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