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

Maisbauern, die die von ihren Pflanzen aufgenommene Stickstoffmenge erhöhen möchten, können viele Aspekte der Düngemittelanwendung anpassen. Aktuelle Studien der University of Illinois Urbana-Champaign zeigen jedoch, dass diese Änderungen nicht viel dazu beitragen, die Aufnahmeeffizienz von Düngemitteln zu verbessern. Das liegt daran, dass Mais, wie die Studien zeigen, den Großteil seines Stickstoffs – durchschnittlich etwa 67 % – aus natürlich im Boden vorkommenden Quellen bezieht, nicht aus Düngemitteln.

Die Beweise dafür, dass der Boden die wichtigste Stickstoffquelle für Mais ist, kamen im Laufe der ersten vier Studien wiederholt vor veröffentlicht im Jahr 2019 und der Rest 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 Geschwindigkeiten, 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 Erzeuger 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 abgeschlossen hat und jetzt Assistentin ist Professor an der North Dakota State University. „Es ist wichtig, sie darauf aufmerksam zu machen, damit sie die Situation erkennen, wenn sie sich ihr Endergebnis und ihre Ausgaben für Stickstoff ansehen.“

Griesheims Studie 2019 fanden heraus, dass nur 21 % des Düngemittelstickstoffs in das Getreide gelangten, wenn er im Herbst als wasserfreies Ammoniak ausgebracht wurde. Das Ergebnis machte durchaus Sinn, 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.

Vorwärts springen zu PflanzsaisonGriesheim wendete 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 wurde 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 währenddessen auch die Düngemittelausbringung Wachstum in der Saison, oder Sidedressing, bei dem 200 Pfund pro Hektar 15N-markiertes UAN mit einem Y-Drop-Aufsatz ausgebracht werden, 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 Anwendungszeiten war die 15N-Aufnahme beim Seitendüngen höher als beim Pflanzen, aber selbst bei der Ausbringung in der Saison wurde mehr Stickstoff aus dem Boden als aus Dünger gewonnen (durchschnittlich 26 % in Getreide und 31 % in 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 beschriftet Griesheim mehrere Düngemittelformen– UAN, Kaliumnitrat und flüssiger Harnstoff – mit 15 N und trugen sie als Oberflächen-Sidedress-Anwendungen mit einem Y-Drop-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. Ansonsten können wir Faktoren wie Zeitpunkt, Menge, Platzierung und Form berücksichtigen „Wir optimieren, werden aber mit diesen Ansätzen wahrscheinlich keine wundersame Effizienzsteigerung erzielen“, sagte Mulvaney. „Wir sollten wirklich dazu übergehen, die Stickstoffmenge entsprechend dem Boden und der 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 die Steuerzahler und die umliegenden Ökosysteme ist. Es ist eine Win-Win-Situation.“