Projekt 10203/01

Energie- und Kohlendioxidbilanzen landwirtschaftlicher Betriebe – Energetischer Bewertungsansatz landwirtschaftlicher Produktionssysteme am Beispiel der Leitbetriebe Integrierter Landbau in NRW

ProjekttrÀger

Fachhochschule SĂŒdwestfalenFachbereich Agrarwirtschaft
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59474 SoestZielsetzung und Anlass des Vorhabens Energie- und CO2-Bilanzen dienen zur Beurteilung der Effizienz der eingesetzten Energie und der klimarelevanten Effekte landwirtschaftlicher Produktionsverfahren. Durch die Analyse einzelner Betriebsebenen lassen sich betriebliche Schwachstellen in der Energieeffizienz erkennen und Ansatzpunkte fĂŒr Systemverbesserungen aufzeigen. Bisher wurde eine derartige ganzheitliche Betriebsanalyse nur an einigen ostdeutschen Großbetrieben versucht. Ziel ist es mit Hilfe des sehr umfangreichen Datenmaterials der Leitbetriebe Integrierter Landbau in NRW einen Bilanzierungsansatz zu entwickeln, der praxisorientiert, nachvollziehbar und leicht auf unterschiedliche Betriebstypen anwendbar ist. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBilanzen können je nach Fragestellung auf der Basis unterschiedlicher zeitlicher und rĂ€umlicher Ebenen berechnet werden. Erster Schritt der Bilanzierung ist daher die Formulierung von Systemgrenzen, d.h. es wird eine sachliche, rĂ€umliche und zeitliche Begrenzung fĂŒr die aufzustellenden Bilanzen festgelegt. Grundlage der Bilanzierungen sind schon erhobene Daten aus dem vom MURL geförderten Projekt Leitbetriebe Integrierter Landbau in NRW (7 Betriebe ĂŒber 5 Jahre). Auf Grundlage der gewonnenen und miteinander vergleichbaren betriebsspezifischen Energie- und CO2-Bilanzen kann der Einsatz direkter und indirekter EnergietrĂ€ger auf den Ebenen des Hoftores, des Stalles und der FlĂ€che optimiert, sowie die Effizienz des Anbaus nachwachsender Rohstoffe aufgezeigt werden. Gleichzeitig besteht die Möglichkeit anhand des Datensatzes Indikatoren zu entwickeln und zu testen, mit deren Hilfe andere landwirtschaftliche Betriebe bewertet werden können, ohne das Ă€hnlich umfangreiche Erhebungen durchge-fĂŒhrt werden mĂŒssen. Die Ergebnisse dieses Projektes fließen in die Öffentlichkeitsarbeit des Kooperationsprojektes Leitbetriebe Integrierter Landbau in NRW mit ein. Zur besseren Handhabung und Nachvollziehbarkeit werden die Schritte der Bilanzberechnungen anhand einer Software/Tabellenkalkulation dokumentiert. Ergebnisse und Diskussion Die AnsĂ€tze der Energiebilanzierungen fĂŒr Hoftor-, Stall- und FlĂ€chenbilanzen wurden in das Tabellen-kalkulationsprogramm EXCEL 97 unter Windows 95 ĂŒbertragen. Durch den unterschiedlichen Umfang der einzelnen EnergieflĂŒsse bzw. DatensĂ€tze in den verschiedenen Bilanzebenen konnten die Eingabemasken nicht vollkommen identisch aufgebaut werden. Der prozentuale Anteil der fossilen InputgrĂ¶ĂŸen wird ebenso wie das VerhĂ€ltnis von Output zu Input (getrennt nach fossilem und regenerativem Input) durch Kreisdiagramme optisch dargestellt. Rote Punkte in einzelnen Zellen der TabellenblĂ€tter kennzeichnen "Notizen", die Angaben ĂŒber verwendete Rechenschritte, Quellen usw. enthalten, sofern sie nicht aus der Eingabemaske selbst ersichtlich sind. Die Bilanzierung wird dadurch bis in jedes Detail nachvollziehbar und die verwendeten Daten/Faustzahlen/Berechnungsformeln lassen sich problemlos aktualisieren, ohne die Eingabemaske selbst verĂ€ndern zu mĂŒssen. Die Aussagekraft einer energetischen Bilanz hĂ€ngt in nicht unerheblichem Maß von dem Betrachtungszeitraum ab. Es bietet sich in der Landwirtschaft an, Bilanzen in jĂ€hrlichen AbstĂ€nden aufzustellen. Um Aussagen treffen zu können sind BetrachtungszeitrĂ€ume von mindestens drei Jahren empfehlenswert. Als Beispiel dient die Entwicklung des Energiegewinns I und des DĂŒngemitteleinsatzes eines Betriebes ĂŒber fĂŒnf Bilanzjahre. Nach einer Senkung des DĂŒngemitteleinsatzes 1992/93 kam es gleichzeitig zu sinkenden ErtrĂ€gen, die in den Folgejahren wieder gesteigert werden konnten bei gleichzeitig weiterer Reduktion des DĂŒngemitteleinsatzes. Im Erntejahr 1995/96 konnte der Energiegewinn I den Ausgangswert von 1991/92 um rund 25 GJ/ha ĂŒbertreffen. Die Grundlage fĂŒr diese betriebliche Entwicklung liegt zum einen in der Ausgangssituation des Betriebes zu Beginn des Projektes "Leitbetriebe Integrierter Landbau in NRW", in der die NĂ€hrstoffversorgung der Böden des Betriebes als mittel bis hoch beschrieben werden konnte, sowie in einer stĂ€ndigen Beratung und Fortbildung des Betriebsleiters ĂŒber den Betrachtungszeitraum hinweg. Die Änderung der Wirtschaftsweise (Steigerung des Zwischenfruchtanbaues von 32,5% der AnbauflĂ€che 1992 auf 53,8% im Jahr 1997; Steigerung der Mulchsaat nach ZwischenfrĂŒchten; seit Beginn des Projektes "Leitbetriebe" 100% pfluglose Wirtschaftsweise) ist neben dem Wissensgewinn des Betriebsleiters auch auf die Teilnahme an einem Markenfleischprogramm zurĂŒckzufĂŒhren (Senkung des Maisanteils und Ersatz durch Getreide und Erbsen). Die betrieblichen VerĂ€nderungen kombiniert mit dem Wissensgewinn schlagen sich letztlich in kontinuierlich steigenden durchschnittlichen ErtrĂ€gen bzw. Energiegewinnen und gleichzeitig sinkendem Einsatz von DĂŒngemitteln nieder [ZERHUSEN-BLECHER, 1999]. Die in der pflanzlichen Produktion erzielten Energiegewinne sind in erster Linie von den ErtrĂ€gen der Haupternteprodukte abhĂ€ngig. Werden Nebenernteprodukte geborgen, können diese eine energetische Bilanz stark positiv beeinflussen. Da der Energiegewinn die Differenz zwischen erzieltem Output und eingesetztem Input ist und der Input fĂŒr Winterweizen (etwa 15 GJ/ha) gegenĂŒber dem Output (100-140 GJ/ha) sehr gering ist, können die jĂ€hrlichen Schwankungen im Energiegewinn zum grĂ¶ĂŸten Teil den Schwankungen im Output, dass heißt den schwankenden KornertrĂ€gen zugeschrieben werden. Klima und Witterung ĂŒben großen Einfluss auf den erzielten Ertrag (Output), aber auch auf den eingesetzten Input aus. In Jahren mit starken negativen EinflĂŒssen und niedrigen ErtrĂ€gen kann der energetische Input durch den erhöhten Einsatz an Bewirtschaftungsmaßnahmen und Betriebsmitteln relativ hoch sein. In Jahren mit positiven EinflĂŒssen können dagegen die ErtrĂ€ge hoch und der Input niedrig sein. Allein durch die Strohbergung kann die energetische Bilanz eines Betriebes in nicht unerheblichen Umfang verbessert werden. Sie zieht auf Dauer jedoch auch negative ökonomische und ökologische Folgen nach sich, wie einen höheren Einsatz an DĂŒngemitteln und in Betrieben ohne organische DĂŒngung auch eine verschlechterte Humusbilanz. Durch das EinfĂŒgen von Trendlinien werden die zum Teil erheblichen Schwankungen der Energiegewinne relativiert und die steigende Tendenz im Verlauf der Bilanzjahre deutlich. Da die Strohbergung konstant gehalten wurde, muss diese Steigerung auf die durchgefĂŒhrten Bewirtschaftungsmaßnahmen und daraus resultierend im Durchschnitt der Jahre steigende KornertrĂ€ge zurĂŒckgefĂŒhrt werden [ZERHUSEN-BLECHER, 2000]. Nicht allein die Witterung kann das Ergebnis energetischer Bilanzen in der landwirtschaftlichen Produktion stark beeinflussen, sondern auch die BodengĂŒte. Betrachtet man die Summe der Inputfaktoren, so ist im Durchschnitt der Bilanzjahre kaum ein Unterschied zwischen den Gruppen mit gehobener und geringerer BodengĂŒte ersichtlich. Dagegen ist der Unterschied im Output mit 21,78 GJ/ha im Durchschnitt der Jahre recht deutlich. Hieraus resultiert auch hauptsĂ€chlich die Differenz im Energiegewinn mit durchschnittlich 24,49 GJ/ha. Bei nahezu gleichem Input lĂ€sst sich ĂŒber den deutlich höheren Output auch das bessere Output-Input-VerhĂ€ltnis der Gruppe mit gehobener BodengĂŒte von durchschnittlich 9,14:1 gegenĂŒber 7,45:1 der Gruppe mit geringerer BodengĂŒte erklĂ€ren. Die Unterschiede der Gruppen mit geringerer und gehobener BodengĂŒte (höherer Energiegewinn, höherer Output und besseres Output-Input-VerhĂ€ltnis der Gruppe mit gehobener BodengĂŒte) können zu einem ĂŒberwiegenden Teil auf die unterschiedlichen BodenqualitĂ€ten zurĂŒckgefĂŒhrt werden. Bei einem Vergleich von landwirtschaftlichen Betrieben in der pflanzlichen Produktion muss neben anderen Aspekten somit auch die eventuell unterschiedliche Beschaffenheit der Böden Eingang in die Schlussfolgerungen der vergleichenden Betrachtungen finden, um FehleinschĂ€tzungen der Wirtschaftsweisen auf den Betrieben zu vermeiden. Neben dem Output ist der Input eine entscheidende GrĂ¶ĂŸe in energetischen Bilanzen. Generell lĂ€sst sich zwischen fossilem und regenerativem Input unterscheiden. In pflanzenbaulichen Energiebilanzen setzt sich der regenerative Input lediglich aus dem Heizwert des Saatgutes (der relativ konstant ist und wenig Einfluss auf den Gesamtinput ausĂŒbt) und dem organischen DĂŒnger zusammen. Der fossile Input beinhaltet neben der Prozessenergie des Saatgutes auch den Pflanzenschutz- und MineraldĂŒngereinsatz, sowie den Einsatz von Maschinen und Kraftstoffen. Im Verlauf des Forschungsprojektes hat sich gezeigt, dass in vielen FĂ€llen pflanzlicher Energiebilanzen der mineralische DĂŒngemitteleinsatz den ĂŒberwiegenden Anteil am fossilen Input bestreitet, zumal wenn keine organischen DĂŒnger Anwendung finden. Der Einsatz von Maschinen und Kraftstoffen ist eng miteinander gekoppelt und variiert in einem Betrieb mit gegebener Fruchtfolge nur geringfĂŒgig. Der Pflanzenschutzmitteleinsatz ist mit durchschnittlich 3-5% am fossilen Input in der Bilanz eigentlich zu vernachlĂ€ssigen. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes zeigen jedoch deutliche Unterschiede zwischen dem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln innerhalb unterschiedlicher Kulturarten und Fruchtfolgen. Im Sinne einer nachhaltigen und zukunftsorientierten Landwirtschaft ist auf den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln ein besonderes Augenmerk zu richten, zumal ein ĂŒberdurchschnittlicher Einsatz auch monetĂ€r nicht unerheblich ist. Allein auf das Saatgut als relativ konstante GrĂ¶ĂŸe in der pflanzlichen Produktion und geringem Einfluss auf die Bilanzergebnisse könnte in der energetischen Bilanzierung verzichtet werden. Da die Erhebung und Berechnung dieser BilanzgrĂ¶ĂŸe schnell und unproblematisch durchzufĂŒhren ist sollte auch sie dennoch in der energetischen Bilanz enthalten sein. Die Ergebnisse insgesamt zeigen, dass eine möglichst detaillierte jedoch sinnvoll unterteilte Darstellung der InputgrĂ¶ĂŸen in einer energetischen Bilanz (Unterteilung des fossilen Inputs in die GrĂ¶ĂŸen Saatgut, MineraldĂŒnger, Pflanzenschutzmittel, Maschinen und Kraftstoffe) schon relativ konkrete Aussagen ĂŒber Bewirtschaftungsmaßnahmen zulassen kann, gegenĂŒber einer Darstellung auf höherer Ebene, wie beispielsweise des Gesamtinputs oder des Energiegewinns. Eine weitere wichtige KenngrĂ¶ĂŸe der Bilanz ist die Beschreibung der Effizienz. In landwirtschaftlichen Energiebilanzen werden als Kriterien fĂŒr die Bewertung der Effizienz der eingesetzten Energie in der Regel der Energiegewinn und die Relation von Output zu Input diskutiert. Die Ergebnisse zeigen, dass landwirtschaftliche Betriebe mit einem hohen Energiegewinn nicht gleichzeitig auch ein gutes Output-Input-VerhĂ€ltnis erzielen mĂŒssen, sondern den hohen Energiegewinn durch einen ĂŒberproportionalen Input erwirtschaften. Gleichzeitig gibt es Betriebe, die aufgrund ihrer StandortverhĂ€ltnisse keine hohen E-nergiegewinne erwirtschaften können, deren Wirtschaftsweise aber durch ein gutes VerhĂ€ltnis von Out-put zu Input bestĂ€tigt wird. Da die Hauptaufgabe der landwirtschaftlichen Produktion nach wie vor die Versorgung der Bevölkerung mit qualitativ und quantitativ hochwertigen Nahrungsmitteln ist, ist der Energiegewinn je FlĂ€cheneinheit in die Effizienzbetrachtungen mit aufzunehmen. Neben der Produktion von Nahrungsmitteln treten in der landwirtschaftlichen Produktion immer massiver die Aspekte von Umwelt- und Naturschutz in den Vordergrund, so dass die Erzielung hoher ErtrĂ€ge bzw. hoher Energiegewinne nicht zu Lasten des Ökosystems Acker gehen darf. Im Sinne einer zukunftsfĂ€higen (nachhaltigen) Landwirtschaft erscheint es daher sinnvoll sowohl den Energiegewinn, als auch das Output-Input-VerhĂ€ltnis in die Effizienzbetrachtungen einzubeziehen. Mit Hilfe der sehr umfangreichen Datengrundlage anhand von Ackerschlagkarteien und BuchfĂŒhrungsunterlagen lassen sich fĂŒr die pflanzliche Produktion auch rĂŒckwirkend Energiebilanzen aufstellen. Dies ist in der Tierproduktion hĂ€ufig nicht möglich. Zudem beschrĂ€nkt sich die Erhebung von Bilanzen hier oft auf die Ebene der gesamten Viehhaltung. Eine Trennung verschiedener Tierarten oder Haltungssysteme ist aufgrund der Datengrundlage in der Regel nicht möglich. Im Gegensatz zu den FlĂ€chen und Schlagbilanzen der Pflanzenproduktion sind die Energiegewinne der Tierproduktion bei analoger Vorgehensweise immer negativ. Dies liegt darin begrĂŒndet, dass die InputgrĂ¶ĂŸen, die in die Stallbilanz einfließen vom Tier nicht zu hundert Prozent in tierische Produkte umgewandelt werden können. Neben den erzeugten (Markt-)Produkten fallen Exkremente an, die als pflanzliche NĂ€hrstoffe berĂŒcksichtigt werden (mit Hilfe von MineraldĂŒngerĂ€quivalenten) und den Energiegewinn in der Tierhaltung positiv beeinflussen. Im Verlauf des Forschungsprojektes hat es sich als problematisch erwiesen, Anhaltspunkte fĂŒr die Bewertung der Stallbilanzen einzelner Betriebe zu ermitteln, da ein Vergleich von Betrieben untereinander nur sinnvoll ist, wenn gleiche Tierarten mit gleichen Produktionssystemen verglichen werden (z.B. Mastschweinehaltung auf Spaltenböden mit kontinuierlicher Mast). Insgesamt ist die Aussagekraft der Stallbilanzen gegenĂŒber den FlĂ€chenbilanzen eher gering. Das Erkennen von Problemfeldern ist aufgrund noch fehlender Erfahrungswerte schwierig. WeiterfĂŒhrende Arbeiten könnten einen wichtigen Schritt zur Lösung der Probleme in der Interpretation landwirtschaftlicher Stallbilanzen beitragen. Obwohl die Liste der zu erfassenden Input- und OutputgrĂ¶ĂŸen im Vergleich zu den FlĂ€chenbilanzen deutlich verlĂ€ngert ist, ist die Hoftorbilanz die Bilanzebene, die am ehesten erstellt werden kann. Mit dem Hoftor als Systemgrenze werden alle In- und Outputs erfasst, die das Hoftor passieren. Der Betrieb selbst wird als "Black-Box" behandelt und keiner der innerbetrieblichen AblĂ€ufe berĂŒcksichtigt. Die Hoftorbilanz als oberste der drei hier aufgefĂŒhrten Bilanzebenen lĂ€sst sich fĂŒr alle Betriebe anhand von BuchfĂŒhrungsunterlagen aufstellen. In der Schlussbetrachtung steht und fĂ€llt die Hoftorbilanz mit dem Output an pflanzlichen Marktprodukten. Je höher dieser Output ist, desto eher ist die Gesamtbilanz im positiven Bereich anzusiedeln, da die positiven Bilanzen der pflanzlichen Produktion die Negativsalden der tierischen Erzeugung auffangen können. Je schlechter die Leistungen der Tierproduktion eines Betriebes sind und je höher der Viehbesatz (GV/ha) auf dem jeweiligen Betrieb ist, desto schwieriger wird es, eine insgesamt positive Energiebilanz durch sehr gute Leistungen in der pflanzlichen Produktion zu verwirklichen. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes wurden/werden ĂŒber landwirtschaftliche Zeitschriften und wissenschaftliche Fachliteratur verbreitet. Zudem fließen sie in die Öffentlichkeitsarbeit des Projektes Leitbetriebe Integrierter Landbau in NRW ein. Fazit Die energetische Bilanzierung landwirtschaftlicher Betriebe kann zur Beurteilung der Effizienz der eingesetzten Energie und der AbschĂ€tzung klimarelevanter Effekte dienen. Mit Hilfe der Erhebungen aus dem Projekt Leitbetriebe Integrierter Landbau in NRW als Datengrundlage und den Kalkulationsmethodiken verschiedener Autoren fĂŒr die einzelnen Bilanzglieder wurde ein Ansatz fĂŒr die Energiebilanzierung land-wirtschaftlicher Produktionsverfahren entwickelt. Der Ansatz berĂŒcksichtigt die Ebenen des Hoftores, des Stalles und der FlĂ€che. Als Datengrundlage dienen in erster Linie BuchfĂŒhrungsunterlagen und Ackerschlagkarteien. Anhand der DatenerfassungsblĂ€tter und der dortigen Vermerke ist der Bilanzierungsansatz nachvollziehbar und schnell zu aktualisieren. Durch die Verwendung des Tabellenkalkulationsprogramms EXCEL 07 unter Windows 95 und Daten, die auf buchfĂŒhrenden Betrieben verfĂŒgbar sind, ist die energetische Bilanzierung mit diesem Ansatz auf den meisten landwirtschaftlichen Betrieben praktikabel. Da keine zusĂ€tzlichen hohen Kosten z. B. fĂŒr die Untersuchung von Bodenproben anfallen, ist der Ansatz der energetischen Bilanzierung kostengĂŒnstig. Mit seiner Hilfe lassen sich schnell Schwachstellen in Produktionssystemen aufzeigen, die durch weiterfĂŒhrende Untersuchungen konkretisiert bzw. fĂŒr die LösungsansĂ€tze entwickelt werden mĂŒssen. Generell sind anhand des vorhandenen Datenmaterials auf den landwirtschaftlichen Betrieben Bilanzen fĂŒr den gesamten Betrieb am schnellsten und einfachsten zu erstellen. Die in diesem Forschungsprojekt durchgefĂŒhrten Berechnungen zeigen, dass mit Hilfe der entwickelten Eingabemasken unter dem Tabellenkalkulationsprogramm EXCEL97 sich Hoftorbilanzen eines Betriebes anhand von BuchfĂŒhrungsunterlagen fĂŒr mindestens zwei Jahre innerhalb eines normalen Arbeitstages (8 h) aufstellen lassen. Sind die notwendigen Unterlagen fĂŒr die Berechnung der Schlag- und FlĂ€chenbilanz vorhanden, so ist die Aufstellung der Energiebilanz fĂŒr alle SchlĂ€ge mit Zusammenfassung der SchlĂ€ge fĂŒr die jeweilige Kulturart fĂŒr ein Bilanzjahr innerhalb eines Tages möglich. Die Aufstellung und Interpretation energetischer Bilanzen landwirtschaftlicher Produktionssysteme erscheinen nur ĂŒber mehrere Jahre betrachtet sinnvoll. Eine einjĂ€hrige Bilanz besitzt nahezu keine Aussagekraft. Je detaillierter die Bilanz in sinnvoller Weise aufgeschlĂŒsselt ist, desto eher können Schwachstellen und Optima in Bewirtschaftungssystemen erkannt werden. Bei der Beurteilung landwirtschaftlicher Energiebilanzen sind auch bei einer mehrjĂ€hrigen Betrachtung immer die Einflussfaktoren - Witterung - Klima - BodenqualitĂ€t - geografische Lage (StandortverhĂ€ltnisse) in die Schlussfolgerungen einzubeziehen, da sie in nicht unerheblichem Maß die Ergebnisse der Bilanzen beeinflussen können. Damit energetische Bilanzierungen landwirtschaftlicher Produktionssysteme in der Praxis und Beratung Anwendung finden können ist zumindest eine teilweise Standardisierung der Methodik zu diskutieren [MOERSCHNER et al., 2000]. Bisher ist es aufgrund unterschiedlicher Zielsetzungen und Vorgehensweisen verschiedener Autoren kaum möglich, vorliegende Ergebnisse energetischer Bilanzierungen miteinander zu vergleichen. Zudem fehlen in einigen Bereichen, vor allem aber in der Tierproduktion noch geeignete Rechenwerte. Durch die unterschiedlichsten Produktionssysteme in den tierhaltenden Betrieben dieses Projektes waren Vergleiche nur schwer möglich, so dass Anhaltspunkte fĂŒr eine Bewertung der aufgestellten Stallbilanzen fehlen. WeiterfĂŒhrende Arbeiten mit der Zielsetzung, Betriebe mit gleichen Produktionssystemen unter gleichen Produktionsbedingungen zu vergleichen, könnten einen wichtigen Beitrag zur Erarbeitung von Anhaltspunkten und Bewertungsgrundlagen in energetischen Stallbilanzen der landwirtschaftlichen Tierhaltung liefern. Vor allem in der tierischen Erzeugung besteht fĂŒr die Aufstellung und Interpretation pra-xisnaher Energiebilanzen in Zukunft noch erheblicher Forschungsbedarf.

Übersicht

Telefon

02921/378-210/211/21

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Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Fördersumme

90.882,13 €

Förderzeitraum

26.01.1998 - 18.06.2001