Emissionen entlang der Prozesskette Futterbau und Milcherzeugung

Dachverband Agrarforschung, Berlin 25./26.10.2016
Emissionen entlang der Prozesskette
Futterbau und Milcherzeugung
Friedhelm Taube
Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung
Christian-Albrechts-Universität Kiel
Dachverband Agrarforschung, Berlin 25./26.10.2016
Inhalt:
• Problembeschreibung
• Zwei Lösungsansätze:
• Komplex 1: Diversifizierung Milchproduktionssysteme
• Komplex 2: Moornutzung
• Fazit
Flächenbedarf Futtererzeugung Europa
Flächenbedarf Futterproduktion EU-27
(Lesschen et al., 2011)
 72% der LF für Futterproduktion
 Datenbasis: 2003-2005
Stickstoffnutzungseffzienz:
Von 100 kg Mineral-N-Düngereinsatz
im Pflanzenbau finden sich im Endprodukt…
Weizen/Gras/Mais
70 - 75%
Milch:
15 - 25%
Mast-Hähnchen:
35 - 45%
NUE Landwirtschaft D:
< 50%
Räumliche Verteilung der Tierhaltung in Deutschland;
Veränderungen seit 2000
Die räumlichen Konzentrationsprozesse in der Tierhaltung haben deutlich
zugenommen und werden durch
zusätzliche Biogaserzeugung in diesen Regionen noch verstärkt
III. N- Bilanzen für Deutschland, 1991 - 2014
N-Effizienz:
Deutlich < 50%
Wo verbleibt der jährliche N-Überschuss? Speicher Boden?
Pfade N-Überschüsse Landwirtschaft Norddeutschland
Kalkulation aus verschiedenen Literaturquellen
(die einzelnen Verlustpfade unterliegen großer standörtlicher Variation und Unsicherheiten)
Lit. u.a.: Wachendorf et al., 2004; Lampe et al., 2006; Rotz et al., 2005; Kelm et al., 2007, Svoboda et al., 2013;
Dittert et al., 2005; Quackernack et al., 2014; Herrmann et al., 2015)
N-Überschuss (kg/ha)
+ 100
N-Verluste Sickerwasser (NO3;NH4; DON)
N-Verluste über Ammoniakemissionen
(NH3)
N- Verluste über Lachgas (N2O) bzw. NOx
N- Verluste über Denitrifikation zu N2
N- Speicherung Böden netto
__________________________________
Saldo:
- 37
- 30
- 8
- 20
- 5
_____
0
Flächenbilanz-Salden 2010 nach DüV 2006
N-Flächenbilanz-Salden
(Gute fachliche Praxis der Düngung: < 60 kg N/ha bzw . bei gut versorgten Böden
<20 kg/ha Phosphat)
Nordfriesland
SH: 80 kg
N/ha
Nordfriesland
SchleswigFlensburg
107 98
76
61
(kg N/ha)
< 50
50-60
60-65
> 65
58
61
N-Flächenbilanz-Salden
2010 (nach DüV, 2006)
-3
Rendsburg-Plön
Dithmarschen Eckernförde
52
86
76
11
Ostholstein
Steinburg
Segeberg
StorPinnemarn
berg
Herzogtum
Lauenburg
65
SchleswigFlensburg
24 26
Rendsburg-Plön
DithEckernförde
marschen
90
SH: 12 kg P2O5
/ha
<5
15
5-20
> 20
(kg P2O5 / ha)
Ostholstein
-8
15
Steinburg
Segeberg
StorPinnemarn
berg
Herzogtum
Lauenburg
15
11
1
-2
Flächenbilanz-Salden Phosphat
Taube et al., 2015
2010 (nach DüV, 2006)
In den Viehhaltungsregionen in NRW, NDS und S-H wird die gfP der
Düngung großflächig nicht eingehalten (N., P-Salden)
Politik- und Kontrollversagen auch auf Länderebene
…warum Salden in Abhängigkeit org. Düngung?
Novellierte DüV:
‚Stoffstrombilanz brutto‘ notwendig, um N/P-Flüsse zu erfassen –
nur so kann die geringere NUE aus Tierhaltung seriös bewertet werden,
Grenzwerte für N dann bei maximal + 120 kg N/ha
140
Brutto-N-Saldo (kg/ha)
120
100
80
60
40
20
0
Taube, 2016
0
10
50
90
120
170
organischer N-Dünger (kg/ha)
Max. Salden gfP am Anteil des Einsatzes organischer Dünger ausrichten
Was ist zu tun…?
Was müssen Lösungsansätze im Sinne einer ökologischen
Intensivierung leisten?
Win-win Lösungen im Sinne verschiedener
Ökosystemdienstleistungen
(Milch, Wasserschutz, Klimaschutz, Biodiversität)
Forschungsansätze in zwei Problemkomplexen…
Komplex I:
Diversifizierung Milchproduktionssysteme?
Pfadabhängigkeiten/ trade off‘s Milcherzeugungssysteme D:
Paradigma: Maximierung Einzeltierleistung !
< Energie/Eiweißkonzentrate< Mais<Grünlandumbruch< keine
Weidenutzung<Degradierung Bestände…;
< Lebensleistung/Fitness/Tierwohl Milchkühe…,
Infrastruktur Beratung Grünland/ Weide?
• Komplementäres Paradigma:
Maximierung Milch aus Gras zu minimalen Kosten?
< Blockabkalbung< leichte Milchviehrasse<Maximierung Weidetage <
< kaum Einsatz von Konzentratfutter < Reduktion Nährstoffüberschüsse
< mixed farming < Weide auch vom Acker? Agrobiodiversität
Climate smart agriculture: Der globale Kontext:
“Eiweißlücke” > LUC Südamerika > Soja
Consumption and production of protein feeds in
Germany (2006-2010)
Crude protein (in thsd tonnes)
4000
3000
Gap
Other proteins
Other grain legumes
Other oilseed meals
Rapeseed
Soya
2000
1000
0
Consumption
Production
(Stockinger & Schätzl, 2012)
“Virtueller Sojaflächenimport” Deutschland: 3,6 Mio. ha (v. Witzke, 2011)
LUC Savanne > Soja: 3,8 kg CO2eq je kg Soja
(FAO, 2011)
Development of agriculture in Cerrado/Brazil
original
1960
1970
Brasilien: ~ 70 % der Flächenausdehnung Soja Increase of soybean area in
Cerrado: 10 Mio. ha
auf ehemaligen Savanne-Flächen
(1970 – 2000) Fearnside, 2001
1980
1997
Undisturbed Cerrado
Other land cover
I Systemvergleich Milcherzeugung-Hügelland:
High input Stall versus low input Weide
A. High Input
B. Low Input
• Milk (kg/cow/yr): 11.000
• Milk (kg/cow/yr): 6.000
• Indoor year-round
• Pasturing >9 month
• Forage: silage (grass, maize)
• Forage: grass-clover
• Concentrates:
>3.000 kg/cow/yr
• Concentrates:
<250 kg/cow/yr
32%
22%
20%
14%
12%
soybean meal
rapeseed meal
grain
molasses
others
• Stocking rate: 2.1 LU/ha
70% maize
30% lupines
• Stocking rate: 1.4 LU/ha
B
A
Kiel
Eastern Uplands
Geest (moraines)
Lower Geest
Marsh
Experimental locations
Dunes
Case study farms
Schönbach et al., 2012
3. Material & Methods
LCA
• GHG fluxes:
– closed-chamber method (+ EC)
– Year-round
– Weekly (daily after fertilization/manuring
events)
• Leaching
– Ceramic suction cup method
– During leaching periods
– Weekly
• Soil
– Sampling depth: 0-10 cm and 10-20 cm
– Sampling frequency: weekly
• Biomass
– Dry matter yield and productivity >> LCA
4.
Results
Effect
of system
boundary on
theMilch
PCF milk
THG-Emissionen
je kg
(beforeganzjährige
allocation)
Stallhaltung versus Vollweide
1.4
kg CO2eq/kg ECM
1.2
confinement system
pasture system
1.0
LUC
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Scenario A
Scenario B
Scenario C
C
sequestration
Boden-C
Futterbau: forage area: ―
― ―


Landnutzungsänderungen
(LUC):
Land
use change (LUC):
― ―
――

―
Taube et al., 2013
4. Results
“Globaler Flächenbedarf” zur Milcherzeugung
Anfall Norg kg/ha:
180 110
1,4
1,0
0,8
Imported land
from external
feed production
1,5
1,0
0,6
0,4
m²/kg ECM
kg CO2eq/kg ECM
1,2
2,0
confinement system
pasture system
0,5
0,2
0,0
0,0
A
B
C
C sequestration forage area:
―


Land use change (LUC):
―
―

Land use
Taube et al., 2013
4. Results
“Globaler Flächenbedarf” zur Milcherzeugung
Anfall Norg kg/ha:
180 110
1,4
1,0
0,8
Imported land
from external
feed production
1,5
1,0
0,6
0,4
m²/kg ECM
kg CO2eq/kg ECM
1,2
2,0
confinement system
pasture system
0,5
0,2
0,0
0,0
A
B
C
Land use
Fazit: “Globaler Flächenbedarf”―je kg ECM
in beiden
Systemen ähnlich,


Konzepte zur Diversifizierung Futter-/
Milchproduktionssysteme
geboten
Land use change (LUC):
―
―

C sequestration forage area:
Taube et al., 2013
“Öko-effiziente Weidemilcherzeugung” Lindhof
Projekt der Kieler Gruppe
seit 2016
Ziel:
Maximierung Milchleistung aus Weidefutter
Weide auf Dauergrünland und Ackerkleegras
Weideperiode von Februar – Dezember
Blockabkalbung Februar/März > Jersey x …
Multi-species mixtures im Ackerfutterbau >
Steigerung NUE durch sekundäre Inhaltsstoffe
Win-win-win Optionen:
Milch – NUE – Diversität…
Komplex 2: Moor - THG Landwirtschaft in D
Freibauer 2015, nach German NIR 2013
Komplex 2: Moor - THG Landwirtschaft in D
Fazit:
Freibauer 2015, nach German NIR 2013
Der zentrale Treiber der THG-Emissionen aus der Landwirtschaft ist die
Moornutzung bei sehr unterschiedlichen Nutzungskosten. Soll sich der
Sektor an der ‚Dekarbonisierung der Gesellschaft‘ beteiligen, wird es
anspruchsvoll… - wie mit den Mooren verfahren? Klima? Milch? FFH?
Entwässerte Moore: ‚hot spots‘ THG-Emissionen
Landwirtschaftlich genutzte Moore:
 5 % der LN
 50 % der THG-Emissionen aus
landwirtschaftlicher Bodennutzung
 4.4 % der gesamten deutschen THGEmissionen
• Hochleistungsstandorte der
Milcherzeugung in NW-Deutschland
 Hohe Flächennutzungskosten
 Extensivierung teuer
RÖDER et al., 2011; UBA, 2014
win-win Lösungen in entwässerten Mooren?
Eider-Treene-Sorge-Niederung (S-H)
Jahresdurchschnittstemperatur: 8.7 °C
Jahresniederschlagssumme: 861 mm
(1981 – 2010, DWD-Station Erfde)
Brache
(wiedervernässt)
Grünland „nass“
(intensiv genutzt)
Grünland „feucht“
(intensiv genutzt)
Ackerfutterbau
Klimawirksamkeit der Landnutzungen
-34 %
Cimport – CExport
CO2
N 2O
CH4
Brache
GL
GL
Acker
„nass“ „feucht“
Poyda et al., 2016
Mittleres globales Erwärmungspotential (GWP) der vier Beobachtungsflächen im Mittel über zwei
Jahre (April 2012 – März 2014). Unterschiedliche Großbuchstaben kennzeichnen
signifikante Unterschiede zwischen den Flächen (p < 0.05).
Nicht die Landnutzungsform (Grünland/Mais) determiniert GWP,
sondern allein der Grundwasserstand!
Produktivität der Landnutzungen Moor
90
GJ NEL ha-1 a-1
80
-19 %
70
A
A
72.5
67.8
A
60
50
40
30
20
10
58.7
0
Brache
GL "nass" GL "feucht"
Poyda et al., 2016
Acker
Mittlere Energieerträge (Nettoenergie Laktation, NEL) der vier Beobachtungsflächen
im Mittel der Jahre 2012 und 2013. Unterschiedliche Großbuchstaben kennzeichnen
signifikante Unterschiede zwischen den Flächen (p < 0.05).
Auch bei hohem Wasserstand hohe Leistungen vom Grünland!
Aber hoher Managementaufwand!
Fazit: Mosaikstrukturen in der Moornutzung
Ausblick
Rotschenkel
Uferschnepfe
Kiebitz
Notwendigkeit regionaler Forschungsprojekte mit der
Landwirtschaft, um win-win-win Lösungen
(Milch; Klima; Biodiversität)
in Mosaikstrukturen in der Landschaft zu realisieren
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Versuchsgut Lindhof der Agrar- und Ernährungswissenschaftlichen Fakultät CAU Kiel
Mehr Informationen:
www.grassland-organicfarming.uni-kiel.de
[email protected]
Gasförmige Verluste:
Ammoniak-Emissionen D seit 1990
Deutschland erfüllt die NEC-Richtlinie nicht.
Die aktuellen Reduktionsvorschläge der EU für D (-29% von 2005 bis 2030)
stellen technisch kein Problem dar, wenn der gleiche gesetzliche
Rahmen zur Gülletechnik wie in NL seit 1994 oder DK seit 2001 gesetzt würde!
Hat sich die Situation gebessert? Nitratbericht 2016
Häufigkeitsverteilungen der mittleren Nitratgehalte
Häufigkeitsverteilungen der mittleren Nitratgehalte der Zeiträume 2008‐2011
und 2012‐2014 der EU‐Nitratmessmessstellen
Fazit: Handlungsbedarf gegenüber der EU bleibt erhalten > DüV
…neue Richtwerte geboten
…neue Richtwerte geboten

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