Dissertation (Metadata)
Title (original):Indikatoren für eine nachhaltige intensive Grünlandbewirtschaftung
(translated):Indicators for a sustainable intensive graslandproduction
 
Author:Katharina Treyse
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-24770
 
Faculty:Faculty of Agricultural and Nutritional Science
DDC:630 Agriculture, veterinary medicine
 
Date of thesis defense:2007-07-19
 
Referent:Prof. Dr. F. Taube
second reviewer(s) :Prof. Dr. A. Susenbeth
 
Description (original):Eine nachhaltige Landwirtschaft ist als Leitbild in der Agrarpolitik verankert und erfordert die Entwicklung von Indikatoren, die bei Implementierung in landwirtschaftliche Betriebsmodelle eine Nachhaltigkeitsbewertung von Produktionszweigen ermöglichen. In einem inter¬disziplinären Stipendienschwerpunkt (´Indikatoren für eine nachhaltige Landnutzung` der Deutschen Bundesstiftung Umwelt) tragen verschiedene Arbeitsgruppen zur konzeptionellen Weiterentwicklung des Betriebsmodells REPRO bei. Die einzelnen Forschungsvorhaben umfassen die Anpassung und Verbesserung bestehender Algorithmen, die Ableitung von Indikatoren sowie die Abbildung bisher nicht oder nur unzureichend berücksichtigter Wirkungsbereiche. Das Modell REPRO ist in erster Linie für Ackerbau¬systeme unter kontinentalen Klima- und Bodenverhältnissen entwickelt und kalibriert worden. Ein entsprechender aggregierter Bilanzierungs- und Bewertungsansatz fehlte bisher für spezialisierte Grünland-Futterbaubetriebe, die desweiteren überwiegend auf leichten Stand¬orten Nordwesteuropas unter maritimen Klimabedingungen lokalisiert sind. Ziel dieser Studie war es, (i) Agrar-Umweltindikatoren speziell für Grünlandnutzungssysteme zu entwickeln, welche anhand verschiedener Kriterien auf deren Eignung, Aussagekraft, Praxisrelevanz und Korrelation zu Umweltproblemen überprüft und validiert werden; (ii) diese Indikatoren auf der Skalenebene der Fläche anhand geeigneter Datensätze quantitativ zu bestimmen und (iii) entsprechende Zielwerte zu formulieren. Als Datengrundlage dienten vorwiegend die Ergebnisse des interdisziplinären Forschungsprojektes ´Stickstoff (N)-Projekt Karkendamm`. Ergänzend dazu fanden Erhebungen zu intensiv konventionell und ökologisch bewirtschafteten Dauergrün¬landbeständen aus dem Norddeutschen Tiefland (Schleswig-Holstein (Projekt: COMPASS), Niedersachsen (Projekt: Öko-Landbau Wasserschutz Elbe-Weser Dreieck) und aus der alpinen Bergregion Gumpenstein (Projekt: Man And Biosphere) Berücksichtigung. Die Umsetzung der Arbeit erfolgte in Form eines dreistufigen Konzeptes: In einem ersten Schritt wurden anhand einer umfangreichen Literaturstudie relevante Nachhaltigkeitsindikatoren zusammengestellt, die die Aspekte Produktivität, Ressourcen¬effizienz, Tiergerechtheit und tierische Leistung für die Nutzungssysteme Weide und Schnitt gegenüberstellen. Es zeigte sich, dass die Nutzungsart einen entscheidenden Einflussfaktor nicht nur auf die Beanspruchung natürlicher Ressourcen, sondern auch auf die Futterqualitäts- und Ertragsleistung des Grünlandbestandes darstellt. Der Einfluss des Nutzungssystems muss in der Weiterentwicklung landwirtschaftlicher Bewertungssysteme Berücksichtigung finden, um die positiven Effekte der Beweidung (Tiergerechtheit, hohe Energieeffizienz, Kostenersparnis) bzw. der Schnittnutzung (geringere und mengenmäßig besser quantifizierbare Stickstoffverluste) in eine Gesamtbewertung zu integrieren. Als Fazit dieses ersten Teils konnte zusammengefasst werden, dass die Beweidung bei einer Reduktion der mineralischen N-Intensität nach wie vor ein nachhaltiges Nutzungssystem darstellt. Die Ergebnisse der Literaturstudie dienten in einem zweiten Schritt als Basis zur Entwicklung eines Indikatoransatzes. Acht formulierte Einzelindikatoren, die jeweils mit Toleranz- und Zielwerten definiert wurden, bilden in ihrer Gesamtheit erstmalig ein Instrument zum Nachweis der guten fachlichen Praxis in der Grünlandbewirtschaftung für die Beratung, Administration und die landwirtschaftliche Praxis. Aussagekräftige Indikatoren, für die eine gesicherte Datenverfügbarkeit besteht, wurden zur Bewertung der Bonität, der Bestandesentwicklung und der potentiellen bzw. aktuellen Futterqualität und Ertragsleistung mit dem Ziel zusammengeführt, Bestandesdegradierungen bereits im Vorwege zu erkennen und Verbesserungs¬ma߬nahmen rechtzeitig einzuleiten. Dabei wurden insbesondere die Anforderungskriterien Anwendbarkeit, Datenverfügbarkeit, Plausibilität, Reproduzierbarkeit und Relevanz in die Indikatorenauswahl einbezogen. Die Steigerung der Stickstoff (N)- Effizienz grünlandgenutzter Systeme kann massgeblich zur Nachhaltigkeit beitragen. In einem dritten Teil wurden Möglichkeiten zur Ableitung von N-Düngungsempfehlungen analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass die abgeleiteten N-Applikationsmengen nach den Richtlinien der guten fachlichen Praxis durch die Standardmethode des Grenzertrages (Myr) zu hohen N-Überschüssen insbesondere in beweideten Systemen führen, so dass in umweltpolitischen Verordnungen festgelegte Toleranzbereiche nicht eingehalten werden können. Der formulierte Indikator endogene N-Verwertungseffizienz (NyUE) ist am pflanzlichen N-Bedarf ausgerichtet und stellt den inversen Rohproteingehalt dar. Zusätzlich wurden definierte Grenzbereiche an einer leistungsorientierten Milchvieh-Fütterung abgeleitet, wobei unnötig hohe N-Ausscheidungen der Tiere durch eine Begrenzung der N-Gehalte des Grünlandfutters verhindert werden. Als Fazit dieses Kapitels lässt sich zusammenfassen, dass bei Anwendung von NyUE zur Ableitung optimaler N-Intensitäten die Empfehlungen insgesamt im Vergleich zu Myr reduziert sind. Auch in beweideten Systemen können die N-Verluste mit dem Sickerwasser bei gleichbleibender Produktivität vermindert werden. Ferner sollte eine strategische N-Applikation zum ersten und zweiten Aufwuchs in schnittgenutzten Systemen erfolgen, während beweidete Systeme die höchste N-Effizienz ohne jegliche Düngerapplikation erreichen. Die einzelnen Kapitel der vorliegenden Arbeit dokumentieren, dass zur Optimierung des Grünlandmanagements Kenntnisse über die Auswirkungen unter¬schied¬licher Bewirt¬schaft¬ungs¬strategien auf die Produktivität, die Futterqualität und ins¬besondere die N-Verluste erforderlich sind, da diese im Hinblick auf die Umweltgerechtheit im intensiven Futterbau von besonderer Bedeutung sind. Darüber hinaus müssen Indikatoren zur Bewertung einer nachhaltigen Grünlandbewirtschaftung sowohl ökologische Aspekte als auch ökonomische und soziale Forderungen in einen Gesamtkontext stellen. Die national in der Anwendung befindlichen Gesamtbetriebsmodelle bilden die Betriebsform Grünland und Futterbau bislang unzureichend genau ab. Mit dieser Arbeit wurde das Ziel erreicht, der Praxis, Beratung und Administration mit einem System an geeigneten Indikatoren und Zielwerten ein Werkzeug zur Bilanzierung und Bewertung von Leistungen und ökologischen Effekten des Grünlands in die Hand zu geben. Dieses lässt sich mit wissenschaftlicher Belastbarkeit für intensiv genutztes Grünland unter nordwesteuropäischen Klima- und Standortbedingungen anwenden.
 
(translated):The assessment of sustainability of different land use systems with indicators is one of the main objectives in the agricultural policy. The implementation of indicators in whole-farm models provides the evaluation of sustainability of different production processes. In an interdisciplinary scholarship-project (´Indicators for a sustainable land use`, funded by the German Federal Environmental Foundation) different working groups contribute to an advancement of the whole-farm model REPRO. An adaptation and improvement of algorithms and the deduction of indicators is necessary. Up to now, REPRO is well adapted to simulate mixed farming systems located on continental sites, but the modelling of specialised dairy farming systems and grassland production systems is insufficient. Therefore, the aim of the study was to (i) develop indicators and prove their suitability, practicability and ecological relevance for assessing the sustainability of intensively used grassland. (ii) Afterwards these indicators were quantified on the field scale and (iii) target values were formulated. Selected results of the interdisciplinary ´Nitrogen (N)-project-Karkendamm` form the basis of the dataset. Additionally, field studies from monitoring projects of Schleswig-Holstein, Lower Saxony and the alpine region Gumpenstein were evaluated. The study was split into three chapters: In a comprehensive literature review rotational grazing and cut systems were compared in case of productivity, resource-efficiency, animal welfare and animal performance. It was shown that the management system has a strong influence not only on resource consumption but also on forage quality and yield. This influence of management strategy has to be implemented in whole-farm models for assessing positive effects for rotational grazing (animal welfare, high energy-efficiency, low costs) as well as for cut systems (lower nitrogen losses). It can be stated that actually rotational grazing provides a sustainable management system, but the application of N fertilisers is recommended to be reduced. Following, the results of the literature review were taken as a basis for the development of an indicator-based approach for assessing the sustainability of intensively managed grasslands. Eight individual indicators each defined with target values and weighting functions, offer an instrument for certifiying management practices in the codes of good agricultural practice. Indicators with high expressiveness and easy data collection measure sward quality, sward development and the potential and actual forage quality and yield performance. The aim is to inhibit sward degradation early enough before deterioration and conclude corrective actions. The selection criteria for indicators were easy data collection for cost minimisation, easy handling for users and repeatability. An increased N efficiency is a main option to increase sustainability of grassland systems. In the third step of this thesis we analysed different opportunities for the calculation of N fertiliser recommendations. It was shown that recommendations calculated with the defined standard, marginal yield response (Myr), lead to high N loads especially in grazed systems. In conclusion, guidelines of policy instruments are not matched. The calulation of fertiliser recommendation including the indicator endogenous N utilisation (NyUE) is adapted to plants´ demand; additionally, defined target values are deduced from animal´s requirements combining high production and reduced N losses. The results show that compared to Myr, the optimum fertiliser input is generally reduced by the use of NyUE. Fertiliser recommendations calculated with NyUE emphasize a strategically application of fertiliser N to the first growth and first regrowth for cut systems while grazing is most efficient with zero fertiliser. For an optimised grassland management, knowledge of the influence of different manage¬ment practices on productivity, forage quality and particularly the N losses is important. Nutrient losses, especially N, play an important role for assessing an environmental friendly use of natural resources in forage production systems. Indicators for evaluating a sustainable grassland production have to consider as well ecological, economical as social aspects in a whole context. Up to now, whole farm models cannot picture these production systems in detail and therefore further development is necessary. This study formulated a set of indicators for balancing and assessing as well performance as ecological effects of grassland production systems that can be used in the agricultural practice, by advisory service and administration. The reliability is assured for northwest European climatic areas.
 
Keywords:Grünland; Stickstoffeffizienz; Nachhaltigkeit
grasland, nitrogen efficiency; sustainability
 
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