INL – PRIVATES INSTITUT FÜR NACHHALTIGE LANDBEWIRTSCHAFTUNG GmbH Reilstraße 128

06114 Halle (Saale)

Abschlussbericht

Entwicklung eines Nachhaltigkeitsindikators zur

standortspezifischen Bewertung landwirtschaftlicher

Anbausysteme in Bezug auf die Abschätzung der

Winderosionsgefährdung

(Erweiterung der Software REPRO)

Halle im Mai 2012

Bearbeiter: Privates Institut für Nachhaltige Landbewirtschaftung GmbH Reilstraße 128 06114 Halle/Saale

Halle, den 16.05.2012 Dipl.-Ing. agr. P. Deumelandt

Geschäftsführer

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Inhaltsverzeichnis

1. Zielsetzung des Vorhabens _________________________________________________ 4

2. Methodische Ansätze _____________________________________________________ 6

3. GIS-technische Umsetzung ________________________________________________ 9

3.1 Modul zur Berechnung der Winderosion nach DIN 19706 ________________________ 9

3.2 Modul zur Berechnung der Winderosion nach WEQ ___________________________ 14

3.3 Entwicklung der REPRO-Umgebung zur Erweiterungen im Auswertungsmenü

„Bodenerosion“ in REPRO _______________________________________________ 17

4. Ermittlung des Indikators `Winderosion` zur Implementierung in REPRO ____________ 22

5. Betriebliche Lösungsansätze und Kosten-Nutzen-Analyse _______________________ 30

5.1 Auswirkung von Windschutzelementen auf den Ertrag _________________________ 31

5.2 Kostenkalkulation Neuanlage Windschutzhecke ______________________________ 32

5.3 Leistungs-Kostenrechnung einer Windschutzhecke ____________________________ 33

6. Publikationen ___________________________________________________________ 36

7. Literatur _______________________________________________________________ 39

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Vorgehensweise bei der Ermittlung der Erosionsgefährdung durch Wind ______ 6

Abbildung 2: Einbindung des DIN-Moduls in die ArcGIS-Toolbar _______________________ 9

Abbildung 3: Benutzeroberfläche des DIN-Moduls _________________________________ 10

Abbildung 4: Schema zur Berechnung der Winderosion nach DIN 19706 _______________ 11

Abbildung 5: Ergebnisdarstellung des DIN-Moduls in ArcGIS _________________________ 13

Abbildung 6: Benutzeroberfläche des WEQ-Moduls ________________________________ 14

Abbildung 7: Ergebnisdarstellung des WEQ-Moduls in ArcGIS _______________________ 17

Abbildung 8: Beispiel RBA-Stammdaten für Silomais _______________________________ 18

Abbildung 9: Beispiel für die Faktoren der Wasser-/Winderosion in den Jahren 2008 – 2010 20

Abbildung 10: Verlauf Indikator `Bodenabtrag` für die Bewertung im Modell REPRO _______ 23

Abbildung 11: Lage der Testbetriebe ____________________________________________ 25

Abbildung 12: Auswertung der Winderosionsgefährdung nach DIN 19706 für die

Einzelrasterzellen am Beispiel des Betriebes Nr. 7 _____________________ 28

Abbildung 13: Auswertung der Winderosionsgefährdung nach DIN 19706 aggregiert auf

Schlagebene am Beispiel des Betriebes Nr. 7 _________________________ 28

Abbildung 14: Auswertung der Winderosionsgefährdung nach WEQ aggregiert auf

Schlagebene am Beispiel des Betriebes Nr. 7 _________________________ 29

Abbildung 15: Windschutzwirkung und Ertragssteigerung durch Hecken ________________ 31

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Erforderliche Eingangsdaten für das DIN-Modul ________________________ 10

Tabelle 2: Azimuth-Vorgaben für die Bestimmung der Windrichtung ________________ 12

Tabelle 3: Altitude-Vorgaben für die Bestimmung der Schutzbereiche _______________ 12

Tabelle 4: Erforderliche Eingangsdaten für das WEQ-Modul ______________________ 15

Tabelle 5: Bewertungsschema mit unterschiedlichen RBA-Schutzfaktoren ___________ 19

Tabelle 6: Beispiel für den WEQ-Export für Teilschlag Lehmgrube 3 von 2008 – 2009 __ 21

Tabelle 7: Standortcharakteristika der Testbetriebe mit Bezug zur

Winderosionsdisposition __________________________________________ 24

Tabelle 8: Ableitung der Modelleingangsdaten _________________________________ 26

Tabelle 9: Zuordnung der Bodenarten nach KA5 zu den Bodenfaktoren (I-Faktor n. WEQ) 26

Tabelle 10: Einfluss einer Hecke auf den Ertrag verschiedener Kulturen ______________ 32

Tabelle 11: Kostenrechnung Neuanlage einer Windschutzhecke ____________________ 32

Tabelle 12: Vergleich der Direktkostenfreien Leistung, Anlage einer Windschutzhecke ___ 34

Tabelle 13: Vergleich der Direktkostenfreien Leistung, 12 Wirtschaftsjahre Fruchtfolge WW-

WG-WRa ______________________________________________________ 35

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1. Zielsetzung des Vorhabens

Die Anforderungen an die Optimierung von Produkt- und Prozessqualität landwirtschaftlicher

Betriebe im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung der Agrarökosysteme steigen kontinuierlich.

Damit verbunden sind wachsende Ansprüche an geeignete Indikatorensysteme, die zur

Steuerung und Dokumentation betrieblicher Prozesse und zur Schaffung von Transparenz

geeignet sind. Triebkräfte dieser Entwicklung sind neben der Landwirtschaft selbst, die

praktikable Managementsysteme für die betriebliche Optimierung braucht, Handel und

Verarbeitung als Abnehmer landwirtschaftlicher Produkte sowie das gesellschaftliche und

politische Interesse an Umwelt-, Natur- und Verbraucherschutzaspekten der

landwirtschaftlichen Produktion. Letzteres wird auch deutlich durch eine Vielzahl von

Richtlinien, Vorschriften und Gesetzen, die diese Thematik zum Gegenstand haben.

Die gegenwärtige Diskussion in der Landwirtschaft in Bezug auf Bodenschutz, Klima-

auswirkungen und Biodiversität fokussieren sich fast ausschließlich auf die Spannungsfelder

Bodenverdichtung, Humus und Wassererosion. Das Gefährdungspotenzial für die

landwirtschaftliche Produktion und den Boden, das aus der Winderosionsproblematik resultiert,

wird gegenwärtig in Deutschland nur sekundär betrachtet. Ursachen hierfür sind:

Die Folgen von Wassererosionsereignissen sind für jedermann deutlich sichtbar

(Schlamm in den Dörfern, auf Straßen, in Gräben, zerfurchter Boden).

Folgen von Winderosion sind in der Regel vom Laien nicht erkennbar.

Wassererosion tritt gehäuft auf fruchtbaren Böden auf. Das Augenmerk der Politik ist

primär auf die Erhaltung fruchtbarer Böden ausgerichtet.

Winderosion ist in der Regel ein Problem für leichte Standorte, die im Ertragsniveau geringer

sind.

Die monetären Folgen von Wassererosionen sind auf gesamtgesellschaftlicher Ebene

sehr weitreichend und betreffen Versicherer, Banken, Kommunen etc.,

dementsprechend groß ist auch aus historischer Sicht das Interesse an einer

Schadensminimierung.

Gegenwärtig spürt nur der Landwirt (und indirekt der Eigentümer) über die Ertragsminderung

und den Verlust an Bodenfruchtbarkeit die monetären Auswirkungen.

Prozesse der Wind- und Wassererosion haben neben Schäden durch Bodenverdichtung die

größten Auswirkungen auf die Ertragsfunktion der Böden und beeinflussen somit indirekt auch

das Betriebsergebnis der landwirtschaftlichen Unternehmen. Während Wassererosion

vornehmlich auf reliefierten Standorten ein Gefährdungspotenzial aufweist, ist die Winderosion

vorwiegend auf mittleren und leichten Standorten ein ernst zu nehmendes Problem sowohl für

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die Pflanzenproduktion (Ertragsausfälle durch Organbeschädigung, Windschliff oder komplette

Abdeckung der Pflanzen) als auch für das Ertragspotenzial der Böden. Darüber hinaus wächst

das Schadensausmaß aufgrund von winderosionsbedingten Off-site-Schäden.

Dennoch ist Winderosion ein sowohl in den Agrar- und Bodenwissenschaften als auch der

Öffentlichkeit wenig beachtetes Thema. Entgegen der Wassererosion, die sehr eng an die

Hangneigung gekoppelt ist und geringe Hangneigungen die Wassererosion ausschließen, sind

äolische Verfrachtungen aufgrund des Wirkkomplexes aus Windoffenheit, Bodensubstrat,

Bedeckung und Bodenfeuchte in unterschiedlichem Ausmaß ständig zu beobachten und nicht

nur zu Extremereignissen.

Winderosion wirkt sich auf den Boden und die Pflanze(Pflanzenertrag) vielfältig aus und kann

direkte Ertragsausfälle sowie erhebliche Ertragsschwankungen bewirken. Erhebungen des

ZALF Müncheberg zeigen, dass in Extremlagen flächig 10t/ha fruchtbarer Oberboden jährlich

durch Winderosion abgetragen (Bodenverlust von ca. 3 mm) werden und somit in ähnlichen

Größenordnungen wie durch wassererosionsbedingten Bodenabtrag liegt (Deumlich, 2010).

Neben den bereits aktuell erkennbaren Gefährdungen und Risiken ist mit der im Zuge der

Klimaveränderung zu erwartenden Häufung der Starkwinde eine Zunahme des

Gefährdungspotenzials für die landwirtschaftliche Produktion zu erwarten und es sind frühzeitig

Gegenmaßnahmen zu ergreifen (UBA, 2010).

Das Gefährdungspotenzial durch Winderosion wurde erkannt, in die Regelungen zum Cross

Compliance aufgenommen (BMELV, 2009) und wurden zum 01.07.2010 gültig.

Bezüglich der Beratung und Planung von Schutzmaßnahmen zur Minderung der Winderosion

besteht in Deutschland gegenwärtig ein großes Defizit. Dieses liegt nicht am wissenschaftlichen

Vorlauf, sondern ist vielmehr in der praktischen Umsetzung und der öffentlichen (und

betrieblichen) Wahrnehmung der Winderosion begründet. Wenn von Erosion gesprochen wird,

steht die Wassererosion meist im Vordergrund. Fördermaßnahmen (Wissenschaft, Beratung,

Praxis, Schutz) gehen, auch bedingt durch die EU-Wasserrahmenrichtlinie, ausschließlich in

diese Richtung.

Die Winderosion wurde bis dato im System REPRO, obgleich für eine Vielzahl von

Landwirtschaftsbetrieben von Bedeutung, noch nicht bewertet. In Analogie zur Wassererosion

ist dies jedoch zwingend erforderlich. Ausgehend von der dargelegten Situation ergaben sich

für das Vorhaben folgende Zielsetzungen:

Entwicklung eines REPRO-Indikators zur Bewertung der standort- und

nutzungsspezifischen Winderosionsgefährdung auf Schlagebene sowie Implementierung

der Ermittlungsverfahren nach DIN 19706 und nach Wind Erosion Equation (WEQ),

einschließlich der Übertragung des WEQ-Kennwerte auf die deutschen Verhältnisse

Erarbeitung von betrieblichen Lösungsansätzen für den kurz-, mittel- und langfristigen

Schutz landwirtschaftlicher Flächen vor Winderosion sowie daraus resultierenden off-site-

Schäden einschließlich Kosten-Nutzen-Analyse

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Entwicklung eines GIS-gestützten Beratungs- und Planungstools zur Verminderung der

Winderosionsgefährdung auf betrieblicher Ebene durch pflanzenbauliche und

landeskulturelle Maßnahmen

Berechnung der Winderosion für Testbetriebe und Verfahrensvergleich

2. Methodische Ansätze

Im Gegensatz zur Wassererosion, für die mit der Allgemeinen BodenAbtragsGleichung (ABAG)

für Deutschland eine bewertungspraxistaugliche und (wenn auch nur empirische) validierte

Gleichung zur Berechnung des Bodenabtrages vorliegt (Schwertmann u. a., 1990), wird die

Winderosionsgefährdung in Deutschland gegenwärtig über ein matrixbasiertes Expertensystem

(DIN 19706) eingestuft, welches nur Gefährdungsstufen jedoch keine Abtragsmengen ausweist.

Der Ansatz der DIN 19706 ist in Abbildung 1 schematisch dargestellt und wurde aktuell für die

Berechnung der Winderosionsgefährdung nach Cross-Compliance angewendet (Schäfer u. a.

2010).

Abbildung 1: Vorgehensweise bei der Ermittlung der Erosionsgefährdung durch Wind (aus DIN 19706, verändert) Durch die Integration der Bodenbedeckung ist es möglich eine nutzungsabhängige Gefährdung

auszuweisen.

Das größte Defizit dieses Ansatzes ist, dass nur Gefährdungsstufen ausgewiesen werden und

somit ein qualitativer Vergleich zwischen Standorten möglich ist. Eine stoffliche und somit

quantitative Bilanzierung ist hingegen nicht möglich. Werden Windhindernisse mit betrachtet ist

der Einsatz der DIN-Methode sehr aufwendig, da alle Windrichtungen und deren Schutzzonen

berücksichtigt werden müssen. Für einen praktischen Einsatz bei der Planung von

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Schutzmaßnahmen ist die Anwendung dieses Verfahrens, da er sehr aufwendig ist, nur bedingt

geeignet. Zudem lassen sich keine mengenmäßigen Aussagen zum verlagerten Sediment

treffen, so dass Abschätzungen zu bodenschutzrelevanten Funktionen nicht möglich sind.

Ein weiterer Ansatz in Deutschland, der jedoch nur noch in einigen ostdeutschen

Bundesländern Anwendung findet, ist die Ausweisung der Winderosionsgefährdung mittels

MMK-Auswertung nach der VERMOST-Methode (VERgleichsMethOdeSTandort – Thiere u. a.,

1991). Diese Methode wurde zur Umsetzung der Ergebnisse der Mittelmaßstäbigen

Landwirtschaftlichen Standortkartierung (MMK) erarbeitet, die für das Gebiet der neuen

Bundesländer flächendeckend vorliegt. Bei diesem Verfahren lassen sich auf der Grundlage

definierter Kombinationen verschiedener Boden- und Standortmerkmale von bestimmten

Flächenarealen (Kartierungseinheiten, Schläge, Teilschläge sowie weitere Areale, wie Betriebe,

Gemeinden, Kreise usw.) eine Reihe von Beurteilungsparameter, so auch die

Winderosionsgefährdung, ermitteln. Aktuell wird nach dieser Methode nur noch in den Ländern

Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern sowie für Einzelaspekte in Sachsen-Anhalt

gearbeitet (Thiere u. a., 1996, Deumlich u. a., 2002). Eine Übertragung der Methode auf die

aktuelle bodenkundliche Nomenklatur ist nicht geplant, wodurch eine weitere Verwendung des

VERMOST-Ansatzes nicht gewährleistet ist.

In den USA wurde in den 60iger Jahren die "Wind Erosion Equation" (WEQ) entwickelt. Sie war

das erste Modell zur Abschätzung des Bodenverlustes durch Wind und ist das gegenwärtig

weltweit am häufigsten genutzte Modell zur Abschätzung von Bodenabträgen durch Wind. Es

verfolgt einen analogen Ansatz wie die ABAG. WEQ ist ein empirisches Model welches auf

gemessen jährlichen Bodenabträgen für ein Feld in Garden City/Kansas basiert. Wie bei allen

empirischen Ansätzen muss die Anwendung des Modells außerhalb der Randbedingungen, für

welche es entwickelt wurde, validiert und getestet werden. Während das Modell in den USA

eine weite Verwendung findet (Fryrear u. a., 2001), fand es in Deutschland bis dato nur in der

Wissenschaft Verbreitung.

Das Wind Erosion Equation (WEQ)- Modell. Dieses ist analog der ABAG aufgebaut und liefert

im Ergebnis einen mengenmäßigen Abtragswert je Flächeneinheit (NAM, 2002).

Die WEQ wird meist in der von Woodruff und Siddoway (1965) publizierten Form angegeben.

E=f(I,K,C,L,V)

wobei:

E Erosionsrate [t ha-1 a-1]

I Bodenerodierbarkeitsindex [t ha-1 a-1]

K Rauigkeits-Faktor [-]

C Klima-Faktor [Anteil des C-Faktors von Garden City / Kansas]

L Ungeschützte Feldlänge in Richtung des vorherrschenden Windes [m]

V Vegetationsdecken-Faktor [kg ha-1]

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Die einzelnen Faktoren sind zum Teil Summenparameter für verschiedene Einflussgrößen der

Winderosion.

Da das WEQ-Modell Abtragsmengen ausweist, ist es für Zwecke der Maßnahmenplanung und

Abschätzung deren Auswirkung sehr gut geeignet. Darüber hinaus ist es möglich, in eine GIS-

gestützte Modellierung die Geländemorphologie einzubinden und somit die

teilflächenspezifische Aussagekraft zu verbessern. Eine Übertragung auf deutsche Verhältnisse

sowie ein großflächiger Test ist bis dato nicht erfolgt, so dass der Modelleinsatz auf

wissenschaftliche Anwendungen beschränkt blieb (u. a. Universität für Bodenkultur Wien, ZALF

Müncheberg).

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3. GIS-technische Umsetzung

Zur GIS-technischen Umsetzung der beiden o. g. Ansätze wurden zwei GIS-basierte Module

zur Berechnung der Winderosion auf Ackerschlagebene entwickelt. Das DIN-Windmodul

basiert auf dem Regelwerk der DIN 19706 (DIN (2005)) und entspricht dem Vorschlag zur

Abschätzung der Erosionsgefährdung durch Wind des AK ‚Erosionsgefährdungsabschätzung’

(AK EROSION 2008) gemäß BMELV-Auftrag. Im Ergebnis steht eine qualitative Bewertung der

Erosionsgefährdung (Gefährdungsklassen).

Das WEQ-Modul implementiert den Ansatz der „Wind Erosion Equation“ (WEQ) nach

(WOODRUFF & SIDDOWAY, 1965). WEQ ist ein empirisches Modell, welches auf gemessenen

jährlichen Bodenabträgen für ein Feld in Garden City (Kansas, USA) basiert. Mit Hilfe von

Zuschlägen auf die Einflussfaktoren der Bodenerosion erfolgt die Anpassung an

mitteleuropäische Verhältnisse und die Ermittlung der Jahressumme des Bodenabtrages für ein

isoliertes Feldes.

3.1 Modul zur Berechnung der Winderosion nach DIN 19706

Softwareumgebung, Implementierung und Benutzeroberfläche

Das DIN-Windmodul 1.22 wurde als Tool für das ESRI-Software-Produkt ArcGIS entwickelt.

Voraussetzung ist die Verfügbarkeit des Spatial Analyst unter ArcGIS. Als dll-Datei lässt es sich

durch einen mit Administratorrechten ausgestatteten Nutzer effizient in die ArcGIS-Toolbar

einbinden (Abbildung 2).

Abbildung 2: Einbindung des DIN-Moduls in die ArcGIS-Toolbar

Innerhalb der Benutzeroberfläche des Moduls werden über Auswahlfelder die gewünschte

Rasterauflösung, die erforderlichen Eingangsdaten mit den zugehörigen Attributfeldern sowie

die optional auszuwählenden und anzuzeigenden Ergebnisdaten definiert. Ergänzend wird der

Status des Berechnungsvorganges angezeigt (Abbildung 3).

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Abbildung 3: Benutzeroberfläche des DIN-Moduls

Erforderliche Eingangsdaten

Das ArcGIS-Modul zur Berechnung der Winderosionsgefährdung nach DIN 19706 verknüpft die

Einflussgrößen ‚Erodierbarkeit des Bodens’, ‚Windgeschwindigkeit’, ‚Schutzwirkung von

Windhindernissen’ und ‚Schutzwirkungsstufen angebauter Fruchtarten’. Demzufolge sind als

essentielle Eingangsdaten nachfolgende Parameter mit den in der Tabelle aufgeführten

Attributen und Datenformaten bereit zu stellen (Tabelle 1). Datei- und Attributnamen sind frei

wählbar, müssen innerhalb der Benutzeroberfläche jedoch eindeutig definiert werden.

Tabelle 1: Erforderliche Eingangsdaten für das DIN-Modul

Eingangsgröße Dateiformat Raumbezug Attribut

Schlaggrenzen shape-file Schlag Schlag-ID (numerisch)

Erodierbarkeit des Oberbodens

shape-file Schlag, Elementarfläche

Klassenwert 0 bis 5 (Zahl)

Schutzwirkungsstufe Fruchtart

shape-file Schlag, Elementarfläche

Klassenwert 0 bis 5 (Zahl)

Windhindernisse (Fläche) shape-file Polygon Höhe (m)

Windhindernisse (Linie) shape-file Polygon Höhe (m)

Windgeschwindigkeiten shape-file Punkt, Station als Punkt

Geschwindigkeit (1/10 m/s)

Windrichtungen shape-file Stationswerte als Punkt

Häufigkeit des Auftretens der 8 Hauptwindrichtungen (%)

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Die im ESRI-shape-Format vorliegenden Flächen für die Erodierbarkeit des Oberbodens und

die Schutzwirkungsstufen angebauter Fruchtarten müssen sich nicht zwingend an

vorgegebenen Schlaggrenzen als Bewertungseinheit orientieren. Vielmehr können auch

innerhalb eines Schlages gelegene Teilflächen mit unterschiedlichen Boden- oder

Schutzwirkungseigenschaften (Elementarflächen) abgebildet werden, die später über ein zu

definierendes ID-Feld in die statistische Auswertung des Schlages einfließen.

Berechnungsvorgang

Der gesamte Berechnungsvorgang im DIN-Modul erfolgt über GRID-Operationen. Hierzu

werden alle Eingangsdaten in ein Rasterformat transformiert, wobei die Rasterweite durch den

Nutzer selbst fest gelegt werden kann. Abbildung 4 stellt schematisch die in Tabelle 1

aufgeführten Eingangsdaten, die entsprechend der DIN-Vorgaben vorgenommenen

Verknüpfungen der Daten und Zwischenergebnisse sowie die Ergebnisparameter mit den

zugewiesenen Dateinamen dar.

Zunächst erfolgt aus den Punkten der Windgeschwindigkeiten (üblicherweise im 200m-Raster

des DWD vorliegend) die Generierung eines Windrasters mit Bezug der Rasterkanten zum

Schlagraster. Entsprechend der Klassifizierungsvorgaben der DIN 19706 wird anschließend die

Reklassifizierung der Geschwindigkeiten in Klassenwerte von 1 bis 6 vorgenommen. Über

deren Verknüpfung mit den Klassenwerten der Erodierbarkeit des Oberbodens erfolgt über eine

Bewertungsmatrix (siehe DIN 2005) die rasterbasierte Zuweisung von Klassen der

standortabhängigen Erosionsgefährdung (vergl. Abbildung 4). Analog erfolgt die Ableitung

der bewirtschaftungsabhängigen Erosionsgefährdung (ohne Windgeschwindigkeiten) aus

den Schutzwirkungsstufen der Fruchtarten.

Abbildung 4: Schema zur Berechnung der Winderosion nach DIN 19706

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Am komplexesten ist die Ermittlung der Schutzwirkungsstufe der Windhindernisse. Gemäß

DIN 19706 und AK EROSION (2008) erfolgt die Klassifizierung der Schutzwirkung von

Windhindernissen in Abhängigkeit von der Höhe des Windhindernisses und bei senkrechter

Ausrichtung zur vorherrschenden Windrichtung. Aus der Höhe eines Windhindernisses

errechnet sich die maximale Gesamtlänge seines Schutzbereiches in Metern als das 25-fache

seiner Höhe. Die 5 Schutzwirkungsstufen entsprechen der 5-teiligen Untergliederung des

maximalen Schutzbereiches.

Innerhalb des Moduls werden die Schutzbereiche mit Hilfe der Hillshade-Funktion ermittelt.

Durch Einbindung des Azimuths wird die Windrichtung (0-360°) vorgegeben (Tabelle 2). Die

beschatteten (durch Hindernisse geschützten) Bereiche werden durch fünf Altitudes ermittelt

und Schutzstufen zugewiesen (Tabelle 3). Der Berechnung vorangestellt ist modulintern die

Umwandlung der als Inputdaten erforderlichen Hindernis-Shapes (Linien-, Flächenhindernisse)

in Grids und deren Aggregierung. Insgesamt sind 48 Berechnungsdurchläufe erforderlich (8

Hauptwindrichtungen x 6 Schutzbereiche – einschließlich Luvbereich), wobei die Rechendauer

mit geringerer Rasterweite zunimmt. Die je Hauptwindrichtung ermittelten

Schutzbereichsklassen beziehen sich ausschließlich auf die Bereiche innerhalb der

Schlaggrenzen, externe Flächen werden nicht berücksichtigt.

Tabelle 2: Azimuth-Vorgaben für die Bestimmung der Windrichtung

Windrichtung Azimuth

N 0

NE 45

E 90

SE 135

S 180

SW 225

W 270

NW 315

Tabelle 3: Altitude-Vorgaben für die Bestimmung der Schutzbereiche

Schutzwirkung Stufe Altitude

Sehr gut 5 11,3099

Gut 4 5,7106

Mäßig 3 3,8141

Gering 2 2,8624

Sehr gering 1 2,2906

Die klassifizierten Windschutzbereiche werden abschließend mit den Häufigkeiten der

Hauptwindrichtungen im Modellgebiet verrechnet. Hierzu erfolgen vorab die räumliche

Interpolation der als Punktwert vorliegenden Häufigkeitswerte und die Ausgabe von 8

Häufigkeitsrastern. Rasterbasiert liegt die Schutzwirkungsstufe der Windhindernisse vor.

Entsprechend der Bewertungsmatrizen der DIN 19706 erfolgt die Berechnung der potenziellen

und aktuellen Erosionsgefährdung auf Rasterebene (Abbildung 4).

Die Bewertung der Erosionsgefährdung durch Wind in Bezug auf Cross Compliance wird auf

Feldblockebene vorgenommen (AK EROSION 2008). Dies wird im DIN-Modul durch die Bildung

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des Median aus den auf Rasterebene ermittelten Erosionsgefährdungsstufen (aktuell und

potenziell) für jeden Feldblock vorgenommen. Die Definition eines Feldblockes/ Schlages wird

im Menü durch Vorgabe einer ID festgelegt.

Ausgabeparameter und -struktur

Die in Abbildung 4 dargestellten Ergebnis- und Zwischenergebnisparameter werden nach

Abschluss des Berechnungsvorganges im Layer des ArcGIS-Projektes eingeladen und

klassifiziert dargestellt (Abbildung 5). Die Ergebnisdaten (Grids, Shapes) werden in den

erzeugten Ordner ‚Output’ geschrieben, wobei für jeden Berechnungslauf ein Unterordner ‚work

#’ generiert wird. Die Speicherebene des Ordners entspricht der Ebene des gespeicherten

ArcGIS-Projektes. Um die in der Menüoberfläche festgelegten Moduleinstellungen nach Ende

der Berechnung nachvollziehen zu können, wird ebenfalls in der Projektebene eine

Protokolldatei ‚Wind.gfx’ erzeugt.

Abbildung 5: Ergebnisdarstellung des DIN-Moduls in ArcGIS

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3.2 Modul zur Berechnung der Winderosion nach WEQ

Softwareumgebung, Implementierung und Benutzeroberfläche

Das WEQ-Windmodul 1.31 wurde ebenfalls als Tool für ArcGIS entwickelt und lässt sich als dll-

Datei in die ArcGIS-Toolbar einbinden.

Die Festlegung der Rasterauflösung, der Windhindernisse, der Windgeschwindigkeiten und der

Schlagdatei entspricht dem DIN-Modul (s. oben). Zusätzlich lässt sich ein Schwellenwert für die

Vegetationsbedeckung festlegen, unterhalb dessen Erosion auftreten kann. Entsprechend den

Nutzeranforderungen kann über das Feld ‚Überhöhung der Windhindernisse’ variabel eingestellt

werden, wie groß der im Lee gelegene Windschutzbereich ist. In Abhängigkeit von den

Gebietseigenschaften kann in den Wintermonaten die Schneebedeckung zu einer Minimierung

der Erosionsgefahr führen. Über die Angabe der innerhalb des Berechnungsalgorithmus zu

berücksichtigenden Monate können Zeiträume realer Erosionsgefährdung ausgewählt werden

(Abbildung 6).

Abbildung 6: Benutzeroberfläche des WEQ-Moduls

Erforderliche Eingangsdaten

Das WEQ-Modul berechnet die Winderosionsgefährdung in der Form

E = f (I,K,C,L,V )

mit

E … Erosionsrate [t*ha-1

*a-1

]; I ... Bodenerodierbarkeitsindex [t*ha-1

*a-1

]; K ... Rauigkeitsfaktor [-]; C … Klima-Faktor [% des C-Faktors von Garden City, Kansas]; L ... Ungeschützte Feldlänge in Richtung des vorherrschenden Windes [m]; V … Vegetationsdecken-Faktor [t*ha

-1*a

-1]

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Der Bodenerodierbarkeitsindex ‚I’ kann für definierte Boden-Schlageinheiten (Elementarflächen)

als Globalwert bereit gestellt werden. Der Vegetationsdeckenfaktor ‚V’ und der Rauigkeitsfaktor

‚K’ werden durch Monatswerte charakterisiert, die durch den Nutzer für jede Elementarfläche im

gleichen Datensatz vorgegeben werden. Der Klimafaktor ‚C’ ist für einen definierten Klimaraum

bereit zu stellen. Im gleichen Datensatz sind Angaben zum monatlichen Anteil von Starkwinden

(12 Parameter, bezogen auf das Jahr) und zur Häufigkeit der 8 Hauptwindrichtungen je Monat

(96 Parameter) je Klimaraum zu machen (Tabelle 4).

Tabelle 4: Erforderliche Eingangsdaten für das WEQ-Modul

Parameter Datensatz (Bsp.) Format Spalte (Bsp.)

Hindernishöhe von Flächenelementen [m]

hi_flaeche Shape H

Hindernishöhe (gepufferter) Linienelemente [m]

hi_linie Shape H

Elementarfläche (Schlag-Boden-Einheit)

Schlag Shape ID

Bodenerodierbarkeitsindex I Schlag Shape I_Bodenfkt.

Vegetationsdeckenfaktor V1_12 Schlag Shape Veg_1 .. Veg_12

Rauigkeitsfaktor K1_12 Schlag Shape Rauh_1 .. Rauh_12

Klima-Faktor C Klima_windhaeufigkeit Shape Klimafak_C

Monatlicher Anteil des Auftretens von Starkwinden – bezogen auf Jahr und Klima-ID [%]

Klima_windhaeufigkeit Shape Wh_jan … Wh_dez

Anteil des Auftretens der 8 Hauptwindrichtungen je Monat [1/100] – bezogen auf Klima-ID

Klima_windhaeufigkeit Shape 1_n, 1_ne … 12_w, 12_nw

Berechnungsvorgang

Für den funktionalen Zusammenhang der einzelnen Faktoren der WEQ wurden Diagramme und

Tabellen zur Lösung der Gleichung entwickelt. Die Erosion kann auch mit folgender Gleichung

nach (Williams u. a., 1984) berechnet werden.

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Der Berechnungsalgorithmus wurde in das WEQ-Modul implementiert. Da die Rechenoperation

wie im DIN-Modul auf GRID-Ebene erfolgt, werden alle Eingangsdaten in ein Rasterformat

transformiert, mit definierter Rasterweite. Die Verrechnung der Eingangsparameter erfolgt

zunächst für jeden Monat als kleinste gemeinsame Zeiteinheit aller Parameter. Das bedeutet,

dass die Erosionsrate ‚E’ zunächst als Monatswert bestimmt wird, unabhängig vom realen

Anteil der Winderosion eines Monats am gesamten Jahr. Überschreitet in einer Elementarfläche

der Wert der Vegetationsbedeckung den im Menü festgelegten Schwellenwert, so findet keine

Erosion statt und ‚E’ wird auf 0 gesetzt. Die Berechnung des jährlichen Bodenabtrages durch

Wind wird abschließend durch Wichtung der Monatsabträge mit den monatlichen Anteilen der

Starkwinde des Klimagebietes vorgenommen. Dabei werden ausschließlich die Monate in die

Wichtung einbezogen, die zuvor in der Benutzeroberfläche festgelegt wurden (Abbildung 6).

Im Gegensatz zu den Parametern ‚I’, ‚K’, ‚C’ und ‚L’, die durch den Nutzer direkt vorzugeben

sind, wird die ungeschützte Feldlänge in Richtung des vorherrschenden Windes aus der Höhe

der Windhindernisse abgeleitet. Dieser Vorgang wird im Modul in zwei Schritten umgesetzt.

Zunächst erfolgt (analog DIN-Modul) mittels Hillshade-Ansatz die Berechnung des geschützten

Bereiches im Lee der Windhindernisse. Die Überhöhung der Hindernishöhe kann durch den

Nutzer flexibel festgelegt werden. Die Berechnung wird für alle 8 Hauptwindrichtungen durch

Vorgabe eines Azimuths (Tabelle 2) durchgeführt. Um im zweiten Schritt die ungeschützte

Feldlänge bestimmen zu können, kommt im Modul ein Fließakkumulationsalgorithmus zum

Einsatz, der in Richtung des vorherrschenden Windes (8 Richtungen) – beginnend mit dem

Ende des geschützten Bereiches – die Anzahl der Rasterzellen bis zum nächsten Hindernis

errechnet und über die Zellweite die ungeschützte Feldlänge ermittelt. Für jede Rasterzelle

einer Elementarfläche wird anschließend die Verrechnung der ungeschützten Feldlänge je

Hauptwindrichtung mit deren Häufigkeit des Auftretens vorgenommen und eine mittlere,

jährliche ungeschützte Feldlänge bestimmt. Um den Parameter ‚V’ für jede Elementarfläche

bereit zu stellen, werden die Werte aller Rasterzellen einer Elementarfläche abschließend

gemittelt.

Ausgabeparameter und -struktur

In dem Layer des ArcGIS-Projektes wird der jährliche Bodenabtrag jeder Elementarfläche

ausgegeben und klassifiziert dargestellt (Abbildung 7) Analog des DIN-Moduls werden die

Ergebnisdaten eines Berechnungslaufes in den Unterordner ‚work #’ des Output-Ordners

geschrieben und eine Protokolldatei ‚Wind.gfx’ angelegt.

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Abbildung 7: Ergebnisdarstellung des WEQ-Moduls in ArcGIS

3.3 Entwicklung der REPRO-Umgebung zur Erweiterungen im Auswertungsmenü

„Bodenerosion“ in „REPRO

Aufgabenstellung

Im Umweltmanagementsystem „REPRO“ besteht die Möglichkeit, für den zu untersuchenden

Betrieb bzw. zu den dazugehörenden Teilschlägen bestimmte Auswertungen vorzunehmen, die

in Gruppen unterteilt sind. Eine Gruppe davon sind die ökologischen Umweltindikatoren. Ein

zentrales Schutzgut stellt dabei der Boden dar, zu dem auch die Betrachtung von Bodenerosion

gehört.

Als Methode zur Ermittlung des mittleren jährlichen Bodenabtrages einer Fläche war bisher nur

die Wassererosion in REPRO umgesetzt. Hierzu wurde die Allgemeine Bodenabtragsgleichung

(ABAG) verwendet. Die Bodenerosion wird aber nicht nur durch Wasser, sondern auch durch

Wind verursacht. Im Rahmen des Projektes bestand daher die Aufgabe, in „REPRO“ die

Berechnung von Bodenverlusten bzw. die Abschätzung der Gefährdung durch Wind auf

Teilschlagebene zu ermöglichen. Hierzu sollten zwei anerkannte Methoden anwendbar sein:

a) Bodenabtrag durch Wind nach DIN 19706

b) Bodenabtrag durch Wind nach WEQ

Anhand von 10 Testbetrieben wurden dann Arbeitsweisen überprüft und Verfahrensvergleiche

vorgenommen.

Winderosion nach DIN 19706

Nach DIN 19706 wird ein standort- und nutzungsspezifischer Erosionsfaktor Wind (W) für jeden

Schlag ermittelt. Voraussetzung für diese Aufgabe war, die Stammdaten für den bereits

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bestehenden, fruchtartenspezifischen relativen Bodenabtrag (RBA) um den Parameterset für

die Winderosion zu erweitern. Für jede Frucht wurde der entsprechende Faktor „Schutz

Winderosion“ angelegt (Abbildung 8).

Der Auswertungszeitraum/-jahr für die Winderosion wird zusammen mit der Wassererosion

nach ABAG ausgewählt. Eine mehrjährige Auswertung wird nur für den Teilschlag durchgeführt,

da die Aggregierung in den höher geordneten Ebenen (Fruchtart, Betrieb) nicht darstellbar ist.

Bestimmend für die Ermittlung des Erosionsschutzfaktors (W) ist die Fruchtart/arten, die für den

Auswertungszeitraum auf dem Teilschlag angebaut ist, sowie das Aussaatdatum und die

Berücksichtigung eines Pflugeinsatz bei der Grundbodenbearbeitung. Weiterhin findet dabei

auch Zwischenfruchtanbau, Untersaaten oder der Anbau mehrerer Hauptfrüchte hintereinander

Beachtung.

In Tabelle 5 ist die Abfrage der Anbaufolge und die Generierung des spezifischen Schutzfaktors

in Abhängigkeit von Aussaat und Bodenbearbeitung aufgeführt. Die entsprechenden Verfahren

werden in der Dokumentation der Bewirtschaftungsmaßnahmen programmtechnisch abgefragt.

Bei mehreren Fruchtarten wird die Fruchtart mit dem niedrigsten Schutzfaktor betrachtet.

Fruchtarten mit hohem Schutzfaktor werden allerdings zusätzlich unter Beachtung des

Aussaatzeitpunktes angepasst. Der Pflugeinsatz erhöht die Gefahr der Winderosion.

Abbildung 8: Beispiel RBA-Stammdaten für Silomais

19

Tabelle 5: Bewertungsschema mit unterschiedlichen RBA-Schutzfaktoren

RBA RBA

Schutzfakt.

1. Frucht Aussaat

Schutzfakt.

2.Frucht Aussaat

W-Faktor

mit Pflug

W-Faktor

ohne

Pflug

1 kein Datum betrachten 1 2

2 kein Datum betrachten 2 3

5 vor 01.Februar 5 5

5 nach 01.Februar 4 5

6 kein Datum betrachten 1 bis 31. Mai 2 3

6 kein Datum betrachten 2 bis 31. Mai 3 4

6 kein Datum betrachten 5 bis 31. Mai 4 5

6 kein Datum betrachten 6 bis 31. Mai 4 5

6 vor 01. Okt. Vorjahr 4 5

6 nach 01. Okt. Vorjahr vor 01. Febr. 3 4

6 nach 01. Febr. vor 01. April 2 3

6 nach 01. April 1 2

Anhand eines Beispiels soll die Ermittlung des Windschutzfaktors verdeutlicht werden.

Auf dem zu untersuchenden Teilschlag wurden für das Jahr 2008 2 Fruchtarten angebaut. Eine

Hauptfrucht (Silomais) und eine Zwischenfrucht (Senf). Für beide Fruchtarten wird der

„Schutzfaktor Winderosion“ aus der RBA-Stammdatei ermittelt. Für Silomais beträgt er 1, für

Senf 6. Bei den nachfolgenden Berechnungen wird mit dem höheren Faktor (Senf) gearbeitet

und Silomais wird als 2. Frucht betrachtet. Entsprechend dem Bewertungsschema wird das

Aussaatdatum der 2. Frucht abgeprüft welches vor dem 31. Mai des Untersuchungsjahres liegt.

Wenn kein Datum bzw. unvollständig angegeben ist, kann der W-Faktor für die Winderosion

nicht berechnet werden.

Die Bodenbearbeitung wurde in diesem Beispiel mit Pflug durchgeführt. Der

Erosionsschutzfaktor für Winderosion ist demzufolge 2. Den Einfluss der Zwischenfrucht zeigt

im Vergleich dazu das Jahr 2009, wo Silomais ohne Zwischenfrucht angebaut wurde. Bei

gleicher Aussaat und Bodenbearbeitung beträgt hier der Windschutzfaktor 1.

Sommergerste besitzt als Standardwert den Windschutzfaktor 2. Da im Anbau kein Pflug zum

Einsatz kam, verbesserte sich der Schutzfaktor auf 3 (vergl. Abbildung 9).

20

Abbildung 9: Beispiel für die Faktoren der Wasser-/Winderosion in den Jahren 2008 – 2010

WEQ-Export

Die Berechnung der Winderosion nach WEQ erfolgt außerhalb des Programms „REPRO“.

Hierzu musste im Menü „Bodenerosion“ ein entsprechender Export von Bewirtschaftungsdaten

in Form einer CSV-Datei eingerichtet werden. Über den Button „Export“ erfolgt die Auswahl,

welches Datenset:

a) Ergebnisse der Bodenerosion

b) Daten für das WEQ-Modell

exportiert werden sollen.

Im Folgenden wird nur auf b) Bezug genommen.

Die Spaltenbezeichnungen für die zu erstellende CSV-Datei sind vorgegeben. Der Zeitraum für

den Export entspricht dem ausgewählten Auswertungszeitraum, d.h. es werden alle

Teilschläge, die den Auswertungskriterien (Ebenen/Jahre) entsprechen, mit ihren

zugehörenden Bewirtschaftungsdaten betrachtet.

Die Daten werden nach den vorgegebenen Kriterien für den WEQ-Export aufbereitet (siehe

Tabelle 6). Nachfolgend werden spezielle Informationen näher erläutert:

21

Fruchtart Name der 1. Hauptfrucht auf dem Teilschlag

Nutzung Koppelprodukt ja/nein (ist eine Nebenprodukternte vorhanden)

Zwischenfrucht Fruchtname der Winter-/Sommerzwischenfrucht oder einer

weiteren Hauptfrucht

Untersaat Fruchtname der Untersaat

Fruchtart Vorjahr Name Vorfrucht (Prüfen, ob im Vorjahr für den Teilschlag eine

Frucht/Hauptfrucht vorhanden ist)

Ernte, Datum Vorjahr letztes Hauptprodukt-Erntedatum der Vorfrucht

Nutzung Koppelprodukt ja/nein (ist eine Nebenprodukternte vorhanden) Vorfrucht

Bodenbearbeitung, Datum maximal können 5 Bodenbearbeitungen mit Datum und Gerät

exportiert werden

Aussaat-/Pflanzdatum Datum der 1. Hauptfrucht, bei mehreren Bestellungen wird die

früheste erfasst

Mechanische Pflege, Datum maximal können 3 Verfahren zur Bodenpflege mit Datum und

Gerät exportiert werden

Ernte, Datum Datum und Gerät der 1. Hauptprodukternte, bei mehreren HP-

Ernten wird die früheste erfasst

Alle Spalten der WEQ-Datei, für die keine Daten vorhanden sind, bleiben leer.

Tabelle 6: Beispiel für den WEQ-Export für Teilschlag Lehmgrube 3 von 2008 – 2009

Schlagbezeichnung Lehmgrube Lehmgrube

Nr. 12 12

Teilschlagbezeichnung Lehmgrube 3 Lehmgrube 3

Nr. 3 3

Anbaujahr 2008 2009

Fruchtart Mais (Silomais) Mais (Silomais)

Nutzung Koppelprodukt Nein nein

Zwischenfrucht Senf

Untersaat

Fruchtart Vorjahr Mais (Silomais)

Ernte Datum Vorjahr 07.09.2008

Nutzung Koppelprodukt

Vorfrucht

nein

Bodenbearbeitung1 Datum 06.03.2008 01.03.2009

Bodenbearbeitung1 Gerät Pflügen mit Anbaudrehpflug,

Packer

Pflügen mit Anbaudrehpflug,

Packer

Bodenbearbeitung2 Datum 28.03.2008 15.03.2009

Bodenbearbeitung2 Gerät Eggen mit Saatbettkombination Eggen mit Saatbettkombination

Bodenbearbeitung3 Datum

22

Schlagbezeichnung Lehmgrube Lehmgrube

Bodenbearbeitung3 Gerät

Bodenbearbeitung4 Datum

Bodenbearbeitung4 Gerät

Bodenbearbeitung5 Datum

Bodenbearbeitung5 Gerät

Aussaat-/Pflanz-Datum 14.04.2008 01.04.2009

mech. Pflege1 Datum

mech. Pflege1 Gerät

mech. Pflege2 Datum

mech. Pflege2 Gerät

mech. Pflege3 Datum

mech. Pflege3 Gerät

Ernte Datum 07.09.2008 31.08.2009

Ernte Gerät Silomais häckseln mit

Selbstfahrer

Silomais häckseln mit

Selbstfahrer

4. Ermittlung des Indikators `Winderosion` zur Implementierung in REPRO

Für die Einordnung der Ergebnisse der einzelnen Bewertungskennwerte ist im Modell REPRO

eine innovative Bewertungsmethodik integriert. Die jeweiligen Bilanz- und sonstigen Ergebnisse

(z. B. Bodenerosion, Stoffaustrag) werden in ihrer Größenordnung bewertet und auf deren

Basis zur Berechnung von Indikatoren verwendet. Unter einem Indikator ist im Allgemeinen eine

Kenngröße zu verstehen, die der Beschreibung des Zustandes eines Systems dient.

Indikatoren sind somit Maßzahlen zur Systembewertung. Die in Maßeinheiten angegebenen

Indikatorenwerte werden in REPRO mittels Normalisierungstechnik in dimensionslose Werte

überführt. Dabei bedeutet 0 die ökologisch ungünstigste, 1 die günstigste Situation. Ein

wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass auch nichtlineare Zusammenhänge

darstellbar sind. Das Verfahren zeigt Analogien zur Fuzzy-Logik. Diese ist eine Theorie, welche

vor allem für die Modellierung von Unsicherheiten und Unschärfen von umgangssprachlichen

Beschreibungen entwickelt wurde. Es erfolgt eine Zuordnung von Eingangsgrößen zu Variablen

µ zwischen 0 und 1 mittels Funktionen sowie die mögliche Verarbeitung unscharfer

Informationen. Durch das Normalisieren werden die Ergebnisse aller Einzelkriterien

aggregierbar; eine anschließende Wichtung und Gesamtbewertung ist möglich. Für jeden

Indikator wird das Bewertungsergebnis in Form eines Diagramms (Beispiel Erosion siehe

Abbildung 10) angezeigt, so dass die Bewertung nachvollziehbar ist. Damit werden

Umweltleistungen des Gesamtsystems messbar und die Leistungen der Betrieb untereinander

vergleichbar. Um die REPRO-Indikation in sich gleichlaufend und homogen zu gestalten, hätte

ein Rückgriff auf die Gefährdungsstufen nach DIN 19706, d. h. die Parallelisierung des

Indikators aus einem Qualitätskennwerte, einen Bruch mit der gegenwärtigen Verfahrensweise

23

bedeutet. Aus diesem Grund wurden die in t ha-1 * a-1 quantifizierten Bodenabträge der WEQ für

die Indikation des Kennwertes `Bodenabtrag durch Wind (Winderosion)` herangezogen. Es

wurde von der Randbedingung ausgegangen, dass im Sinne der Gleichbehandlung/-bewertung

der Gefährdungspotenziale der Bodenfruchtbarkeit durch Bodenabtrag die Größenordnung

analog der Wassererosion festgesetzt werden muss.

Mit Blick auf die Bodenerosionen muss jedoch festgestellt werden, dass einerseits die

Diskussionen zu tolerierbaren Bodenabträgen bisher kein allgemein akzeptiertes Ergebnis

gebracht haben. Andererseits Erfahrungen aus der Praxis zeigen, das durch die Durchführung

geeigneter Maßnahmen der Bodenabtrag landwirtschaftlich genutzter Flächen selbst in

Gebieten mit hohem Erosionspotential auf unter 1 t ha-1 a-1 reduziert werden kann ((Huber u. a.,

2005). Aus Sicht des Bodenschutzes wird ein maximaler Bodenabtrag von bis zu 12,5 t als

akzeptable Größe angesehen (Auerswald & Schwertmann, 1991), was somit im Maximum dem

DIN-Ansatz tolerierbarer Bodenabtrag = Ackerzahl/8 entspricht. Fachdisziplinen die vornehmlich

die off-site-Schäden der Erosion betrachten, sehen einen deutlich geringeren Wert vor (z.B. 3 t;

LfULG, 2010). Der Indikator zur Bewertung des Bodenabtrages im Modell REPRO (Abbildung

10) bewegt sich zwischen diesen beiden Werten, wobei der normierte Wert 1 (=Optimum im

Sinne des Bodenschutzes) bei 1 t ha-1 a-1 und der untere Wert bei 12 t ha-1 a-1 (0 = maximal zu

tolerierende Wert) liegt.

Abbildung 10: Verlauf Indikator `Bodenabtrag` für die Bewertung im Modell REPRO

24

Für die Erprobung der GIS-Module, die Wertung der Eignung des Indikators und als Grundlage

für die Ableitung pflanzenbaulicher und landeskultureller Maßnahmen auf Betriebsebene

wurden 10 Testbetriebe ausgewählt, aus deren Standorteigenschaften (Bodensubstrat,

Windoffenheit und mittlere Windgeschwindigkeit) sich ein erhöhtes Winderosionsrisiko ableiten

lässt. Analog zur REPRO-Vorgehensweise bei der Ausweisung der Wassererosionsgefährdung

werden auch bei der Winderosionsgefährdung nur die Ackerstandorte betrachtet und bewertet.

Die Lage der Betriebe ist Abbildung 11 zu entnehmen, in Tabelle 7 sind die

Standortcharakteristika der Testbetriebe mit Bezug zur Winderosionsdisposition aufgeführt.

Tabelle 7: Standortcharakteristika der Testbetriebe mit Bezug zur Winderosionsdisposition

Be

trie

b N

r.

dom

inie

ren

de

Bo

de

na

rte

n-

ha

up

tgru

pp

e

mittl. jä

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Win

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bew

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Be

trie

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mitl. S

ch

utz

fakto

r

DIN

mittl.

Be

de

ckun

gsfa

kto

r

WE

Q (

V/1

00

0)

1 s…(l) 3,4 907,2 57,9 2,8 4,3

2 s 3,4 1542,4 44,6 3,9 3,7

3 s…(l) 3,3 2669,9 50,5 4,7 4,1

4 s 3,1 678,8 76,4 3,6 3,9

5 s 3,5 714,5 101,4 4,3 4

6 l; s 3,5 1792,5 42,6 3,9 3,9

7 s…(l) 3,3 2152,2 38,9 3,2 3,4

8 u; l, teils mo 3,6 695,7 46,6 3,6 3,8

9 u 3,4 1533,1 51,5 4,3 4,3

10 s 4,6 217,5 65,4 3,9 4,1

9 der 10 Testbetriebe weisen ausgehend vom dominierenden Bodensubstrat ihrer

Betriebsflächen eine hohe Winderosionsgefährdung auf. Hierbei handelt es sich um sandige bis

sandig lehmige Substrate sowie um landwirtschaftlich bewirtschaftete Niedermoorstandorte

(Betrieb 8). Zum Vergleich wurde ein Betrieb (Betrieb Nr. 9) mit schluffigen Substraten, die nicht

winderosionsgefährdet sind, ausgewählt.

Die für die Modellnutzung notwendigen Daten wurden wie in Tabelle 8 abgeleitet.

25

Abbildung 11: Lage der Testbetriebe

26

Tabelle 8: Ableitung der Modelleingangsdaten

Kennwert DIN-Verfahren WEQ-Verfahren

Bodeneigenschaften Substrateigenschaften des Oberbodens, abgeleitet aus verfügbaren groß- bis mittelmaßstäbigen Bodenkarten

Substrateigenschaften des Oberbodens, abgeleitet aus verfügbaren groß- bis mittelmaßstäbigen Bodenkarten, In-Wert-Setzung entsprechend Tabelle 9, Ableitung der Bodenrauigkeit entsprechend der in REPRO erfassten Bodenbearbeitung (siehe REPRO-Schnittstelle WEQ - Tabelle 6 und Erläuterung)

Windkennwerte Windgeschwindigkeit und Windrichtung der nächstgelegenen Klimastation

Witterungsdaten der nächstgelegenen Klimastation und Vergleich mit dem amerikanischen Standardwert nach (i)

Windhindernisse Digitalisierung aus vorhandenen Luftbildern (z. B. google earth)

Bodenbedeckung Schutzfaktor nach REPRO-Schnittstelle DIN

Fruchtarten und Bewirtschaftung nach REPRO-Schnittstelle WEQ und Berechnung der Vegetationsbedeckung nach (ii)

Kontur Ackerschlag betrieblicher GIS-Datensatz oder Digitalisierung aus vorhandenen Luftbildern (z. B. google earth)

Tabelle 9: Zuordnung der Bodenarten nach KA5 zu den Bodenfaktoren (I-Faktor n. WEQ)

Bodenart n. KA5 (AG Boden, 2005)

I-Faktor kalkarm I-Faktor kalkreich

Ss 544 544

Su2 544 544

Su3 213 213

Su4 213 213

Sl2 213 213

Sl3 213 213

Sl4 213 213

Slu 213 213

Us 213 213

Uls 213 213

Ut2 213 213

Uu 130 136

Ut3 130 136

St2 245 245

St3 245 245

Ls2 163 198

Ls3 163 198

Ls4 163 198

Ut4 166 213

27

Bodenart n. KA5 (AG Boden, 2005)

I-Faktor kalkarm I-Faktor kalkreich

Lu 166 213

Ts4 138 138

Ts3 138 138

Lt2 149 193

Lts 149 193

Tu3 67 213

Tu4 67 213

Lt3 67 213

Tu2 198 198

Ts2 213 213

Tl 213 213

Tt 213 213

(i) Die Gleichung für den klimatischen Faktor mit metrischen Grunddaten lautet:

C= 386 *v3/(PE)2

C = jährlicher Klima-Faktor

V = mittlere jährliche Windgeschwindigkeit in m/s

PE = Index der Ablagerungseffektivität von

Thornthwaite

386 = Konstante

Ni = monatliche Niederschlagssumme in mm

Ti = Monatsdurchschnittstemperatur in °C

(ii) Ansatz nach Cepuder u. a. (2001):

SG =g1*Bag+g2*SR+g3*FR

g1, g2, g3 fruchtartenspezifische Koeffizienten

Bag oberirdische Biomasse einer lebenden Frucht in kg ha-1

SG aufrecht stehende Ernterückstände in kg ha-1

FR liegende Ernterückstände in kg ha-1

Angaben zu den fruchtartenspezifischen Koeffizienten sind in Cepuder u. a. (2001)

dokumentiert.

28

In der Abbildung 12 bis Abbildung 14 sind die Ergebnisse der Berechnungen nach DIN 19706

und WEQ am Beispiel des Testbetriebes Nr. 7 dargestellt.

Abbildung 12: Auswertung der Winderosionsgefährdung nach DIN 19706 für die Einzelrasterzellen am Beispiel des Betriebes Nr. 7

Abbildung 13: Auswertung der Winderosionsgefährdung nach DIN 19706 aggregiert auf Schlagebene am Beispiel des Betriebes Nr. 7

29

Abbildung 14: Auswertung der Winderosionsgefährdung nach WEQ aggregiert auf Schlagebene am Beispiel des Betriebes Nr. 7

Abbildung 12 und Abbildung 13 zeigen die Ergebnisse für die Berechnung nach DIN 19706,

wobei in der ersten Abbildung die rasterzellenspezifischen Abtragswerte, jeweils ermittelt aus

Boden, Wind, Windoffenheit und Vegetationsbedeckung, abgebildet sind. Die zweite Abbildung

enthält dann die Ergebnisse der Aggregierung der Rasterzellen innerhalb einer Schlageinheit

auf einen mittleren Abtragswert bezogen für die gesamte Schlageinheit. Es zeigt sich, dass

kleinflächige starke bis sehr starke Gefährdungen auf Schlagebene durch die ansonsten inner-

und unterhalb der mittleren Gefährdungsschwelle liegenden Flächenanteile ausgeglichen

werden. Diese Ergebnisse sagen jedoch noch nichts zu den absoluten Bodenabtragsmengen

durch Winderosionsprozesse, wie sie zu einer Bewertung im System REPRO notwendig sind.

Hierzu muss auf die Ergebnisse, wie sie in Abbildung 14 enthalten sind, zurückgegriffen

werden. In den Grundzügen zeigt sich ein ähnliches Bild hinsichtlich der Gefährdungssituation.

Ausgehend von der REPRO-Bewertung sind die Bereiche unterhalb 3 t ha-1 a-1 als nicht bis sehr

gering gefährdet einzustufen und stellen somit aus Sicht des Bodenschutzes bezüglich

Windoffenheit und Vegetationsbedeckung die optimale Bewirtschaftungsform dar. Kritisch zu

betrachten sind die Bereiche oberhalb 6 t ha-1 a-1, die die stark bis sehr stark gefährdeten

Schlageinheiten repräsentieren. Während insgesamt die Situation mit geringen Abweichungen

nach oben bzw. unten nach beiden Ansätzen gleich bewertet wird, gibt es einige sehr große

Differenzen. Hier wird nach DIN keine und nach WEQ die höchste Gefährdung ausgewiesen.

30

Ursache ist die unterschiedliche Wertung der Wirkung der Schutzhindernisse auf die Höhe des

Bodenabtrages, die im WEQ-Ansatz nicht so optimistisch wie im DIN-Ansatz gewertet wird.

Der Vergleich der Abtragswerte aus den 10 Testbetrieben mit dem REPRO-Bewertungsansatz

`Bodenabtrag` zeigt, dass die festgelegten Einstufungskriterien auch auf die

winderosionsbedingten Abtragswerte anwendbar sind. Darüber hinaus ist auch ersichtlich, dass

auf Ebene des Betriebes eine Nutzung der DIN-Ergebnisse zur Abschätzung der

Abtragsgefährdung möglich ist.

Hierzu sind folgende Werte anzusetzen:

keine Gefährdung entspricht ca. 1 t ha-1 a-1

sehr geringe Gefährdung entspricht ca. 1 bis 3 t ha-1 a-1

geringe Gefährdung entspricht ca. 3 bis 6 t ha-1 a-1

mittlere Gefährdung entspricht ca. 6 bis 9 t ha-1 a-1

starke Gefährdung entspricht ca. 9 bis 12 t ha-1 a-1

sehr starke Gefährdung entspricht ca. > 12 t ha-1 a-1

Somit sind für die REPRO-Bewertung auch Ergebnisse aus der bundesländerspezifischen

Einstufung der Winderosionsgefährdung nach Cross-Compliance in Ergänzung durch den

Einfluss der Schutzwirkung ackerbaulicher Kulturen (Verknüpfungsregel 5.25 und 5.26 der Ad-

hoc-AG Boden, 2002) möglich. Für die Ableitung von Schutzmaßnahmen sollte jedoch immer

der WEQ-Ansatz zum Tragen kommen, da die Schutzwirkung des Bodens und der

Windhindernisse auch über das Vegetationsjahr hinweg sehr detailliert abgebildet werden

können.

5. Betriebliche Lösungsansätze und Kosten-Nutzen-Analyse

Für die Anlage von Randstreifen/Windschutzstreifen zum Erosionsschutz kommen prinzipiell

alle Ackerflächen in Frage. Aus landwirtschaftlicher Sicht sind ungünstig zugeschnittene

Flächen, sowie ertragsschwache Standorte, in besonderer Weise geeignet. Hier sind die

Ertragsverluste vergleichsweise gering, die Bewirtschaftung der landwirtschaftlichen Flächen

vereinfacht sich. Die Pflege der Randstreifen in den Folgejahren lässt sich gut in die

landwirtschaftliche Routine integrieren.

Da in den ausgewählten Versuchsbetrieben nur in einem Betrieb (Testbetrieb Nr. 7) mit

relevanten Bodenabträgen durch Winderosion zu rechnen ist, sollen die Lösungsvorschläge

und ökonomischen Auswirkungen exemplarisch an einem fiktiven Beispielschlag in den

folgenden Kapiteln dargestellt werden.

31

5.1 Auswirkung von Windschutzelementen auf den Ertrag

Die Ertragsbeeinflussung durch Windschutzanlagen wird in erster Linie durch den Grad der

Modifikation des Kleinklimas bewirkt. Internationale Untersuchungen, schreiben

Windschutzanlagen kulturartspezifisch einen ertragssteigernden Effekt von 10 - 30 % zu.

Zurückzuführen ist dies auf die Herabsetzung der Verdunstung und der Windgeschwindigkeit.

Analog nehmen die Niederschlagsmenge, die Taubildung und die Bodenfeuchtigkeit zu. Diese

Zusammenhänge werden in der Abbildung 15 exemplarisch dargestellt. Ein weiterer positiver

Effekt ist der verminderte Faktoreinsatz (vor allem von Betriebsmitteln), da er sich auf die

verbleibende Fläche beschränkt, dies wirkt sich positiv auf die Rentabilität des Anbaus aus.

Abbildung 15: Windschutzwirkung und Ertragssteigerung durch Hecken

Quelle: aus Röser(1988)

Die höheren Erträge von Kulturpflanzen, auf Flächen mit einer Heckenanlage, wurden von

Schulze u. a. (1984) genauer untersucht. Ihre Ergebnisse zeigen, für unsere klimatischen

Verhältnisse, Steigerungen für den Getreideanbau von ca. 10% gegenüber Flächen ohne

Windschutzelemente auf. Die Erkenntnisse der Untersuchungen sind in Tabelle 10 dargestellt.

In aktuelleren Versuchen werden diese Werte durch Ergebnisse des Verbundprojekts

„agroforst“ (Möndel, 2006) untermauert. Die Wissenschaftler am LAP Forchheim konnten

Ertragssteigerungen, durch vorhandene Windschutzanlagen, von 6% im Roggenanbau

nachweisen.

Für die weitere Kalkulation wird von langfristig konservativen Ertragssteigerungen im Anbau von

5 % gegenüber Flächen ohne Windschutzmaßnahmen ausgegangen. In der Etablierungsphase

der Hecke sind die zu erwartenden Mehrerträge aufgrund des dargestellten Zusammenhanges

in Abbildung 15 noch nicht in diesem Umfang zu realisieren. Demgegenüber wird die Wirkung

einer älteren, etablierten Hecke, mit einem relevanten Baumbestand, auf den Ertrag höher sein.

32

Tabelle 10: Einfluss einer Hecke auf den Ertrag verschiedener Kulturen

Kultur Ertragsanstieg zur heckenfreien Fläche in %

Mitteleuropa Nordeuropa

Sommerweizen 12 -

Gerste - 19

Hafer 9 20

Roggen/ Weizen 8 17

Zuckerrübe 13* 23

Kartoffeln 14 22

Luzerne, Gras, Klee - 23

* Zuckerertrag Quelle: Schulze u. a. (1984)

5.2 Kostenkalkulation Neuanlage Windschutzhecke

Für die weitere Kalkulation werden die benötigten finanziellen Mittel für die Neuanlage einer

Windschutzhecke ermittelt. Diese Daten werden in den folgenden Kapiteln für die weiteren

Berechnungen benötigt.

Es wird eine Vollkostenrechnung durchgeführt, so fließen neben den Kosten für das benötigte

Material (Pflanzen und Zaunbau), die variablen Maschinenkosten sowie die betrieblichen

Festkosten ein. Darüber hinaus werden sämtliche Kosten, die im Zusammenhang mit der

Durchführung der Arbeitsverfahren stehen, einkalkuliert. Für die Berechnung wird der benötigte

Zeitaufwand in Schlepperstunden (Sh) und Arbeitskraftstunden (Akh) separat dargestellt. Die

dargestellte Kalkulation in Tabelle 11 basiert auf einer 100m langen, dreireihigen Hecke mit

einem Baumanteil von 14%, der Abstand zwischen den Reihen beträgt 1,5m.

Tabelle 11: Kostenrechnung Neuanlage einer Windschutzhecke

Verfahrensgestaltung und kalkulierter Arbeitszeitbedarf Akh/ 100m Sh/ 100m

Einschlagen der Gehölze (in Pflugfurche)

Markierung und Bodenvorbereitung des Pflanzstreifens

Strauchpflanzung mit Forstpflanzpflug

Handpflanzung der Bäume mit Spaten und

Baumpfählung mit Rammkatze

Pflanzbewässerung mit Wasserfass

Zaunbau (mit Holzpfählen und Wildzaun)

Summe des Zeitbedarfs

1,7

0,5

3,7

17,0

4,7

20,7

48,3

0,2

0,4

1,7

8,1

2,2

5,7

18,4

Kostenbestandteile und Kalkulation der Gesamtkosten in € je 100m

Materialkosten 1.150,00

variable Maschinenkosten 135,00

Arbeitskosten 600,00

Festkosten 25,00

Gesamtkosten 1.910,00

Quelle: verändert nach Roth und Berger (1999)

33

Neben den Pflanzen und Bäumen wird ein beidseitiger 1,5m breiter Saum geplant sowie ein

Schutzzaun gegen den möglichen Wildverbiss angelegt. Die Gesamtgröße der Heckenfläche

beträgt 100 Meter mal 6 Meter, somit werden 600 m² der landwirtschaftlichen Produktion

entzogen. Die Pflanzung wird vom landwirtschaftlichen Unternehmen mit eigenen Maschinen

und Arbeitskräften durchgeführt.

Die Vollkosten für die Neuanlage einer Windschutzhecke liegen je 100 Meter nach der

vorliegenden Kalkulation bei 1.900,- Euro. Weiterhin sind der jährliche Pflegeaufwand, sowie

der dargestellte Flächenverlust durch die Neuanlage zu beachten. Um den prozentualen

Flächenverlust nicht zu groß werden zu lassen, ist hierbei eine betriebsspezifische genaue

Planung hinsichtlich der Ausgestaltung und Anlage der Windschutzmaßnahmen durchzu-

führen. Dem gegenüber stehen aber die, in Kapitel 5.1 dargestellten, dauerhaften Mehrerträge

der Kulturpflanzen auf der nun durch eine Hecke geschützten Fläche.

5.3 Leistungs-Kostenrechnung einer Windschutzhecke

Nach der Berechnung der spezifischen Kosten der Anlage einer Windschutzhecke ist es wichtig

diese, in einen betriebswirtschaftlichen Vergleichskontext zu stellen. Denn in der konkreten

Planungssituation des landwirtschaftlichen Betriebes spielen die zu erwartenden Mehrerträge

und der Flächenverlust eine große Rolle, diese beeinflussenden Faktoren sind

gegenüberzustellen. Diese Kalkulation soll durch ein Instrument der Betriebsführung, die

Leistungs-Kostenrechnung erfolgen.

Die Leistungs-Kostenrechnung eignet sich sowohl zur Nachkalkulation vergangener

Rechnungsperioden, als auch zur Planung von Produktionsverfahren. Die Leistungs-

Kostenrechnungen, die hier angewendet werden, sollen dem Betriebsleiter eine

Entscheidungsmatrix für die Planung und Anlage von Windschutzelementen geben. Zu diesem

Zweck wird die betriebswirtschaftliche Methode der Teilkostenrechnung eingesetzt. In der

Teilkostenrechnung werden im Unterschied zur Vollkostenrechnung ausschließlich Kosten

berücksichtigt, die einem Verfahren unmittelbar zugeordnet werden können. Für die kurz- bis

mittelfristige Planung auf Produktionsverfahrensebene liefert die Teilkostenrechnung ohne

Berücksichtigung der betrieblichen Gemeinkosten und der Arbeitserledigungskosten alle

entscheidungsrelevanten Kennzahlen.

Zum Vergleich der Varianten, a) ohne Windschutzelemente und b) mit Windschutzelementen,

wird die Direktkostenfreie Leistung (DKL) verwendet. Diese entspricht den Leistungen abzüglich

aller Direktkosten einschließlich des Zinsansatzes für das in den Betriebsmitteln gebundene

Kapital. Die Direktkosten des Anbaus ergeben sich aus dem Verbrauch von materiellen und

immateriellen Betriebsmitteln. Für die im Produktionsverfahren eingesetzten Betriebsmittel

werden für die Dauer der Kapitalbindung Zinskosten berechnet.

Die DKL dient der Deckung aller Kostengruppen außer den Direktkosten. Der Betriebs-

mitteleinsatz ist abhängig von der biologischen Produktivität der eingesetzten Pflanzen und den

räumlichen Gegebenheiten. Die Direktkostenfreie Leistung ist unabhängig von der Art der

Arbeitserledigung des Produktionsverfahrens, also unabhängig von der technischen

34

Ausstattung und weiterer Einflüsse auf die Arbeitserledigungskosten. In der vorliegenden

Kalkulation werden zur Deckung der Direktkosten 400,- Euro je Hektar herangezogen, dies ist

ein Mittelwert aus vielen deutschlandweiten Untersuchungen hinsichtlich der Kosten des

Winterweizenanbaus.

Die Kennzahl der Direktkostenfreie Leistung kann in arbeitswirtschaftlich ähnlichen Verfahren

zur Kalkulation der Wettbewerbsfähigkeit der verschiedenen Varianten herangezogen werden.

In der vorliegenden Kalkulation in Tabelle 12 wird die Ausgangslage (a) auf einem

winderosionsgefährdeten Schlag mit einer Größe von 30 Hektar mit einer Anpassungsvariante,

Anlage einer Windschutzhecke (b), verglichen. Zur besseren Veranschaulichung ist der Schlag

rechteckig, mit den Schlaglängen 1.000 x 300 Meter. Die zu schützenden Seite, gegenüber der

Hauptwindrichtung, hat hierbei die Länge von 1.000 Metern. Für den Vergleich wird die Anlage

einer Windschutzhecke aus Kapitel 5.1 herangezogen, dies bedeutet, dass für die

entsprechende Länge eine Fläche von 6.000 m² benötigt wird. Dem gegenüber steht der

langfristig zu erwartende Ertragsanstieg aufgrund der Wirkung der Heckenanlage von 5%. Auf

den Beispielschlag bezogen bedeutet dies, bei einer Breite von 300 Meter, dass die

Heckenanlage eine Höhe von 12 Metern erreichen muss, um ganzflächig seine

ertragsbeeinflussende Wirkung zu entfalten. Dieser Zusammenhang ist in der Abbildung 15

dargestellt.

In dem vorliegenden Beispiel steigt der Hauptproduktertrag von 80 dt/ha in der

Ausgangssituation, auf 84 dt/ha in der Anpassungssituation. Bezogen auf die Gesamtfläche

könnten somit 7 Tonnen Mehrertrag, trotz geringerer Fläche, realisiert werden. Dieser höhere

Ertrag spiegelt sich auch in den monetären Leistungen wieder. Bei einem Verkaufspreis von

200 Euro je Tonne Winterweizen, entspricht dies einem kalkulatorischen Mehrerlös von 1.400,-

Euro für die gesamte Fläche. Abzüglich der Direktkosten (in Variante b geringer, aufgrund der

kleineren Fläche) ist auf diesem Schlag die direktkostenfreie Leistung 1.760,- Euro höher als in

der Ausgangssituation, dies entspricht 80 Euro je Hektar.

Tabelle 12: Vergleich der Direktkostenfreien Leistung, Anlage einer Windschutzhecke

Ausgangssituation (a) Anpassungssituation (b)

Flächengröße in ha 30 29,4

Ertrag je ha in dt 80 84

Gesamtertrag in t 240 247

Erlös (WW 200€/t) 48.000 € 49.400 €

Direktkosten (400 €/ha) 12.000 € 11.760 €

Direktkostenfreie Leistung 36.000 € 37.640 €

DKL je ha 1.200 € 1.280 €

Quelle: eigene Kalkulation

Für die weitere Betrachtung wird auf dem Beispielschlag eine 3-jährige typische Fruchtfolge in

Ackerbauregionen, Winterweizen (WW)-Wintergerste (WG)-Winterraps (WRa), angelegt.

Insgesamt werden 12 Anbaujahre betrachtet, das bedeutet jede Fruchtart wird insgesamt 4-mal

angebaut. Es ist schwierig Tendenzen für zukünftige Entwicklungen vorherzusagen. Aber in

35

Bezug auf eine langfristige Investitionsentscheidung, wie den Bau einer Windschutzhecke,

müssen die längerfristigen, ökonomischen Auswirkungen betrachtet werden.

Es wird unterstellt, dass die Direktkosten beim erneuten Anbau der gleichen Fruchtart um 3%

gestiegen sind. Diese Kosten betragen in der ersten Rotation neben den genannten 400 Euro

pro Hektar für den Winterweizen, 350 Euro für die Wintergerste und 550 Euro je Hektar für den

Winterraps. Weiterhin steigen im selben Turnus die Erträge der Kulturen, aber nur mit

durchschnittlich 0,5% alle 3 Jahre, da eine höhere Steigerung eine Verkennung der Realitäten

und der züchterischen Möglichkeiten darstellen würde. So werden Erträge von 70 dt/ha für die

Gerste und 40 dt/ha für den Winterraps in der ersten Anbauperiode angenommen. Die

Verkaufspreise des Ernteproduktes in der Kalkulation werden wie folgt angenommen:

Winterweizen 200 Euro/t; Wintergerste 190 Euro/t und Winterraps 450 Euro je Tonne. Diese

Preise bleiben über den gesamten Betrachtungszeitraum gleich, da realistische Veränderungen

nicht vorhersagbar sind. Aufgrund der hohen Volatilität der letzten und wahrscheinlich auch der

kommenden Jahre wird diese Annahme die Realität bestmöglich abbilden.

Auf der Kostenseite wird die Anlage der Windschutzhecke aus Kapitel 5.2 in Ansatz gebracht.

Diese wird kalkulatorisch über 20 Jahre abgeschrieben, dass bedeutet das 1/20 der

Herstellungskosten von 19.000 Euro für die 1.000 Meter Hecke jährlich getragen werden

müssen. Dazu kommen noch Aufwendungen für die Pflege von ca. 500 Euro je Jahr. Daraus

ergeben sie zusätzliche Kosten von 1.500 Euro pro Jahr in der Anpassungsvariante.

Tabelle 13: Vergleich der Direktkostenfreien Leistung über 12 Bewirtschaftungsjahre Fruchtfolge WW-WG-WRa

Ausgangssituation (a)

Anpassungssituation (b)

Jahr Kosten Erlöse DKL

Jahr Kosten Erlöse DKL

1 12.000 48.000 36.000

1 13.260 49.392 36.132

2 10.500 39.900 29.400

2 11.790 41.057 29.267

3 16.500 54.000 37.500

3 17.670 55.566 37.896

4 12.360 48.240 35.880

4 13.613 49.886 36.273

5 10.815 40.100 29.285

5 12.099 41.468 29.369

6 16.995 54.270 37.275

6 18.155 56.122 37.967

7 12.731 48.481 35.750

7 13.976 50.385 36.409

8 11.139 40.300 29.161

8 12.417 41.882 29.466

9 17.505 54.541 37.037

9 18.655 56.683 38.028

10 13.113 48.724 35.611

10 14.350 50.889 36.538

11 11.474 40.501 29.028

11 12.744 42.301 29.557

12 18.030 54.814 36.784

12 19.169 57.250 38.080

Summe 163.161 571.871 408.710

Summe 177.898 592.880 414.982 Quelle: eigene Kalkulation

Im direkten Vergleich, der beiden Varianten über 12 Jahre, ist festzustellen dass sich die

direktkostenfreie Leistung der Anpassungsvariante geringfügig besser darstellt. Obwohl die

Kosten für die Pflege und die Erstellung der Windschutzhecke getragen werden müssen und

die Gesamtfläche des Schlages um 0,6 Hektar geringer ist. Dies wird allein über die höheren

Erträge realisiert.

36

Aus ökonomischer Sicht ist die Pflanzung einer Windschutzhecke für landwirtschaftliche

Betriebe überlegenswert. Über einen längeren Zeitraum betrachtet amortisiert sich die

Investition durchaus. Die zu erwartenden höheren Erträge wiegen den Flächenverlust, durch die

Heckenanlage, auf. Die Kosten durch den Bodenabtrag können nicht konkret monetär beurteilt

werden. Hinsichtlich des prognostizierten Klimawandels ist der drohende Verlust des

fruchtbaren Oberbodens in Bezug auf das Wasserhaltevermögen und die Erfüllung der Puffer-

und Nährstoffspeicherfunktion von hoher Relevanz.

Für die Umsetzung von Windschutzhecken in landwirtschaftlichen Unternehmen hat die

bundeslandspezifische Ausgestaltung der Förderprogramme einen erheblichen Stellenwert,

auch hinsichtlich der ökonomischen Akzeptanz der Windschutzhecken. Über dieses Element

kann in gefährdeten Gebieten Deutschlands eine schnellere Umsetzung von

Schutzmaßnahmen realisiert werden.

6. Publikationen

Poster und Kurzfassung zur Tagung der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften in Kiel

2011

Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23 - Stickstoff in Pflanze, Boden und

Umwelt - Gemeinsame Tagung der Deutschen Gesellschaft für Pflanzenzernährung e. V. und der

Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften e. V., 2011; S. 183

Entwicklung eines Nachhaltigkeitsindikators zur standortspezifischen Bewertung landwirtschaftlicher Anbausysteme in Bezug auf die

Abschätzung der Winderosionsgefährdung

Bernhard Wagner1, Michael Steininger2, Peter Deumelandt3 & Olaf Christen4

1 Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Halle, bernhard.wagner@landw.uni-halle.de 2 Mitteldeutsches Institut für angewandte Standortkunde und Bodenschutz, Halle, m.steininger@bodensachverstaendige.de 3 Privates Institut für Nachhaltige Landbewirtschaftung GmbH, Halle, peter.deumelandt@inl-mail.de 4 Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Halle, olaf.christen@landw.uni-halle.de

Einleitung

Das Gefährdungspotenzial durch Winderosion wird gegenwärtig in Deutschland mittels des

qualitativ ausgerichteten Ansatzes nach DIN 19706 bewertet.

Das durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt geförderte Vorhaben verfolgt das Ziel, den

quantitativen Ansatz der "Wind Erosion Equation" (WEQ) (Woodruff and Siddoway, 1965) in das

Bewertungssystem REPRO zu überführen, auf die deutschen Verhältnisse zu applizieren und

einen Indikator zur Abbildung des Gefährdungspotenzials von Agrarökosystemen zu erstellen.

Material und Methoden

37

Grundlage für den Indikator bildet die WEQ, die den mittleren jährlichen Bodenabtrag durch

Winderosion in t/ha als Funktion von Boden, Rauigkeit, Klima, ungeschützte Feldlänge und

Bodenbedeckung abbildet. In den USA wurden hierzu standortspezifische Nomogramme und

Tabellen entwickelt. Williams et al. (1984) legten ein Gleichungssystem vor, welches die

Grundlage für die Überführung in ein GIS und in das Programm REPRO bildet.

Ergebnisse und Diskussion

Es wird ein praxistauglicher Lösungsansatz zur Indikation des Gefährdungspotenzials durch

Winderosion für die Systemumgebung des Modells REPRO und die Schaffung eines

Bewertungsansatzes zur Abbildung der standortspezifischen ackerbaulichen

Landnutzungssysteme in Bezug auf die Winderosionsgefährdung erarbeitet. Dieser Ansatz geht

weit über die aktuell praktizierten Bewertungen nach Cross-Compliance hinaus und

berücksichtigt den Einfluss der Bodennutzung und -bearbeitung. Mit der Entwicklung dieses

Nachhaltigkeitsindikators wird erstmals für das Gefährdungspotenzial durch Winderosion ein

standort- und betriebspezifischer Vergleich sowohl in vertikaler als auch horizontaler

Bewertungsebene ermöglicht. Dem Schutzgut Boden kann nunmehr auch auf den leichten und

mittleren Standort in der landwirtschaftlichen Produktion verstärkt Rechnung getragen werden.

Literatur

Williams N. P., Jones C. A. and Dyke P. T. (1984): A Modeling approch to determine the

relationship between erosion an soil productivity. In: Transaction of the ASAE, 27(1), 129-144

Woodruff, N. P. and F. H. Siddoway (1965): A wind erosion equation. - In Soil Sci. Soc. Am.

porc. 29, 602-608

38

39

7. Literatur

Ad hoc Ag der Staatlichen geologischen Dienste und der BGR (2002): Verknüpfungsregeln AG BODEN der Staatlichen Geologischen Dienste und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe der Bundesrepublik Deutschland (2005): Bodenkundliche Kartieranleitung.- 5. Auflage, Hannover. Auerswald, K; Schwertmann, U. & Nill, E. (1991): Verwitterung und Bodenbildung als Kriterien des tolerierbaren Bodenabtrags. - In: Landwirtschaftliches Jahrbuch 68 (5/91), S.19.

BMELV (2009): Änderung der Direktzahlungen-Verpflichtungenverordnung vom 27. Februar 2009. Cepuder, P., Klik, A., aus der Schmitten, V., Madl, W. und H. Stöhrmann (2001): Landschaftsschonende und nachhaltige Nutzung von Wasser- und Bodenressourcen im ländlichen Raum. - In Endbericht zu INTERREG IIC - Projekt Nr. 97005/A, Wien. Deumlich, D., Funk, R., Völker, L. und R. Wieland (2002): Nutzung von Bodendaten für Programme der nachhaltigen Landentwicklung am Beispiel der Erosion. - In: Niebuhr, B. [Hrsg.]: GEO 2002 - Planet Erde: Vergangenheit, Entwicklung, Zukunft. 1. - 5. Oktober 2002 in Würzburg; Programm und Kurzfassungen: 97-98; Hannover (Deutsche Geologische Gesellschaft) (Schriftenreihe der Deutschen Geologischen Gesellschaft; 21). Deumlich, D (2010): Mündliche Mitteilung anlässlich des UBA-Fachgespräch: "Auswirkungen des Klimawandels auf die Bodenerosion durch Wasser". Berlin, 4.5.2010. Fryrear, D. W., Sutherland, p. L., Davis, G., Hardee, G. and M. Dollar (2001): Wind erosion estimates with RWEQ and WEQ. - Selected papers from the 10th International Soil Conservation Organization Meeting held May 1999. Huber et al. (2005): Wasserflüsse und wassergetragene Stoffflüsse in Agrarökosystemen. - In: Osinski et al. (Hrsg.): Landwirtschaft und Umwelt - ein Spannungsfeld. Oekom, München, S. 57 - 98. LfULG (2010): Erosionsschutz in reliefbedingten Abflussbahnen Schriftenreihe, Heft 13/2010. Möndel, A. (2006): Ertragsmessungen in Winterroggen - der Ertragseinfluss einer

Windschutzanlage in der oberrheinischen Tiefebene. http://www.agroforst.uni-freiburg.de/download/ertrag_winterroggen.pdf (abgerufen am 22. September 2011).

NAM- National Agronomy Manual (2002). - United States Department of Agriculture Röser, B. (1988): Saum- und Kleinbiotope. Ökologische Funktion, wirtschaftliche Bedeutung und Schutzwürdigkeit in Agrarlandschaften. – Ecomed-Verlag, Landsberg, S. 258. Roth, D. & W. Berger, 1999: Kosten der Landschaftspflege im Agrarraum. in: Konold et al.: Handbuch Naturschutz und Landschaftspflege, VIII-6: 1-18. – Ecomed-Verlag, Landsberg. Schäfer, W., Sbresny, J. und A. Thiermann (2010): Methodik zur Einteilung von landwirtschaftlichen Flächen nach dem Grad ihrer Erosionsgefährdung durch Wind gemäß § 2 Abs. 1 der Direktzahlungen-Verpflichtungenverordnung in Niedersachsen. - Schriftenreihe des Landesamtes für Bergbau, Energie und Geologie Niedersachsen, Hannover.

40

Schulze, E.-D., Reif, M, Küppers, M. (1984): Die pflanzenökologische Bedeutung und Bewertung von Hecken. - Ber. d. ANL, Beiheft 3, Teil 1. 159 S. Laufen/Salzach. Schwertmann, U., Vogl, W. und Kainz, M. (1990): Bodenerosion durch Wasser. - 2. Aufl., Eugen Ulmer Verlag Stuttgart, 64 S. Thiere, J., Altermann, M., Lieberoth, I. und D. Rau, (1991): Zur Beurteilung landwirtschaftlicher Nutzflächen nach technologisch wirksamen Standortbedingungen. - In: Arch. Acker- Pflanzenbau Bodenkunde, Berlin, 35 (1991) Heft 3, S. 171-183. Thiere, J., Deumlich, D., Laacke, L. und L. Völker (1996): Beurteilung der Sandböden Brandenburgs nach Anbaueignung, Bewirtschaftungseignung und Erosionsgefährdung für Gemeinden, Landkreise und naturräumliche Gebietseinheiten. - Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft 79: S. 349-352. UBA (2010): UBA-Fachgespräch: "Auswirkungen des Klimawandels auf die Bodenerosion durch Wasser". Berlin, 4.5.2010.

Wagner, B., Steininger, M., Deumelandt, P. und O. Christen (2011): Entwicklung eines Nachhaltigkeitsindikators zur standortspezifischen Bewertung landwirtschaftlicher Anbausysteme in Bezug auf die Abschätzung der Winderosionsgefährdung. In: Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23 - Stickstoff in Pflanze, Boden und Umwelt - Gemeinsame Tagung der Deutschen Gesellschaft für Pflanzenzernährung e. V. und der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften e. V. 2011; S. 183. Woodruff, N. P. and F. H. Siddoway (1965): A wind erosion equation. - In Soil Sci. Soc. Am. porc. 29, S. 602-608.