Jonas Schmitt, Frank Offermann, Andreia F. S. Ribeiro & Robert Finger

Dürreereignisse sind eine der Hauptursachen für große Ernteverluste, die sich auf die Ernährungssicherheit und das Einkommen der Landwirte auswirken. Die Diversifizierung der angebauten Ackerkulturen während einer Anbausaison ist eine bekannte Strategie des Risikomanagements auf landwirtschaftlichen Betrieben, um diesen Dürrerisiken zu begegnen. Unklar ist jedoch, wie effektiv diese Anbaudiversifizierung bei unterschiedlichen Dürreintensitäten ist, wie diese Effektivität durch die Kombination der Kulturen beeinflusst wird und welche Rolle dabei regionale Umweltbedingungen wie Bodenqualität oder erwartete Niederschläge spielen. Um dies zu analysieren, untersuchen wir die gleichzeitigen Ertragsverluste verschiedener Ackerkulturen (Winterweizen, Wintergerste, Winterraps, Zuckerrüben und Körnermais) unter verschiedenen Dürreintensitäten innerhalb der Hauptanbauregionen Deutschlands (Ost, West, Nord und Süd). Wir verwenden einen umfassenden Datensatz von 249.756 Ertragspaaren der genannten Ackerkulturen auf Betriebsebene für den Zeitraum von 1995 bis 2019. Wir zeigen, dass die Diversifizierung von Ackerkulturen auf Betriebsebene zum Dürrerisikomanagement beiträgt, dass aber die Effektivität in Abhängigkeit von der Kombination der Ackerkulturen, der Intensität der Dürre und den regionalen Umweltbedingungen stark variieren kann.

Extreme Wetterereignisse führen immer wieder zu erheblichen Ertragseinbußen und beeinträchtigen die Ernährungssicherheit und das Einkommen der Landwirte. So führten Dürreereignisse in den Jahren 2003 und 2018 in vielen Regionen Europas zu Ertragseinbußen von mehr als 20 % bei einer Vielzahl von Ackerkulturen (Beillouin et al., 2020; Ciais et al., 2005; Schmitt et al., 2022; Webber et al., 2020). Darüber hinaus gewinnt das Dürrerisiko aufgrund des Klimawandels zunehmend an Bedeutung (Grillakis, 2019; Brás et al., 2021). Das Dürrerisiko bedroht somit zunehmend die Nahrungsmittelproduktion und die wirtschaftliche Existenz landwirtschaftlicher Betriebe und hat damit auch erhebliche Auswirkungen auf Industrie und Politik.

Eine wichtige Strategie zum Umgang mit einem zunehmendem Dürrerisiko ist die Diversifizierung der Anbauprogramme während einer Anbausaison. Nicht alles auf eine Karte zu setzen und vielfältige Ackerkulturen anzubauen, kann eine praktikable Strategie zur Stabilisierung der Nahrungsmittelproduktion und der landwirtschaftlichen Einkommen sein. Wie groß das Potenzial der Anbaudiversifizierung im Zusammenhang mit (extremen) Dürreschocks ist und welche Kombinationen von Ackerkulturen bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen am erfolgversprechendsten sind, ist jedoch nicht ausreichend erforscht. Auch der Einfluss regionaler Umweltbedingungen wie Bodenqualität oder zu erwartende Niederschläge auf die risikomindernde Wirkung der Anbaudiversifizierung ist noch nicht ausreichend bekannt.  

Solche Informationen werden jedoch als Entscheidungshilfe für Landwirt/innen, Versicherungen, Berater/innen und politische Entscheidungsträger/innen benötigt. In einem Artikel in der Fachzeitschrift `Agricultural Economics´ (Schmitt et al., 2024) schlagen wir eine neue Perspektive zur Quantifizierung der Risikominderungswirkung der Anbaudiversifizierung auf Betriebsebene vor, indem wir ihr Potenzial zum Umgang mit (extremen) dürrebedingten Ertragsschocks auf regionaler Ebene betrachten. Für unsere Analysen verwenden wir die Ertragsdaten des deutschen Testbetriebsnetzes für Winterweizen, Wintergerste, Winterraps, Zuckerrüben und Körnermais. Dazu bilden wir 249.756 regional gepoolte Ertragspaare dieser Ackerkulturen auf Betriebsebene für den Zeitraum zwischen 1995 und 2019 (vgl. z.B. BMEL, 2020).

In Abbildung 1 zeigen wir eine deskriptive Auswertung dieser Ertragspaare für die Kombinationen Winterweizen & Wintergerste (linkes Diagramm in Abbildung 1) sowie Winterweizen & Zuckerrüben (rechtes Diagramm in Abbildung 1). Wir führen alle unsere Analysen mit relativen Werten durch, indem wir die jeweiligen prozentualen Abweichungen der jährlichen Flächenerträge (t/ha) vom erwarteten Ertrag berücksichtigen.

Die deskriptive Analyse zeigt, dass die meisten jährlichen Ertragspaaren auf Betriebsebene (in Abbildung 1 dargestellten Punkte) keine großen gleichzeitigen prozentualen Abweichungen vom betriebsindividuellen Erwartungsertrag aufweisen. Es ist jedoch zu erkennen, dass in den extremen Dürrejahren 2003 (gelbe Punkte) und 2018 (orangene Punkte) viele Betriebe erhebliche Ertragseinbußen bei beiden Ackerkulturen hinnehmen mussten, da sich viele dieser eingefärbten Punkte im unteren linken Bereich häufen. Dies ist ein Hinweis auf die Grenzen der Diversifizierung zur Risikoreduktion in Extremjahren.

Abbildung 1. Gleichzeitige Ertragsabweichungen auf Betriebsebene für Gesamtdeutschland im Zeitraum 1995-2019. Die extremen Dürrejahre 2003 und 2018 sind farblich hervorgehoben.  

Um den Einfluss von der Dürreintensität und von den kombinierten Kulturen auf die Risikominderungswirkung von Diversifizierung zu untersuchen, führen wir neben der deskriptiven Analyse umfangreiche statistische Analysen mithilfe von Copulas durch. Copulas sind mathematische Funktionen, mit denen sich die Abhängigkeitsstruktur zwischen zwei oder mehreren Variablen wesentlich flexibler und umfassender abbilden lässt als z.B. mit Korrelationskoeffizienten. Mit Hilfe von Copulas können wir die Wahrscheinlichkeiten für das gleichzeitige Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte schätzen. Um die Wirksamkeit der Anbaudiversifizierung zu analysieren, schätzen wir die Wahrscheinlichkeiten, dass die Erträge von zwei Ackerkulturen auf einem Betrieb im selben Jahr den Grenzwert von -20% Ertragsabweichung von den betriebsindividuellen Ertragserwartungen unterschreiten. Diese -20% Ertragsabweichung bezeichnen wir im Folgenden als schwerwiegenden Ertragsverlust.

Anschließend führen wir diese Analyse in Abhängigkeit von der Intensität der Dürreereignisse durch und untersuchen, wie sich diese Wahrscheinlichkeit von gleichzeitigen Ertragsverlusten auf Betriebsebene in Abhängigkeit von der Dürreintensität verändert. Die Dürreintensität wird in unserer Analyse als statistische Größe dargestellt: So bezeichnen wir beispielsweise eine Dürre, die statistisch einmal in fünf Jahren auftritt, als moderate Dürre (‘moderate drought’) und eine Dürre, die statistisch einmal in zwanzig Jahren auftritt, als schwere Dürre (‘severe drought’).   

Wir führen diese Analysen regionsspezifisch durch und fassen die Ertrags- und Wetterdaten in den vier Hauptanbaugebieten Deutschlands (Ost, West, Nord und Süd) zusammen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Diese sogenannten ‘’Großregionen Ackerbau’’ wurden in der Vergangenheit auf Basis von Bodenklimaräumen, Betriebsstrukturen und Expertenwissen abgeleitet (vgl. JKI, 2009). Im Folgenden stellen wir ausgewählte Ergebnisse unserer Studie für die Großregionen Ost (Abbildung 2: blaue Region) und West (Abbildung 2: grüne Region) vor. Diese regionsspezifische Umsetzung unserer Analyse ist wichtig, um z.B. die unterschiedliche Bodengüte oder die unterschiedlichen Niederschlagserwartungen zu berücksichtigen.    

Abbildung 2. Einteilung der Hauptanbaugebiete Deutschlands auf Basis von Boden-Klima-Räumen, Betriebsstrukturen und Expertenwissen (vgl. JKI, 2009).

In unserer Studie stellen wir fest, dass die Anbaudiversifizierung das Dürrerisiko der Betriebe verringern kann. So zeigen die Abbildungen 3 und 4, dass die Wahrscheinlichkeit eines schwerwiegenden Ertragsverlustes auf Betriebsebene pro Ackerkultur (blaue und violette Linien) höher ist als die Wahrscheinlichkeit, dass die beiden Ackerkulturen gleichzeitig einen schwerwiegenden Ertragsverlust auf Betriebsebene erleiden (rote und grüne Linien). Beispielsweise zeigt Abbildung 3, dass während einer moderaten Dürre (Abbildung 3: ‘moderate drought’: ein Ereignis, das einmal in fünf Jahren auftritt) die Wahrscheinlichkeit eines schwerwiegenden Ertragsverlustes auf Betriebsebene pro Ackerkultur bei über 25% liegt, die Wahrscheinlichkeit eines gleichzeitigen schwerwiegenden Ertragsverlustes beider Ackerkulturen jedoch deutlich unter 20%.  

Insbesondere für die Anbauregion Ost (Abbildung 3) ist allerdings zu erkennen, dass sich die Wahrscheinlichkeiten für schwerwiegende Ertragsverluste je Ackerkultur und für gleichzeitige schwerwiegende Ertragsverluste beider Ackerkulturen mit zunehmender Dürreintensität annähern. Dadurch lässt sich ableiten, dass das Risikominderungspotenzial der Anbaudiversifizierung bei steigender Dürreintensität abnehmen kann.

Abbildung 3. Unterstichprobe von Anbauregion Ost – beobachtete Wahrscheinlichkeiten in den Ausgangsdaten für schwerwiegende (mindestens -20%) Ertragsverluste je Ackerkultur (blaue und violette Linien), beobachtete Wahrscheinlichkeiten in den Ausgangsdaten für gleichzeitige schwerwiegende Ertragsverluste beider Ackerkulturen (grüne Linie) und geschätzte Wahrscheinlichkeiten für gleichzeitige schwerwiegende Ertragsverluste beider Ackerkulturen auf Basis der Clayton-Copula (rote Linie). 

Darüber hinaus zeigen unsere Ergebnisse, dass das Risikominderungspotenzial der Anbaudiversifizierung in Abhängigkeit von den regionalen Anbaubedingungen (z.B. Bodenqualität oder durchschnittliche Niederschläge) stark variiert. Beispielsweise sehen wir, dass im Falle einer schweren Dürre (‘severe drought’: ein Ereignis, das einmal in zwanzig Jahren auftritt), schätzungsweise 26,4% der Betriebe in Ostdeutschland gleichzeitige schwerwiegende Ertragsverluste bei Winterweizen und Wintergerste erleiden (siehe Abbildung 3, links: rote Linie). Im Vergleich dazu erleiden schätzungsweise 19,1% dieser Betriebe im Falle einer schweren Dürre gleichzeitige schwerwiegende Ertragseinbußen bei Winterweizen und Zuckerrüben (siehe Abbildung 3, rechts: rote Linie). In Westdeutschland sind diese Risiken bei einer schweren Dürre deutlich geringer: Schätzungsweise 3,6% der Betriebe erleiden gleichzeitige schwerwiegende Ertragseinbußen bei Winterweizen und Wintergerste und schätzungsweise 1,6% der Betriebe erleiden schwerwiegende Ertragseinbußen bei der Kombination von Winterweizen und Zuckerrüben (siehe Abbildung 4, rote Linien).   

Abbildung 4. Unterstichprobe von Anbauregion West – beobachtete Wahrscheinlichkeiten in den Ausgangsdaten für schwerwiegende (mindestens -20%) Ertragsverluste je Ackerkultur (blaue und violette Linien), beobachtete Wahrscheinlichkeiten in den Ausgangsdaten für gleichzeitige schwerwiegende Ertragsverluste beider Ackerkulturen (grüne Linie) und geschätzte Wahrscheinlichkeiten für gleichzeitige schwerwiegende Ertragsverluste beider Ackerkulturen auf Basis der Clayton-Copula (rote Linie).   

Unsere Ergebnisse zeigen, dass Landwirte das Risiko durch Diversifizierung effektiver mindern können, indem sie Kulturen mit unterschiedlichen phänologischen Bedürfnissen und Wasseransprüchen im Jahresverlauf anbauen. Unsere Analyse zeigt aber auch, dass in vulnerablen Regionen wie Ostdeutschland die Anbaudiversifizierung als traditionelles Instrument des Risikomanagements für viele Betriebe bei schweren Dürreperioden allein nicht wirksam ist. Außerbetriebliche Risikomanagement-Maßnahmen wie Versicherungen sollten daher als ergänzende Strategie in Betracht gezogen werden (siehe z.B. Bucheli et al., 2023).   

Unsere Analyse hat auch wichtige politische Implikationen. Politische Entscheidungsträger sollten unsere Ergebnisse nutzen, um Landwirte in die Lage zu versetzen, Anbaudiversifizierung so effektiv wie möglich umzusetzen. Zum Beispiel könnten politische Entscheidungsträger den Anbau von Pflanzen mit unterschiedlichen phänologischen Anforderungen und unterschiedlichem Wasserbedarf im Jahresverlauf fördern, um die landwirtschaftlichen Systeme insgesamt widerstandsfähiger gegenüber Wetterextremen zu machen. Politische Entscheidungsträger könnten auch zusätzliche Anreize für eine effektive Anbaudiversifizierung schaffen, indem sie diese zur Voraussetzung für Versicherungssubventionen oder die Auszahlung von Nothilfen machen.

Artikel (open access): Schmitt, J., Offermann, F., Ribeiro, A. F., & Finger, R. (2024). Drought risk management in agriculture: A copula perspective on crop diversification. Agricultural Economics. 1-25. https://doi.org/10.1111/agec.12851. 

Autor/innen: Jonas Schmitt (ETH Zürich; Thünen-Institut für Betriebswirtschaft, Braunschweig), Frank Offermann (Thünen Institut für Betriebswirtschaft, Braunschweig), Andreia F. S. Ribeiro (UFZ Leipzig; ETH Zürich), Robert Finger (ETH Zürich).  Kontakt: joschmitt@ethz.ch

Referenzen

BMEL (2020). Die wirtschaftliche Lage der landwirtschaftlichen Betriebe. Buchführungsergebnisse der Testbetriebe des Wirtschaftsjahres 2019/2020. Available at: https://www.bmel-statistik.de/landwirtschaft/testbetriebsnetz/testbetriebsnetz-landwirtschaft-buchfuehrungsergebnisse/archiv-buchfuehrungsergebnisse-landwirtschaft/buchfuehrungsergebnisse-landwirtschaft-201920.

Beillouin, D., Schauberger, B., Bastos, A., Ciais, P., & Makowski, D. (2020). Impact of extreme weather conditions on European crop production in 2018. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 375(1810), 20190510. https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0510.

Brás, T. A., Seixas, J., Carvalhais, N., & Jägermeyr, J. (2021). Severity of drought and heatwave crop losses tripled over the last five decades in Europe. Environmental Research Letters, 16(6), 065012. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abf004.   

Bucheli, J., Conrad, N., Wimmer, S., Dalhaus, T., & Finger, R. (2023). Weather insurance in European crop and horticulture production. Climate Risk Management, 41, 100525. https://doi.org/10.1016/j.crm.2023.100525.

Ciais, P., Reichstein, M., Viovy, N., Granier, A., Ogée, J., Allard, V., … & Valentini, R. (2005). Europe-wide reduction in primary productivity caused by the heat and drought in 2003. Nature, 437(7058), 529-533.Cui, X. (2020). Beyond yield response: weather shocks and crop abandonment. Journal of the Association of Environmental and Resource Economists, 7(5), 901-932. https://doi.org/10.1038/nature03972. 

Grillakis, M. G. (2019). Increase in severe and extreme soil moisture droughts for Europe under climate change. Science of The Total Environment, 660, 1245-1255. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.001.

JKI (2009). Netz Vergleichsbetriebe Pflanzenschutz – Jahresbericht 2009. (No. 156).

Schmitt J., Offermann, F., Söder, M., Frühauf, C., & Finger, R. (2022). Extreme weather events cause significant crop yield losses at the farm level in German agriculture. Food Policy. 112. https://doi.org/10.1016/j.foodpol.2022.102359.

Webber, H., Lischeid, G., Sommer, M., Finger, R., Nendel, C., Gaiser, T., & Ewert, F. (2020). No perfect storm for crop yield failure in Germany. Environmental Research Letters, 15(10), 104012. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aba2a4.