Panza freatica. Volumul 10. Modelul Saxoniei Inferioare și proiectul pilot
1 Volumul apelor subterane 10 Saxonia Inferioară Agenția de Stat pentru Gestionarea Apelor, Protecția Coastelor și Conservarea Naturii Weser Elba Modelul Saxonia Inferioară și proiectul pilot pentru cultivarea culturilor energetice, exploatarea plantelor de biogaz și gestionarea digestatului în conformitate cu cerințele de protecție a apei
2 Volumul apelor subterane 10 Saxonia Inferioară Agenția de Stat pentru Gestionarea Apelor, Protecția Coastelor și Conservarea Naturii Ems Weser Elba Modelul Saxoniei Inferioare și proiectul pilot pentru cultivarea culturilor energetice, exploatarea plantelor de biogaz și gestionarea digestatului în conformitate cu cerințele de protecție a apei
3 către dragul nostru coleg și prieten Hinrich Speckmann Noiembrie 2009 Weser Ems Editor: Saxonia Inferioară Agenția de Stat pentru Gestionarea Apelor, Protecția Coastelor și Conservarea Naturii Am Sportplatz Norden Acest raport a fost întocmit de: Asociația Inginerie pentru Agricultură și Mediu IGLU: Dr. agr. Christine von Buttlar Dipl. Ing. agr. Birgit Kräling Dipl. Geogr. Andreas Rode Dipl. Ing. Agr. Henning Mund NLWKN Biroul Aurich: Dipl. Ing. Andreas Roskam Ediția I: iunie 2010, 1000 de piese Referință: Oficiul de Stat din Saxonia Inferioară pentru managementul apei, coasta și conservarea naturii Am Sportplatz Norden Tipărit pe hârtie 100% reciclată
5 6.3.1 Site de testare în districtul Gifhorn WGG Eischott/Westerbeck Site de testare în districtul Hanovra WSG Fuhrberger Feld Site de testare în districtul Wittmund WSG Sandelermöns Relații între fertilizare, randament și N min folosind exemplul porumbului Randament specific de metan și evaluare economică Recomandări legate de situri Situri adânci, bine purtătoare de apă cu capacitate redusă de stocare a apei Evaluarea culturilor energetice și posibile măsuri de optimizare din perspectiva protecției apei Siloz de cereale întregi (GPS) Iarbă subțirată în cereale de iarnă Utilizarea ierbii arabile Utilizarea permanentă a pajiștilor Rezumatul rezultatelor Exemple de rotație a culturilor Optimizare în funcție de aspectele de protecție a apei Optimizarea rotației culturilor pentru locații ușoare Optimizarea rotației culturilor pentru locații bune Posibilități de promovare a metodelor de cultivare prietenoase apelor subterane Sumar și recomandări Surse Outlook
7 Tab. 32: Scurtă evaluare: cultivare mixtă de porumb-floarea-soarelui. 96 Tab. 33: Scurtă evaluare: iarba și sorgul bicolor din Sudan. 97 Tab. 34: Prezentare generală: măsuri de conservare a apei pentru cultivarea sorgului. 98 Tab. 35: Evaluare succintă: Utilizare în două culturi Tab. 36: Evaluare succintă: Silozuri întregi (GPS) Tab. 37: Evaluare succintă: Iarbă necunoscută în cerealele de iarnă Tab. 38: Evaluare succintă: Utilizarea ierbii arabile Tab.: Evaluarea performanței de protecție a apei pentru culturile energetice Tab. 41: Prezentare generală: Măsuri de optimizare și potențial pentru protecția apei Tab. 42: Exemplu de calcul pentru evaluarea performanței de protecție a apei pentru o rotație energetică a culturilor în locații luminoase
21 Fig. 4: Numărul de plante de biogaz, substraturi utilizate și inst. ieșirea electrică în districtele Saxoniei de Jos (sursa ML, 3N și anchete proprii începând cu 2008 și Cloppenburg și Friesland 2009, precum și calcule proprii) N/district] în Saxonia Inferioară (calcule proprii) 20
23 Fig. 6: Bazinele de captare a apei potabile din Saxonia Inferioară afectate de resurse regenerabile. Verde: suprafața necesară de cultivare, în funcție de producția plantei ca o rază în jurul fiecărei plante biogaz regenerabile, la 500 ha/mw el. Producție și rotație a culturilor pe trei ani. Verde deschis: raza de 6 km pentru cultivarea culturilor energetice și aplicarea digestatului în jurul BGA 22
25 Fig. 7: Raze pentru a acoperi nevoia de suprafață de cultivare a porumbului cu rotația tripartită a culturilor și amplasarea a trei zone de captare a apei În Fig. 7 este deja vizual clar că, în conformitate cu aceste ipoteze, proporții mari de teren arabil sunt supraimprimate în zonele de captare a apei potabile individuale. În zona de protecție a apei Sandelermöns z. B. aritmetic peste 50% din terenul arabil din zona de protecție a apei este afectat de cultivarea porumbului cu biogaz (Tab. 5). Tab. 5: Afectate aritmetic de cultivarea culturilor energetice în terenurile arabile din zonele de protecție a apei selectate WSG Suprafața arabilă totală în WSG Teren arabil cu culturi energetice în WSG cu rotație a culturilor de 3 ani [ha] [ha] [%] Sandelermöns% Harlingerland% Aurich-Egels% Pentru acoperirea Datorită cerințelor de spațiu ale plantelor de biogaz, ar fi necesar ca toate terenurile arabile din raioane să fie disponibile pentru cultivarea gheții de biogaz. Deoarece acest fapt nu va fi cazul în practică, se poate aștepta ca sistemele să continue difuzarea în zona înconjurătoare. Zonele de captare determinate ale plantelor de biogaz se suprapun, de asemenea, pe z. T. considerabil. Acesta este unul dintre motivele pentru care se poate presupune că traseele vor fi mai lungi și că efectele asupra zonelor de protecție a apei vor fi mai puternice 24
26 Concluzie privind planificarea cerințelor de teren: Exemplul prezentat arată clar că cultivarea culturilor energetice în zonele de protecție a apei ocupă deja o cantitate semnificativă de spațiu la nivel local și devine o direcție definitorie de utilizare. Suprafața necesară pentru degradarea culturilor energetice într-o instalație de biogaz nu poate fi calculată în ansamblu. Performanța plantelor, cota NawaRo din substrat, cota pădurilor, utilizările concurente din zona înconjurătoare și randamentul solului sunt alți factori importanți care joacă un rol în determinarea rutelor de transport. În exemplu, o instalație de biogaz de 1 MW are o rază de suprafață de cel puțin
29 3.3.2 Pierderea pajiștilor în Saxonia Inferioară pe district Următoarea Fig. 10 prezintă pierderea pajiștilor în Saxonia Inferioară între 1999 și 2007 la nivel de district. Evaluările din Fig. 11 arată nu numai declinul pajiștilor, ci și creșterea porumbului energetic la nivel de district. Devine clar că în județele cu pierderi mari de pajiști, de regulă, a fost adăugată și o proporție mare de suprafață energetică de porumb. Cultivarea energetică a porumbului contribuie, de asemenea, la consolidarea tendinței de arat pajiști. Faptul că o creștere statistică a pajiștilor nu trebuie întotdeauna să meargă mână în mână cu crearea de noi zone de pajiști este arătat în districtul Soltau-Fallingbostel, unde creșterea de 4.000 de hectare de pajiști a avut loc prin recodificarea fostelor zone de pășune. Prin urmare, suprafața reală de stivuire ar trebui setată mai sus. Fig. 10: Modificări ale proporției pășunilor între 1999 și 2007 în districtele Saxoniei Inferioare și localizarea bazinelor de apă (albastru) (bază de date: rapoarte de recoltare LSKN 2008, ilustrare proprie)
30 Schimbarea proporției de pășuni și teren arabil între 1999 și 2007 în [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 Grassland Silage Porumb Fig. 11: Schimbarea zonei de pajiști și a zonei de porumb de însilozare pe districtele din Saxonia Inferioară între 1997 și
33 Concluzia arăturii pajiștilor: Evitarea aratului pajiștilor cu levigarea azotului rezultată este o preocupare centrală a gestionării apei. Pierderea pajiștilor în Saxonia Inferioară între 1999 și 2007 s-a ridicat la aproximativ hectare; ce N lansare
36 Fig. 14: Localizarea zonelor de intrare și durata medie a debitului (zona nesaturată și apele subterane) către punctele de măsurare examinate, ca exemplu În pasul următor, informațiile de utilizare trebuie amestecate cu informațiile privind apele subterane. În mod ideal, acestea ar trebui colectate în zona de captare a punctelor de măsurare selectate. În cazul în care aceste informații nu sunt disponibile, datele din statisticile agricole și valorile empirice pot fi utilizate pentru o privire de ansamblu Efectele cultivării culturilor energetice asupra calității apei de scurgere Modificarea utilizării în districtul Cloppenburg a fost urmărită folosind statisticile agricole. Valorile medii N min din toamnă au fost derivate din datele colectate ca parte a proiectului M&P, iar calitatea apei de scurgere a fost calculată din aceasta (Tab. 9). De exemplu, cultivarea porumbului însilozat a scăzut inițial ușor până în 2003. Pentru aceasta, a fost cultivat mai mult porumb cu cereale pentru furaje. Creșterea puternică a cultivării porumbului însilozat din 2003 se datorează în principal utilizării biogazului (LSKN 2007). Cultivarea a fost extinsă în detrimentul cultivării porumbului, precum și a altor fructe și pășuni. Conform VTI 2009 (Nitsch și colab. 2009), cel mai frecvent fruct cultivat după arătarea pajiștilor este porumbul însilozat. 35
40 Fig. 15: Amplasarea și producția electrică a instalațiilor de biogaz înregistrate în prezent, precum și producția totală a instalației pe district (sursa: 3N, anchete proprii) Concluzie: baza de date a instalațiilor de biogaz: În prezent nu există baze de date uniforme privind instalațiile de biogaz care îndeplinesc cerințele industriei apei în Saxonia Inferioară, unde în special alocarea spațială și substraturile utilizate reprezintă puncte slabe. Baza de date creată cu datele disponibile în prezent poate continua să fie folosită ca bază pentru o înregistrare uniformă a instalațiilor de biogaz la nivel de stat. În prezent este încă incomplet și ar trebui finalizat treptat. De asemenea, ar trebui actualizat o dată pe an. Pe lângă stocarea datelor în baza de date, se recomandă conectarea la un sistem de informații geografice. 39
51 Tab. 15: Exemplu de fertilizare orientată spre protecția apei pentru porumb și aprovizionarea cu nutrienți a digestatului de 30 m 3 Exemplu: Fertilizare orientată spre protecția apei NP 2 O 5 K 2 O [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] Țintă de fertilizare Nmin 25 - intercrop 25 - fertilizare subsol (
1dt DAP) = cerință din digestat: nutrienți ai unei doze tipice de digestat de N (MDÄ P 2 O 5 K 2 O de 30 m³ 80%) [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] digestat 1. Digestatul Nawaro 2: Digestatul Nawaro 3: Nawaro + gunoi de grajd Reziduu de fermentație 4: Nawaro + gunoiul de grajd + digestat HTK 5: Cofrații + Nawaro + gunoi de grajd + HTK verde: doza de digestat ajustată; Portocaliu: reziduuri de fermentație prea mari Tab. 16: Exemplu de fertilizare țintă orientată pe valoare pentru aportul de porumb și nutrienți cu 30 m 3 digestat Exemplu: Fertilizare țintă orientată pe valoare NP 2 O 5 K 2 O [kg/ha] [kg/ha] [kg/ha] țintă fertilizare Nmin 25 - Prinde cultura 25 - fertilizare sub picioare (
13.300m³ digestat sunt aduși în zone. Nivelul individual al fermei: În 2007, ferma proiectului a cultivat o suprafață de 16 hectare de porumb și 5 hectare de cereale GPS pentru uzina de biogaz. Cantitatea totală de intrare de t a revenit în companie sub formă de digestat (880 m³). Datorită fermentării gunoiului de porc și a HTK, încărcăturile de nutrienți returnate pe hectar de suprafață cultivată cresc. În raport cu suprafața de cultivare NawaRo de 21 ha, 190 kg N/ha (cu 80% MDÄ) sau peste 42m³/ha digestat ar fi returnate. La fertilizare conform metodei valorii țintă sau conform protecției apelor subterane 51
57 Tab. 20: Plan de distribuție a digestiei (a) pentru un 740 kwel. Nivelul de umplere a instalației de biogaz, a depozitului de depozite cu conservarea apei (b) și obișnuit (c) distribuția digestatului (a) planul de distribuție a digestatului dacă nu se aplică aplicația de toamnă Cerința de substrat a instalației de biogaz:
t FM/producție substrat an după deducerea pierderilor (factor fugat):
t FM/an (de la 320 ha de suprafață de cultivare) conținut mediu de N în digestat 4,3% plan de distribuție a digestatului fără aplicare de toamnă Suprafață de fructe aplicare de digestat [m³/ha] cantitate totală [m³ per cultură] [ha] august-sept. Februarie-mai iunie-iulie august/sept. Februarie/martie aprilie/mai iunie/iul. Grâu de iarnă (piață) GPS secară Porumb de însilozat Floarea soarelui Cultură capturată Total 320 ha de culturi energetice (b) Nivelul anual de umplere și spațiul necesar de depozitare dacă nu se aplică cererea de toamnă
11 t N în primăvară) Aplicare elastică sensibilă din punct de vedere fiziologic. Reziduuri de digestie: aug sept sept oct nov dec ianuarie februarie apr mai mai iul iul Intrare totală în m³ debit în m³ sold în m³ nivel de umplere pentru x luni capacitate de depozitare: 6 luni 31% 47% 64% 81% 97% 114% 101% 87% 0% 17% 20% 36% 7 luni 26% 40% 55% 69% 83% 98% 86% 75% 0% 14% 17% 31% 8 luni 23% 35% 48% 60% 73% 85% 75% 65% 0% 12% 15% 27% (c) Variația anuală a nivelului de umplere și a spațiului de depozitare necesar, luând în considerare o aplicație de toamnă cerere timpurie pentru culturile de captură Aplicare de toamnă pentru cereale în perioade cu niveluri ridicate de pierdere. Dar: trebuie completat cu minerale. Cantități digerate: aug sept sept oct nov dec dec ianuarie mar apr mai mai iul iul Intrare totală în m³ Debit în m³ Sold în m³ Nivel de umplere pentru x luni de capacitate de depozitare: 6 luni 16% 2% 19% 35% 52% 69% 70% 72% 0% 2% 5% 21% Legendă: marchează momentele în care este depășită capacitatea de spațiu de stocare disponibilă marchează spațiul de stocare necesar 56
Au fost testate 62 de culturi noi, cum ar fi floarea-soarelui, porumb-floarea-soarelui în cultură mixtă și specii de sorg. Cultivarea a avut loc ca principală cultură cu și fără culturi de captură (secară verde, ierburi), precum și în mod exemplar în sistemul de utilizare a două culturi. În plus, reutilizarea suprafețelor arate a fost însoțită și au fost examinate diferite măsuri de cultivare a solului pentru a reduce N minul toamnei. Tab. 22: Informații cu privire la implementarea testului Întrebări despre test Măsură și implementare Control optimizat al îngrășămintelor: Scop: Evitarea N-urilor de suprafață Nivelul N favorabil apei subterane (
71 Cultivarea energetică a culturilor energetice și exploatarea plantelor de biogaz Porumb cu culturi subsămânțate: recoltele de săpun roșu timpuriu subsămânțate și însămânțarea largă ulterioară a raia nu au avut niciun impact negativ asupra randamentului materiei uscate. Bilanțul de N este la un nivel relativ similar pentru ambele variante de testare (
-75 kg N/ha) negativ. Datorită prelucrării solului și cultivării odată cu iernarea, efectul pozitiv așteptat al însămânțării în toamna Nmin nu a intrat în sine. Concluzie pentru amplasarea în districtul Osnabrück: Cu un nivel de fertilizare cu N de 165 kg N/ha pentru porumbul însilozat, randamentul optim este deja atins, iar valorile Nmin din toamnă sunt semnificativ reduse. În timpul verii, culturile subsemene devreme sunt recomandate pe termen lung fertilizate organic și pe locuri înclinate pentru a fixa azotul și a îmbunătăți navigabilitatea. Imaginea 11: LK Osnabrück, păiuș de iarbă coborât în porumb, 9/2007 Imaginea 12: LK Osnabrück, pățuș roșu coborât în porumb, 9/2007 Imaginea 13: Iarbă de coborât cu atașarea solului la minge de rădăcină 70
Randament mai mare de 73 DM/ha realizat comparativ cu nivelul scăzut de N (195 dt comparativ cu 176 DM/ha). N minul de toamnă ar putea fi redus cu 10 kg N/ha în nivelul redus de N (la 40 kg N min/ha), fertilizarea digestată a fost comparată cu o fertilizare pur minerală N. Fertilizarea reziduurilor de fermentație (30 m³ cu 69 kg N/ha) a avut loc imediat înainte ca porumbul să fie cultivat folosind un furtun de tragere. În etapa cu 4 frunze, a avut loc fertilizarea cu pur mineral N. La ambele variante de testare s-au adăugat încă 40 kg N/ha prin irigarea apelor uzate. Ambele variante de testare au obținut aceleași randamente ridicate de biomasă de 190 dt DM/ha. Datorită ploii cu apă de ploaie, nivelul valorilor N min din toamnă este ridicat în general. În comparație cu fertilizarea cu mineral N, reziduul de fermentație a condus la valori mai mari cu 25 kg N min/ha în N toamna în primul an. Pentru a consolida primele rezultate, este recomandabil să continuați seria de teste timp de câțiva ani. Cultivarea mixtă de porumb și floarea-soarelui: în cultivarea mixtă, s-ar putea atinge un nivel de randament de 143 dt DM/ha. Ponderea randamentului de floarea-soarelui a fost cu
Cu 112 dt DM/ha mai puțin decât cota de producție a porumbului (
12 dt/ha peste aceasta (Fig. 28). Dacă nu există irigații, o cantitate mare de N asigură potențialul de producție (diferențe maxime de randament), în timp ce culturile cu fertilizare redusă s-au prăbușit după o perioadă uscată. Pe aceste soluri slabe, sărace în apă și în nutrienți, activitatea microbiologică a solului este restricționată de lipsa apei, astfel încât nu sunt eliberați suficienți nutrienți. Cu toate acestea, dacă se utilizează irigarea, se poate observa că nivelurile reduse de N produc și randamente comparabile sau chiar mai bune (2009). În medie, de-a lungul anilor, toate cele trei înălțimi ale îngrășămintelor N au prezentat solduri N negative. 74
Cu 60% mai puțin NS) și un randament ridicat de 139 dt DM/ha fără irigare. GPS-ul cu cereale a permis un echilibru N aproape echilibrat și un N min scăzut în toamnă de 26 kg N/ha. Fig. 19: LK Hanovra, a doua recoltă de floarea-soarelui și sorg după cartofi noi cu irigare,