Ackerbau der Zukunft

Optimierte Anbaubedingungen und das Direktsaatverfahren könnten helfen, die Ernährungsprobleme zu lösen

31.10.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Landwirtschaft der Zukunft? Das Direktsaatverfahren und optimierte Anbaumethoden sollen den Ernährungsbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung sichern. (Bildquelle: © Maggilautaro/wikimedia.org; CC BY 3.0)
Landwirtschaft der Zukunft? Das Direktsaatverfahren und optimierte Anbaumethoden sollen den Ernährungsbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung sichern. (Bildquelle: © Maggilautaro/wikimedia.org; CC BY 3.0)

Forscher untersuchen in zwei Studien mögliche Wege, in Zukunft genug Lebensmittel für die Weltbevölkerung zu produzieren.

Wie soll die Menschheit in Zukunft ernährt werden? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler aus aller Welt. Steigende Bevölkerungszahlen, ausgelaugte Böden, unkalkulierbare Klimaentwicklungen, Wasserknappheit und zunehmende Umweltzerstörung sind die Hauptpunkte, denen sich die Forscher gegenüber sehen. Genauso zahlreich sind allerdings auch die Lösungsansätze. In zwei neuen Studien haben Forscher jetzt verschiedene Möglichkeiten der Anpassung an veränderte Umweltbedingungen sowie der nachhaltigen Ertragssteigerung untersucht.

Das Direktsaatverfahren

Beim Direktsaatverfahren (engl. Conservation Agriculture oder No-Till Farming) wird im Gegensatz zur konventionellen Landwirtschaft nicht gepflügt. Durch diese schonende Bearbeitung des Bodens werden Erosion vermindert und das Bodenleben nur geringfügig beeinträchtigt, zudem werden Zeitaufwand und vor allem Kosten durch Treibstoffeinsparung gesenkt. Zum klassischen Direktsaatverfahren gehören aber noch zwei weitere Techniken: Das Belassen von Ernterückständen auf dem Acker sowie eine konsequente Fruchtfolge. Besonders die Fruchtfolge ist wichtig, um ein Überhandnehmen von Schädlingen wie zum Beispiel Schnecken zu verhindern, die hier nicht – wie bei der konventionellen Landwirtschaft durch das Pflügen - in Schach gehalten werden können. Das Direktsaatverfahren wird bereits in Amerika umfassend angewandt, weltweit werden etwa 9 Prozent des Ackerlandes mit dieser Methode bearbeitet.

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Frisch gepflügter Acker: Beim Pflügen wird der Ackerboden regelmäßig durch einen Pflug gewendet und belüftet. Beim Direktssaatverfahren wird auf pflügen verzichtet.

Frisch gepflügter Acker: Beim Pflügen wird der Ackerboden regelmäßig durch einen Pflug gewendet und belüftet. Beim Direktssaatverfahren wird auf pflügen verzichtet.

Bildquelle: © lichtkunst.73 / pixelio.de

Nass oder trocken

Umstritten war bisher, ob das Direktsaatverfahren wirklich zu einer Ertragssteigerung führt oder eher das Gegenteil bewirkt. Daher werteten die Forscher in einer Übersichtsstudie die Ergebnisse von 610 Studien mit Untersuchungen zu 48 verschiedenen Feldfrüchten aus 63 Ländern aus. Sie fanden heraus, dass das Direktsaatverfahren die Ernteerträge in Regionen mit höheren Niederschlägen um 9,9 Prozent senkt, wenn allein die Technik des Nicht-Pflügens angewandt wird. Einen möglichen Grund für die niedrigeren Erträge sehen sie in einem Zuviel an Feuchte im Boden, so dass er zu nass, schlechter belüftet und mit Maschinen nur noch schlecht zu bestellen ist. Werden jedoch die Ernterückstände auf dem Feld belassen und wird eine Fruchtfolge eingehalten, beträgt der Rückgang der Ernteerträge gegenüber herkömmlichen Verfahren nur noch 2,5 Prozent.

In trockenen Regionen kann das Direktsaatverfahren die Erträge sogar um 7,3 Prozent steigern, wenn alle drei Techniken konsequent angewendet werden. Wird lediglich nur nicht gepflügt, sinken die Erträge auch in trockenen Regionen um bis zu 11,9 Prozent. Die Forscher vermuten, dass hier die Steigerung der Ernteerträge durch die permanente Bedeckung des Bodens mit Vegetation zustande kommen könnte. Dadurch geht weniger Wasser durch Verdunstung verloren und starke Niederschläge können besser versickern statt oberirdisch abzufließen.

Eine mögliche Alternative

Die Forscher gehen davon aus, dass die Direktsaat in der Zukunft in trockenen Regionen wie in Afrika südlich der Sahara oder in Südasien durchaus eine Alternative zu herkömmlichen Verfahren sein könnte. Sie betonen jedoch, dass dabei möglichst alle drei Maßnahmen angewendet werden müssten, sonst drohe die Gefahr von Ernteeinbußen. Die Anwendung aller drei Techniken könnte aber auch durchaus Probleme mit sich bringen: Häufig stellen die Ernterückstände in bäuerlichen Kleinbetrieben eine wichtige Nahrungsquelle für das Vieh dar. Andererseits könnten die Farmer aber von geringeren Kosten, einer verbesserten Bodenqualität und einer Einsparung bei der Bewässerung von Feldern profitieren. Daher sollte vor der Einführung des Direktsaatverfahrens das Für und Wider genau abgewogen werden.

Anbaumethoden im Stresstest

In einer weiteren Studie untersuchten Forscher in China die Möglichkeiten einer Ertragssteigerung der wichtigsten Getreidearten Reis, Mais und Weizen bei möglichst geringer negativer Auswirkung auf die Umwelt. Dazu nutzten sie von 2009 bis 2012 auf 153 Flächen vier verschiedene Anbaumethoden: Die erste bestand in der üblichen, von den Bauern angewandten landwirtschaftlichen Praxis, die zweite in einer experimentell verbesserten Anbaumethode, die dritte in einer „Hoch-Ertrags-Anbaupraxis“ mit maximalem Düngereinsatz und die vierte in einer speziell entwickelten Managementpraxis (Integrated soil-crop system management, ISSM) mit genau ermitteltem Düngerbedarf, den geeigneten Aussaatzeitpunkten, idealer Saatdichte und den an die Umweltbedingungen optimal angepassten Sorten. Anschließend wurden die Erträge, die verwendeten Düngermengen, der Düngerüberschuss und Freisetzung von Treibhausgasen erfasst.

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Pflanzen benötigen für ein optimales Wachstum ausreichend Nährstoffe, die sie über den Boden aufnehmen.  Düngemittel versogen den Boden mit Nährstoffen. Das richtige Maß ist jedoch wichtig, um negative Folgen von Überdüngung zu vermeiden.

Pflanzen benötigen für ein optimales Wachstum ausreichend Nährstoffe, die sie über den Boden aufnehmen.  Düngemittel versogen den Boden mit Nährstoffen. Das richtige Maß ist jedoch wichtig, um negative Folgen von Überdüngung zu vermeiden.

Bildquelle: © oticki/iStock/Thinkstock

Viel hilft nicht viel

Die höchsten Erträge erreichten die Forscher mit der Hoch-Ertrags-Anbaupraxis, gefolgt von der ISSM-Methode und der verbesserten Anbaupraxis. Allerdings waren bei der Hoch-Ertrags-Anbaumethode der Düngerüberschuss sehr hoch und die erzielten Ernteerträge in Bezug auf den ausgebrachten Dünger wiederum sehr niedrig. Auch die herkömmliche Anbaupraxis hatte nur niedrige Erträge bei vergleichsweise hohem Düngereinsatz aufzuweisen. Dies deutet nach Ansicht der Forscher auf die ineffiziente Vorgehensweise dieser beiden Anbauvarianten hin, wo versucht wird, durch mehr Input höhere Erträge zu erreichen. Dies schadet der Umwelt und verursacht hohe Kosten. Bei den beiden anderen Anbaumethoden hingegen sank der Einsatz von Dünger sogar leicht bei trotzdem gesteigerten Erträgen.

Ähnliches zeigte sich bei der Freisetzung von Treibhausgasen: Hier lag ebenfalls die Hoch-Ertrags-Anbaupraxis vorne, besonders wurde hier Ammoniak (NH3) freigesetzt, beim Maisanbau konnte eine hohe Auswaschung von Stickstoff sowie eine erhöhte Freisetzung von Lachgas (N2O) beobachtet werden. Auch bei der Methanfreisetzung (CH4) im Reisanbau lag die Hochertrags-Anbaupraxis zusammen mit der herkömmlichen Praxis vorne. Bei der verbesserten Anbaupraxis sowie der ISSM-Methode war die Freisetzung von Treibhausgasen verglichen mit den anderen beiden insgesamt deutlich niedriger.

Optimierter Anbau, optimale Ausbeute

Die Forscher betonen, dass eine Landwirtschaft, die genau auf die Bedürfnisse des jeweiligen Getreides und der jeweiligen Umgebung abgestimmt wird, in der Lage ist, genug Getreide für die Ernährung einer zukünftigen Bevölkerung zu erzeugen. Dies war bei der ISSM-Methode der Fall. Würde allein in China bis 2030 nur 80 Prozent der Erträge erzielt, die mit der ISSM-Methode im Experiment erreicht wurden, könnte damit die gesamte Bevölkerung des Landes inklusive der Futterproduktion für das Vieh abgedeckt werden, bei gleichzeitiger Senkung der Treibhausgasemissionen um 26 Prozent, der Stickstoffverluste um 48 Prozent und des Düngereinsatzes je nach Getreide um bis zu 33 Prozent, und das bei geringerem Flächenverbrauch. Nach Ansicht der Forscher ist dieser Zuwachs an Erträgen auch in anderen Ländern erreichbar. Wichtig sei die Investition in Erforschung und Etablierung nachhaltiger Techniken in der Landwirtschaft, die auch disziplinübergreifend angewendet werden können (zum Beispiel Hand in Hand mit der Erhöhung der Effizienz in der Tierhaltung) und diese Techniken für die Bauern verfügbar zu machen. Dann könnte die Landwirtschaft der Zukunft wirklich nachhaltig sein, genug Lebensmittel produzieren und dabei die Umwelt schonen.

Beide Studien zeigen, dass es durchaus Möglichkeiten gibt, die Herausforderungen der Zukunft zu bewältigen. Wichtig ist, die richtige Methode für die jeweiligen Regionen zu ermitteln und erfolgreich in die Praxis umzusetzen.

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