Auf dem Trockenen

Zusammenhang zwischen Düngereinsatz und abnehmendem Wassergehalt im Boden

17.08.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Nicht nur die Niederschlagsmenge hat einen Einfluss auf den Bodenwassergehalt - auch der Düngermitteleinsatz und die Wahl der Feldfrucht spielen eine Rolle. (Bildquelle: © Stockr - Fotolia.com)
Nicht nur die Niederschlagsmenge hat einen Einfluss auf den Bodenwassergehalt - auch der Düngermitteleinsatz und die Wahl der Feldfrucht spielen eine Rolle. (Bildquelle: © Stockr - Fotolia.com)

Der Anbau von Pflanzen mit hohem Wasserbedarf und zu viel Dünger sind Ursachen für den zunehmenden Wassermangel im Norden Chinas.

Dürren sind in China aufgrund ihrer Schwere und Dauer die teuersten Naturkatastrophen. Allein in der Zeit zwischen 1978 und 2003 entstanden so Kosten von 37,9 Milliarden Dollar. China gehört zu den 13 Ländern, die in Zukunft mit zunehmender Wassermangel zu kämpfen haben werden. Besonders in Nordchina wird Wasser immer knapper: Hier werden 65 Prozent des Landes zum Ackerbau genutzt, gleichzeitig stehen aber nur 18 Prozent der landesweiten Wasserreserven zur Verfügung. Zudem leben hier 40 Prozent der Gesamtbevölkerung Chinas. Diese Entwicklungen könnten in Zukunft die Ernährungssicherheit des Landes bedrohen. Während das Austrocknen der Böden allgemein bekannt ist, gibt es bisher nur wenige Daten zu den Ursachen. Ein Team von Forschern ist in einer Studie daher den Ursachen für die schwindenden Wasservorräte nachgegangen.

Immer weniger Wasser

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Getreideanbau in China: Pflanzen wie Weizen und Mais haben einen hohen Wasserverbrauch und damit einen negativen Effekt auf den Bodenwassergehalt. Durch die zunehmende Wasserknappheit könnte zukünftig die Ernährungssicherung des Landes bedroht werden.

Getreideanbau in China: Pflanzen wie Weizen und Mais haben einen hohen Wasserverbrauch und damit einen negativen Effekt auf den Bodenwassergehalt. Durch die zunehmende Wasserknappheit könnte zukünftig die Ernährungssicherung des Landes bedroht werden.

Bildquelle: © iStock.com/iEverest

In den letzten drei Dekaden waren 35,6 Prozent der Anbauflächen in Nordchina von der zunehmenden Trockenheit betroffen. Diese Entwicklungen werden zwar regelmäßig untersucht, aber nur auf Grundlage von Klimadaten und satellitengestützten Messungen zur Veränderung der Bodenfeuchte. Was bisher fehlte, war eine Langzeituntersuchung zum Bodenwassergehalt durch Probennahmen vor Ort.

Um eine Übersicht über die Bodenwassergehalte zu erhalten, nutzten die Forscher Daten von 40 Wetterstationen, an denen im Zeitraum von 1983 bis 2012 innerhalb der Vegetationsperiode (April bis Oktober) drei bis fünfmal pro Monat der Wassergehalt von Bodenproben ermittelt worden war. Zusätzlich wurden Daten über die Abflussmengen der drei großen Flüsse der Region (Hai-He, Liao-He, Gelber Fluss) in den letzten dreißig Jahren ausgewertet. Niederschlags- und Temperaturdaten von 307 Wetterstationen ergänzten die Untersuchungen, um einen Überblick über die Klimaentwicklung der letzten 30 Jahre zu erhalten.

Die Untersuchungen der Bodenproben ergaben eine deutliche Abnahme der Bodenwassergehalte innerhalb der letzten 30 Jahre. In den obersten Bodenschichten wurden Abnahmen von 0,011 m³ (0 bis 10 cm Bodenschicht), 0,012 m³ (10 bis 20 cm Bodenschicht) und 0,015 m³ (20 bis 50 cm Bodenschicht) pro Dekade festgestellt. In 20-50 cm Tiefe (Hauptwurzelraum) konnten die Forscher eine Abnahme von insgesamt 29 Prozent innerhalb der letzten 30 Jahre feststellen. Das spiegelt sich auch in den Klimadaten wieder: Sie zeigen einen Anstieg der Temperatur sowie eine Abnahme der Regenmengen innerhalb dieses Zeitraums. Auch die Daten der Abflussmengen der drei großen Flüsse zeigen eine abnehmende Tendenz.

Wer ist schuld?

Zunächst rechneten die Forscher den Einfluss, den das Mikroklima, die Bodenbeschaffenheit und das Gelände auf den Bodenwassergehalt haben, als sogenannten „County effect“ aus den Analysen heraus. Aus den restlichen klimatischen und landwirtschaftlichen Variablen konnten sie als besonders wirksame Faktoren den Düngermitteleinsatz und die Wahl der Feldfrucht sowie als wichtigste klimatische Variable die Niederschläge identifizieren.

Der zunehmende Verlust von Wasser legt einen Zusammenhang mit dem Klimawandel nahe. Tatsächlich konnte für Nordchina eine Abnahme der Niederschlagsmengen sowie eine Temperaturerhöhung innerhalb der letzten Jahrzehnte beobachtet werden. Aus den ausgewerteten Daten ermittelten die Forscher, dass dabei der Niederschlag einen deutlich größeren Einfluss auf den Bodenwassergehalt hatte, während der Einfluss der Temperatur eher gering war. Der Klimawandel trägt somit zum Wassermangel bei, ist aber nicht der einzige Auslöser.

Zur Beurteilung der Auswirkungen des Düngemitteleinsatzes auf den Bodenwassergehalt nutzten die Forscher Daten aus anderen Feldexperimenten, wo der direkte Zusammenhang zwischen beiden untersucht wurde. Hier zeigte sich, dass sich der Bodenwassergehalt je nach Düngereinsatz um bis zu 54 Prozent verringert. Denn mehr Dünger führt zu mehr Pflanzenwachstum und zu größeren Blättern und damit zu höheren Transpirationsraten, was wiederum den Wassergehalt des Bodens senkt.

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Der Gelbe Fluss - auch Huang He genannt - hat in den letzten Jahrzehnten einen großen Teil seines Abflusses eingebüßt – auch hier wird die intensive Landwirtschaft mitverantwortlich gemacht.

Der Gelbe Fluss - auch Huang He genannt - hat in den letzten Jahrzehnten einen großen Teil seines Abflusses eingebüßt – auch hier wird die intensive Landwirtschaft mitverantwortlich gemacht.

Bildquelle: © Johlendorf - Fotolia.com

Auch die Wahl der Feldfrüchte hat einen deutlichen Einfluss auf den Bodenwassergehalt: Pflanzen wie Mais und Weizen haben einen hohen Wasserverbrauch und damit einen negativen Effekt auf den Bodenwassergehalt. Vergleichbare Ergebnisse erhielten die Forscher auch bei der Berechnung des Abflusses der drei großen Flüsse: Hier waren besonders die Zunahme der Anbauflächen für Mais und Weizen in den letzten 30 Jahren für die Abnahme des Abflusses verantwortlich. Die Forscher schließen daraus, dass ein zunehmender Düngereinsatz zusammen mit dem verstärkten Anbau von wasserintensiven Nutzpflanzen und einer Zunahme der Anbaufläche zumindest teilweise zur Abnahme der Wasserverfügbarkeit geführt haben.

Das zeigen auch Daten aus einem anderen Experiment: Hier wurden über knapp 30 Jahre die Bodenwassergehalte einer von Menschen nahezu unbeeinflussten Wiese und eines Ackers verglichen. Während die Bodenwassergehalte der Wiese über die Jahre sogar leicht anstiegen (eine Zunahme um 0,003 m³ pro m³ und Jahrzehnt), nahmen sie beim Acker stetig ab, unabhängig vom der angebauten Frucht (zum Beispiel bei Weizen um 0,006 m³ pro m³ und Jahrzehnt). Vorausgesetzt, dass es keine großen Unterschiede bei Boden, Gelände oder Mikroklima der beiden Versuchsflächen gibt, gehen die Veränderungen im Bodenwassergehalt hier allein auf die landwirtschaftliche Nutzung zurück.

Viel hilft nicht immer viel

China hat in den letzten 30 Jahren seine landwirtschaftlichen Erträge extrem gesteigert, maßgeblich durch den Einsatz von Mineraldünger. 31,4 Prozent des globalen Düngerverbrauchs werden in China ausgebracht. In krassem Gegensatz dazu stehen die Erträge: In der Zeitspanne von 1961 bis 1998 haben die Erträge der drei wichtigsten Feldfrüchte je Einheit eingesetztem Dünger stark abgenommen. Erhielt man 1961 noch 164 kg Reis, 44 Kilo Weizen und 93 Kilo Mais pro Kilo Dünger, so waren 1998 nur noch 10 Kilo Reis, 6 Kilo Weizen und 9 Kilo Mais pro Kilo Dünger. Neben dem, wie die Forscher feststellten, deutlich negativen Effekt auf den Bodenwassergehalt, kann hoher Düngereinsatz zudem Bodenversalzung sowie Bodenverdichtung fördern, was weitere negative Auswirkungen auf den Bodenwassergehalt hat.

Die Forscher betonen dass Nordchina durch die Intensivierung der Landwirtschaft vor einem ernsten Wasserproblem steht, das durch die Anwendung herkömmlicher landwirtschaftlicher Praktiken zusammen mit ineffizientem Düngereinsatz und intensiver Bewässerung bewirkt wird und sich weiter verschärft. Um diesem Problem Herr zu werden, ist es dringend erforderlich, alternative Maßnahmen einzuführen, die der Nachfrage nach Lebensmitteln gerecht werden und gleichzeitig die Ressourcen schonen: Auf den Bedarf der jeweiligen Feldfrucht abgestimmte Düngergaben, wasserschonende Bearbeitungsmethoden wie Mulchen, Tropfenbewässerung, weniger tiefes Pflügen sowie der Anbau von trockenresistenten Feldfrüchten könnten maßgeblich zur Verbesserung der Situation beitragen. Die Forscher weisen darauf hin, dass hier ein Umdenken dringend erforderlich ist, gerade um vor dem Hintergrund des Klimawandels die steigende Wasserknappheit noch abzuwenden.

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