German Title: Welthunger versus Biodiversität: Transformationsansätze für ein nachhaltigeres Agrarsystem

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Abstract

Biodiversity loss threatens ecosystems worldwide through increasing habitat destruction, pollution and climate change, posing significant challenges to human well-being and ecological stability. As primary producers, plants form the foundation of ecosystems, sustaining countless life forms and providing essential ecosystem services such as carbon sequestration, soil stabilization and nutrient cycling. Plant biodiversity therefore holds immense potential for addressing these pressing global challenges. As agriculture accounts for around half of the total land area in Germany, it has great potential to mitigate many of the problems threatening the world's population. Especially nitrogen cycles and land use change, as well as the preservation of genetic and functional biodiversity, can be influenced by adapting the way in which land is farmed. Recognizing the opportunities offered by agriculture led to the implementation of the "Organic from Baden-Württemberg" action plan and also gave rise to the project AgroBioDiv as part of the Organic Farming research programme initiated by the state government in 2020. Within my study, I analysed how different forms of cultivation affect biodiversity in the arable landscape and how a transformation towards more sustainable, biodiverse agriculture can be guided and promoted. To this end, we carried out vegetation surveys of the arable weed flora on fields from organic farms, three farming communities practicing intermediate forms of agriculture, as well as purely conventionally farmed fields in 2021 and 2022. Based on the analysis of the species richness (Shannon Index) of the arable flora and the yield of the cultivated crops, I analysed the different cultivation methods comparatively, taking into account environmental parameters such as precipitation and temperature, location and soil conditions. The analyses revealed a significantly higher species diversity for organic cultivation compared to all other cultivation methods. However, even not organically certified fields, on which the use of chemicals was temporarily avoided, achieved significantly higher values than those on which pesticides were used. The strong influences of weather conditions, especially drought, and soil quality on weed biodiversity and yield emphasize the importance of climate-resilient crops. A much smaller influence on the number of species found on each field had the mechanical weed control and the study design influenced factors such as the height of the crop at the time of vegetation mapping. My study contributes to a more holistic understanding of the complex dynamics shaping arable flora in Baden-Württemberg, providing a foundation for evidence-based conservation and land management strategies in the face of evolving environmental challenges. I propose to tailor specific protection measures to the unique needs of different landscapes and agricultural contexts within Baden-Württemberg to balance the imperative of ensuring food security and sustainability with the conservation of biodiversity and ecosystem resilience.

Translation of abstract (German)

Der Verlust der biologischen Vielfalt bedroht Ökosysteme weltweit durch die zunehmende Zerstörung von Lebensräumen, die Umweltverschmutzung und den Klimawandel und gefährdet damit das menschliche Wohlergehen und die ökologische Stabilität erheblich. Als Primärproduzenten bilden Pflanzen die Grundlage von Ökosystemen, auf ihnen basieren unzählige Lebensformen und sie erbringen wichtige Ökosystemleistungen wie Kohlenstoffbindung, Bodenstabilisierung und Nährstoffkreislauf. Die Pflanzenbiodiversität birgt daher ein immenses Potenzial für die Bewältigung dieser globalen Herausforderungen. Etwa die Hälfte der gesamten Landfläche in Deutschland wird landwirtschaftlich genutzt, sodass eine Anpassung der Bewirtschaftungsweise einen großen Einfluss haben, insbesondere auf Stickstoffkreisläufe und Landnutzungsänderungen sowie den Erhalt der genetischen und funktionalen Biodiversität. Diese Chance zu erkennen führte zur Implementierung des Aktionsplans "Bio aus Baden-Württemberg", aus dem auch das Projekt AgroBioDiv im Rahmen des von der Landesregierung initiierten Forschungsprogramms Ökologischer Landbau 2020 hervorging. Im Rahmen meiner Studie habe ich untersucht, wie sich unterschiedliche Bewirtschaftungsformen auf die Biodiversität in der Ackerlandschaft auswirken und wie ein Wandel hin zu einer nachhaltigeren, biodiversen Landwirtschaft begleitet und gefördert werden kann. Dazu haben wir 2021 und 2022 Vegetationsaufnahmen der Ackerbegleitflora von Biobetrieben, drei intermediär arbeitenden Anbaugemeinschaften, sowie auf rein konventionell bewirtschafteten Feldern durchgeführt. Basierend auf der Analyse des Artenreichtums (Shannon-Index) der Ackerbegleitflora und der Ertragshöhe der angebauten Nutzpflanzen habe ich unter Einbeziehung von Umweltparametern wie Niederschlag und Temperatur, Standort und Bodenbeschaffenheit die verschiedenen Anbaumethoden vergleichend untersucht. Der ökologische Anbau weist eine deutlich höhere Artenvielfalt auf als alle anderen Anbaumethoden. Aber auch nicht ökologisch zertifizierte Felder, auf denen vorübergehend auf den Einsatz von Chemikalien verzichtet wurde, erzielten deutlich höhere Werte als solche, auf denen Pestizide eingesetzt wurden. Die starken Einflüsse der Witterungsbedingungen, insbesondere der Trockenheit, und der Bodenqualität auf die Beikrautdiversität und den Ertrag unterstreichen die Bedeutung klimaresistenter Kulturen. Einen wesentlich geringeren Einfluss auf die Anzahl der auf den einzelnen Feldern gefundenen Arten hatten die mechanische Unkrautbekämpfung und das Studiendesign, das von Faktoren wie der Höhe der Kultur zum Zeitpunkt der Vegetationskartierung beeinflusst wurde. Meine Studie trägt zu einem ganzheitlicheren Verständnis der komplexen Dynamik bei, welche die Ackerbegleitflora in Baden-Württemberg prägt, und bietet eine Grundlage für evidenzbasierte Schutz- und Landbewirtschaftungsstrategien angesichts der sich entwickelnden ökologischen Herausforderungen. Ich schlage vor, spezifische Schutzmaßnahmen auf die besonderen Bedürfnisse der verschiedenen Landschaften und landwirtschaftlichen Kontexte in Baden-Württemberg zuzuschneiden, um die Notwendigkeit der Gewährleistung von Ernährungssicherheit und Nachhaltigkeit mit dem Erhalt der biologischen Vielfalt und der Widerstandsfähigkeit der Ökosysteme in Einklang zu bringen.