Mit BODIUM4Farmers Bodenfunktionen und Erträge langfristig sichern Boden

BODIUM4Farmers ist eine Webanwendung, um den aktuellen Stand der bodenwissenschaftlichen Forschung für die praktische Landwirtschaft nutzbar zu machen. Sie soll landwirtschaftliche Betriebe dabei unterstützen, eine langfristig tragfähige Bewirtschaftung mit stabilen Erträgen und gesunden Böden zu entwickeln.

Landwirtinnen und Landwirte stehen derzeit vor massiven Herausforderungen: Die Folgen des Klimawandels sind immer deutlicher zu spüren und erschweren sowohl den Anbau als auch die Planungssicherheit der Betriebe. Gleichzeitig wächst der Druck, hohe Erträge zu sichern und dabei möglichst ressourcenschonend und klimafreundlich zu wirtschaften. Nur so lassen sich die Ernährungssicherheit gewährleisten, das Klima und die Umwelt schonen und die Betriebe wirtschaftlich stabil halten.

Ein Schlüssel liegt darin, das natürliche Potenzial der Böden zu nutzen, um einerseits hohe Erträge zu erzielen, gleichzeitig aber auch andere wichtige Funktionen der Böden zu fördern. Dazu zählen unter anderem die Funktionen als 

• Wasser- und Kohlenstoffspeicher, 
• Wasserfilter, 
• Nährstoffpuffer und 
• Lebensraum für Organismen.

Gelingt dies, werden auch die Belastungen für die Umwelt minimiert. Dabei unterscheiden sich die Potenziale der Böden aufgrund ihrer räumlichen Heterogenität erheblich. Eine standortangepasste Bewirtschaftung ist daher entscheidend, um diesen Herausforderungen zu begegnen. 

Standortangepasst wirtschaften

Böden sind relativ träge Systeme. Oft zeigt sich erst nach mehreren Jahren wie stark sich eine Änderung in der Bewirtschaftung auf Erträge und die anderen Bodenfunktionen auswirkt. Allerdings kann jede Anpassung des Managements für einen Betrieb nicht zu unterschätzende wirtschaftliche Risiken bedeuten.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurde die Webanwendung BODIUM4Farmers in Zusammenarbeit mit Praktikerinnen und Praktikern entwickelt. Sie hilft dabei, die Bewirtschaftung standortangepasst zu planen, indem sie verschiedene Bewirtschaftungsweisen auf einer soliden wissenschaftlichen Basis miteinander vergleicht.

BODIUM4Farmers nutzt das systemische Bodenmodell BODIUM. Es schätzt ab, wie sich Erträge und weitere wichtige Funktionen des Bodens unter verschiedenen Produktionssystemen entwickeln. 

Wie sich landwirtschaftliche Maßnahmen auswirken, hängt stark vom jeweiligen Standort ab, insbesondere von seinen spezifischen Bodeneigenschaften und dem lokalen Klima. Deshalb berücksichtigt das Modell diese Faktoren für jeden Schlag individuell. 

Betriebe können verschiedene Bewirtschaftungsweisen schlagspezifisch vergleichen, etwa hinsichtlich der Ertragsfähigkeit sowie der Fähigkeit des Bodens, Wasser, Nährstoffe und Kohlenstoff zu speichern.

All dies lässt sich unter verschiedenen Wetterszenarien testen. So kann abgeschätzt werden, welche Auswirkungen sehr trockene oder sehr feuchte Jahre auf die Bodenfunktionen und zukünftige Erträge haben könnten.

Wo und wie wird BODIUM4Farmers genutzt? 

BODIUM4Farmers läuft als kostenfreie Webanwendung unter www.bodium4farmers.de direkt über den Browser des eigenen Rechners. Nach erfolgreicher Registrierung kann auf einer Deutschlandkarte ein erster Schlag angelegt werden. Auf Basis der Koordinaten werden für die Modellierung Wetterdaten von Stationen des Deutschen Wetterdienstes abgerufen und regionalisierte Bodendaten aus einer Bodenkarte bereitgestellt. Diese basieren auf den Daten der Bodenzustandserhebung Landwirtschaft. Liegen eigene Bodendaten zum genauen Standort vor, können die hinterlegten Daten entsprechend korrigiert werden. Im Anschluss werden Bewirtschaftungsdaten der vergangenen Jahre benötigt, mindestens für eine Fruchtfolge, um den aktuellen Bodenzustand in Bezug auf Wasser- und Nährstoffgehalte beurteilen zu können. Um die Eingabe zu vereinfachen, stehen Excel-Vorlagen bereit. Diese Daten bilden die Grundlage der Simulation.

Es können aber auch komplett neue Fruchtfolgen geplant und simuliert werden. Dazu greift BODIUM4Farmers auf Daten des Leistungs-Kostenrechners Pflanzenbau des KTBL zu.

Wenn die Simulationen erfolgt sind, können die Ergebnisse aus verschiedenen Szenarien miteinander verglichen werden. Dargestellt wird die relative Veränderung des Ertrags und der verschiedenen Bodenfunktionen im Vergleich zu einer Referenz-Fruchtfolge. Dabei werden – wie schon bei der Simulation der Historie – die folgenden Größen betrachtet:

• Kohlenstoffspeicher, 

• Wasser- und Stickstoffnutzungseffizienz, 

• Luftkapazität und 

• Stickstoffrückhaltevermögen. 

Auch die Zeitreihe der absoluten Werte für den gesamten Simulationszeitraum kann angezeigt werden. So lässt sich überprüfen, welche Zeiträume innerhalb der Fruchtfolge für Änderungen verantwortlich sind.

Vorteile für den Betrieb

BODIUM4Farmers unterstützt landwirtschaftliche Betriebe und Beratungsdienste bei der standortsgerechten, langfristigen Bewirtschaftungsplanung. Die Simulation alternativer Anbausysteme hilft im Vorhinein abzuschätzen, wie sich Erträge entwickeln können und welche Risiken nachhaltige Bewirtschaftungspraktiken mit sich bringen. Die gemeinsame Bewertung von Ertrag und zentralen Bodenfunktionen hilft einzuschätzen, wie nachhaltig ein Anbausystem ist. Eine solche Bewertung kann auch für die Kommunikation zwischen landwirtschaftlicher Praxis und anderen relevanten Akteuren hilfreich sein. 

Bleiben die Betriebsdaten privat? 

Die Daten für die Simulationen werden anonymisiert auf dem Server des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) vom BODIUM4Farmers-Modell verarbeitet und stehen dort nur den registrierten Nutzerinnen und Nutzern zur Verfügung. Die Daten in Verbindung mit dem genauen Standort sind ausschließlich im Benutzerkonto hinterlegt und sind dort durch das selbstvergebene Passwort geschützt. 

Beispielsimulation reduzierte Stickstoffdüngung

Auf zwei Standorten, die sich vor allem in der jährlichen Niederschlagsmenge unterscheiden, wurden drei unterschiedliche Szenarien für die Zukunft gerechnet: die Bewirtschaftung bleibt wie gehabt (als Referenz), die Stickstoffdüngung wird in der gesamten Fruchtfolge um 50 Prozent (rote Balken), oder um 25 Prozent reduziert (grüne Balken). 

Was bedeutet das nun für den Ertrag und die Bodenfunktionen im Verlauf der nächsten 25 Jahre? Die Ergebnisse zeigen, dass die Erträge für beide Simulationen im Vergleich zur ursprünglichen Stickstoffdüngung sinken. Allerdings nehmen die Stickstoffnutzungseffizienz und die Stickstoffrückhaltekapazität sowohl am trockeneren als auch am feuchteren Standort zu, was für dieses Beispiel auch zu erwarten ist.