Maßnahmen zur Stickstoffdüngung können Landwirte und die Umwelt schützen

Stickstoffdünger haben erhebliche Auswirkungen auf die Ernteerträge und die Gesundheit der Umwelt, insbesondere auf die Wasserqualität im Golf von Mexiko. Bundes- und Landesregierungen scheuten davor zurück, den Einsatz von Stickstoffdünger zu regulieren, aber freiwillige und anreizbasierte Programme waren nicht besonders erfolgreich; Die sauerstoffarme „tote Zone“ im Golf bleibt weitaus größer als die Ziele, die von der Hipoxia Task Force des Bundesstaates festgelegt wurden.

Eine neue Studie der University of Illinois untersucht mögliche politische Lösungen, um Stickstoffverluste zu reduzieren und gleichzeitig die Ergebnisse der Landwirte zu schützen.

„Wir wollen Diskussionen über solche Richtlinien anregen, anstatt endgültige Antworten darauf zu geben, welche Richtlinie am besten wäre. Stattdessen zeigen wir angesichts der uns vorliegenden Informationen und der uns bekannten Einschränkungen, was möglich ist“, sagt Nicolas Martin, Assistenzprofessor am Department of Crop Sciences in Illinois und Mitautor der Studie. „Wir versuchen, uns Alternativen oder Szenarien auszudenken, die die derzeitige Landwirtschaft unter Berücksichtigung von Rentabilität, Ernährungssicherheit und Umwelt verbessern könnten.“

Martin und seine Mitarbeiter verwendeten einen simulierten Datensatz von mehr als 4.000 Feldern über einen Zeitraum von 30 Jahren, um wirtschaftlich optimale Stickstoffraten und Auslaugungsverluste unter vier politischen Szenarien zu bewerten.

Die erste Politik wird die Preisverhältnisse ändern, indem eine Steuer auf Stickstoff in einem festen Verhältnis zum Maispreis erhoben wird. Die zweite Richtlinie erhebt von den Landwirten eine Gebühr für das Auslaugen von überschüssigem Stickstoff aus Flächen über dem Basisniveau in Flächen in ganz Illinois. Die dritte zieht den während der Ernte aus dem Getreide entfernten Stickstoff von dem als Düngemittel ausgebrachten Stickstoff ab und erhebt eine Gebühr für den Restbetrag. Die endgültige Richtlinie spiegelt ein freiwilliges Stickstoffreduzierungsprogramm wie aktuelle Programme im amerikanischen Mittleren Westen wider.

Im Studienszenario werden die Landwirte für Stickstoffgebühren und Gewinnverluste entschädigt, was in den meisten Szenarien für ein gesundes Ergebnis sorgt. Darüber hinaus haben alle Maßnahmen zu dem gewünschten Umweltergebnis geführt: weniger Auswaschung.

Die Studie legte ein Ziel für die Auswaschung von 20 % fest und stellte fest, dass das Reduktionsniveau mit nur 3,3 % Ertragseinbußen und geringen Auswirkungen auf die Gewinne erreicht werden konnte.

„Höhere Ziele haben die Kosten exponentiell erhöht“, sagt German Mandrini, Doktorand am Department of Crop Sciences und Erstautor des Artikels. „Das 20-Prozent-Reduktionsziel hat geschätzte Kosten für die Bekämpfung der Umweltverschmutzung von 30 bis 37 US-Dollar pro Hektar, was 147 Millionen US-Dollar pro Jahr entspricht, wenn es auf die Ebene der Bundesstaaten in Illinois hochgerechnet wird. Sie liegt im Bereich aktueller staatlicher Zahlungen für bestehende Naturschutzprogramme.“

Frühere Untersuchungen haben geschätzt, dass die Grundwasserverschmutzung aufgrund von Dickdarmkrebsrisiko, unerwünschtem Geruch, Geschmack, erhöhter Eutrophierung und mehr mit versteckten Kosten von 16,10 USD pro Kilogramm Stickstoff verbunden ist. Das bedeutet, dass die Reduzierung der Stickstoffauswaschung mit dem Ziel von 20 % zu einer Reduzierung der externen Umweltkosten von 524 Millionen US-Dollar pro Jahr führen wird.

„Es ist eine Kapitalrendite von 260 %, allein durch die Umsetzung von Richtlinien, die Anreize schaffen, den Input klüger zu nutzen“, sagt Mandrini.

Unter den vier Policen zeigte die Stickstoffauslaugungsgebühr das beste Ergebnis. Die Forscher führten eine größere Kosteneffizienz an; bessere Hot-Spot-Kontrolle; und höhere Internalisierung, wodurch Szenarien bestraft werden, in denen die Verschmutzung höher ist.

„Dies zeigt sich in mehreren Umweltstudien, in denen die direkte Belastung der Verschmutzung, die wir kontrollieren wollen, die beste Option ist, um externe Effekte zu reduzieren“, sagt Mandrini.

Martin fügt hinzu: „Die Gebührenrichtlinie für die Stickstoffauswaschung impliziert, dass die Menschen bestimmen und messen können, wie viel Stickstoff das Feld verlässt, und entsprechend dieser Menge berechnet werden. Diese Richtlinien sind mit Herausforderungen bei der Umsetzung verbunden, da es schwierig ist, den Stickstoff zu messen, der den Boden in einem bestimmten Betrieb verlässt. Dennoch kann er mit fortschreitender Technologie möglicherweise mit hoher Genauigkeit durch die Verwendung von Messgeräten oder Modellen geschätzt werden.

„Wo große Mengen Stickstoff unter bestimmten Bewirtschaftungs- oder Bodenbedingungen das Feld verlassen, können Hotspots entstehen“, sagt er. „Indem wir uns stärker auf diese Regionen konzentrieren, können wir eine intelligentere Umsetzung der Politik erreichen, indem wir eine Reduzierung dort erreichen, wo es am wichtigsten ist.“

Die Forscher bemerken zu Simulationen immer Annahmen, die in realen Szenarien möglicherweise nicht zutreffen, und betonen daher, dass der Artikel lediglich ein Ausgangspunkt für Diskussionen zwischen Landwirten, Warengruppen, politischen Entscheidungsträgern und anderen Interessengruppen ist.

„Diese Annahmen ermöglichen es jedoch, mit den neuesten Ansätzen in der Pflanzensystemmodellierung an Fragen zu arbeiten, die wir auf andere Weise nicht beantworten könnten. Unsere zukünftige Arbeit wird darauf abzielen, unsere Annahmen zu aktualisieren und Ergebnisse zu validieren “, sagt Martin.

Referenz: G. Mandrini, CM Pittelkow, S. Archontoulis, D. Kanter, NF Martin. Untersuchung von Diskrepanzen zwischen Gewinn, Ertrag und dem ökologischen Fußabdruck potenzieller Vorschriften für Stickstoffdünger im amerikanischen Mittleren Westen. Ausbreitung Sci. 2022; 13. Abgerufen am 19. Mai 2022. doi:10.3389 / fpls.2022.852116

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