Klimawirkung der biologischen Landwirtschaft
Die Landwirtschaft spielt im Klimawandel eine bedeutende Rolle. Als Verursacherin von Klimagasen trägt sie einerseits zur globalen Erwärmung bei, verfügt aber andererseits auch über ein grosses Potenzial zur Minderung des Klimawandels. Gleichzeitig wird die Landwirtschaft durch die negativen Auswirkungen der Klimaveränderungen belastet.Der Biolandbau stellt eine Möglichkeit zur Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel dar. Biologisch bewirt-schaftete Böden geben weniger klimaschädliches Lachgas ab als konventionell bewirtschaftete Äcker. Die vielfältigeren und aktiveren Mikroorganismen in den Bioböden können zudem zu einer besseren Anpassungsfähigkeit der Biokul-turen an klimatisch bedingte Stresssituationen beitragen. Mit der Humuswirtschaft können Biobetriebe den im Boden gespeicherten Kohlenstoff erhalten und steigern. Reduzierte Bodenbearbeitung kann zu einer zusätzlichen Anreicherung von Kohlenstoff im Boden führen.
Landwirtschaft – wichtige Akteurin im Klimawandel
Anstieg des Kohlenstoffs in der Luft
Der Kohlenstoff in der Atmosphäre ist neben anderen Treibhausgasen (THG) dafür verantwortlich, dass auf der Erde eine mittlere Jahrestemperatur von +15 °C herrscht und das Leben in der bekannten Form möglich ist. Je mehr THG vorhanden sind, desto mehr erwärmen sich die Erdoberfläche und die Atmosphäre. In den letzten 250 Jahren führte der menschengemachte Ausstoss von THG zu einem Anstieg der atmos phärischen CO₂Konzentration von 280 ppm auf aktuell 405 ppm. Damit einher geht eine Steigerung der durchschnittlichen globalen Jahrestemperatur um 1 °C (bis 2017). In der Schweiz verzeichnen wir im gleichen Zeitraum sogar einen Anstieg um 2 °C !
Hohe Emissionen der Landwirtschaft
Direkt verursacht die Landwirtschaft weltweit 11,2 % der THG-Emissionen[1]. Rechnet man aber die Emissionen hinzu, die für die Bereitstellung der landwirtschaftlichen Betriebsmittel wie chemische Düngemittel und Pflanzenschutzmittel, sowie die Emissionen, die durch Rodungen von Urwald zur Futtermittelerzeugung verursacht werden, stam-men 21 % bis 37 % der weltweiten THG-Emissio-nen aus der Landwirtschaft, bzw. aus dem globalen Ernährungssystem[2]. Im Jahr 2018 lag der Anteil der Landwirtschaft in der Schweiz bei 12,8 % der gesamten THG-Emissionen[3]. Abb. 2 auf Seite 3 zeigt die Verteilung der Emissionen der Schweizer Landwirtschaft im Jahr 2015[4]. Die Grafik berück-sichtigt auch die Emissionen, die durch Landnut-zungsänderungen, Treib- und Brennstoffe, sowie die Vorleistungen zur Produktion von Düngemit-teln etc. verursacht werden. Dem Sektor Landwirt-schaft werden offiziell nur die grünen Bereiche zugeordnet.
Treibhausgase
Die wichtigsten THG der Erdatmosphäre sind Wasserdampf, Kohlendioxid (CO2), Ozon (O3), Methan (CH4) und Lachgas (N2O). CO2, CH4 und N2O sind die THG, die durch menschliche Aktivitäten stark beeinflusst werden, während die Konzentrationen von Wasserdampf und Ozon langfristig stabil sind, bzw. nur indirekt durch den Menschen beeinflusst werden. Von den globalen THGEmissionen aus der Landwirtschaft entfallen 46 % auf N2O, 45 % auf CH4 und 9 % auf CO2. Fluorkohlenwasserstoffe sind die einzigen THG, die nur durch menschliche Aktivität erzeugt werden. Sie kommen nur in geringen Konzentrationen in der Atmosphäre vor, haben aber aufgrund ihres extrem hohen Erwärmungspotentials (bis zu 14 800 mal höher als CO2) einen deutlichen Einfluss auf das Klima. CO2 stammt aus Abbau und Veratmungsprozessen der lebenden Biomasse sowie aus Verbrennungen im Rahmen menschlichen Aktivitäten; CH4 vornehmlich aus Abbauprozessen in Böden unter Luftabschluss (Nassreisanbau und Moorgebiete) und aus anaeroben Prozessen in den Mägen von Wiederkäuern, und N2O entsteht insbesondere während und kurz nach der Ausbringung von stickstoffhaltigen (Hof)düngern.
CO2Äquivalente
Die verschiedenen THG CO2, CH4 und N2O haben unterschiedliche Erwärmungspotenziale. Damit man die Wirksamkeit aller THG vergleichen kann und weil CO2, über alle Sektoren hinweg das mit Abstand wichtigste THG ist, wird dessen Potenzial gleich 1 gesetzt. Demnach hat CH4 ein 24fach und N2O ein 298fach höheres Potenzial zur Erwärmung der Atmosphäre als CO2. Die unterschiedliche Lebensdauer der THG in der Atmosphäre wird in dieser Potenzialberechnung auch berücksichtigt.
Gigatonne (Gt)
Gigatonne ist eine weitverbreitete Einheit für THGMengen. Eine Gigatonne sind 1.000.000.000 Tonnen (1 Milliarde) und entspricht 1×1015 Gramm oder 1 Billiarde Gramm. Ein anderer Begriff für die gleiche Grössenordnung ist 1 Petagramm (Pg). Wir verwenden die Begriffe Humus und organische Bodensubstanz (OBS) synonym, baiserend auf dem gemessenen organischen Kohlenstoffgehalt des Bodens multipliziert mit 1.72.
Der Boden – ein wichtiger CO2-Speicher
Im Jahr 2018 wurden weltweit, vor allem durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern, 34 Gi-gatonnen CO₂-Äquivalente emittiert. Diese jähr-lichen Emissionen sind im Kontext des globalen Kohlenstoffkreislaufs eigentlich gering (Abb. 1 auf Seite 2). Insgesamt befinden sich nämlich 75 Mio. Gigatonnen Kohlenstoff auf der Erde. Davon ist je-doch der grösste Anteil (99,94 %) in Kalkgesteinen gebunden. Nur 0,05 % sind in den Ozeanen und 0,0037 % in Böden gebunden. Böden enthalten dop-pelt so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre und die terrestrische Biomasse zusammen, die jeweils 0,001 % ausmachen (Abb. 1). Um die Emissionen aus den verschiedenen Quellen und Treibhausga-sen zu vergleichen, wird CO₂ als einheitliche Wäh-rung verwendet und oft als CO₂-Äquivalent (CO₂-eq.) ausgedrückt. Der Mensch kann nur die Kohlenstoffgehalte von Atmosphäre, Boden und Vegetation beeinflus-sen. In diesem Zusammenhang spielt die Landwirt-schaft eine wichtige Rolle, um den Klimawandel abzumildern. Durch die Anreicherung von Humus kann der Boden Kohlenstoff speichern. Kleine Än-derungen der Kohlenstoffmenge im Boden haben grosse Auswirkungen aufs Klima. Darüber hinaus hält die Landwirtschaft aber noch weitere Optionen bereit, welche die Dynamik des menschengemachten Klimawandels beeinflus-sen können. Die landwirtschaftliche Produktion könnte dadurch an den Wandel angepasst werden und handlungsfähig bleiben.
Biolandbau: nachweislich klimafreundlich
Langzeitversuche wie der DOKVersuch in Therwil / CH, der Bodenbearbeitungsversuch in Frick /CH, sowie Literaturstudien (MetaAnalysen) und Ergebnisse aus dem EU Horizon 2020Projekt iSQAPER, wie auch Betriebsvergleiche von Agroscope, lassen bezüglich der Klimawirkung des Biolandbaus folgenden Schlüsse zu:
- Biologisch wirtschaftende Betriebe mit Kleegrasanbau, Mist und Gülle aus der Viehhaltung bieten gute Voraussetzungen für die Erhaltung oder Steigerung des Humusgehaltes im Boden.
- Reduzierte Bodenbearbeitung kann auch im biologischen Landbau die Humusmenge im Boden zusätzlich erhöhen.
- Dank niedrigeren Stickstoffgaben und einer besseren Bodenfruchtbarkeit sind die Lachgasemissionen im Biolandbau um 40 % tiefer als im konventionellen Anbau.
- Dank vielfältigeren und aktiveren mikrobiellen Gemeinschaften im Boden mineralisieren biologisch bewirtschaftete Böden bei Trockenstress effizienter Stickstoff und sind somit besser an den Klimawandel angepasst.
- Pro Ernteeinheit benötigten die biologischen Anbauverfahren im DOKVersuch 19 % weniger Energie als die konventionellen Verfahren. Bezogen auf die Fläche waren es sogar 30–50 % weniger.
Höhere Kohlenstoffbindung im Humus
In einer umfassenden Literaturstudie konnte gezeigt werden, dass biologisch bewirtschaftete Böden 170 kg bis 450 kg mehr Kohlenstoff pro Hektar und Jahr im Humus speichern als konventionell bewirtschaftete Böden[5]. Der Unterschied resultiert vor allem aus dem mehrjährigen Anbau von Kleegras und der organischen Düngung. Ein höherer Humusgehalt im Boden erhöht die Wasserinfiltration und speicherfähigkeit des Bodens, sowie die Stabilität der Bodenaggregate, was auch der Erosion von Böden vorbeugt[6]. Ausserdem verbessert der dynamische Teil des Humus über biologische Mechanismen die Pflanzengesundheit[7][8]. Analysen von 2000 Bodenproben in der 40jährigen Laufzeit des DOKVersuchs bei Basel, dem weltweit bisher längsten Vergleichsversuch zwischen biologischen und konventionellen Anbausystemen[9][10], zeigen, dass:
- der Humusgehalt bei biologischdynamischem Anbau mit Kompostanwendung leicht ansteigt.
- der Humusgehalt im konventionellen Anbau mit rein mineralischer Düngung deutlich abnimmt.
- die Humusgehalte im konventionellen Anbau mit gemischt organischer und mineralischer Düngung und im organischbiologischen Anbau annähernd stabil bleiben.Die in den biologischen Systemen über sechs Fruchtfolgeperioden und alle Kulturen gemittelten und im Vergleich zum konventionellen System um 20 % geringeren Erträge, werden mit deutlich geringerem Düngemitteleinsatz und ohne chemischsynthetische Pestizide erzielt.
Reduzierte Bodenbearbeitung als Potenzial
Auf den Pflug zu verzichten, ist nicht nur aus Gründen des Bodenschutzes gut; reduzierte Bodenbearbeitung hat auch Potenzial zum Klimaschutz. Ein weitgehender Ersatz des tiefen Pflügens durch flachere und meist nichtwendende Bodenbearbeitung im Biolandbau kann den Humusgehalt deutlich über das Niveau der biologischen Bewirtschaftung mit Pflug heben[11]. Im 13jährigen Bodenbearbeitungsversuch des FiBL in Frick konnte der Humusgehalt in den oberen 50 cm um 8 % erhöht werden. Über die gesamte Laufzeit des Versuchs stieg der Humusgehalt unter reduzierter Bodenbearbeitung bei gleichbleibenden Treibhausgasemissionen um rund 700 kg C pro Hektar und Jahr[12][13].
Eine Studie zu Untersuchungen auf 60 Betrieben im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «NFP 68 Ressource Boden», bei denen Flächen von Biobetrieben mit Flächen von konventionellen und NotillBetrieben verglichen wurden, zeigen, dassdie biologische Bewirtschaftung den Humusaufbau ebenso gut fördert wie Notill unter konventioneller Bewirtschaftung[14]. NotillBetriebe verzichten komplett auf den Pflug, bekämpfen das Unkraut aber chemisch mit Round up, einem glyphosathaltigen Herbizid. Im Vergleich zu den Notill und konventionellen Betrieben weisen die Felder der Biobetriebe ein aktiveres und komplexeres Bodenleben auf[15].
Niedrigere Lachgasemissionen im Biolandbau
Eine Auswertung der weltweit verfügbaren Literatur über N₂OEmissionen im Feld zeigt, dass biologisch bewirtschaftete Böden zwar pro Fläche weniger N₂O ausstossen als konventionell bewirtschaftete Böden, pro Ertragseinheit aber leicht mehr[16]. Der Metaanalyse zur Folge würde ein Mehrertrag von 9 % in der biologischen Produktion ausreichen, um die ertragsbezogenen N₂OEmissionen auf das Niveau der konventionellen Produktion zu reduzieren.
Eine Studie des FiBL im 40jährigen DOKVersuch [16] zeigt, dass biologisch und biodynamisch bewirtschaftete Böden flächenbezogen im Mittel 40 % geringere N₂OEmissionen aufweisen als konventionell bewirtschaftete Böden. Die Gründe dafür sind eine geringere NDüngung und eine bessere Bodenqualität in den biologischen Anbauverfahren. Besonders niedrig sind die N₂O Emissionen im biodynamischen Anbau. Dort wurden im Vergleich zum konventionellen Anbau auch ertragsbezogen ein Drittel weniger N₂O Emissionen gemessen[17].
Bessere Anpassungsfähigkeit von Bioböden
Der Klimawandel bringt wahrscheinlich mehr Starkregenereignisse und Trockenperioden mit sich. Forschungsergebnisse des FiBL zeigen, dass biologisch bewirtschaftete Böden besser an diese Herausforderungen angepasst sind als konventionelle.
So weisen die Bioböden im DOKVersuch infolge der höheren Humusgehalte eine bessere Aggregatstabilität auf[18]. Dadurch sind diese Böden besser gegen Erosion infolge von Starkregenereignissen geschützt.
In einer Literaturstudie wurde nachgewiesen, dass die mikrobielle Aktivität in biologisch bewirtschafteten Böden deutlich höher ist als in konventionell bewirtschafteten, unter anderem auch in Bezug auf die Proteaseaktivität[19]. Die Protease ist ein Enzym, welches den ersten Schritt in der Mineralisierung von organisch gebundenem Stickstoff katalysiert. In einem Topfexperiment mit Böden aus dem DOKVersuch konnten Forschende vom FiBL zeigen, dass die Böden aus dem biologischorganischen Anbau bei Trockenheit 30 % mehr Stickstoff aus einer Gründüngung mineralisierten als die Böden im konventionellen Anbau[20]. Dabei konnte die bessere Mineralisierungsleistung auf eine erhöhte Vielfalt der Mikroorganismen in den biologisch bewirtschafteten Böden zurückgeführt werden. Eine kürzlich publizierte Studie bestätigt : Extensive Bewirtschaftung führt dank vielfältigeren mikrobiellen Gemeinschaften zu einer besseren Anpassung an Trockenstress in Acker und Grasländern[21]. Weitere FiBLStudien haben gezeigt, dass bakterielle und pilzliche Impfmittel insbesondere im mediterranen und trockenen subtropischen Klima die Erträge in lowinput Systemen deutlich steigern konnten[22][23][24].
Höhere Energieeffizienz der Bioproduktion
Die Effizienz der Nutzung vorhandener Ressourcen ist ein wichtiger Indikator für die Nachhaltigkeit eines Produktionssystems. Zur Berechnung der Energieeffizienz wird neben den direkten Energiebeiträgen (z. B. Treibstoff für Traktoren) auch die indirekte Energie berücksichtigt, die zur Erzeugung der zugekauften Produktionsmittel (z. B. Dünger oder Pflanzenschutzmittel) benötigt wird.
Biologische Anbaumethoden im DOKVersuch brauchen zwar etwas mehr Energie für Infrastruktur und Maschinen als die konventionelle Bewirtschaftung (z. B. für maschinelles Hacken und Striegeln), dafür jedoch deutlich weniger Energie für Dünger und Pestizide. Im Mittel von 20 Jahren brauchten die biologischen Verfahren pro Ernteeinheit 19 % weniger Energie[25]. Auf die Fläche bezogen waren es 30–50 % weniger.
Schlussfolgerungen
Klimamindernde Potenziale besser nutzen
Als Schlussfolgerung ergibt sich, dass durch die biologische Bewirtschaftung der Böden die Auswirkungen der Landwirtschaft auf das Klima vermindert werden und dass biologische Anbausysteme besser an den Klimawandel angepasst sind.
Reduzierte Bodenbearbeitung unter Biobedingungen (ohne Herbizide) ist eine Perspektive, um den Biolandbau noch klimaschonender zu machen. Intensive Forschung ist aber nötig, um die Unkrautregulierung noch effizienter zu gestalten[11][26]. Ein grosses Potenzial liegt insbesondere in den Techniken der Präzisionslandwirtschaft.
Der relative Vorteil der Biolandwirtschaft in Bezug auf die Klimawirkung hängt neben der Stickstoffdüngung stark von der Flächenproduktivität ab. Hier weist der Biolandbau aufgrund der geringeren Erträge einen höheren Flächenbedarf auf. Deshalb ist die Weiterentwicklung der Biolandwirtschaft durch verbesserte Sorten (Züchtung), einen effektiveren biologischen Pflanzenschutz und die Rezyklierung von Nährstoffen aus urbanen Gebieten wie Kompost und Biogärgut zentral. FiBL Forschende haben zudem gezeigt, dass eine Ausweitung der Biolandwirtschaft ökologisch grosse Vorteile bringt, weil bestehendes Ackerland besser vor Erosion geschützt wird. Weltweit gehen jährlich 10 Mio. Hektar Ackerland durch Wind und Wassererosion endgültig verloren. Eine weitere Ausdehnung der Biolandwirtschaft ist deshalb auch wichtig für den Bodenschutz[27].
Für einen effektiven Bodenschutz braucht es aber weitere Massnahmen, wie z. B. geringere Lebens mittelverluste und weniger Futterproduktion in Form von Getreide, Mais und Soja auf dem Acker (bzw. einen geringeren Fleischkonsum), um die globale Ackerfläche bei gesteigerter Biolandwirtschaft nicht ausdehnen zu müssen[28]. Insgesamt betrachtet leistet die biologische Landwirtschaft bereits jetzt einen wichtigen Beitrag zum Schutz des Klimas und ist zudem besser an den stattfindenden Klimawandel angepasst.
Noch offene Fragen
In mehreren Bereichen besteht noch Bedarf nach wissenschaftlicher Abklärung.
Im Bereich Humus und Bodenqualität laufen aktuell Projekte zur Stabilisierung des Humus, zur optimalen Düngung für den Humusaufbau und den optimalen Humusgehalt eines bestimmten Bodens unter Berücksichtigung der Pflanzenernährung.
Im Bereich THG-Emissionen besteht Bedarf an Emissionsmessungen über gesamte Fruchtfolgen und während der Hofdüngerlagerung und ausbringung, sowie zur Methanproduktion in der Tierhaltung.
Im politischen Bereich wird über die optimalen Werkzeuge zur Förderung der Landwirtschaft vor dem Hintergrund von Ernährungssicherheit, Klimaschutz, Biodiversität und Ressourceneffizienz geforscht.
Originalartikel
Lukas Pfiffner (FiBL), 2023, Boden und Klima - Klimawirkung der biologischen Bodenbewirtschaftung. Verfügbar am : https://www.fibl.org/fileadmin/documents/shop/2517-boden-und-klima.pdf
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