Nährstoffeffizienz und landwirtschaftlicher Gewässerschutz

• Forschungsstelle: AGS
• Projektnummer: 14.41.2.1
• Projekttitel Englisch: Nutrient efficiency and agricultural water protection

Schlüsselwörter (Englisch)

Farming systems, long-term field trials, lysimeters, nitrate leaching, nitrogen, nutrient efficiency, nutrient-turnover processes, organic farming, principles of fertilization in arable and forage crop production, soil erosion, soil testing, soil organic matter, phosphorus, rhizodeposition

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Emissionen von Stickstoff (N) und Phosphor (P) aus der Landwirtschaft und die dadurch verursachte Belastung von Gewässern und anderer Umweltkompartimente ist eines der wichtigsten landw. Umweltprobleme. Verschiedene der «Umweltziele Landwirtschaft» des Bundes im Bereich der Nährstoffe sind noch nicht erreicht (vgl. z. B. BAFU-Bericht «Stickstoffflüsse in der Schweiz 2020»). Die Verbesserung der N- und P-Effizienz der Landwirtschaft ist deshalb ein wichtiges ökologisches Ziel der Agrarpolitik des Bundesamts für Landwirtschaft (BLW).
Das Oberziel dieses Tätigkeitsfeldes ist die Erarbeitung von wissenschaftlichen Erkenntnissen für die Verbesserung der Nährstoffeffizienz – mit Priorisierung von N und P – in landwirtschaftlichen Produktionssystemen, mit dem Ziel der Verminderung der Nährstoffverluste aus der Landwirtschaft in Oberflächengewässer und Grundwasser.
Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten im Rahmen dieses Tätigkeitfelds führen zu neuen Erkenntnissen im Bereich des Prozessverständnisses bezüglich Nährstoffumsatz und -effizienz, die für die wissenschaftliche Gemeinschaft von Bedeutung sind. Verwaltung, landwirtschaftliche Beratung und Praxis profitieren von aktuellen Düngungsgrundlagen und anwendungsorientierten Erkenntnissen für die Verbesserung der Nährstoffeffizienz zur Reduktion der Nährstoffverluste in Oberflächengewässer und das Grundwasser und für die Verringerung der Bodenerosion. Die gewonnen Forschungsdaten und -erkenntnisse dienen zudem als Grundlage für die Weiterentwicklung von Simulationsmodellen und von Ökobilanzierungsinstrumenten. Weitere Arbeiten im Bereich der Politikberatung und des Gesetzesvollzugs dienen verschiedenen Behörden, primär dem BLW und dem BAFU.
Ein wichtiges Element für die Forschungsarbeiten wie für die praktische Umsetzung der Erkenntnisse sind die Referenzmethoden zur Boden- und Düngeruntersuchung als Basis für eine schweizweit einheitliche und nachvollziehbare Bewertung von Böden und Düngern.

Projektziele (Deutsch)

Oberziel
Das Oberziel dieses Tätigkeitsfelds ist die Erarbeitung von wissenschaftlichen Erkenntnissen für die Verbesserung der Nährstoffeffizienz – mit Priorisierung von N und P – in landwirtschaftlichen Produktionssystemen, mit dem Ziel der Verminderung der Nährstoffverluste aus der Landwirtschaft in Oberflächengewässer und Grundwasser.

Teilziele
1.     Verbesserung des Wissensstands zu den N- und C-Umsatzprozessen im System «Boden – organische Dünger – Pflanze» und der Phosphor-, Kalium- und Magnesiumversorgung des Bodens mithilfe von Langzeitversuchen.
2.     Bewertung der Umweltwirkungen nachhaltiger landwirtschaftlicher Bewirtschaftungssysteme anhand von Langzeitversuchen.
3.     Erarbeitung von fachlichen Grundlagen für die Evaluation und Weiterentwicklung von neuen Düngungs- und Produktionssystemen hinsichtlich der Steigerung der Nutzungseffizienz von Nährstoffen in Hof- und Recyclingdüngern zur Verringerung von Nährstoffverlusten in die Umwelt.
4.     Charakterisierung der Düngewirkung organischer Dünger (Hof- und Recyclingdünger), die in der schweizerischen Landwirtschaft und v.a. im Biolandbau als hauptsächliche Nährstoffquelle dienen.
5.     Periodische Überprüfung und regelmässige Aktualisierung der fachlichen Basis für die «Grundlagen für die Düngung» (GRUD) der verschiedenen Kulturengruppen sowie redaktionelle Erarbeitung und Veröffentlichung der Revision 2015 in Zusammenarbeit mit den Instituten für Pflanzenbauwissenschaften und Nutztierwissenschaften (Federführung des Instituts für Nachhaltigkeitswissenschaften für die GRUD-Module Charakterisierung des Bodens, Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit, Dünger, Düngerausbringtechnik und Umweltauswirkungen der Düngung).
6.     Früherkennung von neuen Entwicklungen im Bereich der Düngung (neue Verfahren oder Düngerprodukte).
7.     Quantifizierung der N-, P- und Sedimenteinträge aus der Landwirtschaft in die Gewässer mittels Messungen unter teilkontrollierten Bedingungen, im Feld sowie über Modellierungen:
a)     Messung der Nitratauswaschung bei unterschiedlichen Anbausystemen (Biolandbau, ÖLN) und Kulturmassnahmen (z. B. konservierende Bodenbearbeitung, Anbau verschiedener Zwischenkulturen, Hofdüngeranwendung) mittels Lysimeterversuchen.
b)    Bestimmung von Boden- und P-Verlusten durch Wassererosion mittels Messungen unter Feldbedingungen.
c)     Quantifizierung der diffusen N- und P-Austräge aus der Landwirtschaft in die Gewässer der Schweiz.
d)    Beiträge zur internationalen Berichterstattung des BAFU im Bereich des Gewässerschutzes (z. B. für OECD, IKSR, OSPAR).
8.     Bereitstellung von fachlichen Grundlagen und Durchführung von spezifischen Arbeiten im Rahmen der Politikberatung und des Gesetzesvollzugs für das BLW und das Bundesamt für Umwelt (BAFU), insbesondere in den Bereichen Nährstoffbilanzierung («Suisse-Bilanz»), Düngerzulassung, Programme für die nachhaltige Ressourcennutzung (gem. Art. 77a und 77b LwG), Projekte nach GSchG Art. 62a, und allgemeine Landwirtschafts- und Umweltgesetzgebung.
9.     Systematische Erneuerung der Referenzmethoden zur Boden- und Düngeruntersuchung von Agroscope, damit sie dem aktuellen Stand von Technik und praktischen Anforderungen entsprechen Wo möglich wird eine Methodenharmonisierung mit internationalen Normen (CEN, ISO) gesucht, was aktive Mitarbeit in den Normierungsorganisationen bedingt, soweit die Ressourcen dies erlauben.
10.  Erarbeitung von wissenschaftlichen Grundlagen für die Agrarumweltindikatoren in den Themenbereichen Stickstoff, Phosphor und Boden, für die die FG 41.2 verantwortlich ist.
11.  Beiträge zu neuen Agroscope-Forschungsprogrammen und zu der geplanten Systemforschung auf dem Versuchsbetrieb Tänikon.

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

Arncken C.M., Mäder P., Mayer J. & Weibel F.P., 2012. Sensory, yield and quality differences between organically and conventionally grown winter wheat. Journal of the Science of Food and Agriculture 92 (14), 2819-2825.

Bosshard C., Flisch R., Mayer J., Basler S., Hersener J.-L., Meier U. & Richner W., 2010. Verbesserung der Stickstoffeffizienz von Gülle durch Aufbereitung. Agrarforschung Schweiz 1 (10), 378-383.

Flisch R., Zihlmann R., Briner P. & Richner W., 2013. Das CULTAN-Verfahren im Eignungstest für den schweizerischen Ackerbau. Agrarforschung Schweiz 4 (1), 40-47.

Demaria P., Sinaj S., Flisch R. & Frossard E., 2013. Soil properties and phosphorus isotopic exchangeability in cropped temperate soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis 44 (1-4), 287-300.

Frey M., Konz N., Stamm C. & Prasuhn V., 2011. Identifizierung von Flächen, die überproportional zur Gewässerbelastung beitragen. Agrarforschung Schweiz 2 (4), 156-161.

Gunst L., Richner W., Mäder P. & Mayer J., 2013. DOK-Versuch: Nährstoffversorgung in Winterweizen – Wo wird es eng? Agrarforschung Schweiz 4 (2), 74-81.

Hahn C., Prasuhn V., Stamm C. & Schulin R., 2012. Phosphorus losses in runoff from manured grassland of different soil P status at two rainfall intensities. Agriculture, Ecosystems & Environment 153, 65-74.

Keller M., Oberson A., Annaheim K.E., Tamburini F., Mäder P., Mayer J., Frossard E. & Bünemann E.K., 2012. Phosphorus forms and enzymatic hydrolyzability of organic phosphorus in soils after 30 years of organic and conventional farming. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 175 (3), 385-393.

Prasuhn V., 2010. Zeitliche Variabilität von Bodenerosion - Analyse von 10 Jahren Erosionsschadenskartierungen im Schweizer Mittelland. Die Bodenkultur 61 (2), 47-57.

Prasuhn V., 2011. Soil erosion in the Swiss midlands: Results of a 10-year field survey. Geomorphology 126, 32-41.

Prasuhn V., 2012. On-farm effects of tillage and crops on soil erosion measured over 10 years in Switzerland. Soil & Tillage Research 120, 137-146.

Prasuhn V., Liniger H., Gisler S., Herweg K., Candinas A. & Clément J.P., 2013. A high-resolution soil erosion risk map of Switzerland as strategic policy support system. Land Use Policy 32, 281-291.

Richner W., Flisch R., Sinaj S. & Charles R., 2010. Ableitung der Stickstoffdüngungsnormen von Ackerkulturen. Agrarforschung Schweiz 1 (11+12), 410-415.

Spiess E., Prasuhn V. & Stauffer W., 2011. Einfluss von organischer und mineralischer Düngung auf die Nährstoffauswaschung. Agrarforschung Schweiz 2 (9), 376-381.

Wichern F., Mayer J., Joergensen R. & Müller T., 2010. Evaluation of the wick method for in situ C-13 and N-15 labelling of annual plants using sugar-urea mixtures. Plant and Soil 329 (1-2), 105-115.

Kunden/Berichterstattung (Deutsch)

Die Hauptkunden dieses Tätigkeitsfeldes sind:

• BLW
• Übrige Verwaltung (v. a. BAFU, kantonale Verwaltung)
• Landwirtschaftliche Beratung und Praxis
• Hochschulen
• Wissenschaftliche Gemeinschaft
• öffentliche und private Labors für Boden- und Düngeruntersuchung.

Die Berichterstattung wird primär in Form von wissenschaftlichen Publikationen und Vorträgen erfolgen. Für den Wissenstransfer in Beratung und Praxis werden auch Veröffentlichungen in anwendungsorientierten Zeitschriften geschrieben werden und Vorträge an Veranstaltungen für Berater und Landwirte gehalten werden.
Eine weitere wichtige Art der Berichterstattung wird die Veröffentlichung der Revision 2015 der «Grundlagen für die Düngung» von Agroscope sein; diese bilden die Basis sowohl für die Düngung in der Praxis als auch für die Gestaltung von Instrumenten für den Vollzug der Agrarpolitik (z. B. «Suisse-Bilanz»).
Weiter werden Ergebnisse der Arbeiten im Rahmen dieses Tätigkeitsfeldes in Form von Berichten und Gutachten für die Verwaltung vermittelt werden.