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Steuergrößen von Wasserqualität und ihrer Dynamik in Einzugsgebieten: Eine Deutschland-weite Analyse mit daten-getriebenen Modellen

Eine sichere Wasserversorgung ist eines der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen in der Agenda 2030. In Mitteleuropa und Deutschland sind hohe Nährstoffeinträge in Grund- und Oberflächenwässer und schließlich auch in die marinen Systeme nach wie vor einem Problem für aquatische Ökosysteme und die Sicherung der Wasserversorgung. Auf der räumlichen Skala von Flusseinzugsgebieten interagieren dabei eine Vielzahl von Eintragspfaden und Prozessen, die ein mechanistisches Verständnis und klare Ursache-Wirkungs-Beziehungen erschweren. In den letzten Dekaden wurden große Anstrengungen unternommen, Kläranlage zu ertüchtigen und damit Einträge von Phosphor und Stickstoff deutlich zu reduzieren. Andererseits sind diffuse Einträge aus der Landwirtschaft immer noch bedeutend und aufgrund der langen Transportzeiten von der Quelle zur Vorflut schwer zu managen. Es ist momentan schwer abzuschätzen, wie schnell sich Maßnahmen zur Verringerung von Stickstoffüberschüssen in der Landwirtschaft auf die Wasserqualität und ihre zeitlich-räumliche Variabilität in der Vorflut auswirken. In diesem Antrag wird ein einzigartiger Datensatz von Wasserqualität und -quantität über ganz Deutschland hinweg verwendet und einer systematischen Daten-getriebenen Analyse unterzogen. Der Datensatz basiert auf dem langjährigen Monitoring von Wasserqualität der einzelnen Bundesländer und wurde vom UFZ zusammengestellt. In der Analyse dieser Daten werden Muster in der Konzentrationsvariabilität aber auch den Beziehungen zwischen Konzentration und Abfluss verwendet, um Rückschlüsse auf dominante Prozesse und Eintragspfade im Einzugsgebiet zu schließen. Die Arbeit ist dabei auf drei Ziele fokussiert: (a) Die Klassifikation der Einzugsgebiete hinsichtlich ihres Nährstoff-Exportregimes für Daten ab dem Jahr 2010. (b) Die zeitliche Entwicklung der Stickstoff:Phosphor-Stöchiometrie für längere Zeitreihen im Wechselspiel von Punkt- und diffusen Quellen. (c) Die Langzeit-Trajektorien des Nährstoffexports aus Einzugsgebieten und einer möglichen Entwicklung zu chemostatischen Verhältnissen mit geringer Konzentrationsvariabilität aufgrund flächiger landwirtschaftlicher Einträge. Dabei ermöglichen innovative daten-getriebene Methoden und der einzigartige Datensatz einen neuen Blick auf die Steuergrößen von Nährstoffexporten im mitteleuropäischen anthropogen überprägten Landschaftsbild. Die Ergebnisse ebnen zum einen den Weg für komplexitätsreduzierte Wasserqualitäts-Modelle auf der Skala von Einzugsgebieten. Zum anderen haben die Ergebnisse Relevanz für weitere Fachgebiete, wie der aquatischen Ökologie und des Umweltmanagements.

Überschuss der Stickstoff-Flächenbilanz der Landwirtschaft in den Kreisen für die Jahre 1995-2023 (3-jährige Mittelwerte) (Datensatz)

Die Stickstoff-Gesamtbilanz (synonym: Hoftorbilanz, Sektorbilanz, Stoffstrombilanz) für die Landwirtschaft umfasst die drei Komponenten: Flächenbilanz (Pflanzen- bzw. Bodenproduktion), Stallbilanz (tierische Erzeugung) und Biogasbilanz (Erzeugung von Biogas). Für regionale Gliederungen unterhalb der Ebene des Bundesgebietes, das heißt für Bundesländer, Kreise oder Gemeinden, können nach wie vor aufgrund der eingeschränkten Datenverfügbarkeit im Regelfall nur Flächenbilanzen ermittelt werden. Grundsätzlich ist an regionalisierte Bilanzierungen die Forderung zu stellen, dass sich mit der jeweiligen Methodik ein annähernd identischer Wert des Flächenbilanzüberschusses berechnet (in der Summe über alle regionalen Einheiten im Bundesgebiet) wie für Deutschland als Ganzes. Die Zeitreihe des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL 2024) für das Bundesgebiet ist dabei als Referenzwert anzusehen. Der N-Überschuss der Flächenbilanz entspricht der Differenz zwischen den N-Zufuhren und den N-Abfuhren auf der landwirtschaftlich genutzten Fläche der Kreise während eines Bilanzjahres. In der vorliegenden Berechnung beinhaltet der Flächenbilanz-Überschuss den Eintrag von Stickstoff in den Boden (i) ohne Abzug der NH3-Verluste, die bei der Ausbringung von Wirtschaftsdünger, Gärresten und Mineraldünger auf der Fläche auftreten, sowie (ii) ohne Abzug von N2-, NOX- und N2O-Emissionen aus dem Boden, die in Folge von Nitrifikation und Denitrifikation entstehen. Weiterhin werden die N-Verluste infolge des Abbaus der organischen Bodensubstanz in anmoorigen und Moor-Böden unter Acker- und Grünland-Nutzung nicht berücksichtigt.

Überschuss der Stickstoff-Flächenbilanz der Landwirtschaft in den Kreisen für die Jahre 1995-2023 (3-jährige Mittelwerte) (Anwendung)

Die Stickstoff-Gesamtbilanz (synonym: Hoftorbilanz, Sektorbilanz, Stoffstrombilanz) für die Landwirtschaft umfasst die drei Komponenten: Flächenbilanz (Pflanzen- bzw. Bodenproduktion), Stallbilanz (tierische Erzeugung) und Biogasbilanz (Erzeugung von Biogas). Für regionale Gliederungen unterhalb der Ebene des Bundesgebietes, das heißt für Bundesländer, Kreise oder Gemeinden, können nach wie vor aufgrund der eingeschränkten Datenverfügbarkeit im Regelfall nur Flächenbilanzen ermittelt werden. Grundsätzlich ist an regionalisierte Bilanzierungen die Forderung zu stellen, dass sich mit der jeweiligen Methodik ein annähernd identischer Wert des Flächenbilanzüberschusses berechnet (in der Summe über alle regionalen Einheiten im Bundesgebiet) wie für Deutschland als Ganzes. Die Zeitreihe des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL 2024) für das Bundesgebiet ist dabei als Referenzwert anzusehen. Der N-Überschuss der Flächenbilanz entspricht der Differenz zwischen den N-Zufuhren und den N-Abfuhren auf der landwirtschaftlich genutzten Fläche der Kreise während eines Bilanzjahres. In der vorliegenden Berechnung beinhaltet der Flächenbilanz-Überschuss den Eintrag von Stickstoff in den Boden (i) ohne Abzug der NH3-Verluste, die bei der Ausbringung von Wirtschaftsdünger, Gärresten und Mineraldünger auf der Fläche auftreten, sowie (ii) ohne Abzug von N2-, NOX- und N2O-Emissionen aus dem Boden, die in Folge von Nitrifikation und Denitrifikation entstehen. Weiterhin werden die N-Verluste infolge des Abbaus der organischen Bodensubstanz in anmoorigen und Moor-Böden unter Acker- und Grünland-Nutzung nicht berücksichtigt.

Umweltindikatoren NRW

Die Umweltindikatoren des LANUK sind Mess- und Kennzahlen, mit denen sowohl die aktuelle Umweltsituation als auch Entwicklungstrends übersichtlich dargestellt und bewertet werden können. Durch Umweltindikatoren werden komplexe Aspekte, wie z. B. die Luftqualität, die Gewässergüte , der Energie- und Rohstoffverbrauch oder die Inanspruchnahme von Freiflächen messbar. Eine Beschreibung des Umweltzustandes durch Umweltindikatoren erhebt nicht den Anspruch, ein vollständiges Bild zu zeichnen. Vielmehr sollen relevante Teilaspekte hervorgehoben werden, deren Zustand und Entwicklung von besonderem Interesse ist. Entsprechend dem Erhebungsturnus wird auf Basis der jeweils verfügbaren Daten der Indikatorensatz im Internet einmal im Jahr aktualisiert. Im Datensatz sind Zeitreihendaten zu den folgenden NRWUmweltindikatoren enthalten: -Treibhausgasemissionen -Erneuerbare Energien bei Primärenergie- und Bruttostromverbrauch -Kraft-Wärme-Kopplung bei Nettostromerzeugung -Primär- und Endenergieverbrauch -Energieproduktivität -Rohstoffverbrauch und Rohstoffproduktivität -Stickstoffoxidemissionen -Stickstoffdioxidkonzentration im städtischen Hintergrund -Ozonkonzentration im städtischen Hintergrund -Feinstaubkonzentration im städtischen Hintergrund -Lärmbelastung -Haushaltsabfälle und Verwertung -Flächenverbrauch -Schwermetalleintrag an ländlichen Stationen -Ökologischer Zustand der oberirdischen Fließgewässer -Nitratkonzentration im Grundwasser -Gefährdete Arten -Naturschutzflächen -Laub-/Nadelbaumanteil -Waldzustand -Stickstoff- und Säureeintrag -Ökologische Landwirtschaft -Landwirtschaftsflächen mit hohem Naturwert -Stickstoff-Flächenbilanz (Stickstoff-Überschuss der landwirtschaftlich genutzten Fläche)

Stickstoff-Flächenbilanzsaldo aus der Landwirtschaft auf Gemeindeebene (2019)

Stickstoffbilanzen (N-Bilanzen) sind ein wichtiges Instrument, um die Stickstoffemissionen (Stickstoffüberschüsse) aus der Landwirtschaft zu quantifizieren. Zur Berechnung des N-Flächenbilanzsaldos wird der N-Zufuhr (auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche) die N-Abfuhr gegenübergestellt: N-Zufuhr – N-Abfuhr = N-Saldo Im Rahmen des landesweiten Basis-Emissionsmonitorings wird ein N-Flächenbilanz-Modell verwendet, welches am Johann Heinrich von Thünen-Institut entwickelt und an die regionalen Bedingungen in Niedersachsen angepasst wurde. Das Ergebnis sind auf Basis der Agrarstatistik berechnete Stickstoff-Flächenbilanzen auf Gemeindeebene, die mit jedem Erscheinen der Landwirtschaftszählung bzw. Agrarstrukturerhebung neu berechnet werden können (alle 3 bis 4 Jahre). Der berechnete N-Flächenbilanzsaldo wird in [kg N/ha*a] bezogen auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche (ohne Stilllegungsflächen) ausgegeben. Die dargestellten N-Flächenbilanzsalden2016 sind eine wichtige Grundlage zur Berechnung der potenziellen Nitratkonzentration im Sickerwasser. Die potenzielle Nitratkonzentration dient der Abschätzung der Sickerwassergüte an der Untergrenze des Wurzelraumes. Zu beachten ist, dass die in die N-Flächenbilanzsalden eingeflossenen Daten der Agrarstatistik zu Tierzahlen und Flächennutzung nach dem Betriebssitzprinzip erhoben wurden und somit räumliche Verschiebungen möglich sind. Detaillierte Methodenbeschreibung siehe: Methodik_Basis_Emissionsmonitoring_LBEG.pdf

Stickstoff-Flächenbilanzsaldo aus der Landwirtschaft auf Gemeindeebene (2019) (WMS Dienst)

Stickstoffbilanzen (N-Bilanzen) sind ein wichtiges Instrument, um die Stickstoffemissionen (Stickstoffüberschüsse) aus der Landwirtschaft zu quantifizieren. Zur Berechnung des N-Flächenbilanzsaldos wird der N-Zufuhr (auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche) die N-Abfuhr gegenübergestellt: N-Zufuhr – N-Abfuhr = N-Saldo Im Rahmen des landesweiten Basis-Emissionsmonitorings wird ein N-Flächenbilanz-Modell verwendet, welches am Johann Heinrich von Thünen-Institut entwickelt und an die regionalen Bedingungen in Niedersachsen angepasst wurde. Das Ergebnis sind auf Basis der Agrarstatistik berechnete Stickstoff-Flächenbilanzen auf Gemeindeebene, die mit jedem Erscheinen der Landwirtschaftszählung bzw. Agrarstrukturerhebung neu berechnet werden können (alle 3 bis 4 Jahre). Der berechnete N-Flächenbilanzsaldo wird in [kg N/ha*a] bezogen auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche (ohne Stilllegungsflächen) ausgegeben. Die dargestellten N-Flächenbilanzsalden2016 sind eine wichtige Grundlage zur Berechnung der potenziellen Nitratkonzentration im Sickerwasser. Die potenzielle Nitratkonzentration dient der Abschätzung der Sickerwassergüte an der Untergrenze des Wurzelraumes. Zu beachten ist, dass die in die N-Flächenbilanzsalden eingeflossenen Daten der Agrarstatistik zu Tierzahlen und Flächennutzung nach dem Betriebssitzprinzip erhoben wurden und somit räumliche Verschiebungen möglich sind. Detaillierte Methodenbeschreibung siehe: Methodik_Basis_Emissionsmonitoring_LBEG.pdf

Nutzung der harmonisierten Wasserhaushaltsmodellierung (LARSIM-ME der BfG) bei der bundesweiten Stoffeintragsmodellierung mit MoRE, Bewertung von Maßnahmen zur Verminderung von Nitrateinträgen in die Gewässer auf Basis regionalisierter Stickstoff-Überschüsse

Zur Bewertung der Effizienz von Maßnahmen im landwirtschaftlichen Bereich bezüglich Eutrophierung sind regionaliserte Stickstoffüberschüsse eine wichtige, aber auch problematisch zu ermittelnde Kenngröße. Allerdings können Stickstoff-Flächenbilanzen für regionale Einheiten (bspw. Gemeinden, Kreise) aufgrund der Unsicherheiten in der Schätzung der N-Zufuhr mit der Mineraldüngung sowie der N-Abfuhr mit Rauhfutter nicht unerheblich verzerrt sein. In dem Vorhaben soll die Methodik zur Ermittlung der N-Bilanzüberschüsse verbessert werden, um in der Stoffeintragsmodellierung diese Kenngröße mit höherer Ergebnis- und Prognosequalität verwenden zu können.

Vielfältige Veränderungen für eine zukunftsfähige Landwirtschaft

<p>Vielfältige Veränderungen für eine zukunftsfähige Landwirtschaft </p><p>Die Landwirtschaft in Deutschland ist einem immensen Veränderungsdruck ausgesetzt. Klar ist: Wir müssen etwas ändern. Wie diese Änderungen genau aussehen, ist ungewiss. Am 22. November diskutierte die Kommission Landwirtschaft am Umweltbundesamt (KLU) ihre Empfehlungen zu fünf Themen für den Übergang zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft mit der Öffentlichkeit.</p><p>Etwa 140 Personen kamen zur KLU-Dialogtagung „Landwirtschaft quo vadis?“, um die Empfehlungen der KLU kennenzulernen und über eine nachhaltigere Landwirtschaft zu diskutieren. Die Entscheidungstragenden aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft, Beschäftigte aus landwirtschaftlichen Betrieben und Fachleute von Gremien und Verbänden widmeten sich den Themen ländliche Entwicklung, Nährstoffüberschüsse, Ernährungsindustrie, internationaler Agrarhandel und Digitalisierung in der Landwirtschaft. Prof. Alois Heißenhuber, Vorsitzender der KLU: „Die KLU hat den Auftrag, den Diskussionsprozess um die Entwicklung einer nachhaltigen Landwirtschaft zu befeuern.“</p><p>Der ländliche Raum hat Probleme, weil für die Politik die Wirtschaftlichkeit der Betriebe im Vordergrund steht. Beim Thema <strong>Landwirtschaft, Umwelt und nachhaltige ländliche Entwicklung</strong> empfiehlt die KLU der Politik deshalb die Gesamtheit des ländlichen Raumes mit ihren naturräumlichen und kulturellen Besonderheiten zu fördern. Ein neues Leitbild „Ländlicher Raum“ ist dringend erforderlich. Darin stimmten große Teile des Publikums mit der KLU überein.&nbsp; In der Diskussion&nbsp; wurde aber auch klar, dass ein konsensuales Leitbildes zu entwickeln, Zeit und zusätzlicher Ressourcen bedarf. Eine Chance dafür bietet die Gemeinsame Agrarpolitik (GAP) ab 2020 mit ihrem Fokus auf nationale Verantwortung.&nbsp; <br>&nbsp;<br>In der Präsentation zu <strong>Stickstoff- und Phosphorströmen in der Landwirtschaft</strong> machte die KLU klar, dass Stickstoffüberschüsse in der Landwirtschaft ein seit langem bestehendes Problem sind.&nbsp; EU-Vorgaben und nationale Zielen werden nicht eingehalten. Die KLU empfiehlt deswegen einen Strukturwandel in der Landwirtschaft, der Tierhaltung und Ackerbau zusammenführt. In der Diskussion wurde klar, dass selbst eine gute bundeseinheitliche Düngeverordnung das Problem nur verringern, aber nicht lösen kann.&nbsp; Dazu sind die naturräumlichen Gegebenheiten zu verschieden.&nbsp; Regionen, die gesetzliche Vorgaben einhalten und trotzdem zu hohe Nitratwerte im Grundwasser haben, wären dann nicht erfasst. Auf der anderen Seite ist es teilweise schwierig die gesetzlichen Vorgaben zu erfüllen da eine präzise Düngung extrem komplex ist. Hier ist die Wissenschaft gefragt gute Konzepte zu entwickeln.</p><p>Die Produktion von Lebensmitteln verursacht Umweltschäden. Diese sind in&nbsp; billigen Lebensmittelpreisen oft nicht enthalten. Das war der Kern des Themas&nbsp;<strong>Ernährungsindustrie, Handel und Konsum</strong>. Verbraucherinnen und Verbraucher wissen oft nicht, wie die Produkte entstanden sind. Die KLU empfiehlt deswegen ein staatliches und unabhängiges Lebensmittelsiegel.&nbsp; Der dringend notwendige Paradigmenwechsel stand im Fokus der anschließenden Diskussion. Lebensmittel dürfen nicht als eine Ware wie jede andere betrachtet werden, sondern müssen als Produkte wertgeschätzt werden, die Lebensqualität beeinflussen und einen Einfluss auf die Umwelt haben. Verbraucher und Verbraucherinnen müssen Verantwortung übernehmen. Entsprechende Labels müssen es ihnen aber auch ermöglichen&nbsp; dies zu tun.</p><p><strong>Internationaler Agrarhandel</strong>&nbsp; kann den allgemeinen globalen Wohlstand fördern, hat aber auch seine Schattenseiten. Er führt zu Abholzung des Regenwaldes und vertreibt die indigenen Bevölkerung im Exportland. Handel ist auch eine Ursache für die Nährstoffüberschüsse, die bei der Produktion von tierischen Produkten für den Export in Deutschland entstehen. Die KLU empfiehlt deshalb verantwortungsvolle Lebensmittelexporte, Importe von zertifizierten Erzeugnissen und die Integration von Nachhaltigkeitsaspekten in Handelsabkommen. Die Diskussion zeigte, dass internationale Abkommen zum Handel ein wertvolles Instrument zur Verbesserung der sozialen und ökologischen Bedingungen der Landwirtschaft sein können, auch wenn sie viele Schwächen haben. Gleichzeitig kann die Handelspolitik helfen, der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=Nachhaltigkeit#alphabar">Nachhaltigkeit</a>⁠ Nachdruck zu verleihen.</p><p>Die Verbesserte Umweltwirkung der Landwirtschaft durch digitale Transformation stand im Fokus der letzten Präsentation.&nbsp;<strong>Digitalisierung in der Landwirtschaft</strong> kann einen schonenderen Umgang mit Ressourcen ermöglichen. Sie&nbsp; kann aber durch eine&nbsp; Steigerung der Effizienz&nbsp; bestehende Probleme, wie ausgeräumte Landschaften, noch verstärken. Die KLU empfiehlt der Politik, hier Verantwortung zu übernehmen, damit die neuen Techniken die Entwicklung einer multifunktionalen Landwirtschaft unterstützen.&nbsp; Digitalisierung hat ein großes Potential, kann aber engagierte Landwirtinnen und Landwirte nicht ersetzen. Darin war sich das Publikum einig. Eine vielfältige, standörtlich angepasste Landwirtschaft ist nicht die Kernkompetenz von Robotern und Computern, sondern die von bäuerlichem Wissen. Damit die Digitalisierung ihr Versprechen an eine Ökologisierung der Landwirtschaft einlösen kann, ist, eine gute Ausbildung der Beschäftigten in der Landwirtschaft und sehr viel Forschung nötig. Denn wichtig sind standortangepasste und feldfruchtspezifische technische Lösungen.</p><p>Im Abschlussstatement betonte der Vorsitzende der KLU noch einmal, welche Verantwortung die Politik trägt. „Sie ist dafür verantwortlich, dass ökologische Mindeststandards in der Landwirtschaft festgelegt, dass sie eingehalten werden, und, dass von der Landwirtschaft erbrachte Gemeinwohlleistungen entsprechend honoriert werden. Nur so kann Landwirtschaft nachhaltig werden.“, so Heißenhuber.</p><p>Maria Krautzberger, die Präsidentin des Umweltbundesamtes, schloss die Tagung mit einem Blick auf die Rolle des Umweltbundesamtes. Sie betonte die prominente Rolle der Landwirtschaft im Koalitionsvertrag. Diese zeige, dass das Thema nachhaltige Landwirtschaft nicht nur in der Gesellschaft, sondern auch in der Politik angekommen sei. Die Aufgabe des Umweltbundesamtes sei es, das Umweltministerium fachlich zu unterstützen, wobei die Empfehlungen der KLU hierbei eine entscheidende Rolle spielten.</p><p>Insbesondere sind die im Koalitionsvertrag verankerten Strategien zur Nutztierhaltung und zum Ackerbau entscheidende erste Schritte für die politischen Weichenstellungen in Richtung nachhaltiger Landwirtschaft. In ihrer Rede ging die Präsidentin des Umweltbundesamtes auch auf die GAP ein. Hier sei eine Chance auf eine grundlegende Kurskorrektur vertan. Wichtig sei aber, dass die nationalen Spielräume in der neuen Agrarpolitik genutzt werden. Deutschland könne hier zeigen, wie wichtig ihr das Umsetzen einer nachhaltigen Landwirtschaft sei.</p><p>Die KLU veröffentlichte zur Tagung ihre Positionen in einem Konferenzpapier, das <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/421/dokumente/20181115_klu_konferenzpapier_final.pdf">hier</a> verfügbar ist.</p><p>Zudem können Sie die Vorträge der Tagung <a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/vortraege-klu-dialogtagung">hier</a> nachlesen.</p><p>Zu den oben vorgestellten Themen wird die KLU ausführliche Positionspapiere erarbeiten, in die Anregungen der Dialogtagung einfließen werden.</p>

Integrierte Umweltbewertung von Maßnahmen unter der EU-Nitratrichtlinie: Ein Modellierungsansatz für deutsche Milchviehbetriebe

Landwirtschaftliche Produktion ist für einen Großteil der Stickstoffemissionen in Wasser und Luft verantwortlich. Milchviehhaltung macht dabei einen besonders hohen Anteil der Ammoniakemissionen aus der deutschen Landwirtschaft und ist häufig durch hohe Stickstoff-Flächenbilanzüberschüsse, ein Indikator für Nitratauswaschungen, gekennzeichnet. Die EU-Nitratrichtlinie ist das zentrale Element um Stickstoffemissionen zu reduzieren. Dabei zielt sie auf die Minimierung des Nitrateintrages im Wasserkörper ab. Die Maßnahmen haben jedoch auch Auswirkungen auf andere Formen der Stickstoffemissionen. Ziel des Forschungsvorhabens ist die integrierte Quantifizierung der Umweltwirkungen von Milchviehbetrieben vor dem Hintergrund der Novellierung der Düngeverordnung. Dafür wird das bio-physikalische, voll dynamische, gemischt ganzzahlige, lineare Betriebsmodell FARMDYN verwendet.

Nitrogen soil surface budgets for districts in Germany 1995 to 2017

Background Nitrogen (N) as a key input for crop production has adverse effects on the environment through emissions of reactive nitrogen. Less than 20% of the fertiliser nitrogen applied to agricultural land is actually consumed by humans in meat. Given this situation, nitrogen budgets have been introduced to quantify potential losses into the environment, to raise awareness in nutrient management, and to enforce and monitor nutrient mitigation measures. The surplus of the N soil surface budget has been used for many years for the assessment of potentially water pollution with nitrate from agriculture. Results For the 402 districts in Germany, nitrogen soil surface budgets were calculated for the time series 1995 to 2017. For the first time, biogas production in agriculture and the transfer of manure between districts were included in the budget. Averaged for all districts, the recent N supply to the utilised agricultural area (UAA) totals 227 kg N ha-1 UAA (mean 2015-2017), among them 104 kg N ha-1 UAA mineral fertiliser, 59 kg N ha-1 UAA manure, 33 kg N ha-1 UAA digestate, 14 kg N ha-1 UAA from gross atmospheric deposition, 13 kg N ha-1 UAA biological N fixation, and 1 kg N ha-1 UAA from seed and planting material. The withdrawal with harvested products accounts for 149 kg N ha-1 UAA, resulting in an N soil surface budget surplus of 77 kg N ha-1 UAA. The N surpluses per district (mean 2015-2017) vary considerably between 26 and 162 kg N ha-1 UAA and the nitrogen use efficiency of crop production ranges from 0.53 to 0.79 in the districts. The N surplus in Germany as a whole has remained nearly constant since 1995, but the regional distribution has changed significantly. The N surplus has decreased in the arable farming regions, but increased in the districts with high livestock density. Some of this surplus, however, is relocated to other districts through the transfer of manure. Conclusions The 23-year time series forms a reliable basis for further interpretation of N soil surface surplus in Germany. Agri-environmental programmes such as the limitation of the N surplus through the Fertiliser Ordinance and the promotion of biogas production have a clear effect on the N surplus in Germany as a whole and its regional distribution. © 2020 BioMed Central Ltd.

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