Regionale P-Flüsse

Das regionale Modell stützt sich primär auf Daten ab, die für die Schweiz verfügbar sind. Unter anderem sind dies georeferenzierte Daten aus Landwirtschaftszählungen, Landnutzungskarten, Fernerkundung, Grundlagen für die Düngung, Qualitätsuntesuchungen von Düngemitteln, Boden- und Klimadaten, sowie sozio-ökonomische Faktoren. Das regionale Modell wurde modular aufgebaut, es wurden Schnittstellen zu verschiedenen bestehenden Modellen implementiert: 

Das Land Management Modell berücksichtigt für die Schweiz typische Kulturen, Düngungspraktiken und Betriebstypen basierend auf langjährigen Datenreihen. Im Ergebnis liefert das Land Management Model jährlich gemittelte Stoffbilanzen für die Einträge über Hof- und Mineraldünger und Austräge über das Erntegut (Oberflächenbilanzen). Das Modell liefert somit räumlich-zeitlich wichtige Kennwerte für regionale Stoffkreisläufe: Mengen an Nährstoffbedarf bzw -defizit, Mengen Mineraldünger, Hofdünger, Hofdüngerhandel, Tierzahlen und Erntemengen, sowie die Landnutzung. 

Es wurden die Ein- und Austräge von Nährstoffen (Stickstoff, Phosphor) und Spurenmetallen (Kupfer, Zink und Cadmium) für die Böden von zwei Studienregionen in den Kantonen Zürich (71 km² mit 41 km² Landwirtschaftsland) und Bern (rund 300 km² mit 158 km² Landwirtschaftsland) für die Jahre 2000 bis 2015 pro Jahr berechnet, und die Nähr- und Schadstoffbilanzen in räumlich expliziten Karten abgebildet. Das Fallstudiengebiet ZH umfasste 250 landwirtschaftliche Betriebe (mehrheitlich Milchviehbetriebe und kombinierte Betriebe), dasjenige von BE 1070 Betriebe (kombinierte Betriebe, Ackerbau). Beide Regionen wiesen eine mittlere Tierdichte von 1,1 – 1,2 GVE/ha auf. 

Mit Hilfe der Fernerkundung wurden LANDSAT 8 Bilder prozessiert und klassifiziert, und die Acker- und Graslandnutzung mit einer räumlichen Auflösung von 30 m x 30 m für die Fallstudiengebiete segmentiert. Die Stoffkreisläufe für jeden landwirtschaftlichen Betrieb werden in einem ersten Schritt auf Basis der vorhandenen Kulturen, Betriebstyp und Tierhaltung Stoffbilanzen berechnet, und in einem zweiten Schritt werden im regionalen Kontext mögliche Optionen für einen Handel von Hofdünger zwischen Betrieben betrachtet. Der Nährstoffbedarf für die Kulturen der Betriebe wird nach Intensität des Betriebs und Düngungsintensität der Kultur differenziert. 

Beide Fallstudiengebiete zeigten ein räumlich sehr differenziertes Muster für Böden mit Nährstoffdefiziten und -überschüssen. Mit dem regionalen Instrument wurden die kritischen Gebiete identifiziert, welche ein Risiko zur Anreicherung von Nährstoffen in Böden aufweisen. Rund 20 % der landwirtschafltichen Fläche wies im Fallstudiengebiet ZH einen Phosphorüberschuss von > 20 kg P pro Hektare und Jahr auf, jedoch etwa die Hälfte einen Stickstoffüberschuss von > 40 kg N pro Hektare und Jahr. Für das Fallstudiengebiet BE wurden ähnliche Verhältnisse berechnet. Je nach Betriebstyp und Landnutzung (Acker, Grasland) waren beispielsweise die Phosphoreinträge über Hofdünger räumlich sehr heterogen (vgl. nächste Abbildung). 
 

In der Summe wies das Fallstudiengebiet Bern-Lyss ausgeglichene oder sogar negative Phosphorbilanzen auf, d.h. es wurde weniger Phosphor mit Hof- oder Mineraldünger gedüngt als der Bedarf für die Kulturen. Die mit dem regionalen Modell erzeugten Karten für Nährstoffbilanzen ermöglichen somit das sehr heterogene Muster der Stoffbilanzen in der Schweizer Landwirtschaft zu erkennen (vgl. nächste Abbildung). Hierdurch können gezielt Massnahmen zur Reduktion oder Optimierung von Stoffströmen für regionale Gebiete abgeleitet werden.
 

Mit dem Boden-Monitoring-Tool können regionalspezifische Lösungen aufgezeigt werden, wie beispielsweise das Potenzial einer Region mit einem optimierten Hofdüngerhandel lokale Nährstoffüberschüsse vermeiden oder Mineraldünger teilweise durch Hofdünger ersetzen zu können. Des Weiteren kann der Einsatz von P-Recyclingdünger auf regionale Nähr- und Schadstoffkreisläufe abgeschätzt oder die Auswirkung von mit Cadmium und Uran verunreinigtem P-Mineraldünger auf die Schadstoffeinträge berechnet werden. Liegen für eine Region zudem ausreichende Informationen zu den Nährstoffgehalten in Böden vor, kann anhand von Düngungsszenarien abgeschätzt werden, wie mit einer angepassten Düngungsplanung mittelfristig eine Senkung von Nährstoffüberschüssen erreicht werden kann. 

Das regionale Boden-Monitoring-Tool soll in der Praxis als Entscheidungshilfe für eine nachhaltige Bodennutzung dienen. Es hilft, nicht nachhaltige Entwicklungen in einer Region frühzeitig zu erkennen und präventive Massnahmen zu planen. Eine Stärke des Modells besteht darin, dass es anhand von Szenarien geeignete Massnahmen auf regionaler Ebene aufzeigen kann, und dass es Indikatoren liefert, die eine Entscheidungsfindung im Sinne einer nachhaltigen Bodenbewirtschaftung erlauben.