Germany
April 10, 2019
The exploitation of farmland is being intensified with a focus to raising yields. The degree to which yields actually increase as a result and the extent of the simultaneous loss of biological diversity have to date been under-researched factors. An international team of scientists led by the UFZ has now evaluated data from worldwide research in which both yield and biodiversity were examined before and after intensification measures. The findings of this meta-analysis have now been published in the journal Global Change Biology.
To determine the responses of species richness and yield to conventional land-use intensification, we conducted a global meta-analysis. Across all production systems (food, fodder, wood), intensification increases yield (+20.3% / red arrow), but also leads to a loss of species (-8.9% / blue arrow). - Photo: UFZ
Around 80 percent of land area in Europe is used for settlement, agriculture and forestry. In order to increase yields even further than current levels, exploitation is being intensified. Areas are being consolidated in order to cultivate them more efficiently using larger machines. Pesticides and fertilisers are increasingly being used and a larger number of animals being kept on grazing land. "Such measures increase yield but, overall, they also have negative impacts on biodiversity," says UFZ biologist Dr. Michael Beckmann. "This is because even agricultural areas offer fauna and flora a valuable habitat - which is something that is frequently not sufficiently taken into consideration." In addition, previous studies have mostly examined the effects of intensified land use only from one perspective: either with regard to the increase in yield or the loss of biodiversity. "We unfortunately still know far too little about the relationship between the two and what price nature ultimately has to pay for increases in yield," says Beckmann. In the recent study, the team of scientists aimed to address this knowledge gap.
To this end, the researchers sifted through some 10,000 topically relevant studies looking for those that collected measurement data for yield and biodiversity both before and after intensification measures. "The majority of the studies fell through the net in this respect. A mere 115 studies actually measured both parameters for the same areas, making them relevant for our purposes," says Beckmann. The 449 agricultural areas examined in these studies are, however, distributed around the globe, are located in different climatic zones and the time they have been in use varies greatly. To be able to use these studies for their analysis, the researchers developed a mathematical model that takes account of these differences and renders the data comparable. They then summarised the respective yield increases and biodiversity losses. "We were able to demonstrate that, on average, intensification of land use gave rise to an increase in yield of 20 percent but this is, at the same time, associated with a nine percent loss of species," says Beckmann.
To obtain a more detailed insight into the impact of intensification measures, the researchers divided the agricultural areas into three classes of intensity - low, medium and high. Proceeding in this way made it possible to compare the results of all three agricultural production systems - arable land, grasslands and forest - with each other. Areas of medium intensity of use demonstrated the highest increase (85 percent) in yield following intensification measures. But they also had the greatest loss of species (23 percent). In contrast, areas that already had high intensity of use did not reveal any significant loss of species but still showed an increase in yield of 15 percent. "Initially, this sounds excellent: greater yield without loss of species," says Beckmann. "But where there was not much biodiversity left to start with due to highly intense usage, there is, of course, also not much that can be lost. In such cases, the critical point may have already been passed." In a comparison of the effects of intensification measures on arable land, grasslands and forests, forests performed best with regard to lower species loss. The study findings indicate that intensified land use may, in individual cases such as timber production, also lead to greater yields without any detrimental effect on biodiversity.
The study makes clear how great the impact of the intensity of agricultural production can be for the protection of biodiversity. It reveals general trends and identifies gaps in our knowledge. Concrete recommendations for action in specific regions cannot be derived from the study, however. "Further research is necessary in order to understand the conditions under which land usage is linked to a low or an especially high risk to biodiversity," says Michael Beckmann. "This is the only way to ensure that we are able to apply intense land use practices and protect biodiversity at the same time. After all, species conservation can and must also take place in our cultivated landscapes."
Publication:
Beckmann, M. et al.: Conventional land-use intensification reduces species richness and increases production: A global meta-analysis; Global Change Biology (2019) http://dx.doi.org/10.1111/gcb.14606
Wieviel Natur verlieren wir durch höhere Erträge? UFZ-Studie zeigt Zusammenhang zwischen Ertragsteigerungen und Artenvielfalt
Um den Ertrag bewirtschafteter Nutzflächen zu steigern, wird die Landnutzung intensiviert. In welchem Maß der Ertrag dabei zunimmt, und wie hoch gleichzeitig der Verlust der biologischen Vielfalt ausfällt, darüber ist bislang kaum etwas bekannt. Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat nun unter Leitung des UFZ Daten weltweiter Forschungsarbeiten ausgewertet, in denen sowohl Ertrag als auch Biodiversität vor und nach Intensivierungsmaßnahmen untersucht wurden. Die Resultate dieser Meta-Analyse sind jetzt im Fachmagazin Global Change Biology veröffentlicht.
Rund 80 Prozent der Landflächen in Europa sind besiedelt und werden land- und forstwirtschaftlich genutzt. Um die Erträge weiter zu steigern, wird die Nutzung intensiviert: Flächen werden zusammengelegt, um sie mit größeren Maschinen effizienter zu bewirtschaften. Es werden vermehrt Pestizide und Düngemittel eingesetzt oder eine größere Anzahl an Tieren auf der Weide gehalten. "Solche Maßnahmen wirken sich nicht nur positiv auf den Ertrag, sondern meist auch negativ auf die Biodiversität aus", sagt UFZ-Biologe Dr. Michael Beckmann. "Denn auch landwirtschaftlich genutzte Flächen bieten Tier- und Pflanzenarten einen wertvollen Lebensraum - dem wird häufig zu wenig Beachtung geschenkt." In bisherigen Studien werden die Auswirkungen intensivierter Landnutzung zudem meist nur von einer Seite betrachtet: entweder mit Blick auf den Ertragszuwachs oder den Biodiversitätsverlust. "In welchem Verhältnis beides zueinander steht, und für welchen Ertrag die Natur letztlich welchen Preis zahlen muss, darüber wissen wir leider noch viel zu wenig", sagt Beckmann. Mit seiner aktuellen Studie möchte das Wissenschaftlerteam hier mehr Licht ins Dunkel bringen.
Dafür haben die Forscher etwa 10.000 thematisch relevante Studien gesichtet und nach solchen gefahndet, in denen vor und nach Intensivierungsmaßnahmen sowohl Messdaten für Ertrag als auch für Biodiversität erhoben wurden. "Der Großteil der Studien ist dabei durchs Raster gefallen. Nur 115 Studien haben tatsächlich beide Parameter auf den gleichen Flächen gemessen und waren damit für uns relevant", sagt Beckmann. Die 449 untersuchten Nutzflächen dieser Studien sind jedoch rund um den Globus verteilt, befinden sich in unterschiedlichen Klimazonen und die Dauer ihrer Nutzung variiert stark. Um sie für ihre Berechnungen nutzen können, entwickelten die Forscher ein komplexes Rechenmodell, das die bestehenden Unterschiede berücksichtigt und die Daten vergleichbar macht. Anschließend fassten sie jeweilige Ertragszuwächse sowie Biodiversitätsverluste zusammen. "Wir konnten zeigen, dass die Intensivierung der Landnutzung im Mittel zu einer Ertragssteigerung von 20 Prozent führt, gleichzeitig aber mit einem Artenverlust von neun Prozent einhergeht", sagt Beckmann.
Um einen detaillierteren Einblick in die Auswirkungen von Intensivierungsmaßnahmen zu bekommen, haben die Forscher die untersuchten Nutzflächen in drei Intensitätsklassen - niedrig, mittel oder hoch - eingeteilt. Auf diese Weise konnten die Ergebnisse aller drei landwirtschaftlicher Produktionssysteme - Ackerland, Graslandschaft oder Wald - miteinander verglichen werden. Flächen mit mittlerer Nutzungsintensität zeigten nach Intensivierungsmaßnahmen mit 85 Prozent den höchsten Ertragsanstieg. Mit 23 Prozent hatten sie aber auch den größten Verlust an Arten. Flächen mit bereits hoher Nutzungsintensität zeigten dagegen zwar keine signifikanten Artenverluste, hatten aber noch einen Ertragszuwachs von 15 Prozent. "Zunächst klingt das ja ganz hervorragend: Mehr Ertrag ohne Verlust von Arten", sagt Beckmann. "Doch wo schon zu Anfang durch hochintensive Nutzung nicht mehr viel Biodiversität vorhanden ist, kann natürlich auch nicht mehr viel verlorengehen. Hier ist der kritische Punkt womöglich schon überschritten." Beim Vergleich der Auswirkungen von Intensivierungsmaßnahmen auf Ackerland, Graslandschaft und Wald schnitt der Wald hinsichtlich niedriger Artenverluste am besten ab. Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass intensivierte Landnutzung in Einzelfällen, wie etwa der Holzproduktion, auch zu Ertragssteigerungen führen kann, ohne dass dies zu Lasten der Biodiversität geht.
Die vorliegende Studie macht deutlich, wie groß der Einfluss der Intensität landwirtschaftlicher Produktion für den Schutz von Biodiversität sein kann. Sie zeigt generelle Trends und identifiziert Wissenslücken. Konkrete Handlungsempfehlungen für einzelne Regionen lassen sich daraus aber nicht ableiten. "Um zu verstehen, unter welchen Bedingungen Landnutzung mit geringem bzw. besonders hohem Risiko für die Artenvielfalt verbunden ist, ist weitere Forschung notwendig", sagt Michael Beckmann. "Nur so können wir in Zukunft effiziente Landnutzung betreiben und gleichzeitig die Artenvielfalt schützen. Denn Artenschutz kann und muss auch in unseren genutzten Kulturlandschaften stattfinden."
Publikation:
Beckmann, M. et al.: Conventional land-use intensification reduces species richness and increases production: A global meta-analysis; Global Change Biology (2019) http://dx.doi.org/10.1111/gcb.14606
Topics
Species
