DM/ha biomassza-hozamot ért el. Az esővíz miatt az őszi N min értékek összességében magasak. Az ásványi N műtrágyázáshoz képest a fermentációs maradék az első évben 25 kg N min/ha-val magasabb őszi N min értékeket eredményezett. Az első eredmények konszolidálása érdekében célszerű a tesztsorozatot több évig folytatni. Kukorica-napraforgó vegyes termesztés: Vegyes termesztésben 143 dt DM/ha termésszint érhető el. A napraforgó hozamának aránya
112 dt DM/ha kevesebb, mint a kukorica hozama (
12 dt/ha fölött (28. ábra). Ha nincs öntözés, magas N-ellátás biztosítja a terméspotenciált (maximális hozamkülönbségek), míg az alacsony trágyázású növények száraz időszak után összeomlottak. Ezen a gyenge, víz- és tápanyagszegény talajon a mikrobiológiai talaj aktivitását vízhiány korlátozza, így nem elegendő tápanyag szabadul fel. Ha azonban öntözést alkalmaznak, akkor látható, hogy a csökkent N-szint összehasonlítható vagy még jobb hozamokat is eredményez (2009). Az évek során átlagosan mindhárom N műtrágya magasság negatív N egyenleget mutatott. 74.
60% -kal kevesebb NS) és magas hozam, 139 dt DM/ha öntözés nélkül. A gabona GPS lehetővé tette a szinte kiegyensúlyozott N egyensúlyt és az alacsony őszi N min 26 kg N/ha-t. 19. ábra: LK Hannover, második termésű napraforgó és cirok permetezéses új burgonya után,