Landwirtschaft in der Transformation Nachhaltigkeit durch Landwirtschaft 4.0?

(1)

www.hfwu.de

Landwirtschaft in der Transformation –

„Nachhaltigkeit durch Landwirtschaft 4.0?“

Leguminosentag Ost

Markus Frank

Hochschule für Wirtschaft & Umwelt Nürtingen-Geislingen markus.frank@hfwu.de

(2)

www.hfwu.de 2

 Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft

 Fallstudie: Braugerste (Irland)

 Fallstudie: Intensiver Ackerbau (England)

 Nachhaltigkeit & Digitalisierung – wie passt dies zusammen?

Gliederung

Markus Frank | HfWU Nürtingen-Geislingen

(3)

www.hfwu.de 3

 Nachhaltigkeit & Landwirtschaft 4.0 – wie passt dies zusammen?

Gliederung

(4)

www.hfwu.de

Äpfel cv. Braeburn von Neuseeland oder Bodensee

Welche Apfel hat den geringeren Carbon Footprint?

| Markus Frank | HfWU Nürtingen | 06.07.2020 4

Fallstudie “Regionalität”

(5)

www.hfwu.de 5

 CO₂-Fußabdruck von Eiern aus biologischer Freilandhaltung und der Hühnerbatterie

 Zielkonflikte liegen in der Natur der nachhaltigen Entwicklung

Nachhaltigkeit & Zielkonflikte

(6)

 9.6 Mrd Menschen bis 2050 (vor allem in Südost- Asien und Afrika)

 2050: 70-75 % der Weltbevölkerung lebt in Groß- Städten (30 % in “Megacities”)

 Wachstum der Mittelklasse bis 2030 auf 4.9 Mrd Menschen mit anderen Ernährungsgewohnheiten

 Zunehmende Ressourcenknappheit und Rückgang der landwirtschafltichen Nutzfläche um 10-15%

 Zunehmende Unplanbarkeit der Agrarproduktion

Starkes

Anwachsen der globalen

Mittelklasse Bevölkerungs -zunahme

Urbanisierung

Landverlust

Klimawandel &

erratische

Wettergeschehen

Globale Megatrends…

Quelle: FAO 2014

6

 Zukunftsfähige Agrarsysteme müssen diese Megatrends adressieren

(7)

www.hfwu.de Markus Frank | HfWU Nürtingen-Geislingen

 Konventionelle vs. Biologische Landwirtschaft

 Intensivierung vs. Extensivierung

 Regenerative vs. ökoeffiziente Produktion

 Vermeidung von Lebensmittelverlusten vs. Ertragssteigerung

 Nachhaltige vs. agroökologische Intensivierung

 Urbane Landwirtschaft vs. ‘Belt‘-Konzepte

 Zentralisierte vs. dezentralisierte Produktion & Verarbeitung

 Ernährungssicherheit vs. Ernährungssouveränität

 ...

... und jede Menge „Einfachlösungen“

(8)

www.hfwu.de 8

 EU hat eine Definition für nachhaltigere konventionelle Intensivlandwirtschaft parat…

EU‘s Farm-to-Fork Strategy 2020

(Quelle: Europäische Kommission, 2020)

(9)

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Klima- wandel

Eutrophier- ung

Versauer- ung

Öko- toxikologie

Energie- verbrauch

Land- verbrauch

Milch 32 6 6 5 9 13

Rindfleisch 5 7 3 9 3 4

Schwein 4 6 4 4 4 5

Hühnchen 4 6 4 4 2 5

Eier 2 3 2 1 2 2

Getreide 21 11 10 12 18 9

Gemüse 13 4 4 9 8 2

Früchte 22 4 4 2 9 2

►Ergebnis aus > 50 Studien: keine

generelle Überlegenheit eines Systems

9

Tuomisto et al., 2012; Svenska Livsmedelverket 2016

Bio besser Bio & Konv gleich Konv besser

Zukunftsfähige Agrarsysteme

– Ist „Bio“ die Lösung?

(10)

www.hfwu.de

„Bio“ besser?

Klimawandel area

product unit

Eutrophierung area

product unit

Versauerung area

product unit

Org. Kohlenstoff area

10

► Ergebnis aus > 50 Studien: Bio hat Vorteile bei einer ‚Flächenbetrachtung‘, konventionell bei der produktionsorientierten Betrachtung

Tuomisto et al., 2012

Zukunftsfähige Agrarsysteme

– Ist „Bio“ die Lösung?

Bio besser Bio & Konv gleich Konv besser

(11)

Kein Esperanto für Nachhaltigkeit… I.

11

Agribusiness Government

NGOs Growers

Food Retailers

Academia Consumer

FTM DLG TSC

SAI SFL CFT AgB

Yesterday Today Tomorrow

 .. aber zunehmend “implizite Konsensbildung” aufgrund des Skalenproblems

(12)

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Landwirtschaft, der wichtigste Beruf auf der Erde... – und einer der kompliziertesten

| Markus Frank | Pflanzengesundheitsmanagement | 26.03.2021 12

Biodiversity

Land use

Emissions

Water use

Eco-toxicity potential Resource

consumption

Energy consumption

Soil index

Macroeconomy

Variable costs

General repair

Fixed costs Future

generation

Investments Trainees

Farmer´s business

Risk potential

Local & national community Wages

International community Consumer

protection Residues

Employment circumstances Competence of employees

Kein Esperanto für Nachhaltigkeit… II.

(13)

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Die Philosophie nachhaltiger Landwirtschaft…

| Markus Frank | HfWU Nürtingen | 04.03.2020 13

 … bedeutet kontinuierliche Verbesserung – es ist eine Entwicklung, kein

Endzustand

 …macht Zielkonflikte sind unvermeidlich – unvoreingenommene Analyse und

richtige ‘Balance‘ finden

 … ist keine Blaupause - Nachhaltige Landwirtschaft erfordert einen

Systemansatz

 … ist kein „Wolf im Schafspelz“ - Nachhaltigkeit und präzise

Leitbilder/Dogmen passen nicht zusammen

13

 Keine Nachhaltige Entwicklung ohne Zielkonflikte

(14)

Nachhaltige Intensivierung

14

Intensivland- wirtschaft

Klassisches Paradigma

Systemansatz – Integratd Crop Mgnt.

Fruchtbarkeit = Dünger Pflanzenschutz = Pestizid

Produktivität = Hochertragshybride

Quelle Royal Society of the U.K., 2009

Integriertes Nährstoffmanagement

(Mineraldünger & Wirtschaftsdünger, biologische Stickstofffxierung

Integriertes Bodenmanagement

(konservierende Bodenbearbeitung, Mulchsaat, Humusbildung, Erosionskontrolle,…)

Integrierter Pflanzenschutz (chemisch- synthetische Pestizide, Nützlinge, Biopestizide,

Allelopathie…)

Fruchtfolge (Polykultur, Zwischenfrüchte, Sortendiversität,…)

Human- und Sozialkapital

(Arbeitsbedingungen, Beruflich Weiterbildung, Geschlechtergerechtigkeit…)

17.01.2022 Markus Frank | HfWU Nürtingen-Geislingen

(15)

Sozioökonomische Lebenszyklusanalyse (LCA bzw. Ökobilanz) als passende

Bewertungsmethodik

15

 Blick auf das ganze Produktsystem (Input/output), nicht nur auf end-of-pipe

(Quelle: Baumann & Tilmann 2004)

(16)

16

Sozioökonomische Lebenszyklus- Analyse (S-LCA) I.

Vorkette Landwirtschaft Nachkette

Nachhaltigkeits- bewertung

Ökobilanz

(ISO 140040-44; Product Environemtnal Footprint)

Soziale Nachhaltigkeit

(UNEP-SETAC, SAFA Guidelines)

Landwirtschaftl.

Indikatoren

(Biodiversität, Boden, Land- nutzung)

Total Life Cycle Costs

(TCO/TLC)

(17)

17

Ökonomische Indikatoren:

• Fixkosten,

• Variable Kosten,

• Profitabilität,

• Subventionen,

Ökologische Indikatoren:

• Landnutzung,

• Wasserverbrauch,

• Bodengesundheit,

• Energieverbrauch,

• Ressourcen,

• Emissionen,

• Ökotoxikologie

•Artenvielfalt

Gesellschaftliche Indikatoren:

• Arbeitsbedingungen,

• Löhne und Gehälter,

• Soziale Sicherung,

• Berufskrankheiten

• MRL-Überschreitungen

• Besitzverhältnisse

• Fair trade

Sozioökonomische Lebenszyklus-

Analyse (S-LCA) II.

(18)

Digitale

Wertschöpfungsketten für eine nachhaltige

kleinstrukturierte Landwirtschaft

17.06.2021 | Thomas Koppenhagen, Rolf Weber, Markus Frank

Nachhaltigkeitsbewertung digital unterstützter Ackerbausysteme

(19)

Digitale

Forschungsfragen -

Experimentiereinheit „Ackerbau“

 Forschungsfragen

 Welchen Einfluss hat die Verwendung digitaler Entscheidungshilfen auf den Anbau von

Ackerbaukulturen (Weizen, Soja, Mais)

 Lässt sich über die Einbeziehung der

Wertschöpfungsketten ein ‚Pull‘ für eine digital- unterstützten Anbau erzeugen?

(20)

Digitale

On Farm Research -

Experimentiereinheit „Ackerbau“

FMIS

TFS Aussaat

TFS Düngung

TFS Pflanzen- schutz Mechanische Unkrautregul.

Versuchsflächenrsuchsflächen

Weizen: ~ 50 ha Soja: ~ 50 ha Mais: ~ 40 ha

(21)

Digitale

Versuchsdesign-

Experimentiereinheit „Ackerbau“

FMIS

TFS Aussaat

TFS Düngung

TFS Pflanzen- schutz Mechanische Unkrautregul.

HfW U

(22)

Digitale

Reduktion von Treibhausgasemissionen im Weizenabbau durch TFS-Düngung (vorläufig)

(23)

www.hfwu.de 23

Gliederung

(24)

AgBalance Farm Simulator

In silico-Kulturenmodelle

24

DM_Plant

AssimilationdTM/dt=Q*LUE*f(T)

LUE

Shoot Growth

Root Growth

DM_Root GAI

DM_Shoot

DM_Blatt DM_Stem

Stemarea growth SAI

Leafarea growth SSA LAI

SLA

Leaf Growth Stem Pod Growth

Growth

DMPod

Podarea growth PAI

SPA

DM_Tot

N_Shoot N_Stem N_leaf

Nc_Stem Nc_pod

N_pod Nc_leaf

Nc_Tot

N_Tot

Nc_root

N_root

DM_Seeds

N_Seeds DM_PG

Nc_Seeds

(25)

Minch Malt

• 1847 in Athys gegründet

• 2010 von Boortmalt akquiriert

• Produktion ~ 98K MT Malz pro Jahr

• Rückverfolgbarkeit von Saatgut bis zum Glas

• 1:1-Kontakt mit 600+

Vertragsanbau über technische Berater

Fallstudie – Braugerste in Ireland

 Reallabor für eine nachhaltigere Braugerstenproduktion

(26)

26

20 30 40 50 60

0 60 120 180 240 300

Yield [t/ha]

N fertilization [kg/ha]

Thornholme_simuliert Thornholme_gemessen High

Mowthorpe_simuliert

AgBalance Farm Simulator

Validierung der regionalen Produktionsfunktionen

(27)

AgBalance Farm Simulator

Kombination von Kulturenmodell mit S- LCA-Rechner

Erosion Effective

Yield Water

emissions Emissions

Global Warming Potential

Economy

N, P, K Balance Soil Organic

Matter Balance Acidificatio

n potential

Abiotic resource depletion

Human Tox Potential Farmer Resource

Efficiency

Variable Costs

Profit Energy

Consumption

Soil Health

y = 0,0122x + 1,2468 y = 0,0071x + 1

0,3 0,5 0,7 0,9 1,1

-90-80-70-60-50-40-30-20-10 0 10 20 30 40

x (N balance, kg N/ha)y (factor)

-80 0,33

-75 0,33

-49 0,65

0 1,00

25 1,00

Yield

N [kg/ha]

Regionalized Crop Models Selection of the

key indicators

Simplified fluxes (‘meta model‘)

(28)

AgBalance Farm Simulator

Erstellung einer Arbeitsoberfläche

28

 “Benchmarking” als Logik nachhaltiger Intensivierung

(29)

www.hfwu.de 29

Gliederung

(30)

The Grange

Artenvielfalt & Intensivlandwirtschaft - Eine Fallstudie aus England

30

17.01.2022 Markus Frank | HfWU Nürtingen-Geislingen

(31)

www.hfwu.de 31

Ackerbaubetrieb, ~ 800 ha, mittlere bis schwere Böden

 Fallstudie – “The Grange”, Northampton, England Artenvielfalt & Intensive Landwirtschaft -

Passt das zusammen?

(32)

www.hfwu.de

Source RSPB The Farmland Bird Indicator Jan 2011

0%

20%

40%

60%

80%

100%

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

w wheat w osr linseed sp beans

borage w barley set aside wild bird food

0 10 20 30 40 50

2003 2004 2005 2006 2008 2009 2010 Rawcliffe Bridge

UK

Territorien /100ha Feldsperling - Territoriendichte

0 2 4 6 8

2003 2004 2005 2006 2008 2009 2010 Rawcliffe Bridge

UK

Feldlerche - Territoriendichte

►Erhalt der Artenvielfalt bei intensiver Bewirtschaftung ist möglich – aber wie?

Artenvielfalt & Intensive Landwirtschaft - Passt das zusammen?

 Andrew und William Pitts wollten es wissen…

Markus Frank | HfWU Nürtingen-Geislingen 32

(33)

www.hfwu.de

2012

551 bird territories

2009

214 Vogel-Reviere

2015

459 Vogel-Reviere

The Grange - Farmland Bird Index

• Barometer für den Zustand der Agrarlandschaft in England

(34)

34

 Biodiversitätsmaßnahmen neben der Produktionsflächen

Biodiversitätsfördernde Maßnahmen auf

“The Grange” – ein Überblick

(35)

www.hfwu.de

Effektive Maßnahmen: Mehrjährige Blühmischungen (> 1,5 ha/ 100 ha)

• Wildkräuterreiche Mischungen

• Hoher ökologischer Nutzen

• ganzjährige Lebensräume

• sich entwickelnde, immer größere Artenvielfalt

• Richtig angelegt, nur eine Saat nötig

• Gelegentliche Pflegemaßnahmen ausreichend

(Mulchschnitte, 1-2 x/Jahr)

Bildquelle: topagrar Verlagsbeilage „Biodiversität“ (Ausgabe 12/2015) Bildquelle: topagrar Praxis, Blühstreifen (Ausgabe 7/2015)

Empfehlenswerte, mehrjährige Arten - möglichst Verzicht auf Gräser:

Gewöhnliche Schafgarbe, Färber-Hundskamille, Wiesen- Flockenblume

Kosten:

> 300 €/ha (Kultur- und regionale Wildarten), bis 500 €/ha (reine Wildartenmischungen, gebietseigene Herkünfte)

(36)

www.hfwu.de

Offene Saatlücken dienen der Feldlerche als „Start und Landebahn sowie zur Nahrungssuche im dichten Bestand Optimale Größe: etwa 20 m²

Sämaschine während des Sävorgangs kurz ausheben

Pflanzenschutz & Düngung kann normal ausgebracht werden Kosten: 2 Fenster mit zusammen 40 m²/ha = Ernteverlust 0,4 % der Ackerfläche  ca. 2,5 bis

4 €/ha

Nicht förderfähige, aber sinnvolle

Maßnahmen - Feldlerchenfenster

(37)

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Standort

• Sonnig & windgeschützt

• in Gruppen von mehreren Steinhaufen (Abstand > 20-30 m)

Material

• Nur ortstypische Gesteine verwenden

• 80 % der Korngröße von 20-40 Anlage

• Manuelle oder maschinelle Umsetzung

• Volumen 2-3 m³, ideal 5 m³

• Umsetzung und Ausweitung zu jeder Zeit möglich Pflege

• Randbereich: extensiver Kraut- oder Altgrassaum nötig

• Buschiger Bewuchs auf der sonnenabgewandten Seite

• Vermeidung von Beschattung

Nicht förderfähige, aber sinnvolle Maßnahmen - Lesesteinhaufen

Bildquelle: Praxismerkblatt Kleinstrukturen -Steinhaufen und Steinwälle (Karch, Schweiz -Dez. 2011)

(38)

www.hfwu.de

Das Holz wird durch Mikroorganismen und Pilze allmählich zersetzt

 Lebensräume für Insekten, Larven und Kleinlebewesen

Viele dieser Organismen sind weder

besonders auffällig noch schön anzusehen Günstig an warmen und sonnigen Standorten Ideal in Kombination mit Lesesteinhaufen

Nicht förderfähige, aber sinnvolle

Maßnahmen - Totholzhaufen

(39)

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Offene Bodenstellen

• Rohbodenstellen

• Pflugkanten

• Schwarzbrachestreifen

Abschnittsweise Pflege von Blühmischungen Insektenhotel

Weitere punktuelle Maßnahmen

Biotopvernetzung der Lebensräume sollte in jedem Fall gewährleistet werden

(40)

40 Markus Frank | HfWU Nürtingen-Geislingen

Wirtschaftlichkeit der biodiversitäts-

fördernden Maßnahmen auf „The Grange“ I.

17.01.2022

(41)

www.hfwu.de



Biodiversität – was kostet das eigentlich?

41

Wirtschaftlichkeit der biodiversitäts-

fördernden Maßnahmen auf „The Grange“ II.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

100% 80%

Kosten [GBP/t] & Profitabilität des Schlags [GBP]

Kosten [GBP/t] Profit [GBP]

AUKM

(42)

www.hfwu.de

 Synergien zwischen agrarökologischer Intensivierung und Digitalisierung als neuartige Geschäftsmodelle

42

„Biodiversität“ als ein neues Geschäftsmodell?

 Ent-Kommoditisierung mithilfe digitaler Hilfsmittel

(43)

www.hfwu.de Seite 43

(Quelle: Basch et al., 2011: Making Sustainable Agriculture Real in CAP 2020. The Role of Conservation Agriculture in the CAP Reform. ISBN: 978-84-615-8106-1. ECAF-Publication.

Konservierender Ackerbau

Reduzierte Boden-

bearbeitung &

Direktsaat

Weite Fruchtfolgen

& Sorten- wechsel

Zwischen- früchte &

Dauer- begrünung

Konservierender Ackerbau & „Carbon Farming“

 ...unterstützt durch digital-gestützte Emissionsmodellierung

(44)

44

 CO₂-Fußabdruck des Weizenanbaus auf “The Grange“

kg CO 2e t-1 wheat

 „Produktion“ von Artenvielfalt & Kohlenstoffzertifikate – mögliche zukünftige Geschäftsmodelle für die europäische Landwirtschaft?

-350 kg

+400 kg

2009 2016

(Quelle: Rewitz & Frank, vorläufige Daten)

Konservierender Ackerbau & „Carbon Farming“

 Skalierung von „Carbon Farming“ nur durch Digitalisierung denkbar

(45)

45

Modellierung von Artenvielfalt und

Klimawandelpotenzial auf Landschaftsebene

 Artenvielfalt in der Landschaft als Kombination von

Konfiurations- & Kompositionshterogenität (Hass et al. 2018)

(46)

www.hfwu.de 46

Gliederung

(47)

Interoperabilität am Beispiel des

“Cool Farm Tools”

Interoperabilität

• SAI Platform – FSA-Zertifizierungstool*

• Agricircle/Agrible/AgSquared/CropTrak – API Entwicklung

• Muddy Boots – Daten-Import/-Export*

• Syngenta – API zu Land.DB

Use Case: Nachhaltigkeitsbewertung automatisch während der Anbauplanung durchgeführt

(48)

 Farm Management Information System

1/17 48

FMIS

 Server – Rechenoperationen

Export

Import

 Zertifikate

Upload

 Interface – Optimierung (offline)

Export

Download

„Zertifizierung 2.0“ via Interoperabilität

Testfall: Boortmalt

(49)

Zukunftsfähige Landwirtschaft…

 …basiert u.a. auf Erhöhung der Ressourcen-Effizienz (Steigerung der

‚Nachhaltigkeit‘ & Steigerung der ‘Resilienz‘

Royal Society of UK 2009; Herren H (2016) PSC Summer School, Zürich⁴⁹

 …ist nachhaltig (effizient) und resilient (bio-divers)

49

(50)

www.hfwu.de 50

 Digitalisierung ist die Voraussetzung dafür, Nachhaltigkeitsbewertung als Planungshilfe einzusetzen.

 Vorausschauende (szenario-basierte) Nachhaltigkeitsbewertung als Basis für neuartige Geschäftsmodelle

 Use Cases für digital-unterstützte Nachhaltígkeitsbewertung:

 Steigerung der Ressourcen-Effizienz

 Ent-Kommoditisierung des Produkts

 FMIS als zentrale Drehscheibe kaum wegzudenken

Zukunft der Landwirtschaft – Schlußfolgerungen

 Intensivlandwirtschaft kann ein Teil der globalen Problemlösung werden... – wir haben‘s in der Hand

(51)

Automatische Erfassung der Nachhaltigkeitswirkungen

51

Nachhaltige Ernährung - datenbasiert

(52)

www.hfwu.de

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Markus Frank,

HfWU Nürtingen-Geislingen markus.frank@hfwu.de

(53)

Nachhaltige Ernährung ?

• Lokale Produktion

• Nährstoffgehalt außer acht

• Fancy new products (Insekten, in vitro-Fleisch)

• “Back to nature” (organisch, paläo-Diät) Der typische Blick...

53

(54)

www.hfwu.de

| Markus Frank | HfWU Nürtingen | 04.03.2020 Seite 54

Landwirtschaft in der Transformation Nachhaltigkeit durch Landwirtschaft 4.0?

Fallstudie “Regionalität”

Nachhaltigkeit & Zielkonflikte

Globale Megatrends…

... und jede Menge „Einfachlösungen“

EU‘s Farm-to-Fork Strategy 2020

Zukunftsfähige Agrarsysteme

Zukunftsfähige Agrarsysteme

Nachhaltige Intensivierung

Sozioökonomische Lebenszyklusanalyse (LCA bzw. Ökobilanz) als passende

Bewertungsmethodik

Sozioökonomische Lebenszyklus- Analyse (S-LCA) I.

Sozioökonomische Lebenszyklus-

Analyse (S-LCA) II.

Forschungsfragen -

Experimentiereinheit „Ackerbau“

AgBalance Farm Simulator

Minch Malt

AgBalance Farm Simulator

AgBalance Farm Simulator

Kombination von Kulturenmodell mit S- LCA-Rechner

AgBalance Farm Simulator

Artenvielfalt & Intensivlandwirtschaft - Eine Fallstudie aus England

The Grange - Farmland Bird Index

Biodiversitätsfördernde Maßnahmen auf

“The Grange” – ein Überblick

Effektive Maßnahmen: Mehrjährige Blühmischungen (> 1,5 ha/ 100 ha)

Nicht förderfähige, aber sinnvolle

Maßnahmen - Feldlerchenfenster

Nicht förderfähige, aber sinnvolle Maßnahmen - Lesesteinhaufen

Nicht förderfähige, aber sinnvolle

Maßnahmen - Totholzhaufen

Weitere punktuelle Maßnahmen



„Biodiversität“ als ein neues Geschäftsmodell?

Konservierender Ackerbau

Interoperabilität am Beispiel des

“Cool Farm Tools”

„Zertifizierung 2.0“ via Interoperabilität

Testfall: Boortmalt

Nachhaltige Ernährung - datenbasiert

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Nachhaltige Ernährung ?

“Experimentierfeld

Digitalisierung” BaWü