Munich, Germany
March 13, 2019
Conventionally cultivated lots at the research station Dürnast. (Image: Samuel Knapp / TUM)
In agriculture, it is not only yield that counts, But also the stability of yields over several years. A meta-analysis by a team from the Technical University of Munich (TUM) and Agroscope in Zurich has investigated how organic and conventional agriculture differ in this regard.
Improving global food production and security is one of the biggest challenges of our time. The goal of organic agriculture is to minimize the negative effects on humans and nature by avoiding mineral fertilizers and synthetically produced pesticides.
In addition, stable agricultural production is important – especially in view of the expected greater fluctuations due to climate change. But so far there is little knowledge about how organic and conventional agriculture differ in terms of annual yield fluctuations.
Samuel Knapp from the Chair of Plant Nutrition at the Technical University of Munich and Marcel van der Heijden from the Swiss Center for Agricultural Research, Agroscope, thus investigated annual yield variations in a meta-analysis of previously published studies.
In total, they used165 direct comparisons from 39 published studies. As expected, the analysis confirmed that organic farming produces lower yields than conventional farming – on average 16 percent lower across all crops.
Similar yield fluctuations, but different yield levels
However, the variations in yields were very similar over the years in both cultivation systems. "While this may sound reassuring, it does have a catch," says Samuel Knapp. "Because the absolute yield variations are similar, the fluctuations in the lower yields of organic farming have a greater impact. The so-called relative yield stability is therefore lower in organic farming.”
The differences in stability between the two cultivation systems can be attributed, among other things, to higher fertilization with nitrogen and phosphorus in conventional cultivation. Organic farms can improve their yield stability with green manure and time-optimized fertilization.
The effect of reduced tillage
In their study, the researchers also investigated the effect of reduced tillage. This often has a positive effect on soil structure and soil organisms, but is also known to result in slightly lower yields.
The two scientists compared the yield stability in 367 paired, long-term comparisons of reduced and conventional tillage. The result: The difference in yield, although measurable, amounted to merely two percent. The researchers found no significant differences regarding yield stability.
More information:
The project was funded by the Swiss Competence Center for Agricultural Research, Agroscope and the Swiss National Science Foundation.
Publication:
S. Knapp, M.G.A. van der Heijden, A global meta-analysis of yield stability in organic and conservation agriculture. Nature Communications 9, 3632, 2018
Meta-Analyse der Ertragsstabilität bei biologischer und konventioneller Landwirtschaft - Die Problematik von absoluter und relativer Stabilität
Konventionell bewirtschaftete Parzellen auf dem Versuchsgut Dürnast. (Bild: Samuel Knapp / TUM)
Für die Landwirtschaft zählt nicht nur die Höhe des Ertrages, auch die Stabilität der Erträge über mehrere Jahre ist wichtig. Wie sich biologische und konventionelle Landwirtschaft in diesem Punkt unterscheiden, zeigt eine Meta-Analyse eines Teams der Technischen Universität München (TUM) und von Agroscope in Zürich.
Eine der größten Herausforderungen der heutigen Zeit ist es, die globale Nahrungsproduktion und -sicherheit zu verbessern. Biologische Landwirtschaft hat zum Ziel, durch den Verzicht auf Mineraldünger und synthetisch hergestellte Pestizide die negativen Auswirkungen auf Mensch und Natur zu minimieren.
Darüber hinaus ist auch eine stabile landwirtschaftliche Produktion wichtig – auch bei aufgrund des Klimawandels zu erwartenden stärkeren Schwankungen. Doch bisher gibt es wenig Kenntnisse darüber, wie sich biologische und konventionelle Landwirtschaft in Bezug auf die jährlichen Ertragsschwankungen unterscheiden.
Samuel Knapp vom Lehrstuhl für Pflanzenernährung der TU München und Marcel van der Heijden vom schweizerischen Kompetenzzentrum für landwirtschaftliche Forschung, Agroscope, untersuchten daher mit Hilfe einer Meta-Analyse in bereits publizierten Studien die jährliche Variation der Erträge.
Insgesamt verwendeten sie dafür 165 direkte Vergleiche aus 39 publizierten Studien. Wie erwartet, bestätigte die Analyse, dass biologische Bewirtschaftung geringere Erträge erbringt als konventionelle Landwirtschaft, im Mittel über alle Kulturen fielen sie um 16 Prozent niedriger aus.
Ähnliche Ertragsschwankung, aber unterschiedliche Ertragshöhe
Die Schwankungen der Erträge waren jedoch bei beiden Verfahren über die Jahre sehr ähnlich. „Das hört sich zwar beruhigend an, hat jedoch einen Haken“, sagt Samuel Knapp. „Weil die absoluten Ertragsschwankungen ähnlich sind, wirken sich die Schwankungen bei den geringeren Erträgen der Biolandwirtschaft stärker aus. Die sogenannte relative Ertragsstabilität ist im Biolandbau somit geringer“.
Die Unterschiede der Stabilität zwischen den beiden Anbausystemen lassen sich unter anderem auf eine höhere Düngung mit Stickstoff und Phosphor im konventionellen Anbau zurückführen. Biologisch arbeitende Betriebe können die Ertragsstabilität durch den Einsatz von Gründüngung und zeitliche Optimierung der Düngung verbessern.
Der Effekt einer reduzierten Bodenbearbeitung
In der gleichen Studie untersuchten die Forscher auch den Effekt reduzierter Bodenbearbeitung. Sie zeigt oft positive Effekte für die Bodenstruktur und Bodenlebewesen, führt aber auch zu geringfügig geringeren Erträgen.
Die beiden Wissenschaftler verglichen die Ertragsstabilität bei 367 paarweisen Langzeitvergleichen von reduzierter und konventioneller Bodenbearbeitung. Das Ergebnis: Der Unterschied im Ertrag war zwar messbar, betrug aber nur zwei Prozent. Bezüglich der Stabilität fanden die Wissenschaftler keine signifikanten Unterschiede.
Publikation:
S. Knapp, M.G.A. van der Heijden, A global meta-analysis of yield stability in organic and conservation agriculture. Nature Communications 9, 3632, 2018
Weitere Informationen:
Gefördert wurde das Projekt durch das Schweizer Kompetenzzentrum für landwirtschaftliche Forschung, Agroscope und den Schweizer Nationalfonds.
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