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RESSOURCEN/071: Ressource Land unter Druck (UFZ-Newsletter)


Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
UFZ-Newsletter Oktober 2015

Ressource Land unter Druck

Von Benjamin Haerdle


Unvermindert steigt der Konsum der Menschheit, rasant der Bedarf an Ackerland, Nahrungsmitteln und Energie. Deshalb wandelt sich Landnutzung rund um den Globus in atemberaubendem Tempo. Regional übergreifend lassen sich aber Muster der Landnutzung definieren, mit deren Hilfe Forscher Folgen abschätzen und Gegenmaßnahmen vorschlagen können. Sie sollen helfen, fatale Auswirkungen für Ökosysteme, Tier- und Pflanzenarten und Klima in Grenzen zu halten.


Land und nachwachsende Rohstoffe sind nur begrenzt verfügbar

Der Wandel der Landnutzung hat viele Gesichter: Maisfelder verdrängen Wiesen und Weiden, Boden wird immer teurer, tropische Regenwälder werden für Ölpalmen oder Weideland gerodet, Steppen zu Ackerland umgebrochen, Megastädte und Verkehrswege fressen sich ins fruchtbare Umland. Die Gründe sind vielschichtig, die Auswirkungen häufig fatal.


Was regional passiert, hat weltweite Folgen. Tier- und Pflanzengemeinschaften verändern sich, Ökosystemfunktionen verschwinden, Kohlenstoff-Emissionen leisten ihren Beitrag zum Klimawandel, die wirtschaftliche Basis vieler Menschen wird instabil. Die Vereinten Nationen rechnen in den nächsten zehn Jahren mit bis zu 50 Millionen Menschen, die ihre Heimat verlassen müssen, weil sie der Boden, den sie bewirtschaften, nicht mehr ernähren kann. Darüber hinaus rechnet die UNO mit einem volkswirtschaftlichen Schaden von 6,3 bis 10,6 Billionen Dollar pro Jahr - das sind 10 bis 17 Prozent des weltweiten Bruttosozialprodukts - weil ökologisch wertvolle Flächen und ihre Ökosystemleistungen verloren gehen. "Land ist jedoch nur begrenzt verfügbar, der Druck auf diese Ressource wird größer", konstatiert Prof. Ralf Seppelt, der sich am UFZ seit vielen Jahren mit der Analyse und Simulation von Mensch-Umwelt-Systemen befasst. Dies habe eine Vielzahl von Implikationen. Nur zwei Beispiele: 7,2 Milliarden Menschen leben derzeit auf der Erde. Bis zum Jahr 2050 könnten es nach Berechnungen der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) fast zehn Milliarden werden. Zudem wächst der Fleischkonsum stark an: Bis 2050 könnte er Studien zufolge auf jährlich 470 Millionen Tonnen steigen, fast 50 Prozent mehr als heute. Das hat Folgen, denn für tierische Erzeugnisse werden deutlich mehr Weiden und Äcker als für pflanzliche Produkte benötigt. Um 1.000 Kalorien Geflügelfleisch zu erhalten, müssen 1.500 Kalorien pflanzliche Produkte eingesetzt werden. Bei Schweinefleisch liegt diese "Umwandlungsrate" bei eins zu vier, bei Rindern bei eins zu sieben.


Muster der weltweiten Landnutzung
Um die Folgen der Landnutzung besser zu bewerten und um zu verstehen, wie verschiedenartig Landnutzungssysteme weltweit sein können, haben Ralf Seppelt und Kollegen der Humboldt-Universität Berlin eine Weltkarte der Landnutzung erstellt und dafür mehr als 30 Indikatoren zu Landwirtschaft, Umwelt, Klima und zur sozio-ökonomischen Situation ausgewertet. Betrachtet man die Karte, wird deutlich, wo beispielsweise Regionen liegen, in denen sich Landwirtschaft noch intensivieren lässt und wo schon maximal intensiver Anbau betrieben wird, mit welchen Klimabedingungen man rechnen muss oder ob perspektivisch mehr oder weniger Menschen zu versorgen sind.

Die Wissenschaftler definieren dafür insgesamt zwölf globale Landnutzungsmuster, sogenannte Archetypen. Dazu zählen etwa Weidewirtschaftssysteme, degradierte Wälder und Agrarsysteme in den Tropen oder Ödland in den Entwicklungsländern.

Mit brauner Farbe sind auf der Karte zum Beispiel jene Regionen erfasst, die als extensive Anbauflächen weltweit rund elf Prozent der Landflächen ausmachen. Dazu zählen vor allem Teile Chinas, Osteuropas und Indiens. Diese Gegenden sind laut Aussage der Wissenschaftler wichtig, weil sie klassische Yield-Gap-Regionen sind. Gemeint sind damit Flächen, auf denen Landwirte die Erträge durchaus noch steigern könnten. Noch werden dort wenig Dünger und Pestizide ausgebracht, ist die Infrastruktur schwach ausgebaut und Landwirtschaft noch wenig vom Staat gefördert.

Doch es gibt auch jene auf der Karte rot markierten Regionen, in denen eine Steigerung ungleich schwieriger ist. Dazu zählen weite Teile Westeuropas wie zum Beispiel Deutschland oder der mittlere Westen der USA. Sie zählen zum Nutzungstyp "Intensive Landwirtschaft" - mit hohem Stickstoffeinsatz, großem Investitionsvolumen und hoher Rendite aus der Agrarproduktion.

Ziel der Wissenschaftler ist es, aufgrund der Analyse dieses komplexen Gefüges aus ökonomischen, soziologischen und biologischen Faktoren wissenschaftlich fundierte Aussagen treffen zu können, was sich konkret unternehmen lässt, um negative Folgen der Landnutzung zu verhindern.

Zeigen lässt sich das am Beispiel Lateinamerika/Südostasien. Dort ist im Nutzungstyp "Degradierte Forst- und Weidesysteme der Tropen" die Bodenerosion extrem hoch. Weil die sozio-ökonomischen Daten zeigen, dass die Landwirtschaft eine wichtige Rolle für die Volkswirtschaft in den dortigen Staaten spielt, ist es erforderlich, Maßnahmen gegen die Erosion zu entwickeln. Damit ließen sich Erträge und Rendite aus der Landwirtschaft erhöhen, ohne der Umwelt zu schaden.


Weltkarte der globalen Landnutzung

Forstsysteme der Tropen (14 %) hohe Biodiversität · Zunahme an Acker- und Weideland · vergleichsweise hohe Klima-Anomalien

Degradierte Forst- und Weidesysteme der Tropen (0,35 %) - hohe Erosion · großer Anteil der Landwirtschaft am Bruttosozialprodukt · geringe politische Stabilität

Boreale Wälder der westlichen Welt (14 %) - hohes Bruttosozialprodukt und politische Stabilität · schlechte Erreichbarkeit · geringe Landnutzungsintensität

Boreale Wälder der östlichen Welt (20 %) - hohes Bruttosozialprodukt und geringe politische Stabilität · schlechte Erreichbarkeit · geringe Landnutzungsintensität

Urbane Agglomerate (0,1 %) - überdurchschnittliche Bevölkerungsdichte · steigende Gesamtbevölkerung · unterschiedlichste Umweltbedingungen

Reisanbausysteme mit hohem Ertragspotenzial (1 %) - großer Anteil an Ackerland und hoher Artenreichtum · großer Anteil der Landwirtschaft am Bruttosozialprodukt · hohe Bevölkerungsdichte

Traditionelle Landwirtschaft mit hohem Arbeitseinsatz (11 %) - hoher und zunehmender Anteil an Acker- und Weideland · großer Anteil der Landwirtschaft am Bruttosozialprodukt · gute Erreichbarkeit · unterschiedlichste Umwelt- und Klimabedingungen

Weidesysteme (13 %) - überdurchschnittlich großer und steigender Anteil an Weideland · hoher Anteil der Landwirtschaft am Bruttosozialprodukt · unterdurchschnittliche Bevölkerungsdichte, aber steigende Bevölkerungszahlen

Bewässerungsfeldbau (2 %) - weit überdurchschnittlicher Anteil an Ackerland und dazugehörigem Energieeinsatz · hohe Reiserträge · großer Anteil der Landwirtschaft am Bruttosozialprodukt · weit überdurchschnittliche Bevölkerungsdichte und steigende Bevölkerungszahlen

Intensive Landwirtschaft (5 %) - weit überdurchschnittlicher, aber abnehmender Anteil an Ackerland · weit überdurchschnittlicher Energieeinsatz (Dünger, Pflanzenschutzmittel) · kleiner Anteil der Landwirtschaft am Bruttosozialprodukt · gute Erreichbarkeit und politische Stabilität · gemäßigtes Klima

Grenzertragsstandorte in entwickelten Ländern (9 %) - hohes Bruttosozialprodukt · geringe Bevölkerungsdichte · geringe bis keine Ackererträge, aber etwas Weideland

Wüsten und Ödland in Entwicklungs- und Schwellenländern (11 %) - hohe Temperaturen, wenig Niederschlag · wenig bis kein Weide- und Ackerland · geringes Bruttosozialprodukt

(Abbildung der Originalpublikation im Schattenblick nicht veröffentlicht.)


Intensivierung ist nicht die Lösung

Global wächst der Druck, mehr produzieren zu müssen. Derzeit ist jeder achte Mensch nicht ausreichend ernährt, insgesamt hungern 800 Millionen Menschen. Weiteren zwei Milliarden Menschen fehlen lebenswichtige Vitamine, Mineralstoffe und Spurenelemente. Null Hunger bis 2030, so lautet eines der wichtigsten Ziele der Nachhaltigkeitsagenda (Sustainable Development Goals), die die Generalversammlung der Vereinten Nationen Ende September verabschiedete. Doch muss deswegen, wie die Weltbank fordert, die Produktion von Lebensmitteln bis zum Jahr 2050 um 70 Prozent gesteigert werden?

UFZ-Ökologe Dr. Stefan Klotz hat seine Zweifel: "Statistiken zufolge werden auf der Welt täglich pro Kopf rund 5.000 Kilokalorien produziert, also deutlich mehr, als ein durchschnittlich arbeitender Mensch mit rund 2.500 jeden Tag verbraucht". Den Anbau weiter zu intensivieren, sei deshalb kein Ausweg. Hinzu komme, dass in den Industrieländern bis zu einem Drittel der Nahrung weggeschmissen werde. In den Entwicklungsländern verkommen viele Nahrungsmittel wegen fehlender Kühlketten, unzureichender Lagerung oder ungenügender Transportmöglichkeiten. "Eine drastische Reduzierung der Verluste würde das Welternährungsproblem mindern", sagt Stefan Klotz. Sinnvoll und obendrein gesünder wäre auch, die Ernährung umzustellen: Immer noch wird sehr viel Fleisch verzehrt - und ein Kilogramm Rindfleisch verbraucht in der Produktion deutlich mehr Fläche als ein Kilo Brot.


Anbau kommt an Grenzen

Eine Produktionssteigerung der Nahrungsmittel ist aber auch deswegen unrealistisch, weil die Produktion vieler nachwachsender Ressourcen nicht in der gleichen Geschwindigkeit gesteigert werden kann, wie in den vergangenen Jahrzehnten. Unbegrenzt nutzbar - wie gemeinhin angenommen - sind sie schon gar nicht.

Eine von Ralf Seppelt und Stefan Klotz geleitet Wissenschaftlergruppe aus dem UFZ sowie den Universitäten Yale und Wisconsin analysierte die Produktions- und Förderraten von 27 global erneuerbaren und nicht erneuerbaren Ressourcen. Erstmals untersuchten sie dabei 20 erneuerbare Güter wie Mais, Reis, Weizen oder Soja, die laut Welternährungsorganisation FAO rund 45 Prozent der weltweiten Kalorienzufuhr ausmachen, sowie wichtige Tiererzeugnisse wie Fisch, Fleisch, Milch oder Eier. Bei 18 dieser nachwachsenden Ressourcen stellten die Forscher fest, dass die jährlichen Zuwachsraten ihre Spitzenwerte schon vor einigen Jahren hatten. Dieser Zeitpunkt, zu dem die Produktionsraten ihren Höhepunkt erreichten, bevor sie dann wieder zurückgingen, definierten die Forscher als sogenanntes "Peak rate year" - also das Jahr mit der maximalen Steigerungsrate bei Ernte, Produktion oder Fang natürlicher Nahrungsmittel. Bei der Sojabohne lag die maximale Zunahme der globalen Ernteproduktion beispielsweise im Jahr 2009, bei Milch im Jahr 2004. "Aus US-Studien ist auch bekannt, dass bei Mais, Weizen oder Reis der Ernteertrag pro Hektar auf mehr als einem Viertel der Anbaufläche sinkt", ergänzt Seppelt. Andere Fakten weisen in eine ähnliche Richtung: Bei der Kultivierung von Ackerflächen, dem Einsatz von Stickstoff-Dünger und der Fläche künstlich angelegter Bewässerungsfelder liegen die höchsten Zuwachsraten schon etliche Jahre zurück. "Wir können die Nutzung nicht ohne Ende steigern", warnt Seppelt. Viele Agrarflächen würden schon jetzt sehr intensiv genutzt.


Bioenergie bietet Chancen

Verschärft wird die Diskussion durch die Bioenergie, weil sie in der öffentlichen Wahrnehmung zusätzlich Flächen für den Intensivanbau von Mais und Raps beansprucht.

Doch das ist nur die halbe Wahrheit, denn Bioenergie ist mehr als Mais und Raps von der Fläche. Tatsächlich basieren in Europa 56 Prozent der erneuerbaren Energie auf Holz. Nichtsdestotrotz gibt es gerade vor dem Hintergrund der immer knapper werdenden Ressource Land intelligente Lösungen, Reststoffe aus der Landwirtschaft für Bioenergie zu nutzen. Das gilt zum Beispiel für Stroh. "Von den insgesamt 30 Millionen Tonnen Stroh, die jährlich in Deutschland anfallen, könnten zwischen 8 und 13 Millionen Tonnen nachhaltig als Energieträger genutzt werden", sagt Bioenergieexpertin Prof. Daniela Thrän. Es kann über Strohöfen oder Strohheizkraftwerke in Wärme und Strom verwandelt werden; es lässt sich in Biogasanlagen dank des Einsatzes besonderer Bakterien verwenden, man kann daraus Strohholzpellets machen oder man setzt es ein, um Bioethanol zu gewinnen. Eine weitere Möglichkeit für die Bioenergie ist auch der Anbau schnell wachsender Baumarten wie Pappeln und Weiden an Gewässerrandstreifen, die, obwohl geschützt, zum Leidwesen der Naturschützer immer wieder unter den Pflug geraten. "Die Hölzer bieten einige ökologische Vorteile", sagt Daniela Thrän. Sie brauchen kaum Dünger und nur wenige Pestizide, die Störungen durch Landwirte bis zur Ernte sind selten und sie können auch als Erosionsschutz dienen. Der Anbau entlang von Fließgewässern hätte folglich sowohl für Landwirte als auch Naturschützer Vorteile.

Das könnte hilfreich sein, denn gerade in einer zunehmend ausgeräumten Agrarlandschaft geht die Artenvielfalt zurück. Wie UFZ-Untersuchungen beispielsweise in Sachsen-Anhalt belegen, sind dort seit 2002 die Bestände vieler Vogelarten in der Agrarlandschaft rückläufig. Für die Artenvielfalt von Pflanzen ergibt sich ein ähnliches Bild. Eine Studie der Arbeitsgruppe von Ralf Seppelt, die 375 Publikationen in einer sogenannten Meta-Analyse zusammenfasst, zeigt, dass die Intensität der Landnutzung einer der stärksten Einflussfaktoren auf die Pflanzenvielfalt ist. Sie belegt aber auch, dass die Stärke dieser Wechselwirkungen nach Weltregionen variiert und dass so Nebenwirkungen von Landnutzungs- und Bewirtschaftungsänderungen für die Biodiversität regional differenziert aufgezeigt werden können.


Ökosystemleistungen in Gefahr

Doch mit der Artenvielfalt, die durch den Druck auf die Ressource Land unter die Räder zu kommen droht, sind auch Ökosystemleistungen in Gefahr. Etwa, wenn Flächen entweder nur für den Schutz von Tier- und Pflanzenarten oder nur für die Produktion landwirtschaftlicher Produkte zur Verfügung stehen. Werden naturnahe Flächen in Agrarflächen umgewandelt, nimmt der Humusgehalt meist ab. Durch Intensivierung werden Felder anfälliger für Erosion, die Bodenfruchtbarkeit geht dann zurück und der Nitratgehalt im Grundwasser steigt an. "Dazu kommt, dass Naturschutzgebiete nicht genug sauberes Grundwasser produzieren und sie nicht ausreichend groß sind, um Biodiversität zu schützen", sagt Stefan Klotz. Kombiniere man dagegen Naturschutz und Landwirtschaft auf einer Fläche, leiste das auch einen wichtigen Beitrag für die Wasserreinhaltung, den Erosionsschutz und den Erholungswert der Landschaft. Eine Trennung zwischen Nutzung und Schutz sei in unseren alten Kulturlandschaften deshalb nicht sinnvoll.


Ecological Engineering beim Reis

Wie sich der Naturschutz und der Anbau von Nahrungsmitteln vereinbaren lassen, zeigt das Forschungsprojekt LEGATO, das am UFZ koordiniert wird. Es ist eines von zwölf Forschungsprojekten rund um die Erde, die über die vom Bundesforschungsministerium finanzierte Fördermaßnahme "Nachhaltiges Landmanagement" finanziert und von Seppelts Team über das Projekt GLUES wissenschaftlich begleitet werden.

Auf den Philippinen und in Vietnam - auf der globalen Landnutzungskarte als Regionen mit hohen Ertragslücken in der Reisproduktion grün markiert - untersuchen LEGATO-Forscher den nachhaltigen Anbau von Reis, drittwichtigstes Nahrungsmittel der Welt. Sie wollen Kleinbauern zeigen, dass sie mit dem Verzicht auf Pestizide und Dünger sowohl optimale Umweltbedingungen für Räuber potenzieller Schädlinge als auch langfristig stabilere Erträge bekommen. Dies könne die Ernährungssicherheit in der Region dauerhaft sichern. Ecological Engineering heißt dieses Modell, bei dem Ökosysteme zum Beispiel über die Anlage von Wildkräuterrainen so gestaltet werden, dass Bestände von Schädlingen wie die braune Reiszikade kleingehalten werden. Ein Forschungsansatz, der aus Seppelts Sicht Sinn macht: "Es sind vor allem die bäuerlichen Kleinbetriebe, die einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur Ernährungssicherheit leisten." Im Unterschied zu Agrarkonzernen produzierten sie Nahrung da, wo sie gebraucht werde.


Pauschale Antworten reichen nicht aus

Lässt sich im LEGATO-Projekt zeigen, dass Reis auch auf nachhaltige Art und Weise angebaut werden kann, könnte das als Blaupause für andere Regionen etwa in Indien gelten. Allerdings ist das Übertragen auf andere Naturräume generell schwierig - zu speziell sind oft klimatische, naturräumliche und auch sozio-ökonomische Voraussetzungen.

"Es gibt keine pauschale Antwort auf die Frage nach nachhaltiger Landnutzung", sagt Seppelt. Intensive Landwirtschaft werde also genauso Bestandteil der Landnutzung sein wie kleinbäuerliche Strukturen und Subsistenzlandwirtschaft. "Managementstrategien, die in einer Region perfekt passen, müssen nicht auch die Lösung für die Nachbarregion sein", sagt er. Noch lerne man zu wenig aus unterschiedlichen Gebieten - ein Missstand, den Ralf Seppelt und seine Kollegen gerne beheben möchten.



UFZ-Ansprechpartner:
Prof. Dr. Ralf Seppelt
Leiter Dept. Landschaftsökologie
e-mail: ralf.seppelt@ufz.de

Dr. Stefan Klotz
Leiter Dept. Biozönoseforschung
mail: stefan.klotz@ufz.de

Prof. Dr. Daniela Thrän
Leiterin Dept. Bioenergie
e-mail: daniela.thraen@ufz.de


Bildunterschriften der im Schattenblick nicht veröffentlichten Abbildungen der Originalpublikation:

Abb. S. 4:
Zwischen 30 und 50 Prozent der erzeugten Kalorien weltweit gehen auf dem Weg in den Mund verloren. Diese Verluste wären minimierbar, z. B. durch Änderung des Konsumverhaltens in den reichen Ländern bzw. Optimierung von Lagerung und Transport in den armen Ländern.

Grafik, S. 4:
PEAK RATE YEAR
Ein internationales Wissenschaftlerteam hat die globalen Produktions- und Förderraten erneuerbarer und nicht erneuerbarer Ressourcen untersucht. Ihr Fazit: Verschiedene Schlüsselressourcen haben ihren Peak bereits überschritten.

Grafik, S. 5:
Humusbilanz-Methode A, B, C
Nachhaltiges Strohpotenzial in Tonnen/Jahr unter Beachtung der Humusbilanz. Um ein robustes Ergebnis zu erzeugen, wurden drei unterschiedliche Humusbilanz-Methoden parallel angewendet. Von den durchschnittlich 30 Megatonnen Getreidestroh, die pro Jahr in Deutschland anfallen, können je nach Methode 8 bis 13 Megatonnen ohne Nachteile für den Boden oder andere Nutzungen zur Energieerzeugung verwendet werden. In der Gesamtschau finden sich die höchsten Strohpotenziale im westlichen Norddeutschland sowie im östlichen Süddeutschland.

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Quelle:
UFZ-Newsletter Oktober 2015, Seite 1 - 5
Herausgeber:
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
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veröffentlicht im Schattenblick zum 1. Dezember 2015

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