Bodenlose Zukunft? Wenn der Acker verschwindet

In ganz Deutschland unterscheidet man 69 verschiedene Bodentypen. Je nach Beschaffenheit haben die Böden unterschiedliche „Bedürfnisse“. Wichtig für das Pflanzenwachstum und die Bodenstruktur sind Mineralstoffe wie etwa Calcium, Natrium, Phosphor und Magnesium. Fehlen sie, muss der Landwirt sie durch Düngung dem Boden zuführen.
Die Gründe für die Bodenunterschiede liegen in der Vergangenheit. Als vor etwa 115.000 Jahren die letzte Kaltzeit einsetzte, starben Pflanzen und Wälder. Boden und Gestein wurden von Gletschern zerrieben und verschoben. Dort, wo dann Gletscher zufällig abschmolzen, ließen sie ihre Fracht liegen. So entstanden die Grundlage für das Mosaik der verschiedenen Böden und die unterschiedlichen Bedingungen für das Pflanzenwachstum. Sie machen es den Landwirten nicht leicht, die Felder richtig zu bewirtschaften.
Auch für Günter Zang, Landwirt in Schöllkrippen in Franken, ist es eine Herausforderung. Regelmäßig nimmt er Bodenproben und untersucht sie in seinem eigenen Labor. Unter dem Mikroskop zu sehen: Kleinstlebewesen. Ihr Verhältnis gibt Hinweise, wie es um den Boden bestellt ist. Durch das Abernten von Kulturpflanzen werden Nährstoffe dem natürlichen Kreislauf entzogen.  Landwirte müssen deshalb dem Boden mit Dünger immer wieder das zurückgeben, was durch die Ernte verloren geht. Günther Zang setzt inzwischen nur noch dann Dünger ein, wenn er einen Nährstoffmangel festgestellt hat. Die Bodenanalysen helfen ihm dabei. Sein Labor hat sich ausgezahlt – seine Böden sind gesund und die Ernten ertragreich.

Phosphat ist essenziell für das Wachstum von Pflanzen. Intensive Landwirtschaft ist heute in vielen Regionen darauf angewiesen, dem Boden Phosphat zuzuführen. Ein Mangel schwächt die Pflanzen. Die Folge: schlechtere Erträge und weniger Widerstandskraft gegen Schädlinge und Trockenheit. Deutschland muss nahezu 100 Prozent seines Bedarfs an Phosphat importieren, denn eigene abbaubare Phosphatvorkommen gibt es nicht. Nur an fünf Orten auf der Welt lagern Phosphatreserven, die in großem Stil abgebaut werden könnten. In den Regionen war vor Millionen von Jahren in flachen Meeren viel Phosphat gelöst. Plankton vermehrte sich explosionsartig – Nahrung für viele Meerestiere. Mikroorganismen zersetzten die Überreste des absterbenden Planktons und verbrauchten dabei viel Sauerstoff. Eine Todeszone entstand. Mit dem Absterben des Lebens reicherte sich das Phosphat im Sediment an. Der Ursprung der Lagerstätten. Doch nach Schätzungen könnte der Phosphat-Vorrat nur noch etwa 350 Jahre reichen.

Forschende verfolgen eine neue Strategie zur Phosphatgewinnung. Ein Start-up-Unternehmen in Eberswalde hat dafür spezielle Toilettenhäuschen entwickelt. Sie wollen die Notdurft mitsamt dem darin enthaltenen Phosphat in Humus verwandeln. Ihr Ziel: ein Substrat, das alle Nährstoffe für Pflanzen enthält und die Bodenstruktur von Humus aufweist. In großen Containern werden die Hinterlassenschaften zwei Wochen lang hoch erhitzt. So sollen Medikamentenrückstände und Krankheitserreger beseitigt werden. Anschließend kommen Grünschnitt und Kohle hinzu. Kohle bindet Nährstoffe und Minerale, Grünschnitt gibt Struktur. Die Biomasse wird regelmäßig gewendet und damit belüftet. Der Sauerstoffgehalt sollte nicht unter fünf Prozent sinken. Nur dann können bestimmte Bakterien effektiv arbeiten und den Humus aufbauen.
Ein guter Boden bindet Nährstoffe so, dass sie auch bei Starkregen nicht ausgewaschen werden. Ein Test soll zeigen, wie gut das Substrat der  Eberswalder Forschenden die Nährstoffe zurückhält. Qualitativ schneidet das Versuchssubstrat im Vergleich zum herkömmlichen Kompost besser ab. Doch noch fehlt dem Start-up die Zulassung für sein Produkt.

Im April 2011 fegte ein heftiger Sandsturm über die A19 bei Rostock. Die Folge: Eine Massenkarambolage mit Toten. Lokale Sandstürme treten immer wieder auf. Wie kann das sein – hier in Deutschland?
Seit einigen Jahren betreiben Forschende in Brandenburg eine Station mit einer speziellen Filteranlage. Der Filter fängt feinste Partikel ein, die zusammen mit den Sandkörnern in der Luft sind. Diese winzigen Teilchen können einen Hinweis darauf geben, woher der Sand kommt. Die gesammelten Daten der vergangenen Jahre zeigen ein regelmäßiges Muster: Besonders im Frühjahr und im Sommer steigt die Konzentration von organischem Feinstaub. Genau dann, wenn die Landwirte in Brandenburg den Boden bearbeiten. Die Sandböden Brandenburgs sind besonders anfällig für Erosion. So gehen jedes Jahr über 400 Kilogramm Humus pro Hektar verloren. Durch den Klimawandel wird sich die Situation noch verschärfen: Trockenheit und stärker werdende Winde fördern den Verlust an Boden. Die Folge: Sandstürme wie über der A19 drohen, häufiger zu werden.

In den nördlichen Regionen Kanadas sind die Auswirkungen des Klimawandels schon stärker zu spüren als bei uns. Die Erwärmung schreitet hier deutlich schneller voran. Wie reagieren die kanadischen Böden auf das wärmere Klima? Julia Schröder vom Thünen Institut in Braunschweig forscht an Bodenproben aus Kanada, die sie bei unterschiedlichen Temperaturen aufbewahrt. Regelmäßig bestimmt sie den CO2-Gehalt der Proben. Die Veränderung der CO2-Konzentration sagt etwas über die Aktivität der Bodenlebewesen. Je aktiver sie sind, je mehr Stoffe sie umsetzen, desto mehr CO2-entsteht. Bei höherer Temperatur entsteht mehr CO2 – das heißt, mehr Humus wird mikrobiell abgebaut. Im Mittel bei 20 Grad etwa doppelt so schnell wie bei 10 Grad. Nährstoffe werden schneller freigesetzt. Der natürliche Kreislauf wird buchstäblich angeheizt.
Wenn Bodenbewohner abgestorbene Pflanzen zersetzen, entsteht Humus. Mithilfe der enthaltenen Nährstoffe wachsen neue Pflanzen. Höhere Temperaturen beschleunigen den Abbau des Humus. Dabei wird mehr Kohlendioxid freigesetzt. Die Nährstoffe drohen, für die Pflanze schneller verloren zu gehen. Die Beschleunigung dieses Kreislaufs mit steigender Temperatur könnte ein Problem werden, denn die Fruchtbarkeit der Böden könnte leiden – und das nicht nur in Kanada. Noch wissen die Forschenden nicht, wie gut sich das Ökosystem der Böden an den Klimawandel anpassen kann.

In einer deutschlandweiten Studie messen Christopher Poeplau und sein Team vom Thünen Institut an über 3.000 Stellen den Humusanteil der Böden. Sie wollen herausfinden, ob der Humusgehalt bereits innerhalb eines Feldes schwanken kann. Im Abstand von 40 Zentimetern nehmen sie Bodenproben. Das Interesse der Forschenden gilt dem Kohlenstoff – einem wichtigen Indikator für den Humusgehalt. Die Untersuchungen zeigen, dass der Kohlenstoffgehalt innerhalb von 40 Zentimetern bis zu zehn Prozent variiert. Ein Grund dafür ist die Entstehungsgeschichte der Böden: Die unterschiedlichen Gesteinsformen wurden dabei durchmischt. Ideal wäre, wenn man jeweils einzelne Kulturpflanzen dort wachsen lassen könnte, wo sie zur Bodenqualität passen. Doch es fehlt die Technik, um in 40-Zentimeter-Abständen unterschiedliche Pflanzen anzubauen. Der Kompromiss wäre eine Mischung aus zwei verschiedenen Sorten auf dem gesamten Feld.
Forschende der Uni Bonn untersuchen, ob sich das für einen Landwirt lohnen würde. Die Auswertung der Ernten von zahlreichen Feldversuchen zeigt, dass die Erträge aus Mischkulturen auf gleicher Fläche sogar ein durchschnittlich 20 Prozent höheres Gewicht haben. Ein großer Nachteil von Mischkulturen: Die Pflanzen müssen gemeinsam geerntet werden. Doch sie sind nicht immer gleichzeitig erntereif. Zudem ist es schwierig, die Ernte anschließend sauber zu trennen. Dazu braucht es spezielle Sortiermaschinen. Noch fehlen an vielen Stellen technische Lösungen. Das Anbaukonzept findet daher bis jetzt nur selten den Weg in die Praxis.
Dennoch könnten Mischkulturen für manche Feldfrüchte in Zukunft attraktiv werden: Schließlich sind sie langfristig gut für die Böden und mindern die Gefahr von Ernteausfällen.

In einer kleinen Versuchsfarm in den Niederlanden wächst im siebten Stockwerk auf 150 Quadratmetern Salat. Für das nötige Licht sorgen LEDs. Wasser und Nährstoffe beziehen die Pflanzen aus Bottichen. Die Anlage wird vollautomatisch gesteuert. Maschinen registrieren, welche Nährstoffe den Pflanzen fehlen, und liefern diese bedarfsgerecht zu. Die Forschenden haben bereits pestizidfreie Ernten erzeugt, mit wenig Wasser- und Bodenverbrauch. Kann das ein Modell für die Landwirtschaft der Zukunft sein?
Noch nicht. Denn diese Anbaumethode verbraucht vor allem eines: Strom. Allerdings könnte die Technik dort zum Einsatz kommen, wo die Böden kaum etwas hergeben – wie etwa in Amerikas trockenen Prärielandschaften. In den USA gibt es bereits große Anbauhallen. Erst im großen Maßstab lohnt es sich, Salat und Gemüse in Hightechanlagen anzubauen. Für kleine Anlagen ist die Technik zu teuer, das frische Gemüse kaum bezahlbar. Dort, wo es fruchtbare Böden gibt, ist das Indoor-Farming daher noch keine Alternative. Doch für Polarforschende und in der Raumfahrt ist das frische Gemüse ein Segen.