Der Boden – Grundlage unseres Lebens

Fr, 04.12.2015 - 07:30 — Rattan Lal

Rattan LalIcon GeowissenschaftenDie vielen miteinander konkurrierenden Nutzungen des Bodens durch die noch immer wachsende Weltbevölkerung machen ihn zur stark gefährdeten Ressource. Der sorgsame, nachhaltige Umgang mit dem Boden und die Wiederherstellung degradierter und verarmter Böden sind daher unerlässlich, sie sind die Lösung wesentlicher globaler Probleme des 21. Jahrhunderts . Rattan Lal (Ohio State University), einer der weltweit führenden Bodenwissenschaftler, zeigt hier die Bedeutung des Bodens und seine Rolle im globalen ökologischen Wandel auf.*

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„Hallo, Ihr Leute. Wisst Ihr wer ich bin, was ich bin?

Ich bin die Geomembran der Erde. Ich bin der Euch schützende Filter, Euer Puffer, Euer
Vermittler von Energie, Wasser und biogeochemischen Stoffen. Ich bin der Erhalter Eures
fruchtbaren Lebens, bin Quelle der Elemente und Lebensraum für den Großteil der Organismen.
Ich bin die Grundlage, die Euch trägt, die Wiege Eurer Mythen und der Staub, aus dem Ihr
wiederkehrt. Ich bin ein Boden!“ (Richard Arnold)

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Mit diesen wenigen Worten hat der bekannte amerikanische Bodenwissenschafter Richard Arnold zusammengefasst was der Boden ist, was er vermag und welche fundamentale Rolle er für unsere Existenz spielt.

Der Boden reagiert auf (die von Menschen geschaffenen) globalen Herausforderungen und Probleme. Deren Lösungen finden wir - im wahrsten Sinn des Wortes - unter unseren Füßen.

Auswirkungen des Menschen auf den Boden (Abbildung 1)

Ein zentraler Punkt ist die Zunahme der Weltbevölkerung. Gegenwärtig gibt es 7,3 Milliarden Menschen, im Jahr 2050 werden es 9,7 Milliarden sein - stellen Sie sich vor, es erscheinen zusätzliche 2,4 Milliarden Gäste zum Abendessen - und 11,2 Milliarden im Jahr 2100.

Bodendegradation ist ein Problem, vom dem rund 24 % der Landfläche betroffen sind: durch Wassererosion gingen bereits 1,1 Mrd ha verloren, durch Winderosion 0,55 Mrd. ha. (Unter Bodendegradation versteht man: dauerhafte/irreversible Veränderungen bis hin zum Verlust der Strukturen und Funktionen von Böden durch natürliche oder anthropogene Störungen)

Abbildung 1. Wechselbeziehungen zwischen Mensch und Ökosystem Boden. Mit dem enormen Anstieg der Weltbevölkerung entsteht ein immer stärkerer Nutzungsdruck auf das Ökosystem (Beschreibung im Text).

Sekundäre Versalzung der Böden: diese tritt bei rund 20 % der bewässerten Landfläche - dies sind rund 300 Mio ha - auf.

Die Algenblüte ist Folge von Wasserverschmutzung, von übermäßigem Transport von Phosphor und anderen Elementen aus dem Agro-Ökosystem in das Wasser-Ökosystem. Vom Veralgen sind viele Wasserflächen betroffen, u.a. die großen Seen in den US, der Golf von Mexico.

Problem Urbanisierung: schon heute lebt die Hälfte der Weltbevölkerung bereits in Städten, im Jahr 2050 werden dies 60 – 70 % sein. Stadtgebiete werden bis 2030 um 152 Mio ha zugenommen haben. Dies entspricht 10 % der gesamten gegenwärtigen Ackerbaufläche.

Reduzierung der Biodiversität: mit dem Anstieg der menschlichen Bevölkerung geht ein sehr rascher Verlust an Arten einher – jährlich verschwinden 1000 bis zu 10 000 Spezies (ohne Einwirkung des Menschen wären es gerade 5 Spezies).

Entwaldung insbesondere in den Tropengebieten: in den 1990-er Jahren gingen dadurch jährlich 8 Mio ha verloren, in den 2000-er Jahren 7,6 Mio ha – dies bedeutet, dass jährlich Flächen in der Größe von Sri Lanka entwaldet werden.

Wasserressourcen: extensive Nutzung des - zum Teil fossilen – Grundwassers aus Grundwasserleitersystemen (Aquifere) führt zum drastischen Absinken der Grundwasserspiegel: einige Aquifere (u.a. der Ogallala Aquifer in den US, Aquifere in den Ebenen von Südasien und Nordchina) verzeichnen ein Absinken von bis zu 2 m im Jahr. Die Zahl der in Gebieten mit Wassermangel lebenden Menschen nimmt jedoch zu; waren es 2,3 Mrd im Jahr 2000, so werden es bereits 2025 schon 3,5 Mrd Menschen sein.

Emission von Treibhausgasen: Seit den Anfängen des Ackerbaus vor 10 000 Jahren haben wir aus dem gesamtem Kohlenstoffpool der terrestrischen Biosphäre – d.i. Vegetation und Böden zusammengenommen - bereits 486 Gigatonnen (Gt; 1 Gt = 1 Mrd t) Kohlenstoff in die Atmosphäre verloren. Aus den Böden des Ackerlands waren es nach meinen Schätzungen 80 Gt Kohlenstoff.

Böden sind endliche Ressourcen

Böden entstehen äußerst langsam - es dauert meistens mehrere tausend Jahre bis sich eine dünne fruchtbare Schicht gebildet hat. Böden sind daher in menschlichen Zeitdimensionen nicht erneuerbar. Zum Verbrauch der Ressource Boden tragen sehr, sehr viele Nutzungen bei, die miteinander konkurrieren: Landflächen dienen nicht nur der Landwirtschaft, sie werden der Industrialisierung gewidmet, der Urbanisierung einschließlich der notwendigen Infrastruktur (s.u.), der Schaffung von Erholungsräumen, u.a.m. Insbesondere greift auch die nutzungsbedingte Änderung der Artenvielfalt (der Bodenorganismen) in das System Boden ein. Dazu kommen viele weitere Öko-Dienstleistungen des Bodens, die wir noch sehr wenig verstehen.

Haben wir den „Peak Soil“ bereits überschritten?

Für viele knappe Ressourcen kann der Zeitverlauf der Gewinnung in Form einer glockenförmigen Kurve, wie der sogenannten „Hubbert Kurve“ dargestellt werden (benannt nach dem Geophysiker MK Hubbert, der mit dieser Kurve erstmals die Erdölförderung beschrieb): Am Beginn nimmt die Förderungsrate zu, bis ein Maximum – der Peak - erreicht ist. Dadurch werden die noch vorhandenen, endlichen Vorräte immer rascher aufgebraucht - ein exponentielles Abklingen der Förderrate ist die Folge. Es gibt einen „Peak Öl“, „Peak Phosphor“, „Peak Wasser“.

Ein derartiger Kurvenverlauf mit einem „Peak Soil“ erscheint auch für die Ressource Boden plausibel (Abbildung 2), der Peak dürfte hier aber schon überschritten sein. Nicht nur die Landwirtschaft, auch sehr viele andere Nutzungen konkurrieren ja um die endliche Ressource Boden (siehe oben).
Naturschutz, die Erhaltung unserer Böden sind von unabdingbarer Wichtigkeit: „Peak Soil“ bedeutet gefährdete oder bereits tote Böden - ebenso wie gewisse Arten von Vögeln und Tieren können auch Böden gefährdet oder schon vernichtet sein. Als Beispiel sind hier weite Flächen der Sahel-Zone zu nennen – es sind tote Böden, die bereits fast einen halben Meter Dicke und ihre ursprüngliche Charakteristik eingebüßt haben. Ein hoffnungsloses Bild: Die Bodenerosion wird in Afrika besonders gravierend ausfallen: Schätzungen gehen davon aus, dass bis 2090 dort 36 % des Bodens von Erosion betroffen sein werden, während es im globalen Mittel 14 % sein werden.

Abbildung 2. Haben wir den „Peak Soil“ bereits überschritten? Hypothetischer Zeitverlauf der endlichen Ressource Boden. Rechts unten: der tote Boden in der Sahel Zone.

Das Problem der steigenden Urbanisierung

Um für 1 Million Menschen Unterkunft und Infrastruktur zu schaffen werden 40 000 ha Land benötigt. Bei dem aktuellen Anstieg der Weltbevölkerung um 75 Millionen Menschen im Jahr bedeutet das, dass jährlich 3 Mio ha landwirtschaftlich nutzbare Flächen dafür umgewidmet werden müssen.

Mit der zunehmenden Verstädterung ist auch ein Wachsen der Megacities – d.i. von Städten mit mehr als 10 Millionen Einwohnern - verbunden: gibt es davon heute 28, werden es 2030 bereits 41 sein. Dies wirft enorme logistische Probleme auf. Eine Megacity mit 10 Mio Einwohnern benötigt täglich 6000 t Nahrungsmittel, die in die Stadt geliefert werden und nicht mehr an ihren Ursprungsort zurückkehren, die Abfälle verursachen und Umwelt und Gesundheit gefährden. In ausgedehnten Regionen, wo es wenige Bäume und Steine gibt – beispielsweise in Teilen NW-Indiens –wird zudem Boden abgetragen, um daraus Ziegel für den Hausbau zu produzieren.

Inwieweit können sich Böden erholen?

Die Fähigkeit eines Systems nach exogenen Störungen wieder zu seiner ursprünglichen Funktion zurückzukehren, wird als Resilienz (resilire = „zurückspringen“) bezeichnet. Der Boden verändert sich laufend. Als Folge von Störungen kann er eine Reihe von stabilen Zuständen einnehmen, in denen er seine Funktion (Produktivität) noch beibehält oder sich wieder erholt. Dies ist in Abbildung 3 vereinfacht dargestellt. Diese Resilienz ist gegeben, solange die Störungen mäßig ausfallen. Überschreiten sie aber einen kritischen Schwellenwert, so kann der Boden nicht in seinen vorherigen Status zurückkehren, sich nicht mehr erholen – sein Charakter und seine Funktion sind verloren gegangen (wie es beispielweise bei den erwähnten toten Böden in der Sahel Zone der Fall ist), er ist irreversibel degradiert.

Abbildung 3. Die Resilienz des Boden-Ökosystems. Der funktionsfähige Boden - hier durch eine graue Kugel gekennzeichnet- behält bei mäßigen Störungen die Funktion bei. Bei Überschreiten des kritischen Schwellenwertes kann das System nicht mehr in einen funktionsfähigen Zustand zurückkehren, sein Charakter ist verloren gegangen (rote Kugel).

Was sind nun die wesentlichen Eigenschaften der Böden? und Was sind die Schwellenwerte?

Hier müssen wir erst die zugrunde liegenden wissenschaftlichen Prinzipien verstehen, um geeignete Maßnahmen treffen zu können, bevor der kritische Schwellenwert überschritten wird, der zur irreversiblen Degradation führt.

Die landwirtschaftliche Bodennutzung

Analysiert man die gegenwärtige Landnutzung, so

  • beansprucht die Landwirtschaft - das heißt Ackerbau und Viehzucht - rund 40 % der globalen Landflächen. Davon sind 75 % - rund 3,7 Mrd ha – der Viehzucht gewidmet (teilweise kann auf diesen Flächen auch nichts anderes gemacht werden),
  • werden für die Bewässerung dieser Flächen rund 70 % des globalen Süßwassers verbraucht,
  • werden 30 – 35 % der globalen Treibhausgas-Emissionen durch die landwirtschaftliche Nutzung hervorgerufen.

Dennoch: für 1 von 7 Menschen – d.i. für mehr als 1 Mrd Menschen - ist die Ernährungslage unsicher und, 2 – 3 von 7 Menschen gelten als mangelernährt.

Der Nahrungsmittelbedarf in der Zukunft

Wie kann der Ernährungsbedarf beispielsweise im Jahr 2050 – bei einem Zuwachs von rund 2,4 Mrd Menschen - sichergestellt werden?

Die häufige Antwort darauf: indem wir die landwirtschaftlich genutzten Flächen erweitern. Natürliche Ökosysteme – seien es nun Wälder, Steppen oder Feuchtgebiete – in Ackerbau- und Viehzuchtsgebiete umwandeln.

Diese Anschauungen kann ich nicht teilen! Ich meine, wir müssen andere Wege ins Auge fassen und die Natur vor weiterer Ausbeutung schützen. Es gibt dazu eine Reihe von Möglichkeiten. Vorauszuschicken ist dabei, dass global gesehen bereits ausreichend Nahrungsmittel produziert werden, um auch 10 Mrd Menschen zu ernähren. Eine sichere Ernährungslage kann gewährleistet werden, indem

  • Abfälle drastisch (um 30 – 50 %) reduziert werden,
  • der Zugang zu Nahrungsmitteln erleichtert wird – Maßnahmen gegen Armut, Ungleichheit, politische Instabilitäten und Konflikte ergriffen werden,
  • die Verteilung von Nahrungsmitteln global verbessert wird,
  • mehr pflanzlich basierte Nahrung zum Einsatz kommt (dies bedeutet nicht den Verzicht auf Nahrung tierischen Ursprungs, sondern, dass vielleicht nicht alle drei Mahlzeiten täglich vom Tier kommen),
  • persönliche Verantwortung übernommen wird, nichts als selbstverständlich vorausgesetzt wird. Jeder von uns ist „Täter“ und „Opfer“. Wenn jeder auch nur eine geringfügige Verbesserung bewirkt: bei 7,3 Mrd Menschen kann dies eine enorme Auswirkung haben,
  • die Produktivität der bereits landwirtschaftlich genutzten Flächen erhöht wird, degradiertes Land wiederhergestellt wird. Mit den gegenwärtigen etablierten Technologien kann in vielen Regionen Afrikas (wo ich 20 Jahre lang gearbeitet habe) und auch in Südasien der Ertrag des Ackerlands um das Doppelte ja sogar um das Vierfache gesteigert werden.

Warum sollte man also die vorhandenen Ressourcen nicht in angemessener Weise nutzen, bevor man daran denkt ursprüngliches Land in Kulturland umzuwandeln?

Ernährungssicherheit zu erreichen, Landökosysteme zu schützen, wiederherstellen und eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern: diese Ziele gehören auch zu den „Sustainable Development Goals“ (SDGs; „Zielen nachhaltiger Entwicklung“), welche die Vereinten Nationen im September 2015 verabschiedet haben. Es sind dies 17 Hauptziele mit 169 Unterzielen, die für alle Staaten Gültigkeit haben und - mit einer Laufzeit von 15 Jahren - am 1.Jänner 2016 in Kraft treten.


*Prof. Rattan Lal hat freundlicherweise seinen Vortrag „The Solutions Underfoot: The Power of Soil“ (gehalten am 2. November 2015 im Konferenzzentrum Laxenburg) dem ScienceBlog zur Verfügung gestellt. Mit seinem Einverständnis wurde der Vortrag transkribiert, übersetzt und geringfügig für den Blog adaptiert. Auf Grund der Länge des Artikels erscheint dieser in zwei Teilen (Teil 2 am 11. Dezember 2015). Ein Video-Mitschnitt des Vortrags kann abgerufen werden unter: https://www.youtube.com/watch?v=Uh0TwQyw37A&feature=youtu.be.

Weiterführende Links

Bodenatlas - Daten und Fakten über Acker, Land und Erde (Kooperationsprojekt zum internationalen Jahr des Bodens von Heinrich-Böll-Stiftung, IASS, BUND, Le Monde diplomatique, 2015. Alle Grafiken und Texte stehen unter der offenen Creative Commons Lizenz CC-BY-SA ) https://www.bund.net/fileadmin/bundnet/publikationen/landwirtschaft/1501...

G. Miehlich: Böden – alles Dreck oder was? Gedanken zum Internationalen Jahr des Bodens. https://www.geo.uni-hamburg.de/bodenkunde/service/publrel/pdf/miehlich-2...

Globale Landflächen und Biomasse nachhaltig und Ressourcen schonend nutzen (Umweltbundesamt, Oktober 2012) https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/479/publikatio...

Sustainable Development Goals http://www.entwicklung.at/aktuelles/neue-globale-ziele/

Artikel zum Thema „Boden“ im ScienceBlog:



Kommentare

Sehr interessant, gern

Sehr interessant, gern gelesen.
Oben wird geschrieben: "Wassererosion gingen bereits 1,1 Mrd ha verloren, durch Winderosion 0,55 Mrd. ha"
Darf ich mir die Degradation so vorstellen, das (unter anderem) an Küsten durch Wellen etc. Land verloren geht?
An einigen Küstenabschnitten wird ja Material abgelagert. Gibt es da Zahlen wie viel ha dadurch neu hinzukommen?

Erosion an Küsten

Eine gute Beschreibung dieser Problematik

(einschliesslich eines kurzen Films), allerdings auf das UK bezogen, gibt es unter:

http://webarchive.nationalarchives.gov.uk/20140328084622/http://www.envi...
daraus:
- "Erosion can happen under any conditions, but its rate tends to increase when waves are powerful and water levels are high - for instance during storms or in high winds."
- "across England and Wales about 28 per cent of our coastline is affected in some way by erosion. However, rates vary according to location from close to zero to an average of 1.8 metres per year."

Zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die US-pazifischen Küsten:

"Climate Change Impacts to the U.S. Pacific and Arctic Coasts" - overview: http://walrus.wr.usgs.gov/climate-change/overview.html
daraus:
"We are developing rigorous research tools to understand the physical impacts that climate change and sea-level rise will have on dynamic geologic settings along Pacific and Arctic coasts. This research covers an enormous range of coastal settings: from permafrost coasts, to the Puget Sound estuary, the California coast, and low-lying Pacific atolls.

By understanding the effects of extreme storms, including coastal flooding, changes in the shoreline, and movement of sediment, we can develop better models for understanding long-term vulnerability of sea-level rise in various coastal settings, and help coastal managers and businesses plan for a changing climate."

Fazit: Die Voraussage wieviele ha erodierte Küsten in Zukunft dazukommen werden, hängt von den "Wind und Fluten"-Modellierungen ab, die für Representative Concentration Pathways (RCP) scenarios erstellt werden.
Als Beispiel dafür ein 455 p Report (für die RCPs 4.5 and 8.5 "that correspond to moderately mitigated and unmitigated greenhouse gas emissions, respectively"):
Future Wave and Wind Projections for United States and United States-Affiliated Pacific Islands
http://pubs.usgs.gov/of/2015/1001/downloads/ofr2015-1001_report.pdf

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