Wie Landwirtschaft das Klima schützt

Doch anders als die Weltmeere ist der Klimapuffer Boden noch ausbaufähig. So ergab eine Studie der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft zum möglichen Humusaufbau in Bayern, dass die Agrarflächen im Freistaat nur zur Hälfte mit Kohlenstoff gesättigt sind. Allerdings sei das Ziel, den Humusgehalt der Böden um jährlich vier Promille zu steigern, nur zu 30 Prozent erreichbar, schreiben die Autoren. Trotzdem handle es sich um ein beträchtliches Speicherpotenzial, das über Jahrzehnte einen signifikanten Beitrag zum Klimaschutz leisten könne. Für die oft als klimaschädigend gescholtene Landwirtschaft ist das eine gute Nachricht: Baut sie auf ihren Flächen konsequent Humus auf, wäre sie demnach nicht mehr das Problem, sondern ein Teil von dessen Lösung.

Doch stattdessen droht den landwirtschaftlichen Böden Deutschlands ein Humusverlust. Sollten die Bewirtschaftungsmethoden unverändert bleiben, könnte der Kohlenstoffgehalt in den nächsten zehn Jahren um ungefähr 0,2 Tonnen pro Hektar und Jahr sinken, prognostizieren Wissenschaftler des bundeseigenen Thünen-Instituts in Braunschweig in ihrer Humusinventur. Der Bericht stellt ausdrücklich die Vorzüge des Ökolandbaus für Humusaufbau heraus. Doch bislang wirtschaften die meisten Betriebe in die entgegengesetzte Richtung. Agrochemie, unangepasste Bearbeitung und Massentierhaltung schädigen Böden und Atmosphäre. Stickstoffdünger lässt zwar Pflanzen wachsen, das Bodenleben jedoch hungert. Infolge baut sich Humus ab. Zudem wird Distickstoffoxid frei, das auch Lachgas genannt wird und über 270-mal klimaschädlicher ist als CO₂. Intensives Pflügen zerstört das Bodenleben und lässt Sauerstoff ins Erdreich eindringen. Dadurch oxidiert enthaltener Kohlenstoff zu CO₂, das anschließend ausgast. Und Massentierhaltung setzt klimaschädliches Methan in großen Mengen frei.

Jersey-Rinder auf der Uni-Weide

Wie man es besser machen kann, demonstriert Friedhelm Taube, Professor für Grünland und Futterbau an der Universität Kiel, auf dem universitären Versuchsgut Lindhof. Die kräuterreichen Wiesen, auf denen 94 Jersey-Rinder grasen – eine der ältesten Rinderrassen der Welt –, liegen am Südufer der Eckernförder Bucht, direkt am Wasser. Die Milchkühe des ökologisch wirtschaftenden Guts sind Tag und Nacht draußen und ernähren sich von dem, was die Wiesen hergeben. Zweimal täglich wechseln sie die Weide, damit Gras und Kräuter Zeit haben, sich zu regenerieren. Während des Wintermonate wird zugefüttert mit eiweißreichem Rotklee aus Eigenanbau sowie selbsterzeugtem Kraftfutter, einer Mischung aus Triticale und Lupinen.

Kleegras und Lupinen seien tiefwurzelnde Kulturen, erläutert Taube: „Rund ein Drittel der Biomasse steckt in der Wurzel.“ Ein mehrjähriger Anbau solcher Kulturen speichere große Mengen von Kohlenstoff im Boden, stellt der Wissenschaftler fest. Denn absterbende Wurzelmasse sei Ausgangsmaterial für die Humusneubildung. Kleegras und Lupinen kommen zudem ohne Dünger klar, denn mithilfe symbiotisch an ihren Wurzeln lebender Knöllchenbakterien fixieren sie Stickstoff aus der Luft im Erdreich – eine Eigenschaft, die im ökologischen Landbau eine zentrale Rolle spielt. Darüber hinaus verhindern sie, dass das Erdreich zu stark austrocknet, und bereiten nachfolgenden Kulturen, etwa Weizen oder Roggen, durch intensive Durchwurzelung den Boden.

Eine für Lindhof typische Fruchtfolge ist Kleegras, gefolgt von Hafer und Weizen. Baut man dazu noch Zwischenfrüchte an, die nicht abgeerntet, sondern in den Untergrund eingearbeitet werden, und füttert das Bodenleben mit organischem Material wie Kompost, Gülle, Stallmist oder Ernterückständen, dann steigt die Kohlenstoffmenge. Pro Tonne ausgebrachtem Stallmist erhöht sich auf diese Weise der Vorrat an Bodenkohlenstoff um durchschnittlich 320 Kilogramm, heißt es in der Humusinventur des Thünen-Instituts.

Zehn Jahre bis zum Erfolg

Um in Sachen Humusaufbau einen messbaren Effekt zu erzielen, braucht es jedoch einen langen Atem, meint Ellen Kandeler, Bodenbiologin an der Universität Hohenheim in Stuttgart: „Dafür muss man mindestens zehn Jahre klimagerecht wirtschaften“, erläutert sie. Bei einem Wechsel der Bodenbearbeitung, beispielsweise von organischem Dünger auf Stickstoffdünger, setze schon bald Humusschwund ein. „Auf- und Abbau kohlenstoffbindender Humusschichten unterliegt einem dynamischen Gleichgewicht“, betont die Bodenbiologin. Dem müsse die Bodenbearbeitung Rechnung tragen, indem sie dieses Gleichgewicht stabilisiere oder besser noch in Richtung einer Kohlenstoff-Anreicherung verschiebe. „Sonst verpufft der klimaschützende Effekt in kürzester Zeit“, sagt Ellen Kandeler.

Auch das Anpflanzen von Hecken, Sträuchern und Bäumen, beispielsweise in Reihen zwischen Äckern und Wiesen, bringt Kohlenstoff in den Boden. Gehölze wie Hasel, Holunder und Walnuss schützen nicht nur die Ackerflächen vor Winderosion, sondern entziehen der Atmosphäre per Photosynthese auch CO₂, speichern einen Teil des Kohlenstoffs in ihrem Holz und verfrachten den Rest über ihre weitläufigen Wurzelsysteme in tiefere Bodenschichten. „Je tiefer Kohlenstoff eingelagert ist, desto länger bleibt er dort“, erläutert Kandeler. Denn mit zunehmender Tiefe sinkt die Verfügbarkeit von Sauerstoff und damit auch die Aktivität des Bodenlebens. Deshalb sind Kohlenstoffvorräte in größerer Tiefe vor schnellem Abbau geschützt.

Düngen mit Pflanzenkohle

Eine weitere Möglichkeit, die CO₂-Konzentration der Atmosphäre zu verdünnen und Kohlenstoff dauerhaft im Acker zu binden, ist das Düngen mit Pflanzenkohle. Erzeugt wird sie aus zuvor getrockneter Biomasse durch Erhitzen unter Luftabschluss auf 400 bis 900 Grad Celsius – ein als Pyrolyse bekannter Prozess. Auf diese Weise wird beispielsweise aus Holz Grillkohle hergestellt. Nachhaltiger sind allerdings Ausgangsstoffe wie Maisstroh, Reisspelzen, Klärschlamm oder Gärreste aus Biogas-Anlagen.

Durch Pyrolyse entstehen daraus Synthesegase, Wärme und bis zu 40 Prozent Pflanzenkohle. Werden die Synthesegase zur Stromerzeugung und die Abwärme zum Trocknen von Biomasse genutzt, fällt die Klimabilanz von Pflanzenkohle trotz hoher Temperaturen für die Pyrolyse positiv aus. Denn schließlich können die verschwelten Bio-Reststoffe ja nicht mehr verrotten und dabei CO₂ freisetzen. Dabei gilt: Je höher die Pyrolysetemperatur ist, desto höher ist auch der Kohlenstoffgehalt und desto langzeitstabiler die Kohle.

Streng genommen ist Pflanzenkohle gar kein Dünger, sondern lediglich ein Trägermaterial für Nährstoffe und ein Habitat für Mikroorganismen. Aufgrund ihrer hochporösen Oberfläche vermag sie die dreifache Menge ihres Eigengewichts an Wasser und darin gelöster Nährstoffe aufzunehmen. Kombiniert man Pflanzenkohle mit organischem Dünger, siedeln sich zudem Mikroorganismen an. Sie verbessert die Kapazität als Wasserspeicher und kurbelt den Aufbau von Humus an, indem sie das Bodenleben fördert. Pflanzenkohle besteht überwiegend aus reinem Kohlenstoff, den Mikroorganismen nur äußerst langsam abbauen könnten. „Und der bleibt über sehr lange Zeiträume stabil“, sagt die Stuttgarter Bodenbiologin.

Nützliche Viehwirtschaft

Auch Viehweiden, die korrekt bewirtschaftet werden, binden über lange Zeit große Mengen Kohlenstoff. Die Böden von Dauergrünland – also von Wiesen und Weiden, die mehr als fünf Jahre nicht gepflügt wurden –, sind sogar bessere Kohlenstoffspeicher als Waldböden. Die permanente Grasdeckung bewahrt die Kohlenstoffvorräte im Boden vor dem Ausgasen. Dabei helfen weidende Rinder. Ihre Kuhfladen versorgen das Bodenleben mit organischem Material. Wechseln die Herden dazu noch regelmäßig die Weide, löst der schonende Verbiss bei jedem einzelnen Grashalm einen Wachstumsschub aus, der vor allem die Wurzeln dichter und tiefer sprießen lässt und auf diese Weise Kohlenstoff im Boden anreichert.

Doch so vielfältig die Methoden auch sind, mit denen Bauern den Kohlenstoffgehalt ihrer Böden steigern können, so unklar bleibt, wie groß die Speicherkapazität im Einzelnen ist. Insbesondere die Speicherung in tieferen Bodenschichten ist noch kaum erforscht. Klar ist bislang lediglich, dass abhängig von Bodentyp, Standort und Klima die Aufnahmefähigkeit eines jeden Bodens seine Grenzen hat. Ist der Boden erst einmal gesättigt, erhöhen auch weitere Einträge von Kohlenstoff dessen Gehalt nicht mehr. Schätzungen, wann dieser Punkt erreicht sein könnte, schwanken zwischen 20 und 100 Jahren klimagerechter Bewirtschaftung.

Außerdem spielt auch der Klimawandel eine begrenzende Rolle bei der Speicherfähigkeit: „Mit jedem Grad Erwärmung nimmt die Kohlenstoffbindung der Böden weiter ab“, warnt Friedhelm Taube. Oder anders formuliert: Je wärmer es wird, desto mehr Kohlenstoff gelangt in Form des Klimagases CO₂ erneut in die Atmosphäre.