Wechselwirkung zwischen Landwirtschaft / nicht genutzen Landflächen und Klima

 

Land, Landwirtschaft und Klima

Dezember 2019

 
Death Valley, USA, 2018   Sao Paulo, Brasilien, 2011
     

Die Landwirtschaft beeinflusst das Klima, indem sie Treibhausgase erzeugt, namentlich Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O), wohingegen der Klimawandel durch Änderungen in Temperatur, Niederschlag und Wind wiederum die Landwirtschaft beeinflusst, genauso wie die biologischen Zustände auf den nicht durch den Menschen genutzten Landflächen.
Dazu verfasste das IPCC 2019 einen Sonderbericht (1), über den folgend auszugsweise referiert wird.

Treibhausgase

 
 
  oben: Methangehalt der Atmosphäre zwischen 1985 und 2020
unten: Lachgasgehalt der Atmosphäre zwischen 1985 und 2020
Quelle: (1b)

Die gesamte Landnutzung (2) (siehe auch Landwirtschaft - globale Flächennutzung) emittiert 23 % aller vom Menschen erzeugten Treibhausgase, darunter 13 % (5,2 Gt CO2-Äquivalente/a) vom gesamten CO2, 44 % (4,5 Gt CO2-Äquivalente/a) vom Methan und 82 % vom Lachgas (2,3 Gt CO2-Äquivalente/a).   
Der größte Summand - CO2 - stammt hauptsächlich aus der Waldrodung zur Ackerlandgewinnung.
Methan wird zur guten Hälfte von wiederkäuenden Nutztieren erzeugt, der Rest zu nahezu gleichen Teilen durch den Reisanbau und durch die Austrocknung von Sumpfgebieten (inklusive der borealen Permafrostböden).
Drei Viertel der biologischen Lachgaserzeugung stammt vom Land (der Rest aus dem Meer), davon die größere Hälfte aus der chemischen Düngung, die kleinere Hälfte aus der Gülledüngung.
Zum globalen Tierbestand siehe auch Tierbestand und Ausbeute.

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Globale Zahlen und Trends

  •  
                        Oberflächentemperaturänderung zwischen 1850 und 2018
    grau: Über Land; schwarz: Über Land und Meer
    Quelle: (1a)
    Die Landwirtschaft nutzt 70 % allen eisfreien Bodens und benötigt 70 % vom gesamten Süßwasserverbrauch.
  • Seit 1960 hat sich die Bevölkerung verzweieinhalbfacht; heute sind zwei Milliarden Menschen übergewichtig und 800 Millionen Menschen unterernährt.
  • Seit 1960 stieg der Pro-Kopf-Verbrauch an Kalorien um ein Drittel, der von Öl und Fleisch um mehr als den Faktor Zwei; der Wasserverbrauch auf das Doppelte, die Stickstoffdüngung auf das Neunfache.
  • Seit 1960 hat sich die Ernte an Biomasse verdreieinhalbfacht, das Handelsvolumen stieg auf das Neunfache.
    Kommentar: Daraus kann man ablesen, dass die lokale Ernährung deutlich zurückgegangen ist.
  • Seit 1960 nahm die Waldfläche um 5 % ab, die der Sumpfgebiete um 50 %. Ackerfläche nahm um 15 % zu, Weidefläche um 8 %. 
  • Die Oberflächentemperatur auf dem Land steigt eineinhalbmal so schnell wie die globale Oberflächentemperatur (rund 1,5 oC vs. 1,0 oC seit 1850, s. Abb oben).

 

 
                                        Geographische Verteilung von Trockengebieten
grau: Feucht; hellgelb: Mäßig feucht; dunkelgelb: Halbtrocken; orange: Trocken; rot: Sehr trocken
Quelle: (1c), Anmerkung (3)

 

 



Trockengebiete

 
                                                  Entwicklung der Brandgefahr
oben: 1971-2000; unten: Prognose 2017-2100
rot: nicht gefährdetes Gebiet wird gefährdet; blau: gefährdetes Gebiet wird ungefährdet
Schwelle: ein natürlicher Brand pro 100 Jahre; Zahlen geben die Wahrscheinlichkeit zwischen 0 und 1
dunkelgrau: > 50 % Ackerland
Quelle: (1c) 

Als solche werden Regionen definiert, in denen nur rund Zweidrittel oder weniger an Niederschlag fällt, als verdunsten würde (s. Anmerkung (3)).
Heute sind 42 % der Landoberfläche Trockengebiete, in denen rund drei Milliarden Menschen (38 %) leben (s. Abb. oben).

  • Seit 1960 nehmen die Trockengebiete jährlich um 1 % zu.
  • Innerhalb von 20 Jahren (1980-2000) verschlechterte sich die Qualität, gemessen an der Menge des Bewuchses, in 9 % der Trockengebiete.  Die Zahl der dort lebenden Menschen beträgt rund 500 Millionen.


Neben der durchschnittlichen Temperaturerhöhung kommt es durch den Klimawandel regional zu mehr Niederschlag, zu weniger Niederschlag, zur Zunahme von Starkregenereignissen, zur Zunahme von Hitze- oder Trockenperioden, zur Veränderung der Windverhältnisse oder zur Zunahme von Stürmen.

Die meisten dieser Effekte wirken in Trockengebieten negativ auf die Bewuchsdichte bzw. auf die Landwirtschaft.
Starkregen und starke Winde fördern die Erosion, Hitze und die Zunahme von Trockenperioden verringern Wachstum und Ernte. Die zunehmende Temperatur erhöht zudem die Zersetzungsgeschwindigkeit des organischen Bodens, d. h. dessen CO2-Speicherungsfähigkeit nimmt ab.

Allerdings ist für Schäden dieser Art der Mensch auch direkt - durch die Art der Bewirtschaftung - verantwortlich, auch schon vor den Zeiten des erkennbaren Klimawandels.
Dies gilt insbesondere für die Bodenerosion (Luft und Wasser) und für die Verschlechterung des Mikroklimas durch Abholzung in großem Maßstab.

Die Karte rechts oben zeigt die Zunahme der Wald- und Buschbrandgefahr durch die Temperaturzunahme. 3 % der Landoberfläche brennen jährlich. Auch hier gilt, dass der Mensch die meisten dieser Brände legt.

Gebiete mit gemäßigtem und hohem Niederschlag

Darunter fallen u. a. die Hauptanbaugebiete für die mengenmäßig größten Nutzpflanzen (Weizen, Mais, Reis,Soja) sowie Landflächen auf hohen Breitengraden (wie z. B. die boreale Taiga und Tundra).

  • Ein Viertel der gesamten eisfreien Landfläche hat sich durch menschliche Einwirkung biologisch verschlechtert (geringerer Bewuchs oder geringere Ernte oder geringere Biodiversität). Davon sind grob zwei Milliarden Menschen betroffen.


Der Klimawandel kann dies verstärken, durch Starkregenfälle, Hitzestress, Dürreperioden (s. o.), er kann jedoch auch positive Auswirkungen haben, indem sich z. B. auf höheren Breitengraden durch die Verlängerung der Vegetationsperioden die Anbaubedingungen verbessern.
Für flache Küstengebiete sei die Klimawandelwirkung Landverlust und Grundwasserversalzung durch den steigenden Meeresspiegel genannt.


CO2-Bilanz der Wechselwirkung Landnutzung - Klimawandel

 
     Breitengradprofil Trend
 Waldbedeckung 1982-2015

Blau: Zunahme; rot: Abnahme; grau: Netto
Quelle: (1d)
                                              Grünheitstrend 1982-2015
Basis: Jährliche maximale Grünheit der Landoberfläche aus Satellitendaten
Dunkelgrün: 0,5 % grüner pro Jahr; dunkelrot: 0,5 % brauner pro Jahr
Quelle: (1c)
     



 


Der Klimawandel erhöht global die Aufnahme von CO2 in der Pflanzenbedeckung und im Boden. Dies ist zurückzuführen vor allem auf längere Vegetationsperioden in gemäßigten und hohen Breitengraden durch den Temperaturanstieg sowie durch die "CO2-Düngung". Teilweise spielt auch erhöhter Stickstoffeintrag aus der Atmosphäre eine Rolle. 
Der Brutto-Effekt ist hoch, sodass vom gesamten erzeugten CO2 (37 Gt/a) knapp ein Drittel (11,2 Gt/a) vom Land aufgenommen wird - es verbleiben ein Viertel für das Meer (das dadurch versauert) und die knappe Hälfte für die Atmosphäre.
Konkret kann man das am Trend der Waldbedeckung sehen (Abb. oben links). Die tropische Abholzung (etwa zwischen dem Äquator und 30o südlicher Breite) wird in Biomasse überkompensiert von der Waldzunahme auf der Nordhalbkugel mit einem Peak um 60o nördlicher Breite. Siehe auch Wald als Kohlenstoffspeicher.
Interessanterweise nimmt auch in Trockengebieten global der Bewuchs zu (Abb. oben rechts). Dies schließt allerdings direkte Maßnahmen der Landwirtschaft mit ein, wie z. B. die Verbreitung und Verbesserung der künstlichen Bewässerung.

Weitere Wechselwirkungen Landnutzung - Klimawandel

Neben der CO2-Freisetzung bzw. Speicherung der Biosphäre ist der wichtigste Parameter die lokale Albedoveränderung. 
Nach Waldrodung wird die Oberfläche heller, d. h. die Albedo steigt, was einen kühlenden Effekt hat. Bei borealem Wald ist der Effekt noch größer, da sich ohne Wald im Winter durchgehende Schneeflächen schneller und über einen längeren Zeitraum bilden.
Bei Tropenwald ist der kühlende Albedoeffekt deutlich niedriger als der CO2-Speicherungsverlust, bei borealem Wald sind beide Effekte etwa gleichwertig. Bemerkung: Daraus folgt, dass Tropenwaldabholzung nicht durch boreale Waldpflanzung /Waldwachstum eins zu eins ausgeglichen werden kann, ganz abgesehen von möglichen regionalen Kippeffekten wie dem Austrocknen des Amazonasbeckens.

Möglichkeiten der Gegensteuerung

Der IPCC-Sonderbericht (1b) kommt zu dem Schluss, dass die meisten Verschlechterungen zum Schaden der Landwirtschaft heute noch menschengemacht sind, wobei in einer zunehmenden Zahl von Fällen der Klimawandel weitere negative Auswirkungen hinzufügt.
Als Gegenmaßnahmen empfiehlt er, in der Reihenfolge der erzielbaren Treibhausgaseffekte und unter Berücksichtigung der gesellschaftlichen und politischen Machbarkeit, folgende:

  • Aufforstung
  • Umstellung der Essgewohnheiten (weniger Fleisch vor allem von Wiederkäuern)
  • Bodenerhalt durch erosionsmindernde Anbauformen
  • Bioholzkohle (unter Sauerstoffausschluss erzeugt) statt durch Brandlegung erzeugte Holzkohle zur Bodenverbesserung und zur CO2-Speicherung
  • Verringerung der Abholzung
  • Verlustreduzierung in der Lebensmittelkette
  • Verringerung der Konversion von Küstenfeuchtgebieten (Mangrovenwälder, Sümpfe)
  • Verringerung des Methanausstoßes von Wiederkäuern (durch Fütterung und Zucht)
  • Verringerung der Binnenland-Sumpftrockenlegung
  • Ersatz von Zement und Stahl durch Holz im Bauwesen
  • Optimierung des Reisanbaus (zur Verringerung des Methan-Ausstoßes)
  • Verbessertes Stickstoffmanagement im Ackerbau (Überdüngung vermeiden)




Quellenangaben und Anmerkungen
(1) "IPCC-Sonderbericht über Klimawandel und Landsysteme", International Panel on Climate Change (IPCC), 2019
(1a) "Zusammenfassung" (Summary for Policymakers)
(1b) Kapitel 2, "Land-Klima-Wechselwirkung" (Land-Climate Interaction)
(1c) Kapitel 3, "Wüstenbildung" (Desertification)
(1d) Kapitel 4, "Landverschlechterung" (Land Degradation)
(2) gesamte Landnutzung: Landwirtschaft + Forstwirtschaft + andere Landnutzungen (hauptsächlich Landnutzungsänderungen wie z. B. Versiegelung durch Städtebau). Auf Englisch "AFOLU" (Agriculture, Forestry, Other Land Uses)   
(3) Definition von Trockengebieten: Der Trockenheitsindex (Aridity Index, AI) ist definiert als die jährliche Niederschlagsmenge geteilt durch die prinzipiell mögliche Verdunstungsmenge (Anmerkung: Bei einem AI > 1 muss daher zwingend Niederschlagswasser durch Flüsse abgeführt werden). Oberhalb einem AI von 0,65 gilt eine Region als "Feuchtgebiet", darunter als "Trockengebiet" mit verschiedenen Abstufungen, s. Graphik weiter oben)

Cordillera Real, Bolivien, 2017