Wechselwirkung zwischen Ernährungssystemen und sozialökologischen Stickstoffflüssen

Das vorliegende Projekt will historische und mögliche zukünftige Veränderungen der Stickstoffflüsse von Nahrungsmittelproduktion und -konsum im Übergang von der Agrar- zur Industriegesellschaft im Ennstal in Oberösterreich für die Periode 1830-2030 berechnen. Das integrierte sozialökologische Model NFC (Nitrogen and Food Flow Changes) wird (a) Entscheidungen relevanter Akteure (Landwirte, Konsumenten, etc.), (b) räumlich explizite Veränderungen von Landnutzung und Landbedeckung und (c) sozioökonomische wie ökologische Stickstoffflüsse repräsentieren. Ziel der Entwicklung und Anwendung von NFC ist es, ein besseres Verständnis über die Wechselwirkung sozioökonomischer wie natürlicher Ursachen veränderter Flüsse von Stickstoff, eines der wichtigsten Elemente sowohl als Pflanzennährstoff, wie auch als Schadstoff und potentielles Treibhausgas. Das Projekt wird Optionen für zukünftige Entwicklungen in Abhängigkeit sowohl von externen Rahmenbedingungen (Agrarsubventionen, Nahrungsmittelpreise, etc.) als auch von individuellen Präferenzen (Gestaltung der landwirtschaftlichen Produktion, Ernährungspräferenzen, etc.) erarbeiten und somit lokale, regionale aber auch überregionale Entscheidungsprozesse unterstützen. Veränderungen in der Verfügbarkeit von Stickstoff (N) während des Übergangs von der Agrar- zur Industriegesellschaft haben einen wesentlichen Einfluss auf das regionale Ernährungssystem. Gleichzeitig verändert sich die Abhängigkeit des regionalen Konsums von der regionalen Nahrungsmittelproduktion grundlegend. Die Verfügbarkeit kostengünstiger und effizienter Transportmöglichkeiten erlaubt eine räumliche Trennung von Nahrungsproduktion und Konsum. Das unterscheidet sich maßgeblich von den Bedingungen vor der Industrialisierung. Veränderungen im N-Management zur Nahrungsmittelproduktion wie auch Veränderungen in der Ernährung basieren auf täglichen Entscheidungsprozessen von Landwirten, Konsumenten und anderen Akteuren. Biophysische und sozioökonomische Rahmenbedingungen sind dabei relevant. Sie eröffnen und beschränken zugleich die Möglichkeiten für derartige Entscheidungen. Einem besseren Verständnis dieser Entscheidungen möchte dieses Projekt näher kommen. Darüber hinaus wird das Projekt zur Sozialökologischen Langzeitforschung (LTSER für Long-Term Socio-Ecological Research) beitragen, indem es eine neue Methode entwickelt, welche eine Integration von Konzepten und Daten aus den Geistes- und Sozialwissenschaften und den Naturwissenschaften in ein kohärentes System und damit eine integrierte Analyse von Gesellschaft-Natur Interaktionen ermöglicht.

Der Einsatz von Stickstoffdüngern in der Landwirtschaft beschleunigt das Pflanzenwachstum und bewirkt höherer Erträge. Gleichzeitig hat die Beeinflussung des natürlichen Stickstoffkreislaufs aber auch andere Folgen: Ungenutzter Dünger gelangt ins Grundwasser und stellt als Nitrat ein Gesundheitsrisiko dar und in der chemischen Verbindung Lachgas (N2O) spielt er eine zentrale Rolle beim Klimawandel. Die Bedingungen, unter denen Nahrungsmittel produziert werden, haben sich in den letzten Jahrhunderten entscheidend verändert. Der Einsatz von Stickstoff hängt von vielen Faktoren ab. Eine Rolle spielen Agrarsubventionen und Nahrungsmittelpreise. Auch die soziale Situation im landwirtschaftlichen Betrieb wie beispielsweise die Arbeitsbelastung und die Lebensphase der dort arbeitenden Menschen beeinflussen maßgeblich, wie gewirtschaftet wird. Viele dieser Bedingungen haben sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verändert, und werden es auch in den künftigen Jahrzehnten weiter tun. Im Projekt ALISEN entwickelten wir ein integriertes sozial-ökologisches Modell zur Untersuchung von Veränderungen der Stickstoff -flüsse im Ennstal (Österreich), um Entscheidungen relevanter Akteure, räumlich explizite Veränderungen der Landnutzung und sozioökonomische sowie ökologische Stickstoffflüsse darzustellen. Bei der Fragestellung geht es einerseits darum, das Verständnis für die genannten Prozesse in der Vergangenheit zu vertiefen. Andererseits steht der Optionenraum für zukünftige Entwicklungen im Zentrum, der sowohl von internen Entscheidungen als auch von Veränderungen der Rahmenbedingungen abhängt, und unterstützt damit lokale, regionale und sogar überregionale Entscheidungsprozesse. Für die Periode bis 2050 haben wir ein Entscheidungsmodell entwickelt. Die projizierten räumlich hoch aufgelösten Landnutzungsänderungen werden als Eingaben für das Bodenmodellierungstool LandscapeDNDC verwendet, um Änderungen in der Stickstoffnutzungseffizienz zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen eine leichte Abnahme der Stickstoffnutzungseffizienz für Ackerland bis 2050, da der ökologische Landbau in der Region zunimmt und die übrigen Anbausysteme eine Intensivierung aufweisen. Die Stickstoffnutzungseffizienz auf Grünland zeigt einen scheinbaren Anstieg aufgrund des überproportionalen Rückgangs von intensivem Grünland, das im Vergleich zu extensivem Grünland eine deutlich geringere Stickstoffnutzungseffizienz aufweist. Das in ALISEN entwickelte Entscheidungsmodell liefert Ergebnisse zukünftiger Landnutzungsänderung auf Skalen, die für die Bodenmodellierung von Stickstoff geeignet sind und hat damit eine methodische Innovation in der Kopplung von sozioökonomischen Entscheidungsmodellen mit ökosystemaren Modellen geschaffen. Darüber hinaus zeigt die Methode der partizipative Modellierung - mit dem Ziel, Wissen aus der Praxis und der Wissenschaft zusammen zu führen -ihre Stärke in der Strukturierung der Kommunikation über Zukunftsszenarien und Handlungsempfehlungen verschiedener an der transdisziplinären Forschung beteiligter Akteure.