Modellierung und Analyse
Ausgangssituation
Die österreichische Landwirtschaft befindet sich in Zeiten von Klimawandel und zunehmend begrenzten Ressourcen im Spannungsfeld zwischen ökonomischer Effizienz und ökologisch nachhaltiger Produktion. Dabei sind neben allgemeinen Fragestellungen zu Bewirtschaftungsformen landwirtschaftlicher Nutzflächen auch sich ändernde Rahmenbedingungen und agrarpolitische Maßnahmen von Bedeutung. In Österreich wird mit verschiedensten Maßnahmen des Agrarumweltprogramms ÖPUL eine umweltschonende Bewirtschaftung gefördert. Zwischen den unterschiedlichen ökonomischen und ökologischen Teilbereichen der Agrar-, Umwelt- und Ernährungssysteme gibt es eine Vielzahl von Wechselwirkungen, die Zielkonflikte aber auch Synergieeffekte zur Folge haben können.
Zum Aufzeigen dieser komplexen Zusammenhänge können neben theoretischen, konzeptionellen Überlegungen auch quantitative Methoden hilfreich sein. Z.B. bilden mathematische Modelle zur Simulation des Pflanzenwachstums (Crop Models) biophysikalische Prozesse wie Biomasseproduktion, Nährstoffkreisläufe, Bodenwasserhaushalt und Erosion ab. Damit können mithilfe von Modellszenarien und in Abhängigkeit der Standortbedingungen Zusammenhänge zwischen Pflanzenerträgen und Bewirtschaftungsmaßnahmen sowie Umwelteffekte der Bewirtschaftung analysiert werden. Neben den aufwändigen und datenintensiven Crop Models gibt es eine Reihe anderer quantitativer Methoden mit unterschiedlichem Detailliertheitsgrad, Datenbedarf und Erklärungspotenzial.
Zielsetzung
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Analysekonzepts zur Untersuchung von negativen und positiven Umwelteffekten der landwirtschaftlichen Bodennutzung sowie umgekehrt der Auswirkungen aktueller und zu erwartender zukünftiger ökologischer Rahmenbedingungen auf die landwirtschaftliche Bodennutzung. Dieses Konzept soll ein theoretisches Framework basierend auf einer systemischen Herangehensweise, eine Datenbasis bestehend aus relevanten Daten und Indikatoren sowie eine Auswahl an Methoden zur quantitativen Analyse umfassen. Den regionalen Verhältnissen angepasst und mit einer gewissen Flexibilität ausgestattet kann das Analysekonzept eine wertvolle Entscheidungsgrundlage für eine Vielzahl von Fragestellungen im Agrarumweltbereich sein.
Stand des Projektes
Für das theoretische Framework wurden im Rahmen der Projekte "Systemische Betrachtungen im Agrar-, Umwelt- und Ernährungsbereich" (BAB 056/22) und "Wirtschaftliche Untersuchungen und Beratung im Zusammenhang mit OECD und WTO" (BAB 003/86) eine umfangreiche Literatursammlung aufgebaut und inhaltliches und methodisches Wissen erworben. Daten zu Umwelteffekten der landwirtschaftlichen Bodennutzung, wie jene zu natürlichen Gegebenheiten wie Topographie, Bodenbeschaffenheit und meteorologischen Daten, sowie zu Bewirtschaftungsmaßnahmen wie Fruchtfolgen, Bewässerung, Bodenbearbeitung und Dünge- und Pflanzenschutzmitteleinsatz wurden verschiedensten Datenquellen (u.a. Geodatenkatalog des BML) entnommen und auf einer ortsbezogenen Basis zusammengeführt.
Im Methodenbereich wurde ein Überblick über die in der Forschung zum Einsatz kommenden Open-Source-Crop-Modelle gewonnen, die sich voneinander u.a. in Modellumfang, Datenanforderung und Implementierung unterscheiden. Zusätzlich wurden Recherchen zu statistischen Methoden angestellt. Während der große, zum Teil nur schwer zu erfüllende Datenbedarf der Crop Models auch eine Quelle der Unsicherheit darstellen kann, sind in diesem Thermenbereich zur Anwendung kommende statistische Methoden meist weniger datenintensiv, dafür oft weniger detailliert und in Form einer Black Box, also ohne Nachbildung der kausalen Zusammenhänge, konzipiert. Auch zu Methoden, die Modelle und statistische Verfahren kombinieren, sowie zur Einbindung von Remote Sensing als Datenquelle wurden Informationen gesammelt. Eine erste Auswahl dieser Methoden wurde eingehend studiert und getestet.
Arbeiten 2024
Für das theoretische Framework sollen die im Rahmen der Projekte "Systemische Betrachtungen im Agrar-, Umwelt- und Ernährungsbereich" (BAB 056/22) und "Wirtschaftliche Untersuchungen und Beratung im Zusammenhang mit OECD und WTO" (BAB 003/86) erworbenen Informationen zusammengeführt und ergänzt werden, um auf einer konzeptionellen Ebene relevante Prozesse, Wechselwirkungen, Rahmenbedingungen und Systemgrenzen darstellen zu können.
Die Datenbasis soll weiter vervollständigt und zu einem übersichtlichen, auch für andere Projekte nutzbaren Nachschlagewerk für Daten und Indikatoren im Agrarumweltbereich ausgebaut werden. Auch grundlegende Überlegungen zu Datenqualität, Limitationen vorhandener Indikatoren, Datenlücken und möglichen Weiterentwicklungen, v.a. im Hinblick auf Remote Sensing, sollen angestellt werden. Zeitreihen von Satellitendaten (Sentinel) können mit Hilfe von berechneten Indizes Aufschlüsse über beispielsweise Wachstumsperioden oder Pflanzenvitalität bieten. Für eine höhere Auflösung kann ggf. auf Luftbilder zurückgegriffen werden. Die Überlegungen zur Datenbasis sollen sich auch auf den zukünftig zu erwartenden Datenbedarf beziehen, der sich z.B. auf Grund stärkerer Regulierungen oder durch die zunehmend ergebnisorientierte Gestaltung von Maßnahmen (results-based measures) ergeben könnte.
Im Methodenbereich sollen die Stärken, Schwächen und Anforderungen verschiedener Methoden und Kombinationsmöglichkeiten geprüft, verglichen und in Hinblick auf den Projektzweck beurteilt werden. Es soll auch die Möglichkeit untersucht werden, mit Hilfe von Remote Sensing Datenlücken zu schließen und die Genauigkeit der Methoden zu verbessern. Dabei sollen in einem ersten Schritt eine Analyse der Datenverfügbarkeit und der Datengüte erfolgen. Im zweiten Schritt soll sondiert werden mit welchem methodischen Ansatz und technischen Lösungen Remote Sensing-Daten sinnvoll eingesetzt werden können. Schließlich sollen die für das Projekt als geeignet erscheinenden Methoden in der Reihenfolge zunehmender Komplexität implementiert und parametrisiert werden und anschließend in Bezug auf Detailliertheit, Datenanforderungen und -verfügbarkeit sowie Genauigkeit der Ergebnisse zueinander in Bezug gesetzt und verglichen werden. Für die Validierung stehen u.a. die Ertragsdaten der Buchführungsbetriebe zur Verfügung.
Mit dem entwickelten Analysekonzept sollen Zusammenhänge zwischen landwirtschaftlicher Bodennutzung und Umwelteffekten aus einem systemischen Blickwinkel dargestellt und nach Möglichkeit quantitativ analysiert werden. Eine erste Analyse könnte sich mit den Auswirkungen regional erhöhter Trockenheit auf Erträge, Wachstumsperioden und Bodenbeschaffenheit befassen. Zusätzlich sollen Kooperations- und Kombinationsmöglichkeiten mit dem Projekt "Modellsystem" (BAB 009/04), in dem u.a. eine Datenbasis und Modelle bzw. Methoden für die Beantwortung ökonomischer Fragestellungen insbesondere an der Schnittstelle zwischen Landwirtschaft und Umwelt erarbeitet werden, geprüft werden. Das würde gegebenenfalls zu einer umfassenderen ökologisch-ökonomischen Betrachtungsweise beitragen.
Zeitplan
Projektbeginn: 01/2020
Projektende: 12/2024
