Leibniz Zentrum für Agrarlandschaftsforschung

Ertragslücken und Ertragsstagnation in Deutschland 

– Wissenstand und offene Fragen ‐K. C. Kersebaum

BMEL/ZALF Veranstaltung Boden – Fundament des Lebens                          Berlin 23.11.2015

Herausforderung für den Pflanzenbau der ZukunftSteigende Weltbevölkerung sowie eine veränderte Ernährung erfordert eine deutliche Steigerung der Nahrungsmittelproduktion

Die Fläche zum Anbau von Nahrungsmitteln ist begrenzt und ohne dramatische ökologische Folgen kaum weiter zu erweitern.

Dagegen gehen insbesondere in den Industrie- und Schwellenländern immer mehr hochwertige Produktionsflächen durch Versiegelung verloren.

Zur Sicherung der Welternährung bis 2050 ist daher eine Verdoppelung der Ertragsleistung pro Fläche notwendig.

Dies entspricht einer jährlichen Steigerung der Produktion pro Fläche um ca. 2.5 %

Die Ertragspotenziale sind in vielen Ländern der Erde noch nicht ausgeschöpft.

Lassen sich durch Schließen dieser Ertragsdefizite die notwendigen Steigerungen erreichen?

Definition und beeinflussende Faktoren der Produktion

Potenzieller Ertrag (Yp)

Wasser limitierter Ertrag (Yw)

Wasser und Nährstoff limitiert 

Aktueller Ertrag (Ya) 

CO2StrahlungTemperatur

Genetisches Potenzial

Wasserverfügbarkeit

Wasser‐ und Nährstoffverfügbarkeit

UnkrautKrankheitenSchaderregerSchadstoffe

Bestimmende Faktoren

limitierende Faktoren

limitierende Faktoren

reduzierende FaktorenProd

uktio

nssituation

Produktionsniveau (t/ha)

Van Ittersum et al. 2013

Wie werden Ertragspotenziale abgeschätzt

Abschätzung pro Land/Region aus den höchsten berichteten Erträgen

Aus Daten von Hochertragsversuchsflächen oder Sortenversuchen

Mit Hilfe statistischer Modelle

Mit Hilfe von dynamischen Simulationsmodellen zum Pflanzenwachstum

Globale Realisierung erreichbarer Erträge

Derzeitig erreichter Anteil am erzielbaren Ertrag

Müller et al. 2012, Nature

Ertragspotenziale (Yw) und Ertragslücken für Weizen in DeutschlandGlobal Yield Gap Atlas (www.yieldgap.org)

Yw7793 - 8000

8001 - 8500

8501 - 9000

9001 - 9500

9501 - 10000

[kg TM /ha]Yw-Ya

1728 - 2000

2001 - 2500

2501 - 3000

3001 - 3500

[kg TM /ha]

Schils et al. 2013

Weizenerträge 1961-2013 in Deutschland

5-jähriges gleitendes Mittel

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Weizenerträge Deutschland (FAO Statistik)[t/ha]

Welches sind die Ursachen für die Ertragsstagnation?

Diskutiert werden:

Stagniert der genetische Fortschritt?

Klimawandel und Extremereignisse?

Anbauausweitung auf schlechtere Standorte?

Bodendegradation, Abnahme der Bodenfruchtbarkeit?

Veränderte Fruchtfolgen?

Ökonomische Ursachen?

Veränderte Betriebsgrößen und -strukturen?

Umweltauflagen?

Der genetische Trend in Deutschland zeigt nach obenKornertrag Winterweizen (Sortenversuche der Intensitätsstufe 1 und 2)

Bereinigter K

orne

rtrag [dt/ha

]

Piepho et al. 2014

Beobachtete Ertragstrends sind regional unterschiedlich

0

2

4

6

8

10

12

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

Ertr

ag (t

/ha)

year

Weizenerträge in Regierungsbezirken

Lüneburg, Stat. Region

Köln, Regierungsbezirk

Münster, Regierungsbezirk

Stuttgart, Regierungsbezirk

Karlsruhe, Regierungsbezirk

Freiburg, Regierungsbezirk

Linear (Lüneburg, Stat. Region)

Linear (Köln, Regierungsbezirk)

EUROSTAT, Nuts 3

Klimatische Einflüsse, z.B. ExtremeAnzahl der Tage mit hohen Temperaturen zur Weizenblüte hat deutlich zugenommen 

Gömann et al. 2015

Klimatische Einflüsse, z.B. ExtremeAnzahl der Tage mit Starkniederschlägen hat leicht zugenommen 

und sich von Juni in den Juli und August verschoben (Anstieg der Lagergefahr)

Gömann et al. 2015

Klimatische Einflüsse, z.B. TrockenheitAnzahl der Tage mit geringer Bodenfeuchte im Sommerhalbjahr hat zugenommen 

Gömann et al. 2015

Änderung der Landnutzung

Gömann et al. 2015

• Vor allem durch Urbanisierung hat die landwirtschaftliche Nutzfläche in Deutschland seit 1960 abgenommen.

• Während die Ackerfläche in Ballungsräumen auf oft guten Standorte abnahm, erfolgte eine Ausdehnung oft zu Ungunsten von Grünlandflächen in anderen Gebieten.

Änderung der Landnutzung

Gömann et al. 2015

Gleichzeitig nahm der Weizenanteil am Ackerland zu.

Änderung des Weizenanteils an der LF von 1999 bis 2010

Damit dürfte insgesamt eine Verschiebung des Weizenanbaus auf schlechtere Standorte verbunden gewesen sein

Standorteigenschaften bestimmen die Vulnerabilität

Variationskoeffizient W. Weizenertrag (1995‐2013) % Ertragsverlust alle 6‐7 Jahre

Gömann et al. 2015

Bodeneigenschaften bestimmen die Vulnerabilität gegenüber Klimaschwankungen: Beispiel Klimawandel in 2 Regionen

Hannover Müncheberg

Kersebaum & Nendel 2014, Eur. J. Agron.

Ertragsänderung 2021‐2050 gegenüber 1962‐1991 (A1B)

Welche Bodeneigenschaften beeinflussen Ertragspotenziale

Textur, organische Substanz und Lagerungsdichte ->

Wasserhaltevermögen und pflanzenverfügbares Wasser

Nährstoffspeicherfähigkeit und Nachlieferungsvermögen

Bodenstruktur und Durchwurzelbarkeit

Grundwasserstand

Verdichtung/Vernässung

Hangneigung/Exposition

Ertragsmindernde Faktoren

BGR

Verständnis für Bodenfunktionen erforderlich

Biologisch Chemisch Physikalisch

CVorrat

Cflüsse

Manage-ment

Filter Nährstoff Wasser

Pflanzenwachstum

Bodentyp

Ertrag

CFestlegung

andereÖkosystemleistungen

Bodeneigenschaften

Bodenfunktionen

SmartSOILnach Olesen 2014

Organische Substanz beeinflusst Bodenfunktionen und Produktivität

‐>Ko‐Referat Herr Wiesmeier

Verbesserung der Corg Gehalte durch pfluglose Bodenbearbeitung?

Review: 69 paarweise Bodenbearbeitungsversuche.Mittlere Differenz der C-Gehalte von Böden unter konventioneller Bearbeitung und Pfluglos.(Luo et al. 2010)

Umstieg von konventioneller Bodenbearbeitung auf pfluglos scheint den Gesamtvorrat and Corg nicht zu erhöhen – aber erhöht den C-Gehalt nahe der Oberfläche (was positiv für einige Bodenfunktionen sein könnte).

Wie beeinflusst organischer Kohlenstoff den Ertrag?

Ertrag

Input intensity (N-fertilisation, pesticides, tillage)

Reduzierter N-Bedarf durch höhere Mineralisation

Höhere Produktivität durchverbesserte Bodeneigenschaften (durch höhere Humusgehalte)

SmartSOILnach Olesen 2014

Fruchtfolgeeffekte auf den Ertrag

Sieling et al. 2005, Eur. J. Agron.

Düngungsreaktion von Weizen auf N‐Gaben in Abhängigkeit von Vor‐ und Vorvorfrucht (OSR = Raps)

N‐Düngung [kg N/ha]

Ertrag [t/ha]

Ist Erreichen des Ertragspotenzials ökonomisch?

Stamm 2008, DLZ

Der ökonomisch optimale Ertrag liegt immer unter dem maximalen

Der Abstand hängt sowohl von den Faktor- als auch den Produktpreisen ab

Ein Niveau von 80-85% des Potenzials ist daher als Zielgröße sinnvoll

Welches sind die Ursachen für die Ertragsstagnation?Stagniert der genetische Fortschritt? NeinKlimawandel und Extremereignisse?

Trägt bei zu größerer Variabilität der ErträgeAnbauausweitung auf schlechtere Standorte?

Spielt eine Rolle und erhöht ErtragsvariabilitätBodendegradation, Abnahme der Bodenfruchtbarkeit?

Ist zu beobachten, aber das Ausmaß ist nicht klarVeränderte Fruchtfolgen?

Verändern den C-Input, Vorfruchtwirkung z. B. auf Bodenstruktur?Ökonomische Ursachen?

Produkt und Faktorpreise bestimmen IntensitätVeränderte Betriebsgrößen?

Schwierigeres Zeitmanagement, suboptimale BestellungUmweltauflagen?

Verringern Intensität, sollten standortspezifisch sein

Die Ursachen sind vielfältig und ihr Beitrag wenig verstanden!

Danke

für Ihre

Aufmerksamkeit