Themen/Land- und Forstwirtschaft/Landwirtschaft

Teilprojekt 3.3.1 - Anpassungsstrategien für den regionalen Pflanzenbau

Die Anforderungen an die Leistungen und Funktionen der Landwirtschaft, wie die nachhaltige Produktion von hochwertigen Nahrungs- und Futtermitteln und weiteren Bio-ressourcen (z. B. nachwachsende Rohstoffe zur stofflichen und energetischen Nutzung), die Landschaftspflege/-gestaltung und die Bereitstellung von Umwelt- und Ökosystemdienstleistungen, aber auch die Anforderungen an den landwirtschaftlichen Umwelt- und Ressourcenschutz werden zukünftig unter Klimawandelbedingungen ansteigen.

Durch den Klimawandel kann sich die Verfügbarkeit natürlicher Ressourcen für Wachstum und Produktion verknappen. Ziel der Anpassung an klimatische Veränderungen in der Landwirtschaft ist der Erhalt der Leistungs- und Funktionsfähigkeit landwirtschaftlicher Systeme auch unter veränderten klimatischen Rahmenbedingungen. Dies beinhaltet zum einen die Entwicklung und Bereitstellung geeigneter Anpassungsmaßnahmen für bestehende Anbausysteme, zum anderen aber auch die Einbeziehung ‚neuer‘ Anbausysteme. Hierzu zählen z.B. der gleichzeitige Anbau von landwirtschaftlichen Kulturen und Gehölzen in Agroforstsystemen oder der Anbau von Energieholz in Kurzumtriebsplantagen.

Die klimatischen Veränderungen finden sowohl auf globaler als auch auf regionaler Ebene statt, wobei sich die Betroffenheit und Auswirkungen regional sehr stark unterscheiden können. Für eine Betrachtung von Anpassungsstrategien ist daher die regionale Ebene ein sinnvoller Ausgangspunkt. Entscheidungsunterstützungssysteme können eine wertvolle Hilfe sein, übergeordnete Zielstellungen und deren Auswirkungen auf regionalem Maßstab darzustellen und zu bewerten Im Teilprojekt 3.3.1 kam GISCAME (Fürst 2010,2011; Frank, 2012; Koschke et al., 2012) und LandCaRe 2020 (Köstner et al., 2009, 2013, Wenkel et.al., 2011) zum Einsatz. Möchte man hingegen Maßnahmen umsetzen oder die Umsetzbarkeit prüfen, sollte die einzelbetriebliche Ebene gewählt werden. Nur hier können sinnvolle, konkrete Maßnahmen ergriffen werden, die stark von der jeweiligen Betriebsstruktur oder anderen individuellen Faktoren abhängen können.Unter diesem Gesichtspunkt wurde das LandCaRe-DSS auf ausgewählte Modellbetriebe und deren Agrarflächen angewandt.

Das Teilprojekt 3.3.1 agierte auf der regionalen wie auch auf der einzelbetrieblichen Ebene. Hauptschwerpunkt ist dabei die Erarbeitung und Untersetzung pflanzenbaulicher Anpassungsoptionen im Acker-, Obst-, Gemüse- und Weinbau an den Klimawandel in der Region Dresden. Dabei sollten Anbaubedingungen, Nutzungssysteme, Ertragsvariabilität, Pflanzenschutz und Wasserbedarf unter Berücksichtigung des Bodenschutzes für die einzelnen Bodenregionen und Beratungsempfehlungen unter Einbeziehung und Anpassung eines Entscheidungsunterstützungssystems erarbeitet werden.

Nachfolgend erhalten Sie Informationen über Ziele, Forschung, Ergebnisse, Produkte und Partner des Teilprojektes. 


Ziele

Die Arbeiten des Teilprojektes 3.3.1 basieren auf folgenden grundlegenden Zielstellungen, die zu Themenfeldern ausgestaltet und bearbeitet wurden (siehe auch Grafik):

  • Formulierung optimierter Anpassungsmaßnahmen des Ackerbaus an den Klimawandel hinsichtlich Sorten- und Düngungsstrategien, der Bestandesführung in Umsetzung des Pflanzenschutzreduktionsprogramms und nachhaltiger bodenschutzrelevanter Maßnahmen
  • Erstellung eines Erosionsschutzkonzeptes für die ausgeprägten Hanglagen der Stadt Dresden sowie des relevanten Umlandes im Osterzgebirge und im nördlichen Umland Dresdens
  • Anpassung von Anbaustrategien und –verfahren im Obstbau unter besonderer Beachtung von Hagelschutzmaßnahmen und deren betriebswirtschaftlicher Bewertung
  • Erarbeitung von Sortenanbaustrategien des Weinbaus im Rahmen des Klimawandels im sächsischen Elbtal
  • Betrachtung wassersparender, teilschlagbezogener Beregnungs- bzw. Bewässerungssysteme in der Landwirtschaft und deren ökonomische Bewertung
  • Anbau von Energiepflanzen und alternative Landnutzungssysteme
  • Anpassung und Nutzung eines modellbasierten Entscheidungshilfesystems (LandCaRe-DSS) zur Untersuchung zukünftiger Klimawirkungen auf Ernteertrag und Bewässerungsbedarf
Struktur, Themenfelder und Betrachtungsebenen in TP 3.3.1 Landwirtschaft (Klicken um zu vergrößern) (Quelle: Technische Universität Dresden, Professur für Bodenkunde und Bodenschutz)

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Forschung

Anpassungsmaßnahmen Ackerbau

Um das Gesamtsystem der pflanzlichen Erzeugung im Ackerbau hinsichtlich seiner regionalen Betroffenheit und zukünftigen Anpassungsstrategien für die REGKLAM-Region zu untersuchen, zu bewerten und um mögliche praxisrelevante Empfehlungen abzuleiten, wurde die einzelbetriebliche Ebene gewählt. Hierzu konnten eine Reihe von Praxisbetrieben gewonnen werden, die eine weitgehend repräsentative Auswahl hinsichtlich Betriebsstruktur, Anbauanteile, Technikausstattung, Bodenbearbeitung und Verteilung in den Agrarstrukturgebieten für die REGKLAM-Region Dresden darstellen. Unter den Partnerbetrieben finden sich sowohl Agrargenossenschaften als auch kleinere und mittlere Betriebe, konventionelle Betriebe und Ökobetriebe, reine Marktfruchtbetriebe und Gemischtbetriebe mit unterschiedlichem Viehbesatz, Flächen- und Technikausstattung.

 

Die Arbeitsschritte im Teilprojekt 3.3.1 umfassten folgende Schritte:

  • Analyse der Fruchtfolgen in den einbezogenen Betrieben und Erarbeitung von Vorschlägen zur Fruchtfolge-Diversifizierung mit dem Ziel der Ertragsstabilisierung
  • Optimierung der Sortenstrategie durch Anbau trockenstresstoleranter Sortentypen mit unterschiedlichem Abreifeverhalten
  • Erprobung von Maßnahmen zur wassersparenden Bestandesetablierung und -führung durch reduzierte Aussaatmengen und verminderte N-Andüngung
  • Analyse der Nährstoff- und Humusversorgung der Böden und Etablierung von Vorschlägen zur Sicherung der Bodenfruchtbarkeit durch bedarfsgerechte und umweltorientierte organische und mineralische Düngung
  • Anwendung der N-Düngebedarfsermittlung unter Nutzung von Nmin, Verfahren der Pflanzenanalyse und der Sensortechnik sowie teilschlagspezifische Düngerapplikation
  • Erprobung von modernen Verfahren der Düngerapplikation zur Verbesserung der Nährstoffausnutzung (z.B. Injektionsdüngung, Anwendung stabilisierter Dünger, Unterfußdüngung)
  • Pflanzenschutz-Index-Ermittlung/Beurteilung der PS-Intensitäten, Schaderreger-monitoring
  • Anpassung von Prognosemodellen an die Klimaveränderung
  • Analyse bestehender SEÜ-Daten der Region für ausgewählte Schaderreger in Abhängigkeit von der Witterung
  • Anpassung eines Entscheidungshilfesystems an die Modellregion Dresden und Anwendung auf Modellbetriebe

Um diese Zielsetzungen im Einzelbetrieb auf ihre Relevanz prüfen und umsetzen zu können, wurden im ersten Schritt Betriebsgespräche zu dem Inhalt des Projektes geführt. Darauf aufbauend wurden gemeinsam mit den Betriebsleitern eine Reihe von Einzelschlägen ausgewählt, die von Klimaauswirkungen betroffen sind/sein werden. Für diese Schläge wurden die Schlagdaten 2003-2009 analysiert und ausgewertet. Aus den Ergebnissen wurden Empfehlungen abgeleitet, die mit den Betriebsleitern wie auch auf Workshops diskutiert wurden.

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Erosionsschutzkonzept

Zur Einschätzung der Erosionsgefährdung in der REGKLAM-Modellregion und zur Ableitung von Erosionsschutzmaßnahmen für die Region im Sinne eines Erosionsschutzkonzeptes wurden folgende Arbeiten durchgeführt:

  • Ermittlung der erosionsgefährdeten Ackerflächen mit Hilfe des Modells EROSION 3D
  • Ermittlung der Betriebe, die erosionsgefährdete Ackerflächen bewirtschaften
  • Erfassung des Anwendungsumfangs der konservierenden Bodenbearbeitung/Direktsaat in diesen Betrieben
  • Erfassung von Hinderungsgründen bezüglich der dauerhaften Anwendung der konservierenden Bodenbearbeitung
  • Bereitstellung von Fachinformationen zur erfolgreichen Anwendung der konservierenden Bodenbearbeitung
  • Prüfung der Notwendigkeit ergänzender Erosionsschutzmaßnahmen mit beispielhafter Maßnahmenumsetzung
  • Darstellung der erosionsmindernden Wirkung von konservierender Bodenbearbeitung und ergänzender Erosionsschutzmaßnahmen mit Hilfe von EROSION-3D-Modellierungen als Erfolgskontrolle und Grundlage für eine mögliche Öffentlichkeitsarbeit. 

Anpassung von Anbaustrategien und –verfahren im Obstbau

Trockenheit und Dürreperioden, Extremereignisse wie Hagel und Starkniederschlag als auch Schädlinge und Krankheiten sind Auswirkungen des Klimawandels, die besonders problematisch für den Obst- und Gemüseanbau sind. Daher wurden innerhalb des Forschungsprojektes als auch im Rahmen anderer Forschungsvorhaben, folgende Aspekte des Obst- und Gemüseanbaus genauer untersucht:

  • Süßkirschenanbau unter Überdachung
  • Verbesserung der Wasserversorgung von Apfelanlagen
  • Überprüfung praxisnaher Lösungen zum Apfelanbau unter Wassermangel
  • Anbau von Tafeläpfeln unter Hagelnetz
  • Optimierung der Anbauverfahren von Industriegemüse
  • Bewässerung und Sortenwahl bei Gemüseerbsen
  • Bewässerung von Feldgemüse in einem Praxisbetrieb

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Sortenanbaustrategien des Weinbaus

Das Klima prägt, zusammen mit den Bodenbedingungen, dem Relief und den Kulturmaß-nahmen die Ausprägung des spezifischen Weincharakters bestimmter Sorten und damit die Charakteristik des jeweiligen Anbaugebietes. Daher spielen Klimaveränderungen, die sowohl mit einer Verschiebung in der Anbaueignung bestimmter Rebsorten, als auch der Veränderung im spezifischen Charakter des Weines einhergehen können, eine große Rolle für den Weinbau. Dies gilt sowohl für den Anbau der Reben, als auch für den Ausbau und die Vermarktung des Weines. Neben der Veränderung der mittleren klimatischen Verhältnisse spielen aber auch Veränderungen im Auftreten und der Intensität von Extremereignissen, wie Hagel, Starkniederschlägen, Dürreperioden, aber auch längere Barfröste oder Veränderungen im Auftreten von Schaderregern und Krankheiten eine wichtige Rolle.

Um mögliche Veränderungen im Rebsortenspektrum und der zukünftigen Anbaueignung neuer Rebsorten durch klimatische Veränderungen für das Weinbaugebiet Sachsen ableiten und bewerten zu können, wurden folgende Themen bearbeitet:

  • Auswertung internationaler Literatur zur Sorteneignung in relevanten Klimaten (Ermittlung von Indizes zur Beurteilung der Anbaueignung und Qualität unterschiedlicher Rebsorten)
  • Analyse des Sortenspektrums im Elbtal
  • Ableitung/Erarbeitung von Sortenanbaustrategien des Weinbaus im Elbtal

Beregnungs- bzw. Bewässerungssysteme in der Landwirtschaft

Im Rahmen des Klimawandels spielt die Bewässerung landwirtschaftlicher Kulturen als eine mögliche Anpassungsmaßnahme vor allem in Regionen mit einer zunehmenden Trockenstressgefahr, abnehmender klimatischer Wasserbilanz und bei beregnungswürdigen Kulturen zur Ertrags- und Qualitätssicherung eine wichtige Rolle. Weiterhin kann eine gezielte, effiziente Bewässerung auf diesen Standorten für eine bessere Nährstoffverfügbarkeit und eine effizientere Düngerausnutzung in Trockenperioden sorgen. Die Bewässerung ist damit ein Instrument zur Risikominimierung bei zunehmend variableren Wetter- und Klimabedingungen.

Im Teilprojekt erfolgte die Bearbeitung folgender Themen:

  • Regionsbezogene Auswirkungen der Klimaveränderungen auf beregnungsrelevante Größen
  • Ermittlung der derzeitigen Randbedingungen und der Situation der Bewässerung in Sachsen und der REGKLAM-Region
  • Wirtschaftlichkeitsberechnungen, u.a. anhand eines Beispielbetriebes, für unterschiedliche landwirtschaftliche Kulturen und Auswertung,
  • Aufzeigen möglicher Anpassungsmaßnahmen, auch im Hinblick auf die Umsetzung eines integrierten regionalen Klimaanpassungsprogramms für die REGKLAM-Region Dresden (IRKAP) und Bewertung hinsichtlich ihrer Praxisrelevanz, Umsetzbarkeit und regionsbezogenen Anforderungen.

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Alternative Anbausysteme

In den letzten Jahren hat ein sprunghafter Anstieg des Einsatzes und der Verwendung nachwachsender Rohstoffe zur stofflichen und energetischen Nutzung stattgefunden. Durch steigende Energiepreise und die Abhängigkeit von Ölpreisen und –förderländern wird in Zukunft mit einem weiteren Anstieg der Nachfrage zu rechnen sein. In Kombination mit den zu erwartenden Klimaveränderungen müssen für diese Anbauformen geeignete Anpassungsmaßnahmen entwickelt und umgesetzt werden, um negative Entwicklungen zu vermeiden und positive Synergien (z.B. zwischen Land- und Forstwirtschaft) zu nutzen.

Zur Einschätzung und Bewertung der derzeitigen Situation und zukünftiger Entwicklungspotenziale in der REGKLAM-Region wurden folgende Themenschwerpunkte bearbeitet:

  • Ermittlung, Darstellung und Bewertung des aktuellen Anbaus nachwachender Rohstoffe in Sachsen und der REGKLAM-Region
  • Aufzeigen und Darstellung der verschiedenen Anbaualternativen und –möglichkeiten
  • Möglichkeiten und Auswirkungen von Agroforstsystemen und Kurzumtriebsplantagen
  • Möglichkeiten und Stand der stofflichen und energetischen Nutzungen nachwachsender Rohstoffe in der REGKLAM-Region
  • Diskussion und Bewertung der Möglichkeiten und Grenzen des Anbaus nachwachsender Rohstoffe als Anpassungsmöglichkeit an klimatische Veränderungen für die REGKLAM-Region

Nutzung des Entscheidungshilfesystems LandCaRe-DSS

Die Entwicklung und Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen durch Auswertung von Beobachtungen und Praxisversuchen sollte durch modellbasierte Klimafolgenszenarien ergänzt werden. Dieses Wissen über zukünftige Klimaentwicklungen in Form von Klimaprojektionen und Simulationen ihrer Wirkung auf landwirtschaftliche Prozesse in konkreten Regionen können nur mit Hilfe von Datenbanken und Modellen dargestellt werden. Um den Umgang mit solchen Daten zu erleichtern und flexibel zu gestalten, werden sie über modellbasierte Entscheidungshilfesysteme zugänglich gemacht. Das LandCaRe-DSS wurde eigens für die Landwirtschaft im Klimawandel entwickelt und im Projekt hinsichtlich seiner Datenbanken auf die Modellregion sowie Bedingungen von Modellbetrieben angepasst. 
Die reale Forschung, wie sie oben hinsichtlich Pflanzen-/ Wein- und Obstbau, der Auswahl von Fruchtarten und  bestimmter Bewirtschaftungsmaßnahmen skizziert wurde, kann so durch modellhafte Analysen unter Bedingungen des Klimawandels ergänzt werden. Die Arbeiten im Projekt sich nicht als abschließend, sondern als Beginn einer regelmäßigen Nutzung des DSS zu verstehen.
Folgende Veränderungen und Prozesse wurden unter möglichen zukünftigen Klimaentwicklungen mit dem LandCaRe-DSS bisher bearbeitet:

  • Temperatur und Niederschlag in Klimazeiträumen und Jahreszeiten
  • Klimabezogene Indizes wie Klimatische Wasserbilanz, Thermische Vegetationsperiode, Rebsortenindex nach Huglin, Obstbauindex nach Schwärzel
  • Phänologische Jahreszeiten und Entwicklungsphasen landwirtschaftlicher Fruchtarten
  • Ernteertrag und Zusatzwasserbedarf in den verschiedenen Agrarstrukturgebieten
  • Ernteertrag einzelner Schläge von Betrieben ohne und mit Beregnung
  • Wirtschaftlichkeit von Fruchtarten und Beregnung unter verschiedenen Preis- und Kostenszenarien

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Ergebnisse

Im Teilprojekt sind die folgenden Ergebnissen entstanden:

  • Anpassungsmaßnahmen
    im Bereich Sortenstrategie/Bestandesführung
    im Bereich Fruchtfolge
    im Bereich Bodenbearbeitung und Erosionsschutz
    im Bereich Düngung und Pflanzenernährung
    im Bereich Pflanzenschutz
    im Bereich Bewässerung

Ackerbau im Klimawandel: Die wichtigsten Anpassungsmaßnahmen…

…im Bereich Sortenstrategie/Bestandesführung

  • Anbau trockentoleranter und Hitze verträglicher Sorten
  • Risikominderung durch Anbau verschiedener Sortentypen mit unterschiedlichem Abreifeverhalten
  • Standortabhängige Anpassung von Aussaatmengen und –zeiten
  • Dünnere Bestände/geringere Saatstärke im Getreide und Raps zur Verminderung der Wasserkonkurrenz auf trockenen Standorten

…im Bereich Fruchtfolge

  • Diversifizierung
  • Fruchtfolgegestaltung zur Erhöhung der Bodenstrukturstabilität und Nutzung phytosanitärer Effekte
  • Anpassung des Fruchtartenspektrums zur Optimierung des Ertragspotenzials
  • Anbau von Wärme liebenden Arten mit hoher Wasser-Nutzungseffizienz wie z.B  Hirsearten zur Ertragsstabilisierung

…im Bereich Bodenbearbeitung und Erosionsschutz

  • Dauerhaft konservierende Bodenbearbeitung mit Mulchsaat im gesamten Fruchtfolgeverlauf, Strip-till-Verfahren, Direktsaatverfahren, Minimierung der Zeitspanne ohne Bodenbedeckung u. a. durch Fruchtfolgegestaltung sowie Zwischenfruchtanbau, Untersaaten oder Strohmulch (geringere Oberflächenverschlämmung, positiver Einfluss auf Humusgehalt), Vermeidung hangabwärts gerichteter Fahrspuren zur Verminderung der Wassererosionsgefährdung
  • Vermeidung bzw. Beseitigung infiltrationshemmender Bodenverdichtungen, Aufbau und Erhalt stabiler Bodenaggregate durch Förderung der biologischen Aktivität sowie durch Kalkung
  • Erosionsmindernde Flurgestaltung in Verbindung mit dauerhaft konservierender Bodenbearbeitung (Erosionsschutzstreifen, Agroforst, begrünte Hangrinnen, Schlagunterteilung)

…im Bereich Düngung und Pflanzenernährung

  • Sicherung einer optimalen Grundnährstoffversorgung durch bedarfsgerechte Düngung
  • Düngebedarfsermittlung mittels Nmin-Methode sowie mit Verfahren der Pflanzenanalyse zur Anpassung der Düngung an den tatsächlichen Düngebedarf
  • Teilschlagspezifische Düngung auf großen heterogenen Flächen zur Verbesserung von Ertrag, Qualität und Nährstoffeffizienz
  • Anwendung moderner Applikationsverfahren wie Injektions- oder Flüssigdüngung, Unterfußdüngung oder stabilisierter Dünger zur Erhöhung der Nährstoffeffizienz unter trockenen Bedingungen
  • Sicherung einer ausreichenden Humusreproduktion durch angepasste organische Düngung, Belassen des Strohs auf dem Acker, Zwischenfruchtanbau und Fruchtfolgegestaltung, Bilanzierungsverfahren zur Sicherung der Humusreproduktion

…im Bereich Pflanzenschutz

  • Veränderung bzw. Anpassung des Pflanzenschutzmittelspektrums und/oder der Anwendungszeitpunkte
  • Anwendung von Zusatzstoffen für PSM zur Verbesserung der Wirkung bei Trockenheit
  • Weiterentwicklung der Applikationstechnik
  • Förderung des integrierten Pflanzenschutzes
  • Anpassung bzw. Weiterentwicklung von witterungsbasierten Schaderreger-Prognosemodellen
  • Ausbau des Schaderreger-Monitoring
  • Sicherung einer ausreichenden Versuchs- und Untersuchungskapazität

…im Bereich Bewässerung

  • Pflanzenbedarfsorientierte zusätzliche Wasserversorgung zur Stabilisierung der Ertragsbildung besonders auf leichten Standorten
  • Einsatz wassersparender auf Bodenfeuchte basierender Bewässerungsverfahren und -methoden mit hoher Wassernutzungseffizienz
  • Einsatz einer effizienten, Sensor gestützten Bewässerungssteuerung

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Erosionsschutzkonzept

Ermittlung der erosionsgefährdeten Ackerflächen mit EROSION 3D:

In der REGKLAM-Modellregion treten die höchsten Erosionsgefährdungen auf den Lößböden/Lößhügelland westlich, in einem Band südlich von Dresden und das Elbtal entlang, sowie östlich von Dresden auf (siehe Abb. 1). Hier finden sich aber auch die für eine landwirtschaftliche Produktion besten Böden Sachsens, woraus sich auch ein hoher Anteil an Ackerfläche ergibt. Die genannten Räume wurden als sogenannte "hot-spots" ausgewiesen und im weiteren Projektverlauf eingehender untersucht.

Abb. 1: Erosionsgefährdung in Sachsen und der REGKLAM-Region (schwarz), Modellergebnisse EROSION 3D

Erfassung des Anwendungsumfangs der konservierenden Bodenbearbeitung/Direktsaat in den Betrieben der REGKLAM-Modellregion:

Der Anteil der konservierenden Bodenbearbeitung liegt in der REGKLAM-Region bei ca. 53% (Sachsen 50%). Im Bewirtschaftungsjahr 2009/2010 wurde in der REGKLAM-Modellregion der Anbau von Zwischenfrüchten auf ca. 4% der Ackerfläche gefördert (Sachsen 3 %). Aktuelle Daten zeigen leicht ansteigende Anteile des Zwischenfruchtanbaus, sowohl in Sachsen, als auch in der REGKLAM-Region. Bei einem Anteil der Sommerungen an der gesamten Ackerfläche Sachsens von ca. 20 % sind hier noch Reserven für den Anbau von Zwischenfrüchten vorhanden.

 

Darstellung der erosionsmindernden Wirkung der konservierenden Bodenbearbeitung:

Die größten Effekte wurden bei dauerhafter Anwendung der konservierenden Bodenbearbeitung erzielt, werden aber noch durch die Umstellung auf Direktsaat übertroffen.

Abb. 2: Auswirkungen unterschiedlicher Bodenbearbeitung zu Mais auf die Wasserinfiltration (links) und den Bodenabtrag (rechts) in einem Regensimulationsversuch, Körnermais, 38 mm/20 min (Schmidt, 2010) (Klicken um zu vergrößern)

Sowohl durch Direktsaat als auch durch Streifenbearbeitung (Strip-till) kann Erosion z. T. fast vollständig verhindert werden (siehe Abb. 2). Die Streifenbearbeitung bietet den Vorteil, dass nur die Streifen in denen die Pflanzen stehen bearbeitet werden, die Fläche dazwischen bleibt unbearbeitet. Durch dieses Verfahren können die Vorteile einer konservierenden Bodenbearbeitung für den Pflanzenbestand mit den erosionsmindernden/-verhindernden Eigenschaften der Direktsaat kombiniert werden.

 

Prüfung der Notwendigkeit ergänzender Erosionsschutzmaßnahmen:

Ergänzende Erosionsschutzmaßnahmen werden dann notwendig, wenn die konservierende Bodenbearbeitung als wirksamste Maßnahme gegen Bodenerosion nicht dauerhaft umgesetzt werden kann oder aufgrund von Hangneigung und Reliefierung (z. B. Abflusskonzentration in Tiefenlinien und Hangrinnen) nicht die gewünschte Wirkung entfalten kann. Möglichkeiten zur erosionsmindernden Flurgestaltung sind die Hangrinnenbegrünung, die Anlage von Randstreifen und die Schlagunterteilung durch Anlage von Erosionsschutzstreifen, auch in Kombination mit Agroforstsystemen.

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Anpassung von Anbaustrategie und –verfahren im Obst- und Gemüsebau

Im Obst- und Gemüseanbau steht die Qualitätssicherung im Vordergrund um die Vermarktungsfähigkeit zu sichern. Zur Anpassung an den Klimawandel wurden folgende Schwerpunkte identifiziert und untersucht:

  • Bewässerung (Baum- und Strauchbeerenobst, Gemüse)
  • Hagelschutz (Schutznetze, Versicherungen)
  • Überdachungen gegen Starkniederschläge
  • Schädlinge (veränderte Bekämpfungswürdigkeit, Neobiota)
Abb. 3: Süßkirschenanbau unter Überdachung (links), Hagelnetze im Apfelanbau (rechts) (Quelle: Handschack 2010)

Für den Gartenbau lässt sich feststellen, dass die zu erwartenden Klimaextreme für die Branche enorme Kostenbelastungen zur Absicherung der Erzeugung bereits innerhalb des Zeitraums bis 2020/2030 verursachen werden. Schwerpunkte liegen in der Erschließung und Sicherstellung der Wasserversorgung der Bestände sowie in der Errichtung von Schutzeinrichtungen gegen extreme Wetterereignisse (Starkregen, Hagel, Sturm) für besonders wertvolle Obstkulturen. Die dazu benötigten Mittel können dabei einen Umfang von bis zu 57,0 Mio. € erreichen (Lattauschke, 2010). Damit wird die Wirtschaftlichkeit der Verfahren in der Zukunft stark belastet. Der Bedarf an Wasser für die Zusatzbewässerung, dem Produktionsfaktor, der in der Zukunft bei Eintreffen der Klimaprognosen von existenzieller Bedeutung sein wird, wird sich danach im sächsischen Gartenbau, inklusive der derzeit schon bewässerten Flächen, auf bis zu 9,6 Mio. m³ pro Jahr belaufen.

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Sortenanbaustrategie des Weins

Auf Grundlage von Wetterstationsdaten wurde der Huglin-Index von 1991-2010 (für Dresden-Klotzsche) bzw. 1999-2010 (für Pillnitz) berechnet und dem jeweiligen Niederschlag in der Vegetationsperiode (01.04.-31.10.) gegenübergestellt (vgl. Abb. 4). Es wird deutlich, dass in dieser Zeitspanne schon eine weite Spanne unterschiedlicher Temperatursummen auftritt. Der niedrigste Huglin-Index findet sich im sehr kühlen und feuchten Jahr 1996, der höchste im trockenen Extremjahr 2003. Es wird aber auch deutlich, dass in Jahren mit sehr hohen Indizes, d.h. Anbauwürdigkeit wärmebedürftigerer Rebsorten, die Niederschläge sehr gering sind. Am deutlichsten wird dies am Standort Pillnitz im Jahr 2003.

Abb. 4: Hughlin-Index und Niederschlag für Dresden-Pillnitz und Dresden-Klotzsche von 1991-2010 (Klicken um zu vergrößern)

Um einen Ausblick auf mögliche klimabedingte Veränderungen zu werfen, wurde der verfügbare Datensatz für die Wetterstation Dresden-Klotzsche (siehe Abb. 5, blau) mit einer Temperaturerhöhung um 2°C und einer Abnahme der Niederschläge um 10% überprägt (siehe Abbildung, rot). Dies stellt gängige, eher moderate Annahmen für ein Szenario der Veränderungen bis 2050 dar.

Abb. 5: Veränderung des Huglin-Index und des Niederschlages bei einer mittleren Temperaturerhöhung von 2°C und einem Niederschlagsrückgang um 10% bis 2050 (Klicken um zu vergrößern)

Die Grafik zeigt, dass die Anbauwürdigkeit verschiedener Rebsorten, aufgrund der Temperaturerhöhung ansteigt (v. a. rote Sorten wie Cabernet Sauvignon oder Merlot), jedoch wird sich die Wasserversorgung der Reben in der Vegetationsperiode verschlechtern und damit die Trockenstressgefahr verschärfen. Weiterhin ist festzuhalten, dass der derzeit stattfindende Trend (1991-2010), ziemlich exakt einer Temperaturerhöhung um 2°C bis 2050 entspricht. Sollte sich dieser Trend noch verstärken, sind größere Auswirkungen sowohl auf die Anbauwürdigkeit als auch auf Anbauprobleme zu erwarten. Daher muss folgenden Themen zukünftig mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden: Wasserhaushalt von Rebstandorten (Wasserversorgung in heißen Sommern), Erosion (Zunahme durch Starkregenereignisse), Veränderungen von Weininhaltsstoffen (Zunahme des Zuckergehaltes, Abnahme der Säuren und Veränderung von Aromen).

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Beregnungs- bzw. Bewässerungssysteme in der Landwirtschaft

Die Bewässerung ist bei zunehmenden Trockenperioden eine wirksame Anpassungsmaßnahme, um den Feldaufgang sowie die Ertragshöhe und die Qualität der Ernteprodukte zu sichern. Schwerpunkte für eine wirtschaftliche Bewässerung in der REGKLAM-Region liegen vor allem auf Standorten mit sandigen Böden und geringen Niederschlägen (z. B. Heidegebiet, Riesaer-Torgauer Elbtal, Nord- und Ostsachen) und/oder bei speziellen Kulturen, Gemüsebau (z. B. Lommatzscher Pflege), Obstbau, Kartoffeln, Sonderkulturen (z. B. Wein) und Ackerfrüchten in Fruchtfolgen dieser Kulturen. Ein wirtschaftlicher Anbau von Kartoffeln, Obst, Gemüse und einigen Sonderkulturen ist ohne Bewässerung zukünftig kaum mehr möglich. Daher ist für diese Kulturen eine Bewässerung sicherzustellen.

Für eine Bewässerung ist jedoch stets die nachhaltige Wasserverfügbarkeit ohne Beeinträchtigung des Wasser- und Naturhaushalts maßgeblich. Eine Alternative zur Bewässerung ist das Ausweichen auf andere Anbaukulturen. Bei der Bewässerung sollten wassersparende und nach der Bodenfeuchte gesteuerte Bewässerungsverfahren mit hoher Wassernutzungseffizienz zum Einsatz kommen. Weiterhin sind durch entsprechende förderpolitische Maßnahmen geeignete Rahmenbedingungen für die Umsetzung effizienter Bewässerungsverfahren zu schaffen.

In der REGKLAM-Modellregion sollten hinsichtlich der Bewässerung zukünftig folgende Punkte verstärkt Berücksichtigung finden:

  • Verstärkter Einsatz von wassersparenden Bewässerungssystemen und effizienteren Beregnungssteuerungen
  • Nachhaltige Nutzung von Wasservorräten (v. a. Grundwasser)
  • Innovationsförderung: Förderung der Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Effizienzsteigerung von Bewässerungssystemen
  • Prüfung der Ausweitung der investiven Förderung im Hinblick auf den Ausbau der Bewässerungsinfrastruktur
  • Wissenstransfer in die Praxis, Bereitstellung von (regionalen) Informationen und Weiterbildungen für die Praxis.

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Alternative Anbausysteme

Der Anbau von nachwachsenden Rohstoffen umfasst unter dem Aspekt des Klimawandels eine Vielzahl von Anpassungsmöglichkeiten. Energiepflanzen lockern z.B. enge Fruchtfolgen auf und dienen im Rohstoffmix der Diversifizierung des betrieblichen Anbauspektrums. Langfristig können alternative Landnutzungen, wie Kurzumtriebsplantagen und Agroforstsysteme, oder neue Kulturen, wie Hirse und Miscanthus, Anpassungsoptionen auf Trockenstandorten darstellen und bestehende Landnutzungssysteme ergänzen.

Kurzumtriebsplantagen sind eine besonders geeignete Maßnahme auf stark erosionsgefährdeten Flächen. Um die Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion zu minimieren, sollten Plantagen auf Standorten mit geringem ackerbaulichen Nutzungspotenzial oder auf Flächen mit hoher Erosionsgefährdung unter der Berücksichtigung der verwendeten Baumarten, der Befahr- und Beerntbarkeit angebaut werden (z.B. LfULG 2010).

Langfristig könnten bei fortschreitendem Klimawandel auch Agroforstsysteme vorteilhaft eingesetzt werden, da sie den Anbau der gängigen Hauptkulturen erlauben, energetisch oder stofflich nutzbare Biomasse erzeugen, für eine Strukturierung der Landschaft sorgen und das Mikroklima positiv beeinflussen. In der REGKLAM Modellregion liegen nur wenige Erfahrungen mit Agroforstsystemen vor, daher sind ergänzende Untersuchungen unter regionalen Bedingungen notwendig.

Bei einer fortschreitenden Verlängerung der Vegetationszeiten könnte langfristig auch der Zweitfruchtanbau als nachwachsender Rohstoff interessant werden. Nach derzeitiger Lage wird darin erst ab der zweiten Hälfte des Jahrhunderts eine umsetzungswürdige Option gesehen. Vor der Anwendung von alternativen Anbausystemen besteht weiterer Forschungsbedarf und die Notwendigkeit der Entwicklung und Umsetzung von Konzepten in Praxisversuchen.

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Entscheidungsunterstützungssystem LandCaRe-DSS

Nach Übertragung des LandCaRe-DSS auf die Modellregion Dresden wurden erste Klimafolgenszenarien anhand der in REGKLAM verwendeten Klimaprojektionen erarbeitet (siehe Produkt 3.3.1g). Diese beziehen sich auf den Zeitraum 1961-2100 mit Schwerpunkt auf den Klimaperioden 1961-1990, 1991-2020 und 2021-2050. Trendanalysen von temperaturabhängigen Indizes ergaben für Dresden stärkste Veränderungen mit der Klimaprojektion WETTREG2010, gefolgt von REMO, WEREX-IV, WETTREG2006 und CLM20 (alle Emissionsszenario A1B).
Beispielsweise zeigte der simulierte Trend des Rebsortenindex unter der Klimaprojektion WETTREG2010 die beste Übereinstimmung mit dem im Zeitraum 1991-2008 erhobenen Beobachtungswert (siehe Sortenanbaustrategie des Weins). Im Zeitraum 2021-2050 würde in ebenen Lagen ein mittlerer Wert von 1800 (Riesling-Stufe) überschritten.
Auch der Anbauzyklus von landwirtschaftlichen Fruchtarten verkürzt sich am stärksten unter der Projektion WETTREG2010. Am deutlichsten ist dies beim Vergleich der Zeiträume 2021-2050 mit 1961-1990 bei Winterraps (im Mittel -25 Tage) ausgeprägt, gefolgt von Wintergerste, Winterroggen, Winterweizen (-23 bis -21 Tage) und Silomais (-12 Tage).
Bei landwirtschaftlichen Größen wie dem Ernteertrag, der nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Niederschlag abhängig ist, ergeben sich qualitative Unterschiede zwischen den Klimamodellen: ungünstige Entwicklungen bei WETTREG2010, gefolgt von WEREX-IV und WETTREG2006, dagegen positive Entwicklungen unter den Projektionen der dynamischen Klimamodelle REMO und CLM20.
Auf regionaler Ebene ist bis zum Zeitraum 2021-2050 noch eine leichte Zunahme der mittleren Erträge um 5-7% (WETTREG2010) möglich. Im Sächsischen Heidegebiet ist dagegen mit Abnahmen der mittleren Erträge zu rechnen. Dies gilt generell auch für Silomais, der nicht direkt vom CO2-Düngeeffekt profitiert. Der landwirtschaftliche Zusatzwasserbedarf steigt im Zeitraum 2021-2050 unter den statistisch-dynamischen Klimaprojektionen. Er liegt im Sächsischen Heidegebiet mit etwa 100 mm bzw. 140 mm unter Trockenjahrbedingungen am höchsten.
Beregnung wirkte sich bei den Simulationen mit Ausnahme von Winterraps deutlich positiv auf den Ertrag aus. Dies unterstreicht den generell zunehmenden Wasserbedarf bei der Pflanzenproduktion. Ökonomische Analysen auf Betriebsebene zeigten jedoch, dass die Beregnungskosten für Getreide überwiegend nur unter Annahme optimistischer Preis- und Kostenszenarios gedeckt wären. Nur auf ertragsstarken Standorten würden die zukünftigen prozesskostenfreien Leistungen unter Beregnung die gegenwärtigen übersteigen.

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Produkte

P3.3.1a Ergebnisbericht „Anpassungsmaßnahmen Ackerbau“

P3.3.1b Ergebnisbericht „Erosionsschutzkonzept“

P3.3.1c Ergebnisbericht „Anpassung von Anbaustrategien und –verfahren im Obstbau“

P3.3.1d Ergebnisbericht „Sortenanbaustrategien des Weinbaus“

P3.3.1e Ergebnisbericht „Beregnungs- bzw. Bewässerungssysteme“

P3.3.1f Ergebnisbericht „Möglichkeiten alternativer Landnutzung durch den Anbau von speziellen Energiepflanzen sowie der stofflichen Nutzung landwirtschaftlicher Rohstoffe“

P3.3.1g: Bereitstellung des regional angepassten Entscheidungshilfesystems LandCaRe-DSS

 

weitere Publikationen:

Köstner, B. Bernhofer, Ch. Anter, J. Berg, M. Franke, J., Gömann, H.,  Kersebaum, K.C., Kreins, P., Kuhnert, M. Lindau, R., , Manderscheid, R., Mengelkamp, H.-T., Mirschel, W., Nendel, C., Nozinski, E., Richwien, M., Pätzold, A., Simmer, C., Stonner, R., Weigel, H.J., Wenkel, K.-O., Wieland, R. (2009) Anpassung ländlicher Räume an regionale Klimaänderungen – die Wissensplattform LandCaRe-DSS. In: Mahammad Mahammadzadeh, Hendrik Biebeler und Hubertus Bardt (Hrsg.) 2009: Klimaschutz und Anpassung an die Klimafolgen - Strategien, Maßnahmen und Anwendungsbeispiele. Köln, 295-301


Köstner B, Wenkel K-O, Bernhofer Ch, 2013: Neue modellbasierte Informationssysteme für Klimafolgenszenarien in der Landwirtschaft. PROMET, 38, Heft 1/2, 42-52


Wenkel, K.-O., Mirschel, W., Berg, M., Nendel, C., Wieland, R., Köstner, B. 2011: Klimawandel. Fluch oder Segen für die Landwirtschaft? Was die LandCaRe-Simulationen sagen. Senat der Bundesforschungsinstitute. Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz. Forschungsreport 2/2011, 4-8

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