Schutzgüter und deren Indikatoren

Von der Landwirtschaft geht eine Vielzahl von Wirkungen auf die Umwelt mit ihren Umweltbestandteilen aus. Um dieses komplexe Gefüge aus Abhängigkeiten und Wechselwirkungen möglichst repräsentativ und anschaulich beschreiben zu können, ist es sinnvoll die Umweltbestandteile in Form von Schutzgütern zu kategorisieren. Ziel ist es dabei, den Zustand der Schutzgüter mit Hilfe von agrarrelevanten Indikatoren zu untersetzen.

Die INL GmbH richtet ihre Aufmerksamkeit auf die Schutzgüter „Boden“, „Wasser“, „Luft“, „Biodiversität“, „Ressourcen“ sowie „Tierwohl“ und bietet ein Portfolio von 17 Nachhaltigkeitsindikatoren zur Beschreibung des Ist-Zustandes der Schutzgüter an.

Boden
Bodenerosion

Das Bundes-Bodenschutzgesetz definiert Anforderungen an die Vorsorge gegen schädliche Bodenveränderungen und die Gefahrenabwehr. Landnutzung führt zu einer erheblichen Beeinflussung von Erosionsprozessen. Der verstärkte Abtrag von Bodenpartikeln bedeutet einen Verlust der gegebenen Bodenfruchtbarkeit und führt zu unerwünschten Nährstoffeinträgen in Oberflächengewässer. Aus landwirtschaftlicher Sicht bestehen durch Fruchtartenwahl, den Anbau von Zwischenfrüchten oder Untersaaten und die gewählten Zeitpunkte für Bewirtschaftungsmaßnahmen Einflussmöglichkeiten auf Erosionsprozesse. Mit dem Indikator Bodenerosion werden die potenziellen Bodenverluste abgeschätzt und somit der Einfluss auf die Ressource Boden überprüft.

Zur Abschätzung der Bodenerosion werden für den Abtrag durch Wasser die Allgemeine Bodenabtragsgleichung (ABAG) und durch Wind die DIN 19708 angewandt. Die Eingangsfaktoren werden betriebsspezifisch mit unterschiedlicher räumlicher Auflösung erhoben.

Die Berechnung der Bodenabträge erfolgt hochauflösend innerhalb eines Geografischen Informationssystems (GIS). Hierbei werden Bewirtschaftungsdaten (Bedeckungsgrad), Klimadaten (Starkregenereignisse) und Reliefinformationen (digitales Geländemodell) in Beziehung gesetzt. Mittels geostatistischer Auswertung (Zonal Statistics) werden die Ergebnisse auf Rasterebene berechnet. Daraus lassen sich Gefährdungszonen und mittlere Abtragsmengen einer Fläche ermitteln.

Bodenschadverdichtung

Der Boden mit seinen vielfältigen Funktionen, wie z. B. der Speicherung und Leitung von Wasser sowie Sauerstoff, stellt die Grundlage für eine ertragreiche Flächennutzung dar. Die Intensivierung der Landwirtschaft ist mit dem Einsatz immer leistungsstärkerer sowie schwererer Schlepper und Maschinen verbunden. Dies führt wiederum zu höheren Radlasten, wodurch der Druck auf den Boden zunimmt. Es besteht die Gefahr der Bodenschadverdichtung – das Bodengefüge wird bewirtschaftungsbedingt beschädigt, wodurch der Boden zeitweilig oder auch dauerhaft in seiner Funktion eingeschränkt sein kann. So wird der Gasaustausch im Profil stark vermindert. Eine verringerte Infiltrationsleistung infolge kompakter Gefüge führt zu einer Zunahme von Oberflächenabfluss und Wassererosion. Dies und eine schlechtere Nährstoffverfügbarkeit führen zu Ertragseinbußen. Die umfassenden Auswirkungen erfordern daher die Berücksichtigung der Schadverdichtungsgefährdung durch landwirtschaftliche Tätigkeiten bei der Bewertung der Nachhaltigkeit.

Als Indikator zur Schadverdichtungsgefährdung wird der Belastungsindex berechnet. Er ist das Ergebnis einer Reihe von Berechnungsschritten, in die alle wesentlichen Einflussgrößen, welche zur Entstehung von Schadverdichtungen beitragen, integriert sind. Für die eingesetzten Geräte und Zugmaschinen werden Achslasten in Abhängigkeit ihrer Gewichte (inklusive Tank- und Ladekapazitäten), Reifengrößen und Reifendrücke berechnet. Über die Betrachtung des Bodendruckes durch die schwerste Achslast und der taggenauen Tragfähigkeit des Bodens zum Arbeitszeitpunkt (Bodenart, Bodenfeuchte) wird eine Verdichtungsgefährdung prognostiziert. Diese tritt auf, wenn der Druck der Achslast über der aktuellen Tragfähigkeit liegt. Dabei summieren sich Verdichtungen innerhalb einer Anbauperiode.

Humusbilanzsaldo

Die Bedeutung des Humussaldos liegt in der komplexen Beeinflussung nahezu aller Bodeneigenschaften und -funktionen durch die organische Bodensubstanz. Zahlreiche Stoffumsatzprozesse im Boden werden durch die Zufuhr organischer Substanz nachhaltig aktiviert. Die Humusversorgung ackerbaulich genutzter Böden dient nicht nur der Ertragssicherung, sie hat – insbesondere durch die Steuerung des Kohlenstoff- und Stickstoffumsatzes – auch eine ökologische Relevanz. Zudem stellt die organische Substanz in Bezug zur Biodiversität die Lebensgrundlage von Organismen im und auf dem Boden dar.

Aufgrund der vielfältigen Wirkungen ist eine geordnete, standortangepasste Humusersatzwirtschaft in landwirtschaftlichen Betrieben eine wesentliche Grundlage für die Sicherung einer nachhaltigen pflanzlichen Produktion. Ebenso negativ, wie eine mangelnde Zufuhr, ist die Überversorgung mit organischer Substanz, die zu unkontrollierter Mineralisation und zu erhöhten Nährstoffverlusten führen kann.

Die Humusbilanzierung erfolgt mit einer dynamischen Betrachtungsweise. Der Humusbedarf der Ackerfläche, als Kenngröße für die Mineralisierung der organischen Bodensubstanz, resultiert aus dem Fruchtartenspektrum und dem Anbauverhältnis. Dabei wird der fruchtartenspezifische Koeffizient von Standort (Niederschlagshöhe, Bodenart) und der Bewirtschaftung (Ertragshöhe, mineralische Stickstoffdüngung) bestimmt. Die Differenz von Humusbedarf und Humusersatzleistung (Humusmehrerleistung und Zufuhr organischer Dünger) bildet den Humussaldo.

Die Grundthese lautet: stimmen Humusbedarf und -aufkommen überein, so werden sich langfristig optimale Humusgehalte einstellen, was je nach Ausgangssituation und Vorbewirtschaftung eine An- oder Abreicherung bedeuten kann. Je stärker die Humuszufuhr vom standort- und bewirtschaftungsabhängigen Bedarf positiv oder negativ abweicht, umso ungünstiger wird die Situation bewertet.

Phosphorbilanzsaldo

Als eines der Hauptnährelemente ist Phosphor (P) in der landwirtschaftlichen Produktion unverzichtbar. Ziel ist es, eine ausreichende Versorgung der Pflanzenbestände zur Sicherung der Ertragsleistung und Qualität zu gewährleisten. Die Nährstoffentzüge des Bodens müssen entsprechend ersetzt werden, um langfristig einem Verlust der natürlichen Bodenfruchtbarkeit durch Unterversorgung entgegenzuwirken. Zusätzlich wirkt sich ein P-Mangel negativ auf die Stickstoffaufnahme der Pflanze aus. Somit besitzt dieser indirekt einen Einfluss auf Produktionsprozesse und Umwelt. Andererseits kann eine Überversorgung zu unkontrollierten Einträgen in Oberflächengewässer führen (Eutrophierung). Phosphor besitzt dadurch eine hohe Umweltrelevanz.

Die Bilanzierung erfolgt analog der Stickstoffbilanz. Immission und Änderungen im organischen Pool des Bodens sind hier jedoch nicht relevant. Die Beurteilung des Phosphorsaldos erfolgt unter Hinzunahme der klassifizierten Versorgungsstufen (A bis E) im Boden. Ziel ist ein optimaler Bodengehalt der Versorgungsstufe C bei ausgeglichenem Saldo. Sollten Unterversorgungen (Stufe A oder B) der Flächen gegeben sein, so wird ein entsprechender Düngeaufschlag angerechnet. Der Bilanzsaldo enthält daher den Ersatz der Entzüge und die Erhöhung der Bodengehalte. Überversorgte Böden (Stufe D und E) verlangen einen Entzug aus dem Bodenvorrat und somit negative Salden.

Stickstoffbilanzsaldo

Stickstoff (N) ist ein wesentlicher Ertragsfaktor. Mit einer bedarfsgerechten N-Düngung werden Ertragspotenziale des Standortes ausgeschöpft und Qualitätsziele realisiert. Demgegenüber kann eine Überversorgung zu Nitratbelastungen (NO3) in Grund- und Oberflächengewässern führen. Fehler im N-Management schlagen sich auch im N-Saldo nieder, welcher enge Beziehungen zu verschiedenen Umweltbereichen aufweist.

Der flächenbezogene N-Saldo beschreibt das Gesamtverlustpotenzial an reaktiven N-Verbindungen. Der Verlustpfad (gasförmig oder sickerwassergebunden) kann hierbei nicht angegeben werden. Doch je höher der N-Saldo ist, umso größer ist auch die Gefahr umweltrelevanter N-Emissionen, die in verschiedenen Bereichen (Gewässer, Atmosphäre, naturnahe Biotope) wirksam werden.

Abweichend von vereinfachten Stickstoffbilanzen werden zudem die N-Immissionen einbezogen, da es sich um ertragswirksame und umweltrelevante N-Zufuhren handelt. Blieben die Immissionen unberücksichtigt, würden die N-Verluste um diesen Betrag unterschätzt werden. Systeme mit geringen N-Zufuhren (z. B. ökologischer Landbau) könnten infolgedessen negative Stickstoffsalden aufweisen.

Zudem leiten sich Änderungen im Boden-N-Vorrat aus der Humusbilanz ab, da nicht nur Kohlenstoff, sondern auch Stickstoff in diesem Komplex organischer Substanz gebunden ist. Humusabbau setzt demzufolge Stickstoff frei, Humusanreicherung bindet Stickstoff.

Wasser
Bodenerosion

Das Bundes-Bodenschutzgesetz definiert Anforderungen an die Vorsorge gegen schädliche Bodenveränderungen und die Gefahrenabwehr. Landnutzung führt zu einer erheblichen Beeinflussung von Erosionsprozessen. Der verstärkte Abtrag von Bodenpartikeln bedeutet einen Verlust der gegebenen Bodenfruchtbarkeit und führt zu unerwünschten Nährstoffeinträgen in Oberflächengewässer. Aus landwirtschaftlicher Sicht bestehen durch Fruchtartenwahl, den Anbau von Zwischenfrüchten oder Untersaaten und die gewählten Zeitpunkte für Bewirtschaftungsmaßnahmen Einflussmöglichkeiten auf Erosionsprozesse. Mit dem Indikator Bodenerosion werden die potenziellen Bodenverluste abgeschätzt und somit der Einfluss auf die Ressource Boden überprüft.

Zur Abschätzung der Bodenerosion werden für den Abtrag durch Wasser die Allgemeine Bodenabtragsgleichung (ABAG) und durch Wind die DIN 19708 angewandt. Die Eingangsfaktoren werden betriebsspezifisch mit unterschiedlicher räumlicher Auflösung erhoben.

Die Berechnung der Bodenabträge erfolgt hochauflösend innerhalb eines Geografischen Informationssystems (GIS). Hierbei werden Bewirtschaftungsdaten (Bedeckungsgrad), Klimadaten (Starkregenereignisse) und Reliefinformationen (digitales Geländemodell) in Beziehung gesetzt. Mittels geostatistischer Auswertung (Zonal Statistics) werden die Ergebnisse auf Rasterebene berechnet. Daraus lassen sich Gefährdungszonen und mittlere Abtragsmengen einer Fläche ermitteln.

Humusbilanzsaldo

Die Bedeutung des Humussaldos liegt in der komplexen Beeinflussung nahezu aller Bodeneigenschaften und -funktionen durch die organische Bodensubstanz. Zahlreiche Stoffumsatzprozesse im Boden werden durch die Zufuhr organischer Substanz nachhaltig aktiviert. Die Humusversorgung ackerbaulich genutzter Böden dient nicht nur der Ertragssicherung, sie hat – insbesondere durch die Steuerung des Kohlenstoff- und Stickstoffumsatzes – auch eine ökologische Relevanz. Zudem stellt die organische Substanz in Bezug zur Biodiversität die Lebensgrundlage von Organismen im und auf dem Boden dar.

Aufgrund der vielfältigen Wirkungen ist eine geordnete, standortangepasste Humusersatzwirtschaft in landwirtschaftlichen Betrieben eine wesentliche Grundlage für die Sicherung einer nachhaltigen pflanzlichen Produktion. Ebenso negativ, wie eine mangelnde Zufuhr, ist die Überversorgung mit organischer Substanz, die zu unkontrollierter Mineralisation und zu erhöhten Nährstoffverlusten führen kann.

Die Humusbilanzierung erfolgt mit einer dynamischen Betrachtungsweise. Der Humusbedarf der Ackerfläche, als Kenngröße für die Mineralisierung der organischen Bodensubstanz, resultiert aus dem Fruchtartenspektrum und dem Anbauverhältnis. Dabei wird der fruchtartenspezifische Koeffizient von Standort (Niederschlagshöhe, Bodenart) und der Bewirtschaftung (Ertragshöhe, mineralische Stickstoffdüngung) bestimmt. Die Differenz von Humusbedarf und Humusersatzleistung (Humusmehrerleistung und Zufuhr organischer Dünger) bildet den Humussaldo.

Die Grundthese lautet: stimmen Humusbedarf und -aufkommen überein, so werden sich langfristig optimale Humusgehalte einstellen, was je nach Ausgangssituation und Vorbewirtschaftung eine An- oder Abreicherung bedeuten kann. Je stärker die Humuszufuhr vom standort- und bewirtschaftungsabhängigen Bedarf positiv oder negativ abweicht, umso ungünstiger wird die Situation bewertet.

Nitrataustrag

Nitrat (NO3) im Grundwasser ist aktuell eines der größten Probleme in der landwirtschaftlichen Flächennutzung. Wasserversorger und landeseigene Grundwassermessstellen zeigen in einigen Regionen zum Teil Nitratgehalte über dem Grenzwert von 50 mg NO3/l. Aufgrund der damit verbundenen Gesundheitsgefährdung ist eine Trinkwasseraufbereitung nötig, die mit hohen Kosten verbunden ist. Ziel ist es daher Nitrat-Einträge in das Grundwasser zu reduzieren.

In einfachen Ansätzen stellen die Stickstoffüberschüsse (flächenbezogener N-Saldo) auch die Menge des auswaschungsgefährdeten Stickstoffs (N) dar. Realitätsnäher einzuschätzen sind Methoden, die Verluste infolge von Denitrifikation und Ammoniakvergasung einbeziehen.

Verlagerungsgefährdet ist ausschließlich Stickstoff in gelöster Form. Hohe Stickstoffinputs, z. B. im Rahmen einer Stallmistgabe oder nach Umbruch von Leguminosen, werden erst über einen Zeitraum von mehreren Jahren mineralisiert und sind dann eventuell auswaschungsgefährdet. In der angewandten Methode wird daher anhand der ausgebrachten Dünger und der Humusbilanz der Stickstoffumsatz im Boden abgeschätzt. Voraussetzung dafür ist jedoch eine mehrjährige Datengrundlage. Bei der Abbildung von Bodenprozessen werden drei N-Pools unterschieden, die u. a. aus der organischen und mineralischen Düngung sowie dem Stickstoff der Ernte- und Wurzelrückstände gespeist werden:

  • In den „Mineralischen-N-Pool“ gehen die in den Düngern enthaltenen Anteile des löslichen (mineralischen) N direkt ein.
  • Der zugeführte organisch gebundene Stickstoff verbleibt im „Org.-Dünger-N-Pool“ und wird in Abhängigkeit von den Standortbedingungen zeitlich differenziert mineralisiert. Der freigesetzte Stickstoff fließt in den „Mineralischen-N-Pool“.
  • Im „Humus-N-Pool“ ist die N-Menge enthalten, die langfristig in der organischen Bodensubstanz (OBS) gespeichert wird (Kopplung mit der Humusbilanz). Bei Substraten mit weitem Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis (Stroh) wird in der OBS temporär mehr N gebunden als insgesamt zugeführt; die entsprechende N-Menge stammt aus dem „Mineralischen-N-Pool“. Der Umsatz organischer Bodensubstanz wird ebenfalls über die Humusbilanz realisiert; die N-Freisetzung aus dem Humus-N-Pool wird über den Humusbedarf der angebauten Fruchtarten berechnet.

Voraussetzung für die Berechnung der Nitratkonzentration des Sickerwassers ist die Kenntnis über die Sickerwasserrate und den von der Austauschhäufigkeit des Bodenwassers abgeleiteten Auswaschungsfaktor. Die potenzielle Evapotranspiration wird auf der Grundlage meteorologischer Daten und des Bewuchses berechnet und bestimmt die tagesspezifische Bodenfeuchte in der durchwurzelten Zone. Die hieraus abgeleitete Berechnung der Sickerwasserrate erfolgt tagesweise nach einer für Landnutzungsformen differenzierten Methode. Aus Sickerwasser (l/ha) und Stickstoffaustrag (kg N/ha) wird die Konzentration ermittelt (mg NO3/l).

Phosphorbilanzsaldo

Als eines der Hauptnährelemente ist Phosphor (P) in der landwirtschaftlichen Produktion unverzichtbar. Ziel ist es, eine ausreichende Versorgung der Pflanzenbestände zur Sicherung der Ertragsleistung und Qualität zu gewährleisten. Die Nährstoffentzüge des Bodens müssen entsprechend ersetzt werden, um langfristig einem Verlust der natürlichen Bodenfruchtbarkeit durch Unterversorgung entgegenzuwirken. Zusätzlich wirkt sich ein P-Mangel negativ auf die Stickstoffaufnahme der Pflanze aus. Somit besitzt dieser indirekt einen Einfluss auf Produktionsprozesse und Umwelt. Andererseits kann eine Überversorgung zu unkontrollierten Einträgen in Oberflächengewässer führen (Eutrophierung). Phosphor besitzt dadurch eine hohe Umweltrelevanz.

Die Bilanzierung erfolgt analog der Stickstoffbilanz. Immission und Änderungen im organischen Pool des Bodens sind hier jedoch nicht relevant. Die Beurteilung des Phosphorsaldos erfolgt unter Hinzunahme der klassifizierten Versorgungsstufen (A bis E) im Boden. Ziel ist ein optimaler Bodengehalt der Versorgungsstufe C bei ausgeglichenem Saldo. Sollten Unterversorgungen (Stufe A oder B) der Flächen gegeben sein, so wird ein entsprechender Düngeaufschlag angerechnet. Der Bilanzsaldo enthält daher den Ersatz der Entzüge und die Erhöhung der Bodengehalte. Überversorgte Böden (Stufe D und E) verlangen einen Entzug aus dem Bodenvorrat und somit negative Salden.

Pflanzenschutzintensität

Der Pflanzenschutz ist einer der wesentlichsten Faktoren zur Rationalisierung und Absicherung landwirtschaftlicher Produktionsverfahren. Ein Einsatz von Pflanzenschutzmitteln vermindert die Notwendigkeit des Einsatzes menschlicher Arbeitskraft, sichert die Ertragsbildung sowie -qualität und beeinflusst dadurch entscheidend das ökonomische Betriebsergebnis. Verschiedene Produktionsverfahren (z. B. Minimalbodenbearbeitung, Mulchsaat, Bestellung von Flächen nach der Stilllegung) sind unausweichlich mit dem Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel verbunden. Demgegenüber wird der chemische Pflanzenschutz auch herangezogen, acker- und pflanzenbauliche Mängel auszugleichen oder als “Sicherheitsmaßnahme”, d. h. ohne fundierte Entscheidungsgrundlage (Warndienst, Feldkontrollen), genutzt. Die damit verbundenen Risiken (Stoffaustrag, Nahrungssicherheit) setzen Pflanzenschutzmaßnahmen stark unter öffentlichen Druck und besitzen ein Negativimage. Der Gesetzgeber hat entsprechend reagiert und vermittelt mit der heutigen Pflanzenschutzgesetzgebung und begleitenden Regelungen hohe Umweltstandards und Verbrauchersicherheit.

Die betriebliche Pflanzenschutzstrategie wird anhand eines Index zur Behandlungsintensität beurteilt. Dabei wird jede einzelne Applikation in Relation von behandelter Fläche zur Gesamtfläche sowie aufgewendeter Menge zur zugelassenen Menge betrachtet. Die Applikation des Gesamtschlages mit voller zugelassener Aufwandmenge erhält den Wert 1; eine Reduzierung der Fläche und/oder Aufwandmenge mindert diesen Wert entsprechend der Relationen. Alle Pflanzenschutzmaßnahmen einer Ackerfläche werden summiert und stellen die betriebliche Pflanzenschutzintensität dar. Der Aufwand von Pflanzenschutzmitteln wird zu einem regions- und fruchtartenbezogenen Behandlungsindex in Beziehung gebracht. Dieser stammt aus Erhebungen in über Deutschland verteilten Landwirtschaftsbetrieben. Auf Basis der nach Naturräumen gegliederten und damit regionstypischen Applikationshäufigkeiten (NEPTUN-Daten) erfolgt eine Bewertung.

Stickstoffbilanzsaldo

Stickstoff (N) ist ein wesentlicher Ertragsfaktor. Mit einer bedarfsgerechten N-Düngung werden Ertragspotenziale des Standortes ausgeschöpft und Qualitätsziele realisiert. Demgegenüber kann eine Überversorgung zu Nitratbelastungen (NO3) in Grund- und Oberflächengewässern führen. Fehler im N-Management schlagen sich auch im N-Saldo nieder, welcher enge Beziehungen zu verschiedenen Umweltbereichen aufweist.

Der flächenbezogene N-Saldo beschreibt das Gesamtverlustpotenzial an reaktiven N-Verbindungen. Der Verlustpfad (gasförmig oder sickerwassergebunden) kann hierbei nicht angegeben werden. Doch je höher der N-Saldo ist, umso größer ist auch die Gefahr umweltrelevanter N-Emissionen, die in verschiedenen Bereichen (Gewässer, Atmosphäre, naturnahe Biotope) wirksam werden.

Abweichend von vereinfachten Stickstoffbilanzen werden zudem die N-Immissionen einbezogen, da es sich um ertragswirksame und umweltrelevante N-Zufuhren handelt. Blieben die Immissionen unberücksichtigt, würden die N-Verluste um diesen Betrag unterschätzt werden. Systeme mit geringen N-Zufuhren (z. B. ökologischer Landbau) könnten infolgedessen negative Stickstoffsalden aufweisen.

Zudem leiten sich Änderungen im Boden-N-Vorrat aus der Humusbilanz ab, da nicht nur Kohlenstoff, sondern auch Stickstoff in diesem Komplex organischer Substanz gebunden ist. Humusabbau setzt demzufolge Stickstoff frei, Humusanreicherung bindet Stickstoff.

Luft
Energieintensität

Mit der Intensivierung der Landwirtschaft stiegen über Jahrzehnte die Energieaufwendungen für Dünge- und Pflanzenschutzmittel, Maschinen und Geräte, zugleich erhöhten sich die Erträge und Tierleistungen deutlich. Hieraus ergab sich die Frage nach der Entwicklung der Energieeffizienz bzw. -intensität.

Mit der Energieintensität, als eine häufig verwendete Maßzahl, wird der produktbezogene Energieeinsatz (z. B. Megajoule (MJ)/Getreideeinheit (GE)) ausgedrückt. Nahezu alle landwirtschaftlichen Aktivitäten in modernen Anbau- und Haltungssystemen sind mit dem Einsatz fossiler Energien verbunden. Mit dem Energieeinsatz steigt die Regelungsintensität, d. h. die Eingriffe in die Agrarökosysteme nehmen zu und damit auch potenzielle Umweltwirkungen. Der Bezug auf die Produkteinheit ermöglicht dem Landwirt eine betriebsspezifische Auswahl an Produktionsmaßnahmen und technischen Innovationen, um die Effizienz zu erhöhen. Bei gegebenem Energieeinsatz sind jene Systeme effizienter, die höhere Produktmengen hervorbringen.

Die Energieintensität steht in engem Zusammenhang zur Betriebsstruktur (Anbauverhältnis, Tierbesatz), zum Intensitätsniveau (Einsatz direkter Energie), zum Stoffhaushalt (Mineraldünger-, Futtererzeugung bzw. -zukauf), zum Ertrags- und Leistungsniveau sowie zur Verfahrensgestaltung (Arbeitsgänge, Stallbauten). Erforderlich ist die Einbeziehung des direkten Energieeinsatzes (Kraftstoffe, Brennstoffe, Strom) innerhalb einer Systemgrenze (z. B. Betrieb), d. h. des Einsatzes unmittelbar im Produktionsprozess zur Verrichtung von Arbeit sowie des indirekten Energieeinsatzes (Dünge- und Pflanzenschutzmittel, Zukaufsfuttermittel, Maschinen und Gerät usw.) in Vorleistungsbereichen (wie Industrie, Handel, Transportwesen).

Zur Analyse und Bewertung der Energieeffizienz wird der Einsatz fossiler Energie anhand der genauen Abbildung der jeweiligen Produktionsprozesse bilanziert. Sonnenenergie bleibt ebenso wie die menschliche Arbeitskraft unberücksichtigt. Der Betriebsmittel- und Technikeinsatz wird über Energieäquivalente in den Primärenergieeinsatz umgerechnet. Diese Äquivalente sind dem technischen Fortschritt angepasst und beziehen sich auf moderne Produktionsanlagen. Die Angaben zu den Arbeitsgängen wurden aus der KTBL-Datensammlung übernommen. Je Arbeitsgang bzw. Prozessabschnitt sind Bedingungen zu definieren, um den direkten und den indirekten Energieeinsatz zu ermitteln. So werden bei der Berechnung des Energieeinsatzes spezifische Einflussfaktoren berücksichtigt, z. B. beim Pflügen die Bodenart, bei der Düngung die Ausbringemenge oder bei der Milchgewinnung das Melksystem.

Die Summe aller indirekten und direkten Energieverbräuche im Prozess wird auf die jeweilig erzeugte Produktmenge bezogen und als Intensität angegeben. Dabei kann als Bezugsgröße Dezitonne, Liter, Getreideeinheit oder Bruttoenergiegehalt gewählt werden.

Humusbilanzsaldo

Die Bedeutung des Humussaldos liegt in der komplexen Beeinflussung nahezu aller Bodeneigenschaften und -funktionen durch die organische Bodensubstanz. Zahlreiche Stoffumsatzprozesse im Boden werden durch die Zufuhr organischer Substanz nachhaltig aktiviert. Die Humusversorgung ackerbaulich genutzter Böden dient nicht nur der Ertragssicherung, sie hat – insbesondere durch die Steuerung des Kohlenstoff- und Stickstoffumsatzes – auch eine ökologische Relevanz. Zudem stellt die organische Substanz in Bezug zur Biodiversität die Lebensgrundlage von Organismen im und auf dem Boden dar.

Aufgrund der vielfältigen Wirkungen ist eine geordnete, standortangepasste Humusersatzwirtschaft in landwirtschaftlichen Betrieben eine wesentliche Grundlage für die Sicherung einer nachhaltigen pflanzlichen Produktion. Ebenso negativ, wie eine mangelnde Zufuhr, ist die Überversorgung mit organischer Substanz, die zu unkontrollierter Mineralisation und zu erhöhten Nährstoffverlusten führen kann.

Die Humusbilanzierung erfolgt mit einer dynamischen Betrachtungsweise. Der Humusbedarf der Ackerfläche, als Kenngröße für die Mineralisierung der organischen Bodensubstanz, resultiert aus dem Fruchtartenspektrum und dem Anbauverhältnis. Dabei wird der fruchtartenspezifische Koeffizient von Standort (Niederschlagshöhe, Bodenart) und der Bewirtschaftung (Ertragshöhe, mineralische Stickstoffdüngung) bestimmt. Die Differenz von Humusbedarf und Humusersatzleistung (Humusmehrerleistung und Zufuhr organischer Dünger) bildet den Humussaldo.

Die Grundthese lautet: stimmen Humusbedarf und -aufkommen überein, so werden sich langfristig optimale Humusgehalte einstellen, was je nach Ausgangssituation und Vorbewirtschaftung eine An- oder Abreicherung bedeuten kann. Je stärker die Humuszufuhr vom standort- und bewirtschaftungsabhängigen Bedarf positiv oder negativ abweicht, umso ungünstiger wird die Situation bewertet.

Stickstoffbilanzsaldo

Stickstoff (N) ist ein wesentlicher Ertragsfaktor. Mit einer bedarfsgerechten N-Düngung werden Ertragspotenziale des Standortes ausgeschöpft und Qualitätsziele realisiert. Demgegenüber kann eine Überversorgung zu Nitratbelastungen (NO3) in Grund- und Oberflächengewässern führen. Fehler im N-Management schlagen sich auch im N-Saldo nieder, welcher enge Beziehungen zu verschiedenen Umweltbereichen aufweist.

Der flächenbezogene N-Saldo beschreibt das Gesamtverlustpotenzial an reaktiven N-Verbindungen. Der Verlustpfad (gasförmig oder sickerwassergebunden) kann hierbei nicht angegeben werden. Doch je höher der N-Saldo ist, umso größer ist auch die Gefahr umweltrelevanter N-Emissionen, die in verschiedenen Bereichen (Gewässer, Atmosphäre, naturnahe Biotope) wirksam werden.

Abweichend von vereinfachten Stickstoffbilanzen werden zudem die N-Immissionen einbezogen, da es sich um ertragswirksame und umweltrelevante N-Zufuhren handelt. Blieben die Immissionen unberücksichtigt, würden die N-Verluste um diesen Betrag unterschätzt werden. Systeme mit geringen N-Zufuhren (z. B. ökologischer Landbau) könnten infolgedessen negative Stickstoffsalden aufweisen.

Zudem leiten sich Änderungen im Boden-N-Vorrat aus der Humusbilanz ab, da nicht nur Kohlenstoff, sondern auch Stickstoff in diesem Komplex organischer Substanz gebunden ist. Humusabbau setzt demzufolge Stickstoff frei, Humusanreicherung bindet Stickstoff.

Stickstoffeffizienz in der Fütterung

Stickstoff nimmt in der tierischen Produktion eine Schlüsselrolle ein. Besonders in der Milcherzeugung müssen proteinreiche Futterrationen realisiert werden, um den Anforderungen an die Inhaltstoffe und Tierleistung gerecht zu werden. Über das Futter aufgenommene Stickstoffverbindungen können allerdings zu einem Großteil nicht in tierische Produkte (Fleisch, Milch) umgesetzt werden, sondern werden bei Stoffwechselvorgängen des Tieres genutzt. Ausscheidungen über Kot und Harn bestimmen die Zusammensetzung der Wirtschaftsdünger. Die darin enthaltenen löslichen Stickstoffverbindungen unterliegen Umsetzungsprozessen, die zu klimarelevanten Lachgas- und Ammoniakemissionen führen. Nach Angaben des Umweltbundesamtes (UBA) ist die Tierhaltung für 21 % der Stickstoffüberschüsse in der Landwirtschaft verantwortlich, die über die Flächendüngung schließlich auch zur Nitratbelastung von Gewässern beitragen.

Der Stickstoffinput wird anhand der betrieblichen Rationszusammensetzung, der damit verbundenen Trockenmasseaufnahme und der Inhaltsstoffe der eingesetzten Futtermittel berechnet. Die Effizienz des eingesetzten Gesamtstickstoffs wird über den Bezug auf die erzielte Produktmenge ermittelt. Die erzeugte Menge kann dabei direkt als z. B. „Liter Milch“ oder „Kilogramm Fleisch“ ausgedrückt werden. Zur Vereinheitlichung verschiedener Produktionsrichtungen eines Betriebes erfolgt der Bezug indirekt auf „Kilogramm essbares Rohprotein“. Je niedriger der Wert, umso effizienter ist der Stickstoffeinsatz, wobei ein unterer Grenzwert den Abbau von Körpersubstanz berücksichtigen muss.

Treibhausgasbilanz

In Deutschland stammten im Jahr 2017 rund 7,3 Prozent der gesamten Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft. Dabei entfällt über die Hälfe der Treibhausgasemissionen auf die Tierhaltung. Während Kohlenstoffdioxid das bekannteste Treibhausgas ist, ist Methan (CH4) in Bezug auf sein Treibhauspotenzial 28-mal schädlicher und Lachgas (N2O) sogar 265-mal schädlicher als Kohlendioxid (CO2). Die größte Quelle für Methan sind Rinder, die das Gas, wie alle Wiederkäuer, während der Verdauungsprozesse in ihren Vormägen produzieren. Bei der Nutzung landwirtschaftlicher Fläche werden durch den stetig steigenden Verbrauch fossiler Energieträger große Mengen CO2 emittiert. Der Einsatz mineralischer und organischer Stickstoffdünger hat Lachgasemissionen zur Folge. Zusätzlich führt ein nutzungsbedingter Abbau organischer Substanz im Boden zur Erhöhung der Treibhausgasemissionen.

Mit Ausrichtung seiner Betriebs- und Anbaustruktur sowie Produktionsintensität nimmt der Landwirt hierauf Einfluss und kann so einen Beitrag zur Minderung des Treibhausgasausstoßes leisten. Veränderte Produktionsverfahren ermöglichen eine Reduzierung des direkten Energieeinsatzes. Der Anbau nachwachsender Rohstoffe oder das Betreiben einer Biogasanlage tragen zur Substitution fossiler Energieträger und Rohstoffe bei. Letztlich kann die Landwirtschaft durch angepasstes Bewirtschaftungsmanagement (Fruchtfolgen, Bodenbearbeitungsintensität) zur langfristigen CO2-Speicherung in Böden beitragen. Der Bezug des Treibhausgaspotenzials auf die Produktmenge ermöglicht dem Betrieb durch Effizienzsteigerungen bessere Klimabilanzen zu realisieren. Je nach Auswertungsziel können die Treibhausgaspotenziale der Produktionsrichtungen Pflanzenbau und Nutztierhaltung einzeln oder für den Gesamtbetrieb ausgewiesen werden.

Pflanzenbau

Zur Berechnung der CO2– und N2O-Emissionen im Pflanzenbau ist es notwendig, die relevanten Stickstoff (N)-, Kohlenstoff (C)- und Energieflüsse in Abhängigkeit von Standort- und Bewirtschaftungsbedingungen zu analysieren.

Die CO2– und Energiebilanz sind miteinander gekoppelt; berücksichtigt werden der direkte (z. B. Kraftstoff) und indirekte (z. B. Dünge- und Pflanzenschutzmittel, Investitionsgüter) Einsatz fossiler Energie und die damit verbundenen CO2-Emissionen. Die C-Speicherung bzw. -Freisetzung im Humus wird über die Humusbilanz ermittelt. Die Berechnung der N2O-Emissionen erfolgt unter Verwendung des IPCC-Ansatzes (Intergovernmental Panel on Climate Change = Weltklimarat). Stark vereinfachend wird unterstellt, dass 1,25 % des dem Boden durch organische und mineralische Düngung, N2-Fixierung und N-Deposition zugeführten Stickstoffs als N2O-N emittiert werden. Die gasförmigen Ammoniak-Verluste (NH3) der Düngerapplikation bleiben unberücksichtigt. Die N2O-Emissionen werden in CO2-Äquivalente (CO2 äq) gemäß ihres spezifischen Global Warming Potentials (GWP) umgerechnet. Der Produktbezug erfolgt über die Ausweisung der emittierten CO2 äq-Menge je Dezitonne, Getreideeinheit oder Gigajoule.

Tierhaltung

Auch hier werden alle relevanten Energieflüsse und damit verbundene prozessbedingte Treibhausgasemissionen erfasst. Darüber hinaus werden Methanemissionen aus der Fermentation bei der Verdauung sowie die stall- und lagerbedingten Ammoniak- und Lachgasemissionen berücksichtigt. Grundlage sind die Angaben zum Aufstallungssystem (Festmist/Flüssigmist differenziert nach Stallflächen), Weidewirtschaft, der Lagerungsart der Wirtschaftsdünger und der Rationsgestaltung in der Fütterung. Aus der genauen Abbildung des Haltungssystems werden mit Koeffizienten nach IPCC bzw. KTBL (Kuratorium für Technik und Bauwesen e. V.) die entstehenden Klimagasmengen abgeleitet. Die Teilsummen werden über ihre spezifischen Treibhauspotenziale in CO2-Äquivalente umgerechnet.

Biodiversität
Beweidungskoeffizient

Eine Beweidung und die damit einhergehende Offenhaltung von Flächen ist vielerorts Voraussetzung dafür, dass sich bestimmte Arten ansiedeln und überleben. Der Vertritt auf den unterschiedlich intensiv genutzten Weideflächen fördert die Qualität des Grünlandes und bietet neue Lebensräume und Rückzugsorte für Insekten und andere Tiere. Gleiches gilt bei einem ausreichenden Beweidungsdruck an Gewässerrändern. Die dort entstehenden kleinräumigen Störungen können im Sinne einer Erhöhung der Strukturvielfalt in Gewässern und im Gewässerumfeld durchaus erwünscht sein.

Ein weiterer wichtiger positiver Aspekt ist der anfallende Dung auf der Weidefläche. Er bildet die Grundlage einer ganzen Gemeinschaft von angepassten Mikroorganismen und Insekten und ermöglicht eine ungehemmte Entwicklung nachfolgender Nahrungskettenglieder. Extensiv genutzte Weiden tragen so wesentlich zur Erhaltung der biologischen Vielfalt bei. Aufgrund der reduzierten Stickstoffdüngung leisten sie darüber hinaus einen wichtigen Beitrag für einen zukunftsfähigen Schutz von Wasser und Boden. Insbesondere naturnahe Weidesysteme in Auenlandschaften haben positive Auswirkungen auf die Gewässermorphologie und den Wasserhaushalt der beiden Schutzgüter Wasser und Boden.

Der Beweidungskoeffizient errechnet sich aus dem Anteil der beweideten Fläche am gesamten Grünland des Betriebes in Prozent.

Biodiversitätspotenzial

Die heutige Kulturlandschaft Mitteleuropas ist das Ergebnis aktueller und historischer Landnutzung, innerhalb derer die Landwirtschaft über Jahrtausende zur Erhaltung und Steigerung der biologischen Vielfalt beigetragen hat. Infolge der gegenwärtigen Intensivierung und Umstrukturierungen der Anbausysteme wurde in Agrarökosystemen nun ein deutlicher Rückgang von Arten dokumentiert, der als negativer Einfluss auf die Biodiversität angesehen wird. Analysen der Ursache-Wirkungs-Beziehungen sind aufgrund der hohen Komplexität der belebten Umwelt schwierig. Diese und weitere Effekte werden daher mit Umweltwirkungen erklärt, welche aus der spezifischen Gestaltung des Anbausystems resultieren.

Aus der Vielzahl der Wirkungen wurden für die Beschreibung des Biodiversitätspotenzials die wesentlichen Einflussgrößen auf die belebte Umwelt ausgewählt und in drei Wirkungsbereiche (Strukturen, Inputs und Maßnahmen) eingeteilt. Dabei bezieht sich die Betrachtung ausschließlich auf die Gestaltung des Produktionsprozesses auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche. Landschaftselemente, Biotope oder spezifische Agrarumweltmaßnahmen (AUM) werden durch einen anderen Indikator (Landschaftspflegeleistung) berücksichtigt. Insgesamt wird der Sachverhalt mit elf Teilindikatoren beschrieben.

Wirkungsbereich „Strukturen“

Die Teilindikatoren beschreiben Merkmale zum Angebot von verschiedenen Vegetationsstrukturen und liefern damit Informationen zu Biotopen auf den bewirtschafteten Flächen.

So gibt die Nutzungsstruktur Auskunft über das Angebot von verschiedenen Lebensräumen innerhalb des Betriebes (Nischenangebot). Grundlage zur Ermittlung der einzelnen Teilindikatoren ist der Shannon-Index, der neben der Anzahl von Einheiten (z. B. Fruchtarten) auch deren Abundanz (Anteil an einer Gesamtheit) berücksichtigt.

Die Flächenstruktur des Betriebes ist ein weiteres Merkmal und wird anhand der Größe, Ausformung und Variabilität der Bewirtschaftungsflächen beschrieben. Dabei führen steigende Flächengrößen zu einer Vereinheitlichung der Nutzung, zur Synchronisation von Bewirtschaftungsmaßnahmen und zur Reduzierung des Anteils ungenutzter bzw. extensiv genutzter Biotope, wodurch zunehmende Umweltbelastungen entstehen können. Die Randlänge erlaubt eine qualitative Aussage zu den Übergangsräumen (Randbiotope), die unter ökologischen Gesichtspunkten als besonders wertvoll angesehen werden. Geringe Randlängen charakterisieren kompakte, hohe Randlängen komplexe Flächenformen.

Wirkungsbereich „Input“

Inputs charakterisieren Umweltwirkungen landwirtschaftlicher Betriebe, die in Form stofflicher Komponenten wirken und die Qualität der Biotope bzw. der Nischen beeinflussen. Als Teilindikatoren werden der Anteil der landwirtschaftlichen Nutzfläche (LN) ohne Pflanzenschutzmaßnahmen (PSM), die Intensität des Pflanzenschutzeinsatzes (Gesamtbehandlungsindex) und die Düngungsintensität berücksichtigt.

Potenzielle Effekte sind Eutrophierung und Belastungen durch Pflanzenschutzmittel. Beide Größen werden im Wesentlichen durch die Intensität des Anbausystems bestimmt und weisen daher eine hohe Sensitivität gegenüber den landwirtschaftlichen Maßnahmen auf. Zur Charakterisierung der Düngungsintensität wird die ausgebrachte Menge mineralischen Stickstoffs verwendet. Hiermit werden nur die direkten Wirkungen auf die Trophiestufe des Standortes erfasst ohne zusätzliche Inputgrößen (Immissionen) oder das Ertragsniveau zu berücksichtigen.

Wirkungsbereich „Verfahrensdiversität“

Mit den Teilindikatoren der Gruppe Maßnahmen werden Effekte erfasst, die direkte oder indirekte Wirkungen auf die Biodiversität haben. Direkte Wirkungen sind solche, die sich mit der Maßnahme oder unmittelbar nach dieser auf Organismen auswirken. Diese sind das Resultat von physikalisch-mechanischen Effekten (Kontakt zu den Organismen) oder Störungen (Wahrnehmung). Die indirekten Wirkungen auf Organismen zeichnen sich hingegen dadurch aus, dass sie durch die Veränderungen von Ressourcen (Nahrungsketten), des Standortes/Habitats oder durch Interaktionen mit anderen Organismen entstehen. Im Gegensatz zu den direkten Wirkungen haben sie keinen unmittelbaren zeitlichen Bezug.

Vorwiegend indirekte Wirkungen werden mit der Variabilität in der Bodenbearbeitung und Ernte beschrieben (Art und Zeitpunkt). Zur Erfassung der Störungseffekte werden die Nutzungshäufigkeit der mehrschnittigen Fruchtarten (Grünland bzw. mehrschnittiges Ackerland) sowie die Überrollhäufigkeit auf der gesamten landwirtschaftlichen Nutzfläche erfasst.

Die einzelnen Teilindikatoren werden entsprechend ihrer Wirkungsstärke auf das Agrarökosystem gewichtet. Die Wichtung ist hierbei so gestaltet, dass Anbau- und Flächenstrukturen den stärksten Einfluss auf die Biodiversität im Agrarökosystem aufweisen. Das Verhältnis von Ackerland und Grünland sowie die Fruchtartendiversität auf den Ackerflächen besitzen die größte Bedeutung für die Vielfalt im Agrarökosystem. Intensitäten (Inputs) und zeitlich-räumliche Variabilität von Bewirtschaftungsmaßnahmen ergänzen zu gleichen Teilen die Wirkungsabschätzung.

Humusbilanzsaldo

Die Bedeutung des Humussaldos liegt in der komplexen Beeinflussung nahezu aller Bodeneigenschaften und -funktionen durch die organische Bodensubstanz. Zahlreiche Stoffumsatzprozesse im Boden werden durch die Zufuhr organischer Substanz nachhaltig aktiviert. Die Humusversorgung ackerbaulich genutzter Böden dient nicht nur der Ertragssicherung, sie hat – insbesondere durch die Steuerung des Kohlenstoff- und Stickstoffumsatzes – auch eine ökologische Relevanz. Zudem stellt die organische Substanz in Bezug zur Biodiversität die Lebensgrundlage von Organismen im und auf dem Boden dar.

Aufgrund der vielfältigen Wirkungen ist eine geordnete, standortangepasste Humusersatzwirtschaft in landwirtschaftlichen Betrieben eine wesentliche Grundlage für die Sicherung einer nachhaltigen pflanzlichen Produktion. Ebenso negativ, wie eine mangelnde Zufuhr, ist die Überversorgung mit organischer Substanz, die zu unkontrollierter Mineralisation und zu erhöhten Nährstoffverlusten führen kann.

Die Humusbilanzierung erfolgt mit einer dynamischen Betrachtungsweise. Der Humusbedarf der Ackerfläche, als Kenngröße für die Mineralisierung der organischen Bodensubstanz, resultiert aus dem Fruchtartenspektrum und dem Anbauverhältnis. Dabei wird der fruchtartenspezifische Koeffizient von Standort (Niederschlagshöhe, Bodenart) und der Bewirtschaftung (Ertragshöhe, mineralische Stickstoffdüngung) bestimmt. Die Differenz von Humusbedarf und Humusersatzleistung (Humusmehrerleistung und Zufuhr organischer Dünger) bildet den Humussaldo.

Die Grundthese lautet: stimmen Humusbedarf und -aufkommen überein, so werden sich langfristig optimale Humusgehalte einstellen, was je nach Ausgangssituation und Vorbewirtschaftung eine An- oder Abreicherung bedeuten kann. Je stärker die Humuszufuhr vom standort- und bewirtschaftungsabhängigen Bedarf positiv oder negativ abweicht, umso ungünstiger wird die Situation bewertet.

Pflanzenschutzintensität

Der Pflanzenschutz ist einer der wesentlichsten Faktoren zur Rationalisierung und Absicherung landwirtschaftlicher Produktionsverfahren. Ein Einsatz von Pflanzenschutzmitteln vermindert die Notwendigkeit des Einsatzes menschlicher Arbeitskraft, sichert die Ertragsbildung sowie -qualität und beeinflusst dadurch entscheidend das ökonomische Betriebsergebnis. Verschiedene Produktionsverfahren (z. B. Minimalbodenbearbeitung, Mulchsaat, Bestellung von Flächen nach der Stilllegung) sind unausweichlich mit dem Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel verbunden. Demgegenüber wird der chemische Pflanzenschutz auch herangezogen, acker- und pflanzenbauliche Mängel auszugleichen oder als “Sicherheitsmaßnahme”, d. h. ohne fundierte Entscheidungsgrundlage (Warndienst, Feldkontrollen), genutzt. Die damit verbundenen Risiken (Stoffaustrag, Nahrungssicherheit) setzen Pflanzenschutzmaßnahmen stark unter öffentlichen Druck und besitzen ein Negativimage. Der Gesetzgeber hat entsprechend reagiert und vermittelt mit der heutigen Pflanzenschutzgesetzgebung und begleitenden Regelungen hohe Umweltstandards und Verbrauchersicherheit.

Die betriebliche Pflanzenschutzstrategie wird anhand eines Index zur Behandlungsintensität beurteilt. Dabei wird jede einzelne Applikation in Relation von behandelter Fläche zur Gesamtfläche sowie aufgewendeter Menge zur zugelassenen Menge betrachtet. Die Applikation des Gesamtschlages mit voller zugelassener Aufwandmenge erhält den Wert 1; eine Reduzierung der Fläche und/oder Aufwandmenge mindert diesen Wert entsprechend der Relationen. Alle Pflanzenschutzmaßnahmen einer Ackerfläche werden summiert und stellen die betriebliche Pflanzenschutzintensität dar. Der Aufwand von Pflanzenschutzmitteln wird zu einem regions- und fruchtartenbezogenen Behandlungsindex in Beziehung gebracht. Dieser stammt aus Erhebungen in über Deutschland verteilten Landwirtschaftsbetrieben. Auf Basis der nach Naturräumen gegliederten und damit regionstypischen Applikationshäufigkeiten (NEPTUN-Daten) erfolgt eine Bewertung.

Ressourcen
Energieintensität

Mit der Intensivierung der Landwirtschaft stiegen über Jahrzehnte die Energieaufwendungen für Dünge- und Pflanzenschutzmittel, Maschinen und Geräte, zugleich erhöhten sich die Erträge und Tierleistungen deutlich. Hieraus ergab sich die Frage nach der Entwicklung der Energieeffizienz bzw. -intensität.

Mit der Energieintensität, als eine häufig verwendete Maßzahl, wird der produktbezogene Energieeinsatz (z. B. Megajoule (MJ)/Getreideeinheit (GE)) ausgedrückt. Nahezu alle landwirtschaftlichen Aktivitäten in modernen Anbau- und Haltungssystemen sind mit dem Einsatz fossiler Energien verbunden. Mit dem Energieeinsatz steigt die Regelungsintensität, d. h. die Eingriffe in die Agrarökosysteme nehmen zu und damit auch potenzielle Umweltwirkungen. Der Bezug auf die Produkteinheit ermöglicht dem Landwirt eine betriebsspezifische Auswahl an Produktionsmaßnahmen und technischen Innovationen, um die Effizienz zu erhöhen. Bei gegebenem Energieeinsatz sind jene Systeme effizienter, die höhere Produktmengen hervorbringen.

Die Energieintensität steht in engem Zusammenhang zur Betriebsstruktur (Anbauverhältnis, Tierbesatz), zum Intensitätsniveau (Einsatz direkter Energie), zum Stoffhaushalt (Mineraldünger-, Futtererzeugung bzw. -zukauf), zum Ertrags- und Leistungsniveau sowie zur Verfahrensgestaltung (Arbeitsgänge, Stallbauten). Erforderlich ist die Einbeziehung des direkten Energieeinsatzes (Kraftstoffe, Brennstoffe, Strom) innerhalb einer Systemgrenze (z. B. Betrieb), d. h. des Einsatzes unmittelbar im Produktionsprozess zur Verrichtung von Arbeit sowie des indirekten Energieeinsatzes (Dünge- und Pflanzenschutzmittel, Zukaufsfuttermittel, Maschinen und Gerät usw.) in Vorleistungsbereichen (wie Industrie, Handel, Transportwesen).

Zur Analyse und Bewertung der Energieeffizienz wird der Einsatz fossiler Energie anhand der genauen Abbildung der jeweiligen Produktionsprozesse bilanziert. Sonnenenergie bleibt ebenso wie die menschliche Arbeitskraft unberücksichtigt. Der Betriebsmittel- und Technikeinsatz wird über Energieäquivalente in den Primärenergieeinsatz umgerechnet. Diese Äquivalente sind dem technischen Fortschritt angepasst und beziehen sich auf moderne Produktionsanlagen. Die Angaben zu den Arbeitsgängen wurden aus der KTBL-Datensammlung übernommen. Je Arbeitsgang bzw. Prozessabschnitt sind Bedingungen zu definieren, um den direkten und den indirekten Energieeinsatz zu ermitteln. So werden bei der Berechnung des Energieeinsatzes spezifische Einflussfaktoren berücksichtigt, z. B. beim Pflügen die Bodenart, bei der Düngung die Ausbringemenge oder bei der Milchgewinnung das Melksystem.

Die Summe aller indirekten und direkten Energieverbräuche im Prozess wird auf die jeweilig erzeugte Produktmenge bezogen und als Intensität angegeben. Dabei kann als Bezugsgröße Dezitonne, Liter, Getreideeinheit oder Bruttoenergiegehalt gewählt werden.

Stickstoffbilanzsaldo

Stickstoff (N) ist ein wesentlicher Ertragsfaktor. Mit einer bedarfsgerechten N-Düngung werden Ertragspotenziale des Standortes ausgeschöpft und Qualitätsziele realisiert. Demgegenüber kann eine Überversorgung zu Nitratbelastungen (NO3) in Grund- und Oberflächengewässern führen. Fehler im N-Management schlagen sich auch im N-Saldo nieder, welcher enge Beziehungen zu verschiedenen Umweltbereichen aufweist.

Der flächenbezogene N-Saldo beschreibt das Gesamtverlustpotenzial an reaktiven N-Verbindungen. Der Verlustpfad (gasförmig oder sickerwassergebunden) kann hierbei nicht angegeben werden. Doch je höher der N-Saldo ist, umso größer ist auch die Gefahr umweltrelevanter N-Emissionen, die in verschiedenen Bereichen (Gewässer, Atmosphäre, naturnahe Biotope) wirksam werden.

Abweichend von vereinfachten Stickstoffbilanzen werden zudem die N-Immissionen einbezogen, da es sich um ertragswirksame und umweltrelevante N-Zufuhren handelt. Blieben die Immissionen unberücksichtigt, würden die N-Verluste um diesen Betrag unterschätzt werden. Systeme mit geringen N-Zufuhren (z. B. ökologischer Landbau) könnten infolgedessen negative Stickstoffsalden aufweisen.

Zudem leiten sich Änderungen im Boden-N-Vorrat aus der Humusbilanz ab, da nicht nur Kohlenstoff, sondern auch Stickstoff in diesem Komplex organischer Substanz gebunden ist. Humusabbau setzt demzufolge Stickstoff frei, Humusanreicherung bindet Stickstoff.

Pflanzenschutzintensität

Der Pflanzenschutz ist einer der wesentlichsten Faktoren zur Rationalisierung und Absicherung landwirtschaftlicher Produktionsverfahren. Ein Einsatz von Pflanzenschutzmitteln vermindert die Notwendigkeit des Einsatzes menschlicher Arbeitskraft, sichert die Ertragsbildung sowie -qualität und beeinflusst dadurch entscheidend das ökonomische Betriebsergebnis. Verschiedene Produktionsverfahren (z. B. Minimalbodenbearbeitung, Mulchsaat, Bestellung von Flächen nach der Stilllegung) sind unausweichlich mit dem Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel verbunden. Demgegenüber wird der chemische Pflanzenschutz auch herangezogen, acker- und pflanzenbauliche Mängel auszugleichen oder als “Sicherheitsmaßnahme”, d. h. ohne fundierte Entscheidungsgrundlage (Warndienst, Feldkontrollen), genutzt. Die damit verbundenen Risiken (Stoffaustrag, Nahrungssicherheit) setzen Pflanzenschutzmaßnahmen stark unter öffentlichen Druck und besitzen ein Negativimage. Der Gesetzgeber hat entsprechend reagiert und vermittelt mit der heutigen Pflanzenschutzgesetzgebung und begleitenden Regelungen hohe Umweltstandards und Verbrauchersicherheit.

Die betriebliche Pflanzenschutzstrategie wird anhand eines Index zur Behandlungsintensität beurteilt. Dabei wird jede einzelne Applikation in Relation von behandelter Fläche zur Gesamtfläche sowie aufgewendeter Menge zur zugelassenen Menge betrachtet. Die Applikation des Gesamtschlages mit voller zugelassener Aufwandmenge erhält den Wert 1; eine Reduzierung der Fläche und/oder Aufwandmenge mindert diesen Wert entsprechend der Relationen. Alle Pflanzenschutzmaßnahmen einer Ackerfläche werden summiert und stellen die betriebliche Pflanzenschutzintensität dar. Der Aufwand von Pflanzenschutzmitteln wird zu einem regions- und fruchtartenbezogenen Behandlungsindex in Beziehung gebracht. Dieser stammt aus Erhebungen in über Deutschland verteilten Landwirtschaftsbetrieben. Auf Basis der nach Naturräumen gegliederten und damit regionstypischen Applikationshäufigkeiten (NEPTUN-Daten) erfolgt eine Bewertung.

Phosphorbilanzsaldo

Als eines der Hauptnährelemente ist Phosphor (P) in der landwirtschaftlichen Produktion unverzichtbar. Ziel ist es, eine ausreichende Versorgung der Pflanzenbestände zur Sicherung der Ertragsleistung und Qualität zu gewährleisten. Die Nährstoffentzüge des Bodens müssen entsprechend ersetzt werden, um langfristig einem Verlust der natürlichen Bodenfruchtbarkeit durch Unterversorgung entgegenzuwirken. Zusätzlich wirkt sich ein P-Mangel negativ auf die Stickstoffaufnahme der Pflanze aus. Somit besitzt dieser indirekt einen Einfluss auf Produktionsprozesse und Umwelt. Andererseits kann eine Überversorgung zu unkontrollierten Einträgen in Oberflächengewässer führen (Eutrophierung). Phosphor besitzt dadurch eine hohe Umweltrelevanz.

Die Bilanzierung erfolgt analog der Stickstoffbilanz. Immission und Änderungen im organischen Pool des Bodens sind hier jedoch nicht relevant. Die Beurteilung des Phosphorsaldos erfolgt unter Hinzunahme der klassifizierten Versorgungsstufen (A bis E) im Boden. Ziel ist ein optimaler Bodengehalt der Versorgungsstufe C bei ausgeglichenem Saldo. Sollten Unterversorgungen (Stufe A oder B) der Flächen gegeben sein, so wird ein entsprechender Düngeaufschlag angerechnet. Der Bilanzsaldo enthält daher den Ersatz der Entzüge und die Erhöhung der Bodengehalte. Überversorgte Böden (Stufe D und E) verlangen einen Entzug aus dem Bodenvorrat und somit negative Salden.

Phosphoreffizienz in der Fütterung

Global betrachtet stellt Phosphor in der Landwirtschaft eine begrenzte Ressource dar. Hauptsächlich in Entwicklungs- und Schwellenländern sind die Böden mit diesem Nährstoff unterversorgt. Dem gegenüber gelangen in Deutschland vor allem über die Tierhaltung durch Phosphorimporte mit Futtermittelzukäufen größere Mengen auf die Ackerflächen. Besonders in Betrieben bzw. Gebieten mit intensiver Tierhaltung ist häufig ein Verteilungsproblem auszumachen. Hier befinden sich die Böden oftmals im Bereich der Überversorgung mit der Folge, dass es bei Erosionsereignissen zu bedeutenden Einträgen in Oberflächengewässer kommen kann.

Dies verlangt eine bedarfsgerechte Zufuhr von Phosphor in der Futterversorgung beziehungsweise eine Erhöhung der Phosphorausnutzung durch die Nutztiere. Beschrieben wird dies durch den Indikator Phosphoreffizienz. Der Phosphorinput wird anhand der betrieblichen Rationszusammensetzung, der damit verbundenen Trockenmasseaufnahme und der Inhaltsstoffe der eingesetzten Futtermittel berechnet. Die Effizienz des eingesetzten Gesamtphosphors wird über den Bezug auf die erzielte Produktmenge ermittelt. Die erzeugte Menge kann dabei direkt als z. B. „Liter Milch“ oder „Kilogramm Fleisch“ ausgedrückt werden. Zur Vereinheitlichung verschiedener Produktionsrichtungen eines Betriebes erfolgt der Bezug indirekt auf „Kilogramm essbares Rohprotein“. Je niedriger der Wert, umso effizienter ist der Phosphoreinsatz, wobei ein unterer Grenzwert den Abbau von Körpersubstanz berücksichtigen muss.

Stickstoffeffizienz in der Fütterung

Stickstoff nimmt in der tierischen Produktion eine Schlüsselrolle ein. Besonders in der Milcherzeugung müssen proteinreiche Futterrationen realisiert werden, um den Anforderungen an die Inhaltstoffe und Tierleistung gerecht zu werden. Über das Futter aufgenommene Stickstoffverbindungen können allerdings zu einem Großteil nicht in tierische Produkte (Fleisch, Milch) umgesetzt werden, sondern werden bei Stoffwechselvorgängen des Tieres genutzt. Ausscheidungen über Kot und Harn bestimmen die Zusammensetzung der Wirtschaftsdünger. Die darin enthaltenen löslichen Stickstoffverbindungen unterliegen Umsetzungsprozessen, die zu klimarelevanten Lachgas- und Ammoniakemissionen führen. Nach Angaben des Umweltbundesamtes (UBA) ist die Tierhaltung für 21 % der Stickstoffüberschüsse in der Landwirtschaft verantwortlich, die über die Flächendüngung schließlich auch zur Nitratbelastung von Gewässern beitragen.

Der Stickstoffinput wird anhand der betrieblichen Rationszusammensetzung, der damit verbundenen Trockenmasseaufnahme und der Inhaltsstoffe der eingesetzten Futtermittel berechnet. Die Effizienz des eingesetzten Gesamtstickstoffs wird über den Bezug auf die erzielte Produktmenge ermittelt. Die erzeugte Menge kann dabei direkt als z. B. „Liter Milch“ oder „Kilogramm Fleisch“ ausgedrückt werden. Zur Vereinheitlichung verschiedener Produktionsrichtungen eines Betriebes erfolgt der Bezug indirekt auf „Kilogramm essbares Rohprotein“. Je niedriger der Wert, umso effizienter ist der Stickstoffeinsatz, wobei ein unterer Grenzwert den Abbau von Körpersubstanz berücksichtigen muss.

Treibhausgasbilanz

In Deutschland stammten im Jahr 2017 rund 7,3 Prozent der gesamten Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft. Dabei entfällt über die Hälfe der Treibhausgasemissionen auf die Tierhaltung. Während Kohlenstoffdioxid das bekannteste Treibhausgas ist, ist Methan (CH4) in Bezug auf sein Treibhauspotenzial 28-mal schädlicher und Lachgas (N2O) sogar 265-mal schädlicher als Kohlendioxid (CO2). Die größte Quelle für Methan sind Rinder, die das Gas, wie alle Wiederkäuer, während der Verdauungsprozesse in ihren Vormägen produzieren. Bei der Nutzung landwirtschaftlicher Fläche werden durch den stetig steigenden Verbrauch fossiler Energieträger große Mengen CO2 emittiert. Der Einsatz mineralischer und organischer Stickstoffdünger hat Lachgasemissionen zur Folge. Zusätzlich führt ein nutzungsbedingter Abbau organischer Substanz im Boden zur Erhöhung der Treibhausgasemissionen.

Mit Ausrichtung seiner Betriebs- und Anbaustruktur sowie Produktionsintensität nimmt der Landwirt hierauf Einfluss und kann so einen Beitrag zur Minderung des Treibhausgasausstoßes leisten. Veränderte Produktionsverfahren ermöglichen eine Reduzierung des direkten Energieeinsatzes. Der Anbau nachwachsender Rohstoffe oder das Betreiben einer Biogasanlage tragen zur Substitution fossiler Energieträger und Rohstoffe bei. Letztlich kann die Landwirtschaft durch angepasstes Bewirtschaftungsmanagement (Fruchtfolgen, Bodenbearbeitungsintensität) zur langfristigen CO2-Speicherung in Böden beitragen. Der Bezug des Treibhausgaspotenzials auf die Produktmenge ermöglicht dem Betrieb durch Effizienzsteigerungen bessere Klimabilanzen zu realisieren. Je nach Auswertungsziel können die Treibhausgaspotenziale der Produktionsrichtungen Pflanzenbau und Nutztierhaltung einzeln oder für den Gesamtbetrieb ausgewiesen werden.

Pflanzenbau

Zur Berechnung der CO2– und N2O-Emissionen im Pflanzenbau ist es notwendig, die relevanten Stickstoff (N)-, Kohlenstoff (C)- und Energieflüsse in Abhängigkeit von Standort- und Bewirtschaftungsbedingungen zu analysieren.

Die CO2– und Energiebilanz sind miteinander gekoppelt; berücksichtigt werden der direkte (z. B. Kraftstoff) und indirekte (z. B. Dünge- und Pflanzenschutzmittel, Investitionsgüter) Einsatz fossiler Energie und die damit verbundenen CO2-Emissionen. Die C-Speicherung bzw. -Freisetzung im Humus wird über die Humusbilanz ermittelt. Die Berechnung der N2O-Emissionen erfolgt unter Verwendung des IPCC-Ansatzes (Intergovernmental Panel on Climate Change = Weltklimarat). Stark vereinfachend wird unterstellt, dass 1,25 % des dem Boden durch organische und mineralische Düngung, N2-Fixierung und N-Deposition zugeführten Stickstoffs als N2O-N emittiert werden. Die gasförmigen Ammoniak-Verluste (NH3) der Düngerapplikation bleiben unberücksichtigt. Die N2O-Emissionen werden in CO2-Äquivalente (CO2 äq) gemäß ihres spezifischen Global Warming Potentials (GWP) umgerechnet. Der Produktbezug erfolgt über die Ausweisung der emittierten CO2 äq-Menge je Dezitonne, Getreideeinheit oder Gigajoule.

Tierhaltung

Auch hier werden alle relevanten Energieflüsse und damit verbundene prozessbedingte Treibhausgasemissionen erfasst. Darüber hinaus werden Methanemissionen aus der Fermentation bei der Verdauung sowie die stall- und lagerbedingten Ammoniak- und Lachgasemissionen berücksichtigt. Grundlage sind die Angaben zum Aufstallungssystem (Festmist/Flüssigmist differenziert nach Stallflächen), Weidewirtschaft, der Lagerungsart der Wirtschaftsdünger und der Rationsgestaltung in der Fütterung. Aus der genauen Abbildung des Haltungssystems werden mit Koeffizienten nach IPCC bzw. KTBL (Kuratorium für Technik und Bauwesen e. V.) die entstehenden Klimagasmengen abgeleitet. Die Teilsummen werden über ihre spezifischen Treibhauspotenziale in CO2-Äquivalente umgerechnet.

Tierwohl

„Tierwohl ist das Ergebnis tiergerechter Haltungssysteme.“

Die Diskussion über die moderne Tierhaltung und das Wohlergehen der Tiere ist mitten in unserer Gesellschaft angekommen. Im kritischen Fokus dieser Debatte stehen bislang eher die Geflügel- und Schweineproduktion, aber auch in der Rinderproduktion nimmt die Tiergerechtheit zunehmend eine größere Rolle ein. Das Hauptaugenmerk der Diskussionen richtet sich im Allgemeinen auf die Ausgestaltung von Haltungssystemen und den damit verbundenen Forderungen nach Tiergesundheit, Wohlbefinden und Freiheit zum Ausleben normaler Verhaltensweisen der Nutztiere. Darüber hinaus gilt es, der Vorstellung der Konsumenten und Konsumentinnen nach einer artgerechten Tierhaltung gerecht zu werden.

Bei der Bewertung der Tiergerechtheit haben sich messbare Kriterien besonders bewährt. Sie ermöglichen die Darstellung von Auswirkungen unterschiedlich ausgestalteter Haltungssysteme auf die Nutztiere. Weiterhin lassen sich die Effekte durch Umgestaltung einzelner Bestandteile der Haltungssysteme im Tierbestand sichtbar machen.

Über die Definition von Zielbereichen kann eine Schwachstellenanalyse innerhalb der unterschiedlichen Produktionsabschnitte erfolgen und ein notwendiger Handlungsbedarf für Veränderungen des Haltungszustandes identifiziert werden. Auf Grund der Komplexität einer ganzheitlichen Beurteilung der Tiergerechtheit werden eine Vielzahl direkter und indirekter Einzelkriterien ermittelt. Entsprechend der spezifischen Aussagekraft werden die Teilindikatoren im Gesamtergebnis gewichtet. Besonders kritische Parameter stellen bei ermittelten Defiziten ein Ausschlusskriterium für den Gesamtindikator Tierwohl dar.

Die Merkmale zur Bewertung der Tiergerechtheit lassen sich in 4 Kategorien einordnen: Haltungsumwelt, Tierleistung, Tiergesundheit und Tierverhalten/Habitus.

Diese Gesamtbetrachtung in Form von Leistungs- und Gesundheitsparametern, ressourcenbezogenen Merkmalen, sowie Tierbeobachtungen und Verhalten, gibt Aufschluss über die Tiergerechtheit eines Haltungssystems. Die Erhebung der Daten orientiert sich dabei methodisch eng an dem europäischen Beurteilungssystem „Welfare Quality“.

Mit dem Indikator Haltungsumwelt werden Aspekte der baulichen und technischen Gegebenheiten der Stalleinrichtungen näher beschrieben. Dies erfolgt über eine Aufnahme der vorhandenen Aktivitätsflächen und Klimazonen, der verfügbaren Beschäftigungsmöglichkeiten als auch der Versorgungseinrichtungen (Futter- und Tränkeplätze). Die anschließende Beurteilung dieser Merkmale gibt Auskunft darüber, ob die Ausübung tiergerechter Verhaltensweisen im vorliegenden Haltungssystem grundsätzlich möglich ist.

Die Merkmale des Indikators Tierleistung sind relevante Beobachtungsgrößen im Betriebscontrolling und wichtige Hilfsparameter zur Bewertung der Tiergerechtheit. Diese Parameter (bspw. Wachstum, Milchleistung und Nutzungsdauer) geben einen Einblick in die kurz- und mittelfristigen Reaktionen der Tiere auf ihre Haltungsumwelt und beurteilen eine bedarfsgerechte Versorgung mit angepasster Fütterung. Indirekt spiegeln sich Defizite einer tiergerechten Haltung auch in den jeweiligen Leistungsparametern wider.

Merkmale des Indikators Tiergesundheit beziehen sich direkt auf den Gesundheitsstatus und den damit verbundenen Abgangsursachen der Tiere. Die notwendigen Einzelmerkmale (Merzungsraten, Behandlungsintensitäten, Krankheitsinzidenzen) können aufgrund ihrer routinemäßigen Erfassung sehr gut aus den Managementprogrammen oder der Betriebsdokumentationen erfasst werden.

Der wichtigste Indikator bei der Beurteilung des Tierwohls ist das Tierverhalten selbst. In Verbindung mit dem äußeren Erscheinungsbild der Tiere (Habitus) steht die Ausübung natürlicher Verhaltensweisen im Fokus der Erhebungen. Die Einzelindikatoren haben eine hohe Aussagekraft über die direkten Wirkungen von Haltungsumwelt, Management, Fütterung und Tiergesundheit. Die direkten Tierbeobachtungen erfolgen durch Bonituren an einer von der Herdengröße abhängigen Stichprobenzahl.

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