Institut für
OL Ökologischen Landbau
Projekt
Netzwerk Pilotbetriebe I: Klimawirkungen und Nachhaltigkeit von Landbausystemen
Klimawirkungen und Nachhaltigkeit ökologischer und konventioneller Betriebssysteme – Untersuchungen in einem Netzwerk von Pilotbetrieben
Betriebe im ökologischen und konventionellen Landbau unterscheiden sich in Methoden, Aufwand und Erträgen. Wir wollen klären, ob und wie Umweltwirkung und Nachhaltigkeit der Produktion in verschiedenen Betriebssystemen und Regionen systematisch voneinander abweichen. Hierzu untersuchen und modellieren wir die Klimawirkung der landwirtschaftlichen Produktion von 80 ökologischen und konventionellen Milchvieh- und Markfrucht-Betrieben in Deutschland.
Hintergrund und Zielsetzung
Bisher sind kaum Forschungsansätze verwirklicht, bei denen real existierende landwirtschaftliche Betriebe, die sich im ganz normalen Wirtschaftskontext befinden, zum Forschungsgegenstand werden. Hierfür fehlen die entsprechenden Methoden, Strukturen und Ressourcen.
Im Projekt 'Klimawirkungen und Nachhaltigkeit von Landbausystemen' schaffen wir ein Netzwerk von Pilotbetrieben für langfristige, systemare Forschungsarbeiten in ökologischen und konventionellen Landwirtschaftsbetrieben. In enger Kooperation von Wissenschaft, Beratung und Praxis bearbeiten wir zwei Forschungsthemen:
a) Klimawirkungen von Landbausystemen: Ziel ist die Analyse und Bewertung von Klimawirkungen (Emissionen der Treibhausgase CO2, N2O, CH4) ökologischer und konventioneller Betriebssysteme sowie die Ableitung von Minderungspotentialen und gesamtbetrieblichen Optimierungsstrategien. Dazu modellieren wir am Beispiel des Pflanzenbaus und der Milchviehhaltung in den Pilotbetrieben die Treibhausgasemissionen und ermitteln wesentliche Einflussfaktoren auf die Emissionen.
b) Nachhaltigkeit des ökologischen und konventionellen Landbaus: Ziel ist die Analyse und Bewertung der ökologischen Nachhaltigkeit von Betriebssystemen. Wir untersuchen die Bereiche Bodenfruchtbarkeit und Bodenschutz (Bodenerosion, Bodenschadverdichtung, Humushaushalt), Gewässerschutz, Biodiversität und Landschaftspflege.
Vorgehensweise
In den Jahren 2009 bis 2014 haben wir in 40 ökologischen und 40 konventionellen Pilotbetrieben den Anbau landwirtschaftlicher Nutzpflanzen und die Haltung von Milchkühen untersucht. Auf der Grundlage betrieblich verfügbarer Daten und zusätzlicher Messdaten haben wir gesamtbetriebliche Treibhausgasbilanzen berechnet. Hierbei haben wir alle relevanten Prozesse – von der Erzeugung landwirtschaftlicher Betriebsmittel im Vorleistungsbereich über die betrieblichen Energie-, Stickstoff- und Kohlenstoffflüsse bis zu Landnutzungsänderungen – in die Bilanzierung einbezogen.
Daten und Methoden
Um ein breites Spektrum an Standort- und Bewirtschaftungsbedingungen zu erfassen, haben wir in vier deutschen Regionen 80 ökologische und konventionelle Betriebe untersucht. Die Betriebe wurden als räumlich möglichst nah beieinander liegende Betriebspaare (d.h. je ein ökologisch und ein konventionell wirtschaftender Milchvieh- bzw. Ackerbaubetrieb) ausgewählt. Von 2009 bis 2014 erhoben wir Bewirtschaftungsdaten im Rahmen von Betriebsleiterinterviews und verfügbaren betrieblichen Aufzeichnungen. Zusätzlich haben wir in den ersten Jahren Proben von Futtermitteln, Wirtschaftdüngern, Böden und Pflanzen entnommen und analysiert sowie Weizen- und Kleegraserträge der Betriebe ermittelt. Die Treibhausgasflüsse errechneten wir mit der Modellierungssoftware REPRO. Im Bereich der engeren Milchproduktion haben wir beobachtet, wie sich unterschiedliche Ansätze der Modellierung auf die Emissionen aus Verdauung und Wirtschaftsdüngern auswirken.
Ergebnisse
Die Ergebnisse zeigen, dass die Treibhausgasflüsse abhängig von den Standortbedingungen, den Betriebsstrukturen, der Bewirtschaftungsintensität und der Verfahrensgestaltung stark variieren. Wir haben wichtige Emissionsquellen und Effekte der Modellierungsansätze auf das Ergebnis abgeleitet und erste Ansätze für eine Klimaschutzberatung entwickelt.
Im Detail wurde bisher für den Bereich der Milchviehhaltung festgestellt:
Die Gruppe der ökologischen Betriebe war in allen Regionen bei allen Betriebskennzahlen und allen Ergebnissen deutlich heterogener als die Gruppe der konventionellen Betriebe. Bei produktbezogener Bewertung wurde die Spannweite der Werte der Treihausgasemissionen aus der Milchproduktion durch die stark unterschiedliche Milchleistung der Tiere nochmals verstärkt.
Im Mittel erreichten die ökologischen Betriebe eine geringere Milchleistung als die konventionellen Betriebe, sodass wir bei der produktbezogenen Betrachtung im Durchschnitt höhere Emissionen der ökologischen Betriebe feststellten.
Sobald wir die gesamte CO2-Bilanz der ökologischen und konventionellen Betriebe miteinander verglichen, veränderte sich das Bild. Bei der CO2-Bilanz beziehen wir auch die Emissionen aus den Vorketten (z.B. Düngemittelproduktion, Futtermittelzukauf aus Übersee) ein. Zudem stehen Zuwächse an Bodenkohlenstoff, d.h. die Bindung von CO2, den Emissionen, d.h. der Freisetzung von CO2, gegenüber. Bei dieser Betrachtung, die bisher für die Betriebe im Süden und Westen abgeschlossen wurde, stellte sich heraus, dass im Mittel die ökologischen Betriebe zum Beispiel weniger energieintensiv wirtschaften (primär durch den Verzicht von chemisch-synthetischen Düngern bei der Erzeugung der hofeigenen Futtermittel) und mehr Kohlenstoff im Boden banden (durch einen hohen Kleegrasanteil in der Fruchtfolge).
Die konventionellen Betriebe erzielten ihre im Durchschnitt höheren Milchleistungen u.a. durch Maisanbau und hofeigenes oder zugekauftes Kraftfutter (alles mit chemisch-synthetisch hergestelltem Stickstoff gedüngt). Der Einsatz von Sojaextraktionsschrot, das in der ökologischen Fütterung nicht verwendet werden darf, führt zu einer hohen CO2-Freisetzung aus dem Boden (durch Landnutzungswandel von Regenwald zu Acker). Im Mittel ergaben sich bei der CO2-Bilanz tierbezogen geringere Treibhausgasemissionen für die ökologischen Milchviehbetriebe, während bei der produktbezogenen Betrachtung die konventionellen und ökologischen Betriebe pro kg energiekorrigierter Milch gleichauf lagen.
Den wesentlichen Anteil an den Emissionen (sowohl tier- als auch produktbezogen) machte das Methan aus der Verdauung der Milchkühe aus. Dies ist zu einem Großteil genetisch vorgegeben. Das Entstehen von Methan kann aber in einem gewissen Rahmen durch hochwertige Grundfuttermittel und leistungsgerecht zusammengestellte Rationen verringert werden. Als sehr wichtig für das Niveau der enterischen Methanemission stellte sich der Berechnungsansatz heraus. Bei Betriebs- oder Systemvergleichen muss zwingend mit ein und derselben Methode gerechnet werden.
Einen ebenfalls hohen Anteil an den Emissionen hatten die Ausscheidungen der Milchkühe. Unterschiede zwischen stroh- und güllebasierten Systemen haben wir nicht festgestellt. Manche Emissionen aus den Wirtschaftsdüngern sind unvermeidbar. Viele können jedoch durch die bekannten Maßnahmen beim Lagern und Ausbringen unterbunden werden.
Links und Downloads
Beteiligte externe Thünen-Partner
-
Technische Universität München
(München, Freising-Weihenstephan, Deutschland) -
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
(Bonn, Deutschland) -
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
(Halle (Saale), Deutschland) -
Bioland Beratung GmbH
(Mainz, Deutschland)
Geldgeber
-
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
(national, öffentlich)
Zeitraum
12.2008 - 7.2014
Weitere Projektdaten
Projektfördernummer: 06OE353 (Thünen-Institut), 06OE353 (TUM)
Förderprogramm: Bundesprogramm Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft (BÖLN)
Projektstatus:
abgeschlossen
Publikationen
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Hülsbergen KJ, Schmid H, Chmelikova L, Rahmann G, Paulsen HM, Köpke U (2023) Umwelt- und Klimawirkungen des ökologischen Landbaus. 1. Auflage. Berlin: Verlag Dr Köster, 102 p, Weihenstephaner Schriften 16
- 1
Wagner K, Brinkmann J, March S, Hinterstoißer P, Schulz F, Schüler M, Warnecke S, Paulsen HM (2022) Einfluss der Wirtschaftsweisen auf die Tierwohlsituation in den Milchviehbetrieben auf Basis des Welfare Quality® Protokolls. Thünen Rep 92:227-247, DOI:10.3220/REP1646034190000
- 2
Wagner K, Schulz F, Brinkmann J, March S, Hinterstoißer P, Schüler M, Warnecke S, Paulsen HM (2022) Problembereiche der Tierwohlsituation und mögliche Maßnahmen zu deren Verbesserung in den Milchviehbetrieben des Pilotbetriebenetzwerks. Thünen Rep 92:205-225, DOI:10.3220/REP1646034190000
- 3
Wagner K, Brinkmann J, March S, Hinterstoißer P, Warnecke S, Schüler M, Paulsen HM (2018) Impact of daily grazing time on dairy cow welfare-results of the Welfare Quality® Protocol. Animals MDPI 8(1):1, DOI:10.3390/ani8010001
- 4
Warnecke S, Paulsen HM (2015) Berechnung des Klimawirkungspotentials der Milchkuhexkremente ökologisch und koventionell wirtschaftender Betriebe in Deutschland aus Stall, Melkstand, Lager und Weidegang. Thünen Rep 29:49-62
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Paulsen HM, Warnecke S, Schmid H, Frank H, Brinkmann J, March S, Koopmann R (2015) Haltungsbedingungen, Tiergesundheits- und Tierwohlparameter und Medikamenteneinsatz in der Milchviehhaltung auf je zwei ökologischen und konventionellen Betrieben sowie Auswirkungen von Optimierungsansätzen zur Verbesserung der Situation der Tiere auf die Klimabilanz der Milcherzeugung. Thünen Rep 29:119-148
- 6
Paulsen HM, Frank H, Hülsbergen KJ, Rahmann G, Schmid H, Warnecke S (2015) Klimagase und deren Minderung bei der Milchproduktion. In: Häring AM, Hörning B, Hoffmann-Bahnsen R, Luley H (eds) Beiträge zur 13. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau "Am Mut hängt der Erfolg: Rückblicke und Ausblicke auf die ökologische Landbewirtschaftung". pp 102-105
- 7
Hülsbergen KJ, Schmid H, Paulsen HM, Rahmann G (2015) Klimawirkungen und Nachhaltigkeit der Landwirtschaft : Untersuchungen in einem Netzwerk der Pilotbetriebe. Lebendige Erde 16(1):33
- 8
Hülsbergen KJ, Rahmann G (eds) (2015) Klimawirkungen und Nachhaltigkeit ökologischer und konventioneller Betriebssysteme – Untersuchungen in einem Netzwerk von Pilotbetrieben : Forschungsergebnisse 2013-2014. Braunschweig: Johann Heinrich von Thünen-Institut, 175 p, Thünen Rep 29, DOI:10.3220/REP_29_2015
- 9
Warnecke S, Paulsen HM (2015) Unterschiedliche Fütterung: Treibhausgaslast der Milch von vier Milchviehbetrieben. In: Häring AM, Hörning B, Hoffmann-Bahnsen R, Luley H (eds) Beiträge zur 13. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau "Am Mut hängt der Erfolg: Rückblicke und Ausblicke auf die ökologische Landbewirtschaftung". pp 106-109
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Warnecke S, Schulz F, Paulsen HM, Rahmann G (2014) Differences in feeding practices on organic and conventional dairy farms - data from a farm network. Thünen Rep 20, Vol. 2:343-346
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Warnecke S, Paulsen HM, Schulz F, Rahmann G (2014) Greenhouse gas emissions from enteric fermentation and manure on organic and conventional dairy farms - an analysis based on farm network data. Organic Agric 4(4):285-293, DOI:10.1007/s13165-014-0080-4
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Paulsen HM, Warnecke S, Schüler M (2014) Modell und Realität : Erfahrungen zur Berechnung von Treibhausgasemissionen aus der Milchviehhaltung auf Basis von Daten ökologischer und konventioneller Betriebe. Forschung Themenheft 2/2014:44-49
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Paulsen HM, Warnecke S, Rahmann G (2014) Options to reduce greenhouse gas emissions from enteric fermentation and manure handling in dairy farming – An analysis based on farm network data. Thünen Rep 20, Vol. 2:441-444
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Warnecke S, Schulz F, Paulsen HM, Rahmann G (2013) Berechnung emissionswirksamer Substanzen in Exkrementen der Milchkühe ökologischer und konventioneller Betriebe in Deutschland basierend auf den Futterrationen und den Futterinhaltsstoffen. Thünen Rep 8:207-227
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Schmid H, Blank B, Bokemeyer J, Braun M, Buchwald K-D, Christen O, Frank H, Höhne E, Hülsbergen KJ, Kassow A, Köpke U, Lind P, Maier H, Neuhoff D, Peter J, Plagge J, Paulsen HM, Rahmann G, Reents HJ, Rudolf H, et al (2013) Methodischer Ansatz. Thünen Rep 8:11-31
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Paulsen HM, Schulz F, Warnecke S, Blank B, Schaub D, Rahmann G (2013) Treibhausgasemissionen aus Verdauung und Wirtschaftsdüngern - gibt es eindeutige Aussagen? In: Institut für Ökologischen Landbau (ed) Klimawirkungen und Nachhaltigkeit ökologischer und konventioneller Pilotbetriebe in Deutschland : wissenschaftliche Tagung ; Thünen-Institut Braunschweig im Forum am Mittwoch, 27. Februar 2013. Braunschweig: Johann Heinrich von Thünen-Institut, pp 23-27
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Schaub D, Rösemann C, Frank H, Paulsen HM, Blank B, Hülsbergen KJ, Rahmann G (2013) Treibhausgasemissionen ökologischer und konventioneller Milchviehbetriebe - Berechnung ausgewählter Teilbereiche mit den Modellen REPRO und GAS-EM unter besonderer Berücksichtigung der Fütterungsmodellierung. Thünen Rep 8:229-258
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Schulz F, Warnecke S, Paulsen HM, Rahmann G (2013) Unterschiede der Fütterung ökologischer und konventioneller Betriebe und deren Einfluss auf die Methan-Emission aus der Verdauung von Milchkühen. Thünen Rep 8:189-205
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Paulsen HM, Blank B, Schaub D, Aulrich K, Rahmann G (2013) Zusammensetzung, Lagerung und Ausbringung von Wirtschaftsdüngern ökologischer und konventioneller Milchviehbetriebe in Deutschland und die Bedeutung für die Treibhausgasemissionen. Landbauforsch Appl Agric Forestry Res 63(1):29-36, DOI:10.3220/LBF_2013_29-36
https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/bitv/dn051733.pdf
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Schaub D, Paulsen HM, Rösemann C, Blank B, Rahmann G (2012) Emissions of greenhouse gases from dairy farms - a case study using the German agricultural emission model GAS-EM. Landbauforsch SH 362:22-25
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Blank B, Schaub D, Paulsen HM, Rahmann G (2012) Herd parameters in organic and conventional dairy farms and their role in greenhouse gas emissions from milk production. Landbauforsch SH 362:270-273
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Paulsen HM, Blank B, Schaub D, Rahmann G (2012) Klimawirkungen und Nachhaltigkeitsparameter in der Milchviehhaltung - Ergebnisse aus Herdenvergleichen ökologischer und konventioneller Betriebe. VDLUFA SchrR 68:737-744
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Kassow A, Blank B, Paulsen HM, Rahmann G, Aulrich K (2011) Analyse von Grundfutterqualitäten ökologischer und konventioneller Milchviehbetriebe im Rahmen des Projektes "Klimawirkungen und Nachhaltigkeit von Landbausystemen". In: Leithold G, Becker K, Brock C, Fischinger S, Spiegel A-K, Spory K, Wilbois KP, Williges U (eds) Beiträge zur 11. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau : Es geht ums Ganze: Forschen im Dialog von Wissenschaft und Praxis : Bd. 1, Boden - Pflanze - Umwelt, Lebensmittel und Produktqualität. Berlin: Köster, pp 109-110
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Blank B, Paulsen HM, Kassow A, Rahmann G, Aulrich K (2011) Zusammensetzung von Wirtschaftsdüngern ökologischer und konventioneller Milchviehbetriebe im Rahmen des Projekts Klimawirkungen und Nachhaltigkeit von Landbausystemen. In: Leithold G, Becker K, Brock C, Fischinger S, Spiegel A-K, Spory K, Wilbois KP, Williges U (eds) Beiträge zur 11. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau : Es geht ums Ganze: Forschen im Dialog von Wissenschaft und Praxis : Bd. 1, Boden - Pflanze - Umwelt, Lebensmittel und Produktqualität. Berlin: Köster, pp 199-202
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Kassow A, Blank B, Paulsen HM, Aulrich K, Rahmann G (2010) Studies on greenhouse gas emissions in organic and conventional dairy farms. Landbauforsch SH 335:65-76
