N-Effizienz Stufe 2 (inkl. Fix.+ Dep.)

(1)

Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF

Agroscope

1. Oktober 2014

N-Effizienz auf Schweizer Landwirtschaftsbetrieben

Harald Menzi

(2)

Grundsätzliche Überlegungen Repräsentative Umfrage 2007

− Vorgehen

− Ergebnisse N-Zufuhr, N-Wegfuhr

− Ergebnisse N-Effizienz

− Einflussfaktoren

Beurteilung der N-Effizienz

Möglichkeiten zur Verbesserung der N-Effizienz

− Übersicht mögliche Massnahmen

− Wie gross ist das Potenzial? (Modellrechnungen) Schlussfolgerungen

Inhalt

(3)

Grundprinzip der Nährstoff-Effizienz

Effizienz beschreibt das Verhältnis

− Aufwand zu Ertrag

− Wegfuhr in Produkt zu Input (Nährstoffe, Energie usw.)

Bei Stoffflüssen meist ausgedrückt in Output = % von Input Nährstoff-Effizienz üblicherweise bezogen auf

Zufuhr/Wegfuhr-Bilanz (Import/Export) des Betriebes Nährstoff-Effizienz vor allem interessant für N, weil

− N direkt ertragswirksam

− für N massgebende Verluste durch Ammoniak, Denitrifikation

− bei P und K Düngungsnorm = Aufnahme in weggeführten

Produkten (keine Verluste)

(4)

Verbesserung der Nährstoff-Effizienz ?

Eine Verbesserung der Effizienz ist interessant für den Betrieb

− Erfüllung der Vorgaben ÖLN (Suisse-Bilanz)

− Senkung von Düngerkosten

− Bei limitierter N-Zufuhr (ÖLN) bedeutet Effizienz = Ertrag ; Ertragssteigerung und/oder Verminderung Ertragsrisiko

Eine Verbesserung der Effizienz ist interessant für die Umwelt und die Volkswirtschaft

− Weniger umweltrelevante Verluste (NO

₃

-Auswaschung, NH

₃

-Verflüchtigung, Lachgas) und Anreicherung

− Bessere Ressourcennutzung

Eine Verbesserung der Nährstoffbilanz ist auf (fast)

jedem Betrieb möglich

(5)

Darstellung der Nährstoff-Effizienz

Effizienzniveau 1: bezogen auf Inputs in Produktionsmittel (Dünger, Futtermittel)

Effizienzniveau 2: bezogen auf gesamte Inputs (inkl.

Deposition, Fixierung usw.)

(6)

Grundsätzliche Überlegungen

Effizienzniveau 1 ist aussagekräftig für den Betriebsleiter, sagt aber noch wenig aus zur potenziellen

Umweltbelastung

Effizienzniveau 2 = potenzielle Umweltbelastung

− Annahme, dass unter CH-Bedingungen kaum Humuszunahme

− ≠ effektive Umweltbelastung, da Denitrifikationsverluste zu einem grossen Teil als N

₂

Eine verlustfreie Produktion ist nicht möglich

( Ammoniakemissionen, Denitrifikationsverluste, Auswaschung)

Die geschätzte Zufuhr in Fixierung und Deposition ist

relativ ungenau

(7)

N-Effizienz CH Landwirtschaft nach repräsentativer Umfrage 2007

Datengrundlage

• Angaben zur Produktionstechnik von ~3200 Betrieben aus Umfrage für Emissionsinventar Ammoniak

• 3 Regionen; Höhenstufen Tal, Hügel, Berg;

5 Betriebstypen

• Ausgewählt für Effizienz 1430 Betriebe:

weggelassen:

• Betriebe ohne Land

• Betriebe ohne Düngung

• Spezialisierte Mast/Kleinwiederkäuer/Spezialkulturen-Betriebe

• Daten voll anonymisiert

Auswertungen durch D. Mahrer und B. Gregis (HAFL) – Danke!

(8)

Auswertung Umfrage: Berechnung Zufuhr

Aus Umfrage

Tierzahlen; Flächen verschiedener Kulturen Kraftfuttermenge Milchkühe

Kraftfuttergehalte Schweine N-Dünger

Annahmen

RP-Gehalt Kraftfutter Milchkühe (16/18 % RP Sommer/Winter)

Kraftfuttermenge Rinder, Schweine, Geflügel (Annahmen GRUDAF) Kraftfuttergehalte Rinder, Geflügel

N-Deposition: Tal 25 kg N/ha, Hügel 20 kg, Berg 15 kg

(abgeleitet aus Rihm et al. 2001)

N-Fixierung: 4 kg/t TS Kunstwiesen, 1.5 kg N/t TS Dauergrünland

(abgeleitet aus Boller et al. 2003)

(9)

Auswertung Umfrage: Berechnung Wegfuhr

Aus Umfrage

Milchleistung Milchkühe

Remontierung und Verkauf Kühe/Kälber (abgeleitet aus Tierzahlen)

Annahmen

Zuwachsleistung Kälber, Schweine, Geflügel (nach Annahmen GRUDAF)

Gehalt Tiere, Milch, Eier (nach Annahmen GRUDAF) Erträge Pflanzenbau: Standarderträge nach GRUDAF

Zusätzliche Auswertung

• N-Ausscheidungen Nutztiere (nach GRUDAF)

• NH

₃

-Verluste

(mit Modell Agrammon; inkl. Berücksichtigung Produktionstechnik)

(10)

Auswertung Umfrage: N-Zufuhr, N-Wegfuhr

Zufuhr: 194 kg N/ha; 60 % Produktionsmittel, 40 % Atmosphäre Wegfuhr: 78 kg N/ha; Tierproduktion 64 %, Pflanzenbau 36 % Tal > Hügel > Berg

Höhenzone N-Zufuhr (Mittelwerte) N-Wegfuhr Produkte

Anzahl Futter Dünger Fixierung Deposition Tierprod. Pflanzenb.

Betriebe kg N/ha kg N/ha kg N/ha kg N/ha kg N/ha kg N/ha

alle Betriebe 1430 65.5 50.4 59.3 19.2 49.5 28.4

Tal 814 74.3 58.9 63.0 25.0 50.4 41.2

Hügel 452 62.8 43.5 58.5 20.0 52.9 15.0

Berg 164 29.5 27.9 42.9 15.0 35.9 1.6

(11)

Auswertung Umfrage: N-Zufuhr, N-Wegfuhr

Zufuhr: Veredelung >> gemischt > Milchproduktion = Ackerbau Wegfuhr: Veredelung > Ackerbau > gemischt > Rindvieh

(12)

Auswertung Umfrage: N-Effizienz (Mittel)

Effizienz Stufe 2

abnehmend mit Höhe (Tal > Hügel > Berg) Grosse Unterschiede

nach Betriebstyp

− Ackerbau am höchsten

Im internationalen

Vergleich gute Effizienz

− Milchproduktion Irland 27 % (O'Brian et al. 2014)

− Oenema DS

"Agrarsysteme" ~35 %

N-Effizienz hat sich in den letzten 20 Jahren verbessert dank ÖLN

Stufe 1 Stufe 2

Betriebstyp nur Produktionsmittel alle Zufuhr

Ackerbau 114% 69%

Milchproduktion 99% 34%

Veredelung 56% 37%

gemischt 102% 46%

Stufe 1 Stufe 2

Zone nur Produktionsmittel alle Zufuhr

alle Betriebe 88% 41%

Effizienz: N-Wegfuhr in % von N-Zufuhr (Mittelwert)

Tal 90% 44%

Hügel 84% 38%

Berg 88% 33%

(13)

Auswertung Umfrage: N-Effizienz (Streuung)

Grosse Streuung zwischen Betrieben. Mögliche Ursachen:

− Grosse Unterschiede zwischen Betrieben bezüglich Voraussetzungen, Struktur und Produktionstechnik

− Besonders hohe Zu- oder Wegfuhr

− Fehler bei Umfrage oder Annahmen

Mittelwert trotzdem gute Grundlage zum Beurteilen der allgemeinen Situation Ausreisser können helfen, wichtige Einflussfaktoren zu erkennen

Milchproduktionsbetriebe

(14)

Auswertung Umfrage: N-Effizienz (Einflussfaktoren)

Positiver Einfluss von Anteil offener Ackerfläche (% OAF) auf Effizienz

− Weil Pflanzenbau effizienter, als wenn zuerst Pflanzen produziert und dann durch Tiere verwertet werden höchste Effizienz Betriebstyp "Ackerbau"

− Grund für bessere Effizienz Betriebstyp "Ackerbau"

− Wichtiger Grund für Streuung zwischen Betrieben

Einfluss Anteil offene Ackerfläche an LN

y = 0.3573x + 0.2992 R² = 0.4011

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

N-Effizienz Stufe 2 (inkl. Fix.+ Dep.)

% offene Ackerfläche an LN

(15)

Auswertung Umfrage: N-Effizienz (Einflussfaktoren)

Einfluss Tierbesatz (ausgedrückt als N-Ausscheidungen pro ha LN)

y = -0.0004x + 0.4779 R² = 0.0668

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

0 200 400 600 800 1'000

N-Effizienz Stufe 2 (inkl. Fix.+Dep.)

N-Ausscheidung Tiere (kg Ntot/ha LN) Alle Betriebe

y = 0.0011x + 0.1715 R² = 0.2669

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

0 200 400 600 800 1'000

N-Ausscheidung Tiere (kg Ntot/ha LN) Milchproduktionsbetriebe

Die Betrachtung bestimmter Betriebsgruppen oder aller Betriebe kann zu unterschiedlichen Schlüssen führen

− Streubreite der Werte

− Richtung (positiv/negativ) und Ausmass des Effektes

(16)

Auswertung Umfrage: N-Effizienz (Einflussfaktoren)

Die Betrachtung bestimmter Betriebsgruppen oder aller Betriebe kann zu unterschiedlichen Schlüssen führen

− Streubreite der Werte

− Richtung (positiv/negativ) und Ausmass des Effektes

Dies gilt auch für andere Einflussfaktoren wie Betriebsgrösse, Tierbesatz, N-Düngung, Anteil Hofdünger an Düngung, Ammoniakemissionen

Einfluss Tierbesatz (ausgedrückt als N-Ausscheidungen pro ha LN)

y = -0.0004x + 0.4779 R² = 0.0668

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

0 200 400 600 800 1'000

N-Ausscheidung Tiere (kg Ntot/ha LN) Alle Betriebe

y = 0.0011x + 0.1715 R² = 0.2669

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

0 200 400 600 800 1'000

N-Ausscheidung Tiere (kg Ntot/ha LN) Milchproduktionsbetriebe

y = 0.0011x + 0.1715 R² = 0.2669

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

0 50 100 150 200 250 300 350

N-Ausscheidung Tiere (kg Ntot/ha LN) Milchproduktionsbetriebe

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Auswertung Umfrage: N-Effizienz (Einflussfaktoren)

Alle Betriebe

Betriebsgrösse: leicht positiver Einfluss

Tierbesatz (als N-Ausscheidungen kg N/ha LN): deutlich negativer Einfluss

• N-Einsatz Pflanzenbau: deutlich negativer Einfluss

Anteil Hofdünger an N-Einsatz total: leicht negativer Einfluss NH

₃

-Emissionen: negativer Einfluss

Milchproduktionsbetriebe

Betriebsgrösse: leicht negativer Einfluss

Tierbesatz (als N-Ausscheidungen kg N/ha LN): positiver Einfluss

• N-Einsatz Pflanzenbau: leicht positiver Einfluss

Anteil Hofdünger an N-Einsatz total: positiver Einfluss

NH

₃

-Emissionen: positiver Einfluss

(18)

Beurteilung der N-Effizienz

Ist eine Beurteilung überhaupt möglich?

Eine klare vergleichende Bewertung der N-Effizienz von Betrieben ist schwierig

− Grosser Einfluss der Betriebsstruktur (v.a. Anteil OAF, Tierbesatz)

− Einfluss natürlicher Voraussetzungen (Boden, Exposition, Temperatur, Niederschläge/Trockenheit, Länge Vegetationsperiode etc.)

− Interaktionen (z.B. Tierbesatz – OAF – Hofdünger – Emissionen)

Es fehlt ein klarer Beurteilungsraster, der strukturelle Unterschiede berücksichtigt Aufgabe für Forschung/Beratung/Praxis

Die Entwicklung eines Betriebes im Laufe der Zeit kann gut beurteilt werden (falls keine grosse Umstellung der Betriebsstruktur)

Der Vergleich von Betrieben mit ähnlicher Struktur (z.B. gleicher

Betriebstyp) kann interessant sein

(19)

Wie kann die N-Effizienz verbessert werden?

Grundsätzliche Ansätze

Betriebsstruktur

− Anteil offener Ackerfläche

− Tierbesatz nicht grösser als Potenzial zur Verwertung der Hofdünger

Optimierung im Pflanzenbau (Düngung, Fruchtfolge usw.) Optimierung in der Tierproduktion

Verlustminderung (v.a. NH

₃

) Achtung Zielkonflikte

− Tierwohl

− Ökologische Anforderungen

− Trade-offs (z.B. NH₃-Verluste ↓ ─ Denitrifikationsverluste ↑)

(20)

Wie kann die N-Effizienz verbessert werden?

Optimierungen im Pflanzenbau

Standortangepasste Kulturen, welche ein gutes Ertragsniveau gewährleisten; gute Fruchtfolge

Mengenmässig und zeitlich bedarfsgerechte Düngung jeder Kultur unter Berücksichtigung

− Potenzial des Standortes (nach Parzellen)

− effektive Erträge

Ertrag steigern ohne Erhöhung der Düngung

− optimale Produktionstechnik, neue Sorten usw.

− Potenzial für Düngereinsparungen ohne Ertragseinbusse ausloten Düngung nach Möglichkeit reduzieren

Bei Verlustminderung ohne Ertragssteigerung Düngung

reduzieren

(21)

Wie kann die N-Effizienz verbessert werden?

Optimierung in der Tierproduktion

Bedarfsgerechte Fütterung

− Proteinüberschuss vermeiden (Ausnahme unvermeidbare Überschüsse bei grünlandbasierter Produktion)

− Kraftfuttermenge gering halten (gute Futterverwertung Schweine/Geflügel, gezielte und zurückhaltende Ergänzungsfütterung bei Herbivoren)

− Phasenfütterung

− Gezielte Dosierung einzelner Aminosäuren (Schweine/Geflügel)

− Beifütterung proteinarmer Komponenten während Sommerfütterung Rindvieh

− Spezielle Futterkomponenten

Gesunde, fruchtbare und produktive Tiere

− Tierwohl (Bewegung, Temperatur usw.)

− Optimale Remontierungsrate

− Angepasstes Leistungsniveau

(22)

Wie kann die N-Effizienz verbessert werden?

Verlustminderung (v.a. NH

₃

)

Verlustarme Hofdüngerausbringung

− Spezielle Ausbringtechnik (Schleppschlauch, Gülledrill etc.)

− Witterung beachten (nicht an heissesten Tagen etc.)

− Gülle am Abend ausbringen (heisse Jahreszeit)

− Mist rasch einarbeiten

Verlustminderung im Stallbereich

− Verlustarme Stallsysteme

− Rascher Harnabfluss

− Regelmässige Reinigung

− Temperatur im Sommer gering halten

Verlustminderung Hofdüngerlagerung

− Abdecken Güllegruben und Geflügelmist

(23)

Wie kann die N-Effizienz verbessert werden?

Wichtig ist eine gesamtheitliche Betrachtung

(24)

Wie gross ist das Potenzial zur Verbesserung der N-Effizienz?

Vorgehen bei Modellrechnung

Modell NEFFI (BDU 2004)

− Basiert auf Angaben GRUDAF (Düngungsnormen, Erträge, Ausscheidungen)

Modellbetrieb gemischt Talgebiet (Milchproduktion, Ackerbau)

− 20 ha LN (13 ha Wiese gedüngt, 2 ha Winterweizen, 2 ha Wintergerste, 1 ha Raps, 1 ha Silomais)

− 20 Milchkühe mit Nachzucht, 7000 kg Milchleistung

− Zufuhr Tierproduktion: 20x500 kg Ausgleichsfutter (17% RP), 800 kg Rinderfutter (17 % RP) = 294 kg N

− Wegfuhr Pflanzenbau (Standardertrag): 525 kg N

− N-Fixierung geschätzt nach Boller et al. (2003): 5 ha Kunstwiese (25 % Klee, 110 dt/ha), 10 ha Dauergrünland (10 % Klee, 90 dt/ha)

− N-Deposition: 25 kg N/ha (nach SR BUWAL 275)

(25)

Wie gross ist das Potenzial zur Verbesserung der N-Effizienz?

Betriebe können auch schlechter sein als Basisszenario

Szenario N-Umsatz und −Effizienz (kg N/ha LN)

Zufuhr Wegfuhr Bilanz Effizienz

Basis (nach GRUDAF) 143 71 72 49%

Basis mit 10% N-Überschuss Suisse-Bilanz 157 71 86 45%

Basis mit 800 kg Kraftfutter pro Kuh 151 71 81 47%

Basis, N-Überschuss 10%, Kraftfutter 800 kg/Kuh 165 71 95 43%

(26)

Wie gross ist das Potenzial zur Verbesserung der N-Effizienz?

Verbesserungspotenzial (schrittweise)

Basis, +10% Ertrag Pflanzenbau 143 72 71 51%

Basis, +10% Ertrag Tierproduktion 143 74 69 52%

Basis, +10% Ertrag allgemein 143 77 66 54%

Basis, 1/2 Remontierung 144 73 71 51%

Basis, 1/4 weniger NH3-Emissionen* 144 75 69 52%

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Wie gross ist das Potenzial zur Verbesserung der N-Effizienz?

Zusammenfassung der Szenarien

Basis, +Ertrag, -Remontierung, -NH3 146 86 60 59%

Effizienz nach Auswertung Umfrage 41%

Basis, N-Überschuss 10%, Kraftfutter 800 kg/Kuh 165 71 95 43%

Noch beträchtliches Verbesserungspotenzial !

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Schlussfolgerungen

Es braucht weitere Untersuchungen, welche auch effektive Erträge berücksichtigen

Die N-Effizienz der CH-Landwirtschaftsbetriebe ist

vergleichsweise gut:

Im internationalen Vergleich und im Vergleich zu füher

Es besteht noch ein beträchtliches Verbesserungspotenzial Massnahmen zur Verbesserungen der N-Effizienz betreffen

Betriebsstruktur, Pflanzenbau, Tierproduktion, Verlustminderung Es braucht eine gesamtheitliche Betrachtung

− Stufe Einzelbetrieb

− Beurteilungsraster, der strukturelle Unterschiede berücksichtigt