Project

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Development of a spatially distributed Land Management Model for the Swiss Plateau linking agricultural management to soil services and policies

Applicant Keller Armin
Number 161896
Funding scheme NRP 68 Sustainable Use of Soil as a Resource
Research institution Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART
Institution of higher education Research Institutes Agroscope - AGS
Main discipline Pedology
Start/End 01.01.2016 - 31.01.2018
Approved amount 230'600.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Pedology
Agricultural Engineering
Other disciplines of Engineering Sciences

Keywords (7)

agricultural land management; soil nutrients; national scale; fertilization scenarios; long-term changes; soil functions; trace elements and pesticides

Lay Summary (German)

Lead
Modellierung räumlich expliziter Stoffkreisläufe für das Schweizer MittellandKurztitel: „Stoffkreisläufe Schweizer Mittelland“Die landwirtschaftliche Nutzung unserer Böden ist einer der wichtigsten Treiber der Bodenfunktionen beeinflusst. Das Projekt entwickelt ein Modell für das Schweizer Mittelland zur Bilanzierung von jährlichen Stoffkreisläufen für landwirtschaftlich genutzte Böden mit räumlichem Bezug. Es unterstützt die Ableitung von Handlungsempfehlungen auf regionaler als auch nationaler Ebene und liefert Bewirtschaftungsszenarien für Vollzug und Politik zur Erhaltung und Verbesserung von ausgewählten Bodenfunktionen.
Lay summary

Projektbeschrieb

Im landwirtschaftlichen System werden die Böden mit am intensivsten genutzt. Eine nachhaltige Bewirtschaftung der Böden mit ausgeglichenen Stoffkreisläufen für Nähr- und Schadstoffe sind daher essentiell. Trotz der Einführung von ökologischen Massnahmen in der Schweizer Landwirtschaft seit Mitte der 90iger Jahre, konnten jedoch bisher die nationalen Reduktionsziele der Nährstoffüberschüsse nicht erreicht werden.

Das Team von Armin Keller entwickelt für das Schweizer Mittelland ein Modell, welches die Berechnung räumlich expliziter Stoffeinträge in Böden erlaubt. Das Modell soll dazu dienen den Einfluss regionaler Bewirtschaftungsstrategien als auch nationaler Steuerungsinstrumente auf Nähr- und Schadstoffkreisläufe für Acker- und Graslandböden abzubilden. Das Modell nutzt unter anderem national verfügbare Remote Sensing Daten der Google Engine Plattform als auch Betriebserhebungen um modellierte Stoffkreisläufe jährlich zu aktualisieren.

Lenkungsmassnahmen

Eine Stärke des nationalen Modells liegt darin, zu erkennen wo sich die Landnutzung und die Bewirtschaftung über die Jahre ändern, und es erlaubt Trends in den Stoffkreisläufen zu schätzen. Das Projekt unterstützt die Ableitung von Lenkungsmassnahmen und politischen Entscheiden für eine nachhaltige landwirtschaftliche Nutzung auf nationaler und regionaler Ebene. Es fokussiert auf ausgewählten Bodenfunktionen, wie beispielsweise die Filter- und Regelfunktion für Nährstoffe, die bisher kaum in der Landwirtschaftspolitik berücksichtigt werden.

Landwirtschaftspolitik unterstützen

Das Modell identifiziert Risikogebiete in denen hohe Nährstoffdefizite oder -überschüsse vorhanden sind und die Regulierungsfunktionen des Bodens stark beeinflusst bzw. überbeansprucht werden. Anhand von Szenarien für angepasste Bewirtschaftungsmassnahmen werden Optionen zur langfristigen Erhaltung und Verbesserung der Bodenfunktionen aufgezeigt.

Direct link to Lay Summary Last update: 18.10.2015

Lay Summary (English)

Lead
Modelling spatially distributed agricultural land management for the Swiss PlateauShort title: agricultural land management Swiss Plateau”Land management of agricultural soils is one of the most important drivers that influence soil functions. This project develops a national land management model that provides spatially-explicit agricultural management patterns for the Swiss Plateau on an annual basis. It contributes to appropriate management options and scenarios for implementation and policies at regional and national scale in order to maintain and improve selected soil functions.
Lay summary

Project description

As agricultural systems are the most intensively managed ecosystems, sustainable soil use in terms of nutrient and pollution cycles are cornerstones in agricultural policies. However, despite the introduction of ecological measures in Swiss agriculture since mid 1990s the reduction goals for national nutrient imbalances will not be met. Because nutrient, trace element and pesticide fluxes in agricultural soils strongly depend on regional land management strategies and respond to national policies we extend and adapt a regional land management model to the national scale. The project team uses national remote sensing data of the Google Engine platform and available agricultural databases to continuously update predictions for the Swiss Plateau.

Steering measures

A strength of the national model is its capability to detect and predict trends of land use change and agricultural management in a spatially explicit manner. It fosters steering measures and political decisions for sustainable agricultural land use at national and regional level. The project will highlight soil services such as the regulation service (filtering and cycling of nutrients) which are hardly accounted yet in policy making.

Supporting Agricultural policies

The national land management model will be used to identify areas where nutrient imbalances are high and regulations functions of the soils will be severely impacted. Scenario calculations of appropriate management options in the framework of current legislation and agricultural policies will foster to improve and maintain soil functions in the long-term.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 18.10.2015

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Name Institute

Publications

Publication
Spatio-temporal land use dynamics and soil organice carbon in Swiss agroecosystems.
Stumpf Felix, Keller Armin, Schmidt K., Mayr A., Schaepman M. (2018), Spatio-temporal land use dynamics and soil organice carbon in Swiss agroecosystems., in Agriculture, Ecosystems & Environment , 258, 129-142.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Wolfgang Strurni, Canton Berne Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Frank Liebisch, ETHZ Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Fabio Wegmann, FOEN Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
University of Innsbruck, Institute for Geography Austria (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Knowledge transfer events

Active participation

Title Type of contribution Date Place Persons involved
Agroscope Nachhaltigkeitstagung Talk 18.01.2018 Zürich, Switzerland Stumpf Felix; Keller Armin;
Annual convention of the German Soil Science Society in Göttingen Talk 05.09.2017 Göttingen, Germany Keller Armin; Stumpf Felix;
Kolloquium “Forschungsprojekte LULUCF“ Nationales Treibhausgasinventar Talk 01.12.2016 Bern, Switzerland Stumpf Felix; Keller Armin;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
143062 An integrated Modelling framework to monitor and predict trends of agricultural management and their impact on Soil functions at multiple scales (iMSoil) 01.07.2013 NRP 68 Sustainable Use of Soil as a Resource
143096 PMSoil: Predictive mapping of soil properties for the evaluation of soil functions at regional scale 01.05.2013 NRP 68 Sustainable Use of Soil as a Resource
143092 OPSOL: Matching soil functions and soil uses in space and time for sustainable spatial development and land management - operationalizing cross-scale interactions in a virtual collaborative decision support system 01.06.2013 NRP 68 Sustainable Use of Soil as a Resource

Abstract

Land management of agricultural soils is one of the most important driver that influences soil quality and soil services. As agricultural systems are the most intensively managed ecosystems in Switzerland, sustainable soil use in terms of nutrient and pollution cycles is one of the cornerstone in agricultural policies. However, despite the introduction of ecological measures in Swiss agriculture since mid 1990s the reduction goals for national nitrogen and phosphorus surpluses will not be met. In addition, various studies have shown that trace metal inputs into soils are in average still far from sustainability. Because nutrient, trace element and pesticide fluxes in agricultural soils strongly depend on regional land management strategies and respond to national policies we propose a national land management tool, that provides the scientific basis for (i) detecting and predicting trends of land use change and agricultural management in a spatially explicit manner, (ii) taking steering measures and political decisions for sustainable agricultural land use at national level, (iii) evaluating potential steering measures for specific regions with appropriate land management scenarios, and (iv) assessing selected soil services focusing on regulation services which are hardly accounted yet in policy making.
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