Stefan Wimmer, Christian Stetter, Jonas Schmitt, und Robert Finger*.

Der Klimawandel stellt eine grosse Herausforderung für die Landwirtschaft dar. Wir zeigen, dass Extremwetterereignisse landwirtschaftliche Produktionsentscheidungen nicht nur unmittelbar, sondern auch in den Folgejahren beeinflussen.

Die Landwirtschaft ist wie kein anderer Sektor von der Umwelt abhängig. Sich änderndes Klima hat die Produktionsbedingungen in den vergangenen Jahren bereits erheblich verändert. Weltweit hat der menschengemachte Klimawandel zu starken Verlusten in der landwirtschaftlichen Produktivität geführt (Ortiz-Bobea et al. 2021). Auch in Europa stellen die zunehmenden Häufigkeiten extremer Wetterereignisse wie Überschwemmungen, Dürren, Hitzewellen oder Frost eine Herausforderung für die landwirtschaftliche Produktion und Nahrungsmittelversorgung dar (z. B. Trnka et al. 2014; Schmitt et al. 2022). Die Fähigkeit landwirtschaftlicher Betriebe, sich an diese Umweltveränderungen anzupassen, ist von zentraler Bedeutung für die Widerstands- und Zukunftsfähigkeit des Agrarsektors. Aber wie passen sich Betriebe an sich änderndes Wetter und Extremereignisse an? Es bleibt eine offene Frage, wie LandwirtInnen ihre Anbauentscheidungen (d.h. was, wann, wie produziert wird) anpassen werden.

In einer kürzlich im American Journal of Agricultural Economics erschienenen Studie (Wimmer et al., 2023) analysieren wir, wie Ackerbaubetriebe auf sich ändernde Wetterverhältnisse reagieren. Ziel der Arbeit ist es, Anpassungen in der Produktion einzelner Feldfrüchte sowie im Inputeinsatz zu quantifizieren. Dies hilft, die Entwicklung gezielter Massnahmen zur Anpassung an den Klimawandel zu unterstützen. Im Fokus unserer Arbeit steht, wie LandwirtInnen abhängig von ihren Wettererwartungen über geplante Output- und Inputmengen entscheiden. Während der Anbausaison können sie auf die realisierten Wetterverhältnisse reagieren, indem sie variable Inputs wie zum Beispiel Düngemittel anpassen. Nach der Anbausaison können sie mit Anpassungen in Fruchtfolgen, was in Zukunft welchem Umfang angebaut wird, reagieren. 

Für unsere Analyse nehmen wir an, dass LandwirtInnen ihre Wettererwartungen auf Grundlage des beobachteten Wetters in der Vergangenheit bilden (Ramsey et al., 2021). Das heisst auch, dass extreme Wettereignisse die Produktion nicht nur in einem Jahr, sondern durch angepasste Wettererwartungen auch langfristig beeinflussen können.

Unsere empirische Analyse fokussiert sich auf die Produktion von Getreide, Eiweisspflanzen, Ölsaaten und Hackfrüchte sowie den Einsatz von Mineraldünger. Wir nutzen Buchführungsdaten von 1638 deutschen Ackerbaubetrieben über die Jahre 1996-2019 (BMEL 2020), die wir mit detaillierten Wetterdaten auf Gemeindeebene verknüpfen.

Abbildung 1 zeigt, wie Änderungen in den Wettererwartungen die Anbauentscheidungen beeinflussen. Zum Beispiel erhöht eine positive Änderung des erwarteten Niederschlages die Wahrscheinlichkeit, vermehrt Eiweisspflanzen anzubauen, während die Wahrscheinlichkeit, Ölsaaten anzubauen, zurückgeht. Anbauentscheidungen von Getreide und Hackfrüchte dagegen werden in unserer Stichprobe kaum von Änderungen in der Wettererwartung beeinflusst.

Abbildung 1. Auswirkungen der Wettervariablen auf die Wahl der Kulturpflanzen mit 95%-Konfidenzintervallen.

Zudem zeigen die Ergebnisse, dass Wettererwartungen nicht nur die Wahl der Kulturen beeinflussen, sondern auch, welche Mengen der jeweiligen Kulturen produziert werden sollen und wie viel Betriebsmittel (z.B. Dünger) insgesamt eingesetzt werden sollen. So reduziert zum Beispiel die Erwartung zunehmender extremer Hitze den Düngereinsatz. Nicht zuletzt beeinflusst auch das realisierte Wetter die erzielte Produktionsmenge (Ertrag pro Hektar) und den Betriebsmitteleinsatz. Extreme Wetterereignisse haben also verschiedene Effekte: i) direkte Effekte auf den Ertrag, ii) Effekte auf den Einsatz von Betriebsmitteln und iii) Effekte auf die Anbauentscheidungen in den Folgejahren und somit auf ganze Fruchtfolgen.

Um das Zusammenspiel dieser Effekte zu quantifizieren, verwenden wir unsere ökonometrisch geschätzten Parameter der Angebotsfunktionen (von produzierten Kulturen) und Nachfragefunktionen (nach Betriebsmitteln), um die kurz- und mittelfristigen Produktionsänderungen in Folge eines Dürrejahres zu simulieren. Alle weitere Einflussfaktoren, wie zum Beispiel Preise oder Kapitaleinsatz, halten wir bei der Simulation konstant, sodass die Wettereffekte isoliert betrachten werden. Wie in Abbildung 2 dargestellt, ist die Maisproduktion am stärksten von der Dürre betroffen (-20%). Zudem wird der Düngermitteleinsatz um 26% verringert. Während die Produktion von Eiweisspflanzen, Mais und Ölsaaten auch in den Jahren nach dem Extremwetterereignis auf niedrigerem Niveau bleibt, kehren der Düngermitteleinsatz und die Getreideproduktion wieder auf ihr Ausgangsniveau zurück. Die Produktion von Hackfrüchten dagegen zeigt sogar eine steigende Tendenz. In weiterführen Analysen stellen wir zudem fest, dass kleinere Betriebe stärker auf den Dürreschock reagieren als grössere Betriebe.

Abbildung 2. Veränderungen der Produktionsentscheidungen nach einer Dürre.

Die Ergebnisse dieser Studie haben mehrere wichtige Implikationen für die Forschung, Industrie und Politik. Erstens beeinflussen nach unseren Ergebnissen sowohl das realisierte Wetter als auch das erwartete Wetter die landwirtschaftliche Produktion massgeblich. Die Bewertung der Auswirkungen von Wetter und Klima auf die Landwirtschaft sollte daher über reine Ertragseffekte hinausgehen und die Wahrnehmungen von LandwirtInnen und Produktionsanpassungen auf Betriebsebene berücksichtigen. Zweitens haben extreme Wetterereignisse, wie zum Beispiel Dürren, über Jahre andauernde Auswirkungen auf landwirtschaftliche Produktionsentscheidungen. So geht in unserer Fallstudie von deutschen Ackerbaubetrieben die Produktion von Eiweisspflanzen nach einem simulierten Dürreschock deutlich zurück und bleibt über mehrere Jahre unter dem Ausgangsniveau. Deshalb können Extremwetterereignisse, die im Zuge des Klimawandels zunehmend auftreten, politische Ziele wie die Ausweitung des Eiweisspflanzenanbaus untergraben. Drittens wirken sich extreme Wetterbedingungen auf den Düngemitteleinsatz aus. Die Reduzierung des Düngemitteleinsatzes kann als ökonomisch rational betrachtet werden, da sich bei zu trockenen Wachstumsbedingungen die Stickstoffaufnahmefähigkeit der Pflanzen verringert. Die Bereitstellung detaillierter Echtzeitinformationen über das Wachstumspotenzial von Nutzpflanzen kann deshalb den BewirtschafterInnen dabei helfen, den Düngemitteleinsatz an der Stickstoffaufnahme auszurichten, was sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht (Vermeidung von Nährstoffverlusten) vorteilhaft ist.

Studie (open access): Wimmer, S., Stetter, C., Schmitt, J., Finger, R. (2023). “Farm-level responses to weather trends: A structural model.” American Journal of Agricultural Economics. In press. https://doi.org/10.1111/ajae.12421.

*Stefan Wimmer (swimmer@ethz.ch), Christian Stetter und Robert Finger sind an der ETH Zürich. Jonas Schmitt ist am Thünen-Institut für Betriebswirtschaft und Doktorand an der ETH Zürich.  

Fotocredit: Adrian Urban, Theilenhofen

Referenzen

BMEL. 2020. “Das Testbetriebsnetz Landwirtschaftlicher Betriebe.” Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). https://www.bmel-statistik.de/landwirtschaft/testbetriebsnetz. 

Ortiz-Bobea, Ariel, Toby R. Ault, Carlos M. Carrillo, Robert G. Chambers, and David B. Lobell. 2021. “Anthropogenic Climate Change Has Slowed Global Agricultural Productivity Growth.” Nature Climate Change 11(4): 306–12. https://doi.org/10.1038/s41558-021-01000-1.

Ramsey, Steven M., Jason S. Bergtold, and Jessica L. Heier Stamm. 2021.“Field-Level Land-Use Adaptation to Local Weather Trends.” American Journal of Agricultural Economics 103(4): 1314–41. https://doi.org/10.1111/ajae.12157.

Schmitt, Jonas, Frank Offermann, Mareike Söder, Cathleen Frühauf, and Robert Finger. 2022. “Extreme Weather Events Cause Significant Crop Yield Losses at the Farm Level in German Agriculture.” Food Policy 112: 102359. https://doi.org/10.1016/j.foodpol.2022.102359.

Trnka, Miroslav, Reimund P. Rötter, Margarita Ruiz-Ramos, Kurt C. Kersebaum, Jørgen E. Olesen, Zdeněk Žalud, and Mikhail A. Semenov. 2014. “Adverse Weather Conditions for European Wheat Production Will Become more Frequent with Climate Change.” Nature Climate Change 4(7): 637–43. https://doi.org/10.1038/nclimate2242.