What are the effects of climate change on agriculture in North East Central Europe?

Global and climate changes influence the basic conditions for agriculture and so there is not only a demand for a consequent climate protection but also for an adaptation of agriculture to these global changing conditions. For the whole "Maerkisch-Oderland" district (60x40 km) within the moraine landscape of North-East-Germany mainly used for agriculture water balance, nitrogen and sulphur loads as well as crop yields are calculated for two land use and climate scenarios. The comparison between the Scenario2050 and the Scenario2000 reveals significant changes of the water balance (decrease in percolation water, increase in actual evapotranspiration) as well as the concentration of the examined nitrogen in the percolation water. For the study region the crop yields decrease only slightly if the CO2 fertilizing effect is taken into account. Adaptation measures in reaction to the changing climate conditions for an economically secured and sustainable agriculture are recommended.climate change impact assessment, water balance, nitrogen load, crop yield, moraine landscape, Environmental Economics and Policy, Farm Management,

Bewertung der Chancen und Risiken des Energiepflanzenanbaus vor dem Hintergrund der Wasserrahmenrichtlinie und Ableitung erster Handlungsempfehlungen

Ein wesentliches Ziel der EU Wasserrahmenrichtlinie zur Sicherung der Grundwasserqualität ist die Einhaltung des 50 mg NO3/l Grenzwertes. Die Gestaltung von Anbauverfahren für Energiepflanzen hat wesentlichen Einfluss auf den Stickstoffaustrag in das Grundwasser. In diesem Artikel werden Haupt- und Zweitfruchtanbau sowie etablierte neue Fruchtarten untersucht. Die Anbauverfahren werden Bewertet auf Basis von Nmin-Werten nach der Ernte sowie vor Winter. Versuchsbasis sind 6-jährige Parzellenversuche an 8 Standorten. Ergebnisse zeigen, dass gerade bei Mais N-Einsparpotenziale vorhanden sind, die in i.d.R. auch ohne Ertragsverluste eine Senkung der Herbst Nmin Werte und somit der potenziell auswaschungsgefährdeten Stickstoffmengen vor Winter ermöglichen. Der Energiepflanzenanbau bietet durch die breite Palette einsetzbarer Kulturen die Möglichkeit, auf Grenzstandorten ergänzend zum Mais, verstärkt Winterungen wie Roggen und Triticale mit Ganzpflanzennutzung oder Sorghum-Arten anzubauen. Diese haben ein geringeres N-Düngeniveau, sowie das Potenzial die Nmin-Werte nach der Ernte und vor Winter zu senken. Die im Energiepflanzenanbau vorhandenen Potenziale zum grundwasserschonenden Wirtschaften müssen genutzt und in die Praxis getragen werden

Wassererosion auf Silomaisflächen – eine vergleichende Studie verschiedener Anbauverfahren

Der Anbau von Silomais als Substrat für Biogasanlagen hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Dabei ist Silomais die mit Abstand am meisten eingesetzte Energiepflanze. Wie bei allen C4-Gräsern ist das Risiko für Wassererosion beim Maisanbau jedoch sehr hoch welches auf die langsame Jugendentwicklung mit geringer Bodenbedeckung bis in den Juli hinein, zurückzuführen ist. In diesem Artikel wird am Beispiel der Anbaufolge Winterweizen – Winterroggen als Winterzwischenfrucht – Silomais beschrieben werden, inwieweit der Anbau von Silomais als Haupt- oder Zweitfrucht die Gefährdung des Bodens durch Wassererosion beeinflusst

Ist Mais gleich Mais? Vergleich der Parametrisierung verschiedener Mais-Sorten am Modell MONICA

Aktuell werden verschiedene Mais-Sorten im Energiepflanzenanbau eingesetzt, darunter speziell für diese Nutzungsform gezüchtete Energiemais-Sorten. Die sortenspezifischen Unterschiede von Mais müssen auch in der Modellierung berücksichtigt werden. Zur Kalibrierung des Modells wurden Messdaten zu Trockenmasseertrag, Stickstoffkonzentration der oberirdischen Biomasse, Bodenbedeckungsgrad, Entwicklungsstadium (BBCH-Stadium), Bodenwassergehalt und Boden-Nmin verwendet. Zur Bewertung der Modellergebnisse wurden verschiedene statistische Indizes verwendet, die auf den Unterschiedenen zwischen beobachteten und gemessenen Werten basieren. Auf Basis der Messdaten des EVA Projekts konnten keine genetisch erklärbaren Abgrenzungen der vier Parametersätze für die untersuchten Mais-Sorten vorgenommen werden. Allerdings zeigte der Parametrisierungsversuch, dass mit Hilfe des Modells Umweltstressfaktoren identifiziert und quantifiziert werden können

Estimating humus reproduction of bioenergy crops

Der landwirtschaftliche Anbau von Energiepflanzen in Deutschland nimmt heute bereits einen relevanten Anteil des Ackerlandes in Anspruch und ist weiter im Wachsen begriffen. Für die ökologische Nachhaltigkeitsbewertung ist in diesem Zusammenhang u.a. zu prüfen, welchen Einfluss Energiepflanzenproduktionssysteme auf die Humusbilanzen der Anbauflächen ausüben. Validierte Koeffi­zienten für die Bewertung von Energiepflanzenproduk­tionssystemen in der Humusbilanz stehen allerdings heute noch nicht zur Verfügung. Problematisch ist hier, dass bei der Methode des VDLUFA als aktueller Standardmethode für die Humusbilanzierung in Deutschland die Festlegung neuer Koeffizienten nur über Analogieschluss von bereits bewerteten Kulturen möglich, eine reproduzierbare Parametrisierung jedoch methodenbedingt ausgeschlossen ist. Im vorliegenden Artikel werden daher reproduzierbare Humusbilanzkoeffizienten für Produk­tionssysteme verschiedener Energiepflanzen mit dem Modellansatz HU-MOD berechnet. Mit dem Modell berechnete Humusreproduktionskoeffizienten für Fruchtarten können prinzipiell auch für die Humusbilanzierung nach VDLUFA verwendet werden. Eine Modellevaluation zur Prüfung der Anwendbarkeit bei Energiepflanzenproduktionssystemen wurde anhand von Daten aus der Literatur für Zea mais und Miscanthus × giganteus erfolgreich vorgenommen. Mit dem Modell wurden mäßig bis stark negative Humusbilanzkoeffizienten für alle bewerteten Energiepflanzenproduktionssysteme, mit Ausnahme von Miscanthus × giganteus, berechnet. Die ermittelten Koeffizienten liegen dabei insgesamt in einem plausiblen Bereich, der durch Kalibrierung des Modells für die Bewertung von Zea mais und Miscanthus × giganteus bestätigt wurde. Dennoch muss festgestellt werden, dass die aktuelle Datenlage zur ober- und unterirdischen Biomasseproduk­tion in Energiepflanzen-Produktionssystemen sowie zu Anfall und Umsatz von Ernte- und Wurzelrückständen noch sehr schwach und für die Kalibrierung von Mo­dellen zur Bewertung von Einflüssen auf die organische Bodensubstanz insgesamt unzureichend ist. Weiterhin liegen nur für wenige Kulturen Ergebnisse vor, die eine Validierung entsprechender Modellergebnisse zulassen. Für die Nachhaltigkeitsanalyse des Energiepflanzenanbaus und die Umsetzung von § 17 BBodSchG besteht daher dringender Forschungsbedarf.    The production of bioenergy crops is increasing in Germany, and today these crops already occupy a relevant share of the total arable land. For environmental impact assessment, the humus balance of bioenergy crop production systems is one important figure. However, the necessary humus balance coefficients are not available for these crops until now. One problem in generating these coefficients for the actual German standard method for humus balancing (VDLUFA, 2004) is that the included coefficients have been derived from long-term field experiments, but a reproducible procedure for the calculation of new coefficients has not been specified. Therefore, we present results from modeling humus reproduction of different bioenergy crops with the HU-MOD approach. The model in principal allows for the calculation of balance coefficients for the VDLUFA (2004) method. Model performance in the assessment of bioenergy crops is tested based on literature data on Zea mais and Miscanthus × giganteus. According to the HU-MOD model, all bioenergy crops under assessment exhibit considerably negative humus reproduction, with Miscanthus × gigan­teus as an exception. Calculated humus reproduction is in a plausible magnitude, as supported by the calibrated model application with Zea mais and Miscanthus × giganteus. However, the parametrization of the humus balance model is hindered by a very limited availability of data, especially with regard to below ground biomass. Further, the data base for validations of the new coefficients is extremely insufficient, indicating the strong demand for more efforts in data supply.   &nbsp

Energiepflanzenanbau – Wirkungen auf Humusbilanz und Stickstoffhaushalt

Bei der Bewertung der Folgewirkungen des Energiepflanzenanbaus auf Boden und Umwelt ist zwischen den Effekten zu unterscheiden, die von Änderungen in der Landnutzung allgemein bzw. von speziellen Verfahren des Anbaus von Energiepflanzen hervorgerufen werden. Nur die systemimmanenten Effekte des Energiepflanzenanbaus können durch die Verfahrensgestaltung des Selben beeinflusst oder gesteuert werden. Ein wesentliches Element welches den Energiepflanzenanbau vom Anbau traditioneller Marktfrüchte unterscheidet, ist die Rückführung von Gärresten. In diesem Artikel wird daher die Wirkung des Anbaus von Energiepflanzen und die Rückführung von Gärresten auf die Umweltindikatoren Humusbilanz und Stickstoffhaushalt näher untersucht werden. Die Humusbilanzen typischer Energiepflanzenfruchtfolgen sind ohne Ausbringung von Gärresten negativ. Mit Ausbringung von Gärresten sind ausgeglichene Humusbilanzen möglich. Dabei besteht für die Humifizierungs-Faktoren von Gärresten noch Forschungsbedarf. Mit Gärresten kann der Nährstoffkreislauf von Betrieben stärker geschlossen werden. Auf Grund des hohen Mineraldüngeräquivalents kann Mineraldünger gut substituiert werden. Für die Nährstoffe Phosphor, Kalium und Magnesium sind auf dem Nutzungsweg Erntegut–Biogasanlage–Gärrest–Boden keine Verluste zu berücksichtigen. Bei Stickstoff sind nach Berücksichtigung von Verlusten etwa 50 % des Stickstoffs aus dem Erntegut im Boden mineraldüngeräquivalent zur Verfügung

Methanbildungspotenziale verschiedener Pflanzenarten aus Energiefruchtfolgen

Das Methanbildungspotenzial ist ein entscheidendes Qualitätsmerkmal von Biomassen bei ihrer Nutzung als Einsatzstoff für die Biogasproduktion. Von 769 unter einheitlichen Bedingungen silierten Erntegütern aus Energiefruchtfolgen wurden mittels Batch-Gärtests in zwei verschiedenen Versuchsanlagen spezifische Methanausbeuten ermittelt. Daraus konnten Richtwerte für mittlere Methanausbeuten je Fruchtart und Fruchtfolgestellung, Schnitt bzw. Trockenmassebereich oder Entwicklungsstadium zur Ernte für 93 verschiedene pflanzliche Biomassen abgeleitet werden. Die Ergebnisse stellen eine umfassende Datengrundlage dar, die in Verbindung mit Biomasseerträgen für die Abschätzung von Methanhektarerträgen zur ökonomischen und ökologischen Bewertung von Energiefruchtfolgen, zur Planung und Auslegung von Biogasanlagen sowie zur Entscheidung hinsichtlich des Anbaus alternativer pflanzlicher Kosubstrate und der Konzeption nachhaltiger Biogasfruchtfolgen genutzt werden können.The methane production potential represents an essential quality parameter of biomass if used as feedstock for biogas production. 769 harvested crop materials from crop rotations were ensiled at standardized conditions and were analyzed regarding their specific methane yields by applying two different experimental setups of batch anaerobic digestion tests. Based on this analysis, reference values for average methane yields per crop species and position within the crop rotation, cutting regime, range of dry matter content, or stage of growth at harvest have been deduced for 93 different crop biomasses. Results provide a comprehensive dataset that can be used in combination with biomass yields for the estimation of methane hectare yields, for economic and ecological evaluation of energy crop rotations, for planning and structural design of biogas plants as well as for decisions regarding the cultivation of alternative co-substrates and the design of sustainable biogas crop rotations

Calculation and Modelling of the Sulfur Balance of two Catchment Areas under Predominant Agricultural Use

Steigende Sulfatgehalte sind für viele Wasserwerke ein Problem bei der Aufbereitung von Rohwasser zu Trinkwasser. In dieser Arbeit wird am Beispiel von zwei Unersuchungsgebieten der Einfluss der landwirtschaftlichen Flächennutzung auf den Sulfatgehalt des Sickerwassers untersucht. Die Untersuchungsgebiete befinden sich in Sachsen und Niedersachsen. Methodisch werden zunächst Nährstoffbilanzen als Betriebs-, Stall- und Flächenbilanzen für die Nährstoffe N, P, K, Mg und S erstellt. Anschließend wird unter Berücksichtigung von Boden- und Wetterdaten die Sickerwassermenge sowie der Sulfat- und Nitrataustrag mit Hilfe der Modelle SULFONIE und HERMES simulativ berechnet.Die Ergebnisse zeigen, dass in Sachsen die derzeitige landwirtschaftliche Flächennutzung nicht zu erhöhten Sulfatausträgen führt. Analysen von Bodenproben belegen, dass sich in lehmigen und tonigen Böden noch erhebliche Sulfatmengen befinden. Diese sind in den 80er Jahren durch Landwirtschaft und atmosphärische Deposition eingetragen worden. Die Messungen werden durch Simulationsrechnungen der Modelle bestätigt. In Niedersachsen ist der landwirtschaftliche Schwefelsaldo auf Grund des hohen Viehbesatzes leicht erhöht, stellt jedoch auf Grund der hohen Sickerwasserrate kein Risiko für die Sulfatkonzentration im Sickerwasser dar.Abschließend werden die Auswirkungen möglicher zukünftiger Formen der landwirtschaftlichen Flächennutzung auf die Sickerwassermenge und den Schwefelaustrag simulativ berechnet. Dabei werden folgende Szenarien untersucht: Flächendeckender Einsatz schwefelhaltiger Mineraldünger, vollständige Umstellung der Untersuchungsgebietes auf Ökologischen Landbau und der zu erwartende Klimawandel