Die Dissertation beschäftigt sich mit den Auswirkungen des Klimawandels auf europäische Agrarmärkte im Jahre 2050, unter besonderer Berücksichtigung der Getreide- und Ölsaatenmärkte. Dazu werden die klimabedingten Änderungen der Pflanzenproduktivität des Vegetationsmodells LPJmL, welche auf fünf unterschiedlichen Klimamodellprojektionen basieren, in das Marktmodell ESIM implementiert. ESIM ist ein partielles Gleichgewichtsmodell, welches explizit Agrarmärkte der einzelnen EU-Mitgliedsstaaten simuliert. Zur Berücksichtigung der Unsicherheiten die der Klima-Einfluss-Modellierung zugrunde liegt, werden in dieser Arbeit zwei Ansätze berücksichtigt. Zunächst wird, mittels Gauss-Quadraturen, Stochastizitätin das Marktmodell implementiert, um die Unsicherheit bezüglich klimawandelbedingter steigender Ertragsvariabilität, zu berücksichtigen. Die zweite Methode verwendet die fünf individuellen Produktivitätsänderungen aus dem Vegetationsmodell, woraufhin eine Verteilung der Ergebnisse generiert wird. Darüber hinaus wird das Anpassungsverhalten der Landwirte in das Marktmodell integriert. Dies wird mittels der durch den Klimawandel veänderten Profitabilität der Ackerpflanzen berücksichtigt. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Pflanzenproduktivität innerhalb der EU, zumindest bis zum Jahre 2050, weitestgehend positiv vom Klimawandel beeinflusst wird. Die Stärke der Auswirkungen variiert jedoch stark zwischen den einzelnen Ackerpflanzen und Ländern, welche von den zugrundeliegenden Annahmen und Emissionszenarien abhängen. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur aktuellen Klimawandeldiskussion indem sie potentielle Schäden und Nutzen des Klimawandels auf den globalen und den europäischen Agrarsektor quantifizert. Darüber hinaus liefern die stochastische Simulation, sowie die multiplen Simualtionsläufe, ein realistisches Spektrum künftiger potentieller Auswirkungen des Klimawandels. / This study aims to assess potential economic effects of climate change on European agricultural markets at member state level by 2050, focusing on cereal and oilseed markets. The future scenarios include social as well as economic developments derived from two potential emission scenarios. In this modelling framework, crop simulation results of crop productivity changes from the dynamic vegetation model LPJmL, which are based on five individual climate projections, serve as inputs which are administered as a supply shock to the European Simulation Model (ESIM). ESIM is a partial equilibrium model depicting the agricultural sector of the EU in substantial detail. Changes in yields, production quantity and crop prices by the year 2050 are simulated. In order to account for the uncertainty inherent in climate impact assessments, two approaches are considered in this thesis. First, in order to account for climate change increased yield variability, stochasticity is implemented in ESIM, using the method of Gaussian Quadratures. The second method uses the five individual LPJmL outputs to generate a distribution of results. Further, a closely connected purpose of this study is to consider climate change induced adaptation of farmers to changes in the relative profitability of crops. Simulation results indicate, that agricultural productivity in most European countries is positively affected by climate change, at least until the year 2050. However, the degree of impacts vary among crop categories and countries and are also dependent on scenario assumptions. This thesis contributes to the current discussion about climate change impacts by quantifying the potential damages and benefits that may arise from climate change on EU member state level, as well as globally. Further, the stochastic and multiple simulation results based on different future climate and emission projections deliver a more realistic spectrum of potential impacts.

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Für Landwirte ist die Präzisierung der Düngebedarfsberechnung für Stickstoff auf heterogenen Standorten in Sachsen ein wichtiger Baustein zum landwirtschaftlichen Gewässerschutz. Zur Minimierung von Überhängen an Stickstoff im Nitratgebiet wurden 12 Praxisflächen im Frühjahr 2020 kleinräumig beprobt. Das Ziel war die Nutzung teilschlagspezifischer Ergebnisse der Nmin-Untersuchungen für eine präzisere Düngebedarfsberechnung und damit verbunden die Verringerung von Nitratausträgen über den Winter. Darüber hinaus werden das Verfahren der Zonierung und die Umsetzung der teilschlagspezifischen Ergebnisse bei der N-Düngung bewertet. Redaktionsschluss: 01.07.2020

Prozessmodelle zur Ermittlung von Humusumsatz und Nährstoffdynamik des Bodens erfordern umfangreiche Eingangsdaten und konnten bisher nur im wissenschaftlichen Bereich eingesetzt werden. Der Bericht beschreibt eine stark vereinfachte Variante eines Prozessmodells, das auch mit reduzierter Datengrundlage genutzt werden kann. Das Modell CANDY Carbon Balance (CCB) berücksichtigt Standorteffekte und besitzt einen Bezug zum Kohlenstoff und zum Stickstoff im Boden. Unter Nutzung von Schlagkarteiaufzeichnungen kann das Modell auf Schlag- und Regionsebene die Humusreproduktion und die N-Mineralisation in chronologischer Abfolge berechnen. Dadurch werden Informationen zur Kontrolle und Lenkung der Bodenfruchtbarkeit und der Nährstoffeffizienz sowie zur Verbesserung der Düngebedarfsermittlung gewonnen. Das Modell ist für die Landwirtschaftsberatung und -verwaltung des konventionellen und ökologischen Ackerbaus geeignet.

Seit 1990 wird in Sachsen auf landwirtschaftlichen Dauertestflächen der Nitratgehalt im Frühjahr und im Herbst gemessen. Aus den gleichzeitig erhobenen Bewirtschaftungsdaten kann mit dem Modell REPRO der potenzielle Nitrataustrag unterhalb der durchwurzelbaren Bodenzone abgeschätzt werden. Im Ergebnis zeigt sich, dass weiterhin, vor allem in Trockengebieten in Nordsachsen, mit teilweise hohen Nitratkonzentrationen gerechnet werden muss. Die Düngungsauflagen in Wasserschutzgebieten bewirken sowohl geringere Stickstoffsalden als auch abnehmende Nitratgehalte im Boden. Auf ökologisch bewirtschafteten Flächen war die auswaschungsgefährdete Nitratmenge sehr gering.

Für unterschiedliche Standorte wurden Humusbilanzen für einzelne Fruchtarten und Fruchtfolgen berechnet. Betrachtet wurden reine Marktfruchtbetriebe mit Anbau von Körnerfrüchten (Getreide, Raps, Körnermais) ohne Viehhaltung, Betriebe mit unterschiedlich intensiver Schweinehaltung, Marktfruchtbetriebe mit steigender Anbaukonzentration verschiedener Hackfrüchte und Betriebe mit Anbau von Silomais in Energiefruchtfolgen mit Rinder- und Milchviehhaltung.

Die Genauigkeit und Eignung verschiedener Methoden zur Humusbilanzierung werden für den Einsatz in der konventionellen und ökologischen Landwirtschaft ausgewertet. Weiterhin wurde das Versorgungsniveau mit organischer Substanz auf den Dauertestflächen sächsischer Betriebe beurteilt. Anhand der genaueren, standortangepassten Methode zur Humusbilanzierung zeigt sich, dass in Sachsen die Hälfte der Ackerflächen mit organischer Substanz optimal versorgt ist. Knapp ein Drittel der Schläge erhält eine hohe bis sehr hohe Versorgung, der Anteil unterversorgter Flächen liegt bei 20 Prozent.

Untersucht wurde der Arsen- und Cadmiumtransfer vom Boden in die Pflanze. Die Boden- und Kornproben entstammten den Dauertestflächen aller Bodenregionen in Sachsen. Um die Pflanzenverfügbarkeit der beiden Elemente zu untersuchen, wurden sieben verschiedene Extraktionsmethoden verglichen. Der Aufschluss mit Königswasser oder Calcium-Ammonium-Lactat (CAL) zeigt dabei die höchsten Konzentrationen im Extrakt. Die Einhaltung des aktuellen Cadmium-Höchstgehalts für Brotweizen ist bis zu einem Cadmium-Gehalt des Bodens (Königswasser) von 1,0 mg/kg mit einer Wahrscheinlichkeit von 80 % gegeben. Auf der Grundlage der CAL-Extraktion beträgt dieser Schwellenwert 0,4 mg/kg. Die erwartete Absenkung des zulässigen Höchstgehalts auf 0,10 mg/kg Korn verschiebt die Schwellenwerte auf 0,40 mg CdKW/kg bzw. 0,22 mg CdCAL/kg. Die Untersuchungen im Freiland bestätigen die sortenspezifische Aufnahme von Cadmium aus Gefäßversuchen. Für die Transferuntersuchungen wird eine mehrfache Beprobung eines Schlages empfohlen, wobei jeweils von einem ca. 4 m² großen Teilstück eine Bodenmischprobe und eine Mischprobe des zugehörigen pflanzlichen Materials entnommen werden sollte.

Die Studie bestätigt, dass regional höhere Arsenverbindungen in sächsischen Böden über das Futter in die Nahrungskette gelangen können. Im Einzelnen zeigte sich, dass weder durch Zusatz von synthetischen As-Verbindungen bis 50 mg je kg TM noch durch Beimischung einer As-haltigen Erde bis 23 mg As je kg TM die mikrobielle Aktivität in den Vormägen der Wiederkäuer beeinträchtigt wird. Ein Versuch mit Mutterschafen zeigt, dass bei einer As-Zulage übers Futter größere As-Mengen über das Blut in alle Gewebe transportiert und dort eingelagert werden. Erhöhte As-Konzentrationen in den Plazenten und dem Blut neugeborener Lämmer lassen vermuten, dass ein plazentaler Übertritt von As in den Fötus stattfindet. Die As-Absorption der Lämmer und As-Einlagerung in die Gewebe aus der Milch war demgegenüber gering. Die Akkumulation im tierischen Gewebe war trotz 10-facher Grenzwertüberschreitung jedoch minimal (Homöostase).

Seit 2006 sind in Sachsen 77 europäische Vogelschutzgebiete ausgewiesen und gesichert. Diese Gebiete umfassen rund 13 % der Landesfläche und werden zu 40 % landwirtschaftlich genutzt. Dies verdeutlicht: Die Landwirtschaft hat eine wichtige Bedeutung für die Erhaltung einer vielfältigen Vogelwelt. Gleichzeitig wird derzeit beklagt, dass bestimmte Vogelarten der Feldflur stark von Rückgängen betroffen sind. Für die zukünftige Landbewirtschaftung gilt es daher nutzungsintegrierte und praxisgerechte Bewirtschaftungsmaßnahmen zu entwickeln und zu erproben, um den Erhalt und die Entwicklung der Vögel zu sichern. Im Lehr- und Versuchsgut (LVG) Köllitsch, das im SPA-Gebiet »Elbaue und Teichgebiete bei Torgau« liegt, wurde dazu ein betriebsspezifisches Konzept erstellt. Nach Analyse der ornithologischen und betrieblichen Ausgangssituation werden zahlreiche Empfehlungen für die betriebliche Umsetzung von Vogelschutzmaßnahmen im LVG gegeben. Das Vorgehen und die Ergebnisse des Projektes können Landwirten, landwirtschaftlichen und naturschutzfachlichen Beratern sowie Behörden, Institutionen und Verbände, als Orientierung im Hinblick auf die Konzipierung und Umsetzung des europäischen Vogelschutzes im landwirtschaftlichen Bereich dienen.