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Die planetare Stickstoff-Leitplanke als Bezugspunkt einer nationalen Stickstoffstrategie

Die planetaren Leitplanken (Planetary Boundaries; PBs) beschreiben einen sicheren Handlungsraum ("safe operating space"), innerhalb dessen mit hoher Wahrscheinlichkeit die Funktionsfähigkeit des Erdsystems in einer für den Menschen günstigen Konstellation erhalten bleibt. Damit können sie die vertikale Integration einer nationalen Stickstoffstrategie mit globalen Nachhaltigkeitskriterien und Umweltzielen - und damit auch die internationale Kooperation - unterstützen. Für eine solche Operati-onalisierung und Anwendung der PBs sind die globalen PB-Werte herunterzuskalieren, räumlich explizit darzustellen (downscaling) und für den jeweiligen Kontext zu übersetzen. Erst dann können sie als Richtwerte (benchmarks) dienen, mit denen der nationale Ist-Zustand der Umwelt zu vergleichen ist, und an den nationale Strategien gegebenenfalls entsprechend angepasst werden können (mainstreaming of the PBs). Die planetare Leitplanke für Stickstoff (N-PB) wird von Steffen et al. (2015) mit 63 Millionen Tonnen pro Jahr angegeben. Diese Leitplanke, die gegenwärtig global um den Faktor 2 überschritten wird, bezieht sich nur auf die beabsichtigte Erzeugung und Freisetzung von reaktivem Stickstoff über biologische Fixierung und Düngeranwendung. Sie umfasst nicht die unbeabsichtigten Freisetzungen über Verbrennungsprozesse. Die vorliegende Studie leitet daraus für Deutschland eine Stickstoff Leitplanke von 0,5-0,7 Millionen Tonnen pro Jahr ab, je nachdem ob der globale Wert bezogen auf Deutschlands Anteil an der globalen Landwirtschaftsfläche oder bezogen auf Deutschlands Anteil an der Weltbevölkerung herunterskaliert wird. Diesem benchmark aus PB-Sicht steht ein gegenwärtiger realer Wert von ca. 2,3 Millionen Tonnen gegenüber. Wenn man zusätzlich die, aufgrund deutschen Konsums und entsprechender Nettoimporte landwirtschaftlicher Produkte, im Ausland verursachten Stickstofffrei-setzungen (external footprints) mit berücksichtigt, liegt dieser Wert noch deutlich höher. Eine solche Anwendung der N-PB weist darauf hin, dass die bisherigen - zumeist noch nicht einmal erreichten - deutschen und europäischen Stickstoffziele aus Sicht globaler Nachhaltigkeitskriterien nicht ambitioniert genug sind. So würde z.B. die Einhaltung der EU emission ceilings directive nur zu einer Reduktion des gegenwärtigen Wertes um knapp 0,5 Millionen Tonnen führen. Selbst bei vollständiger Umsetzung der vom Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) und vom Umweltbundesamt (UBA) geforderten Halbierung des N-Überschusses auf landwirtschaftlichen Flächen, würde die auf Deutschland herunterskalierte N-PB noch immer um ca. 200% überschritten. Zu ihrer Einhaltung wären zusätzliche Emissionsminderungen in der Landwirtschaft und darüber hinaus (v.a. in den Sektoren Ener-gie, Transport und Industrie) erforderlich. Eine Erhöhung der Effizienz der Stickstoffnutzung (nitrogen use efficiency - NUE) auf allen Ebenen und über die gesamte Wertschöpfungskette stellt einen wichtigen Hebel zur Erreichung verschiedener Umwelt- und Nachhaltigkeitsziele dar. Neben der Verminderung der Stickstofffreisetzung in die Umwelt lassen sich zusätzliche Verbesserungen (co-benefits) z.B. in Bezug auf Land, Wasser, Energie, Ernährungssicherheit und andere Entwicklungsziele wie sie in den SDGs benannt sind, erreichen. Durch Erhöhung der Ressourceneffizienz kann der in die Umwelt freigesetzte Anteil des eingesetzten Stickstoffs reduziert werden. Da die N-PB über maximal zulässige Umweltkonzentrationen definiert ist, kann sie bei erhöhter Ressourceneffizienz höher angesetzt werden. Entscheidend für die vertikale Integration von deutschen und internationalen Umweltzielen und Nachhaltigkeitskriterien ist der "Dreiklang" aus i) Verringerung der Stickstofffreisetzung innerhalb Deutschlands, ii) Reduktion des (handelsbedingten) deutschen Stickstoff-footprints im Ausland sowie iii) internationale Kooperation für eine verbesserte Stickstoffnutzung und Ressourceneffizienz in allen Bereichen, z.B. über Investitionen, Entwicklungszusammenarbeit und Wissens- und Technologietransfer. Dieser Dreiklang entspricht auch dem Leitbild der nationalen Implementierung der SDGs, innerhalb Deutschlands unter gleichzeitiger Beachtung dieser Ziele auch im Ausland (implementation in, by and with Germany). Anknüpfungspunkte für eine verbesserte vertikale Politikkohärenz von national über regional bis global sind z.B. die gemeinsame europäische Agrarpolitik, internationale Handelsabkommen sowie die verschiedenen multilateralen Umweltabkommen. Aus der Operationalisierung und Anwendung der N-PB für die integrierte nationale Stickstoffstrategie ergeben sich umgekehrt auch Hinweise für die Weiterentwicklung der planetaren Leitplanke selber, z.B. in Hinblick auf deren Erweiterung über den Landwirtschaftssektor hinaus. Weiterentwicklung der PBs und deren Anwendung müssen iterativ und wechselseitig erfolgen. Dazu sollte die Stickstoffstrategie dynamisch weiterentwickelt werden, so dass neues Wissen (z.B. aus der Begleitforschung) konti-nuierlich eingepflegt werden kann ("adaptive management"). Entsprechend dem systemischen Charakter des PB Konzepts und der Komplexität des Stickstoffkreislaufs, bedarf dies eines umfassenden Dialogs mit Partnern aus allen relevanten Sektoren, gemäß dem Future Earth Prinzip von "co-design & co-production of relevant knowledge", d.h. in wechselseitiger Abstimmung zwischen Politkern, Entschei-dungsträgern und Wissenschaftlern. Quelle: Forschungsbericht

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Saatzucht Streng-Engelen GmbH & Co. KG durchgeführt. Die Minderung von Lachgas- und Nitratverlusten sowie die Steigerung der Stickstoff (N)-Effizienz beim Anbau von Winterweizen können durch Kombination einer stabilisierten, verlustarmen N-Düngung mit züchterisch verbesserten Sorten bzw. Linien erreicht werden. Da das Wurzelsystems für die Nährstoffaufnahme von größter Bedeutung ist, hat sich das F&E-Vorhaben 'NeatWheat' dabei zum Ziel gesetzt, die N-Nutzungseffizienz durch Erfassung der genetischen Variabilität und Nutzung vorteilhafter physiologischer und morphologischer Wurzelmerkmale zu verbessern.

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V., Institut für Landschaftsbiogeochemie durchgeführt. StaPlaRes entwickelt neuartige Technologien im Rahmen der Harnstoff-Düngung mit dem Ziel größtmöglicher Ressourceneffizienz und Umweltschonung. Geprüft werden zwei innovative Verfahren: (1) Stabilisierung: Die kombinierten N-Stabilisierung mit Urease- und Nitrifikationshemmern soll eine signifikante Minderung von N-Verlusten bewirken. (2) Injektion: Durch ein spezielles Side-Dressing, bei dem Harnstoff auch in stehenden Beständen platziert werden kann, sollen NH3-Verluste gemindert werden. Begleitend erfolgen Versuche zum verlustmindernden und ertragssteigenden Potenzial der innovativen Technologien im Gewächshaus. Zentrales Ziel aller Maßnahmen ist die signifikante Erhöhung der N-Effizienz und eine deutliche Senkung der Dünger-N-Verluste. Die Bewertung der Verfahren erfolgt über mittels Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen. Es wurden sechs Arbeitspakete (AP) definiert. Das zentrale Versuchsmodul ist ein dreigliedriger Fruchtfolgeversuch (AP 1). Außerdem werden gasförmige N-Verluste in Form von NH3 (AP 2) und N2O (AP 3) gemessen. In begleitenden Gewächshaus-, Labor- und Lysimeterversuchen werden Effekte der Stabilisierung und Injektion auf N-Umsatzprozesse untersucht (AP 4). Eine weiterführende Bewertung erfolgt durch Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen (AP 5). Der Verbund beinhaltet den zeitnahen Transfer der Erkenntnisse in die landwirtschaftliche Praxis (AP 6). In Teilprojekt 5 werden AP 3 und AP 4 bearbeitet. Schwerpunkte sind die Koordination der Messungen und Berechnungen von N2O-Verlusten sowie Modellversuche zur Denitrifikation.

Teilprojekt E

Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Boden, Wasser, Luft, Lehrstuhl Bodenschutz und Rekultivierung durchgeführt. Ziel von SIGNAL ist die Untersuchung potentiell vorteilhafter ökologisch-ökonomische Interaktionen in Agroforstsystemen (AFS), worunter die gezielte Integration von Bäumen auf Landwirtschaftsflächen verstanden wird, im Vergleich zu konventionellen Anbausystemen mit dem Ziel der nachhaltigen Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Böden. In TP07 ist vorgesehen, die AFS-Erträge unter verschiedenen Rahmenbedingungen und unter Berücksichtigung von Interaktionen zwischen den Kulturen mittels des YieldSAFE Modells zu simulieren. Wesentliche Ziele sind die Ertragsschätzung von AFS auf Schlagebene, die Identifikation ertragssteuernder Schlüsselfaktoren, die Methodenentwicklung zur quantitativen Ermittlung der LER (Möglichkeit zur Systemoptimierung), sowie die Optimierung von AFS mit dem Ziel einer nachhaltig ressourceneffizienten Landwirtschaft. In der ersten Projektphase liegt der Schwerpunkt auf der Gehölz-Modellierung: 7.1.1 Modellvalidierung für bestehende ACS (Kooperation mit TP1/3/5/6); 7.1.2 Auswirkung von Klimaszenarien auf das Wachstum (Verwendung Szenarien nationaler Institute); 7.1.3 Integration baumspezifischer Faktoren (z.B. Wiederaustrieb, Kurz-Rotationen) und 7.1.4. Modellerweiterung bzgl. Nährstoff-Aspekten (z.B. N-Nutzungseffizienz). Im weiteren Projektverlauf sind entsprechende Schritte für die Ackerkulturen sowie die Modell-Integration komplexer Interaktionen zwischen Gehölz und Ackerkultur zur Optimierung der LER-Berechnung vorgesehen (u.a. Input für TP4-2).

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V. durchgeführt. Die Landwirtschaft steht vor der Herausforderung, zielgenaue und effiziente Maßnahmen zur NH3-Emissionsminderung auf den Weg zu bringen, die Effizienz des Stickstoffeinsatzes zu verbessern, sich an den Klimawandel anzupassen und dabei nachhaltig hohe Erträge zu sichern. Rund 15% der NH3-Emissionen der Landwirtschaft stammen aus dem Einsatz synthetischer Stickstoffdünger. Die Emissionen belasten Umwelt, Klima und Gesundheit und sie schmälern die Düngewirkung. Der Forschungsverbund analysiert und bewertet Maßnahmen zur Minderung der NH3-Emission aus der Anwendung synthetischer Stickstoffdünger und zur Steigerung der Effizienz ihrer Anwendung. Im Zentrum der Untersuchungen stehen die Stickstoffdünger Harnstoff, Kalkammonsalpeter, Ammoniumnitrat-Harnstoff-Lösung und Ammoniumsulfat-Harnstoff, die zusammen für über 85% der NH3-Emission aus in Deutschland eingesetzten synthetischen Stickstoffdüngern verantwortlich sind und die ca. 70% des ausgebrachten Stickstoffs mit synthetischen Düngern stellen. Es werden Empfehlungen erarbeitet, wie die Landwirtschaft die Anwendung synthetischer Stickstoffdünger im Kontext der Steigerung der Stickstoffeffizienz und Ertragssicherung optimieren und gleichzeitig umwelt-, klima- und gesundheitsbelastende Emissionen verringern kann. Das Verbundprojekt umfasst sowohl ein deutschlandweites Netzwerk abgestimmter Feldexperimente zur Bewertung von Düngestrategien im Kontext der Ammoniakemissionsminderung, Stickstoffeffizienz und Ertragssicherheit als auch den Wissenstransfer in die Praxis.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SKW Stickstoffwerke Piesteritz GmbH durchgeführt. StaPlaRes entwickelt neuartige Technologien im Rahmen der Harnstoff-Düngung mit dem Ziel größtmöglicher Ressourceneffizienz und Umweltschonung. Geprüft werden zwei innovative Verfahren: (1) Stabilisierung: Die kombinierten N-Stabilisierung mit Urease- und Nitrifikationshemmern soll eine signifikante Minderung von N-Verlusten bewirken. (2) Injektion: Durch ein spezielles Side-Dressing, bei dem Harnstoff auch in stehenden Beständen platziert werden kann, sollen NH3-Verluste gemindert werden. Begleitend erfolgen Versuche zum verlustmindernden und ertragssteigenden Potenzial der innovativen Technologien im Gewächshaus. Zentrales Ziel aller Maßnahmen ist die signifikante Erhöhung der N-Effizienz und eine deutliche Senkung der Dünger-N-Verluste. Die Bewertung der Verfahren erfolgt über mittels Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen. Es wurden sechs Arbeitspakete (AP) definiert. Das zentrale Versuchsmodul ist ein dreigliedriger Fruchtfolgeversuch (AP 1). Außerdem werden gasförmige N-Verluste in Form von NH3 (AP 2) und N2O (AP 3) gemessen. In begleitenden Gewächshaus-, Labor- und Lysimeterversuchen werden Effekte der Stabilisierung und Injektion auf N-Umsatzprozesse untersucht (AP 4). Eine weiterführende Bewertung erfolgt durch Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen (AP 5). Der Verbund beinhaltet den zeitnahen Transfer der Erkenntnisse in die landwirtschaftliche Praxis (AP 6). In Teilprojekt 1 werden AP 1 bis 3, AP 4 und AP 6 bearbeitet. Schwerpunkte sind die Koordination der N-stabilisierten Düngung, ein Fruchtfolgeversuch inklusive N2O- und NH3-Messungen, Gefäß- und Modellversuche sowie Verwertungsansätze. Aufträge an den Deutschen Wetterdienst und die Firma EurochemAgro beinhalten die Entwicklung agrarmeteorologischer Tools und eines NH3-Emissionsmodells.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AGRAVIS NetFarming GmbH durchgeführt. Treibhausgas-Emissionen (THG-Emissionen) können durch eine Erhöhung der Stickstoffeffizienz, mit dem Ziel hoher Erträge bei reduziertem Ressourceneinsatz, vermindert werden. Optimierungen des Stickstoffmanagements im System Boden-Pflanze-Tier tragen wesentlich dazu bei und erlauben es sowohl Lachgas- wie auch Ammoniakemissionen zu reduzieren. Maßnahmen, die zu einer Optimierung des N­ Managements beitragen, erhöhen somit die N-Effizienz und reduzieren THG- und Ammoniakemissionen. In diesem Projekt sollen Managementmaßnahmen zur Optimierung der N-Düngung, insbesondere von Winterweizen und Mais, entwickelt werten und hinsichtlich ihres Beitrags zur Minderung von THG­ Emissionen bewertet werden. Die Arbeiten werden in enger Wechselwirkung mit Landwirten durchgeführt und rückgekoppelt bewertet. Optimierungen des N-Einsatzes und damit Reduktionen der THG-Emissionen können durch bessere Kenntnisse des im Boden vorhandenen verfügbaren bzw. mineralisierbaren Stickstoffs, des präziseren N-Bedarfs und N-Status der Pflanzen, der Kenntnis der Zusammensetzung und der Wirkung flüssiger organischer Wirtschaftsdünger, sowie ihrer technischen Behandlung und ihres emissionsmindernden Einsatzes erreicht werden.

Teilprojekt 8

Das Projekt "Teilprojekt 8" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie durchgeführt. StaPlaRes entwickelt neuartige Technologien im Rahmen der Harnstoff-Düngung mit dem Ziel größtmöglicher Ressourceneffizienz und Umweltschonung. Geprüft werden zwei innovative Verfahren: (1) Stabilisierung: Die kombinierten N-Stabilisierung mit Urease- und Nitrifikationshemmern soll eine signifikante Minderung von N-Verlusten bewirken. (2) Injektion: Durch ein spezielles Side-Dressing, bei dem Harnstoff auch in stehenden Beständen platziert werden kann, sollen NH3-Verluste gemindert werden. Begleitend erfolgen Versuche zum verlustmindernden und ertragssteigenden Potenzial der innovativen Technologien im Gewächshaus. Zentrales Ziel aller Maßnahmen ist die signifikante Erhöhung der N-Effizienz und eine deutliche Senkung der Dünger-N-Verluste. Die Bewertung der Verfahren erfolgt über mittels Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen. Es wurden sechs Arbeitspakete (AP) definiert. Das zentrale Versuchsmodul ist ein dreigliedriger Fruchtfolgeversuch (AP 1). Außerdem werden gasförmige N-Verluste in Form von NH3 (AP 2) und N2O (AP 3) gemessen. In begleitenden Gewächshaus-, Labor- und Lysimeterversuchen werden Effekte der Stabilisierung und Injektion auf N-Umsatzprozesse untersucht (AP 4). Eine weiterführende Bewertung erfolgt durch Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen (AP 5). Der Verbund beinhaltet den zeitnahen Transfer der Erkenntnisse in die landwirtschaftliche Praxis (AP 6). In Teilprojekt 8 werden AP 4 und AP 6 bearbeitet. Schwerpunkte sind Lysimeterversuche, die Einbeziehung von Ergebnissen in ein neues Düngebedarfs- und Bilanzierungsmodell sowie der Wissenstransfer.

Teilprojekt 7

Das Projekt "Teilprojekt 7" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landesanstalt für Landwirtschaft und Gartenbau Sachsen-Anhalt durchgeführt. StaPlaRes entwickelt neuartige Technologien im Rahmen der Harnstoff-Düngung mit dem Ziel größtmöglicher Ressourceneffizienz und Umweltschonung. Geprüft werden zwei innovative Verfahren: (1) Stabilisierung: Die kombinierten N-Stabilisierung mit Urease- und Nitrifikationshemmern soll eine signifikante Minderung von N-Verlusten bewirken. (2) Injektion: Durch ein spezielles Side-Dressing, bei dem Harnstoff auch in stehenden Beständen platziert werden kann, sollen NH3-Verluste gemindert werden. Begleitend erfolgen Versuche zum verlustmindernden und ertragssteigenden Potenzial der innovativen Technologien im Gewächshaus. Zentrales Ziel aller Maßnahmen ist die signifikante Erhöhung der N-Effizienz und eine deutliche Senkung der Dünger-N-Verluste. Die Bewertung der Verfahren erfolgt über mittels Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen. Es wurden sechs Arbeitspakete (AP) definiert. Das zentrale Versuchsmodul ist ein dreigliedriger Fruchtfolgeversuch (AP 1). Außerdem werden gasförmige N-Verluste in Form von NH3 (AP 2) und N2O (AP 3) gemessen. In begleitenden Gewächshaus-, Labor- und Lysimeterversuchen werden Effekte der Stabilisierung und Injektion auf N-Umsatzprozesse untersucht (AP 4). Eine weiterführende Bewertung erfolgt durch Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen (AP 5). Der Verbund beinhaltet den zeitnahen Transfer der Erkenntnisse in die landwirtschaftliche Praxis (AP 6). In Teilprojekt 7 werden AP 1 bis 3 sowie AP 6 bearbeitet. Schwerpunkte sind ein Fruchtfolgeversuch inklusive N2O- und NH3-Messungen, die wissenschaftliche Koordinierung der Platzierungstechnologie sowie der Wissenstransfer.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme durchgeführt. StaPlaRes entwickelt neuartige Technologien im Rahmen der Harnstoff-Düngung mit dem Ziel größtmöglicher Ressourceneffizienz und Umweltschonung. Geprüft werden zwei innovative Verfahren: (1) Stabilisierung: Die kombinierten N-Stabilisierung mit Urease- und Nitrifikationshemmern soll eine signifikante Minderung von N-Verlusten bewirken. (2) Injektion: Durch ein spezielles Side-Dressing, bei dem Harnstoff auch in stehenden Beständen platziert werden kann, sollen NH3-Verluste gemindert werden. Begleitend erfolgen Versuche zum verlustmindernden und ertragssteigenden Potenzial der innovativen Technologien im Gewächshaus. Zentrales Ziel aller Maßnahmen ist die signifikante Erhöhung der N-Effizienz und eine deutliche Senkung der Dünger-N-Verluste. Die Bewertung der Verfahren erfolgt über mittels Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen. Es wurden sechs Arbeitspakete (AP) definiert. Das zentrale Versuchsmodul ist ein dreigliedriger Fruchtfolgeversuch (AP 1). Außerdem werden gasförmige N-Verluste in Form von NH3 (AP 2) und N2O (AP 3) gemessen. In begleitenden Gewächshaus-, Labor- und Lysimeterversuchen werden Effekte der Stabilisierung und Injektion auf N-Umsatzprozesse untersucht (AP 4). Eine weiterführende Bewertung erfolgt durch Ökobilanzen / Ökoeffizienzanalysen (AP 5). Der Verbund beinhaltet den zeitnahen Transfer der Erkenntnisse in die landwirtschaftliche Praxis (AP 6). In Teilprojekt 3 werden AP 1 bis 3 sowie AP 6 bearbeitet. Schwerpunkte sind ein Fruchtfolgeversuch inklusive N2O- und NH3-Messungen sowie der Wissenstransfer.

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