Bæredygtighed i Økologisk jordbrug

Bæredygtighed i Økologisk jordbrug Fagsamling i økologisk mat og landbruk BioForsk, Januar 2009 Niels Halberg Internationalt center for forskning i økologisk jordbrug og fødevaresystemer

Bæredygtigheds prismet: 4 aspekter/imperativer med 6 koblinger Valentin og Spangenberg, 2000

The classical 3 dominant visions of Food sufficiency agricultural sustainability Agriculture as instrument for feeding people Stewardship Ecological balance and limits Community Vital, coherent rural cultures Douglass, 1984

To forskellige forståelser af jordbrugets bæredygtighed: Ressourceregnskab: Ser på den fødevareproduktion, fordeling af fødevarer og forbrug af ressourcer, der kan forudses og beregnes Mål: at opfylde nuværende og fremtidige generationers behov Naturen er robust, en ressource separat fra mennesket Funktionel integritet: Ser på jordbruget som et komplekst system af produktion, økologiske relationer og sociale værdier Mål: at bevare og øge systemets modstandskraft og undgå uønskede irreversible ændringer Naturen er sårbar og mennesket er en integreret del af den Forsigtighedsprincippet, begrænset viden Kulturelle og sociale forhold skal også reproduceres (H.F. Alrøe efter Paul Thompson, 1997)

Grundlæggende principper for økologisk jordbrug Vedtaget september 2005 Sundhed Økologi Retfærdighed Forsigtighed Sund jord Sunde planter Sunde husdyr Sunde mennesker Recirkulering Diversitet Naturlig regulering Øko service funktioner

Energy use in organic and conventional dairy production Energy budget, grain production: SANDY SOILS ORGANIC CONVENTIONAL ELECTRICITY 195 246 DIESEL, MANURE 611 521 SOIL PREPARATION 1399 1568 HARVEST, TRANSPORT 577 577 DIESEL NOT ACCOUNTED FOR 1170 1208 SUM DIRECT ENERGY 3952 4120 MJ per HA SEEDS 459 358 FERTILIZER 3272 PESTICIDES 218 LIMING 150 150 MACHINE DEPRICIATION 1968 1936 SUM INDIRECT ENERGY 2577 5934 SUM ENERGY 6529 10054 NB!: Ancient data. : Refsgaard, Halberg og Kristensen, 1998

Energy use in organic and conventional production systems Diesel use for field operations: FIELD OPERATIONS DIESEL USE PLOUGHING 20-23 L per HA SEEDBED HARROWING 4-6 TRADITIONAL SOWING 3 PESTICIDE APPLICATION, 12M 1.5 FERTILIZER APPLICATION 2 WEED-HARROWING 2-3 HANDLING OF MANURE 1,05 L per ton HANDLING OF SLURRY 0,41 Nielsen, Pick, Norén and others

Energy use in organic and conventional production systems MJ per FU 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Energy use in grain SANDY SOILS IRRIG. SAND ORGANIC CONVENTIONAL CLAY SOILS

Energy efficiency in organic and conventional crop production, USA, 1980 Corn Potatoes Energy input (1000 kcal) Conventional Organic Conventional Organic 6,241 3,759 15,841 8,424 ("Nitrogen-fert/manure" in %) (27) (7) (17) (7) Yields (kg) 8,005 7,925 33,000 16,500 Yields (1000 kcal) 27,885 27,606 20,262 10,131 Output/input (1000 kcal) 4.5 7.3 1.3 1.2 Organic crops fertilised with manure Energy for chemical fertilizer and handling of manure included. Human labor not included. Alternative value of manure nutrient content not included! NB! Clasical data : Pimental et al., 1983

Energy efficiency in DK organic and conventional Dairy farms (clay soil) Grass MJ per kg product Conventional Organic Clover Kg DM 2.0 0.7 Cereal Milk 2.4 2.0 3.3 2.7 Refsgaard, Halberg og Kristensen, 1998

LCA for pork meat and milk, Farm process Contribution to Global Warming Potential CO2 CH4 N2O CO2 CH4 N2O www.lcafood.dk

Farm level contributions to important green house gasses: N2O per kg pig and CH4 per kg milk Manure Fertilizer Crop residues Indirect from NO3, NH3 Manure Enteric fermentation koen

Areabased vs. Product oriented (LCA): Assessement of Green house gass emissions from organic and conventional milk production, relative numbers 120 100 C, O, C, O, C, O, C, O 80 60 40 Global warming milk Global warming ha 20 0 D-Org. S-Org D-Conv. S-Conv. NL-Org. NL-Conv. DK-Conv. DK-Organic Germany, Sweden, Holland, Denmark Halberg et al., 2005

LCA of pork from Danish farm Impact category 2 Global warming (GWP 100) Organic pig system 1 / Unit Free range sows All pigs free range Tent system Conventional system g CO2-eq 2920 b 4 3320 a 2830 b 2700 Soil C g CO2-eq sequestration 3 Acidification g SO2-eq 57.3 a 61.4 a 50.9 b 43 Eutrophication g NO3-eq 269 b 381 a 270 b 230 FU: 1 kg liveweight pig ab farm 1): Organic systems from Halberg et al., 2007; conventional from Dalgaard et al., 2007. 2): Calculated according to EDIP method (Wenzel et al., 1997; updated 2003) 3): Soil C sequestration: Soil C and N net changes resulting from mineralisation vs. Input of organic matter and crop residues modelled with C-tool, Petersen, B. M.; 2007. 4): Statistical tests using Monte Carlo simulations in Simapro.

LCA of pork from Danish farm Impact category 2 Global warming (GWP 100) Organic pig system 1 / Unit Free range sows All pigs free range Tent system Conventional system g CO2-eq 2920 b 4 3320 a 2830 b 2700 Soil C g CO2-eq -300-400 -500 0 sequestration 3 Acidification g SO2-eq 57.3 a 61.4 a 50.9 b 43 Eutrophication g NO3-eq 269 b 381 a 270 b 230 FU: 1 kg liveweight pig ab farm 1): Organic systems from Halberg et al., 2007; conventional from Dalgaard et al., 2007. 2): Calculated according to EDIP method (Wenzel et al., 1997; updated 2003) 3): Soil C sequestration: Soil C and N net changes resulting from mineralisation vs. Input of organic matter and crop residues modelled with C-tool, Petersen, B. M.; 2007. 4): Statistical tests using Monte Carlo simulations in Simapro.

LCA af Danske økologiske og konventionelle produkter, 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 g CO 2 ækv. Per kg Svinekød Skummetmælk Kartofler Gulerødder Drivhustomater Hvede Havre Rapsfrø Konventionel Økologisk Not Included: Pesticides!! Halberg et al. 2008

Bidrag til klimaproblemstillingen - reduktion af drivhusgasudledning Lavere energiforbrug i økologisk produktion Potentiale for oplagring kulstof i jord som følge af flerårige afgrøder (kløvergræs) Potentiale for produktion af bioenergi Som integreret del af sædskifte og arealanvendelse Fra enge og halvkulturarealer som del af naturpleje 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Svinekød Skummetmælk Kartofler Gulerødder Konventionel Drivhustomater Hvede Økologisk Næsten samme udledning af drivhusgasser per kg fødevare Havre Rapsfrø Økologiske systemers rolle i tilpasning til klima ændringer?

N surplus on dairy farms (kg N ha -1 year -1 ) 250 Conventional 200 Input: 238 150 Organic kg N per ha 100 50 0 N surplus: 181 Input: 144 N surplus: 105 INPUT Rainfall Imported fodder Mineral fertilizer Organic fertilizer N2 fixation Exported crops -50 Output: - 57 Output: - 39 Milk Meat OUTPUT -100 Farm type FØI-statistik, 1999 Kristensen et al., 2003

N og P overskud og N tab på malkebrug (kg N og P ha -1 år -1 ) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 181-36 -26-119 Overskud Udvaskning 105-25 -26-54 P-overskud N-Effektivitet, % P-effektivitet Økologisk Konventionel Grønne regnskaber, 1999-2006 Kristensen & Hermansen, 2008

Relativ miljøpåvirkning per kg produceret mælk (konv=100) Drivhuseffekt Næringssaltbelastning Forsuring Arealforbrug 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Konv. mælk Øko mælk

N og P effektivitet Reduktion i næringssaltudledning Højere effektivitet i øko Lavere kvælstofudvaskning og fosfor overskud fra økologiske kvægbrug Ingen signifikant effekt for planteavl og svinebrug Økologi som virkemiddel kan kombinere lavere udledning af næringsstoffer med andre miljøfordele (fx pesticider, natur )

Økologisk jordbrug bevarer naturværdier og fremmer biologisk mangfoldighed Agerlandets almindelige plante- og dyrearter har mange funktioner Fugle Bestøvere Skadedyr Planter Naturlige fjender Titel Organic Agriculture March 31, 2008 Vibeke Langer 22 Regnorme

Natur og biodiversitet - Antal og mangfoldighed af agerlandets almindelige plante- og dyrearter er højere på økologiske marker og bedrifter - Eksempler fra DK: - Flere ukrudtsarter i økologiske marker - Flere plantearter og mere blomstring i hegn på økologiske bedrifter (Strandberg, 2008) - Flere sommerfugle i hegn på økologiske bedrifter Område Driftsform Antal blomstrende arter pr. hegn Blomstringsindeks (B. Strandberg et al. 2008) Bjerringbro og Fussingø Kalø og Ryomgård Konventionel: Økologisk: Konventionel: Økologisk: 21,5 ± 1,2 40,2 ± 3,6 33,5 ± 3,8 51,7 ± 2,1 65,5 ± 5,1 74,3 ± 5,8 69.2 ± 3,3 100,4 ± 3,3

Organic agriculture and biodiversity Meta analysis of comparative studies (Bengtsson et al., 2005): Species richness 30% higher in organic farms (n=32) Birds, Plants Predatory insects, carabidae Species abundance 50% higher in organic farms (n=117) Weeds, Soil organisms (earthworms) Predatory insects, carabidae Not potential pest species! Same picture in review Hole et al., 2005 (n=76) Causes for higher diversity and abundance under organic farming: Non use of pesticides & fertiliser Friendly treatment of hedgerows and non-crop habitats on organic farms Preservation of mixed farming and diversified land use Agro-ecological methods could also be used in non-organic - but in reality is not!

Natur og biodiversitet Gevinsten ved økologisk markdrift er størst i homogene landskaber, f.eks. i landskaber domineret af intensiv planteavl Når der justeres for afgrøder, udyrkede arealer etc., giver markdriften alene højere biodiversitet på de økologiske bedrifter Alle øvrige positive elementer (kløvergræs, hegn, småbiotoper) kommer oveni

Natur og biodiversitet Tilstedeværelsen af økologiske marker i et landskab kan forbedre biodiversiteten, også på konventionelle arealer i området Randzoner ved økologiske marker Antal arter bier Randzoner ved konventionelle O Baseret på disse resultater, forventes artsrigdommen af bier at vokse med 50% ved en stigning i det økologiske areal fra 5% til 20% (som er målet i Tyskland) % økologisk areal i det lokale landskab Samme resultat ses for sommerfugle i Sverige (Rundlöf et al., 2008)

To what extent is certified organic agriculture a sustainable alternative? Biodiversity and landscape preservation Reduced nutrient lossess and green house gas emissions Reduced risk of pesticide toxication and residues in food Improved animal welfare Higher income for smallholder farmers Lower yields means more land use and nearly equal emissions per kg product Problem with cupper and dependance on input from conventional farms

Europe: Organic crop yields as a percentage of conventional reference yields CH AT DE IT FR DK Wheat 64-75 62-67 58-63 78-98 44-55 63-87 Barley 65-84 58-70 62-68 55-94 70-80 50-73 Oats 73-94 56-75 88 Grain maize 85-88 70 55-93 66-80 (69) silage Oilseeds 83 78-88 60-67 48-50 67-80 67-95 Potatoes 62-68 39-54 54-69 62-99 68-79 58 Grassclover 88 Source: Different publications compiled by J. Sanders, FiBL

Udfordringer for økologiens Relative udbytter bæredygtighed (natur, miljø, produktion) Bevidst brug af diversitet/mangfoldighed Bedre integrering af økologiske støttefunktioner Eco-functional intensification (TPOrganics) Klima og energi (selv)forsyning Bedre næringsstof recirkulering Uafhængighed af ikke økologisk input (halm, gødning, såsæd, genetiske ressourcer)

Bæredygtigheds prismet: 4 aspekter/imperativer med 6 koblinger Valentin og Spangenberg, 2000

Grundlæggende principper for økologisk jordbrug Vedtaget september 2005 Sundhed Økologi Retfærdighed Forsigtighed Sund jord Sunde planter Sunde husdyr Sunde mennesker Recirkulering Diversitet Naturlig regulering Øko service funktioner

1. The convinced 2. The brand focused 3. The positive 4. The food focused 5. The careless 6. The sceptics Segments of Danish organic consumers Survey by Katherine O Doherty Jensen, KU-Life Engaged in cooking: Yes: No: 64% Quality oriented Yes NO Price oriented 90% 71% 39% 68% 44% Organic better and healthier Yes Only healthier No 92% Confident in organic: Yes Don t know No 100% 100% 76% 61% 93% Global care Yes Don t know No 100% 58% 40%

Segments of Danish organic consumers Survey by Katherine O Doherty Jensen, KU-Life Engaged in cooking: Yes: No: Quality oriented Yes NO Price oriented Organic better and healthier Yes Only healthier No Confident in organic: Yes Don t know No Global care Yes Don t know No 1. The convinced 90% 71% 92% 100% 100% 2. The brand focused 64% 39% 100% 76% 58% 3. The positive 68% 44% 61% 93% 40% 4. The food focused 100% 41% 56 % 86% 67% 5. The careless 100% 47% 59% 90% 71% 6. The sceptics 57% 55% 73% 91% 90%

Segments appreciation of products: Percent of respondents agreeing to the following beeing important motives for their own purchase of organic products: Motive/Segment: all, %: 1 2 3 4 5 6 Animal welfare 78 Better environment 74 Avoid pesticide/ medicine residues 70 Better quality 68 Family s own health 67 Supporting organic principles 61 95% 49% 97% 46% 92% 43% 92% 42% 95% 41% 95% 21% Better taste 55 Survey by Katherine O Doherty Jensen, KU-Life, 2007 78% (64% 43% 45% 44%) 30%

Consumer opinions and motives for buying organic food in Denmark, 2007 Segments 1-3 also generally believe that organic farmers take more considerations for global environment in their production, It gives them better consciousness to buy organic products They prefer smaller producers and believe this to be supported by organic agriculture They still prefer Danish to import Few consumers in Segments 4-6 have the same opinion So, How large are the consumer segments?... Survey by Katherine O Doherty Jensen, KU-Life

Proportion of consumer segments divided by approach to organic in Denmark Proportion of habitants Proportion of organic sales 1. The convinced 17% 46% 2. The brand focused 16% 19% 52% 88% 3. The positive 19% 23% 4. The food focused 24% 8% 47% 13% 5. The careless 11% 3% 6. The sceptical 12% 2% Survey by Katherine O Doherty Jensen, KU-Life SURVEY DATA 2007 + GfK PANELDATA 2006