Stickstoff-Verwertung verschiedener Rebsorten und Anbausysteme unter veränderten klimatischen Bedingungen - Otmar Löhnertz und Friederike Möller ...
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Stickstoff-Verwertung verschiedener Rebsorten und
Anbausysteme unter veränderten klimatischen
Bedingungen
Otmar Löhnertz und Friederike Möller
Hochschule Geisenheim
Institut für Bodenkunde und Pflanzenernährung
• Einleitung
• Fragestellung Stickstoffversorgung im Weinbau
• Rechtliche Rahmenbedingungen
• Aufnahmeverlauf Stickstoff
• Entzugszahlen
• Versuche N-effizienz
• Einfluss erhöhter CO2 Gehalte
• Schlussfolgerungen
2
RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN:
• EU-Wasserrahmenrichtlinie
• Aktuelle Düngeverordnung
• Situation:
• hohe Belastung des Grundwassers mit Nitrat
• Weinbauflächen mit sehr hohem Anteil Risikogebiete nach Düngeverordnung
• Paragraph 3 besondere Regelungen für Weinbau
Löhnertz N Effizienz 3
SITUATION IN HESSEN
Umsetzung WRRL im hessischen Weinbau
05.03.2018 4
NMIN-ERGEBNISSE
VEGETATIONSBEGINN – FRÜHJAHR 2016
7 Flächen im Sollwert 6 %
Sollwert Frühjahr
7 Flächen über Sollwert 6 %
50-70 kg NO3-N/ha
101 Flächen unter Sollwert 88 %
Fazit: ein hoher Anteil der Böden hat einen Düngebedarf
05.03.2018 5
NMIN-ERGEBNISSE
VEGETATIONSENDE – HERBST 2016
Herbstbeprobung 2016
200
180
160
140
120
39 % > 40 kg NO3-N/ha 60‐90 cm
100
30‐60 cm
80 0‐30 cm
60
40
20
0
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
61
64
67
70
73
76
79
82
85
88
91
94
97
1
4
7
100
103
106
109
112
115
Fazit: ein zu hoher Anteil der Böden mit zu hohem Gehalt im Herbst
05.03.2018 6
RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN:
• EU-Wasserrahmenrichtlinie
• Aktuelle Düngeverordnung
• Situation:
• hohe Belastung des Grundwassers mit Nitrat
• Weinbauflächen mit sehr hohem Anteil Risikogebiete nach Düngeverordnung
• Paragraph 3 besondere Regelungen für Weinbau
• Geringer Bedarf
• Düngebedarfsermittlung.
• Kaum Einfluss auf Ertrag
• Hoher Einfluss auf Inhaltsstoffbildung
• EineMöglichkeit Schätzrahmen
• Nmin keine Akzeptanz
Löhnertz N Effizienz 7
Schätzverfahren zur Stickstoff-Düngebedarfsermittlung
mit modularem Aufbau:
1 ha Reben
75 kg N
Humusgehalt:
Triebe und Blätter Durchschnitt: ca. 1,2 % C
44 kg N Gesamt‐ N im Boden: 3000 – 6000 kg/ha
140 dt Trauben
Mineralische Düngung: 40 kg/ha/Jahr
31 kg N
30 dt Trester Jährliche Aufnahme: ca. 60 – 75 kg N/ha
24 kg N Abfuhr mit Trauben: 25 – 35 kg N/ha
Abfuhr durch Wein: 2 kg N/ha
3 hl Trub
1.5 kg N
4 hl Hefe
3 kg N
140 hl Wein
2 kg N Nährstofffluss während der Trauben‐ und
Weinproduktion (ZIEGLER)
8
RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN:
• EU-Wasserrahmenrichtlinie
• Aktuelle Düngeverordnung
• Situation:
• hohe Belastung des Grundwassers mit Nitrat
• Weinbauflächen mit sehr hohem Anteil Risikogebiete nach Düngeverordnung
• Paragraph 3 besondere Regelungen für Weinbau
• Geringer Bedarf
• Düngebedarfsermittlung.
• Eine Möglichkeit Schätzverfahren
• Nmin keine Akzeptanz
Löhnertz N Effizienz 9
RECHTLICHE RAHMENBEDINGUNGEN:
• EU-Wasserrahmenrichtlinie
• Aktuelle Düngeverordnung
• Situation:
• hohe Belastung des Grundwassers mit Nitrat
• Weinbauflächen mit sehr hohem Anteil Risikogebiete nach Düngeverordnung
• Paragraph 3 besondere Regelungen für Weinbau
• Geringer Bedarf
• Düngebedarfsermittlung.
• Eine Möglichkeit Schätzverfahren
• Nmin keine Akzeptanz
• Bedeutung von Stickstoff
• Kaum Einfluss auf Ertrag
• Hoher Einfluss auf Inhaltsstoffbildung
Löhnertz N Effizienz 10AUFNAHMEVERLAUF REBE
N‐Aufnahme der Rebe [g ha‐1d‐1]
1400
1200
1000
800
600
Düngung
400
200
0
Austrieb Blüte Erbsengröße Trauben‐ Reifebeginn Lese
schluß
Nach SCHALLER und LÖHNERTZ 11N-DÜNGUNG
Mineraldünger– Ammoniumnitrat (NH4NO3), 27% N
• Meist kombiniert mit 24 % CaCO3 (Kalkammonsalpeter, KAS)
Pros: Cons:
• relativ billig • muss in Lösung gehen um aktiv zu
• einfach zu applizieren werden (Regen)
• wirkt der Versauerung entgegen • große Auswaschungsgefahr bei viel
(CaCO3) regen und hoher Nitrifikation
12N-DÜNGUNG
Stabilisierte N-Dünger – ENTEC ®
Ammoniumnitrat kombiniert mit
Ammoniumstabilisator
• Der Stabilisator unterdrücken die Nitrifikation
von NH4 zu NO3
Pros: Cons:
• einfach zu applizieren • muss in Lösung gehen um aktiv zu
• kontinuierliche N Versorgung durch die werden (Regen)
ganze Saison • teurer als KAS
• reduzierte Auswaschungsgefahr von
Nitrat
13N-DÜNGUNG
Flüssigdünger – Ammonium Nitrat Harnstoff Lösung (AHL)
Pros: Cons:
• schnelle Wirkung, da bereits in Lösung • spezielle Technik zur Ausbrigung wird
• relativ billig benötigt
• Verätzungsrisiko an Blättern
•große Auswaschungsgefahr bei viel
regen und hoher Nitrifikation
14N-DÜNGUNG
Fertigation = Kombination aus Bewässerung und Düngung
Pros: Cons:
• schnelle Wirkung, da bereits in Lösung • teuer und aufwendig zu installieren
• kontinuierliche N Versorgung durch die • benötigt Wasserquelle
ganze Saison • Pflege und Instanthaltung
• Bewässerungsmöglichkeit, kein
Trockenstress
• reduzierte Auswaschungsgefahr von
Nitrat
15N-DÜNGUNG
Flüssigdüngung – CULTAN ® (Controlled Uptake Longterm
Ammonium Nutrition)
• Unterflurinjektion einer NH4 Lösung
Pros: Cons:
• schnelle Wirkung • special equipment is needed
• kontinuierliche N‐Versorgung • system needs to adapt
• Hemmung der Nitrifikation durch hohe
Konzentration (Toxizität)
• reduzierte Auswaschungsgefahr von
Nitrat
16N-DÜNGUNG
Flüssigdünger – Blattdüngung (Harnstofflösung) Folur ®
Pros: Cons:
• direkte Wirkung • Verätzungs‐ und Verbrennungsgefahr
• kann mit Pflanzenschutz‐maßnahmen der Blätter
kombiniert werden • arbeitsintensiv
• Max Ausbringungsmenge ca. 10 kg/ha
17N-DÜNGUNG
Organische Dünger – Kompost
Pros: Cons:
• umweltfreundlich • keine bzw. geringe direkte Wirkung
• viele positive Eigenschaften auf den • Amonifizierung/Nitrifiktion hängen
Boden erhöht Bodenqualität von vielen Faktoren ab (Temp., H2O,
Sauerstoff ...)
N‐Versorgung ist schlecht
vorhersehbar
18N-EFFIZIENZ N-DÜNGUNG 50 KG/HA
25000
Traubenertrag
20000
Null
Ertrag [kg ha-1]
15000 KAS
Cultan
Fert
10000
Blatt
Streifen
Komp
5000
Entec
0
2012 2013 2014 2015 2016 Mittel
Art und Weise der Düngung hat keinen Einfluss auf den Ertrag
(Kunz, Löhnertz)
19N-EFFIZIENZ N-DÜNGUNG 50 KG/HA
0,2 N Verwertungseffizienz ∆ N Trauben
N gedüngt
0,15
0,1
Effizienz
0,05
0
‐0,05
‐0,1
2012 2013 2014 2015 Mittel der Jahre
KAS Cultan Fertigation Blattdüngung Flüssig‐Unterstock Kompost Entec
Die Art und Weise der Dünung hat einen Einfluss auf den N‐Gehalt
in den Trauben (Kunz, Löhnertz)
20N-EFFIZIENZ N-DÜNGUNG 50 KG/HA
Prozentuale Änderung des Trauben‐N‐Gehaltes zur Lese gegenüber der
50 Nullvariante (keine Düngung)
40
30
Veränderung [%]
20
10
0
2012 2013 2014 2015 Mittel der Jahre
KAS Cultan Fertigation Blattdüngung Flüssig‐Unterflur Kompost Entec
‐10
Cultan, Entec, Fertigation und vor allem Blattdüngung führen zu
einer höheren N‐Einlagerung in den Trauben (Kunz, Löhnertz)
21Bedeutung Stickstoffdüngung
N‐Steigerungsversuch Vollrads
25000 Traubenertrag [kg ha‐1]
00/00 30/00
00/60 30/60
20000
90/00 90/60
15000
10000
5000
0
2008 2011 2012 Mittel
Mittel 05‐12
N‐Menge hat keinen Einfluss auf den Ertrag
(Löhnertz)
22Bedeutung Stickstoffdüngung
450
400
N‐Steigerungsversuch Vollrads
350 00/00 00/60 90/60
Amino‐N im Most [mg L‐1]
300
250
200
150
100
50
0
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Mittel
Avarage 05‐12
N‐Menge hat einen Einfluss auf die Aminosäurekonz. im Most
(Löhnertz)
23Fruchtkomponenten
nehmen bei N‐Mangel ab !
Stress führt zur Abnahme
der Fruchtigkeit bei Riesling
Capronsäureethylester : Apfelschale, Erdbeer, grüner Apfel, fruchtig = Abnahme
Caprylsäureethylester : fruchtig, süßlich, seifig, reife Frucht, verbrannt, Bier)= Abnahme
4‐Ethylguajacol: phenolisch, rauchig, würzig; – Brett‐Aroma) = Zunahme Phenolische Substanz
Aromaprofil von unterschiedlich gedüngten Varianten Riesling Wein 2003; Linsenmeier u. Löhnertz 2006
24Bedeutung Zunahme CO2
25Eines der Ursachen des Klimawandels: Treibhausgasemissionen
FACE (free air carbon-dioxide enrichment)
Geisenheimer FACE für Spezialkulturen
Stickstoff-Effizienz bei Reben[BK]
© Wohlfahrt 2014
26VERSUCHSAUFBAU
• Ringsystem mit Innendurchmesser von 12 m E-D
A - ambient
• 2 Behandlungen: atmosphärisches CO2 (ambient) & E - elevated
erhöhtes CO2 (elevated) A-G
E-B
• 2 Rebsorten: Riesling & Cabernet Sauvignon E-E
• Pflanzjahr 2012
A-K
• Zeilenbreite: 1,80 m, Stockabstand: 0,90 m
• Standraum:1,60 m2
A-L
• Riesling Kl. 198, SO4
• Cabernet Sauvignon, 161-49 RGB-Luftaufnahme der Reben-FACE-Anlage
© geo-konzept 2014
• physiologische Messungen innerhalb der Ringe
erfolgten:
• innerhalb der mittleren drei Zeilen
• pro Zeile 3 Reben pro Sorte
• pro Ring 9 Reben & Sorte
20.11.2014 Y. Wohlfahrt, S. Tittmann & M. Stoll 27HYPOTHESEN PROJEKT
höhere Netto-Photosynthese und besseres Pflanzenwachstum unter
erhöhtem CO2-Gehalt der Atmosphäre
N-Nutzungseffizienz der Pflanze wird verbessert
N-Gehalte in der Pflanze (hier: Traube) sinken
Änderung Aktivität von Schlüsselenzymen im N-Haushalt Rebe (NR, GDH)
Zusammensetzung der N-Fraktionen in Trauben ändert sich:
Ammonium – Amine – Aminosäuren – Peptide – Proteine
geringere Aminosäuregehalte in der Traube
Verhältnis Glutamat/Glutamin verändert sich
Einfluss auf:
YAN, Gärverlauf, Fehlgärungen, UTA etc. 29VERÄNDERUNG GESAMTSTICKSTOFFGEHALT IM MOST
500
Gesamt-N Konz. Most (mg N L-1)
ambient CO2
400 elevated CO2
300
200
100
0
2014 2015 2014 2015
Riesling Cabernet Sauvignon
Gesamt‐N Konzentration im Most von Riesling und Cabernet Sauvignon in
den Jahren 2014 und 2015, Mittelwerte + Standardfehler, n=3.
(Berlebach, Löhnertz)
Löhnertz N Effizienz 30250
ambient CO2
Amino-N Konz. Most (mg N L-1)
200 elevated CO2
150
100
50
0
2014 2015 2014 2015
Riesling Cabernet Sauvignon
Amino‐N Konzentration im Most (mg Amino‐N L‐1,
Mittelwerte + Standardfehler, n=3;
Löhnertz N Effizienz 31160 400
Riesling Cabernet
Amino-N Konz. Beeren (mg N kg-1)
ambient CO2
140 350 Sauvignon
elevated CO2
120 300
100 250
80 200
60 150
40 100
20 50
0 0
50 65 75 85 50 60 75 80 85 50 65 75 85 50 60 75 80 85 90
(° Oechsle)
(° Oechsle)
2014 2015 2014 2015
Amino‐N Konzentration im Most (mg Amino‐N L‐1, Mittelwerte + Standardfehler, n=3;
Der Zielwert für Amino‐N bei Weißweinmost liegt
bei 150 mg N L‐1! Dieser Wert wurde in keinem der
Jahre bisher erreicht.
Löhnertz N Effizienz 3280
ambient CO2 (*)
elevated CO2
Aminosäuren (% Ges.-N)
60
(p=0.085)
40
20
0
A E A E A E A E
2014 2015 2014 2015
Riesling Cabernet Sauvignon
Aminosäure‐N in % der Gesamt‐N Konzentration im Most von Riesling und
Cabernet Sauvignon in den Jahren 2014 und 2015,
Löhnertz N Effizienz 33FERMENTATION VERLAUF IN ABHÄNGIGKEIT
VOM CO2 GEHALT
Riesling /SO4 2014 Cabernet Sauvignon/161‐49 2014
250 250
200 200
Residual sugar {g/L]
Residual sugar [g/L]
150 150
100 100
50 50
0 0
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Delta RI_e Bravo_RI_e Echo_RI_e Delta_CS_e Bravo_CS_e Echo_CS_e
Golf_RI_a Kilo_RI_a Lima_RI_a Golf_CS_a Kilo_CS_a Lima_CS_a
Löhnertz N Effizienz 34ZUSAMMENFASSUNG
Hohe Nitratbelastung im Grundwasser
Probleme bei der Umsetzung der Düngeverordnung
Geringer Bedarf
Schlechte N-Effizienz
Einfluss auf Qualität
Einfluss steigender CO2 Gehalte sehr kompliziert
Generelle Abnahme der N-Gehalte kann nicht beobachtet werden
05.03.2018 35Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
05.03.2018 36Sie können auch lesen
