De stijgende vraag naar voedsel, veevoer en brandstof heeft de landbouw onder toenemende druk gezet, wat geleid heeft tot intensivering van de landbouw. Hoewel dit intensief landbouwbeheer geresulteerd heeft in een productiviteitstoename, ging dit ook gepaard met een grote waaier aan milieuproblemen. Intensief gebruik van de landbouwbodem tast de bodemkwaliteit aan en hierdoor staat het vermogen om ook op lange termijn nog biomassa te kunnen produceren op het spel. Bij het streven naar duurzame landbouw is dus een doordachte selectie van landbouwpraktijken nodig om de impact op het milieu te verminderen en tegelijkertijd een toereikende bodemkwaliteit, en dus ook productiviteit op lange termijn, te kunnen waarborgen. Levenscyclusanalyse (LCA) kan helpen om de duurzaamheid van landbouwpraktijken te beoordelen. Gezien LCA oorspronkelijk was ontwikkeld voor industriële processen, moeilijkheden (bv. variabiliteit tussen landbouwsystemen) en tekortkomingen (bv. Impact op lange-termijn productiviteit) bestaan bij het uitvoeren van een LCA met betrekking tot de landbouwsector. De algemene doelstelling van deze doctoraatsthesis is dan ook om inzicht te krijgen in een aantal van deze specifieke kenmerken die het uitvoeren van een LCA in de landbouwsector moeilijker maken en methodologieën te ontwikkelen om enkele van deze uitdagingen het hoofd te kunnen bieden. Op deze manier kan de duurzaamheid van landbouwpraktijken meer allesomvattend geëvalueerd worden, wat een belangrijke troef is in het streven naar meer duurzame landbouw.

Deze doctoraatsthesis begint met een algemene inleiding (Hoofdstuk 1). Eerst wordt een beeld geschetst van de landbouwsector in Europa. Vervolgens worden de belangrijkste landbouwbeleidsmaatregelen besproken. Het beleid kan de keuzes die landbouwers maken met betrekking tot landbouwpraktijken (bv. vruchtwisseling, bemesting), in deze thesis verder aangeduid als land use practices (LUPs), sterk beïnvloeden. LUPs hebben een impact op de bodemkwaliteit, waarvoor bodemorganische stof (soil organic matter, SOM) een belangrijke indicator is. Daarom wordt als derde onderdeel in dit hoofdstuk ingegaan op de belangrijkste kenmerken van SOM en wordt het verband tussen SOM en gewasopbrengst besproken. In het vierde deel worden de verschillende stappen die nodig zijn om een LCA te kunnen uitvoeren, en de belangrijkste hiaten die momenteel een grondige evaluatie van de milieuduurzaamheid van landbouwsystemen verhinderen, besproken. Tot slot, om de voordelen van duurzame LUPs in LCA te kunnen evalueren, moet men rekening kunnen houden met de impact van landbouwpraktijken op de bodemkwaliteit en de ecosysteemdiensten (ecosystem services, ES) die door agro-ecosystemen worden geleverd. Een overzicht van de bestaande evaluatiemethodes en hun beperkingen wordt gegeven.

Het doel van Hoofdstuk 2 is inzicht krijgen in een eerste complexiteit gerelateerd met LCAs met betrekking tot de landbouw, namelijk het feit dat landbouwsystemen gekenmerkt worden door een grote variabiliteit als gevolg van managementbeslissingen en lokale natuurlijke omstandigheden. Daarom hebben we de variatie in plantaardige productiesystemen bestudeerd en uitgewerkt voor korrelmaïs. Vier oorzaken voor variabiliteit worden onderscheiden: het beleid, landbouwpraktijken, het weer en innovatie. Voor elke factor worden scenario's uitgewerkt aan de hand van een emissie-georiënteerde (ReCiPe) en een grondstoffen-gebaseerde levenscyclusanalysemeetmethode (Cumulative Exergy Extraction from the Natural Environment, CEENE) om de milieuvoetafdruk te bepalen. Het beleid beperkt de bemestingsniveaus naargelang de bodemtextuur. Het grondstoffenverbruik blijkt lager te zijn voor de teelt op niet-zandgronden dan op zandgronden. De landbouwpraktijken lijken in mindere mate een invloed te hebben op de milieuvoetafdruk wanneer enkel met de resultaten van de CEENE rekening wordt gehouden. Maar keuzes gerelateerd aan het landbouwbeheer zoals bv. het type meststof hebben een groot effect op emissie-gerelateerde problemen (vb. eutrofiëring). De wisselende weersomstandigheden van jaar tot jaar leiden daarentegen tot grote verschillen in de milieuvoetafdruk. De beste milieuprestatie wordt verkregen door innovatie aangezien bijvoorbeeld plantenveredeling verondersteld wordt te resulteren in een gestaag stijgende opbrengst over een periode van 25 jaar. Tenslotte toont een vergelijking tussen de milieuvoetafdruk van graanmaïsproductie in Vlaanderen en een generieke databank, gebaseerd op Zwitserse landbouwpraktijken, het belang aan van het gebruik van lokale gegevens.

In Hoofdstukken 3-5 wordt ingegaan op één van de belangrijkste tekortkomingen die momenteel in de LCAs voor de landbouw wordt geconstateerd: de gebrekkige integratie van het effect van LUPs op de bodemkwaliteit, en dus op de productiviteit op lange termijn. Om de evolutie van de organische koolstofvoorraad (soil organic carbon, SOC, SOM wordt vaak gemeten als SOC) in de bodem als gevolg van het bedrijfsbeheer en de respons van de productiviteit op die verandering in SOC te simuleren, worden respectievelijk de modellen RothC en EU-Rotate_N toegepast.

In Hoofdstuk 3 introduceren we de indicator Agricultural Biomass Productivity Benefit of SOC management (ABB_SOC), die, op basis van het verbruik van natuurlijke grondstoffen (vb. mineralen, fossiele brandstof), een inschatting geeft van het netto-effect van de geleverde inspanningen om een betere bodemkwaliteit te bereiken. Hierbij ligt de nadruk op SOC. Eerst wordt een kader vastgesteld om de het verloop van de organische koolstofvoorraad als gevolg van beslissingen op het gebied van landbouwbeheer te beschrijven. Vervolgens wordt, indien de organische koolstofvoorraad lager is dan een gedefinieerde drempelwaarde, de mate waarin herstelmaatregelen nodig zijn gebruikt als maatstaf voor de ontstane SOC-verliezen. ABB_SOC-waarden worden dan berekend als de balans tussen enerzijds het verbruik van natuurlijke grondstoffen gerelateerd aan de productie (inclusief de grondstoffen nodig om de herstelmaatregelen uit te voeren), en anderzijds de gewenste output van plantaardige productiesystemen (de geoogste gewassen). De ontwikkelde indicator wordt toegepast op verschillende rotatiesystemen in Vlaanderen, waarbij verschillende herstelmaatregelen worden vergeleken. Uit de resultaten blijkt dat, in het algemeen, de voordelen opwegen tegen de inspanningen om het SOC-niveau te herstellen, hoewel de resultaten sterk afhangen van de toegepaste herstelmaatregelen.

In Hoofdstuk 4 wordt onderzocht hoe de impact van LUPs op bodemkwaliteit in de LCA-methodologie in rekening kan gebracht worden. Momenteel zijn geen methodes beschikbaar die de verandering in SOC kwantitatief koppelen aan de productiviteit op lange termijn. We introduceren in dit hoofdstuk drie onderling afhankelijke indicatoren die zich langs de oorzaak-gevolgketen situeren en rekening houden met de impact van LUPs op bodemkwaliteit in relatie tot de area of protection natuurlijke grondstoffen. Halverwege de oorzaak-gevolgketen (midpoint) worden de indicatoren ‘cumulatief tekort aan organische koolstof’ (cumulative SOC Deficit, cSOCD) en ‘cumulatief verlies aan biomassaproductiviteit’ (cumulative biomass productivity loss, cBPL) voorgesteld om respectievelijk de cumulatieve verliezen in SOC en opbrengst aan te geven als gevolg van de toegepaste LUPs. Aan het eind van de oorzaak-gevolgketen (endpoint) wordt de indicator ‘extra landvereisten’ (additional land requirement, ALR) ingevoerd om de behoefte aan extra landbouwareaal aan te geven die nodig is om de biomassa die niet geproduceerd wordt door de verandering in SOC voorraad, toch te kunnen produceren. Voor Vlaanderen worden karakterisatiefactoren ontwikkeld, waarbij verschillende bodemtexturen, initiële organische koolstofvoorraden, gewasrotatiesystemen en LUPs in beschouwing genomen worden. Doordat de referentietoestand gebaseerd is op duurzame LUPs, kan de ontwikkelde methode als beslissingsondersteunend instrument dienen voor een duurzamere landbouw.

In Hoofdstuk 5 wordt onderzocht welke invloed het beleid kan hebben op de lange-termijn landbouwproductiviteit door landbouwers te stimuleren of te ontmoedigen om bepaalde LUPs toe te passen. We introduceren zes beleidsstrategieën voor de Vlaamse landbouwsector, elk gekenmerkt door een eigen mix van LUPs. Drie strategieën laten ons toe om de impact van het Gemeenschappelijk Landbouwbeleid (GLB) van de Europese Unie uit het verleden te evalueren, terwijl de andere zich richten op de toekomst: één strategie gaat in op het potentieel van het GLB, terwijl twee strategieën focussen op mogelijkheden om compost te gebruiken. Om de impact van het beleid op de lange-termijn productiviteit te evalueren, wordt gebruik gemaakt van de indicatoren cSOCD en cBPL. Ook de voetafdruk in termen van grondstoffenverbruik wordt berekend, om zo een verschuiving van de milieu-impact te voorkomen. Verschillende landbouwbedrijfssystemen (farm management systems, FMS) worden onderscheiden, elk gekenmerkt door een specifieke combinatie van bedrijfstype, landbouwregio, gewasrotatiesysteem en mesttype. De resultaten benadrukken de impact van het beleid op de toename in productiviteit op lange termijn. Bovendien lijkt het gebruik van extra compost veelbelovend: het resulteert in een hogere opbrengst en wordt gekenmerkt door een lager grondstoffenverbruik. Aangezien de resultaten per FMS verschillen, is een gedifferentieerde aanpak aan te bevelen wanneer specifieke LUPs worden gestimuleerd in de context van duurzame landbouw.

Een laatste uitdaging met betrekking tot het uitvoeren van een LCA in de landbouwcontext die in deze doctoraatsthesis bestudeerd wordt, is het feit dat LCAs zich traditioneel enkel richten op de geoogste producten, terwijl het aanbod van andere ES geleverd door het landbouwsysteem niet in rekening wordt gebracht. Dit draagt ertoe bij dat, op basis van LCA-resultaten, producten geteeld door conventionele landbouwpraktijken vaak positiever worden beoordeeld dan biologische levensmiddelen/diervoeders/brandstoffen. Namelijk wanneer de milieu-impact uitgedrukt wordt per kg geproduceerd voedsel, wegen de lagere opbrengsten gerapporteerd voor biologische landbouwsystemen vaak zwaarder door dan het gebruik van milieuvriendelijkere praktijken. In Hoofdstuk 6 stellen we een methode voor om de milieu-impact te verdelen over alle geleverde ES. Deze procedure is gebaseerd op de capaciteit van een agro-ecosysteem om ES te leveren, dewelke verschillend is voor conventionele en biologische systemen. Door rekening te houden met alle ES geleverd door een agro-ecosysteem, kan de ecologische duurzaamheid van biologisch en conventioneel geproduceerd voedsel eerlijk vergeleken worden. Na het toepassen van deze methode blijkt dat voor ongeveer de helft van de bestudeerde voedingsproducten (waaronder aardappelen, maïs…) de biologische teelt de voorkeur krijgt op de conventionele teeltmethoden.

Tot slot worden in Hoofdstuk 7 de belangrijkste conclusies en enkele suggesties voor toekomstig onderzoek gepresenteerd. Drie mogelijkheden worden besproken: de ontwikkeling van een meer alomvattende bodemkwaliteitsindicator, een betere evaluatie van de impact van LUPs op de lange-termijn productiviteit in verband met de area of protection natuurlijke grondstoffen en de uitbreiding van de toepasbaarheid van de integratie van ES in LCA. Ten slotte wordt het werk dat uitgevoerd werd in deze doctoraatsstudie in een breder perspectief geplaatst: enerzijds wordt naar landbouw als onderdeel van het ecosysteem op globaal niveau gekeken en anderzijds naar de samenhang tussen het beleid en landbouw.