Kohlenstoffbilanzen landwirtschaftlicher Betriebe unterschiedlicher Produktionsintensität Wolf-Dieter Kalk Hans Jürgen Hellebrand Kurt-Jürgen Hülsbergen Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim Lehrstuhl für Ökologischen Landbau TU München Titel Kohlenstoffbilanzen landwirtschaftlicher Betriebe unterschiedlicher Produktionsintensität 1. Problemstellung 2. Material und Methoden – – – genutztes Modell REPRO ergänzende Daten zu Betriebsmitteln und Investitionsgütern Besonderheiten der Bilanzmethodik 3. Ergebnisse – – – Produktionsintensität der untersuchten Betriebe Betriebliche Kohlenstoffflüsse mit und ohne Tierhaltung Betriebsvergleich hinsichtlich Kohlenstoffverwertung und -bindung 4. Schlussfolgerungen Gliederung Problemstellung C-Bilanzen landw. Betriebe haben Grenzen – – für das Erkennen neuer biologischer Senken für CO2 für die Dauer des Erhaltes der organischen Bindung von Kohlenstoff C-Bilanzen landw. Betriebe scheinen geeignet – – – – für Analysen der Kohlenstoffverwertung im Pflanzenbau, in der Tierhaltung und auf Betriebsebene für die Zuordnung von biologischem C-Umsatz und C-Einsatz aus fossilen Quellen für die Konzipierung von Strategien zur Verminderung der Nutzung fossil gebundenen Kohlenstoffs für die Bewertung von Umweltwirkungen landwirtschaftlicher Betriebe Gegenstand des Beitrages – – Vorstellung eines methodischen Ansatzes der Kohlenstoffbilanzierung Anwendung der Bilanzierung in konkreten Betrieben, deren Zahl für umfassende Aussagen nicht ausreichend ist Problemstellung Systemansatz: vernetzte Stoff- und Energieflüsse auf Betriebsebene Futter, Stroh Konserv.verluste Tiere Struktur, Intensität, Verfahren Struktur, Intensität, Verfahren Sonnenenergie Marktprodukte Menschl. AK Stallverluste Saatgut N2-Fixierung Rotteverluste Stoff- und Energiebilanz Futter- und Nährstoffbilanz Organ. Dünger direkte Energie PSM Standortbedingungen Maschinen Deposition NH3-Verluste Mineraldünger Denitrifikation Organ. Dünger Humus- und Nährstoffbilanz Auswaschung Systemansatz Modul Standort Modul Stammdaten Bodenprofile und –parameter Klima- und Witterungsdaten Koeffizienten, Algorithmen Indikatoren und Zielwerte Modul Bewirtschaftungssystem Pflanzenbau Tierhaltung Struktur, Intensität, Verfahren Modul Stoff- und Energieflüsse Stoffbilanzen Energiebilanzen Futter, Humus, TM, C, N, P, K Fossile Energie, Energiebindung Ökologische Analysen Ökonomische Analysen Bodenerosion, Bodengefüge Pflanzenschutz, Biodiversität Deckungsbeitragsrechnung Vollkostenrechnung Modellergebnisse: Datenausgabe, Datenexport Betriebliche Primärdaten: Dateneingabe, Datenimport Struktur des Modells REPRO Bewertung und Ergebnisdarstellung Thematische Karten, Indikatoren und Zielwerte, Netzdiagramme Modellstruktur Äquivalente für Primärenergie- und Kohlenstoffeinsatz Stoff/Leistung Mengeneinheit Primärenergieäquivalent -1 Mineraldünger Stickstoff kg Phosphor kg Kalium kg Calzium kg kg Pflanzenschutzmittel Energieträger Diesel kg Erdgas m³ Propangas kg Strom kWh Heizöl kg Transport Lkw-m. Anh.-außer orts 1000 tkm Investitionsgut (Anteil pro Jahr) Maschinen kg Ausrüstung kg Stall ,Betonfläche m² Unterstellhalle, Silo m² C-Emissions- Quelle faktor -1 MJ ME kg C ME 49,1 40,5 12,7 3,35 331,8 0,777 0,701 0,205 0,109 6,295 Patyk & Reinhardt (1997) Patyk & Reinhardt (1997) Patyk & Reinhardt (1997) Patyk & Reinhardt (1997) GEMIS (2002) 47,8 40,3 58,6 11,4 48,0 0,972 0,607 1,011 0,202 0,973 GEMIS (2002) GEMIS (2002) GEMIS (2002) Patyk & Reinhardt (1997) GEMIS (2002) 1533 29,328 GEMIS (2002) 9 13 88 63 0,107 0,161 1,643 1,176 GEMIS (2002) GEMIS (2002) GEMIS (2002) GEMIS (2002) Äquivalente Zur Bilanzmethodik § In Wurzelmasse gebundener Kohlenstoff wird fruchtartenspezifisch zu Wert der Vorratsänderung im Boden verrechnet (Basis Versuche) § C-Assimilation: C-Bindung in Ernteprodukten ohne Wurzelmasse § Kohlenstoffbindung Pflanzenbau: abgefahrene Ernteprodukte + Humusakkumulation Tierhaltung: tierisches Marktprodukt + organischer Dünger Betrieb: Marktprodukte + Humusakkumulation + Düngerverkauf § Betriebliche Erhebungen: Erträge, Tierleistungen, Betriebsmittel, Investitionsgüter § Produktionsintensität: Energieäquivalent für den Zukauf von Betriebsmitteln, Energieträgern und Investitionsgütern Bilanzmethodik Betriebsbeschreibung und Produktionsintensität Betriebskenngröße Bewirtschaftung Standorttyp Ackerzahl Landwirtschaftsfläche ha Tierbesatz GV ha-1 Tierproduktionsrichtung 1) mit Nachzucht Betrieb 1 Betrieb 2 ökol konv Schwarzerde Schwarzerde 62 79 165 2046 Betrieb 3 Betrieb 4 Betrieb 5 ökol konv konv Sand Sand Schwarzerde 21 48 89 69 1489 2286 0,49 0,40 0,67 Milchvieh1) Milchvieh1) Milchvieh1) Schweinemast 1) Rindermast1) Rindermast Schaf fossiler Energieeinsatz im Pflanzenbau, in der Tierhaltung und im Gesamtbetrieb Pflanzenbau GJ ha-1 13,5 18,1 10,3 14,8 19,4 14,6 9,8 5,5 Tierhaltung GJ GV-1 Betrieb GJ ha-1 13,5 18,1 17,5 18,7 23,1 ha-1 ha-1 GV-1 ha-1 Pflanzenbau pflanzl. Marktprodukt Tierhaltung Betrieb GE GE GE GE Pflanzenbau Tierhaltung Betrieb MJ GE-1 MJ GE-1 MJ GE-1 Ertrag in Getreideeinheiten 34,6 77,8 19,7 34,6 77,8 2,6 26,0 34,6 77,8 14,0 Energieintensität 390 232 524 561 390 232 1250 50,8 38,7 34,5 51,1 87,0 76,5 18,8 82,4 291 285 223 290 366 280 Betriebe Betriebsvergleich C-Zufuhr Betriebsmittel und Investitionsgüter Betriebskenngröße Bewirtschaftung Standorttyp Ackerzahl Landwirtschaftsfläche ha Tierbesatz GV ha-1 Tierproduktionsrichtung 1) mit Nachzucht Betrieb 1 Betrieb 2 ökol konv Schwarzerde Schwarzerde 62 79 165 2046 Betrieb 3 Betrieb 4 Betrieb 5 ökol konv konv Sand Sand Schwarzerde 21 48 89 69 1489 2286 0,49 0,40 0,67 Milchvieh1) Milchvieh1) Milchvieh1) Schweinemast 1) Rindermast1) Rindermast Schaf Energieeinsatz mit Energieträgern, Betriebsmitteln und Investitionsgütern Betriebsmittel Betrieb GJ ha-1 1,6 12,2 0,4 8,6 direkte Energie Betrieb GJ ha-1 6,2 4,1 5,8 6,6 Investitionsgüter Betrieb GJ ha-1 5,6 1,7 11,2 3,5 -1 Summe Betrieb GJ ha 13,5 18,1 17,5 18,7 C-Zufuhr Betriebsmittel und Investitionsgüter Betriebsmittel Betrieb kg C ha-1 31 206 13 -1 direkte Energie Betrieb kg C ha 129 85 114 -1 Investitionsgüter Betrieb kg C ha 69 24 146 Summe Betrieb kg C ha-1 230 315 273 12,6 6,4 4,1 23,1 151 131 49 266 130 56 331 452 Vergleiche4 Kohlenstoffflüsse im Betrieb 5 Verluste Produkte Tiere 23 pflanzliche Marktprod. 2771 Futter, Stroh 383 Konservierung 127 Betriebsmittel Tierhaltung 110 Assimilation 5778 Futter, Stroh 731 Pflanze Tier Betriebsmittel Pflanzenbau 342 Saatgut 49 org. Dünger 0 tierische Marktprod. 101 Saatgut 5 org. Dünger Stroh, 2145 Gründung 350 Boden Humuspool -21 org. Dünger 7 Erhaltungsumsatz 619 Stall, Rotte, Lagerung 61 Atmung 2570 kg C/ha Betrieb 5 Kohlenstoffflüsse im Betrieb 1 Assimilation 3088 Betriebsmittel 213 Saatgut 46 org. Dünger 175 pflanzliche Marktprod. 1171 Pflanze Stroh, 1917 Gründung 0 Boden Humuspool Saatgut Atmung 2065 75 kg C/ha Betrieb 1 Betriebsvergleich Kohlenstoffverwertung Betriebskenngröße Bewirtschaftung Standorttyp Ackerzahl Landwirtschaftsfläche ha Tierbesatz GV ha-1 Tierproduktionsrichtung 1) mit Nachzucht Betrieb 1 Betrieb 2 ökol konv Schwarzerde Schwarzerde 62 79 165 2046 Betrieb 3 Betrieb 4 Betrieb 5 ökol konv konv Sand Sand Schwarzerde 21 48 89 69 1489 2286 0,49 0,40 0,67 Milchvieh1) Milchvieh1) Milchvieh1) Schweinemast 1) Rindermast1) Rindermast Schaf Kohlenstoffverwertung unter Einbeziehung der Betriebsmittel, Pflanzenbau % 35,2 50,6 Tierhaltung % 0,0 0,0 Betrieb % 35,2 50,6 2) Energieträger 64,6 28,8 12,6 und Investitionsgüter2) 52,9 53,4 35,9 36,2 35,4 42,7 Verhältnis von C in Produkten und C-Zufuhr unter Einbeziehung der Betriebsmittel, Energieträger und Investitionsgüter Vergleiche 1 Betriebsvergleich Kohlenstoffbindung Betriebskenngröße Bewirtschaftung Standorttyp Ackerzahl Landwirtschaftsfläche ha Tierbesatz GV ha-1 Tierproduktionsrichtung 1) mit Nachzucht -1 Betrieb 1 Betrieb 2 ökol konv Schwarzerde Schwarzerde 62 79 165 2046 Betrieb 3 Betrieb 4 Betrieb 5 ökol konv konv Sand Sand Schwarzerde 21 48 89 69 1489 2286 0,49 0,40 0,67 Milchvieh1) Milchvieh1) Milchvieh1) Schweinemast 1) Rindermast1) Rindermast Schaf Kohlenstoffbindung je Hektar 3088 5240 1652 795 2419 893 0 0 -991 795 2419 -91 CO2-Assimilation Pflanzenbau Tierhaltung Betrieb kg C ha kg C ha-1 kg C ha-1 kg C ha-1 Pflanzenbau Tierhaltung Betrieb Kohlenstoffbindung je Getreideeinheit kg C GE-1 23,0 31,1 45,4 0,0 0,0 -77,7 kg C GE-1 -1 kg C GE 23,0 31,1 -6,5 Humusakkumulation -1 kg C ha Humusakkumulation 75 46 89 3637 1572 -630 941 5778 2739 -790 1948 31,0 -45,6 18,4 31,5 -62,7 23,7 11 -21 Vergleiche 2 Betriebsvergleich N, Output/Input Betriebskenngröße Betrieb 1 Betrieb 2 Bewirtschaftung ökol konv Standorttyp Schwarzerde Schwarzerde Ackerzahl 62 79 Landwirtschaftsfläche ha 165 2046 Tierbesatz GV ha-1 Tierproduktionsrichtung 1) mit Nachzucht Stickstoffzukauf Stickstoffverwertung Stickstoffsaldo kg N ha-1 % kg N ha-1 0 75 28 Stickstoffbilanz 164 67 79 Betrieb 3 Betrieb 4 Betrieb 5 ökol konv konv Sand Sand Schwarzerde 21 48 89 69 1489 2286 0,49 0,40 0,67 Milchvieh1) Milchvieh1) Milchvieh1) Schweinemast 1) Rindermast1) Rindermast Schaf 0 75 16 112 59 87 Kohlenstoffbindung im Verhältnis zum Kohlenstoffinput mit Betriebsmitteln Assimilation 13,4 16,7 11,1 14,3 Pflanzenbau 5,4 9,2 9,3 9,1 Tierhaltung 0 0 3,2 4,7 Betrieb 5,4 9,2 0,9 4,5 174 67 101 16,9 10,2 4,1 6,3 Vergleiche 3 Kohlenstoffflüsse im Betrieb 5 Verluste Produkte Tiere 23 pflanzliche Marktprod. 2771 Futter, Stroh 383 Konservierung 127 Betriebsmittel Tierhaltung 110 Assimilation 5778 Futter, Stroh 731 Pflanze Biogas Tier Biogas Betriebsmittel Pflanzenbau 342 Saatgut 49 org. Dünger 0 tierische Marktprod. 101 Saatgut 5 org. Dünger Stroh, 2145 Gründung 350 Boden Humuspool -21 org. Dünger 7 Erhaltungsumsatz 619 Stall, Rotte, Lagerung 61 Atmung 2570 Biogas Verbesserung der Kohlenstoffverwertung Strategien zur Verbesserung der Kohlenstoffverwertung – Steigerung der Energieeffizienz, Nutzung von Bioenergieträgern – Nutzung des C-Senkenpotentials landwirtschaftlich genutzter Böden – verbessertes N-Düngemanagement (geringere N-Salden) – Tierproduktion: optimierte Haltungssysteme, Biogasanlagen C-Verwertung Schlussfolgerungen C-Bilanzen landw. Betriebe sind geeignet – – – für Analysen der Kohlenstoffverwertung im Pflanzenbau, in der Tierhaltung und auf Betriebsebene für die Zuordnung von biologischem C-Umsatz und C-Einsatz aus fossilen Quellen für die Konzipierung von Strategien zur Verminderung der Nutzung fossil gebundenen Kohlenstoffs In weiteren Untersuchungen sind zu erarbeiten – – – die methodischen Voraussetzungen für die Nutzung der C-Bilanz zur Bewertung der Umweltwirkungen landwirtschaftlicher Betriebe Betriebsvergleich unterschiedlicher Produktionsweise unter vergleichbaren Bedingungen (Standort, Betriebsgröße, Betriebsstruktur) eine Methode zur Abschätzung der Dauer des Erhaltes der org. Substanz als CO2-Senke bei unterschiedlichen Betriebs- und Nutzungsstrategien Schlussfolg.
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