Stoppelverbrennung:Verbundene Risiken und mögliche Alternativen der neuen Generation

Die indische Grüne Revolution von Ende der 1960er bis in die 1970er Jahre zielte darauf ab, die Nahrungsmittelgetreideproduktion zu stärken, insbesondere in den nördlichen Bundesstaaten Punjab, Haryana und Uttar Pradesh. Die Landwirte begannen bald mit der Einführung moderner Anbaumethoden, wie z. B. Saatgut für ertragreiche Sorten (HYV), Pestizide, Düngemittel, Traktoren, Mähdrescher und Bewässerungsanlagen.

Da die Landwirtschaft in diesen Regionen in großem Umfang praktiziert wurde, erwies sich die landwirtschaftliche Mechanisierung als Segen, was in den folgenden Jahrzehnten zu einem dramatischen Anstieg der landwirtschaftlichen Produktivität und der wirtschaftlichen Entwicklung führte. Die landwirtschaftliche Mechanisierung stellte auch sicher, dass die Landwirte innerhalb des kurzen Drei-Wochen-Fensters große Landstriche ernten konnten.

Einer der größten Nachteile der mechanisierten Landwirtschaft, mit dem die Landwirte nun zu kämpfen hatten, war jedoch die Stoppelbearbeitung.

Was ist Stoppelverbrennung?

Die Stoppelverbrennung entwickelte sich zu einer billigen, schnellen und effizienten Methode, um riesige Mengen an Reis- und Weizenstoppeln zu beseitigen, die bei der mechanisierten Ernte zurückblieben. Dieser Rückstand ist bis zu zwei Fuß höher, verglichen mit weniger als 6 Zoll nach der manuellen Ernte, und braucht etwa anderthalb Monate, um sich zu zersetzen.

Außerdem zwingen staatliche Gesetze in Punjab und Haryana die Landwirte dazu, die Baumschulaussaat und -verpflanzung von Reis um einen Monat, von Mitte Mai bis Mitte Juni, zu verschieben, um den schnell sinkenden Grundwasserspiegel in der Region zu schützen. Die verzögerte Aussaat verzögert folglich die Ernte, was den Landwirten nicht genügend Zeit lässt, das Land zu roden und das Bodenbett für die nächste Ernte, Weizen, vorzubereiten.

Außerdem sind Reisrückstände (mit Ausnahme der Basmati-Sorte) als Tierfutter ungeeignet, da sie schwerer zu kauen sind, einen hohen Kieselsäuregehalt aufweisen und einen geringeren Brennwert als andere Ernterückstände haben. Landwirte greifen daher auf das strategische Verbrennen von Strohstoppeln zurück. Es ist auch wirksam, um Schädlinge, Unkräuter (insbesondere herbizidresistente Arten) und Pflanzenkrankheiten aus dem letzten Kulturzyklus zu entfernen.

Assoziierte Risiken von Stoppelverbrennung

Hier sind einige der gefährlichsten Folgen der Stoppelverbrennung:

• Verschmutzung: Das erste und wichtigste Ergebnis dieser Technik ist, dass sie erheblich zur Luftverschmutzung beiträgt. Es belastet nicht nur die Luft mit schädlichen Gasen wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂ ), Schwefeloxide (SO_x ), Stickoxide (NO_x ), Methan (CH₄ ) und flüchtige organische Verbindungen (VOC), sondern erhöht auch das Vorhandensein von Feinstaub (PM₁₀). und PM_2.5 ) in der Luft. Zusätzlich zu den bestehenden Fahrzeug- und Industrieemissionen entstehen zwischen 20 % und 70 % der Probleme mit Dunst und Luftverschmutzung in Delhi jedes Jahr im Oktober und November durch das Abbrennen von Stoppeln in den Nachbarstaaten. Wissenschaftler haben die Umweltverschmutzung auch mit dem Abschmelzen der Himalaya-Gletscher in Verbindung gebracht.

Die Satellitenbilddaten von Cropin in Kombination mit Geodaten helfen bei der Identifizierung von Feldfrüchten, Landgrenzen und der Anbaufläche und liefern detaillierte Einblicke in die Feldfrüchte

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• Bodenunfruchtbarkeit: Durch das Abbrennen der Stoppeln werden die essentiellen Nährstoffe Stickstoff, Phosphor und Kalium (NPK) sowie andere Mikronährstoffe entfernt, was die organische Qualität und die langfristige Produktivität des Bodens beeinträchtigt. Außerdem verringert es die Löslichkeitskapazität seiner oberen Schichten erheblich. Dieser Verbrennungsprozess hinterlässt Asche, die seinen Nährwert verschlechtert, und trocknet ihn auch.

• Thermische Instabilität: Das gleichzeitige Verbrennen einer enormen Menge Stoppeln führt zu einem beschleunigten Eindringen von Wärme in den Boden, wodurch die Bodentemperatur auf etwa 42 °C ansteigt. Folglich führt dies zu Feuchtigkeitsverlust und thermischer Instabilität, was das Wachstum der nachfolgenden Feldfrüchte erschwert. Es tötet auch Bodenmikroorganismen, die in einer Tiefe von 2,5 cm vorhanden sind und für die Bodenfruchtbarkeit entscheidend sind.

• Kohlenstoffverluste :Das Verbrennen von Stoppeln setzt auch etwa 80 % der Kohlenstoffkomponente als atmosphärisches Kohlendioxid frei. Obwohl diese Kohlenstofffreisetzung im Vergleich zur natürlichen Zersetzung des Rückstands oft nur geringfügig höher ist, erfolgt sie sofort.

Die COVID-19-Pandemie hat die ganze Welt sozial, wirtschaftlich und vor allem gesundheitlich bedroht. In Anbetracht der Tatsache, dass Atemwegserkrankungen eine der Komorbiditäten sind, die zu COVID-19-bedingter Sterblichkeit führen, kann eine Verschlechterung der Luftqualität die COVID-19-Pandemie für die von Stoppelverbrennung betroffenen Gebiete tödlicher machen.

Wird Stoppelverbrennung noch praktiziert?

In mehreren Ländern gibt es Vorschriften für die Stoppelverbrennung. Während das Vereinigte Königreich und China die Praxis verbieten und die Europäische Union davon als Teil der Gemeinsamen Agrarpolitik abrät, regulieren einige nordwestliche Bundesstaaten der Vereinigten Staaten die Praxis. Obwohl die meisten Farmer in Australien das Verbrennen von Stoppeln bevorzugen, ist es jedoch unter bestimmten Umständen erlaubt und empfohlen.

In den nördlichen Indo-Gangetischen Ebenen Indiens wird trotz mehrerer Umweltbedenken und staatlicher Regierungen, die diese Praxis verbieten und sogar kriminalisieren, das Stoppeln am Ende der Saison in Kharif und Rabi aus verschiedenen Gründen immer noch praktiziert. In tropischen Ländern wie Indien sind die klimatischen Bedingungen für die Bauern nicht immer günstig. Um Pflanzen anzubauen, insbesondere im Winter, erhalten die Landwirte sehr kurze Intervalle, um den gesamten Prozess abzuschließen. Manchmal behindern unvorhergesehene Wetterbedingungen wie Regen oder extreme Kälte den Aussaatprozess.

Einige Feldfrüchte neigen dazu, die Fruchtbarkeit des Landes zu verringern. Daher wird es notwendig, die Rückstände aus dem Boden zu entfernen. Daher sind Techniken wie die Stoppelverbrennung praktisch, um die Rückstände der vorherigen Ernte schneller zu beseitigen und die Stickstoffbindung zu reduzieren.

Beste und sicherste Alternativen zum Stoppelverbrennen

Im Folgenden sind einige alternative Praktiken für die Stoppelverbrennung aufgeführt, um Umweltverschmutzung und andere Gesundheitsgefahren zu vermeiden. Dennoch sind diese Alternativen noch nicht weit verbreitet. Den Landwirten entstehen oft zusätzliche Kosten, oder die für diese Praktiken erforderlichen Geräte sind nicht ohne weiteres verfügbar. Zollanmietungszentren zögern auch, die Maschinen zu kaufen, da sie die meiste Zeit des Jahres ungenutzt bleiben, mit Ausnahme der 15 Tage ein- oder zweimal im Jahr.

In-situ-Behandlung von Stoppeln: Die In-situ-Bewirtschaftung von Ernterückständen ist eine der besten Techniken zur Erhaltung von Ökosystemen. Es hilft, die Ernterückstände loszuwerden und die Nährstoffe des Bodens intakt zu halten.

• Happy Seeder:Dies ist eine traktormontierte Direktsaatmaschine für die In-situ-Bewirtschaftung von Reisstoppeln. Er kann Reisstroh schneiden und heben und Weizen ohne vorherige Saatbettbereitung direkt in den Boden säen. Anschließend lagert es die Strohreste als Mulch auf der Anbaufläche ab und fügt der Erde den dringend benötigten organischen Wert hinzu. Die Maschine reduziert die Kosten, die Zeit und den Aufwand, die erforderlich sind, um diesen Prozess manuell durchzuführen. Obwohl die Landesregierungen diese Maschinen zu einem subventionierten Wert zur Verfügung stellen, haben mehrere Landwirte in den letzten Jahren einen Mangel an Ausrüstung gemeldet.

• Pusa-Biozersetzer:Es ist eine kostengünstige mikrobielle Bioenzymlösung, die Ernterückstände angeblich in 15-20 Tagen in Gülle umwandelt. Ein oder zwei Tage nach dem Auftragen der Lösung werden die Felder von den Landwirten bestellt und bewässert, wodurch die beschleunigte Zersetzung der Rückstände ausgelöst wird.

Einige der anderen landwirtschaftlichen Maschinen, die beim Management von Ernterückständen vor Ort helfen, sind:

• Rotavator, zur Bodenvorbereitung und zum Einarbeiten von Pflanzenresten in den Boden
• Zero-Till-Sämaschine für die Bodenvorbereitung und die direkte Aussaat in die Stoppeln der Vorfrucht
• Ballenpresse, um Reststoffe zu sammeln und zu kompakten Ballen zu komprimieren
• Reisstrohhäcksler mit Streuer, um Reisstoppeln zu schneiden und auf dem Feld zu verteilen
• Reaper Binder, um Reisstoppeln zu ernten und zu Bündeln zu machen

Ex-situ-Management von Ernterückständen :Die Ex-situ- oder „Off-Site“-Konservierung und -Behandlung von Ernterückständen ist ebenfalls wirksam. Es beseitigt die übrig gebliebenen Pflanzen aus dem Land aus seinem natürlichen Lebensraum. Außerdem ist dieses Verfahren viel umweltfreundlicher als die Stoppelverbrennung.

• Stroh in Biokohle umwandeln:Biokohle ist Holzkohle, die durch Pyrolyse von Biomasse in Abwesenheit von Sauerstoff erzeugt wird. Biomasse umfasst organisches Material aus land- und forstwirtschaftlichen Abfällen und ist eine grüne, erneuerbare Kohlenstoffquelle. Die Herstellung von Biokohle aus Biomasse setzt Energie nahezu ohne Schwefel und mit unbedeutenden Mengen an Stickstoff frei. Ernterückstände sind reichlich vorhanden und enthalten einen hohen Kohlenstoffgehalt. Daher hilft ihre Verwendung zur Herstellung von Biokohle, jedes Jahr große Mengen an Kohlenstoff in stabiler Form zu binden und folglich die negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern. Pflanzenkohle zeichnet sich auch durch ihren potenziellen Wert zur Verbesserung der Bodenqualität aus.

• Alternative Verwendung für Reisstoppeln:Andere innovative und dennoch kommerzielle Anwendungen für Ernterückstände umfassen die Wiederverwendung zur Herstellung von Produkten wie Papier und Verpackungsmaterialien, die Behandlung als alternative Brennstoffquelle zur Energieerzeugung in Zement, Zucker- oder Ölfabriken und Umwandlung in Zellstoff für die Herstellung von nachhaltigem Geschirr.

• 2G Ethanol aus Agrarabfällen:Es besteht eine wachsende Nachfrage nach erneuerbaren Kraftstoffen, um fossile zu ersetzen. Insbesondere Getreidepflanzen speichern nur die Hälfte der Energie, die sie im erntbaren Getreide aufnehmen, was ein erhebliches Potenzial zur Energiegewinnung aus den Ernterückständen bietet. Die Herstellung von Bioethanol der zweiten Generation (2G) aus lignozellulosehaltiger Biomasse wird das doppelte Ziel unterstützen, das Verbrennen von Stoppeln zu verhindern und fossile Brennstoffe durch eine sauberere, erneuerbare Alternative zu ersetzen.

Schnittmuster ändern: Abgesehen von In-situ- und Ex-situ-Behandlungen ist eine effektive Alternative für dieses Verfahren die Änderung des Anbaumusters. Obst, Gemüse oder andere rückstandsarme Feldfrüchte, die ebenfalls nicht wasserintensiv sind, sind ausgezeichnete Ersatzstoffe für Weizen und Reis.

Auch für Landwirte sind gentechnisch veränderte Pflanzensorten von Vorteil. Zum Beispiel haben Reissorten mit kürzerer Dauer wie Pusa Basmati-1509 und PR-126 eine Samen-zu-Samen-Reife von etwa 120–125 Tagen. Sie erlauben den Landwirten, in der dritten Septemberwoche selbst zu ernten, wodurch das Zeitfenster bis zum Beginn der Weizensaison erweitert wird. Der Hauptnachteil der Produktion von Basmati, Gemüse, Obst, Hülsenfrüchten oder anderen Feldfrüchten besteht darin, dass die Regierung diese nicht im MSP-basierten Beschaffungssystem aufführt. Sie beraubt somit die Landwirte eines gesicherten Einkommens.

Bewertung der Umweltauswirkungen von Stoppelverbrennung und Risikominderung durch Fernerkundung

Bedeutende Fortschritte bei Fernerkundungsanwendungen bieten eine groß angelegte Lösung zur Kartierung und Überwachung von Reis- und Weizenanbaugebieten und Stoppelverbrennungsmustern in der Region. Cropin führt umfangreiche Forschungsarbeiten durch, um auf Fernerkundung basierende Lösungen zur Risikominderung im Zusammenhang mit der Verbrennung von Ernterückständen einzusetzen und Statistiken zu erstellen, die Regierungsbehörden zur Straffung von Richtlinien verwenden könnten. Die Initiative zielt auch darauf ab, datengestützte Erkenntnisse zu liefern, von denen aufstrebende Unternehmen bei ihrem Prozess der Mobilisierung der Erntestoppeln profitieren könnten, wodurch das Risiko von Umweltschäden verringert wird.

Das Geodaten-KI/ML-Framework von Cropin nutzt Satellitenbilder nahezu in Echtzeit und generiert verschiedene Fernerkundungsindizes aus multispektralen Bändern über visuelle bis thermische, um die Umweltauswirkungen der Verbrennung von Ernterückständen zu untersuchen. ML-Modelle helfen bei der Analyse des Reis-Weizen-Systems (RWS), dem Landwirte auf der 630 Millionen Hektar großen Strecke der Indo-Gangetic-Ebene folgen. Diese Daten dienen als Referenz für die Überwachung der Verbrennung von Ernterückständen auf den Feldern.

Die auf Fernerkundung basierende Ernteerkennung von SmartRisk wird die Aussaatmuster und Erntestadien der RWS für die verschiedenen Dörfer hervorheben. Die VIIRS-Daten (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) der NASA bieten eine aktive Brandkartierung, ergänzt durch verschiedene andere Fernerkundungsindizes, wie den Burning Area Index (BAI) und das Normalized Burning Ratio (NBR), die aus thermischen und kurzwelligen Infrarotbändern abgeleitet werden. Zusammen beschleunigen sie die Identifizierung von aktuellen und historischen Stoppelverbrennungen. Die historischen Informationen tragen, wenn sie mit Aussaatmustern, Erntestadien und saisonalen Wetterparametern integriert werden, zum Entwurf des Wahrscheinlichkeitsmodells bei, das die Stoppelbrandgebiete vorhersagt.

Darüber hinaus ermöglicht uns die satellitengestützte Überwachung von giftigen Gasen und Partikeln in der Atmosphäre (Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid und Feinstaub), einen Verschmutzungsindex für die Region abzuleiten.

Zusammenfassend überwacht die Plattform von Cropin nahezu in Echtzeit Fernerkundungsdaten und analysiert Statistiken auf verschiedenen Ebenen der Verwaltungsgrenzen, um eine intelligente, datengesteuerte Entscheidungsfindung zu ermöglichen. Es würde die betroffenen Unternehmen in die Lage versetzen, nachhaltige Minderungsmaßnahmen zu ergreifen und gleichzeitig die Landwirte dabei zu unterstützen, ihre Einnahmen zu steigern und ihre landwirtschaftliche Produktivität und Bodenfruchtbarkeit zu erhalten.

Es gibt mehrere mögliche Ergebnisse dieses Unterfangens.

• Entitäten können Dörfer basierend auf der Wahrscheinlichkeit und Intensität ihres Beitrags zur Umweltverschmutzung markieren und geeignete Maßnahmen zur Risikominderung nach Priorität planen.
• Regierungen können Sensibilisierungsprogramme für Richtlinien, Subventionen und andere Maßnahmen implementieren, um die Verbrennung von Ernterückständen zu reduzieren. Sie können auch die Gründung von Projekten und Selbsthilfegruppen (SHGs) unterstützen, die die Erntestoppeln für eine alternative Nutzung beschaffen.
• Privatunternehmen und Erdölunternehmen, die an der 2G-Bioethanolproduktion beteiligt sind, können diese Erkenntnisse nutzen, um Reis- und Weizenanbaugebiete Wochen im Voraus zu identifizieren und die Beschaffung von Erntestoppeln effizient zu planen.
• Ebenso können Unternehmen, die wie oben erwähnt Stoppeln für andere Zwecke beschaffen, die Plattform von Cropin nutzen, um das Erntestadium zu überwachen und während der Erntezeit direkt mit den Landwirten in Kontakt zu treten.

Cropin-Intelligence-Plattform für die Folgenabschätzung für die Verbrennung von Ernterückständen

Mit der raschen Industrialisierung und Urbanisierung sind die globale Erwärmung und der Klimawandel bereits zu kritischen Themen geworden. In einer solchen Situation ist das Abbrennen von Stoppeln eine gefährliche Praxis, die das gesamte Ökosystem stark belasten kann. Daher ist es sicherlich an der Zeit, ein vollständiges Verbot solcher Verbrennungspraktiken zu fordern und umweltfreundlichere Alternativen zu wählen.

Die Zukunft gehört uns, um sie zu verändern. Arbeiten Sie mit uns zusammen, um eine gesündere Welt für morgen zu gewährleisten.

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