Treibhausgasemissionen Kohlendioxid, Lachgas, Methan aus der Landwirtschaft: Wie können Produktivitä

Zusammenfassung

Wie bei vielen wissenschaftlichen Themen, die in den politischen Würgegriff geraten sind, gibt es auch hier, bei der Frage nach dem anthropogen verursachten Klimawandel, eine Art von Wissenschaft, die aus der Politisierung Nutzen zieht, z.B. beim Kampf um Forschungsgelder, Posten und Renommee.

Tatsächlich ist der Anteil der Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft erheblich, Schätzungen von UN-Organisationen gehen von einem Anteil von global 35% aus. Weiterhin stammen rund 50% der erhöhten Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre heute aus den Böden und zwar wesentlich aus den land- und forstwirtschaftlich genutzten Böden.

Der Anteil der Landwirtschaft an dem Treibhausgasausstoß steigt, insbesondere der Lachgasausstoß durch die landwirtschaftliche Intensivierung und den Anbau von Energiepflanzen. Energiepflanzen, die vermeintlich „regenerative Energien“ bereitstellen, sind ein wichtiger Treiber der Erhöhung der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen.

Die Landwirtschaft als Emittent von Treibhausgasen wird politisch in den westlichen Staaten ignoriert. Das liegt vermutlich daran, daß der landwirtschaftliche Hauptemittent, eine industrialisierte Intensivlandwirtschaft politisches Ziel in den westlichen Industriestaaten ist.

An der politischen Ignoranz gegenüber der Emission von Treibhausgasen aus der Landwirtschaft, beispielsweise in Deutschland, der EU und den USA zeigt sich, daß es dieser Politik nicht um eine Reduktion von Treibhausgasemissionen geht.

Einleitung

Die globale Landoberfläche besteht zu 31,5% aus Grünland und zu 12,6% aus Ackerland, mit ein- oder mehrjährigen Kulturen (1). Also werden mehr als 40 % der Landoberfläche auf verschiedene Weisen landwirtschaftlich genutzt, vom extensiven Grünland bis zum intensiven Hackfruchtanbau.

Die bedeutenden Treibhausgase, die durch menschliches Wirtschaften freigesetzt werden, sind Kohlendioxid (CO2), Lachgas (N2O) und Methan (CH4).

Wie bedeutsam die Landwirtschaft und benachbarte Bereiche für die Treibhausgasemission sind, zeigt sich allein daran, daß die anthropogene Bodenbewirtschaftung allein für rund 50% der erhöhten CO2– Konzentrationen in der Atmosphäre verantwortlich ist (2).

Die anthropogene Bewirtschaftung insgesamt übt einen hohen Einfluss auf die Emission von CO2, N2O und CH4 aus (1,3,4,5,6). Der Anteil der Landwirtschaft wurde in der Vergangenheit dabei entweder übersehen oder aber nicht als Ziel politischer Handlungsbemühungen betrachtet. Das ist umso bemerkenswerter, als die Treibhausgasemission aus der Landwirtschaft global kontinuierlich steigt.

Erst vor Kurzem, anlässlich des Paris Abkommens zum Klimaschutz (Paris Agreement) 2015/2016 wurde die Rolle der Böden als wichtiger C-Speicher und als CO2– Emittent erstmals in gewisser Weise gewürdigt.

Im wissenschaftlichen Bereich haben z.B. Paustian et al. (2, 7) schon recht früh Vorschläge gemacht, wie der Pool an organischem Kohlenstoff (Humus) im Boden aufgefüllt werden kann, um den CO2-Konzentrationsanstieg in der Luft aufzuhalten oder den Trend sogar umzukehren. Nach 2016, nach dem Paris-Abkommen ist die Anzahl der wissenschaftlichen Publikationen zu diesem Thema dramatisch angestiegen. Einige dieser Publikationen werden noch genauer betrachtet werden. (4,8,9).

Und wie dies so oft mit wissenschaftlichen Publikationen ist, die im Umfeld politisch besonders geförderter Aktivitäten stehen, der wissenschaftliche Gehalt dieser Veröffentlichungen wird durch diese besondere politische Förderung korrumpiert: nicht die Sache, sondern die Anpassung an den politischen Trend steht im Vordergrund. So wird in den letzten Jahren die Neubildung von organischen Substanzen im Boden durch chemische, biochemische oder biologische Reaktionen weitgehend ignoriert (10, 11). Diese Neubildungen, die Huminstoffe, die im Besonderen auch für die Farbe von Moorböden und humosen Mineralböden verantwortlich sind, bilden den dominierenden, stabilen Anteil der organischen Bodensubstanz (12- 14) und regulieren an entscheidenden Stellen viele chemische, physikochemische oder biochemische Prozesse im Boden, wie z.B. kürzlich von Hayes und Swift zusammenfassend gezeigt (15).

Aber nicht nur bezüglich der Grundlagen in diesem Bereich gibt es wissenschaftliche Defizite, auch bei den anwendungsorientierten Empfehlungen zu einem C-speichernden Ackerbau gibt es den Verlust von wissenschaftlicher Vielfalt und der Kenntnis der Komplexität der Anbausysteme unter den „Empfehlungsexperten“.

Die Empfehlungen durch Erhöhung der C-Speicherung in Böden umfassen vielfach den Anbau von Zwischenfrüchten (4,8,9). Dabei wird in den meisten Publikationen dazu noch nicht einmal zwischen den drei verschiedenen Arten von Zwischenfrüchten unterschieden, nämlich Stoppelfrüchte, Winterzwischenfrüchte und Untersaaten, die sich jedoch in ihrer Wachstumsdauer und Biomasseentwicklung und damit auch in ihrer Wirkung auf die Humusgehalte deutlich unterscheiden, was beispielsweise Könnecke (16, S. 22) schon vor mehr als 50 Jahren experimentell belegt hat. Nimmt man dann noch dazu, daß Rumpel et al. (8) in ihrem in „Nature“ erschienenen Beitrag die Ölfrucht Raps zu den Leguminosen rechnen, so kann man für diesen Bereich schlussfolgern, daß bei politisch genehmen Artikeln auch in renommierten Zeitschriften die Regeln eines kritischen Peer-Review- Prozesse offenbar teilweise außer Kraft gesetzt werden.

Auch die Empfehlung zur organischen Düngung, die die Humusgehalte im Boden erhöhen soll (4, 8), ist viel zu pauschal und einer wissenschaftlichen Diskussion nicht angemessen. Dabei wirkt eine Düngung mit Stallmist oder dessen Kompost ausgeprägt erhöhend auf die Humusgehalte, während Gülledüngung kaum einen Einfluss hat (17).

Im Folgenden werden zunächst die wichtigsten Entwicklungen der Landwirtschaft, nämlich die Intensivierung und die Industrialisierung in ihrer Bedeutung für die Treibhausgasemission beschrieben. Im Anschluss daran wird der organische Landbau beschrieben und geklärt, ob und unter welchen Bedingungen durch diesen die Emission von Treibhausgasen aus der Landwirtschaft gesenkt werden kann.

Intensivierung und Industrialisierung der heutigen Landwirtschaft: Was bedeutet dies für die Emission von Treibhausgasen?

Die für Europa, vor allem die EU und für die USA charakteristische Entwicklung zu einer „high-input“- Landwirtschaft können verschiedene Merkmale formuliert werden:

1. Ziel sind hohe Erträge aktuell.

2. Damit verknüpft ist ein hoher Input von Rohstoffen und Energie.

3. Weiterhin damit verbunden ist die Industrialisierung der Landwirtschaft. Das bedeutet einen hohen Grad an Spezialisierung auch auf der Betrachtungsebene des landwirtschaftlichen Betriebes, aber auch auf regionaler Ebene und darüber hinaus. Das hat weitreichende Konsequenzen. Es führt auf einzelbetrieblicher Ebene zur Trennung von Ackerbau und Tierhaltung, da sich die Betriebe immer stärker spezialisieren. Auf der Seite der Regionen führt das ebenfalls zu einer Trennung von Regionen mit hohem, intensivem Viehaltungsbesatz und auf der anderen Seite zu Regionen fast ohne landwirtschaftliche Viehhaltung.

4. Wenn rationelle Produktion in der industriellen Landwirtschaft zum zentralen Maß wird, dann wird auch die arbeitsintensivere Tierhaltung auf Stroh marginalisiert, die für eine artgerechte Tierhaltung unerlässlich ist. Damit wird auch die Stallmistproduktion marginalisiert, die für eine nachhaltige Bodenfruchtbarkeit unerlässlich ist. In der industriellen Tierhaltung dominiert Gülle, aus Gründen des Rationellen.

5. Industrielle Landwirtschaft führt zu einer Globalisierung der Agrarwirtschaft, regionale Stoffkreisläufe nehmen unter diesen Bedingungen in ihrer Bedeutung ab.

6. Die Dominanz des Rationellen in der industriellen Landwirtschaft hat auch zur Folge, daß immer größere Maschinen zur Bodenbearbeitung menschliche Arbeitskraft freistellen. Größerer Bodendruck durch größere Maschinen aber führt zu Bodenverdichtung, Wind- und Wassererosion.

Folgende Aussage wird dazu im Folgenden belegt:

Die Intensivierung und Industrialisierung der Landwirtschaft, verbunden mit dem Ausbau des Energiepflanzenanbaus ist der stärkste Treiber erhöhter Treibhausgasemissionen weltweit.

Mehr als 40 % der Landoberfläche wird weltweit landwirtschaftlich genutzt, sei es als extensives oder intensives Grünland oder als Ackerland (1). Die Böden enthalten weltweit weitaus mehr Kohlenstoff als alle anderen erdoberflächennahen Pools (18, 19). Böden enthalten beispielsweise mehr Kohlenstoff als Atmosphäre (in Form von CO2) und Vegetation zusammen (20).

Relativ geringe Veränderungen im Gehalt an organisch gebundenen Kohlenstoff (Humus) der Böden können deswegen zu großen Veränderungen in den Kohlendioxidkonzentrationen der Atmosphäre führen. Deswegen ist es auch wenig erstaunlich, daß die Hälfte des CO2– Konzentrationsanstieges der Atmosphäre aus den terrestrischen Ökosystemen stammt, davon ein großer Anteil aus der Landwirtschaft (2, 21, 22). Es ist eigentlich für alle, die die anthropogen verursachten Veränderungen der Atmosphärenzusammensetzung entscheidend für das Klima halten, eine oder sogar die entscheidende Frage, wie man den Humusgehalt der Böden erhöhen kann, um die Erhöhung der CO2– Konzentration der Atmosphäre zu verzögern, oder den Prozess sogar umzukehren. Die Antwort darauf spielte lange Zeit in den Bodenwissenschaften eine geringe Rolle und wird seit 2016, mit dem Pariser Klimaabkommen in wissenschaftlichen Artikeln z.T. ausgesprochen unwissenschaftlich behandelt (s. dazu ausführlich Gerke, 2022).

Im Allgemeinen weist landwirtschaftlich genutztes Grünland höhere Humusgehalte auf als Ackerland. Das bedeutet im Umkehrschluss, daß die Möglichkeiten, den Humusgehalt von Ackerböden zu erhöhen, größer sind. Die wichtigsten Maßnahmen dazu sind die Düngung der Ackerböden mit verrottetem oder kompostiertem Stallmist, sowie in der Einbeziehung von Futterbaujahren mit Luzerne-Klee-Gras- Gemengen in die Ackerfruchtfolge (23).

Diese Düngungs- und Anbaumaßnahmen sind jedoch nicht kompatibel mit einer industrialisierten Landwirtschaft. Dort fällt aus Gründen des Rationellen kein Stallmist an, da die Tiere nicht auf Stroh gehalten werden und letztlich über Kanälen stehen, unter denen ein Gemisch aus Urin und Kot dann die Gülle bildet. Auch ist die Einfügung von Luzerne-Klee-Gras-Futterbaujahren bei der betrieblichen und regionalen Trennung von Ackerbau und Viehhaltung in der industriellen Landwirtschaft nicht möglich.

Die Wirkung von Stallmist und Futterbaujahre auf die Humusgehalte in Ackerböden ist seit Jahrzehnten bekannt und kann auch quantifiziert werden. Schon vor 55 Jahren fasste Klapp (24) zusammen, daß eine jährlich Stallmistdüngung von 8- 12 t/ha die Humusgehalte um im Mittel jährlich 0,022% erhöht (24, S. 184). Auch stellte Klapp fest, daß die Humusgehalte deutscher Ackerböden zwischen 2-5 % liegen, daß aber durch Luzerne- oder Kleegrasanbau in der Fruchtfolge die Humusgehalte auf 7-8% erhöht werden können (24, S. 179). Diese Erkenntnisse sind in der heutigen Diskussion um Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft nicht mehr präsent.

Auch wenn Grünland in der Regel höhere Humusgehalte als Ackerland aufweist, so können Bewirtschaftungsmaßnahmen wie die Art und Intensität der Schnittnutzung oder auch Stallmist- oder Kompostdüngung zu Grünland die Humusgehalte variieren (25).

Global ist die Kohlendioxidemission aus Böden um den Faktor 10 höher als aus der Verbrennung fossiler Energien (1, 26). Die Freisetzung von Treibhausgasen aus der Landwirtschaft insgesamt steigt als Folge von Intensivierung, Industrialisierung und Globalisierung der Landwirtschaft. Dabei spielt die steigende Emission von Lachgas aus der Landwirtschaft eine herausragende Rolle. Im Zeitraum 2000- 2005 war beispielsweise die terrestrische Treibhausgasbilanz in Europa noch ausgeglichen. Aber der Trend zur Intensivierung der Landwirtschaft hat die Europäischen Böden zu einer signifikanten Nettoemissionsquelle von Treibhausgasen gemacht (27).

In diesem Zusammenhang ist der relativ neue Anbau von Energiepflanzen besonders relevant, er ist ein besonderer Treiber der ansteigenden Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft (1). Recay et al. (3) haben dazu geschrieben: „… erweiterte Bioenergieprogramme können die Kohlenstoffemission aus Böden noch steigern und das weltweit… Ein weiter ausgedehnter Anbau von Energiepflanzen der ersten Generation kann darüber hinaus die N2O-Emissionen steigern, da diese großflächig sehr hoch gedüngt werden.“ (Eigene Übersetzung aus dem Englischen) Zusammenfassend läßt sich sagen, daß der Intensivlandbau durch den Anbau von Energiepflanzen zusätzlich weiter intensiviert wird mit der Folge erhöhter CO2– und N2O-Emissionen.

Eine besondere Situation besteht für anmoorige Böden und Moorböden, also für Böden mit Humusgehalten über 15%. Diese Böden bildeten sich ursprünglich bei hohem Grundwasserspiegel, der aber dann abgesenkt wurde. Unter diesen Bedingungen erfolgt in solche Böden bei Kalkung, Bodenbearbeitung und N-Düngung eine hohe CO2– Freisetzung aufgrund des beschleunigten Abbaus der organischen Substanz. Um diesen Abbauprozess aufzuhalten, wird meist die Wiedervernässung empfohlen. Das aber bedeutet eine stark eingeschränkte, nur sehr extensive landwirtschaftliche Nutzung. Eine bessere Alternative, die den Abbau der organischen Substanz stark reduziert und gleichzeitig die Möglichkeit des Aufbaus fruchtbarer Böden eröffnet, bietet sich bei Moorschichten bis ca. 1,7 m Dicke. Durch Tiefpflügen kann eine mindestens 20 dicke mineralische Auflageschicht hochgepflügt werden, die den Abbau der organischen Substanz im Unterboden stark verzögert und gleichzeitig durch Kultivierung der neuen Böden diese sehr fruchtbar werden lässt.

Einmaliges Tiefpflügen kann aber auch auf Mineralböden ein Instrument sein, die Humusmengen je Flächeneinheit insgesamt zu erhöhen. Dabei wird die organische Substanz des untergepflügten Oberbodens nur mit geringer Rate abgebaut, während sich im Oberboden in den Jahren nach dem Tiefpflügen überproportional viel organische Substanz aufbaut (28). Reduzierte Bodenbearbeitung erhöht also nicht immer die Humusmengen in Böden, weil eine tiefere Einarbeitung der organischen Substanz durch Pflügen diese im Unterboden eher konserviert und den Boden mit C und N anreichern kann (29).

Weltweit ist die Landwirtschaft für rund zwei Drittel der anthropogenen Lachgasemissionen verantwortlich (3,5,30). Der größte Teil stammt aus den Lachgasemissionen aus den mineralischen und organischen Düngemitteln (5). In seiner Eigenschaft als treibhausgas ist Lachgas fast 300mal so effektiv wie Kohlendioxid und macht rund 6% der globalen Emissionen aus (5). Lachgas (N2O) wird im Boden bei zwei Prozessen gebildet, bei der Nitrifikation und der Denitrifikation. Der erste Prozess umfasst die Bildung von Nitrat aus Ammonium, beim zweiten Prozess wird N2 und N2O aus Nitrat gebildet (5, 31, 32). Beide Umwandlungsprozesse erfordern lösliche Stickstoffverbindungen, Ammonium bzw. Nitrat. Deswegen begünstigt ein hohes N- Düngungsniveau mit Mineraldüngern die Lachgasbildung und -Freisetzung. Reduktive Bedingungen im Boden fördern die Denitrifikation und damit auch die Lachgasbildung. Solche Bedingungen treten verstärkt auf, wenn der Boden verdichtet ist.

Die N2O- Emissionsfaktoren, die den Anteil des gedüngten Stickstoffs angeben, der als Lachgas freigesetzt wird, betragen für Mineraldünger-N zwischen 0,5 und 1,6%, für organische N- Dünger zwischen 0.5 und 0,6% (5). Unter reduktiven Bedingungen können diese Werte erheblich größer sein (1, 32). Stallmist weist unter den organischen N- Düngemitteln einen niedrigen Emissionsfaktor von unter 0,4% auf (32).

Landwirtschaft ist auch die Hauptquelle der Freisetzung von Methan (34) mit rund 40% Beteiligung an der globalen Methanemission (35). Naßreisanbau und die Bildung von Methan im Wiederkäuermagen z.B. von Rind, Schaf oder Ziege sind die Hauptquellen (34). Aber Böden sind auch Senken für Methan, z.B. Grünland oder Waldböden. Hoch mit Stickstoff gedüngte landwirtschaftliche Nutzflächen stellen eine schlechte Methansenke dar, da lösliche Stickstoffverbindungen im Boden die Fähigkeit der Böden reduzieren, Methan abzubauen (1). Auch Waldböden, die mit löslichen Stickstoffverbindungen wie z.B. Ammoniak aus der Landwirtschaft durch den Eintrag aus der Luft belastet werden, werden dadurch in ihrer Fähigkeit, Methan abzubauen, stark eingeschränkt (36. 37). Dabei erfordert die Methanbildung im Boden strikt anaerobe Bedingungen, findet also in unseren Breiten bei einer ordnungsgemäßen Landwirtschaft nur in Ausnahmefällen statt (38).

Technische Lösungen, um die Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft zu reduzieren

Die Stickstoffdünger- intensive, industrialisierte Landwirtschaft ist die Hauptquelle wie Anstieg der Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft.

Um dem abzuhelfen wird vielfach die Hypothese bemüht, daß technische Probleme durch technische Lösungen beseitigt werden können. Dazu gab und gibt es eine Reihe von Vorschlägen.

Die Herstellung von Ammoniak für die Stickstoffdüngerproduktion durch das Haber-Bosch- Verfahren ist ein ausgesprochen energieintensiver Prozess. Rund 1-2% des gesamten weltweiten Energieverbrauchs und 3-5% des weltweiten Erdgasverbrauchs sind dem Haber-Bosch-Verfahren zuzuordnen (39, 40). Deswegen arbeiten Forschergruppen weltweit daran, dieses verfahren durch andere, weniger energieintensive Verfahren zu ersetzen (40 und die dortigen Literaturangaben).

Eine andere technische Möglichkeit ist es, die Nitrifikation durch Zugabe von Nitrifikationsinhibitoren zum Boden einzuschränken, um die Lachgasfreisetzung zu verzögern (33) oder ganz zu verhindern (32).

Präzisionslandwirtschaft wird weiterhin als Lösung angeboten, Umweltprobleme in der Intensivlandwirtschaft zu vermeiden (34). Insbesondere wird in diesem Zusammenhang die Erhöhung des Ausnutzungsgrades der N- Düngemittel angemahnt (3).

Eine weitere, ausgesprochen wolkige Forderung, die tatsächlich von einer großen Gruppe von Bodenwissenschaftlern erhoben wurde, ist der Einsatz „disruptiver Technologien“ (4). Ohne eine präzise Definition und Verbindung zu den behandelten wissenschaftlichen Problemen ist ein solcher Terminus in einem vermeintlich wissenschaftlichen Beitrag nutzlos.

Weitere Lösungsvorschläge zu den Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft beziehen sich auf veränderte Konsumgewohnheiten, wie die Umstellung auf eine pflanzenbasierte Kost und die Vermeidung von Nahrungsmittelabfällen (3, 34). Es ist fraglich, ob eine solche Herangehensweise an das Problem relevant ist.

In Deutschland beträgt der durchschnittliche, jährliche N- Überschuss um die 100 kg N/ha, wovon sich allein 25% durch sieben Millionen Tonnen Sojaimporte jährlich nach Deutschland erklären lassen. Dieser Überschuss besteht, trotz jahrzehntelanger wissenschaftlicher Beschäftigung mit diesem Thema. Dieser N- Überschuss wird als Nitrat ausgewaschen, und als Ammoniak, N2 oder N2O in die Luft abgegeben und reduziert im Fall von Ammoniak das Vermögen von Waldböden, Methan abzubauen erheblich (1).

Mehr noch, Konzepte des Verzichts auf Fleischkonsum haben zu unterscheiden zwischen unterschiedlichen Systemen der Tierhaltung (s. weiter unten).

Eine Schlussfolgerung ist, daß Landwirtschaft in seiner intensiven, industrialisierten und globalisierten Form ein Treiber steigender Treibhausgasemissionen ist. Wang und Mitarbeiter (5) beziffern den jährlichen Anstieg der Lachgasemissionen aus der Landwirtschaft als Resultat der Intensivierung weltweit auf 0,25%.

Deswegen ist es die Schlüsselfrage, welche Landwirtschaft wir anstreben und gegebenenfalls fördern und nicht in erster Linie eine Frage nach Konsumverzicht. Es geht darum, eine Landwirtschaft zu finden, die Nachhaltigkeit einschließlich geringer Treibhausgasemissionen verknüpft mit nachhaltig relativ hohen Erträgen. Als Alternative zur Intensivlandwirtschaft wird der organische Landbau betrachtet. Deswegen liegt es nahe, diesen auf Ertragsfähigkeit und Nachhaltigkeit zu prüfen.

Organischer Landbau

Der organische Landbau (auch vielfach als biologischer oder ökologischer Landbau bezeichnet), wurde im deutschsprachigen Raum in den 1920er- 1940er Jahren entwickelt.

Organischer Landbau ist durch einige zentrale Randbedingungen vom konventionellen Landbau zu unterscheiden, den Verzicht auf mineralische N- Düngemittel aus dem Haber-Bosch-Verfahren, den Verzicht auf organische Pestizide aus der chemischen Synthese und der Verbindung von Ackerbau und Grünlandwirtschaft mit landwirtschaftlicher Tierhaltung.

Im organischen Landbau wird die fehlende mineralische N- Düngung durch den Anbau von Leguminosen kompensiert, die Stickstoff aus der Luft binden und in pflanzenverfügbare Formen bringen. Besonders perenniale oder semi-perenniale Leguminosen wie Luzerne, Esparsette und verschiedene Kleearten wie Weißklee, Rotklee, Schwedenklee, Gelbklee oder Hornschotenklee weisen ein hohes Vermögen auf, Stickstoff aus der Luft zu binden.

Damit ist schon vorgezeichnet, daß sich konventionelle und organische Fruchtfolgen sowie konventionelles und organisch bewirtschaftetes Grünland stark unterscheiden, da im konventionellen Landbau die aufgeführten Futterleguminosen ein Schattendasein führen. Dazu kommt, daß Mischkulturen und weite Fruchtfolgen im organischen Landbau genutzt werden können, den Unkrautdruck und den Druck von Schaderregern auf einem niedrigen Niveau zu halten. Mischanbau und weite Fruchtfolgen bieten die Möglichkeit, den Ertragsunterschied zwischen der konventionellen Intensivlandwirtschaft und dem organischen Landbau auf ein niedriges Niveau zu bringen (41).

Jedoch gibt es Entwicklungen im organischen Landbau, die dessen Nachhaltigkeit in Frage stellen. Die für die Bodenfruchtbarkeit notwendigen Ackerfutterbaujahre in der Fruchtfolge mit Luzerne-Klee-Gras- Gemengen in der Fruchtfolge begrenzen den Anbau von Verkaufsfrüchten und stellen deswegen eine ökonomische Begrenzung für organische Betriebe dar.

Die gesetzlichen Regelungen der EU und damit auch die Deutschen Regelungen erlauben den organischen Betrieben den Import konventioneller organischer N- Düngemittel wie Gülle, Stallmist. Auch durch den Einkauf von Futtermitteln beispielsweise von Kraftfutter können hohe N-Importe von außen in die organischen Betriebe erfolgen. Unter solchen Bedingungen ist der Anbau von semi-perennialen Leguminosengemengen zur betrieblichen N- Bindung entbehrlich, sodaß es mittlerweile organische Marktfruchtbetriebe gibt, die weniger als 20, 15 oder sogar

10% an Futterbauleguminosen in der Fruchtfolge haben. Diese Entwicklung hat einen hohen Einfluss auf die Humusgehalte von organisch bewirtschafteten Böden und damit auch auf die CO2– Emission aus diesen Böden. Darüber hinaus ist der geringe oder fehlende Anbau von Futterbauleguminosen auch für die Lachgasemission aus der organischen Landwirtschaft wichtig.

Diese Fehlentwicklungen des organischen Landbaus führen zu einer neuen Form organischer, globaler Landwirtschaft, ursprünglich ein Alleinstellungsmerkmal der konventionellen Intensivlandwirtschaft. Unter solchen Bedingungen verbleibt als wesentlicher Unterschied organisch vs. konventionell nur noch die Restriktion beim Pestizideinsatz.

Damit sind Überlegungen notwendig geworden, wie nachhaltiger organischer Landbau strukturiert sein muß und welche Konsequenzen dies für die Emission von Treibhausgasen hat.

Zurück zu den Wurzeln: Organischer Landbau als Verbindung von nachhaltig hohen Erträgen, angepasster Bewirtschaftung und niedriger Emission/geringen Verlusten von Treibhausgasen

Die ursprünglichen Regeln für den organischen Landbau sahen keinen N-Input aus dem Haber-Bosch- Verfahren vor, keine synthetisierten organischen Pestizide aber die Verbindung von Ackerbau und Tierhaltung.

Eine Landwirtschaft, die diese Restriktionen befolgt, weist ein ganz anderes Muster und eine weitaus geringere Intensität von Treibhausgasemissionen auf, als im Vergleich dazu die intensive, konventionelle Landwirtschaft.

Abbildung 1. Eine Beispielsfruchtfolge eines organischen Betriebes im gemäßigten Klima mit angepassten organischen und mineralischen Düngemitteln.

In Abbildung 1 ist eine sechsjährige Fruchtfolge eines organisch wirtschaftenden Betriebes mit Rinderhaltung vorgestellt, unter Einschluss von Luzerne-Gemenge in die Fruchtfolge und der Ausbringung von Rottemist oder Mistkompost. Verkaufsfrüchte in dieser Fruchtfolge sind Weizen, Gerste, Hafer und Kartoffeln. Der Bedarf an Makronährstoffen neben N kann durch die eingesetzten Dünger gedeckt werden; das Problem der knappen Phosphatvorräte weltweit soll hier nicht weiter behandelt werden. Die N-Versorgung erfolgt in den ersten zwei Fruchtfolgejahren durch Leguminosen, je nach Boden und Klima durch Luzerne und Kleearten durch symbiontische N2-Fixierung. In den nachfolgenden Jahren erfolgt die N-Versorgung der Nicht-Leguminosen einerseits durch den im Boden noch verbliebenen N- Vorrat und das mit dem Rottemist und Mistkompost gedüngte N. Dabei ist die Frage, ob der in den ersten zwei Jahren durch die Leguminosen gebundene Stickstoff ausreicht, den N-Bedarf der gesamten Fruchtfolge zu decken.

Anglade et al (42) führten solche Berechnungen für eine neunjährige Fruchtfolge durch, bei der in den ersten drei Jahren Luzerne angebaut wurde. Diese Arbeitsgruppe fand einen leichten N-Überschuss von 27 kg N/ha über die neunjährige Fruchtfolge, ein Beleg dafür, daß der N-Input in die Fruchtfolge durch die Luzerne den N-Bedarf insgesamt gedeckt hat (42).

Um ein möglichst hohes Niveau der N2– Fixierung in den Leguminosen-Futterbaujahren zu erreichen, ist die Abfuhr des Aufwuchses wichtig, da durch den Verbleib auf dem Feld die N-Fixierungsleistung der Futterbauleguminosen erheblich zurückgehen kann (43). In den von Anglade et al. (42) berichteten Versuchen fixierte Luzerne jährlich mehr als 450 kg N/ha, rund 200 kg N/ha mehr als die auch von Anglade et al. (42) berichtete N-Fixierungsleistung von Rotklee. Die Differenz wird damit erklärt, daß Rotklee als Gründüngung eingesetzt wurde, der Aufwuchs auf dem Feld verblieb, durch Mineralisierung die N-min- Werte hochtrieb und so die N2– Fixierung reduzierte.

Unter Bezug auf die hier in Abbildung 1 vorgestellte Fruchtfolge, die trotz der rechtlichen Regelungen immer noch weit im organischen Landbau verbreitet ist, wird im Folgenden die Freisetzung der drei wichtigsten Treibhausgase in einem ordnungsgemäß betriebenen organischen Landbau referiert.

1. CO2

Gattinger und Mitarbeiter (44) haben in einem Übersichtsartikel gezeigt, daß organisch bewirtschaftete Ackerböden mehr C in Form von Humus binden, als konventionell bewirtschaftete Böden. Sie führten dies auf die semi-perennialen Luzerne-Kleegras- Jahre in der Rotation zurück (44). Schon Klapp wies 1967 zusammenfassend auf die große Bedeutung der Futterbaujahre für die Anreicherung mit organisch gebundenem C im Boden hin (24, S. 179). Das Ausmaß der Humusanreicherung hängt dabei unter Anderem von der produzierten Biomasse, der Durchwurzelungstiefe und der Intensität der Durchwurzelung ab. Besonders die Fähigkeit von Luzerne und Steinkleearten, relativ hohe Wurzelmassen auch in Bodentiefen von über einem Meter zu bilden, ist seit Langem bekannt (16, S. 22). Tiefendurchwurzelung kann in hohem Maße die Humusgehalte in tieferen Bodenschichten nachhaltig erhöhen.

In einer Reihe von langjährigen Feldversuchen wurde in der Vergangenheit organischer und konventioneller Landbau verglichen, auch in Bezug auf die Humusgehalte. Ein solcher Vergleich komplexer Anbausysteme ist jedoch nicht geeignet, die Einzelfaktoren zu ermitteln, die die Humusgehalte im Boden maßgeblich beeinflussen. Insofern sind die Interpretationen von Gattinger et al (44) zur Rolle der Futterbaujahre auf die Humusgehalte in organisch bewirtschafteten Böden nur indirekte Schlussfolgerungen.

Um den Einfluss einzelner Faktoren des Unterschiedes organisch vs. konventionell auf die Humusgehalte experimentell zu ermitteln, wurde unter Dr. Cord Bäumer, Professor für Acker- und Pflanzenbau an der Universität Göttingen ein Feldversuch angelegt, in dem die einzelnen Faktoren, die organischen und konventionellen Landbau trennen, unabhängig voneinander variiert wurden. Die wesentlichen Faktoren sind die mineralische N- Düngung, der Einsatz organischer Pestizide und der Anbau von semi-perennialem Futterbau, hier der Anbau von Luzerne.

Forstreuter (45) legte dazu Auswertungen des Feldversuches nach 15 Jahren vor und fand, daß in der Rotation mit Luzerne 10 C /ha in den obersten 20 cm der Krume mehr angereichert war, als in der Variante ohne Luzerne.

Der von Forstreuter (45) festgestellte hohe Einfluss der Luzerne auf den Humusgehalt des Bodens wurde von Song et al. (46) unter fast ariden Klimabedingungen bestätigt. Sie fanden ebenfalls einen Anstieg der organischen C-Gehalte um rund 10 t/ha nach 17 Jahren Luzerneanbau.

Organische Düngemittel können einen hohen Einfluss auf die Humusgehalte der Böden haben. Körschens et al. (17) zeigten nach Auswertung von Dauerfeldversuchen, daß die Ausbringung von flüssiger Gülle kaum die Humusgehalte im Boden erhöhte, dagegen aber verrotteter oder kompostierter Stallmist die Humusgehalte in den Dauerfeldversuchen in der Regel deutlich erhöhte. Klapp (24, S. 184) fasste dazu zusammen, daß eine jährliche Ausbringung von 8-12- Tonnen Stallmist/ha die Humusgehalte um rund 0,022% pro Jahr erhöhte.

Organischer Landbau in seiner ursprünglichen Ausprägung erforderte die Verbindung einer bodengebundenen Produktion mit landwirtschaftlicher Tierhaltung und der Verwendung von Stroh für die artgerechte Tierhaltung. Der dann notwendig anfallende Stallmist wird dann einer Rotte oder Kompostierung unterzogen. Dabei bilden sich stabile, braune bis fast schwarze Verbindungen, Huminstoffe, die für die Farbe von Böden und Komposten verantwortlich sind (14). Die Bedeutung von Huminstoffen für die Stabilität der organischen Substanz und die Bodenfruchtbarkeit wurde schon häufig gezeigt. Es gibt auch eine enge Beziehung zwischen Kompostreifung und Humifizierung, d.h. der Bildung von Huminstoffen (siehe unter Anderem 47- 50).

Huminstoffe im Boden haben nicht nur einen direkten, positiven Effekt auf die Bodenhumusgehalte und damit reduzierte CO2– Freisetzungsraten aus landwirtschaftlich genutzten Böden. Huminstoffe haben auch die Fähigkeit labile organische Verbindungen im Boden zu binden und in die Huminstoffe zu inkorporieren und damit zu stabilisieren. Ein solcher chemischer Schutz verhindert hohe Abbauraten der organischen Substanz im Boden auch von eigentlich labilen organischen Molekülen wie von Kohlehydraten, Aminosäuren und Peptiden (51- 53).

Diese Ergebnisse widersprechen direkt einer hypothetischen Kohlenstoffsättigung von Böden (10), einer Hypothese, die von der FAO, der Agrarorganisation der FAO propagiert wird (11).

Für die Stabilität von organischem Kohlenstoff im Boden ist auch die Bindung an anorganische Oberflächen, wie Tonminerale und Eisen- und Aluminiumoxide von Bedeutung (54, 55).

Für den mikrobiellen Abbau im Boden ebenso von Bedeutung sind Eigenschaften der Huminstoffe wie das Molekulargewicht, der Anteil von aromatischem Kohlenstoff, besonders der Anteil von polyzyklischem, aromatischem Kohlenstoff, das Verhältnis hydrophiler und hydrophober Anteile, das Ausmaß und die Art der Bindung von Nicht-Huminstoffen an die Huminstoffe (55). Die chemischen Eigenschaften der Bodenhuminstoffe sind entscheidend für die Stabilität des organischen Kohlenstoffs im Boden.

Die wissenschaftliche Arbeitsgruppe um den italienischen Huminstoffchemiker, Alessandro Piccolo fand in einer Reihe von Untersuchungen, daß die Einleitung von Polymerisierungsprozessen bei den Huminstoffen im Boden durch Zugabe von oxidierenden Verbindungen teilweise unter Einfluss des Sonnenlichtes die Huminstoffe im Boden stabilisiert und stärker vor mikrobiellem Abbau schützt. Damit sind jährliche Zuwachsraten an organischer Substanz im Boden von 2,24- 3,90 t C/ha möglich (56). Höher molekulare Huminstoffe sind im Boden widerstandsfähiger gegenüber mikrobiellem Abbau. Solche Eingriffe, wie von Piccolo und Mitarbeiter vorgenommen, führen zu einer starken Humusanreicherung im Boden. Dennoch spielen die Ergebnisse dieser Arbeitsgruppe keine Rolle in den Empfehlungen internationaler Organisationen wie der FAO. Das 4 per Mille Ziel des Pariser Klimaschutzabkommens verknüpft wachsende C- Bindungsraten in Böden mit höheren C- Gehalten. Unter der Annahme und nur unter der Annahme, daß Huminstoffe den größten Anteil des organischen Bodenkohlenstoffs enthalten, hat das 4 per Mille Ziel eine wissenschaftliche Basis (23; 55).

In der Literatur werden die hier diskutierten Mechanismen zu C-Speicherung in Böden weitgehend ignoriert (55). Dennoch steht die chemische Stabilisierung der organischen Bodensubstanz im Zentrum der der Kohlenstoffanreicherung von Böden (14, 15).

Ghabbour et al. (13) verglichen eine große Anzahl von US-Böden, einerseits konventionell, andererseits organisch bewirtschaftet, und fanden im Mittel beträchtlich höhere C- Gehalte und Huminstoffgehalte in den organisch bewirtschafteten Böden im Vergleich zu den konventionellen Böden. In den Böden beider Wirtschaftsweisen machte das Huminstoff-C den größten Anteil am organischen Bodenkohlenstoff aus.

1. N2O

Weltweit ist die Landwirtschaft für 60- 67% der anthropogenen N2O-Emissionen verantwortlich (3, 5). Organischer Landbau senkt, in richtiger Weise betrieben, auf verschiedene Weisen die Lachgasemissionen. Stickstoff (N) wird letztlich durch die symbiontische N2– Fixierung der Leguminosen in das System gebracht, die wiederum zur Futtergewinnung oder zur Körnerproduktion angebaut werden.

Wie oben beschrieben sind Nitrifikation und Denitrifikation die beiden im Boden ablaufenden Prozesse, bei denen N2O entsteht (32). Die Bindung von N aus der Luft durch die Leguminosen umgeht beide Prozesse (57). Ein großer Teil des in den Leguminosen gebundenen N ist Teil des Futters der Nutztiere und wird letztlich zu einem großen Anteil Bestandteil der organischen Düngemittel. Die Lachgasemissionsfaktoren organischer Düngemittel sind niedriger, als die mineralischer N- Düngemittel (5). Das IPCC hat die Lachgasemissionsfaktoren für mineralische N-Dünger auf 1,6% und die von organischen Düngern auf 0,6% beziffert (festgelegt) (5). Diese groben Schätzungen des IPCC tragen nicht der Tatsache Rechnung, daß die Art organischer Dünger über die Lachgasemission entscheidet. Sie tragen auch nicht dem Sachverhalt Rechnung, daß die Höhe der N-Düngung für die Lachgasemission wichtig ist (5). Thorman et al. (33) ermittelten einen Lachgasemissionsfaktor für Stallmist von 0,37%, während der von Gülle unter vergleichbaren Bedingungen bei 0,72% lag.

Weiterhin hängt das Verhältnis der Bildung von N2O zu N2 vom Niveau des löslichen N im Boden ab und steigt mit zunehmender N- Düngung an, relativ und absolut (5, 58- 60).

Der organische Landbau mit N-fixierenden Leguminosen in der Fruchtfolge, mit Stallmistdüngung statt Gülledüngung und mit einem vergleichsweise niedrigen Niveau an löslichem N (Ammonium und Nitrat) ist deswegen prädestiniert, wenig Lachgas zu emittieren. Diese Feststellung gilt ausdrücklich nicht für den industrialisierten organischen Landbau, mit externem Input an organischem N und mit wenig Futterbaujahren.

Und schließlich wird eine kluge und angepasste Wirtschaftsführung im organischen Betrieb Bodenverdichtungen zu vermeiden suchen, nicht zuletzt weil relativ leichte Maschinen zu angepassten Zeiten zur Bodenbearbeitung eingesetzt werden. So werden anaerobe Zonen im Boden vermieden, in denen erhöhte Raten der Lachgasbildung stattfinden können (57, 61).Hier sei nochmals die Studie von Anglade et al. (42) angeführt, die geringe N-Verluste im Rahmen der von ihnen beschriebenen neunjährigen Fruchtfolge ermittelt haben. Anglade et al. (42) errechneten einen mittleren N-Überschuss von 3 kg N/Jahr, unter diesen Bedingungen die Lachgasfreisetzung sehr niedrig gewesen sein dürfte.

Organischer Landbau ist dann im Anbau erfolgreich, wenn er hohe Humusgehalte im Boden anzureichern in der Lage ist und wenn die N- Verluste und damit auch die Lachgasverluste gering sind.

Skinner et al. (62) fanden in einem vergleichenden Langzeitversuch zwischen konventionellen und organischen Anbausystemen, daß der organische Landbau gegenüber den konventionellen Varianten im Mittel 40% weniger N2O emittierte. Wenn aber die N2O-Emissionen in diesem Versuch auf den Ernteertrag bezogen ermittelt werden, so gab es nur eine geringe Minderemission in den organischen Varianten des Versuchs (62). Damit kommt in den Blick, daß die Ertragslücke zwischen dem organischen und konventionellen Landbau eine wichtige Rolle bei der Bewertung der Treibhausgasemissionen in den verschiedenen Anbausystemen spielt.

Wird organischer Landbau in voller Ausreizung der gesetzlichen Bestimmungen in seiner industrialisierten, intensivierten Form betrieben, so nähert sich die Lachgasemission der des konventionellen Anbaus und mag, auf den Ertrag bezogen, diesen sogar übertreffen.

1. CH4

Landwirtschaft ist eine Hauptquelle für Methanemissionen, verantwortlich für rund 40% der globalen Emissionen (35). Die wichtigsten Quellen innerhalb der Landwirtschaft sind Wiederkäuer und Naßreisanbau (34, 35). In der Vergangenheit wurde aus dem Anteil der Wiederkäuer an der Methanemission geschlossen, daß der Verzehr von Fleisch zu reduzieren oder einzustellen sei, um eben die Methanemission zu reduzieren (3, 34).

Aber genau hier muß an Stelle dieser Argumentation ein vollständigeres Bild der Treibhausgasemissionen aus der Landwirtschaft berücksichtigt werden, um daraus sinnvolle Schlussfolgerungen zu ziehen.

Die Landwirtschaft selbst ist nicht nur Quelle, sondern auch eine Hauptsenke für Methan, da dieses in den Böden abgebaut werden kann (32). Dabei reduzieren hohe N- Düngergaben den Abbau des Methans im Boden (34). Auch Waldflächen sind wichtige Methansenken (1). Die Überdüngung der Waldböden mit Ammoniak aus der Intensivlandwirtschaft verringert den Methanabbau in Waldböden, was bedeutet, daß die Intensivlandwirtschaft auch einen Einfluss auf die Treibhausgasemission aus Waldböden hat.

Auch muß die Methanemission durch Wiederkäuer in den sachgerechten Kontext gestellt werden. Semi-perenniale Leguminosen-Gras-Gemenge sind wie kein anderes Instrument geeignet , die Humusgehalte der Böden anzuheben und damit die Netto-Kohlendioxidemission aus Böden zu reduzieren. Weiterhin fixieren Leguminosen große Mengen an Stickstoff, wie Stagnari et al. (57) und Anglade et al. (42) gezeigt haben und helfen damit, die N2O-Emissionen und den Energieverbrauch der landwirtschaftlichen Produktion zu senken. Auch Grünland, das zu erheblichen Anteilen aus perennierenden Leguminosen wie Weißklee bestehen kann, kann hohe Mengen an Stickstoff aus der Luft fixieren (43). Semi-perennialer Futterbau oder Dauergrünland kann ausschließlich durch Wiederkäuer genutzt werden, um hochwertiges Protein zu erzeugen, und zwar weltweit.

Für Luzerne-Klee-Gras-Gemenge im organischen Landbau gilt, daß die Vorteile der Reduktion der Emission von CO2 und N2O die Nachteile der Methanemission überkompensieren. Rinder und Schafe im richtig praktizierten organischen Landbau sind ein Beitrag zur Reduktion von Treibhausgasemissionen insgesamt. Das gilt allerdings nicht für Rindermast in großen industriellen Anlagen. Deswegen sind unspezifische Empfehlungen oder Verordnungen zur Reduktion des Fleischkonsums insgesamt kein Beitrag zur Reduktion der Treibhausgasemissionen. Sie sind nur sinnvoll, wenn sie den Gesamtzusammenhang der landwirtschaftlichen Erzeugung, den Bereich der Vorleistungen und den Bereich der Verarbeitung insgesamt im Blick haben.

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