Feldfrüchte als Teamplayer

Optimierte Fruchtfolge verbessert Ökobilanz

05.03.2018 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Wird Raps in einer durchdachten Fruchtfolge angebaut, hat er einen um 16 Prozent geringeren CO2e-Fußabdruck. (Bildquelle: © Olena Mykhaylova / Fotolia.com)
Wird Raps in einer durchdachten Fruchtfolge angebaut, hat er einen um 16 Prozent geringeren CO2e-Fußabdruck. (Bildquelle: © Olena Mykhaylova / Fotolia.com)

Umwelt- und Klimaschutz stehen ganz oben, auch in der Landwirtschaft. Damit Landwirte effektive und gleichzeitig nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken anwenden können, brauchen sie verlässliche Daten: zur Ökobilanz und insbesondere zum sogenannten CO2e-Fußabdruck ihres Arbeitens. Bei dessen Berechnungen hapert es aber noch, wie ein Forschungsteam am Institut für Technischen Umweltschutz der Technischen Universität in Berlin jetzt festgestellt hat.

Die Landwirtschaft steht vor einer großen Herausforderung: Sie soll die stetig steigende Weltbevölkerung ernähren, aber gleichzeitig die zur Verfügung stehenden Ressourcen nachhaltig nutzen. Und natürlich Klima und Umwelt schonen. Dazu muss bekannt sein, wie stark die einzelnen Produkte die Umwelt belasten. Dafür gibt es verschiedene Berechnungsmodelle: Über Ökobilanzen (Life-Cycle-Assessments oder LCAs) werden die Auswirkungen auf die Umwelt bei der Produktion betrachtet, über den CO2e-Fußabdruck (Product Carbon Footprint, PCF) wird die gesamte CO2-Freisetzung sowie die Freisetzung anderer Treibhausgase (umgerechnet in CO2-Äquivalente, CO2e) während der Produktion und Nutzung eines Produktes erfasst. Über diese beiden Bewertungssysteme wird klarer erkennbar, welche Auswirkungen ein Produkt auf Umwelt und Klima hat.

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Forscher haben festgestellt, dass die Endprodukte, wie zum Beispiel Weizenbrot, einen geringeren CO2e-Fußabdruck hatten, wenn die Ausgangspflanze innerhalb einer Fruchtfolge angebaut wurde.

Forscher haben festgestellt, dass die Endprodukte, wie zum Beispiel Weizenbrot, einen geringeren CO2e-Fußabdruck hatten, wenn die Ausgangspflanze innerhalb einer Fruchtfolge angebaut wurde.

Bildquelle: © Simone Andress / Fotolia.com

Diese Berechnungen gibt es natürlich auch für die Landwirtschaft. Da ihr eine Schlüsselrolle bei Umwelt- und Klimaschutz sowie weltweiter Nahrungsmittelproduktion zukommt, müssen Landwirte auf optimierte Anbaumethoden zurückgreifen können. Ziel ist, höhere Erträge bei möglichst geringem Ressourcenverbrauch zu erzielen. Aber: Die Berechnungen berücksichtigen wichtige Praktiken nicht, wie zum Beispiel die Fruchtfolge. Dabei wird sie seit Jahrhunderten praktiziert, um Erträge zu erhöhen und den Boden fruchtbar zu erhalten.

Die Fruchtfolge bringt's

Um den Einfluss von Fruchtfolgen auf die Ökobilanz und den CO2e-Fußabdruck zu berechnen, haben die Berliner Wissenschaftler jeweils für Weizen, Gerste, Raps und Erbsen den Stickstoffverbrauch beim Anbau mit und ohne Fruchtfolge modelliert. Als Fruchtfolge wurde dabei RapsWeizenErbse – Weizen – Gerste gewählt. Erträge, Nährwerte sowie Ernterückstände wurden aus statistischen Daten ermittelt. Anschließend wurde der CO2e-Fußabdruck der Endprodukte aus diesen Pflanzen (Brot, Milch, Biodiesel) bestimmt.

Dabei zeigte sich, dass die Endprodukte einen geringeren CO2e-Fußabdruck hatten, wenn die Ausgangspflanze innerhalb einer Fruchtfolge angebaut wurde. So hatte Weizenbrot einen um 11 Prozent geringeren PCF, bei Milch sank er um 22 Prozent und bei Biodieselkraftstoff aus Raps um 16 Prozent. Raps verbraucht beispielsweise ohne Anbau in einer Fruchtfolge nach herkömmlichen Berechnungen 45,15 kg Stickstoff/t, in einer Fruchtfolge aber nur noch 20,88 kg N/t. Der daraus entstehende Biodieselkraftstoff hat damit einen CO2e-Fußabdruck von 38,5 g CO2e/MJ im Gegensatz zu 46 g CO2e/MJ für Biodieselkraftstoff aus Raps ohne Anbau in einer Fruchtfolge.

Genauere Berechnungen

Diese deutlichen Unterschiede sind methodischer Natur: Sie entstehen zum einen, weil bei der Berechnung des Stickstoffverbrauchs von Feldfrüchten bisher immer der notwendige Stickstoffbedarf nur für die betrachtete Feldfrucht herangezogen wurde. Die Reste, die nach der Ernte im Boden verbleiben und von nachfolgenden Feldfrüchten genutzt werden könnten, wurden vernachlässigt. Bei der Fruchtfolge hingegen fließen diese Reste in die Berechnung des Nährstoffbedarfs der nachfolgenden Feldfrucht mit ein.

Neben diesen methodischen Abweichungen ist die Fruchtfolge aber auch in der praktischen Anwendung stickstoffsparend. Ist sie mit Überlegung geplant, können sich die Feldfrüchte gegenseitig ergänzen, wie Teamplayer in einer Fußballmannschaft. In einer gut gewählten Fruchtfolge könne der Düngerverbrauch sogar noch weiter gesenkt werden, betont das Forschungsteam. Zum Beispiel reichern Erbsen den Boden mit zusätzlichem Stickstoff an.

Dazu hat jede Feldfrucht einen anderen Stickstoffbedarf. So ist es zweckmäßig, dass nach einem sogenannten „Starkzehrer“ ein „Schwachzehrer“ angebaut wird und so der Stickstoffvorrat im Boden ohne erneute Düngung optimal genutzt werden kann. Dazu sollte in Zukunft noch genauer untersucht werden, wie sich die einzelnen Feldfrüchte optimal gegenseitig ergänzen können. Am Ende könnten damit die Landwirte deutlich effektivere Fruchtfolgen für ihren Boden zusammenstellen.

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Auf die Betrachtung kommt es an: Stroh, das geerntet wird, hat einen anderen CO2e-Fußabdruck als Stroh, das auf dem Feld bleibt.

Auf die Betrachtung kommt es an: Stroh, das geerntet wird, hat einen anderen CO2e-Fußabdruck als Stroh, das auf dem Feld bleibt.

Bildquelle: © iStock.com/RTimages

Stroh ist nicht gleich Stroh

Eine ähnliche Berechnungslücke gibt es auch bei Ernteresten (Stroh), die zu Bioethanol umgewandelt werden können. Weizenstroh wird in offiziellen europäischen Berechnungen als „Abfall“ mit einem Stickstoffbedarf von 0 kg N/t bewertet. So fließt es auch in die Berechnungen des CO2e-Fußabdrucks von Biokraftstoffen, die aus Weizenstroh gewonnen werden, ein. Das daraus hergestellte Bioethanol hat damit einen Treibhausgasausstoß von 11 g CO2e/MJ.

Allerdings ist Stroh nicht gleich Stroh: Bleibt es auf dem Feld, fördert es eine gute Bodenstruktur und Bodenfruchtbarkeit und führt damit zu höheren Erträge. Mit dem Stroh, das entfernt und weiter verwendet wird, gehen auch Nährstoffe verloren. Positive Effekte für den Boden und auf die Ertragshöhe entfallen damit.

Das Forschungsteam berechnete daher die Bilanz bei Nutzung des Strohs zur Bioethanolerzeugung neu. Stroh wird hier als Teil der Gesamtproduktion der jeweiligen Feldfrucht betrachtet und verbraucht im Falle von Weizenstroh pro Tonne 6,87 kg Stickstoff. Der damit korrigierte neue CO2e-Fußabdruck für Bioethanol liegt dann bei 19,83 g CO2e/MJ und damit um 80 Prozent höher als in herkömmlichen Berechnungen.

Korrekte Berechnungen sind eine wichtige Grundlage

Berechnungen, in denen Stroh als „Abfall“ auftaucht, geben also nicht den wahren CO2e-Fußabdruck von Bioethanol wieder. Dennoch ist Bioethanol aus Stroh eine sinnvolle Alternative zu anderen Biokraftstoffen, betont das Forschungsteam. Denn es entsteht quasi „nebenbei“, parallel zur Lebensmittelproduktion. Und im Gegensatz zur Produktion von Biokraftstoffen aus Mais oder Raps wird keine zusätzliche Ackerfläche oder Dünger benötigt.

Diese Beispiele verdeutlichen, dass es bei den Berechnungen zu Umweltbilanzen und Fußabdrücken noch einige Unklarheiten und methodischen Schwächen gibt. Das Forschungsteam betont, dass auch die neuen Modelle noch verbessert werden müssen. Denn nur mit einer exakten Datengrundlage können landwirtschaftliche Praktiken auf ihre Nachhaltigkeit überprüft und weiterentwickelt werden.

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