Einleitung:Nachhaltigkeit ist national wie auch global zu einem Leitbegriff der Umwelt- und Agrarpolitik geworden. Deutschland hat sich selbst dazu verpflichtet, die Emissionen der sechs im Kyoto-Protokoll genannten Treibhausgase bis spätestens 2012 um 21 % gegenüber 1990 zu reduzieren (UBA 2002). Es hat sich gezeigt, dass mit der landwirtschaftlichen Produktion beträchtliche Umweltbelastungen verbunden sein können, u.a. in Folge der ? teilweise sehr hohen ? Stickstoff-Düngung von landwirtschaftlich genutzten Flächen. Solche Bewirtschaftungspraktiken bedingen die Freisetzung von umwelt- und klimarelevanten Stickstoff-Spurengasen (N2O, NO) wie auch Gewässerbelastungen durch Nitrat (NO3-).Die landwirtschaftlich bedingten bodenbürtigen N-Emissionen können durch technische Verfahren in der Pflanzenproduktion weder vermieden noch reduziert werden. Daher weisen geringe Stickstoffausträge und -spurengasemissionen auf eine nachhaltige Nutzung hin. Um die Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Betriebssysteme bewerten zu können, wurden Instrumente entwickelt, die auf Basis von Umweltindikatoren arbeiten. Diese Informationssysteme geben Prognosen über die Auswirkung der Bewirtschaftung ab und können auf Grund dessen eine Bewertung der Nachhaltigkeit vornehmen.REPRO:Mit dem Modell REPRO (= REPROduktion der organischen Bodensubstanz) steht ein Leitungs- und Beratungsinstrument für den Einsatz in der landwirtschaftlichen Praxis zur Verfügung. Dieses Modell wurde zur ökonomischen und ökologischen Analyse und Bewertung von Umweltwirkungen landwirtschaftlicher Betriebssysteme entwickelt (HÜLSBERGEN 2002 ). Die Beurteilungen basieren auf Indikatoren, die aus einer system- und prozessorientierten Analyse der betrieblichen Stoff? und Energiekreisläufe, differenziert nach einzelnen Produktionsverfahren, abgeleitet werden. Der aktuelle Status der REPRO-Entwicklung zeigt jedoch noch eine Reihe von landwirtschaftlich bedingten Umweltbelastungen, die nicht oder nur unzureichend durch Indikatoren abgebildet werden. Beispielsweise werden zur Beurteilung der N-Emissionen in REPRO teilschlagbezogen N-Bilanzen berechnet. Dabei beschreibt das Stickstoffsaldo das N-Verlustpotential und die Differenzierung in N-Verlustpfade (NO3-, NH4+, N2O, NH3) erfolgt nach einfachen Schätzungen. Ziele:Ziel des Vorhabens ist daher:a) Die Entwicklung und Implementierung weiterer Umweltindikatoren in REPRO zur Bewertung landwirtschaftlicher Betriebe bzgl. ihrer Nachhaltigkeit.b) Die quantitative Abschätzung der Freisetzung von primär und sekundär klimarelevanten Stickstoffspurengasen (N2O und NO) sowie der Verlagerung von Nitrat (NO3-) in das Grundwasser auf Schlagebene in Abhängigkeit von Standort (Klima, Boden, ungesättigte Zone) und Bewirtschaftung (Fruchtfolge, N-Düngung, Bodenbearbeitung) für alle relevanten Betriebssysteme und Agrarregionen in Deutschland.Methodik und Vorgehensweise:Die Stoffumsetzungen im Boden und der Austausch mit seinen benachbarten Kompartimenten sowie die Umweltfaktoren, die auf die Prozesse einwirken (Klima, Boden, Kulturart, N-Düngepraxis etc.), stellen ein sehr komplexes System dar.Für die Abbildung der wesentliche Stoffumseztungsprozesse in den Böden wird das Modell DNDC (= DENITRIFICATION DECOMPOSITION) verwendet (LI 2000, LI et al. 1996). DNDC simuliert auf Tagesschrittbasis die C- und N-Aufnahme und ?Bindung in der pflanzlichen Biomasse, Mineralisation, Nitrifikation und Denitrifikation, des weiteren bodenphysikalische und bodenchemische Prozesse, O2-Verfügbarkeit u.a.m. Zur Durchführung der Simulationsrechnungen benötigt das Modell Informationen über Bodeneigenschaften, Klimabedingungen, Fruchtfolgen (bzw. angebaute Kulturarten), N-Düngungen, N-Depositionen und Verfahren der Bodenbearbeitung. Da die verschiedenen Umweltfaktoren und Prozesse eine sehr hohe räumliche und zeitliche Variabilität aufweisen, ist es sinnvoll die Beschreibung der Emissionen von N-Spurengasen bzw. gelösten N-Verbindungen aus dem durchwurzelten Bodenbereich schlagsspezifisch vorzunehmen. Dieses soll erreicht werden, indem die Modelle REPRO und DNDC miteinander gekoppelt werden. Somit wird gewährleistet, dass die Vorhersagen bzgl. der N2O-, NO- und NO3-Emissionen bzw. -Austräge für die jeweiligen Betriebe möglichst spezifisch sind. Im Vorfeld der Modellkopplung müssen einige Voraussetzungen bzgl. der verwendeten Datenbasis geschaffen werden. Zunächst ist es erforderlich, die Datengrundlagen von REPRO und DNDC aufeinander ab zu stimmen. Weiterhin ist zu prüfen, in wie weit noch genauere Abfragen zu verschiedenen Eingangsdaten erfolgen müssen. Gerade bei dem Angleichen der Daten ist darauf zu achten, wie stark diese die Modellergebnisse beeinflussen. Dadurch soll vermieden werden, dass durch die Verschneidung oder Umformung von Daten wichtige Parameter zu stark verändert werden und diese danach zu nicht mehr plausiblen Modellergebnisse führen. Um sehr einflussstarke Eingangsgrößen herauszustellen, wird der Angleichungsprozess der Daten von Sensitivitätsanalysen begleitet.Im Anschluss daran sollen mit DNDC die potentiellen N2O, NO und NO3-Austräge berechnet werden. Diese Ergebnisse werden einer Plausibilitätskontrolle unterzogen, mit Hilfe von Messergebnissen aus der Literatur bzw. von Versuchsbetrieben. Darauf wird dann das DNDC Modell kalibriert und soweit möglich validiert.Bezüglich der Abschätzung über die Nitratauswaschungen in das Grundwasser schließt sich an die Simulationsrechnungen ein zusätzlicher Schritt an. In Abhängigkeit von Grundwasserneubildung, Abstand zur Grundwasseroberfläche, mittlerer Verweildauer sowie Nitratabbau in der ungesättigten Zone soll mittels regionsspezifischen Transferfunktionen der Nitrateintrag in den Grundwasserkörper geschätzt werden.Nachdem diesen Vorarbeiten können dann die Modelle miteinander verbunden werden. Wobei unter einer Kopplung von REPRO und DNDC nicht verstanden werden darf, dass DNDC als Modul von REPRO integriert werden soll. Dazu sind beide Modelle zu komplex. Bei der nun geplanten Modellkopplung bleiben die Modelle für sich als geschlossene Einheit bestehen. Bei Bedarf werden beide parallel Simulationsrechnungen durchführen und über Schnittstellen benötigte Daten bzw. Ergebnisse austauschen.Literatur:HÜLSBERGEN KJ, 2002. Entwicklung und Anwendung eines Bilanzierungsmodells zur Bewertung der Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Systeme. Shaker, Aachen, 278 S.LI CS, 2000. Modeling trace gas emissions from agricultural ecosystems. Nutr Cycl Agroecosys 58(1-3): 259-276.LI CS, NARAYANAN V, HARRISS RC, 1996. Model estimates of nitrous oxide emissions from agricultural lands in the United States. Global Biogeochem Cy 10(2): 297-306.UBA, 2002. Nachhaltige Entwicklung in Deutschland ? Kurzfassung. Umweltbundesamt (Hrsg). E. Schmidt, Berlin, 25 S.