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Wasserqualität (Teil 2): Landwirtschaft braucht Kreisläufe

06.06.2013 von

Die grüne Revolution war sehr erfolgreich. Dank neuen Pflanzensorten und wachsendem Einsatz von Dünger und Pestiziden haben wir weltweit die Getreideernte in den letzten fünfzig Jahren fast verdreifacht. Die Wasserqualität hat allerdings gelitten: Dies zeigen Algenteppiche vor den Meeresküsten und Insektenvertilgungsmittel im Trinkwasser.

Seit dem Zweiten Weltkrieg düngen die Bauern ihre Felder mit Stickstoff aus der Luft. Dazu produziert die chemische Industrie mit dem berühmten Haber-Bosch-Verfahren aus etwa zwei Litern Erdöl und einem Kilogramm Luftstickstoff einen Kunstdünger auf der Basis von Ammoniak. Diese Erfindung hat die weltweite Steigerung der Nahrungsmittelproduktion erst möglich gemacht.

Inzwischen produziert die Menschheit etwa 100 Millionen Tonnen biologisch verfügbaren Stickstoff pro Jahr. Wir haben damit die Natur eingeholt, die mit ihren Stickstoff fixierenden Bakterien in den Böden1 etwa die gleiche Menge zur Verfügung stellt.

Wir düngen alles

Leider bleibt es ein Rätsel, was mit dieser Dünger-Fracht langfristig geschieht. Nur ein kleiner Teil des Düngers geht in die Pflanzenproduktion. Ein wichtiger Anteil des Stickstoffdüngers wir im Boden wieder zu Luftstickstoff umgewandelt und geht damit verloren. Als Nebenprodukt entweicht jedoch Lachgas – ein Spurengas, das neben CO₂ und Methan zum Treibhauseffekt beiträgt. Ein weiterer Anteil des Kunstdüngers bleibt dem Ackerland in organischer Form erhalten. Der letzte Weg des noch verbliebenen Düngers führt mit dem Regen ins Grundwasser, von dort zusammen mit dem Düngerstoff Phosphor via Flüsse und Seen ins Meer.

Weltweit mehren sich Meldungen über Algenteppiche (Bild) an der Oberfläche von Gewässern und Sauerstoffmangel in deren Tiefe. Besonders betroffen sind die Mündungsgebiete von grossen Flüssen, wo die Laichgründe viele Fischarten unter Druck geraten.

Mit unserem enormen Düngereinsatz kurbeln wir nicht nur die landwirtschaftliche Produktion an; wir düngen auch Seen, Küstenmeere und – über die Atmosphäre – Magerwiesen und Wälder.

Pestizide im Robbenfett

Weil auch Insekten hungrig sind, müssen wir die Ackerfrüchte mit chemischen Waffen verteidigen: Die Chemische Industrie produziert pro Jahr weltweit zwischen drei und sieben Millionen Tonnen Pestizide. Etwa 0.2 bis 2 Kilogramm dieser Pflanzenschutzmittel genügen, um eine Hektare Ackerland zu schützen. Allerdings nimmt der Einsatz dieser problematischen Substanzen vor allem im globalen Süden deutlich zu.

Wo Wasser schnell abfliesst oder in den Untergrund versickert gelangt ein wichtiger Anteil dieser hochwirksamen Substanzen direkt ins Wasser und dort auch in die Nahrungskette. Zwar können Mikroorganismen und Sonnenlicht moderne Pestizide relativ rasch abbauen, doch sind schwer abbaubare Stoffe wie DDT weiterhin zur Bekämpfung von Schädlingen zugelassen, weil sie billig und wirksam sind. In vielen Ackerbau-Regionen finden wir heute Spuren von Pestiziden im Grundwasser. Der Chemieeinsatz hat aber auch globale Spuren hinterlassen. Dank dem Wasserkreislauf und dem Transport via Atmosphäre finden wir DDT heute in Robbenfett und Tundraböden. Deshalb sollten wir die Forschung nach Alternativen zum Chemie-Einsatz in der Landwirtschaft verstärken. Die gezielte Züchtung von widerstandsfähigen Pflanzensorten (auch mit gentechnischen Methoden) kann die Wasserqualität weltweit verbessern helfen.

Kreisläufe in der Landwirtschaft schliessen

Langfristig müssen wir eine Landwirtschaft entwickeln, welche sich an den naturnahen Stoffkreisläufen orientiert. Um die Ernährungssicherheit sinnvoll zu verbessern, müssen wir zuerst analysieren, welche der möglichen Faktoren Wasser, Stickstoff,Phosphor und Temperatur die Getreideproduktion in einer Region limitieren. Dazu eignen sich räumlich aufgelöste Modelle, die sich auf detaillierte Daten stützen.

Eine neue Analyse für das südliche Afrika hat ergeben, dass Stickstoff in weiten Regionen der limitierende Faktor ist2. Die ökologische Wiederverwertung von Stickstoff aus Fäkalien bietet die Möglichkeit, die sanitäre Entsorgung in vielen ländlichen Gemeinschaften zu verbessern und gleichzeitig die Wasserqualität in den Flüssen zu erhöhen.

 

1 N. Gruber, J. N. Galloway 2008 An Earth-system perspective of the global nitrogen cycle. Nature 45. 293-296.

2 J.C.M. Andersson, A.J.B. Zehnder, B. Wehrli, G.P.W. Jewitt, K.C. Abbaspour, H. Yang 2013. Improving crop yield and water productivity by ecological sanitation and water harvesting in South Africa. Environ. Sci. Technol. 47, 4341-4348.

Zum Autor

Bernhard Wehrli ist Professor für Aquatische Chemie an der ETH Zürich und an der Eawag. Persönliches Zitat und Biografie

 

 

 





Kommentare (1) >Alle Kommentare aufklappen>Alle Kommentare zuklappen

Ein guter Artikel, der ein wichtiges Thema aufgreift: In der Natur herrschen Stoffkreisläufe vor, bisher aber nicht in der Technik. Doch mit der mengenmässigen Dominanz des Menschen (80% aller Säugetierbiomasse geht heute auf das Konto Mensch+Haustiere) kommen wir nicht darum herum ebenfalls Stoffkreisläufe auzubauen, sonst gehen uns die Rohstoffe aus (in der Landwirtschaft könnte das zuerst der Phosphor sein), wir überschreiten die Biokapazität mit überschüssig eingetragenen Stoffen (z.B: Stickstoffdünger) oder es kommt zur Anreicherung von Giftstoffen, die eventuell sogar in den Naturkreisläufen über viele Ketten weitertransportiert werden (z.B. gewisse Pestizide).

Am besten wäre es für die Natur, wenn der Mensch seine eigenen -erst noch aufzubauenden – Kreisläufe vollkommen von den Natur getrennt halten würde, denn bei zusätzlichem Stoffeintrag in einen bestehenden natürlichen Kreislauf (z.B: Stickstoff, CO2) droht die Überlastung des natürlichen Kreislauf mit zum Teil noch unbekannten Folgeschäden. Der vom Mensch zusätzlich in den Naturkreislauf eingetragene Stickstoff ist solch ein Beispiel. Das Haber-Bosch-Verfahren hat schon Ansätze eines zusätzlichen Kreislaufs wäre da nicht das Erdöl, welches als Input in dieses Verfahren eingeht. Doch der zusätzliche Stickstoff überfrachtet den natürlichen Stickstoffkreislauf und überdüngt viele Gewässer.

Ich bin überzeugt, dass man später einmal entweder den Eintrag von langlebigen überschüssigen Stoffe in die Naturkreisläufe vermeiden wird oder diese überschüssigen Stoffe wieder zurückgewinnen wird. Letztlich wird der Mensch gezwungen sein in der Landwirtschaft aber auch überall sonst Kreisläufe aufzubauen. Dies nicht nur, weil ohne Kreisläufe Rohstoffe verloren gehen, sondern auch weil man mit Kreisläufen automatisch Verschmutzungen vermeidet. Allerdings bedeutet das eventuell, dass wir in Zukunft mehr Energie benötigen als heute, denn Rezyklierung kann energetisch teuer sein.

Ich bin gleicher bzw. anderer Meinung: Daumen hoch 2 Daumen runter 0

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