Economics of nitrogen fertilization: Site-specific application, risk implications, and greenhouse gas emissions

• Main Author: Karatay, Yusuf Nadi
• Other Authors: Meyer-Aurich, Andreas
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin 2020
• Subjects: Reaktiver Stickstoff; Stickstoffdünger; N-Mineralisation; Ertragsfunktion; Präzisionsackerbau; teilflächenspezifische Düngung; variable Düngung; Ertragskartierung; N-Sensor; Wirtschaftlichkeit; komparative Kostenvorteile; Risikovermeidung; Monte Carlo Simulation; THG-Emissionen; Klimawandel; Vermeidungskosten; Reactive nitrogen; N fertilizer; N mineralization; yield response function; precision farming; site-specific application; variable rate application; yield mapping; N sensor; profitability; comparative advantage; risk mitigation; Monte Carlo simulation; GHG emissions; climate change; abatement costs; 630 Landwirtschaft und verwandte Bereiche; ZB 92100; ZC 17800; ZD 69200; ddc:630
• Online Access: http://edoc.hu-berlin.de/18452/21890; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-110-18452/21890-5; http://dx.doi.org/10.18452/21099

In Anbetracht des Kompromisses zwischen der Erzielung des höchsten Gewinns und der geringsten Umweltbelastung ist ein tiefes Verständnis der ökonomischen Folgen der Stickstoff (N) Düngung erforderlich. Die vorliegende Doktorarbeit liefert umfassende Einblicke in (i) die Auswirkungen des standortspezifischen N-Managements (SSNM) auf die Rentabilität und Risikominderung, (ii) die Auswirkungen von Unsicherheiten und Risikoeinflüssen auf optimale N-Düngergaben und (iii) das Potenzial und die Kosten der Vermeidung von Treibhausgas (THG) Emissionen durch N-Düngereduktion. Ein Modellierungsansatz wurde entwickelt, um die Wirkung von Ertrag und Proteingehalt, Wirtschafts- und Risikoauswirkungen sowie THG-Emissionen auf die N-Düngung zu simulieren. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass SSNM die Wirtschaftlichkeit verbessert, indem es eine höhere Weizenqualität und damit Preisprämien erzielt. SSNM reduziert das Risiko, die Backqualität nicht zu erreichen, und es gibt keine wesentlichen Nachteile beim Verlustrisikomanagement im Vergleich zum einheitlichen Management. Preisprämien für eine höhere Weizenqualität bieten Anreize für höhere N-Düngergaben. Prämien verflachen die Gewinnfunktion weiter, was unzureichende Argumente für eine Absenkung des N-Inputs aus der Wirtschaftlichkeitssicht liefert, selbst bei einer hohen Risikoaversion der Landwirte. Eine moderate Reduzierung der mineralischen N-Düngung kann die THG-Emissionen bei moderaten Opportunitätskosten mindern. Die THG-Vermeidung durch N-Düngereduktion in einer bestimmten Region kann unter Berücksichtigung kultur- und ertragszonenspezifischer Ertragswirkungen optimiert werden. Insgesamt liefert diese Arbeit wichtige Erkenntnisse über die Chancen und Nachteile der Anpassung der N-Düngergaben. Darüber hinaus leistet sie einen direkten Beitrag zur Identifizierung von kosten- und risikoeffizienten N-Managementoptionen und bildet die Grundlage für effektive politische Ansätze zur THG-Vermeidung durch selektive N-Düngereduktion. === Considering the tradeoff between achieving the highest profit and causing the lowest environmental impact, there is a need for a profound understanding of the economic consequences of nitrogen (N) fertilizer application. The present doctoral research provides comprehensive insights into (i) effects of site-specific N management (SSNM) on profitability and risk mitigation; (ii) impacts of uncertainties and risk implications on optimal N fertilizer rates; and (iii) potential and costs of mitigating greenhouse gas (GHG) emissions by N fertilizer reduction. A modelling approach was developed to simulate the response of yield, protein, economic and risk implications, and GHG emissions to N fertilizer application. Findings of the thesis show that SSNM improves profitability by achieving higher grain quality, thus, price premiums. SSNM reduces the risk of not reaching the baking grain quality and poses no considerable disadvantage on downside risk management compared to uniform management. Price premiums for higher wheat quality provide incentives for higher N input rates. Premiums further flatten the profit function, giving insufficient arguments for lowering N input from a farm profitability perspective, even in presence of high risk aversion of farmers. Moderate reduction of mineral N fertilizer can mitigate GHG emissions at moderate opportunity costs. GHG mitigation by N fertilizer reduction in a given region can be optimized considering crop and yield-zone-specific yield responses. Overall, this thesis provides important insights on chances and drawbacks of adjusting N fertilizer rates. Moreover, it makes a direct contribution in identifying cost- and risk-efficient N management options and provides a basis for effective policy approaches to reduce GHG emissions by selective N fertilizer reduction.