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Klimawirkung der Landwirtschaft

Treibhauseffekt

Hauptursache für diese Erwärmung ist der weltweite Anstieg des Kohlenstoffdioxidgehalts (CO2) in der Luft. Im Observatorium auf Hawaii, weit entfernt von Industriezentren und Verkehrsströmen, wird seit dem Beginn der Messungen im März 1958 bis heute bei regelmäßigen Schwankungen im Jahresgang ein kontinuierlicher Anstieg des CO2-Gehalts der Luft gemessen (Abb. 2).

Kurvendiagramm zur monatlichen CO<sub>2</sub>-Konzentration in der Luft auf dem Mauna Loa, Hawaii (1958 - 2013)

Abb. 2: Monatliche CO2-Konzentration in der Luft auf dem Mauna Loa, Hawaii (1958 - 2013) (Tans 2014)
Kohlendioxid und andere Gase bewirken eine lebenswichtige, natürliche Wärmeisolierung der Erde gegen die Kälte des Weltraums („Treibhauseffekt“). Mit der weitgehend vom Mensch verursachten Konzentrationssteigerung dieser Gase in der Atmosphäre wird dieser Effekt mit z.T. negativen Folgen verstärkt. Neben dem CO2 haben insbesondere folgende Stoffe Auswirkungen auf den Treibhauseffekt: Wasserdampf, Methan (CH4), Lachgas (N2O), verschiedene Fluor(chlor)kohlenwasserstoffe, Schwefelhexafluorid (SF6), einige andere Spurengase und Aerosole. Da der Treibhauseffekt dieser Stoffe sehr unterschiedlich ist, stellt man deren Treibhauspotenzial als CO2-Äquivalent (CO2-Äq.) dar, indem man die Masse des jeweiligen Gases in die hinsichtlich des Treibhauseffekts gleichwertige CO2-Masse umrechnet. Seit der Zeit vor der Industrialisierung (ca. 1750) ist die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre deutlich gestiegen (Tab. 1).
Tab. 1: Treibhauseffekt und Konzentrationsanstieg der wichtigsten anthropogenen Treibhausgase (nach IPCC 2007)
Treibhausgasrelativer Treibhauseffekt
(CO2=1)		Anstieg der Konzentration in der Luft, %, 1750=100 %
Kohlenstoffdioxid (CO2)1135
Methan (CH4)23248
Lachgas (N2O)296118
Wasserdampf ist das häufigste und wichtigste Treibhausgas, menschliche Aktivitäten haben aber nur einen geringen direkten Einfluss auf seine Konzentration in der Atmosphäre. Hauptursache für die Anreicherung der anderen Treibhausgase ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle) in Kraftwerken, Verkehrsmitteln und Heizungen. In der Landwirtschaft spielen hier die Entwässerung und Nutzung feuchter Standorte (z. B. Moore), die Tierhaltung und die Stickstoffdüngung eine maßgebliche Rolle. In relativ geringen Spuren gelangen durch menschliche Tätigkeit auch andere Stoffe in die Atmosphäre, die dort bis zu 50.000 Jahre verweilen (Tetrafluormethan) und deren Treibhauseffekt bis zum 23.000-fachen des CO2 betragen (Schwefelhexafluorid).

Klimamodellierung für Deutschland

Für die globale Klimamodellierung wird die künftige Entwicklung in 4 Hauptszenarien unterschieden, die sich im Handeln der Menschen nach überwiegend ökologischen oder ökonomischen Gesichtspunkten auf überwiegend globaler oder regionaler Ebene unterscheiden. Die Ergebnisse globaler Klimamodelle werden mit Hilfe regionaler Klimamodelle im Betrachtungsmaßstab vergrößert. Je nach Szenario und Klimamodell kommen sehr unterschiedliche Ergebnisse zustande. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein „mittleres“ Emissionsszenario (A1B), das globale Klimamodell ECHAM5 und das Regionalmodell WETTREG 2006. Sie stellt die Veränderungen dar, die sich für die Modellperiode 2071-2100 gegenüber der Periode 1961-1990 ergeben.

Temperatur

In Bayern wird es bis zum Ende dieses Jahrhunderts insgesamt merklich wärmer werden, im Mittel um etwa 2,2 °C. Mittelfranken, Schwaben und das westliche Oberbayern ist etwas stärker, der Rest etwas weniger betroffen (etwa +- 0,1 °C). Für den Winter (Dezember, Januar, Februar) wird eine deutlich stärkere Erhöhung der Mittleren Lufttemperatur prognostiziert (ca. + 4 °) als für den Sommer (Juni, Juli, August; ca. + 1,7 °C). Hier unterscheidet sich das Ergebnis des Regionalen Klimamodells WETTREG deutlich von dem anderer Modelle, die auch für den Sommer einen höheren Temperaturanstieg sehen.

Niederschläge

Für den Sommer wird für ganz Bayern ein Rückgang in einer Größenordnung von etwa 20 % modelliert. Für den Winter werden Niederschlagszunahmen von 0 % in den Alpen bis zu über 70 % in der Rhön berechnet. Hier kommen andere Modelle zu gemäßigteren Aussagen. Insgesamt sagt das Modell Zunahmen der Jahresniederschläge voraus.
Darüber hinaus sollen für alle Regionen Extremereignisse (Sturm, Starkniederschläge, Hagel, Hitzewellen) zunehmen.

Klimaänderung und Landwirtschaft

Beitrag der Landwirtschaft zur Emission von Treibhausgasen in Deutschland

Anteil der Treibhausgasemissionsquellen in der Landwirtschaft Deutschlands als CO<sub>2</sub> Äquivalente, nach Daten von Hirschfeld et al. 2008Zoombild vorhanden

Abb. 3: Anteil der Treibhausgas-Emissionsquellen in der Landwirtschaft Deutschlands ohne Importfuttermittel (CO2-Äq., nach Hirschfeld, J. et al., 2008)
Die wesentlichen durch Landwirtschaft emittierten Treibhausgase sind Kohlendioxid, Lachgas (jeweils rund 40 % der durch die Landwirtschaft emittierten CO2-Äq.) und Methan (ca. 20 %). Insgesamt machen diese Emissionen etwa 13 % aller Treibhausgasemissionen in Deutschland aus. Darin sind notwendige Vorleistungen aus der Her- und Bereitstellung von Betriebsmitteln wie Mineraldünger, Pflanzenschutzmittel, Strom, Treibstoff usw. enthalten. Die beim Anbau und Transport importierter Futtermittel entstehenden Emissionen sind nicht enthalten. Die Methan- und Lachgas-Emissionen der Landwirtschaft machen jeweils etwa die Hälfte der gesamten Methan- und Lachgas-Emissionen aus, bei CO2 liegt dieser Anteil bei rund 5 %.
Die wesentlichen Emissionen der Landwirtschaft lassen sich den in Abb. 3 dargestellten Bereichen zuordnen.
Rechnet man den Anbau von Futtermitteln der Tierhaltung und den Einsatz von Wirtschaftsdüngern dem Pflanzenbau zu, so stammen rund 2/3 der in der Landwirtschaft emittierten CO2-Äq. aus der Tierhaltung. Im Wesentlichen sind sie der Rinderhaltung (über 80 % der Emissionen aus der Tierhaltung) und hier wiederum der Milcherzeugung (ca. 70 % der Emissionen aus Rinderhaltung) zuzurechnen. Die Treibhausgase entstehen im Wesentlichen bei der Futterproduktion (etwa 75 % der Emissionen aus der Tierhaltung) und der Verdauung (gut 20 %). Im Pflanzenbau (und damit auch im Futterbau) schlagen vor allem die Moornutzung, die Entwässerung und die Stickstoffdüngung zu Buche.
CO2-Fußabdruck
Der sog. CO2-Fußabdruck eines Produktes oder Product Carbon Footprint (PCF) stellt die Bilanz der Treibhausgase in CO2-Äq. dar, die bei der Herstellung des Produkts einschließlich der dafür notwendigen Vorleistungen entstehen. Je nach Produktionsweise kann der PCF für das gleiche Produkt deutliche Unterschiede aufweisen. Verschiedene Maßnahmen wirken sich generell positiv auf den PCF landwirtschaftlicher Produkte aus.

Produktionsmaßnahmen mit generell positiver Wirkung auf den PCF landwirtschaftlicher Produkte (Beispiele):

  • Pflanzenbau: Verzicht auf die Bewirtschaftung von Moorstandorten, Erhaltung bzw. Erhöhung des Humusgehalts im Boden
  • Produktionstechnik: in Tiefe, Häufigkeit und Intensität reduzierte Bodenbearbeitung, Verzicht auf Pflügen, kombinierte Verfahren
  • Düngung: sparsamer Einsatz von Mineraldünger, aber auch Wirtschaftsdünger
  • Tierhaltung: Stallhaltung, Güllewirtschaft
  • Futtergewinnung: natürliche Trocknung von Grünfutter
  • Fütterung: Verwendung wirtschaftseigener Futtermittel
  • Fleischproduktion: aus Altkühen (Doppelnutzung)
  • Milchproduktion: hohe Milchleistung bei niedriger Remontierungsrate
  • Wirtschaftsdünger: Verwertung in Biogasanlage
  • Nachwachsende Rohstoffe: Verwenden von Biokraftstoffen und -schmiermitteln
Konventionelle Landwirtschaft und Ökolandbau unterscheiden sich in mehreren der oben aufgeführten Maßnahmen; einige Produkte beider Systeme werden im Folgenden beispielhaft gegenüber gestellt.
Weizen
Weizen hat je nach Produktionsweise einen PCF von rund 0,18 bis 0,40 kg CO2-Äq. / kg (Abb. 4). Der Unterschied wird im Wesentlichen durch die Herstellung und Verwendung von Mineraldünger im konventionellen Anbau verursacht.
Milch
Die Produktion von 1 kg Milch verursacht eine Emission von rund 0,8 kg CO2-Äq. (Abb. 5).Trotz der bei ökologischer Erzeugung durchzuführenden Weidehaltung und einer um 27 % niedrigeren Milchleistung ist der PCF etwas niedriger als bei konventioneller Produktion mit der Verwendung von Mineraldüngern für die Futterproduktion und importiertem Soja.
Rindfleisch
Der PCF für 1 kg Rindfleisch liegt je nach Kälberaufzucht, Fleischart und Produktionssystem zwischen 4 bis über 16 kg CO2-Äq (Abb. 6). Die extensiven Verfahren der Mutterkuhhaltung verursachen im Vergleich zur intensiven Mast von Tieren aus der Milchviehhaltung deutlich höhere Emissionen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Fleisches von Altkühen aus Milchviehbetrieben, da hierbei ein Großteil der Klimawirkung bereits der vorher produzierten Milch anzurechnen ist (Doppelnutzung). Eine weitere wichtige Größe ist auch hier der Einsatz von Mineraldünger im konventionellen Landbau für die Futtererzeugung.
Säulendiagramm zur Emission von Treibhausgasen

Abb. 4: Emission von Treibhausgasen durch den koventionellen und den ökologischen Anbau von Weizen, nach Daten von Hirschfeld et al. 2008

Säulendiagramm zur Emission von Treibhausgasen

Abb. 5: Emission von Treibhausgasen durch die koventionellen und die ökologische Produktion von 1kg Milch, nach Daten von Hirschfeld et al. 2008

Säulendiagramm zur Emission von Treibhausgasen bei der Produktion von 1 kg Rindfleisch

Abb. 6: Emission von Treibhausgasen bei der Produktion von 1 kg Rindfleisch bei unterschiedlichen Produktionssystemen, nach Daten von Hirschfeld et al. 2008

Auswirkungen der Klimaänderung auf den Pflanzenbau

Grundsätzlich ist ein zunehmender CO2-Gehalt in der Luft positiv für das Pflanzenwachstum. Ansteigende Temperaturen sind bis etwa 25 °C (Mais bis 30 °C) für das Pflanzenwachstum eher förderlich, solange die Wasserversorgung ausreicht. Wasser wird noch mehr als bisher der begrenzende Faktor für den Pflanzenbau in Deutschland sein. Das Hauptaugenmerk muss deshalb auf der Sicherstellung und Verbesserung der Wasserversorgung für die Pflanzen liegen.
Geeignete Maßnahmen hierzu sind:
  • Humusgehalt im Boden optimieren,
  • Bodenfeuchte im Frühjahr durch frühe Saat der Sommerungen nutzen,
  • unproduktive Verdunstung minimieren durch
    • eine in Intensität, Häufigkeit und Bearbeitungstiefe reduzierte Bodenbearbeitung,
    • Bodenbedeckung, z. B. durch Mulch,
  • Wahl geeigneter Arten und Sorten,
  • Bewässerung, soweit ökonomisch sinnvoll.
Neben den Folgen für den Wasserhaushalt gehen von der zu erwartenden Klimaänderung vielfältige Auswirkungen auf den Anbau von Pflanzen aus, auf die der Landwirt mit heute bereits weitgehend bekannten Maßnahmen reagieren kann.
Humushaushalt, Bodenleben
Erwärmung und Erhöhung des CO2-Gehalts der Luft wirken sich generell positiv, Sommertrockenheit negativ auf das Pflanzenwachstum aus und damit auch auf die Nachlieferung organischer Substanz und das Bodenleben. Trockenere Sommer mindern, mildere Winter fördern die Humusmineralisation. Standorte mit geringeren Niederschlägen und höheren Temperaturen weisen generell niedrigere Humusgehalte auf als solche mit höheren Niederschlägen und tieferen Temperaturen.
Erosion
Mit einer Zunahme von Niederschlägen und der Häufung von Starkniederschlägen wächst das Risiko des Bodenabtrags durch Wasser. Dies wird verstärkt durch eine frühere Ernte der Mähdruschfrüchte und eine spätere Saat der Winterungen sowie durch eine zunehmende Austrocknung der oberen Bodenschicht im Sommer, was das Aufnahmevermögen des Bodens für Wasser hemmt. Winderosion wird ebenfalls durch eine zunehmende Austrocknung des Bodens gefördert.
Nährstoffverfügbarkeit
Mildere Winter, eine früher einsetzende Vegetationszeit im Frühjahr und eine frühere Abreife verschieben die Nährstoffansprüche der Kulturpflanzen nach vorne. Zunehmend trockene Bodenverhältnisse im Sommerhalbjahr erschweren die Nährstoffaufnahme für die Pflanzen. In die hierzu anzustellenden pflanzenbaulichen Überlegungen müssen insbesondere Aufteilung, Platzierung, Zeitpunkt, Verfügbarkeit und Wirkungszeitraum der Düngergabe eingehen.
Stofffrachten in Oberflächengewässer
Mit der Erosion durch Wasser nimmt in gleichem Maße die Stofffracht in Oberflächengewässer zu. Hier tragen insbesondere feste Bodenteilchen sowie Phosphat und Nitrat in gelöster Form oder als Bestandteil fester Teilchen zu einer unerwünschten Veränderung der Gewässer bei.
Stofffrachten ins Grundwasser
Zunehmende Trockenheit im Sommer und Missernten durch extreme Wetterereignisse verstärken das Risiko für höhere Mengen nicht verwerteter, auswaschbarer Produktionsmittel (insbesondere Nitrat) im Boden nach der Ernte. In wärmeren Wintern unterliegt der organisch gebundene Stickstoff einer erhöhten Mineralisation. Mit zunehmenden Niederschlägen im Winterhalbjahr erhöht sich die Sickerwassermenge. Dies alles hat Auswirkungen auf die Stoffkonzentration im Sickerwasser und führt zu höheren Stofffrachten ins Grundwasser. Verstärkt wird diese Tendenz dadurch, dass der Boden seltener gefroren und damit häufiger sickerwasserfähig ist.
Frostgare
Höhere Temperaturen bedeuten weniger Frosttage und geringere Eindringtiefe des Frostes in den Boden. Damit kommt es seltener zu einer Frostgare der Krume. Auch wenn die Frostgare in Zeiten der zapfwellengetriebenen Bearbeitungsgeräte nicht mehr die Bedeutung wie früher hat, ist sie doch ein natürlicher Vorgang, dessen Ergebnis für den Boden mit keinem mechanischen Gerät erreicht werden kann. Eine gute Humusversorgung und ausreichende Kalkung des Bodens können diesen Mangel weitgehend ausgleichen.

Pflanzenkrankheiten

  • Pilzkrankheiten, die Niederschläge oder längere Feuchtephasen benötigen, werden abnehmen, z. B. Septoria-Blattdürre bei Weizen, Rhynchosporium-Blattflecken bei Gerste, Kraut-und Knollenfäule der Kartoffel, Ramularia-Blattflecken bei Zuckerrüben.
  • Wärmeliebende Krankheiten, denen kurze Feuchte- oder Tauphasen ausreichen, werden zunehmen, z. B. Getreideroste, Setosphaeria–Blattflecken bei Mais, Alternaria–Dürrfleckenkrankheit der Kartoffel, Cercospora-Blattflecken bei Zuckerrübe, Apfelschorf.
  • Virosen, die durch wärmeliebende Arten übertragen werden, werden gefördert, z. B. Verzwergungsviren bei Getreide, viele Kartoffelviren.
  • Sekundärerkrankungen nach Insektenbefall oder Unwettereinflüssen werden häufiger auftreten, z. B. Kolbenfusariosen bei Mais nach Zünslerfraß, Schwärzepilze an Getreide nach Blattlausbefall, Maisbeulenbrand und Feuerbrand an Obstbäumen nach Hagelschlag, Verpilzung von Lagergetreide.
Unkräuter und Ungräser
Insgesamt ist mit einer Zunahme des Unkrautdrucks zu rechnen. Mildere Winter und wärmere, trockenere Sommer werden schwer bekämpfbare Wurzelunkräuter und -gräser (z. B. Ackerdistel, Quecke, Ampfer, Winden), Herbstkeimer (Ackerfuchsschwanz, Klette, Taubnessel, Ehrenpreis und Stiefmütterchen) und schnell wachsende, wärmeliebende Arten (z. B. Gänsefuß, Melden, Wolfsmilchgewächse, Franzosenkraut) fördern. Neue Arten wandern ein (z. B. Samtpappel, Giftbeere, Beifuß-Ambrosie). Die Durchwuchsproblematik wird durch mildere Winter verstärkt. Auch durch die veränderten Bedingungen für C3- und C4-Pflanzen wird sich die relative Konkurrenzkraft zwischen einigen Pflanzen verschieben. Die Verträglichkeit von Blattherbiziden und die Wirkung von Bodenherbiziden können bei höheren Temperaturen bzw. Trockenheit eingeschränkt sein.
Tierische Schaderreger
Wärmeliebende Arten werden gefördert (z. B. Maiszünsler, Kartoffelkäfer, Getreidehalmfliege, Blattläuse). Auf längere Feuchtephasen angewiesene Schädlinge werden eher abnehmen (Schnecken, Nematoden). Vorratsschädlinge haben die Chance, im Freien zu überleben und damit ein deutlich höheres Schadpotential zu entwickeln.
Andere Schadwirkungen
Schäden durch Wassermangel, Sturm, Starkregen, Hagel, Sonnenstrahlung und Ozon werden voraussichtlich zunehmen, Auswinterungsschäden eher abnehmen. Anpassungsmaßnahmen sind hier nur schwer zu finden, eine für den Schadensfall geeignete Absicherung ist für einige der genannten Fälle aber möglich und in Erwägung zu ziehen.
Literatur