Kornertrag, Stickstoffparameter und Energieeffizienz von Körnermais bei unterschiedlichen mineralischen und organischen Düngestrategien mit 180 kg N/ha in einem Langzeitdüngungsversuch in der Steiermark

Der langjährige Düngungsversuch befindet sich in einer Gunstlage in der Steiermark, im Südosten Österreichs (A-8401 Kalsdorf bei Ilz im Feistritztal; Koordinaten: E: 15,953002, N: 47,092419) auf einem mittelschweren Pseudogley mit 28 % Sand, 55 % Schluff und 17 % Ton. Der Humusgehalt (Trockenverbrennung) liegt bei 2 %. Der Boden ist ausreichend mit Phosphor (Calcium-Acetat-Lactat), Kalium (Calcium-Acetat-Lactat) und Magnesium (Methode Schachtschabel) versorgt: 53 mg P/kg, 177 mg K/kg, 89 mg Mg/kg. Der Standort ist durch das illyrische Klima geprägt. Als Übergangsklima zwischen dem alpinen, pannonischen und mediterranen Klima zeichnet es sich durch hohe Niederschläge, eine hohe Sonnenstundenzahl sowie eine häufig hohe Luftfeuchtigkeit aus. Die Mittelwerte der monatlichen Temperaturen und Niederschläge der Versuchsjahre und deren Abweichung in den einzelnen Versuchsjahren finden sich in Moitzi et al. (2026).

Der Stickstoffdüngungsversuch wurde 2010 in einer generalisierten Gitteranlage mit 10 Versuchsvarianten (Kontrolle, sieben mineralische Düngungsvarianten mit 180 kg N/ha und zwei Varianten mit Biogasgülle mit 180 kg N/ha, Tabelle 1) mit je vier Wiederholungen in sieben unvollständigen Blöcken angelegt. Die Netto-Parzellengröße beträgt 12,6 m² (9 m × 1,4 m). Die einzelnen Düngungsvarianten variieren hinsichtlich Düngerart (Kalkammonsalpeter (KAS): 27 % N, Harnstoff (UREA): 46 % N, ENTEC® 26 (ENTEC): 26 % N, Linzer STAR (LS): 15 % N, 6,6 % P, 12,5 % K, Biogasgülle von einem Schweinemastbetrieb) und Ausbringzeitpunkt (April zur Aussaat (mineralische Varianten) bzw. vor der Aussaat (Biogasgülle), Anfang Mai (EC 12), Ende Mai/Anfang Juni (EC 18). Nähere Informationen zu den mineralischen Düngemitteln finden sich in Moitzi et al.(2026).

Zwei Düngungsvarianten mit einer Biogasgülle wurden zum Vergleich zu den mineralischen 180 kg N/ha Varianten verwendet: eine einmalige Applikation der Biogasgülle vor der Aussaat (180 kg Njw/ha) und eine zweimalige Applikation der Biogasgülle (100 kg Njw/ha vor der Aussaat und 80 kg Njw/ha Ende Mai). Der feldfallende Stickstoff (Nff ) der Biogasgülle wurde mit 87 % vom Gesamtstickstoff laut chemischer Analyse berechnet. Für die applizierte Biogasgülle-N-Menge wurde eine 80-prozentige Jahreswirkung (= jahreswirksamer Stickstoff der Biogasgülle, Njw) von Nff angesetzt. Die Ausbringung der Biogasgülle erfolgte vor der Aussaat mit Prallteller und Ende Mai mit einem Schleppschlauchverteiler.

Mais wurde in den Versuchsjahren zwischen 2011 und 2022, mit Ausnahme der Jahre 2017 und 2019 aufgrund des Befalls der jungen Maispflanzen mit den Larven des Maiswurzelbohrers (Diabrotica virgifera LeConte), zehnmal als Monokultur angebaut. Nähere Informationen zu Bodenbearbeitung, Saatbettbereitung, Anbau, Sorten, Pflanzenschutz, Ernte und Bestimmung des N-Gehaltes der Körner finden sich in Moitzi et al. (2026).

Die Formeln für die Berechnungen der Kennzahlen für N-Entzug und N-Bilanz (Biernat et al. 2020) und die Energieeffizienz (Hülsbergen et al., 2001; Alluvione et al., 2011) sind in der Tabelle 2 dargestellt. Der Energieoutput im Kornertrag beschreibt die photosynthetische Bindung der Solarstrahlung in der Biomasse. Da der Energieeinsatz für die menschliche Arbeit im Vergleich zu den anderen Energiekomponenten gering ist, wird dieser nicht berücksichtigt (Alluvione et al., 2011; Fluck, 1992).

Auf Basis von Richtwerten (Österreichisches Kuratorium für Landtechnik und Landentwicklung, 2025; KTBL-Feldarbeitsrechner, 2025) und den durchgeführten Feldarbeitsgängen mit einer ortsüblichen Mechanisierung wurde der Kraftstoffbedarf bestimmt (Tabelle 3). Die aufgewendeten Mengen an Betriebsmitteln (Kraftstoff, Strom, Mineraldünger, Herbizide und Saatgut) für das Produktionssystem Körnermais wurden mit den Energieäquivalenten (Tabelle 4) multipliziert. Für die Trocknung der erntefeuchten Körner auf 14 % Kornfeuchte in einem Durchlauftrockner wurde ein spezifischer Heizölverbrauch von 0,11 l/kg Wasserentzug und ein Stromverbrauch von 0,03 kWh/kg Wasserentzug herangezogen (Rossrucker, 1977).

Für die statistische Auswertung wurde IBM® SPSS® Statistics 24 verwendet. Die Voraussetzungen für die Varianzanalyse (ANOVA) wurden mit dem Levene-Test auf Homogenität der Varianzen und dem Shapiro-Wilk-Test auf Normalverteilung der Residuen überprüft. Die Effekte von Düngung (D) und Jahr (J) auf die abhängigen Variablen (Kornertrag, N-Parameter und Energieeffizienzindikatoren) wurden mittels zweifaktoriellen ANOVA-Tests berechnet. Mehrfachvergleiche zur Trennung der Mittelwerte wurden mit dem Student-Newman-Keuls-Verfahren (p < 0,05) durchgeführt. Da der N-Gehalt nicht für jede Ernteprobe analysiert wurde, sondern nur in einer Mischprobe aus den vier Wiederholungen, konnte keine zweifaktorielle ANOVA durchgeführt werden. Für den N-Gehalt wurde somit für den Faktor Düngungsvariante und für den Faktor Versuchsjahr je eine einfaktorielle ANOVA berechnet.

Der Kornertrag lag im Mittel über alle Düngungsvarianten und Jahre bei 13,44 t/ha, Die Kornerträge schwankten im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren zwischen 10,56 t/ha (2013) und 15,40 t/ha (2011). Der mittlere Kornertrag der beiden Biogasgülledüngungsvarianten war um 5,94 t/ha (+95 %) höher als jener der Kontrolle (mit 6,27 t/ha). Die höchsten Kornerträge wurden mit Mineraldünger erzielt, gefolgt von Biogasgülle. Der mittlere Kornertrag aller mineralischen Düngungsvarianten betrug 14,81 t/ha und war um 2,60 t/ha (+21 %) höher als der mittlere Kornertrag der beiden Biogasgülledüngungsvarianten mit 12,21 t/ha und um 8,51 t/ha (+136 %) höher als der Kornertrag der Kontrolle. Beim Kornertrag der mine-ralischen Düngungsvarianten gab es keine statistisch signifikanten Unterschiede. Innerhalb der Biogasgülledüngungsvarianten führte die zweimalige Applikation im Vergleich zur einmaligen Applikation zu einem um 0,82 t/ha (+7 %) höheren Kornertrag (Tabelle 5).

Die Mittelwerte über alle Düngungsvarianten und Jahre waren: 1) N-Gehalt des Kornes: 1,18 %, 2) N-Entzug 137,8 kg/ha und 3) N-Bilanz: +23,2 kg/ha (Tabelle 5).

Die N-Gehalte des Kornes schwankten im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren von 1,11 % (2013) bis 1,30 % (2022). Die N-Gehalte waren in den mineralisch gedüngten Varianten im Mittel um +10 % höher als in jenen mit Biogasgülle gedüngten und um +14 % höher als in der Kontrolle. Der N-Gehalt in den mineralischen Düngungsvarianten unterschied sich nicht. Eine zweimalige Applikation von Biogasgülle führte zu einem höheren N-Gehalt als in der Kontrolle, eine einmalige Applikation jedoch nicht (Tabelle 5).

Der N-Entzug mittels des Kornertrages schwankte im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren zwischen 100,4 kg N/ha (2013) und 166,7 kg N/ha (2011). Den geringsten N-Entzug hatte die Kontrolle mit 57,1 kg N/ha. Der mittlere N-Entzug der beiden Biogasgülledüngungsvarianten war mit 116,6 kg N/ha signifikant höher (+38,9 kg N/ha, +104 %) als jener der Kontrolle. Der mittlere N-Entzug aller mineralischen Düngungsvarianten betrug 155,5 kg N/ha und war um 98,4 kg N/ha (+172 %) höher als jener der Kontrolle und um 38,9 kg N/ha (+33 %) höher als jener der Biogasgüllevarianten. Innerhalb der mineralischen Düngungsvarianten zeigten die Variante „UREA: 180 kg N/ha zur Aussaat“ mit 158,8 kg N/ha (+101,7 kg/ha bzw. +178 % gegenüber Kontrolle) den höchsten N-Entzug. Der N-Entzug unterschied sich nicht zwischen den beiden Biogasgüllevarianten (Tabelle 5).

Der N-Entzug der mineralisch gedüngten Varianten unterschied sich in acht der zehn Jahre nicht voneinander. Im Jahr 2021 war der N-Entzug in der Variante „ UREA: 180 kg N/ha zur Aussaat“ und im Jahr 2022 in den Varianten „KAS: 180 kg N/ha zur Aussaat“ und „ENTEC: 180 kg N/ha zur Aussaat“ höher als in den anderen mineralisch gedüngten Varianten. Die zweimalige Applikation von Biogasgülle führte im Vergleich zur einmaligen Applikation in drei Jahren zu einem höheren N-Entzug (2011, 2012 und 2018) und in einem Jahr zu einem niedrigeren N-Entzug (2021), während sich in den weiteren sechs Jahren die Varianten nicht unterschieden (Tabelle 6).

Die N-Bilanz schwankte im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren von −5,8 kg N/ha (2011) bis 60,6 kg N/ha (2013), sie war nur im Jahr 2011 negativ, in allen weiteren neun Jahren positiv. Die N-Bilanz war im Mittel über alle Jahre in der Kontrolle mit −57,1 kg N/ha negativ, die NBilanzen lagen bei den mineralischen Düngungsvarianten zwischen 21,2 und 29,4 kg N/ha (im Durchschnitt: 24,6 kg N/ha) und waren signifikant geringer als in den beiden Biogasgülledüngungsvariante mit 69,1 (einmalige Applikation) und 47,7 kg N/ha (zweimalige Applikation) (Tabelle 5).

Die N-Bilanz der mineralisch gedüngten Varianten unterschied sich in fünf der zehn Jahre nicht voneinander. In den Jahren 2012, 2013, 2015, 2020 und 2022 wiesen einzelne oder mehrere Varianten höhere bzw. niedrigere N-Bilanzen als die anderen auf, wobei kein Trend über die Jahre erkennbar war. Die zweimalige Applikation von Biogasgülle führte im Vergleich zur einmaligen Applikation in vier der zehn Jahren zu einer niedrigeren N-Bilanz (2011, 2012, 2013 und 2018), während sich in den weiteren sechs Jahren die Varianten nicht unterschieden (Tabelle 7).

Ein negativer Zusammenhang zwischen Kornertrag und N-Bilanz konnte in allen Düngungsvarianten und in der Kontrolle festgestellt werden. Eine ausgeglichene N-Bilanz in den Düngungsvarianten würde theoretisch bei einem Kornertrag von 19,30 t/ha erreicht werden (Abbildung 1).

Abbildung 1.

N-Bilanz in Abhängigkeit vom Kornertrag in der Kontrolle und den Düngungsvarianten (10 Jahre: 2011–2016, 2018, 2020–2022)

Figure 1. N-balance in dependance of grain maize yield in the control and fertilization treatments (10 years: 2011–2016, 2018, 2020–2022)

Die Mittelwerte des Energieinputs über alle Düngungsvarianten und Jahre waren: 1) direkter Energieinput: 16,3 GJ/ha, 2) indirekter Energieinput: 11,3 GJ/ha und 3) gesamter Energieinput: 27,6 GJ/ha. Die zweifache Varianzanalyse zeigte einen signifikanten Haupteffekt der Düngung auf den indirekten Energieinput und eine Interaktion von D × J für den direkten und gesamten Energieinput (Tabelle 5). Der direkte Energieinput lag im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren zwischen 11,2 GJ/ha (2018) und 20,5 GJ/ha (2020). Der direkte Energieinput war in den mineralisch gedüngten Varianten im Mittel mit 1,8 GJ/ha um +11 % höher als in jenen mit Biogasgülle gedüngten und mit 3,3 GJ/ha um +27 % höher als in der Kontrolle (mit 12,1 GJ/ha) (Tabelle 5). Der direkte Energieinput war in allen Jahren in der Kontrolle am niedrigsten, mit Ausnahme der einmaligen Applikation von Biogasgülle, die im Jahr 2012 auch einen niedrigen Wert aufwies. In drei Jahren (2011, 2013 und 2016) unterschied sich der direkte Energieinput nicht zwischen den Düngungsvarianten. Einzelne mineralische Düngungsvarianten hatten in einigen Jahren höhere Werte als andere Varianten, insbesondere jene mit Biogas gedüngte Varianten. Der direkte Energieinput unterschied sich in keinem Jahr zwischen der einmaligen und zweimaligen Biogasgülleapplikation (Tabelle 8). Der indirekter Energieinput lag im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren zwischen 11,2 GJ/ha (2013) und 11,5 GJ/ha (2011 und 2018). Der indirekter Energieinput war in den mineralisch gedüngten Varianten im Mittel mit 13,6 GJ/ha um +152 % höher als in jenen mit Biogasgülle gedüngten und mit 6,7 GJ/ha um +97 % höher als in der Kontrolle (mit 6,9 GJ/ha).

Der gesamte Energieinput lag im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren zwischen 22,8 GJ/ha (2018) und 31,7 GJ/ha (2020). Der gesamte Energieinput war in den mineralisch gedüngten Varianten im Mittel mit 30,7 GJ/ha um +48 % höher als in jenen mit Biogasgülle gedüngten und mit 11,7 GJ/ha um +62 % höher als in der Kontrolle (mit 19,0 GJ/ha) (Tabelle 5).

Er war in allen Jahren in der Kontrolle sowie in den Jahren 2012, 2013, 2016 und 2022 in beiden mit Biogas gedüngten Varianten und im Jahr 2018 in der einfach mit Biogasgülle gedüngten Variante am niedrigsten. In sieben der zehn Jahren hatten Varianten mit ENTEC, UREA und KAS bzw. UREA teilweise einen höheren gesamten Energieinput als Varianten mit KAS bzw. LS und KAS. Die Applikation von Biogasgülle führte in allen Jahren zu einem geringeren gesamten Energieinput als die mineralisch gedüngten Varianten. Die zweimalige Applikation von Biogasgülle führte im Vergleich zur einmaligen Applikation nur im Jahr 2017 zu einem höheren gesamten Energieinput (Tabelle 9).

Der mittlere gesamte jährliche Energieinput ist bei den Biogasgüllevarianten um 1,6 GJ/ha (+ 8 %) und bei der mineralischen Düngungsvarianten mit 180 kg N/ha um 11,7 GJ/ha (+ 62 %) höher als in der Kontrolle (Abbildung 2). Dieser teilt sich in den direkten Energieinput und indirekten Energieinput (in %:%) wie folgt auf: 1) Kontrolle: 64:36, 2) mineralischen Düngungsvarianten 180 kg N/ha: 56:44, 3) Biogasgülle: 74:26.

Abbildung 2.

Zusammensetzung des jährlichen Energieinputs in der ungedüngten Kontrolle und Düngungsvarianten mit 180 kg N/ha im Produktionssystem Körnermais (10 Jahre: 2011–2016, 2018, 2020–2022)

Figure 2. Composition for the yearly energy input in the unfertilized control and in the fertilization treatments with 180 kg N/ha in the production system grain maize (10 years: 2011–2016, 2018, 2020–2022)

Denn größten Anteil am gesamten Energieinput nimmt die Trocknungsenergie (Heizöl und Strom) ein: 1) Kontrolle: 39 %, 2) mineralischen Düngungsvarianten: 40 % und 3) Biogasgüllevarianten: 47 %. Der Anteil des Energieinputs über die mineralische Düngung mit 180 kg N/ha am Gesamtenergieinput beträgt 21 %. Der Energieinput über das Saatgut beträgt 16 % in der Kontrolle, 10 % bei den mineralischen Düngungsvarianten und 15 % bei den Biogasgüllevarianten. Der Energieinput über die Landmaschinen beträgt 10 % in der Kontrolle, 6 % bei den mineralischen Düngungsvarianten und 10 % bei den Biogasgüllevarianten. Der Energieinput über die PK-Düngung hat einen Anteil von 8 % (Kontrolle) und 6 % (mineralische Düngungsvarianten). Den geringsten Anteil am gesamten Energieinput nimmt der chemische Pflanzenschutz mit weniger als 1,5 % ein (Abbildung 2).

Die mittlere Kornfeuchte bei der Ernte über alle Jahre und Versuchsvarianten betrug 27,3 % bei einer Variation von 18,1 % bis 39,8 % (Daten nicht gezeigt). Der Wasserentzug auf 14 % Kornfeuchte bedarf technischer Trocknungsenergie. Der mittlere Wasserentzug bei der Körnermaistrocknung betrug 2500 kg/ha bei einer Spannweite von mindestens 469 kg/ha bis maximal 4376 kg/ha. Der Heizölbedarf in einem Durchlauftrockner für die Trocknung auf eine Kornfeuchte von 14 % steigt linear mit der Erntefeuchte. Für die Trocknung von durchschnittlich 16,22 t/ha Nassmais (Durchschnittsertrag über alle Versuchsjahre bei einer Düngermenge von 180 kg N/ha) mit einer mittleren Feuchte von 27,3 % auf 14 % ist eine Heizölmenge von 275 l/ha notwendig. Der Heizölbedarf nimmt um 128 ml/100 kg Nassmais zu, wenn die Kornfeuchte um 1 % bei der Ernte höher ist (Abbildung 3).

Abbildung 3.

Heizölbedarf (l/100 kg Nassmais) bei der Maistrocknung auf 14 % Kornfeuchte in einem Durchlauftrockner bei unterschiedlicher Kornfeuchte bei der Ernte

Figure 3. Heating oil requirement (l/100 kg wet maize) for drying of wet grain maize to 14% grain moisture in a continuous flow dryer at different grain moisture content at harvest

Die Mittelwerte der Energieeffizienzparameter über alle Düngungsvarianten und Jahre waren: 1) Energieoutput (EO): 219,0 GJ/ha, Nettoenergieoutput (NEO): 191,9 GJ/ha, Energienutzungseffizienz (ENE): 8,06 GJ/GJ und Energieintensität (EI): 2,13 MJ/kg. Die zweifache Varianzanalyse zeigte signifikante Haupteffekte für den EO und NEO und eine Interaktion von D × J für die ENE und die EI (Tabelle 5). Der EO schwankte im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren von 169,4 GJ/ha (2013) bis 251,4 GJ/ha (2011). Der EO war in den mineralischen Düngungsvarianten, zwischen den es keine statistisch signifikanten Unterschiede gab, am höchsten. Der mittlere EO aller mineralischen Düngungsvarianten betrug 241,4 GJ/ha und war signifikant höher (+42,4 GJ/ha; +21 %) als der mittlere EO der beiden Biogasgülledüngungsvarianten mit 199,1 GJ/ha und der Kontrolle (+139,2 GJ/ha; +136 %). Innerhalb der Biogasgülledüngungsvarianten führte die zweimalige Applikation im Vergleich zur einmaligen Applikation zu einem um 13,3 GJ/ha (+7 %) höheren EO (Tabelle 5).

Der NEO schwankte im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren von 141,1 GJ/ha (2013) bis 224,7 GJ/ha (2018). Der NEO war in der Kontrolle am niedrigsten und in den mineralisch gedüngten Varianten am höchsten, wobei es keine Unterschiede in der NEO zwischen den mineralisch gedüngten Varianten gab. Die NEO war in den Varianten mit Biogasgülle niedriger als in den mineralisch gedüngten Varianten. Im Vergleich zur Kontrolle war die NEO der mineralisch gedüngten Varianten im Mittel um +126,5 GJ/ha (+150 %) und der Biogasgülle mit einmaliger Applikation um +87,6 GJ/ha (+104 %) und mit zweimaliger Applikation um +100,6 GJ/ha (+120 %) höher. Eine zweimalige Applikation von Biogasgülle führte im Vergleich zur einmaligen Applikation zu einer um +13,0 GJ/ha (+8 %) höheren NEO (Tabelle 5).

Die ENE schwankte im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren von 5,89 GJ/GJ (2013) bis 11,00 GJ/GJ (2018). Die ENE war im Mittel aller Jahre in der Kontrolle am niedrigsten, gefolgt von den mineralisch gedüngten Varianten und dann jenen mit Biogasgülle gedüngten Varianten. Im Vergleich zur Kontrolle war die ENE der drei mineralisch mit KAS gedüngten Varianten um +2,52 GJ/GJ (+45 %) höher, die mit ENTEC gedüngte um +2,17 GJ/GJ (+38 %) höher, die mit UREA gedüngte um +1,93 (+34 %) höher und jene der mit Biogasgülle gedüngten Varianten um +4,07 GJ/GJ (+72 %) höher. Eine zweimalige Applikation von Biogasgülle führte im Vergleich zur einmaligen Applikation zu einer um +0,48 GJ/GJ (+5 %) höheren ENE (Tabelle 5). Die mineralisch gedüngten Varianten unterschieden sich in keinem Jahr voneinander. Die UREA und KAS und die UREA gedüngten Varianten unterschieden sich im Jahr 2018 nicht von der Kontrolle. Die zweimalige Applikation von Biogasgülle führte im Vergleich zur einmaligen Applikation nur in einem der zehn Jahre (2012) zu einer höheren ENE (Tabelle 10).

Die EI schwankte im Mittel aller Varianten zwischen den einzelnen Jahren von 1,56 MJ/ha (2018) bis 2,89 MJ/ha (2013). Die EI war im Mittel aller Jahre in der Kontrolle am höchsten, gefolgt von den mineralischen Düngungsvarianten (−0,98 MJ/kg, −32 %) und den mit Biogasgülle gedüngten Varianten (−1,32 MJ/kg, −43 %). Im Mittel aller Jahre war die EI bei einmaliger Applikation von Biogasgülle höher als bei zweimaliger Applikation (+0,10 MJ/kg, +6 %) (Tabelle 5). Die EI war in allen Jahren in der Kontrolle am höchsten. In sechs der zehn Jahre war die EI den mineralisch gedüngten Varianten höher als in den mit Biogas gedüngten Varianten, in zwei Jahren gab es keine signifikanten Unterschiede (Tabelle 11).