Wasserqualität (Teil 2): Landwirtschaft braucht Kreisläufe

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.

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