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TEXTE 51/2016
Umweltforschungsplan des Bundesministeriums fr Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit
Forschungskennzahl 3711 92 236 UBA-FB 002224
Weiterentwicklung der integrierten Stickstoff-Bilanzierung als Grundlage fr landwirtschaftliche Minderungsstrategien zur Untersttzung der deutschen Nachhaltigkeitsstrategie
von
Robert Vandr, Uwe Huermann, Sven Grebe, Ursula Roth, Sebastian Wulf, Helmut Dhler Kuratorium fr Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V., Darmstadt
Monika Zehetmeier, Fabian Frick frher: Wirtschaftslehre des Landbaus; jetzt: Produktions- und Ressourcenkonomie landwirtschaftlicher Betriebe/Technische Universitt Mnchen
mit Beitrgen von:
Luise Keller, Frank Wendland Institut fr Bio- und Geowissenschaften (IBG 3: Agrosphre)/Forschungszentrum Jlich GmbH
Birgit Laggner, Bernhard Osterburg Institut fr Lndliche Rume/Johann Heinrich von Thnen-Institut, Braunschweig
Kuratorium fr Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. Bartningstrae 49 64289 Darmstadt
Im Auftrag des Umweltbundesamtes
Impressum
Herausgeber: Umweltbundesamt Wrlitzer Platz 1 06844 Dessau-Rolau Tel: +49 340-2103-0 Fax: +49 340-2103-2285 [email protected] Internet: www.umweltbundesamt.de
/umweltbundesamt.de /umweltbundesamt
Durchfhrung der Studie: Kuratorium fr Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V. Bartningstrae 49 D-64289 Darmstadt
Abschlussdatum: 2014
Redaktion: Fachgebiet II 4.3 Luftreinhaltung und terrestrische kosysteme Dr. Gabriele Wechsung
Publikationen als pdf: http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/weiterentwicklung-der-integrierten-stickstoff
ISSN 1862-4804 Dessau-
Rolau, )uni 2016
Das diesem Bericht zu Grunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums fr Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit unter der Forschungskennzahl 3711 92 236 gefrdert. Die Verantwortung fr den Inhalt dieser Verffentlichung liegt bei den Autorinnen und Autoren.
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Integrierte Stickstoffbilanzierung
Kurzbeschreibung
Die Landwirtschaft trgt zu den Emissionen klimawirksamer Gase und anderer Umwelt belastender Stick-stoff-Komponenten, vor allem Ammoniak und Nitrat, bei.
Um den Einfluss der Bewirtschaftung auf die Emissionen zu beurteilen, wurden vorhandene Modellanstze zur Abbildung von Stoffflssen in landwirtschaftlichen Betrieben kombiniert und erweitert. Basierend auf Datenerhebungen auf landwirtschaftlichen Betrieben wurden Betriebsmodelle fr den Marktfruchtanbau und die Milcherzeugung definiert, die ein groes Spektrum an produktionstechnischen und standrtlichen Kenn-gren aufweisen. Szenarien wurden berechnet, um den Effekt von Minderungsmanahmen innerhalb der Betriebe abschtzen zu knnen.
Die berschsse der Stickstoffbilanz ist in den Markfruchtbetrieben die wichtigste steuernde Gre hinsicht-lich der Nitratauswaschung und der damit verbundenen Treibhausgasemissionen. Fr Ammoniakemissionen haben die Wahl des Mineraldngers und, falls verwendet, die Ausbringtechnik fr Wirtschaftsdnger die grten Einsparpotenziale. Auch fr die Treibhausgas- und Ammoniakemissionen aus der Milchproduktion ist das Wirtschaftsdngermanagement ausschlaggebend, falls nicht auf Manahmen zur Intensivierung der Milchproduktion zurckgegriffen wird. Hhere Michleistungen fhren zu geringeren, auf die Einheit Milch (kg ECM) bezogenen Emissionen. Wird allerdings Fleisch in den Emissionsberechnungen als Nebenprodukt mit betrachtet, sind die Einsparpotenziale deutlich geringer. Manahmen des Herdenmanagements (Zwi-schenkalbezeit, Anzahl an Laktationen) sind in ihrer Wirkung auf die Emissionen vernachlssigbar.
Die Ableitung spezifischer, regional angepasster Manahmenoptionen war aus den Betriebsmodellen nicht mglich. Es konnten nur sehr allgemeine regionale Aussagen getroffen werden. Vielfach fehlen regional ausreichend aufgelste Daten zum Betriebsmanagement als Grundlage der Abschtzung. Auch ergnzende Methoden mssen noch entwickelt werden, um Manahmenoptionen in ihren regionalen Kontext zu stellen.
Abstract
Agriculture contributes to the emissions of greenhouse gases and other N-components detrimental to the environment, especially ammonia and nitrate.
In order to evaluate the effect of farming practices on emissions, existing approaches to calculate nutrient flows in farming systems were combined and improved. Based on farm surveys, nutrient flow- and emission models were set up for crop and dairy farms representing a high variation in management practices and envi-ronmental conditions. The efficiency of mitigation measures within the model farms was assessed by calcu-lating scenarios.
N-balance surpluses are the main factor influencing nitrate leaching and consecutive greenhouse gas emis-sions on crop farms. For ammonia emissions the choice of mineral fertilizer type and, if slurry is used, the technique of slurry application, have the highest mitigation potential. Manure management is also crucial for greenhouse gas and ammonia emissions from dairy farms, apart from an intensification of milk production. High annual milk yields per cow cause less emission per unit milk (kg ECM). However, if meat production is considered as by-product in emission calculations, the mitigation effect of increased milk yield is reduced considerably. Measures in herd management (calving intervals, number of lactations) had only negligible effects on emissions.
It was not possible to deduce specific, regionally adapted mitigation measures. Only very general regional statements were possible. The regional differentiation of data on farm management and the access to the data are often very limited and therefore there is no sound basis for an assessment of regional mitigation measures. Furthermore additional methods need to be developed to evaluate mitigation measures in a region-al context.
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Integrierte Stickstoffbilanzierung
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis .......................................................................................................................... 5
Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................... 9
Kartenverzeichnis.........................................................................................................................12
Tabellenverzeichnis......................................................................................................................13
Abkrzungsverzeichnis ................................................................................................................15
Zusammenfassung .......................................................................................................................18
Summary ......................................................................................................................................33
1 Einleitung ............................................................................................................................48
2 Zielsetzung ..........................................................................................................................48
3 Vorgehensweise ..................................................................................................................49
3.1 Stofffluss- und Emissionsmodell fr landwirtschaftliche Betriebe...................................49
3.1.1 Modellansatz und Bezug zum Emissionsinventar ......................................................49
3.1.2 Praktische Umsetzung und Kompartimente des Modells ...........................................50
3.1.3 Systemgrenzen ........................................................................................................51
3.1.4 Bezugsgre der Emissionen ...................................................................................52
3.1.5 Allokation ................................................................................................................52
3.1.6 Minderungskosten ...................................................................................................53
3.1.7 Modell Pflanzenbau ..............................................................................................54
3.1.7.1 Ertrags-, Ernte- und Wurzelrckstandsberechnung 54
1.1.1.1 Nhrstoffbedarf und Dngung 55
3.1.7.2 Nhrstoffverluste und Emissionen 57
3.1.7.3 Maschinen, Betriebsstoffe und Betriebsmittel 58
3.1.7.4 Zukauffuttermittel 58
3.1.7.5 Nitratauswaschung 58
3.1.7.6 Herkunft der Inputdaten 61
3.1.8 Modell Milchviehhaltung ......................................................................................61
3.1.8.1 Herdenmodell 61
3.1.8.2 Ftterungsmodell 62
3.1.8.3 Ausscheidungsmodell 62
3.1.8.4 Emissionsberechnung 63
3.1.8.5 Herkunft der Inputdaten 64
3.2 Molkerei ........................................................................................................................65
3.2.1 Datengrundlagen .....................................................................................................66
3.2.1.1 Produktions- und Verbrauchsmengen 66
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Integrierte Stickstoffbilanzierung
3.2.1.2 Emissionsfaktoren 67
3.2.2 Modellierung .....................................................................................
