Ertragsökologie und Landschaftsbewertung

Ertragsoptimierung

Standortgerecht - Umweltschonend - Nachhaltig Optimierung des Betriebsmitteleinsatzes

Teilprojekt Brandenburg 2, Autor: Dr. sc. agr. Dietrich Schulzke Ergebnisse aus einem EU-Forschungsprojekt (AIR 3 CT 94-1296)
Diese Webseite ist ein privates Projekt von Dr. sc agr. Dietrich Schulzke.

Ertragsökologische Untersuchungen am Beispiel der Ertragsbildung der drei Wintergetreidearten Ergebnisse aus einem EU Forschungsprojekt (AIR 3 CT 94-1296).

Dr. sc. agr. Dietrich Schulzke, Eberswalde (2005)

1. Zusammenfassung

In Europa gibt es zwischen den Ländern (Staaten) beim Klima, und der Jahreswitterung erhebliche Unterschiede, die sich in messbaren ökologischen Situationen widerspiegeln. Die Steuergröße für die Biomasseproduktion ist die Jahreswitterung und der Klimacharakter. In der AKR IIb begrenzen z.B. die Länge und Ausprägung des Winters sowie die Niederschlagshöhe und Niederschlagsverteilung die Ertragsbildung stärker und anders als in der AKR Ic. Die günstigeren Wachstumsbedingungen in der AKR Ic erhöhen auch die Einsatzmöglichkeiten der Intensivierung, steigern damit aber auch die potentiellen Belastungen des Ökosystems. Die primäre Ausstattung der Landschaften wird durch den Witterungsverlauf in den Agrar-Klima-Regionen überprägt. Veränderungen im Witterungsverlauf des Jahres, bei einem veränderten Klima, haben auf die Biomassebildung in den einzelnen Landschaften unterschiedliche Auswirkungen.

2. Die Agrar - Klima - Regionen (AKR) Europa

Nach den genannten Merkmalen ergeben sich großflächige Gebietseinheiten mit spezifischen Ausstattungsmerkmalen und Nutzungsschwerpunkten. Die schließlich erfolgte Grenzziehung ist das Ergebnis mehrerer Abgleichungsschritte und Kombinationen von Nutzungs-, Witterungs- und Klimamerkmalen (Abb. 1 a-d).

Im europäischen Vergleich gibt es beim Klima und der Jahreswitterung erhebliche Unterschiede, die sich in messbaren ökologischen Situationen widerspiegeln.

Die inhaltliche Charakterisierung erfolgte über statistische Zusammenstellungen von langjährigen meteorologischen Jahresdaten (Abb. 1 a-d). In der Abbildung sind die in parallelen Schritten abgegrenzten Boden-Klima-Regionen (BKR) als Teile der Agrar-Klima-Regionen (AKR) für den Untersuchungsraum dargestellt (Weitere Flächenstatistiken und Themenkarten sind beim Autor vorhanden).

3. Die Agrar- Klima- Regionen und Boden-Klima-Regionen in Deutschland

Das Staatsgebiet gliedert sich in fünf Agrar-Klima-Regionen mit 39 Boden-Klima-Regionen (BKR).

Bezogen auf die Wachstums- und Entwicklungsperiode des Winterweizens ist die Witterung über die Tagesdurchschnittstemperatur, die Niederschlagsmenge und die Sonnenstunden in der Zeit vom Saataufgang (Oktober-November) bis zum Schossen (Mai) analysiert worden und in einem komplexen Witterungswert (WWK) zusammengefasst und Teil eines Ertragsbildungsmodell (Abb. 3) (SCHULZKE, 1988 b) . In der (Abb. 1 a-d) sind die Klimate für die ausgewiesenen AKR dargestellt. Die weitere Unterteilung der AKR in Boden-Klima-Regionen (BKR) ist von den vorherrschenden Böden bzw. ihren unterschiedlichen Flächenanteilen sowie von der Niederschlagsverteilung im Jahr abgeleitet.
Am Beispiel Deutschland werden nachfolgend die 5 Maßstabebenen beschrieben. Als Orientierungshilfe soll die Übersicht mit den Gliederungsmerkmalen, die hierarchischen Zusammenhänge verdeutlichen. In der (Abb. 2 a-d) sind die einzelnen Hierarchieebenen und die Ableitungen dargestellt.
Damit wird sichergestellt, dass eine Fragestellung auch der zuständigen Hierarchieebene zugeordnet wird, bzw. welche Fragen an eine Hierarchieebene gestellt werden können. Nach den genannten Merkmalen lassen sich großflächige Gebietseinheiten mit spezifischen Ausstattungsmerkmalen und Nutzungsschwerpunkten abgrenzen. Die schließlich erfolgte Grenzziehung ist das Ergebnis mehrerer Abgleichungsschritte und Kombinationen von realen Merkmalen. Die inhaltliche Charakterisierung erfolgte über statistische Zusammenstellungen von z.B. langjährigen meteorologischen Jahresdaten (WALTER.H und LIETH.H).

Die Flächenstatistiken der Vegetationseinheiten Europas (SCHUZKE.D, 1998) geben Aufschluss über verschiedene, regional unterschiedlich zusammengesetzte Gebietseinheiten, die in Verbindung mit der Bodenbedeckung aus CORINE charakteristische Verteilungsmuster ergeben. Zum Verständnis der beschriebenen Vegetationseinheiten und Nutzungsschwerpunkten sind die Kenntnisse über die jeweiligen Bodenqualitäten unverzichtbar. Über die Flächenstatistik der europäischen und deutschen Bodenkarten (HARTWICH.R u.a.1995) sind regionale Aussagen zum komplexen Zusammenwirken von Klima, Witterung und Boden auf die Biomasse möglich. Damit ist eine wesentliche Voraussetzung für eine ökologische Bewertung gegeben.

Am Beispiel von zwei sehr gegensätzlichen AKR in Deutschland sollen die unterschiedlichen Naturraumausstattungen und ihre Wirkungen beschrieben werden. Die AKR Ic hat aus landwirtschaftlicher Sicht die höchste Biomasseproduktivität in Deutschland. Das ergibt sich aus der Kombination von verschiedenen Klimaelementen mit humusreichen Böden z.B. am Niederrhein. Das Gebiet zwischen Rhein und Wurra ist ein traditionelles Weizen- und Rübenanbaugebiet. Der Effekt der Intensivierung ist sehr hoch. Er ergibt sich aus der großen Stickstoffwirkung in Verbindung mit großen Aufwendungen für den Pflanzenschutz und witterungsbedingten guten Wachstumsbedingungen. Bei Spitzenerträgen um 90 dt/ha Weizen werden ca. 360 kg N/ha benötigt. Nach Berücksichtigung der N-Freisetzung aus dem Boden und durchschnittlichen Stickstoffimmissionen aus der Luft müssen ca. 200 kg N/ha über Düngung in mehreren Gaben eingesetzt werden. Das Problem besteht nun darin, dass die Höchsterträge zwar jährlich angestrebt, aber nur in größeren Intervallen voll realisiert werden (Witterungskonstellation). In den Jahren, in denen die Ertragserwartungen nicht erreicht werden, kommt es zu großen, nicht verwertbaren Energieüberschüssen im Boden. Sie fließen in den verschiedensten Formen in die Umwelt. Abhilfe kann nur über die bewusste Reduzierung der Erträge um ca. 30% geschaffen werden. Erträge um 60 dt/ha (mit ca 150 kgN/ha Düngung) sind unter den Witterungsbedingungen des Gebietes mit größerer Sicherheit jährlich zu erreichen. Überschüsse von Nährstoffen im Ökosystem können damit vermieden werden.
In der AKR IIb sind dagegen die ökologischen Rahmenbedingungen wesentlich schlechter als in der AKR Ic. Selbst bei regional besseren Standorten in der IIb, aber häufig kaum ausreichenden Niederschlägen (Mai - Juni) und einer bis zu drei Monate dauernden ausgeprägten Winterpause, sind Intensivierungseffekte sehr abgeschwächt. Der Betriebsmitteleinsatz ist daher auch stark eingeschränkt. Energieüberschussraten sind eher selten. Eine Verbesserung der ökologischen Situation ist hier durch eine verbesserte Anpassung der Hauptkulturen an die Standortverhältnisse zu erreichen. Das bedeutet regionale Optimierung der Produktionsprofile, Schutz vor Wind- und Wassererosion sowie Grundwasserschutz. Von besonderer Bedeutung in diesem Gebiet ist eine ausgeglichene Humuswirtschaft um den Wasserhaushalt zu stabilisieren. Unter den kontinentaleren Bedingungen gegenüber der AKR Ic sind in Ostdeutschland aber hohe Mineralisierungsraten häufig. Durch geeignete Wirtschaftsmaßnahmen können solche Verluste reduziert werden ohne der Bodenfruchtbarkeit zu schaden. Höchstertragsjahre kommen aber auch hier nur ein oder zweimal im Jahrzehnt vor, so dass auch hier Energieverluste eintreten können (Abb. 4 und Abb. 5)
Der Vergleich der beschriebenen AKR macht deutlich, dass es sich hier um großflächige Naturräume handelt die durch Klima, Witterung und angepassten Nutzungsstrukturen charakterisiert sind.

4. Die Boden-Klima-Regionen am Beispiel Brandenburgs

Auf der Grundlage des verwendeten Ertragsbildungsmodells (Abb. 3), das für den ostdeutschen Raum entwickelt und getestet wurde, (SCHULZKE, D. 1988 a u. b) sind die die postulierten Zusammenhänge zwischen Ertrag, Boden und Witterung auch für die neu definierten Boden-Klima-Regionen in Europa, und auf der nationalen Ebene bestätigt worden (KAULE,G.;SCHULZKE,D.1998).
Am Beispiel Brandenburgs werden nachfolgend die Zusammenhänge auf der Ebene der Boden-Klima-Regionen dargestellt und erläutert. Brandenburg wird durch 5 Boden-Klima-Regionen (BKR) geprägt. Das sind die BKR.

Für diese Gebiete sind für die drei Wintergetreidearten (Weizen, Gerste, Roggen) spezifische Klimakonstanten (FRg- Abb.6) ermittelt worden (SCHULZKE.D,1988), die im Zusammenspiel mit der jahresspezifischen Witterung die Boden-Klima-Regionen in Brandenburg charakterisieren und differenzieren. Diese Konstante gilt je Getreideart jeweils für die ganze Boden-Klima-Region.
Die vorkommenden Böden in Brandenburg, als eine Grundlage der Ertragsbildung, sind auf der ganzen Fläche kartiert und nach bodeneigenen Merkmalen klassifiziert (MMK-Codierung nach SCHMIDT.R u. DIEMANN.R 1981). Die Analyse von 1094 Parzellenversuchen der Zentralstelle für Sortenwesen (heute Bundessortenamt) und mehreren hundert Produktionsexperimenten (Großparzellen in Produktionsschlägen), sowie statistischen Kreiserträgen hat es ermöglicht, dass zwischen den klassifizierten Bodeneinheiten in den einzelnen Boden-Klima-Regionen und den jahresspezifischen Witterungsabläufen eindeutige Beziehungen zu unterschiedlichen Ertragsbildungen bestehen. Diese Beziehung ist mit einer Bodenkonstanten (FBf- Abb.6) definiert (SCHULZKE.D,1988). Die Bodenkonstanten gelten in allen Boden-Klima-Regionen für die jeweilige Getreideart.
Die ausgewertete und aufbereitete Witterung - vom Aufgang der Saat bis zum Schoßtermin Frühjahr- ist im "Komplexen Witterungswert (WWK)" zusammengefasst. In den analysierten 22 Jahren ist der WWK im Durchschnitt um ca. 150 Punkte angestiegen (Abb. 7). Tatsächlich ordnen sich die WWK in den 5 Brandenburger BKR in unterschiedlicher Ausprägung, in der Tendenz aber gleichlaufend in diesen Zeitrhythmus ein. Auffallend ist, dass die Ausschläge vom Mittelwert ab 1985 deutlich größer geworden sind.

Wie sich der WWK in Verbindung mit dem konkreten Standort auf die Ertragsbildung auswirkt ist den (Abb. 8 a-f) zu entnehmen.
Insgesamt liegt der Anteil der schlechten Ertragsjahre im ökologischen Osten deutlich über dem der Gunstjahre. Das bedeutet im Durchschnitt geringere Erträge. Bei Beachtung der ökologischen Rahmenbedingungen werden dann aber die Energiebilanzen bei ortsüblicher Intensivierung nicht überzogen und damit relevante Umweltqualitätsziele weniger belastet. Aus den ausgewerteten Daten lässt sich folgende These ableiten. Landschaften lassen sich nach ökologischen Kriterien beschreiben: Die Unterschiede beziehen sich auch auf die Empfindlichkeit von Umwelt- und Nutzungsbelastungen. Ökologische Schäden treten dann auf, wenn über die Intensivierung mehr Energie auf die Fläche gebracht wird als vom Standort in Verbindung mit der jährlichen Witterung in Biomasse umgesetzt werden kann.

5. Die Landschaftstypen (Makrochoren) in Brandenburg

In Brandenburg konnten 8 Landschaftstypen in der offenen Landschaft ausgewiesen werden, die insgesamt 139mal vorkommen. In (Abb. 9) sind die Landschaftstypen mit den sie charakterisierenden Lebensräumen (Mesochoren) und Standortskomplexen aufgelistet.

In der (Abb.10) sind einige Beispiele für die Landschaftsbeschreibung und -bewertung zusammengefasst. Aus den häufig gegensätzlichen Ansprüchen von Nutzung und Schutz auf der gleichen Fläche ergeben sich Konfliktpotentiale die ermittelt und bewertet werden müssen.
Dazu sind zwei Entscheidungsschritte notwendig. Zunächst sind aus Substrat und Relief die Lebensräume (Mesochoren) für die Fläche zu bestimmen (Abb.11 a u.b). Danach werden die Mesochoren mit den Standortsqualitäten kombiniert und nach Schutz- und Nutzungsansprüchen klassifiziert.

Nach den jeweils vorherrschenden Mesochoren in den Makrochoren lassen sich nach der gleichen Methode die Konfliktpotentiale für die Landschaftstypen (Makrochoren) ermitteln.
Die in der Karte mit den Konfliktpotentialen dargestellten Landschaftseinheiten - die Makrochoren - sind Gebiete mit weitgehend einheitlichen Ausstattungen (Abb. 9). Daraus können für Nutzungs- und Schutzziele konkrete Zuordnungen abgeleitet werden. Für die Landwirtschaft können spezielle Produktionsprofile entwickelt werden, die den ökologischen Rahmenbedingungen des jeweiligen Landschaftstyps gerecht werden und den abiotischen und biotischen Schutzansprüchen genügen. Es können landschaftsbezogen Förderstrategien entwickelt und Energiebilanzen gerechnet werden. Den Landschaftstypen (Makrochoren) können Ausstattungsmerkmale wie Umweltqualitätsziele, Produktionsprofile und Entwicklungsziele bzw. -zeiten zugeordnet werden (SCHULZKE.D, 2000). Die Konsequenz aus der ökologischen Bewertung für die Landwirtschaft besteht nun darin, dass bei der Planung der Ertragsziele (Intensivierung) die Besonderheiten der jeweiligen Naturräume berücksichtigt werden können.

6. Diskussion

Es ist der Versuch unternommen worden eine Gebietsgliederung nach ökologischen Kriterien auf der Grundlage vorhandener Erkenntnisentwicklung abzuleiten. Dabei ist auf einige aktuelle Fragen der Landnutzung und Anbauverfahren in der Landwirtschaft eingegangen worden. Der traditionell vorhandene Konflikt zwischen Nutzung und Schutz hat sich ab Mitte der 60ger Jahre permanent verschärft. Er droht, regional irreversible ökologische Schäden mit hohen Folgekosten zu verursachen. Der unsachgemäße Umgang mit den Ressourcen Boden, Wasser, Humus und deren Folgen auf die Tier- und Pflanzenwelt, beunruhigt nicht nur die Natur- und Artenschützer, sondern trifft auch die Landnutzer an ihrer Existenzgrundlage. Es kam also darauf an, die Konfliktpotentiale landschaftsbezogen zu benennen und nach Wegen zu ihrer Minimierung zu suchen. Die unterschiedliche Ausstattung von Landschaftsräumen beinhaltet auch unterschiedliche Reaktionen auf Einflüsse von außen (z.B. Klima, Witterungsverlauf) bzw. es bestehen unterschiedliche Sensibilitäten, die bei Wirtschaftsentscheidungen zu berücksichtigen sind. (SCHULZKE.D, 2000) Für die Landwirtschaft ergibt sich die Konsequenz die Einflussfaktoren bei der Ertragsbildung und Fruchtfolgegestaltung genau zu beachten. Die Vermeidung von Energieüberschüssen sollte oberstes Ziel sein. Dazu ist in dieser Arbeit ein Instrumentarium angeboten. Mit Hilfe eines gut strukturierten Beratungsdienstes (z.B. agro team in Bernau) lassen sich für unterschiedliche Naturräume sowohl ökologische und ökonomische Ziele verwirklichen.

Literatur: