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Zur Effizienz der Bioökonomie –Beispiel Zucker
Nicol Stockfisch, Bernward Märländer,
Institut für Zuckerrübenforschung an der Universität Göttingen
DAF-JahrestagungBerlin, 20.10.2015
Nutzungskreislauf des Kohlenstoffs
2BMEL 2014
Potenzial für vielfältige Nutzung
Zuckerrübe ¾WasserTrocken-
¼WasserTrocken
masse
18 % Zucker
og
as
Lebensmittel
Bio… und 4 % weitere Produkte
stoffliche Futtermittel Saccharose
C12H22O11
3
BioethanolVerwertung
… und wer verwendet den erzeugten Zucker?
4BLE, StBA in WVZ 2015
… und wer verwendet den erzeugten Zucker?
Industriezucker: Chemische und synthetische Stoffe
(thermoplastische Kunststoffe: Polyurethan)
5Ludovici (Pfeifer&Langen) 2012
Ertragsanstieg von Zuckerrübe und Zuckerrohr
Welt300
1961 – 2012
%)
250
Zuckerrübe:
Ert
rag
(%
150
200 y= 94 + 2,2x r2=0,85
Zuckerrohr:y= 97 + 0,9x r2=0,97
rela
tiver
100
y 97 + 0,9x r 0,97
50
Jahr
1960 1970 1980 1990 2000 2010 20200
6
Jahr
- Berechnungen aus Daten der FAO, 2013 - Hoffmann und Loel 2015
Biologisch-technischer Fortschritt
erzeugter Zucker (Weißzuckerwert)
neu zugelassene Sorten (BZE)
18
20
22
ha-
1 ) 14
16
18
Ert
rag
(t
h
8
10
12
E
4
6
8
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 20250
2
7
JahrIfZ 2015
Biologisch-technischer Fortschritt
0,2
0,16
0,18
0,2
50 %
0,12
0,14
g
ZüchtungBiologisch-
50 %
0,08
0,1
Ert
rag
Anbau & Klima
technischerFortschritt
0,04
0,06Klima
alt Sorte neu
50 %
-3E-16
0,02
Jahr
alt Sorte neu
8
Jahr
nach Loel et al. 2014
Woher kommt züchterischer Fortschritt?Versuche am IfZ mit Sorten zugelassen 1964-2003
150 150 150
Zucker / MarkChlorophyll / Blatt Rübe / Blatt
%)
%)
130
140
130
140
130
140
y = 13 + 0,99xr2 = 0,37**re
rtra
g (%
140 140 140
erer
trag
(%
rel.
BZ
E (
%)
110
120y = -53 + 1,49xr2 = 0,62***
rel.
BZ
E (
%)
110
120
y = 27 + 0,80xr2 = 0,54***
rel.
BZ
E (
%)
110
120
r 0,37
er Z
ucke 120 120 120
er Z
ucke
90
100
90
100
90
100
Ber
eini
gte
100 100 100
Ber
eini
gt
rel. Chlorophyllgehalt (%)
0 90 100 110 120 130 1400
rel. Rübe/Blatt-Verhältnis (%)
0 60 70 80 90 100 110 120 130 1400
rel. Zucker/Mark-Verhältnis (%)
0 90 95 100 105 110 115 120 1250
rel. Chlorophyllgehalt rel. Zuckermasse / Markmasse
B
rel. Trockenmasse90 140 90 12560 140
0 0 0
B
9Märländer et al. 2013
Markmasse
Harvest-Index von ZuckerrübenA ft il d G tt kAufteilung der Gesamttrockenmasse
Gesamt-TMGesamt-TM
RübBl tt RübeBlatt 1 : 2,2
ZuckerNichtzuckerstoffe,Z ll db t dt il
1 : 3 ZuckerZellwandbestandteile1 : 3
Strukturkohlehydrate SpeicherkohlehydrateZü ht f t h itt
10Hoffmann 2006
Züchtungsfortschritt
Einfluss auf verschiedene Ertragsfaktoren‘type top’ and ‘type average’ Landwirt
Soil and crop characteristics Predicted means1 for ‘type average’ ‘type top’ F-prob. Top soil Clay content (%, w/w)2 7.9 7.7 0.484 Silt content (%, w/w)2 15.3 15.6 0.952
1
Oberboden CaCO3 content (%, w/w)1 1.4 1.3 0.347 Organic matter content (%,
w/w)3 3.5 3.6 0.564
pH1 6.5 6.4 0.018 Soil management Inflation pressure rear tyre (Ppt;
2 117 107 <0 001Boden kPa)2 117 107 <0.001
Depth primary tillage (Dpt; m)2 0.27 0.29 0.004 Seedbed preparations (nst) 1.3 1.1 <0.001 Tractor weight (TMst; kg) 4877 4877 0.991 Inflation pressure front tyre (Pst 112 99 <0 001
Boden-bearbeitung
front; kPa) 112 99 <0.001
Inflation pressure rear tyre (Pst
rear; kPa) 103 87 <0.001
Width front tyre (TWst front; m) 0.42 0.43 0.185 Width rear tyre (TWst rear; m) 0.66 0.65 0.207
AussaatCrop management Drilling (date) 8-4 3-4 <0.001 Soil structure Depth of highest penetration
resistance (m) 0.37 0.37 0.648
Penetration resistance at Ks sampling depth (PRKs, MPa)2
2.57 2.62 0.586
S d h d li
Boden-struktur
Aussaat
Saturated hydraulic conductivity (Ks, m d-1)4
0.31 0.49 0.042
Top soil total porosity (P, %) 48.22 48.97 0.033 Top soil air-filled porosity (AP,
%) 17.8 18.4 0.064
Crop growth C l (CC d t ) 16 6 11 6 <0 001
11
Crop growth Canopy closure (CC, date) 16-6 11-6 <0.001 Root depth (RD, m) 0.61 0.69 <0.001 Sugar yield (SY, Mg ha-1) 11.6 13.9 <0.001
Hanse et al. 2011
Ertrags-entwicklung
Einfluss verschiedener Produktionsfaktorenauf den Ertragauf den Ertrag
Landwirte
′Average′ ′Top′
Aussaat Termin 8. April 3. April
B d b b it I d k V d d [kP ] 112 99Bodenbearbeitung Innendruck, Vorderrad [kPa] 112 99
Innendruck, Hinterrad [kPa] 103 87
Ob b dGesättigte hydraulische
[ d 1] 0 31 0 49OberbodenGesättigte hydraulischeLeitfähigkeit [m day-1] 0,31 0,49
Ertragsentwicklung Bestandesschluss 16. Juni 11. Juni
Z k t [t h 1] 11 6 13 9
O ti l A b t
Zuckerertrag [t ha-1] 11,6 13,9
Optimales Anbaumanagement
12
Data SUSY-project 2006-2007
Hanse et al. 2011
N Düngung:Entwicklung der Ökoeffizienz
35
1981-2005: KORA -Daten Franken, Niederbayern
seit 2010: Betriebsbefragung, Mittel aller Betriebe Bayern, n~90 p. a.
30
35
rert
rag
20
25
er Z
uck
er
15
20
Ber
ein
igte
Ziel 5 kg N pro t Zucker
5
10
kg N
* /
t B
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 20150
2020 2025
k
13
Jahr*N organisch und mineralisch (einschließlich Düngung zur Zwischenfrucht) nach Fuchs & Stockfisch 2009, ergänzt
14
E t LMarkZellwand
Ertrags-anstieg
Lager-verluste
Ertragspotenzial / Stabilität
Wissenschaftliche Forschung gefragt
15Hoffmann 2015
Wissenschaftliche Forschung gefragt
Markgehalt vor der Lagerung und Befall mit Pathogenen nach der LagerungBefall mit Pathogenen nach der Lagerung
en (
%)
gat
ho
gen
Lag
eru
ng
all m
it P
an
ach
L
8/12 Wochen LagerungKlimacontainern 8/20 °C
Bef
a Klimacontainern 8/20 C Mittelwert 4 Standorte, 2 Jahre
Markgehalt (%)vor Lagerung
16Schnepel and Hoffmann 2014
vor Lagerung
17Liebe 2013
Harvest-Index von ZuckerrübenHarvest-Index von ZuckerrübenAufteilung der Gesamttrockenmasse
Gesamt-TMGesamt-TM
RübBl tt RübeBlatt 1 : 2,2
ZuckerNichtzuckerstoffe,Z ll db t dt il
1 : 3 ZuckerZellwandbestandteile1 : 3
Strukturkohlehydrate SpeicherkohlehydrateZü ht f t h itt
Lagerstabilität
18Hoffmann 2006, ergänzt
Züchtungsfortschritt
Risikobewertung mit SYNOPS:P t i ll k t Ri ik
Risikobewertung mit SYNOPS
102
Potenziell akute RisikenSynoptisches Simulation
Zuckerrübenanbau in Deutschland
100
101
o Nicht mehr akzeptiertNational Aktion Plan
Nachhaltiger PSM Einsatz
Ris
iko
10-1
100
Maximal zutolerierendesak tes Risikoes
Ris
iko Nachhaltiger PSM Einsatz
Risko Reduktion
1980
aku
tes
R
10-2
akutes Risiko
g a
kute
30%2004
2025
10 4
10-3log
er n n he n10-5
10-4
19
RegenwürmerBienen
DaphnienFische
Algen
Reineke et al. 2014
Behandlungsindizes in Zuckerrüben
Behandlungsindex2005
Deutschland 2005 – 2013, Betriebsbefragungen
n 1241 Schläge 584 Betriebe
4
2005200720092010
n = 1241 Schläge, 584 Betrieben = 1031 Schläge, 524 Betrieben = 1008 Schläge, 477 Betrieben = 393 Schläge/Betriebe
3
2011 2012 2013
gn = 394 Schläge/Betrieben = 398 Schläge/Betrieben = 393 Schläge/Betriebe
2
1
ll M ß h H bi id F i id I kti id M ll ki id0
20
alle Maßnahmen Herbizide Fungizide Insektizide Molluskizide
Stockfisch & Ladewig 2015 mit Daten von Roßberg et al. 2010
Biodiversität in Zuckerrüben
Ciconia ciconiaWeißstorch
Phasianus colchicusF
21
Fasan
Wild und Hund 2014; Nordzucker 2014
Zuckerrübenanbau der Zukunft
Grundsatz deutscher Agrarpolitik
ä
„Wichtiges Ziel muss es sein,
Nachhaltige Produktivitätssteigerung
„ c ges e uss es se ,
mehr Nahrungsmittel von qualitativ hoher Wertigkeit bereit zu stellen und dabei natürliche Ressourcen zu schonendabei natürliche Ressourcen zu schonen und so effizient wie möglich zu nutzen –
unter Berücksichtigung sozialer Belange g g gund des Tierschutzes.“ Wiss. Beirat für Agrarpolitik beim BMLV
Januar 2012
Fokus Effizienz
Input – Output Relation
22BMELV 2012; Royal Society 2009
Biologisch-technischer Fortschritt
erzeugter Zucker (Weißzuckerwert)
neu zugelassene Sorten (BZE)
Potenzial
18
20
22
y = 7,93 + 0,18 xr2 = 0,81***
?
Potenzial
t h
a-1 )
12
14
16 ?
Ert
rag
(t
6
8
10
12
y = 5,74 + 0,14 xr2 = 0,81***
+++Effizienz0,910,91
0
2
4
6
Effizienz0,750,750,720,72
0,760,76
Jahr
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 20250
23IfZ 2015
Zuckerrüben: Vielseitiger RohstoffZuckerrüben: Vielseitiger Rohstoff effizient produziert