Landwirtschaft und Klimawandel

Alessandra SENSI (Eurostat)

Obwohl auf die Landwirtschaft nur 9% aller Treibhausgase entfallen, ist sie die Hauptquelle der Emissionen von Methan (CH₄) und Distickstoffoxid (N₂O). Andererseits bietet die Umwandlung von landwirtschaftlich zu forstwirtschaftlich genutzten Flächen ein beträchtliches Potential zur Minderung des CO₂ in der Atmosphäre. Studien, die innerhalb des vierten Rahmenprogramms für Forschung und Entwicklung durchgeführt wurden, betonen, daß insbesondere der landwirtschaftliche Sektor unter den Folgen des Klimawandels zu leiden hat.

Das Kyoto Protokoll Eine Übersicht

Die globale Erwärmung und der Klimawandel sind derzeit das beherrschende Umweltthema auf internationaler Ebene. Im Rahmen des 1992 unterzeichneten Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen, wurden im Dezember 1997 in Kyoto rechtlich verbindliche Verpflichtungen zur Begrenzung und Verminderung von Treibhausgasen über das Jahr 2000 hinaus vereinbart.

Das Kyoto Protokoll, von 150 Staaten einstimmig beschlossen, verlangt von den Annex 1 Parteien (hauptsächlich Industrienationen) die individuelle oder gemeinsame Reduktion der Emission von sechs Treibhausgasen bis zum Verpflichtungszeitraum von 2008 bis 2012 um mindestens 5 %, bezogen auf 1990. Die Verpflichtung umfaßt folgende Treibhausgase: Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄), Distickstoffmonoxid (N₂O),Fluorierte Kohlenwasserstoffe (HFC), Perfluorierte Kohlenwasserstoffe (PFC) und Schwefelhexafluorid (SF6).

Die EU unternimmt Anstrengungen die Emissionen um ca. 8 % zu senken, im Vergleich zu einer 7%igen Verminderung der Emissionen der USA und einer 6%igen Reduzierung von Japan und Kanada. Auf der anderen Seite ist es Australien erlaubt, seine Emissionen um 8% zu erhöhen. Obwohl keine Emissionsminderungen für Entwicklungsländer beschlossen wurden, etabliert das Protokoll einen „clear development mechanism", um private Finanzströme und Kredite für Entwicklungsländer zwecks Emissionsreduktion zu lenken. 

Das Protokoll spezifiziert erstmals Ziele für die Netto - Emissionen, d.h. es werden nicht nur Emissionen sondern auch Senken berücksichtigt, die Aktivitäten der Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft (Aufforstung, Wiederaufforstung, Entwaldung) seit 1990 umfassen. Hinsichtlich der Berücksichtigung von Senken müssen jedoch entsprechende Modalitäten, Regeln und Richtlinien noch definiert werden.

Der Handel mit Emissionszertifikaten zwischen Industriestaaten zum Zwecke der Zielerreichung wurde als weitere Option aufgenommen, wird aber als zusätzliche Maßnahme angesehen. Dies erhöht die Bedeutung der Entwicklung von verläßlichen Methoden hinsichtlich der Erfassung von Emissionen und Senken.

Der Treibhauseffekt - was ist das?

Der Treibhauseffekt ist ein natürliches Phänomen, das weitgehend für das Leben auf der Erde, wie wir es kennen, verantwortlich ist. Die Ursache für dieses Phänomens ist die aus Gasen bestehende Lufthülle (Atmosphäre) der Erde, welche die von der Erdoberfläche ausgestrahlte Infrarotstrahlung zurückstrahlt. Durch menschliche Tätigkeiten, etwa die Verbrennung fossiler Energieträger und intensive Viehhaltung, ändert sich die Gaszusammensetzung der Atmosphäre. Infolgedessen wird natürlicherweise abgestrahlte Wärme zurückgehalten. Obwohl die Auswirkungen dieser Erscheinung noch nicht vollständig bekannt sind, herrscht doch Übereinstimmung darüber, daß sie unter anderem eine Erwärmung der Atmosphäre und eine Klimaänderung bewirken wird (IPCC, 1996). Infolgedessen ist mit einer zusätzlichen Erwärmung der Erdoberfläche und des unteren Teils der Atmosphäre zu rechnen. Dies wird Störungen im System der Geosphäre/Biosphäre zur Folge haben, insbesondere einen Anstieg der mittleren Temperatur der Erdoberfläche und des mittleren Meeresspiegelniveaus sowie extreme Wetterlagen. Für die Landwirtschaft könnten sich daraus ernste Folgen (z.B. eine Hemmung des Pflanzenwachstums) ergeben, da dieser Wirtschaftssektor weit stärker als andere vom Klima und Wetter abhängig ist. 

Im (Abbildung 1) wird die relative Bedeutung der Emissionen von Treibhausgasen ¹ innerhalb der EU gezeigt.

Zwar sind die tatsächlichen Emission einiger Treibhausgase wie Methan und Distickstoffoxid relativ gering, einige von ihnen sind aber wirksamer als andere, d.h. sie haben ein höheres Wärmerückhaltevermögen. Dieser Sachverhalt wird als Treibhauspotential bezeichnet und auf die Wirkung von 1 kg CO₂ bezogen. So hat 1 kg Methan über einen Zeitraum von 20 Jahren denselben Effekt wie 56 kg Kohlendioxid. Da CH₄ und N₂O in der Atmosphäre eine andere Verweilzeit haben als Kohlendioxid, variiert das Treibhauspotential je nach beobachtetem Zeitraum (Tabelle 1).

Die Landwirtschaft als Treibhausgasquelle und -senke

Die Landwirtschaft verursacht schätzungsweise 9 % aller Treibhausgasemissionen (Abbildung 2 und Tabelle 2). Sie ist die Hauptquelle von CH₄ und N₂O, die nach neuesten Schätzungen 48% der CH₄ Emissionen und 52% der N₂0 Emissionen innerhalb der EU ausmachen (Abbildung 3). Die Bedeutung der Landwirtschaft, sowohl als Quelle, als auch als Senke ² für Treibhausgase, variiert beträchtlich innerhalb Europas. Der Grund dafür ist die Einführung unterschiedlicher Landwirtschaftspolitiken sowie eine unterschiedlichen landwirtschaftlichen Praktiken.

Die Zwischenstaatliche Sachverständigengruppe für Klimaänderungen (IPCC) hat Leitlinien für nationale Treibhausgasinventare erstellt. Diese Leitlinien (IPCC 1996) unterscheiden "Landwirtschaft" sowie "Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft" wie folgt:

• "Landwirtschaft" bezieht sich auf die eigentlichen Tätigkeiten der landwirtschaftlichen Produktion, z.B. CH₄-Emissionen aus Viehwirtschaft und Reisanbau sowie N₂O-Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten Böden.

• "Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft" beinhaltet:
  
  
  1. Emissionen und Entzug von CO₂ als Folge forstwirtschaftlicher Maßnahmen,
  2. Emissionen verschiedener Treibhausgase aufgrund der Umwandlung vorhandener Wälder und natürlichen Graslandes für andere Arten der Bodennutzung,
  3. Entzug von CO₂ aufgrund der Aufgabe zuvor bewirtschafteter Flächen sowie
  4. CO2-Emissionen aus dem Boden und Aufnahme in den Boden und in planzliche Biomasse in Verbindung mit Änderungen der Landnutzung und der Bewirtschaftung

Diese Definitionen werden auch im folgenden verwendet.

1996 wurden von keinem Staat CO₂-Emissionen aus der Landwirtschaft gemeldet (Tabelle 3). Das Bild ändert sich allerdings, wenn Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft berücksichtigt werden, obwohl nur wenige Länder Daten über CO₂-Emissionen für diese Kategorie mitteilen. Genauer gesagt schätzen die meisten Länder, daß für Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft der Entzug von CO₂ die Emissionen übersteigt, und berichten lediglich Nettozahlen d.h. Entzug minus Emission. Soweit aber Daten über Emissionen geliefert wurden (Frankreich, Italien und Vereinigtes Königreich), entfallen auf CO₂ mindestens 24% der gesamten Treibhausgasemissionen auf diese beiden Kategorien (Abbildung 4). 

Nur drei Staaten haben CO₂ Emissionen der Kategorie Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft deklariert. Alle anderen Länder teilen lediglich Bilanzen zwischen Abbau und Emissionen mit, was generell einen Netto Abbau bedeutet. Diese werden deshalb als Senken bezeichnet (Abschnitt 3). 

Die Landwirtschaft erzeugt Treibhausgase

CH₄-Emissionen

Entsprechend den neuesten Zahlen aus dem Jahr 1996, ist die Landwirtschaft die Hauptquelle von CH₄-Emissionen (43 %), gefolgt vom Abfall (34 %) und der Energie (21%) (Abbildung 5).

Die Hauptemissionsquellen innerhalb der Kategorie "Landwirtschaft" sind die enterische Fermentation und die Düngewirtschaft, auf die 1996 ungefähr 71 % bzw. 24 % aller CH₄-Emissionen aus landwirtschaftlichen Tätigkeiten entfielen (Tabelle 4).

Die vom Nutzvieh abgegebene Methanmenge wird durch Multiplikation der Zahl der Tiere mit einem Emissionsfaktor pro Tier berechnet. Die Emissionsraten hängen hauptsächlich vom jeweiligen Verdauungssystem des Tiers und der Futteraufnahme ab.

Viehdung besteht im wesentlichen aus organischen Substanzen, die unter Sauerstoffabschluß (anaerobe Verhältnisse) von methanbildenden Bakterien zersetzt werden, wodurch Methan entsteht. Hauptfaktoren, die in die Berechnung von Methanemissionen der Düngewirtschaft eingehen, sind die erzeugte Menge an Dung und der Anteil, der anaerob abgebaut wird. Der erstgenannte Faktor richtet sich nach Art und Zahl der Tiere, der zweite ist in hohem Maße vom Klima und von den Verfahren der Mistlagerung und -behandlung abhängig. 

Die übrigen Emissionsquellen sind entweder für Europa nicht erheblich (Reisanbau, Abbrennen von Grasland) oder ihr Anteil an den CH₄-Emissionen ist recht niedrig (1996, 3 % aus landwirtschaftlich genutzten Böden und nur 0,3 % aus der Verbrennung landwirtschaftlicher Abfälle). 

In der Kategorie "Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft" entfielen fast 97 % der Emissionen auf "Sonstige Tätigkeiten der Landnutzungsänderung". Es handelt sich dabei beispielsweise um Wanderfeldbau, Überflutung und die Trockenlegung von Feuchtgebieten. Allerdings sind diese Ströme und ihre jeweilige Größe bislang noch nicht gut bestimmt(Kasten 1).

Distickstoffoxid-Emissionen (N₂O)

Die Landwirtschaft stellt auch die wichtigste Quelle von N₂O-Emissionen dar. Ihr Anteil an den Gesamtemissionen von N₂O beträgt etwa 52% gegenüber 27% für Produktionsprozesse, 16% für den Energieverbrauch und 4% für Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft (Abbildung 6).

Die N₂O-Emissionen aus der Landwirtschaft lassen sich unterteilen in 1) direkte Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden und aus der Nutztierhaltung, 2) indirekte Emissionen, bei denen Stickstoff das System in der Form von NOx oder NH₃ oder das Feld nach Auswaschung oder Abfluß in Form von Nitraten verläßt, sowie 3) Emissionen infolge der Verbrennung landwirtschaftlicher Rückstände.

Wie aus Tabelle 5 zu ersehen ist, stellt Punkt D "Landwirtschaftliche Böden" die größte Emissionsquelle dar (ungefähr 94 % in 1996). Er umfaßt die Emissionen durch das Ausbringen von Mist auf Böden, nicht jedoch die Emissionen bedingt durch Lagerung und –behandlung des Dungs. Dieser wird unter einer gesonderten Kategorie "Düngewirtschaft" aufgeführt, und belief sich 1996 auf 6% der N₂O-Emissionen.

Innerhalb der Kategorie "Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft" sind die "Anderen Tätigkeiten der Bodennutzungsänderung" bei weitem die Hauptquelle von N₂O-Emissionen (Kasten 2).

Emissionen von Kohlendioxid (CO₂)

1996 berichtete kein Mitgliedsland der EU über CO₂ Emissionen aus dem Sektor „Landwirtschaft", und lediglich drei Länder, Frankreich, Italien und das Vereinigte Königreich, machten Angaben in der Kategorie Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft. Die anderen Mitgliedsländer gaben nur Netto-Entzüge an, d.h. CO₂ Entzug minus Emissionen.

1996 entfielen 66 % der Brutto Emissionen auf „Veränderungen im Forst und anderen „waldartigen Biomassespeichern", 25 % auf „Umwandlung von Forst und Grasländern", und 8 % auf Emissionen aus Böden und anderen Bereichen.

Auch der Einsatz fossiler Energieträger für Landmaschinen und zum Heizen entstehen in der Landwirtschaft CO₂-Emissionen. Sie sind in Kategorie 1 "Gesamtenergieverbrauch" enthalten und nicht in Kategorie 3 "Landwirtschaft". Eurostat schätzt den Prozentsatz der energetischen CO₂-Emissionen der Landwirtschaft in der EU auf 1,6 % ³ (Abbildung 7 und Tabelle 6). Dabei dürfte es sich allerdings um eine zu geringe Schätzung handeln, da sich die Abgrenzung des Kraft- und Brennstoffverbrauchs in der Landwirtschaft von dem in anderen Sektoren oft nur schwer bewerkstelligen läßt (Kasten 3).

Land- und Forstwirtschaft können Treibhausgase beseitigen

Noch immer ist die Abschätzung der Menge an Treibhausgasen umstritten, die infolge landwirtschaftlicher Tätigkeiten und Landnutzungsänderung in der Atmosphäre absorbiert wird. Bislang ist hierfür noch keine IPCC-Methodik entwickelt worden. Die Länder wenden derzeit ihre eigenen Methoden an, so daß die Qualität der Emissionsschätzungen nicht gesichert ist (Tabelle 7). Mögliche Senken für Treibhausgase werden im folgenden kurz beschrieben:

CO₂-Entzug

Die Zahlen in Tabelle 7 zeigen, daß die wichtigste Senke für CO₂ der Wald darstellt, da junge Bäume viele Jahre lang ein erhebliches Potential zur Aufnahme von CO₂ haben. In ähnlicher Weise kann auch die Rückwandlung von landwirtschaftlichen Flächen in nicht bewirtschaftetes Grasland zur Bindung von Kohlenstoff führen. Andere CO₂-Senken in Böden stehen im Zusammenhang mit Änderungen der in den Böden gebundenen Menge von organischem Kohlenstoff.

N₂O-Senken in Böden

Aerobe Böden sind in der Regel N₂O-Quellen, aber in einzelnen Fällen wurde auch eine geringe Aufnahme in Trockenböden und Feuchtwiesen beobachtet. Theoretisch verfügen anaerobe Böden über ein großes Potential zur Reduzierung von N₂O zu N₂, da das Hauptprodukt der Denitrifikation in Böden in der Regel N₂ und nicht N₂O ist. Jedoch wurde über keine umfangreiche oder dauerhafte N₂O-Aufnahme berichtet. Solange es für eine erhebliche Aufnahme im Boden keine Hinweise durch zusätzliche Informationen gibt, wird die Aufnahme von N₂O im Boden nicht in die N₂O-Bilanz für landwirtschaftliche Systeme einbezogen.

CH₄-Entzug

Ebenfalls zu erwähnen ist die Rolle der Landwirtschaft als Senke für CH₄. Die Oxidation von atmosphärischem CH₄ durch gut entwässerte Böden hat einen Anteil von ungefähr 10 % an der globalen CH₄-Senke. Inwieweit Böden imstande sind, CH₄ zu produzieren oder zu verbrauchen, ist von der Bodennutzung und vom Bodentyp abhängig. Trockene, nicht bewirtschaftete Böden und Wiesen absorbieren unter Umständen CH₄. Bewirtschafteter Boden ist als solcher keine wesentliche CH₄-Quelle oder -Senke, obwohl in zahlreichen Studien nachgewiesen wurde, daß das Aufbringen von Stickstoffdüngemitteln auf Böden die Oxidation von CH₄ vielfach hemmt, d.h. daß Ammoniak möglicherweise als Hemmstoff für das Enzym wirkt, welches CH₄ zu CO₂ oxidiert.

1996 betrug der Entzug von CO2 in der Kategorie „Veränderungen im Forst und waldartigen Biomassespeichern" 86%, ca. 2% entfielen auf „Flächenaufgabe von bewirtschaftetem Land" und 11% auf „andere Landnutzungsveränderungen".

Für Frankreich, Italien und das Vereinigte Königreich zeigen die Werte in Tabelle 7 Brutto-Emissionen, während die anderen Länder für die Kategorie „Landnutzungsveränderung und Forstwirtschaft" Netto Entzüge angeben, d.h. Entzug von CO₂ minus Emissionen von CO₂. Die Netto-Entzüge für Frankreich, Italien und das Vereinigte Königreich beliefen sich 1996 auf 35.897.000, 24.255.000, -19.347.000 Tonnen. Große Unterschiede ergeben sich für Deutschland zwischen den Jahren 1990 und 1996, da der Schaden durch Überschwemmungen und Stürme 1990 außergewöhnlich hoch waren. Die Folge der Abholzung der durch Windwurf beschädigten Bäume zeigt sich in einer sehr geringen Menge an CO₂ Absorption für Deutschland.

Erwartete Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die Landwirtschaft

Im Rahmen des Vierten Rahmenprogramms für Forschung und Entwicklung wurden im Bereich Umwelt und Klima mehrere Untersuchungen über die Folgen von Klimaveränderungen durchgeführt. Die neuesten Ergebnisse dieser Projekte werden im folgenden beschrieben:

Änderung des Meeresspiegels in Europa

Der Meeresspiegel an den Küsten der Europäischen Union steigt derzeit um 1 bis 1,5 mm pro Jahr. In den größten Teilen des Nordostatlantiks und in der Nordsee wurde während der letzten Jahrzehnte eine Zunahme von Stürmen beobachtet. Zusammen genommen könnte dies in den kommenden Jahren zu einer Überflutungsgefahr für größere Gebiete führen, möglicherweise mit katastrophalen Folgen für die Ernten.

Wasserressourcen

In noch laufenden, von der EK finanzierten Projekten werden die Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die Wasserressourcen in Europa untersucht, insbesondere auf die Wasserverfügbarkeit, die Fließregime und auf Dürren. Obwohl nur mit geringen Änderungen der jährlichen Niederschlagsmengen gerechnet wird, sagen die Modelle erhebliche Veränderungen im Ablauf eines Jahres voraus, und zwar in der Regel stärkere Regenfälle im Winter und längere Trockenperioden im Sommer. Es gibt derzeit ein wachsendes Bewußtsein für das Problem der Desertifikation in europäischen Ländern, insbesondere im Mittelmeerraum. Für Südeuropa wird man mit einer Zunahmen der Evapotranspiration und der Erschöpfung der Grundwasserspeicher gerechnet. Die Folge könnte eine Einschränkung der Bewässerung in den Sommernonaten, die sich für, künstlich bewässerter, intensive Gartenbaukulturen nachteilig auswirken könnte. 

Die in den letzten Jahren eingetretenen Variabilität des Klimas, hat bereits zu einer dramatischen Wasserknappheit, Erosion, Erdrutschen und Ernteausfällen geführt. Diese Bedrohungen könnten sich schon durch recht geringfügige Verschiebungen im Wettergeschehen verschärfen, welche die Wasserversorgung und die Produktivität der Landwirtschaft eher beeinträchtigen als fördern würden.

Produktivität der Landwirtschaft

Schon recht kleine Klimaveränderungen können sich auf die landwirtschaftliche Produktivität auswirken. Die gegenwärtigen Produktivitätsunterschiede bei den einzelnen Kulturpflanzen dürften sich infolge klimatischer Veränderungen noch vergrößern. Das Überschreiten der Temperaturobergrenze für bestimmte Kulturpflanzen könnte in Teilen Südeuropas die Gefahr von Mißernten deutlich erhöhen, während es in Nordeuropa unter Umständen möglich sein wird, dank einer wärmeren und längeren Vegetationsperiode ein breiteres Spektrum von Kulturpflanzen anzubauen. Die Auswirkungen auf gegenwärtig in ganz Europa angebaute Kulturpflanzen dürften in Nordeuropa günstiger sein als in Südeuropa. Die Schwankungen der Ernteerträge von Jahr zu Jahr werden besonders stark von Änderungen der Klimavariabilität beeinflußt. Für Regionen, in denen Wassermangel den Ernteertrag beeinträchtigt, werden neben geringeren durchschnittlichen Erträgen auch größere Schwankungen des Ernteertrags von Jahr zu Jahr vorhergesagt. In einigen Fällen könnten sich Ertragseinbußen durch Anpassungsmaßnahmen in Grenzen halten lassen, etwa durch den Wechsel der Pflanzensorte und die Änderung des Aussaatdatums.

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