Leibniz Zentrum für Agrarlandschaftsforschung Ertragslücken und Ertragsstagnation in Deutschland Wissenstand und offene Fragen. K. C.

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1 Leibniz Zentrum für Agrarlandschaftsforschung Ertragslücken und Ertragsstagnation in Deutschland Wissenstand und offene Fragen K. C. Kersebaum BMEL/ZALF Veranstaltung Boden Fundament des Lebens Berlin

2 Herausforderung für den Pflanzenbau der Zukunft Steigende Weltbevölkerung sowie eine veränderte Ernährung erfordert eine deutliche Steigerung der Nahrungsmittelproduktion Die Fläche zum Anbau von Nahrungsmitteln ist begrenzt und ohne dramatische ökologische Folgen kaum weiter zu erweitern. Dagegen gehen insbesondere in den Industrie- und Schwellenländern immer mehr hochwertige Produktionsflächen durch Versiegelung verloren. Zur Sicherung der Welternährung bis 2050 ist daher eine Verdoppelung der Ertragsleistung pro Fläche notwendig. Dies entspricht einer jährlichen Steigerung der Produktion pro Fläche um ca. 2.5 % Die Ertragspotenziale sind in vielen Ländern der Erde noch nicht ausgeschöpft. Lassen sich durch Schließen dieser Ertragsdefizite die notwendigen Steigerungen erreichen?

3 Definition und beeinflussende Faktoren der Produktion Produktionssituation Potenzieller Ertrag (Y p ) Wasser limitierter Ertrag (Y w ) Wasser und Nährstoff limitiert Aktueller Ertrag (Y a ) Produktionsniveau (t/ha) Bestimmende Faktoren limitierende Faktoren limitierende Faktoren reduzierende Faktoren CO 2 Strahlung Temperatur Genetisches Potenzial Wasserverfügbarkeit Wasser und Nährstoffverfügbarkeit Unkraut Krankheiten Schaderreger Schadstoffe Van Ittersum et al. 2013

4 Wie werden Ertragspotenziale abgeschätzt Abschätzung pro Land/Region aus den höchsten berichteten Erträgen Aus Daten von Hochertragsversuchsflächen oder Sortenversuchen Mit Hilfe statistischer Modelle Mit Hilfe von dynamischen Simulationsmodellen zum Pflanzenwachstum

5 Globale Realisierung erreichbarer Erträge Derzeitig erreichter Anteil am erzielbaren Ertrag Müller et al. 2012, Nature

6 Ertragspotenziale (Yw) und Ertragslücken für Weizen in Deutschland Global Yield Gap Atlas ( Schils et al Yw [kg TM /ha] Yw-Ya [kg TM /ha]

7 Weizenerträge in Deutschland [t/ha] 9 Weizenerträge Deutschland (FAO Statistik) jähriges gleitendes Mittel

8 Welches sind die Ursachen für die Ertragsstagnation? Diskutiert werden: Stagniert der genetische Fortschritt? Klimawandel und Extremereignisse? Anbauausweitung auf schlechtere Standorte? Bodendegradation, Abnahme der Bodenfruchtbarkeit? Veränderte Fruchtfolgen? Ökonomische Ursachen? Veränderte Betriebsgrößen und -strukturen? Umweltauflagen?

9 Der genetische Trend in Deutschland zeigt nach oben Kornertrag Winterweizen (Sortenversuche der Intensitätsstufe 1 und 2) Bereinigter Kornertrag [dt/ha] Piepho et al. 2014

10 Beobachtete Ertragstrends sind regional unterschiedlich 12 Weizenerträge in Regierungsbezirken 10 Lüneburg, Stat. Region Ertrag (t/ha) Köln, Regierungsbezirk Münster, Regierungsbezirk Stuttgart, Regierungsbezirk Karlsruhe, Regierungsbezirk Freiburg, Regierungsbezirk Linear (Lüneburg, Stat. Region) Linear (Köln, Regierungsbezirk) year EUROSTAT, Nuts 3

11 Klimatische Einflüsse, z.b. Extreme Anzahl der Tage mit hohen Temperaturen zur Weizenblüte hat deutlich zugenommen Gömann et al. 2015

12 Klimatische Einflüsse, z.b. Extreme Anzahl der Tage mit Starkniederschlägen hat leicht zugenommen und sich von Juni in den Juli und August verschoben (Anstieg der Lagergefahr) Gömann et al. 2015

13 Klimatische Einflüsse, z.b. Trockenheit Anzahl der Tage mit geringer Bodenfeuchte im Sommerhalbjahr hat zugenommen Gömann et al. 2015

14 Änderung der Landnutzung Vor allem durch Urbanisierung hat die landwirtschaftliche Nutzfläche in Deutschland seit 1960 abgenommen. Während die Ackerfläche in Ballungsräumen auf oft guten Standorte abnahm, erfolgte eine Ausdehnung oft zu Ungunsten von Grünlandflächen in anderen Gebieten. Gömann et al. 2015

15 Änderung der Landnutzung Gleichzeitig nahm der Weizenanteil am Ackerland zu. Änderung des Weizenanteils an der LF von 1999 bis 2010 Damit dürfte insgesamt eine Verschiebung des Weizenanbaus auf schlechtere Standorte verbunden gewesen sein Gömann et al. 2015

16 Standorteigenschaften bestimmen die Vulnerabilität Variationskoeffizient W. Weizenertrag ( ) % Ertragsverlust alle 6 7 Jahre Gömann et al. 2015

17 Bodeneigenschaften bestimmen die Vulnerabilität gegenüber Klimaschwankungen: Beispiel Klimawandel in 2 Regionen Hannover Müncheberg Ertragsänderung gegenüber (A1B) Kersebaum & Nendel 2014, Eur. J. Agron.

18 Welche Bodeneigenschaften beeinflussen Ertragspotenziale Textur, organische Substanz und Lagerungsdichte -> Wasserhaltevermögen und pflanzenverfügbares Wasser Nährstoffspeicherfähigkeit und Nachlieferungsvermögen Bodenstruktur und Durchwurzelbarkeit Grundwasserstand Verdichtung/Vernässung Ertragsmindernde Faktoren Hangneigung/Exposition BGR

19 Verständnis für Bodenfunktionen erforderlich >Ko Referat Herr Wiesmeier andere Ökosystem leistungen Pflanzen wachstum Ertrag Bodenfunktionen Filter Nährstoff Wasser Bodeneigenschaften Biologisch Chemisch Physikalisch Management C flüsse Boden typ C Vorrat C Festlegung nach Olesen 2014 Organische Substanz beeinflusst Bodenfunktionen und Produktivität SmartSOIL

20 Verbesserung der C org Gehalte durch pfluglose Bodenbearbeitung? Review: 69 paarweise Bodenbearbeitungsversuche. Mittlere Differenz der C-Gehalte von Böden unter konventioneller Bearbeitung und Pfluglos. (Luo et al. 2010) Umstieg von konventioneller Bodenbearbeitung auf pfluglos scheint den Gesamtvorrat and Corg nicht zu erhöhen aber erhöht den C-Gehalt nahe der Oberfläche (was positiv für einige Bodenfunktionen sein könnte).

21 Wie beeinflusst organischer Kohlenstoff den Ertrag? Ertrag Höhere Produktivität durch verbesserte Bodeneigenschaften (durch höhere Humusgehalte) Reduzierter N-Bedarf durch höhere Mineralisation Input intensity (N-fertilisation, pesticides, tillage) nach Olesen 2014 SmartSOIL

22 Fruchtfolgeeffekte auf den Ertrag Düngungsreaktion von Weizen auf N Gaben in Abhängigkeit von Vor und Vorvorfrucht (OSR = Raps) Ertrag [t/ha] Sieling et al. 2005, Eur. J. Agron. N Düngung [kg N/ha]

23 Ist Erreichen des Ertragspotenzials ökonomisch? Der ökonomisch optimale Ertrag liegt immer unter dem maximalen Der Abstand hängt sowohl von den Faktor- als auch den Produktpreisen ab Ein Niveau von 80-85% des Potenzials ist daher als Zielgröße sinnvoll Stamm 2008, DLZ

24 Welches sind die Ursachen für die Ertragsstagnation? Stagniert der genetische Fortschritt? Nein Klimawandel und Extremereignisse? Trägt bei zu größerer Variabilität der Erträge Anbauausweitung auf schlechtere Standorte? Spielt eine Rolle und erhöht Ertragsvariabilität Bodendegradation, Abnahme der Bodenfruchtbarkeit? Ist zu beobachten, aber das Ausmaß ist nicht klar Veränderte Fruchtfolgen? Verändern den C-Input, Vorfruchtwirkung z. B. auf Bodenstruktur? Ökonomische Ursachen? Produkt und Faktorpreise bestimmen Intensität Veränderte Betriebsgrößen? Schwierigeres Zeitmanagement, suboptimale Bestellung Umweltauflagen? Verringern Intensität, sollten standortspezifisch sein Die Ursachen sind vielfältig und ihr Beitrag wenig verstanden!

25 Danke für Ihre Aufmerksamkeit