Auf dem Weg zur klimafreundlichen Landwirtschaft

Gezielte Maßnahmen in den richtigen Regionen senken globale Treibhausgasemissionen

18.01.2017 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Der Reisanbau ist eine der Hauptquellen für Methan. (Bildquelle: © glasmost / Pixelio.de)
Der Reisanbau ist eine der Hauptquellen für Methan. (Bildquelle: © glasmost / Pixelio.de)

Mit einem neuen Berechnungsmodell identifiziert ein Forschungsteam die Regionen mit hohen Ertragsraten und hohen Treibhausgasemissionen. So könnte gezielt an einer Senkung des globalen Treibhausgasausstoßes in der Landwirtschaft gearbeitet werden.

Die landwirtschaftliche Produktion von Lebensmitteln (Ackerbau und Viehzucht) ist weltweit für etwa zwanzig Prozent der globalen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Zählt man die Ernährungswirtschaft mit dazu, sind es sogar ein Drittel der menschlich verursachten Treibhausgase. War in den 199ern noch das Umwandeln von Flächen, insbesondere von Wald in Äcker die größte Ursache für Treibhausgasemissionen, ist es jetzt die Produktion von Lebensmitteln selbst. Da die Umwandlung von Land, dank politischer Bemühungen reduziert werden konnte, steigt zumindest relativ betrachtet, der Beitrag zu den Treibhausgasemissionen, der durch die Produktion von Feldfrüchten verursacht wird, seit 2010 kontinuierlich.

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Die Trockenlegung von Mooren und Sumpfland trägt maßgeblich zum Treibhausgasausstoß bei.

Die Trockenlegung von Mooren und Sumpfland trägt maßgeblich zum Treibhausgasausstoß bei.

Bildquelle: © Andreas Eichler/wikimedia.org; CC BY 4.0

Daher wird es immer wichtiger, die Emissionen bei der Produktion von Feldfrüchten zu reduzieren. Studien zeigen, dass es möglich sein müsste, trotz der benötigten Ertragssteigerungen zur Ernährung einer stetig wachsenden Weltbevölkerung einen sehr geringen Anstieg oder sogar einen reduzierten Treibhausgasausstoß zu erreichen. Dazu müssen allerdings die globalen Hauptursachen (zum Beispiel ungeeignete Anbaumethoden) und die Verursacher möglichst kleinräumig ermittelt werden, um geeignete Lösungsansätze und Verbesserungen zu entwickeln. In einer neuen Studie hat ein Forschungsteam jetzt ein solches Berechnungssystem vorgestellt.

Genauere Berechnungen

Bisher gab es zur Ermittlung des Treibhausgasausstoßes in der Landwirtschaft meist nur Berechnungsmethoden, die sich auf eine einzelne Feldfrucht innerhalb eines Landes beschränkten oder auf die Treibhausgasemissionen aller angebauten Feldfrüchte innerhalb einer Region. In der neuen Studie hat das Forschungsteam ein Modell entwickelt, mit dem es auf regionaler Ebene berechnen kann, wie die Anbaupraktiken und die dortige Umwelt den Ausstoß von Treibhausgasen beeinflussen. Dazu untersuchte das Team unter anderem die drei Hauptverursacher von Treibhausgasemissionen in der globalen Landwirtschaft (ohne Viehhaltung):

  • Reisanbau,
  • das Trockenlegen von Feuchtgebieten sowie
  • das Ausbringen von künstlichem und organischem Stickstoffdünger.

Reisanbau

Hauptverursacher von Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft sind China, Indien und Indonesien. Sie sind für 51 Prozent der globalen Treibhausgase aus der Landwirtschaft verantwortlich. Ein Hauptgrund dafür ist der Reisanbau. Reis ist für knapp die Hälfte der Weltbevölkerung das wichtigste Grundnahrungsmittel und wird in den kommenden Jahren noch an Bedeutung gewinnen. Beim Reisanbau entsteht größtenteils Methan durch anaerobe Zersetzung von organische Material in den überfluteten Reisfeldern. Das Forschungsteam geht davon aus, das der größte Teil der Emissionen beim Reisanbau auf das Fluten der Reisfelder zurückgeht.

Besonders hohe Methan-Emissionen ergeben sich in künstlich bewässerten Reisfeldern, die etwa 60 Prozent der Reisanbaufläche ausmachen, aber für 78 Prozent der Methan-Emissionen aus dem Reisanbau verantwortlich sind. Die Methan-Emissionen lassen sich mit dem neuen Modell auch einzelnen Ländern zuordnen: So produziert Indien 22 Prozent des weltweit angebauten Reises, ist aber für 27 Prozent der Methan-Emissionen verantwortlich. China hingegen produziert etwa ein Drittel des gesamten Reises, ist aber nur für 23 Prozent der Methan-Emissionen verantwortlich, vermutlich durch das saisonale Trockenlegen der Reisfelder, meint das Forschungsteam. Letztlich steht der Reisanbau für eine Produktionsintensität von jährlich etwa 962 Tg CO2e (Teragramm CO2-Äquivalent; 1 Teragramm = 1 Billion Gramm bzw. 1 Megatonne), bzw. 0,58 Gramm Treibhausgasäquivalente pro Kilokalorie (g CO2e pro kcal), berechnete das Forschungsteam. Das bedeutet, dass der Reisanbau 48 Prozent zu den gesamten Emissionen beiträgt.

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Lachgas (N2O) entsteht bei der Umwandlung von Stickstoffdünger, wie Ammoniumsulfat, Kaliumnitrat, Harnstoff, Hornspäne oder Mist, der auf die Felder ausgebracht wurde.

Lachgas (N2O) entsteht bei der Umwandlung von Stickstoffdünger, wie Ammoniumsulfat, Kaliumnitrat, Harnstoff, Hornspäne oder Mist, der auf die Felder ausgebracht wurde.

Bildquelle: © Thomas Steiner/wikimedia.org; CC BY 3.0

Entwässerung von Feuchtgebieten

Die Entwässerung von Feuchtgebieten ist ebenfalls ein Hauptverursacher von Treibhausgasen. Durch die Entwässerung kommen die kohlenstoffreichen Böden mit Sauerstoff in Kontakt, was zu einer verstärken aeroben Zersetzung führt und sehr viel CO2 freisetzt. Zudem erhöht sich die Gefahr von Flächenbränden, die Hydrologie in der Umgebung wird verändert und führt zu Bodenabsenkungen. Die hohe Freisetzungsrate von CO2 aus entwässerten Feuchtländern könnte über längere Zeiträume sogar die CO2-Freisetzungsraten von Rodungen übertreffen, schätzt das Forschungsteam. Es berechnete eine Freisetzungsrate von 89 Prozent CO2 (umgerechnet in CO2e), 11 Prozent Lachgas (N2O) und weniger als einem Prozent Methan (CH4), sowie einen Gesamtanteil an den Treibhausgasemissionen von 630 Tg CO2e pro Jahr oder 3,7 g CO2e pro kcal. Damit tragen die entwässerten Feuchtflächen 32 Prozent zu den gesamten Emissionen bei, während auf ihnen aber nur 1,1 Prozent der weltweit produzierten Kilokalorien erzeugt werden. Besonders in Europa und Indonesien werden Feldfrüchte auf entwässerten Flächen angebaut.

Verwendung von Stickstoffdünger

Lachgas (N2O), ein weiteres wichtiges Treibhausgas, entsteht bei der Umwandlung von Stickstoffdünger, der zuvor auf die Felder ausgebracht wurde. Besonders in stark gedüngten Böden wird Lachgas durch mikrobielle Umsetzung freigesetzt. Allein in China entstehen auf diesem Weg 31 Prozent der global durch Düngung verursachten Treibhausgase, besonders beim Anbau von Weizen (20 Prozent) und Mais (17 Prozent). Der Anteil der durch Stickstoffdüngung freigesetzten Treibhausgase weltweit beträgt laut des Forschungsteams 403 Tg CO2e pro Jahr oder 0,033 g CO2e pro kcal und damit 20 Prozent der gesamten Emissionen.

Entwässerung von Feuchtländern stoppen

Insgesamt errechnete das Forschungsteam eine jährliche Freisetzungsrate von 1994 Tg CO2e oder 0,16 g CO2e pro kcal für das Jahr 2000. Um Verbesserungen zu erzielen, müssten sich die Bemühungen nach Meinung des Forschungsteams vor allem auf die Regionen richten, in denen hohe Emissionen und hohe Produktionsraten vorherrschen, statt nur die größten Emittenten im Auge zu haben. Mit dem neuen Modell kann man zudem gut erkennen, welche landwirtschaftlichen Praktiken Potential haben, um in Zukunft Erträge zu steigern und trotzdem die Treibhausgase zu verringern und welche hier ineffizient sind.

So liegt laut des Forschungsteam beispielsweise die Nutzungseffizienz von Stickstoffdünger unter 50 Prozent. Hier sind also große Verbesserungsmöglichkeiten gegeben, zumal die Düngepraxis im Vergleich zu den beiden anderen Bereichen relativ leicht zu optimieren ist und am wenigsten zu den Treibhausgasemissionen beiträgt. Auf der anderen Seite müsste die Entwässerung von Feuchtgebieten dringend gestoppt werden, weil hier viele Treibhausgase und nur wenige Kalorien produziert werden. Der Reisanbau als wichtigste Ernährungsgrundlage für nahezu die Hälfte der Bevölkerung muss ebenfalls optimiert werden, aber hier zeigt sich eine wesentlich bessere Kalorienausbeute. Letztlich sollte also bei dem Bemühen um die Verringerung von Treibhausgasen nicht nur die Produktion von Lebensmitteln an sich im Vordergrund stehen, sondern vor allem der produzierte Nährwert. Dann könnten die Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft auch kurzfristig reduziert werden.

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