Zwischenbericht des Forschungsvorhabens für das Untersuchungsjahr 2013 Februar 2014 Inhaltsverzeichnis Inhalt Teilprojekt Pflanzenbau: Ausgewählte Parameter der Ökoeffizienz im 3 ökologischen und konkoventionellen Marktfruchtbau 9 Teilprojekt Vegetationskunde II: Aktuelle und potentielle floristische Diversität 30 der Kulturflächen und Randstreifenstrukturen - Vegetationserfassungen 2013 15 Teilprojekt Zoologie II: Sukzession und Artenvielfalt von Käfern 4309 Teilprojekt Zoologie III: Die Entwicklung der Brutvogelwelt auf Hof Ritzerau 5945 im Jahr 2013 - Ornithologisches Monitoring zu Bestandsentwicklung und Bruterfolg von Brutvögeln in Agrarhabitaten 97 Teilprojekt Zoologie V: Ergebnisse der Lichtfallenausbeute (nachtaktive 83 Schmetterlinge) und ergänzender Aufsammlungen in 2013 109 Teilprojekt Zoologie V: Einfluss der Waldbeweidung durch Rinder auf die 109 Entwicklung der Schmetterlingszönose 123 Teilprojekt Ökohydrologie und Vegetationskunde: Untersuchungen zu Treibhaus- 118 gasemissionen und ökologischer Gesamtbilanz der Duvenseebachniederung Teilprojekt Pflanzenbau Ausgewählte Parameter der Ökoeffizienz im ökologischen und kon- ventionellen Marktfruchtbau Lars Biernat, Ralf Loges, Friedhelm Taube 1 Einleitung .......................................................................................................................................... 3 2 Versuchsaufbau ............................................................................................................................... 5 3 Methoden ......................................................................................................................................... 7 3.1 Erfassung von Treibhausgasen ................................................................................................ 7 3.2 Erfassung weiterer Bodenparameter ........................................................................................ 9 3.3 Erfassung der Nitratauswaschung ............................................................................................ 9 4 Ergebnisse ..................................................................................................................................... 10 4.1 Ertragsleistung der Kulturen auf Basis der Getreideeinheit (GE) ........................................... 10 4.2 Ergebnisse der Treibhausgasmessungen (N2O, CH4) ............................................................ 11 4.2.1 Lachgasflussraten ............................................................................................................ 11 4.2.2 Methanflussraten ............................................................................................................. 16 4.2.3 Flächenbezogene Treibhausgasbilanzen der Fruchtfolgen und der Referenzflächen .... 17 4.2.4 Ertragsbezogene Treibhausgasbilanzen der Fruchtfolgen .............................................. 18 4.3 Nitratauswaschung der Fruchtfolgen und der Referenzflächen ............................................. 19 4.4 Kohlenstoff und Humusgehalte ............................................................................................... 22 5 Diskussion und Fazit ...................................................................................................................... 22 6 Ausblick .......................................................................................................................................... 24 7 Literatur .......................................................................................................................................... 24 8 Anhang ........................................................................................................................................... 26 1 Einleitung Im Rahmen der Konferenz der Vereinten Nationen über Umwelt und Entwicklung im Jahre 1992 in Rio de Janeiro verankerten die Staaten der Welt die Idee der Nachhaltigkeit als globales Leitbild. Die Deutsche Bundesregierung hat in diesem Zusammenhang auf nationaler Politikebene im Jahr 2002 ihre Nachhaltigkeitsstrategie formuliert. Für verschiedene Handlungsbereiche wurden Schlüsselindika- toren mit meist quantifizierten Zielen ausgearbeitet, wobei auch für den Bereich Landbewirtschaftung Zielwerte formuliert wurden. Speziell die Landwirtschaft betreffend besteht unter anderem das Ziel, die nationalen Stickstoffüberschüsse auf maximal 80 kg/ha/Jahr landwirtschaftlich genutzter Fläche bis 2010 zu reduzieren, wobei bis ins Jahr 2020 eine weitere Absenkung angestrebt wird. In diesem Zu- sammenhang ist auch die Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie zu nennen. Seit dem Jahr 2000 sind gemeinsame Ziele festgeschrieben, wobei oberirdische Gewässer sowie das Grundwasser bis zum Jahr 2015 einen guten ökologischen und chemischen Zustand erreichen sollen (BUNDESREGIE- RUNG DEUTSCHLAND 2012). Außerdem spielt die EU-Nitratrichtlinie zur Reduzierung diffuser stofflicher Einträge aus der Landwirtschaft über die Umsetzung der Düngeverordnung als wichtigstes Rechtsin- strument auf nationaler Ebene eine Rolle (BUNDESREGIERUNG DEUTSCHLAND 2012). Im Zusammenhang mit der Nachhaltigkeitsstrategie stellt sich die Frage, inwieweit das Erreichen der Ziele möglich ist? Abbildung 1 zeigt die nationalen Stickstoffsalden Deutschlands von 1990 bis 2011. Der durch die rote Linie gekennzeichnete Trend zeigt im Laufe der Beobachtungsperiode sinkende Stickstoffsalden, wo- bei sich der N-Bilanzüberschuss in den letzten Jahren bei etwa 100 kg N/ha eingependelt hat (JKI 2013). 3 Teilprojekt Pflanzenbau Abb. 1: Entwicklung der Stickstoffbilanzüberschüsse der Landwirtschaft in Deutschland von 1990- 2011 (JKI 2013) Nach Angaben aus dem Nitratbericht Deutschland (BMU & BMELV 2012) zeigt die Gewässerbelas- tung mit Nitrat einen schwach rückläufigen Trend. Im deutschlandweit betriebenen EUA- Grundwassermessnetz konnte im aktuellen Berichtszeitraum von 2008-2010 eine Überschreitung der Qualitätsnorm für Nitrat (>50 mg Nitrat/l) an 14,3 % aller Messstellen vorgefunden werden. Im Ver- gleich zum vorherigen Untersuchungszeitraum hat sich eine Abnahme von 0,6 % in der Konzentrati- onsklasse (>50 mg Nitrat/l) ergeben. Abb. 2: Häufigkeitsverteilung der mittleren Nitratgehalte für den Untersuchungszeitraum 2008-2010 und dem vorherigen Zeitraum von 2004-2006 in % von 739 gemeinsamen Messstellen des EUA- Messnetzes (BMU & BMELV 2012) 4 Teilprojekt Pflanzenbau Während sich in der Klasse >40 bis <= 50 mg/l ebenfalls eine Abnahme der Konzentrationen zeigte, wurde in der Klasse >25 bis <= 40 mg/l eine Zunahme festgestellt. Desweiteren sind in der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung Klimaschutzziele festgehalten, die aber nicht direkt für den Sektor Landwirtschaft formuliert sind (BUNDESREGIERUNG DEUTSCHLAND 2012). Im Allgemeinen ist der Agrarsektor gleichzeitig Verursacher von Treibhausgasemissionen und andererseits auch durch die klima- bzw. witterungsabhängige Produktion maßgeblich vom Klimawan- del betroffen. In Deutschland trägt der Agrarsektor unter Einbeziehung aller direkt und indirekt mit der Landwirtschaft im Zusammenhang stehenden Emissionen mit ca. 13 % zu den Treibhausgasemissio- nen des Landes bei. Im Rahmen der Nachhaltigkeitsstrategie verfolgt die Bundesregierung das Ziel, die Treibhausgasemissionen bis ins Jahr 2020 um 40 % und bis 2050 um 80 % bis 95 % auf Basis von 1990 zu senken. Hinsichtlich der direkt zugeordneten Emissionen zeichnet die Landwirtschaft für die Bereiche Lachgas (N2O) mit mehr als 70 % und für Methan (CH4) mit über 50 % der Gesamtemis- sionen verantwortlich (UBA 2013). Die besagten Treibhausgase unterscheiden sich aufgrund unter- schiedlicher Strahlungseigenschaften und Verweildauern in der Atmosphäre hinsichtlich ihres erwär- menden Einflusses auf das globale Klimasystem (IPCC 2007). Über einen Zeithorizont von 100 Jah- ren betrachtet, besitzen CH4 ein 25-fach und N2O ein 298-fach höheres globales Erwärmungspotential (GWP) im Vergleich zu CO2 (IPCC 2007A). Bereits relativ geringe Lachgasemissionen können daher einen erheblichen klimawirksamen Effekt bedingen. Neben dem Ziel der Treibhausgasreduktion und Verminderung von N-Austrägen steht die globale Landwirtschaft zukünftig allerdings auch vor der Herausforderung, eine wachsende Weltbevölkerung zu versorgen. Nach Schätzungen der United Nations müssen im Jahr 2050 etwa 9,3 Milliarden Men- schen auf der Welt ernährt werden (UNITED NATIONS 2012). Gleichzeitig nimmt die landwirtschaftliche Nutzfläche stetig ab. Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes liegt der Flächenverbrauch durch Siedlungs- und Verkehrsmaßnahmen in Deutschland derzeit bei 74 ha pro Tag (im Durchschnitt der Jahre 2009- 2012; STATISTISCHES BUNDESAMT 2013). Ziel der Landwirtschaft muss es also in diesem Zusammenhang sein, zukünftig eine hohe Produkti- onsleistung anzustreben und gleichzeitig die Umweltbelastung zu reduzieren, was sich über einen möglichst hohen Ökoeffizienzwert ausdrücken lässt. Unter Ökoeffizienz ist die Wertschöp- fung/Schadschöpfung eines Produktes zu verstehen (SCHALTEGGER & STURM 1990). Anhand von Ökoeffizienzanalysen ist es möglich, Produktionsstandorte mit höchster Ökoeffizienz zu lokalisieren, aber auch Anbausysteme mit hoher Ökoeffizienz zu bestimmen. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen des Teilprojektes Pflanzenbau Ökoeffizienzparameter vergleichend im ökologischem- und konventionellen Marktfruchtbau erfasst. Im Zuge der Ökoeffi- zienzanalyse werden klimarelevante Treibhausgasemissionen und die Stickstoffauswaschung auf Feldebene quantifiziert, betriebsbedingte CO2-Emissionen