LANDWIRTSCHAFT UND UMWELT
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Elke Schürer und Petra Reitz, Hohenheim
Em issionen von Amm oniak und Lachgas
Einfluß des Ausbringverfahrens von Flüssigmist
Nach der Ausbringung von Flüssigmist kann ein Großtei l des Stickstoffes in Form von umweltschädigendem Lachgas und Ammoniak verloren gehen. Zur effiziente
ren Nutzung des organ ischen Düngers auf Grünland sowie zur Emissionsminderung wurden Ausbringverfahren wie Schlepp
schuh und Schlitzdrill entwickelt. Durch eine bandförmige, bodennahe Ausbrin
gung konnten die Ammoniakemissionen um 50 % bis 75 % verringert werden.
Demgegenüber hat eine vergleichende U ntersuchung gezeigt, daß der
Schlitzdrill mit bis zu 1 1 70 J.lg/m2h N20·N die höchsten Lachgasemissionen bewirkt.
Ob der Schleppschuh unter Berücksichti
gung beider umweltschädigender Gase das geeignete Verfahren darstel lt, war eine Fragestellung der Untersuchungen.
Windtunnelsystem entwickelt [ 1 ,2]. Ein Parallelbetrieb von sechzehn M eßkam
mern und d rei Windtunneln ermöglicht die gezielte Variation ei nes Einflußfaktors unter gleichen U mgebungsbedingu ngen.
Neben Witterungsfaktoren und Flüssig
mistbeha ndlung werden vor allem der Einfluß verschiedener Ausbri ngverfa h ren auf die Lachgas- u nd Ammoniakemission u ntersucht. Durch I njektion des Flüssig
mistes kann d ie Ammonia kemission ver
mindert werden. Demgegenüber steht aber eine mögliche Erhöhung der Lach
gasemission [3] . Es galt zu prüfen, m it welchem Ausbringverfahren sich d ie Emissionen von Lachgas und Ammoniak gleichermaßen verringern lassen . Die Un
tersuchungen zu r Lachgasem ission wur
den auf einem typischen G rün landsta n- dort im Allgä u durchgführt,
100
FIUsslgmlst/ slu"y : Witterung/ cllmofe :z "' I I % TS/dm = c NHrN = 7,1 % 0,12 % m"rujs/urry • 3 kg/m2
II L • 1 m/s
� L -12-2a ·c
die zur Ammoniakemission fa nden u nter vergleich baren Verhältnissen in Hohenheim statt.
,r ;;
80
... z ... � m., HH.-N • 3600 mg/m2 �L = 41-97 X
w t..J
c <::
� BO = 16-20 'C U eo = 25 %
·�
·� 60
,!Q -� Prollleller / splosh plote 27 %
I
= 957,1 mg/m2· 48 h
G = 4,4 kWh Schlltzdrill/lrench /ng 6%
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- 230,3 mg/m 2·4B h:Q
·S240
§ §
\
\
Schleppschuh/ trot7ing foot 13 " \.,. 462,
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mg/m 2·4B h\
Bild 1 : Einfluß des A usbringverfahrens auf die Ammoniakemis
sion, prozentualer Stickstoffver
lust zum ausgebrachten NH4-N
E E:
� § 20
\� 1 2 \ 24 36 \ \ h Fig. 1 : lnfluence of application
00
30.06.97
Zeit t technique an ammonia emissi-time t an, lass in percentage to
02.07.97 48
---' applicated NH4-N
D
u rch die Ausbringung von Flüssigmist werden über 50 % der Ammoniakem issionen in Deutschland verursacht, beim Lachgas sind d ies 13,5 % nur d urch die N-Dünger-Anwendu ng. Neben der Verringerung des Düngewertes ist beson
d ers die u mweltschäd igende Wirkung d ieser beiden Gase von großem Nachteil.
Zur Erfassung der Einflußfaktoren a uf d ie Lachgas- und Ammonia kemission nach der Flüssigmistausbringung wurden vom I nstitut für Agrartechnik der U niversität Hohenheim ein M eßka m mer- und ein Dipl. -lng.agr Elke Schürer und Oipl.-lng.agr Petra Reitz sind wissenschaftliche Mitarbeite
rinnen am Lehrstuhl für Grundlagen der Landtechnik (Leiter Prof Dr. -lng. H.D.
Kutzbach) am Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim, Garbenstr 9, 70599 Stuttgart.
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Ausbringverfahren und verwendeter Flüssigmist
l n den U ntersuchu ngen wurden werfen
de, bodennahe und in den Boden einar
beitende Ausbringverfa hren mitei nander vergl ichen. Als werfendes Verfahren wur
de der Prallteller gewä h lt. Eine bandför
m ige, bodennahe Ausbringung kenn
zeichnet das Schleppschuhverfahren.
Die etwa 5 cm breiten Flüssigmistbänder wurden i n Abständen von 20 cm auf den Boden a bgelegt Beim Schlitzdrillverfah
ren wird der Flüssigm ist i n rund 5 bis 7 cm tiefe, V-förmige Sch l itze ei nge
bracht. Die Sch litze sind 2 bis 3 cm breit und ebenfalls in Abständen von 20 cm angeord net. Ein nachfolgendes Ver
sch ließen der Schlitze u nterbleibt. Für die U ntersuchungen wurden die Ausbring
verfahren manuell simuliert. Für die M es-
sungen in Hohenheim wurde R i nderflüs
sigmist mit einem TS-Gehalt von 7 , 1 % und einer N H4-N-Konzentration von 0, 12 % verwendet. I m A l lgä u stand Rin
derflüssigmist m it einem TS-Gehalt von 5,9 % und einer Nges·Konzentration von 0,24 % zur Verfügung. Die a usgebrachte Flüssigmistmenge betrug jeweils 3 kg/m2, so daß an Ammonium-Stickstoff 3600 mg/m2 und 7140 m g/m2 Nges ausge
bracht wurden.
Emissionen von Ammoni a k und Lachgas Die Bilder 1 und 2 zeigen die kum u lierte Ammoniak- und Lachgasemission als prozentualen Verl ust des mit dem Flüs
sigm ist a usgebrachten N H4-N und Nges.
Die wä hrend der U ntersuchungen im J u
n i 1997 herrschenden Witteru ngsbedin
gungen sind i n den B i ldern 1 und 2 oben rechts a ufgeführt. Bezüglich der Ammo
niakem ission wurden m it 27 % d ie höch
sten Stickstoffverluste bei der Ausbrin
gung mit dem Prallteller ermittelt. Bei der Ausbringung mit dem Schleppschuh gin
gen noch 13 % verloren. M it lediglich 6 % wurde beim Schlitzd rill der geringste Stickstoff-Verlust bestim mt. Bei der Lach
gasemission wurd e gena u d ie u mgekehr
te Tendenz beobachtet. H ier traten mit 1,7 % die höchsten Stickstoffverl uste beim Schlitzd rill a uf, beim Schuh betru
gen d ie Stickstoffverluste lediglich 0,7 % und beim Prallteller 0,3 % . Eine statisti
sche Ü berprüfung bestätigte d ie U nter
schiede in der Lachgasemission zwi
schen den d rei untersuchten Ausbri ng
verfahren mit einer Signifi kanz von a = 0,05. Die Ergebnisse liegen im Bereich a nderer U ntersuchu ngen [4] . Die prozen
tualen Stickstoffverl uste bei der Lachgas
em ission waren sehr gering, so daß ins
gesamt betrachtet bei der Ausbringung m it dem Prallteller i m mer noch die höch
sten Stickstoffverluste a uftraten . Durch d ie gegenläufige Tendenz der beiden Gasemissionen näherten sich d ie Stick
stoffverluste bei den Verfahren Sch lepp
sch u h u nd Sch l itzd rill aneinander a n . D a Lachgas ein ä ußerst starkes Treib
hausgas ist und u nd Ammoniak stark um
weltschäd igend ist, sind neben den rela
tiven Stickstoffverl usten des Flüssigmi
stes besonders d ie a bsolut emittierten Mengen von B edeutung. Die Emis
sionsraten von Ammon iak- und Lachgas
Stickstoff sind in den Bildern 3 und 4 dar-
53. Jahrgang LANDTEC H N I K l/98
. • • . • . . • . . . • . . . • . • . . • . . • . . • . . . . • . . . • . • • . • . . . · · · . . . · · · � · · ·
:r 6
<:) Fl üssigmist/ s/urry
� % TS/dm = 5,9 % t....
0,24 %
Witterung/ c/imate ,y.L = 1 2-26 ·c
<;OL = 65-98 %
200 r---�---.---.---.
mg/m 2 · h
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1., 1.,
� � 1 50 1---�---+---+---�
� e N ges
·c;; 4 mFM/sturry= 3 kg/m2
__ '19-s0 = 1 4-22 ·c w l..J
c <:::: Prallteller / sp/ash plate
·!!1 mNgoo 71 40 mg/m2 Us0 = 27-36 %
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I Schlitzdril l/trenching
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c tratling foot
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1 2
30.06.97 24
Zeit t time t
36 h 48
02.07.97
Bild 2: Einfluß des Ausbringverfahrens auf die Lachgasemission,
prozentualer Stickstoffverlust zum ausgebrachten Nges Bild 3: Einfluß des Ausbringverfahrens auf die Ern issansrate von Ammomak
Fig. 2: lnfluence of application technique an nitrous oxide emission, lass in percentage to applicated Ntatat
F1g. 3: lnfluence of application technique an the emission rate of ammonia
gestellt. Bezüglich Ammoniak zeigten sich die höchsten Emissionsraten bei al
len d rei Ausbringverfa hren in den ersten zwölf Stunden nach der Ausbringu ng.
Beim Prallteller wurde mit 107 mg/m2.h bereits nach 2 h die höchste Emissions
rate besti mmt. Der Schleppschuh lag mit 4 1 mg/m2.h nach 6 h und 18 mg/m2.h nach 12 h weit darunter, ebenso der Schlitzdrill mit 18 mglm2.h nach 1 2 h.
Nach 24 h waren bereits 90 % der Ge
sa mtemission a bgeschlossen . Demge
genüber hielten die Lachgasemissionen a uch zwei Wochen nach der Ausbringung d es Flüssigm istes noch a n u nd schwan k
ten stark in Abhängigkeit des N ieder
schlages. Am a usgeprägtesten war d ies beim Schlitzdri l l zu beobachten . Spitzen
werte der Lachgasemission wurden bei diesem Verfa h ren mit 1 170 J.lg/m2.h kurz nach der Ausbringung gemessen . Beim Schleppschuhverfahren wurden höchste Emissionsraten erst eine Woche nach der Ausbringung bei einem Niederschlagser
eignis beobachtet, sie lagen bei 590 J.lg/m2.h. Die Emissionsraten mit dem Prallteller waren bedeutend n ied riger mit einem Maxi m u m von 164 j.lg/m2h ei nen Tag nach der Ausbringung.
Schlußbetrachtungen
Durch die bandförmige Ablage des Flüs
sigmistes (Schleppschuh) sowie die Ein
a rbeitung in den Boden (Schlitzd rill) ver
ringert sich d ie Kontaktfläche zwischen Fl üssigmist und Luft. Dies führte zu einer Reduzierung der Ammoniakemissionen auf d ie Hä lfte beziehungsweise ein Viertel
Bild 4:Einfluß des Ausbringverfahrens auf die Emissonsrate von Lachgas
Fig. 4: lnfluence of application technique an the emission rate of nitrous oxide
53. Jahrgang LANDTEC H N I K 1/98
gegenüber dem breitflächig werfenden Verfah ren ( Prallteller). Entsprechende Verlustminderungen finden sich i n [5].
Andererseits fü hrt der geringe Kontakt zur Luft zu a naeroben Verhältnissen i m Flüssigmistband u n d im Schlitz, was d u rch N iederschläge noch. verstärkt wird . D i e Lachgasemissionen stiegen unter d ie
sen Bedingungen stark a n . Es wird deut
lich, daß Maßnahmen zur M i nderung der Ammoniakemission n icht gleichzeitig auch die Lachgasemission verri ngern . Da das Schleppschuhverfa h ren und das Schlitzdrillverfahren hi nsichtlich der G e
samtemission von Lachgas und Ammoni
a k nahe beieinander liegen, müßten auch Fa ktoren wie d ie Höhe des Zugkraftbe
darfes und dem damit verbundenen C02-Ausstoß beachtet werden. Neben emissionsmindernden Ausbringverfa h ren sollten auch einfachere Möglichkeiten zur M i nderung gasförmiger N -Verl uste wie Beachtung von Witterung und Bodenzu
sta nd berücksichtigt werden.
Literatur
[ 1 ] Schürer, E und J. Plesser: Geschlossene Meßkammer zur Bestimmung von Spuren
gasemissionen, Landtechnik 52 ( 1997), H . 2, S. 80-81
[2] Reitz, P. und H.O. Kutzbach: Accuracy of a Windtunnel System for Measuring Ammonia Emissions after Slurry A pplication. Procee
dings of the I nternational Symposium of Am
monia and Odour Control from Animal Pro
duction Facilities, Vinkelhoord, Netherlands, Vol . 2 1997, S. 595-598
[3] Peterson, S.O.: Nitrification and Denitrificati
on after direct injection of l iquid cattle manu
re. Acta Agric. Sca nd. Sect. B, Soil and Plant Sei . 42 ( 1992), S. 94-99
[4] Ahlgrimm, H.-J.: Beitrag der Landwirtschaft zur Emission klimarelevanter Spurengase - Möglichkeiten zur Redu ktion? Landba ufor
schung Völkenrode, 45 ( 1 995), H. 4, S. 19lff [5] Depta, A.et al.: Distinction between Different Slurry Application by their Ammonia Emission with FTIR-Open-Path Measurements and Di
spersion Modelling. Proceedings of the Inter
national Symposium of Amrnonia and Odour Control from Animal Production Facilities, Vinkelhoord , Netherla nds, Vol . 1 1997, S.
5175/183
Schlüsselwörter
Flüssigmist -Aus bringverfa hren, Lachgas
und Ammoniakemissionen, G rünla nd
Keywords
Appl ication tech niq ues for slurry, n itrous oxide and a mmonia emissions, grassland .---.---r---, 30
c: 0 'iii ., .E w
Zeit t/ time t
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