Wie der Klimawandel den Boden verhungern lässt

Es gibt nichts, was uns so direkt mit der Erde verbindet wie Nahrung. Dennoch wissen wir wenig über den Boden unter unseren Füssen. In einer Handvoll Erde finden sich mehrere Milliarden Bodenorganismen, ein Teil davon ist noch unbekannt.

Ihr Zusammenspiel ist komplex, die Artenvielfalt grösser als im tropischen Regenwald. Würmer, Bakterien, Pilze und Kleinstlebewesen machen den Boden fruchtbar und leisten so extrem viel für unser Überleben.

Die Rolle der Bodenorganismen ist noch wenig verstanden

Welche Rolle diese Lebensgemeinschaft im Boden in Hinsicht auf den Klimawandel spielt, sei bisher noch wenig verstanden, sagt Martin Schädler. Der Bodenökologe betreut das Flaggschiff des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), die «Global Change Experimental Facility» (GCEF).

Auf dem sieben Hektaren grossen Testgelände in der Nähe von Halle untersucht das UFZ, wie es dem Boden mit fortschreitender Klimaveränderung gehen wird. In dem 2014 begonnenen Versuch werden Felder unterschiedlicher Bewirtschaftungsformen auf ihre Reaktion untersucht. Auf 50 Parzellen werden Gras- und Ackerland mit konventionellem wie ökologischem Anbau in intensiver oder extensiver Bewirtschaftung verglichen.

Eine Zeitreise für die Testfelder

Die Bepflanzung der Hälfte der Testfelder wächst dabei sozusagen im Jahr 2070. Durch fahrbare Dächer werden Temperatur und Niederschlag so eingestellt, wie sie nach Prognosen in 50 Jahren in Mitteldeutschland sein werden. Nachts kühlt es dann weniger ab, Niederschläge im Sommer werden seltener, im Frühjahr und Herbst häufiger. Schädler erklärt im Video, wie das genau aussieht:

Der Boden bei Halle besteht aus fruchtbarer Schwarzerde, wie sie in Osteuropa, Teilen von Asien und Nordamerika häufig ist. Bei Landwirten ist sie beliebt, da sie gut durchlüftet ist und Wasser gut halten kann. Wenn man das Säen nicht vergesse, ernte man auf diesem Boden immer etwas, sagt Schädler gegenüber der «FAZ». Oberflächlich sehen die 400-Quadratmeter-Parzellen nicht viel anders aus als woanders auch.

Selbst guter Boden reagiert schnell

Auf den «Zukunftsfeldern» zeigte sich beispielsweise, dass Temperaturerhöhungen im Boden abgebildet werden. Der Temperaturanstieg ist dort sogar ausgeprägter als in der Luft. Ein Rückkopplungseffekt, nehmen die Forschenden an, da die dem Klimawandel ausgesetzten Felder weniger von isolierender Vegetation bedeckt sind.  Der Boden der weniger bewachsenen Felder kühlt nachts auch mehr ab. Das Frühjahr beginnt früher und der Herbst endet später.

Bereits zu Beginn des Versuchs gab es erste Überraschungen. Ursprünglich hatte der Bodenökologe angenommen, dass Schwarzerde die veränderten Bedingungen gut abpuffern könne. Im Versuch zeigte sich, dass sie Zeitreise und Klimawandel weit weniger gut verkraftet als gedacht. Schon nach kurzer Zeit gab es weniger Boden-Krabbeltiere als vorher.  

Milben, Springschwänze und Regenwürmer wurden nicht nur weniger, sondern auch weniger gross. Sie verloren zehn Prozent ihrer Körpergrösse. Auf einen Teil der Produktivität dieser Kleintiere wird der Boden also in Zukunft verzichten müssen. Das ist wichtig, denn die kleinen Krabbeltiere zerkleinern ständig organisches Material und machen es so für Pflanzen verfügbar.

Ob es daran liegt, dass die einzelnen Tiere weniger wachsen, oder ob kleinere Arten übernehmen, wissen die Forschenden noch nicht. Auf Dauer ist der Boden dadurch weniger fruchtbar, weil weniger Nährstoffe in den Boden verfrachtet werden. Die Produktivität sinkt.

Der Effekt war bei intensiv genutzten Äckern stärker. Was wenig erstaunlich ist, denn dort leben von vornherein weniger Kleinsttiere. Intensivnutzung und Klimawandel addieren sich, beeinflussen sich gegenseitig aber nicht, fanden die Forschenden.

Bakterien und Pilze, die eine Stufe kleiner sind, reagierten weniger empfindlich. Der bekannte Bodenökologe François Buscot nimmt an, dass bei zunehmender Trockenheit andere Bodenmikroorganismen die jetzigen Aufgaben im Boden übernehmen können. Wenn die Biodiversität gross genug ist, kann sich die Bodenbiologie so dem Klimawandel anpassen.

«Bad News»: die Produktivität wird sinken

Insgesamt verlangsamte sich die mikrobiologische Aktivität auf den Feldern, Pflanzenerkrankungen nahmen zu. Überraschend wenig Einfluss hatte die Zeitreise auf die Zusammensetzung der Pflanzen, dort gab es wenig Effekte.

Unter dem Strich ist der Klimawandel für die Nahrungssicherheit eine schlechte Nachricht. «Wir haben einen Rückgang der Produktivität. Selbst wenn es ausserhalb der Sommermonate mehr regnet und wärmer ist, macht das die negativen Effekte der Sommertrockenheit nicht wett», resümiert Schädler (ARD).

Die letzten beiden Sommer waren ein Vorgeschmack

Gewissermassen ein «Fast Forward» stellten die sommerlichen Dürren 2019 und 2020 dar, von denen der Osten Deutschlands besonders betroffen war. Die Krume war teilweise so trocken, dass die Forschenden kaum noch einen Regenwurm fanden. Die extensiv bewirtschaftete Grasfläche und die Ökolandbau-Flächen hielten wegen der grösseren Bodenbedeckung am längsten stand. Das intensiv bewirtschaftete Grünland ging 2019 ein und musste komplett umgebrochen werden.

Am GCEF wird weiter geforscht; der Versuch, der 2014 begonnen wurde, ist für mindestens 15 Jahre angelegt. Die bisher grösste Klimawandel-Versuchsanlage ist Grundlage zahlreicher Arbeiten zu den Auswirkungen des Klimawandels unter realistischen Bedingungen, nicht zuletzt auch auf die Landwirtschaft.