Darstellung hochaufgelöster Stickstoff-Überschüsse aus der Landwirtschaft Laura Klement AFiD-Nutzerkonferenz 30.03.2017 Session 5: Panel Agrarstruktur

Stickstoff – Problematik N - Flächenbilanzierung Gliederung Stickstoff – Problematik N - Flächenbilanzierung Verwendung der Landwirtschaftszählung (LZ) 2010 Ergebnisse Fazit Das Projekt wurde gefördert vom Umweltbundesamt, FKZ 37 1522 2200

Stickstoff-Problematik Reaktive Stickstoffverbindungen (Nr) Ammoniak (NH3), Ammonium (NH4+), Stickstoffoxide (NO, NO2), Nitrat (NO3-), Nitrit (NO2-), Lachgas (N2O) Umweltbelastungen Eutrophierung von Flüssen und Meeren Luftverschmutzung durch Freisetzung von Lachgas (N2O) und Ammoniak (NH3), Beitrag zum Klimawandel Rückgang der Biodiversität Nitratanreicherung im Grundwasser

Stickstoff in den Medien

Nitratbelastung Grundwasser 26.3 % der deutschen Grundwasserkörper sind nicht in einem guten chemischen Zustand bzgl. Nitrat EU-Kommission reichte Ende Oktober 2016 Klage gegen Deutschland ein Hauptverursacher: Landwirtschaft Umweltpolitik Wo genau lässt sich mit welchen Maßnahmen wie viel erreichen? N-Überschuss als etablierte Indikatorgröße Grundwasserzustand (Nitrat) gem. Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) (BMUB, 2014)

N-Flächenbilanz N-Flächenbilanzierung  N-Überschuss Input (Zufuhr) Mineraldünger Wirtschaftsdünger N-Fixierung Atmosphärische Deposition Output (Abfuhr) Ernte Verflüchtigung N-Überschuss Potential in das Grundwasser zu versickern Risikoindikator Gesetzgebung, Richtwert (z.B. DüV, PARCOM, HELCOM) Monitoring Eingangsdatum für Modelle (z.B. MoRE, MONERIS)

N-Flächenbilanz - Kreise N-Überschuss 2010 Regionalgliederung Kreise kg N/(ha LF*a) Mittel 61.9 Min – Max 26.6 – 178.5 Datenquellen für Flächenbilanz - Kreise: DESTATIS Regionalstatistik Abfragen Statist. Landesämter

N-Flächenbilanz – höhere Auflösung Ziel Hochauflösende Daten zum N-Überschuss durch Verwendung der Daten der Landwirtschaftszählung 2010, in Verbindung mit Georeferenzierung der Betriebe N-Überschuss bezogen auf landwirtschaftlich genutzte Fläche (LF) [kg N/ha LF] Bund und Länder müssen in zielgenaue Maßnahmen und Programme investieren, um Stickstoffeinträge aus der Landwirtschaft zu vermindern Hochauflösende Daten sind essentiell, um solche Maßnahmen planen und begründen zu können.

Methodik Datengrundlage: Landwirtschaftszählung 2010 273.000 Betriebe, aufgeschlüsselt nach Betriebsform Verwendete Merkmale u.a. Bodennutzung (ha) Viehhaltung (Stück bzw. GVE) Biogasanlagen (el. Leistung in kW) Gülleverwertung in Biogasanlagen (%) Kombination mit externen Daten und Faktoren, z.B.: N-Gehalte Erntegut (kg N/t) N-Ausscheidung Viehbestand (kg N/Stk.) Gasförmige Emissionen Viehbestand (% der N-Ausscheidung) Milchleistung (kg pro Kuh und Jahr) Erträge Kulturarten auf Kreisebene (dt/ha)

Methodik 1) Berechnung N-Abfuhr im Erntegut: Angebaute Fläche [ha] x Ertrag [dt/ha] x N-Gehalt im Erntegut [kg N] LZ 2010 Erntestatistik Tabellenwert Summierung über alle Kulturarten dn_Abf_Ernte_T = ((F_Weiz * E_Weiz * ex_g_Weiz * 0.1 + F_Rogg * E_Rogg * ex_g_Rogg * 0.1 + F_gers * E_Wger * ex_g_Wger * 0.1 + F_hafe * E_Hafe * ex_g_hafe * 0.1 + F_Trit * E_Trit * ex_g_Trit * 0.1) * 1.03*0.96 + (F_Koma + F_sogt) * E_Koma * ex_g_Koma * 0.1 *0.96 + F_kart * E_Kart * ex_g_Kart * 0.1 + F_Zrue * E_Zrue * 0.1 * ex_g_zrue * 1.05*0.9 + F_Sima*E_Sima * 0.1 * ex_g_Sima + F_Sofu*ex_g_Sofu + F_soack * ex_g_soack + F_huel*ex_g_huel + F_wies * E_wies * 0.1 * ex_g_wies *0.98 + (F_daue - F_rebl) * ex_g_daue + F_rebl * ex_g_rebl + F_Gemu * ex_g_gemu + F_Oelf * E_Raps * 0.1 * ex_g_Raps)/1000.

Methodik 2) Berechnung N-Zufuhren aus Mineraldüngern Wirtschaftsdüngern Gärresten aus Biogasanlagen Kompost, Klärschlamm biologischer N-Bindung atmosphärischer N-Deposition (externe Daten) Saat- und Pflanzgut

Methodik Ablauf Bilanzierung (Berechnung über FDZ) Berechnung Bilanzglieder N-Zufuhr und N-Abfuhr für alle Betriebe der LZ 2010 Zufuhr minus Abfuhr = N-Überschuss [kg N] des Betriebs Aggregierung auf Rasterebene (5 x 5 km) LF [ha] sowie N-Überschuss [kg N] werden über alle Betriebe in einer Rasterzelle summiert Berechnung des LF-bezogenen N-Überschuss [kg N/ha LF] in der Zelle Einteilung N-Überschuss in 6 Klassen Geheimhaltungsprüfung durch FDZ Darstellung als Karte

Ergebnis Klassierung in 6 Klassen Ca. 8 % der Zellen „kein Wert vorhanden oder geheim zu halten“ Ursachen kein landwirtschaftlicher Betrieb 1 - 2 Betriebe pro Zelle Dominanz eines Betriebes in einer Zelle

N-Überschuss - Kreise vs. Raster Regionalgliederung Kreise Regionalgliederung 5 x 5 km Raster

N-Überschuss Raster - Detail

N-Überschuss Raster – Problem „Betriebssitzprinzip“ Betriebssitzprinzip: Alle Merkmale eines landwirtschaftlichen Betriebes werden der Rasterzelle des Betriebssitzes zugeordnet Betrieb A, LF von Betrieb A Betrieb B, LF von Betrieb B

Fazit Positive Erfahrungen Stets sehr zeitnahe und entgegenkommende Unterstützung durch das FDZ Kiel Schwierigkeiten Problem der Zuordnung durch Betriebssitzprinzip nimmt mit zunehmender räumlicher Auflösung zu Nutzungsmöglichkeit bei hoher räumlicher Auflösung eingeschränkt durch wachsende Anzahl Sperrungen, nur möglich mit Klassierung Verschärfung der Geheimhaltung infolge „Zusatzwissen“ durch bereits veröffentlichte Daten der Länder durch vorherige Datennutzung beim FDZ, z.B. mit Aggregierung auf anderer Regionalgliederung Arbeits- und zeitintensiver Prozess der Geheimhaltung, wenn Rücklauf über Bundesländer

Fazit Weiterarbeit mit hochaufgelösten N-Überschüssen aus LZ 2010 Klassierung der Daten schränkt Aussagekraft ein Begrenzte Eignung als Eingangsgröße für weitere Modellierung Werte nur klassiert Ausgabe des absoluten N-Überschuss [t N] auf Grund Geheimhaltung nicht möglich Geplant: Veröffentlichung im „Atlas der Agrarstatistik“ https://www.atlas-agrarstatistik.nrw.de/

Fazit Anregungen Zusammenfassung von Zellen per Skript zu größere räumliche Einheiten (z.B. 5 x 5 km  10 x 10 km), um Anzahl Sperrungen zu vermindern Prüfung Geheimhaltung durch Bundesländer: Standardisierung (Skript) der Sekundärsperrung derjenigen Gemeinden, die im Falle einer Primärsperrung in einem Kreis üblicherweise mitgesperrt werden Flexiblere Handhabung der Geheimhaltungsvorschrift, wenn Rückrechnung von Einzelwerten unter Nutzung früherer Ergebnisse theoretisch möglich wäre – mehr Vertrauen in (wissenschaftl.) Nutzer

Kontakt: Laura.Klement@umwelt.uni-giessen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Laura Klement AFiD-Nutzerkonferenz 30.03.2017 Session 5: Panel Agrarstruktur Kontakt: Laura.Klement@umwelt.uni-giessen

Methodik 1) Berechnung Stickstoffabfuhr im Erntegut: Angebaute Fläche [ha] x Ertrag [dt/ha] x N-Gehalt im Erntegut [kg N] Dabei müssen Anpassungen für Nebenprodukte wie Stroh und Zuckerrübenblatt gemacht werden dn_Abf_Ernte_T = ((F_Weiz * E_Weiz * ex_g_Weiz * 0.1 + F_Rogg * E_Rogg * ex_g_Rogg * 0.1 + F_gers * E_Wger * ex_g_Wger * 0.1 + F_hafe * E_Hafe * ex_g_hafe * 0.1 + F_Trit * E_Trit * ex_g_Trit * 0.1) * 1.03*0.96 + (F_Koma + F_sogt) * E_Koma * ex_g_Koma * 0.1 *0.96 + F_kart * E_Kart * ex_g_Kart * 0.1 + F_Zrue * E_Zrue * 0.1 * ex_g_zrue * 1.05*0.9 + F_Sima*E_Sima * 0.1 * ex_g_Sima + F_Sofu*ex_g_Sofu + F_soack * ex_g_soack + F_huel*ex_g_huel + F_wies * E_wies * 0.1 * ex_g_wies *0.98 + (F_daue - F_rebl) * ex_g_daue + F_rebl * ex_g_rebl + F_Gemu * ex_g_gemu + F_Oelf * E_Raps * 0.1 * ex_g_Raps)/1000.

Methodik 2) Berechnung Stickstoffzufuhr N-Zufuhr über Saat- und Pflanzgut N-Zufuhr über biologische N-Bindung N-Anfall in Substraten Biogasanlagen (getrennt für pfl. und tierische Substrate) N-Zufuhr mit Gärresten Atmosphärische N-Deposition (externe Daten) N-Zufuhr aus Sekundärrohstoff-Düngern N-Zufuhr mit Wirtschaftsdüngern dn_zuf_WiDgg_T = max(0,((Rind_St - Mkue_St)*ex_g_rind*(1 - ex_em_rind) + Mkue_St*ex_g_mkue*(1 - ex_em_mkue) + UeSchw_st * ex_g_Ueschw*(1 - ex_em_Ueschw) + ZSau_St*ex_g_zsau*(1 - ex_em_zsau) + Schaf_St*ex_g_schaf*(1 - ex_em_schaf) + (Ue_GV)*ex_g_GV*(1 - ex_em_ueGV) )/1000).

Methodik N-Zufuhr mit Wirtschaftsdüngern N-Zufuhr mit Mineraldüngern Viehzahl [Stk] x N-Ausscheidung pro Tier [kg N/ Stk] x (1- gasförmige Verluste [%]/100) dn_zuf_WiDgg_T = max(0,((Rind_St - Mkue_St)*ex_g_rind*(1 - ex_em_rind) + Mkue_St*ex_g_mkue*(1 - ex_em_mkue) + UeSchw_st * ex_g_Ueschw*(1 - ex_em_Ueschw) + ZSau_St*ex_g_zsau*(1 - ex_em_zsau) + Schaf_St*ex_g_schaf*(1 - ex_em_schaf) + (Ue_GV)*ex_g_GV*(1 - ex_em_ueGV) )/1000). N-Zufuhr mit Mineraldüngern Schätzung als Defizitwert dn_zuf_MinDgg_T = MAX(0, dn_Abf_Ernte_T* 1.03 - (dn_zuf_WiDgg_T + dn_zuf_Gaerrest_T)*0.6  - dn_zuf_Biolfix_T*0.8)