10 Milliarden Menschen ernähren: Mehr Lebensmittel auf weniger Land

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Aktualisiert am: 14 Dec 2020

Da die Weltbevölkerung bis 2050 auf geschätzt 9,7 Milliarden Menschen wachsen wird , werden wir mehr Land besiedeln und vor allem mehr Lebensmittel brauchen. Wie wir in früheren Kapiteln bereits gesehen haben, hat das Roden von Land für die Landwirtschaft einen signifikanten Einfluss auf die Umwelt . Um die wachsende Bevölkerung nachhaltig ernähren zu können , werden wir mehr Lebensmittel pro Fläche produzieren müssen . Dies ist gleichbedeutend mit einer Steigerung der Erträge.

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Ernteerträge erhöhen

Mit Ernteerträgen meint man die Menge an Pflanzen, die pro Landfläche geerntet wird . Heutzutage liegt der Ernteertrag bei nur 20% - 80% dessen, was möglich wäre . Diese Lücke ist vor allem in Entwicklungsländern deutlich , weswegen diesen bei der Verbesserung der weltweiten Ernteerträge ein besonderes Augenmerk gilt .

In diesem Kapitel werden wir uns die Faktoren näher ansehen, die die Ernteerträge verringern - zum Beispiel das Wetter, die Gesundheit der Pflanzen und die Bodenqualität - und anschließend, wie wir diese Probleme lösen können.

Problem 1: Wetter und Klima

Pflanzen benötigen Licht und CO₂ , um sich zu ernähren (dieser Prozess heißt Photosynthese). Aber die größte Beschränkung der Ernte entsteht durch Temperatur- und Wasserverhältnisse .

Ohne Wasser ist es für die Pflanzen schwierig, sich zu ernähren und Nährstoffe zu bekommen . Pflanzen benutzen Wasser auch, um sich selbst zu kühlen, also brauchen sie bei hohen Temperaturen mehr davon .

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Warum Pflanzen Wasser brauchen

Es wird erwartet, dass der Klimawandel die Temperaturen erhöht und die Verfügbarkeit von Wasser in vielen Regionen verringert, wodurch verheerende Verluste bei der Ernte entstehen könnten .

Problem 2: Schädlinge, Unkraut und Krankheiten

Weltweit verlieren wir 20% - 40% der Ernte durch Schädlinge, Unkraut und Krankheiten . Sowohl der Klimawandel als auch die intensive Landwirtschaft der meisten Bauern tragen zu diesen Verlusten bei .

Trotzdem sind diese Monokulturen gleichzeitig viel anfälliger für Schädlinge und Krankheiten: Wenn ein Schädling den Schutzmechanismen von nur einer Pflanze umgeht, kann das ganze Feld vernichtet werden !

Die größte biologische Bedrohung der Ernte ist Unkraut . Ohne Pflanzenschutzmittel würde alleine Unkraut einen Verlust von 32% der Ernte verursachen .

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Unkraut ist die größte biologische Bedrohung für Nutzpflanzen

Maßnahmen zur Unkrautbekämpfung wie Herbizide und die Kultivierung der Böden (z.B. Pflügen) verhindern über zwei Drittel der Verluste durch Unkraut . Trotzdem kann das übermäßige Ausbringen von Herbiziden dazu führen, dass die Unkräuter einen natürlichen Widerstand gegen Herbizide entwickeln . Wird der Acker gepflügt, um Unkraut loszuwerden, kann dies auch zu Bodenschäden führen .

Problem 3: Bodenschäden

Stickstoff, Phosphor und Kalium sind drei der wichtigsten Nährstoffe zur Unterstützung des Pflanzenwachstums . Ein Mangel an einem dieser Elemente wird die Ernteerträge erheblich einschränken .

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Wichtige Bestandteile der Pflanzenernährung

Bisher haben wir drei Probleme diskutiert, die die Ernteerträge signifikant senken: Bodenqualität, Schädlinge und Klima. Was können wir also tun, um sie zu lösen?

Lösung 1: Verbesserung der Bodenqualität

Das ganze biologische Material, tot oder lebendig, das sich in der Erde befindet, wird organische Substanz genannt .

Der Schlüssel zur Verbesserung der Bodenqualität ist, den Anteil organischer Substanz in der Erde zu erhöhen . Warum?

  1. Nährstoffe gelangen in den Boden, wenn Mikroben tote Organismen zersetzen .
  2. Kleinstlebewesen konkurrieren mit Pflanzenschädlingen und können die Fähigkeit von Pflanzen erhöhen, sich gegen Krankheiten zu wehren .
  3. Eine erhöhte organische Bodensubstanz erhöht die Menge an Kohlenstoff, die im Boden gespeichert werden kann .
  4. Organische Bodensubstanz hält den Boden zusammen, wodurch die Fähigkeit des Bodens, Wasser zu speichern, verbessert und das Risiko von Bodenerosion verringert wird .
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Vorteile der organischen Bodensubstanz

Wenn der Acker brach liegt, verliert er mehr Wasser durch Verdunstung und es gibt ein größeres Risiko, dass er durch Wind und Regen fortgespült wird . Außerdem sind brache Felder anfälliger für Unkraut . Schnell wachsende “Deckpflanzen” wie Roggen oder Buchweizen können gepflanzt werden, um mit Unkraut zu konkurrieren und die Erde zu schützen .

Alternativ kann eine organische Schutzschicht, zum Beispiel Stroh, auf dem Boden verteilt werden . Das nennt man Mulchen .

Auch effizienteres Gießen kann weitere Bodenschäden verhindern und zu höheren Erträgen trotz geringerem Wasserverbrauch führen .

Lösung 2: Agrarökologie

In natürlichen Systemen besteht ein Nährstoffkreislauf zwischen den Pflanzen und der Erde, wenn die Pflanzen im gleichen Boden wachsen und sterben.

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Natürlicher Nährstoffkreislauf

Wenn wir das Land bewirtschaften, wird der Kreislauf jedoch unterbrochen, da wir die Pflanzen ernten und diese die Nährstoffe nicht mehr an den Boden zurückgeben können.

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Nährstofffluss in einem landwirtschaftlichen System

Agrarökologie ist eine Strategie in der Landwirtschaft, die versucht, den natürlichen Kreislauf nachzubilden . Durch Nutzung der Beziehungen zwischen Pflanzen, Tieren und ihrer Umwelt minimiert das agrarökologische System den Bedarf an externer Düngung und erhöht die Produktivität und Nachhaltigkeit, während Verschmutzung und Abfallprodukte verringert werden .

Unterschiedliche Pflanzen benötigen unterschiedliche Mengen an Nährstoffen . Wenn man daher verschiedene Pflanzen auf demselben Feld anbaut, gleichzeitig oder abwechselnd, werden die verfügbaren Nährstoffe effizient genutzt, ohne sie vollständig aufzubrauchen .

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Fruchtfolgen und Zwischenfruchtanbau

Zwischenfruchtanbau erhöht die Vielfalt eines landwirtschaftlichen Systems . Das hilft, da vielfältige Systeme besser mit natürlichen oder ökonomischen Problemen umgehen können .

Lass uns ein Beispiel eines solchen Systems genauer betrachten. Bei der Agroforstwirtschaft werden Nutzpflanzen (teilweise auch Nutztiere) zusammen mit Bäumen auf dem gleichen Feld angebaut (und gehalten) .

Was ist daran so gut ?

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Agroforstwirtschaft

Die Bäume selbst speichern einen beachtlichen Anteil an Kohlenstoff in ihrem Holz und in den Wurzeln . Außerdem verbessert sich mit der Bodenqualität auch ihre Fähigkeit, CO₂ aus der Atmosphäre zu absorbieren !

Wenn verschiedene Pflanzen auf dem gleichen Acker wachsen, ist es unwahrscheinlicher, dass sie von Schädlingen und Krankheiten befallen werden .

Manche Pflanzen können durch chemische Signale die ganze Ernte vor Schädlingen schützen . Das kann wahre Wunder bewirken. In Ost- und Südafrika reduziert die Stängelbohrer-Raupe die Maisernte um bis zu 80% !

Die erwachsenen Motten der Stängelbohrer legen ihre Eier gerne auf dem Mais ab. Allerdings bevorzugen sie Napiergras, auch Elefantengras genannt, sodass die Raupen vom Mais “weggezogen” werden, wenn die Gräser am Feldrand gepflanzt werden .

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Vertreiben von Schädlingen

Im Gegenzug gibt es das Bettlerkraut (Desmodium), das einen chemischen Stoff produziert, der die Motten vertreibt. Außerdem schützt es die Nutzpflanzen vor parasitärem Unkraut .

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Unterstützung der Nutzpflanze

Zusammen eingesetzt erzeugen die beiden Pflanzen einen starken Push-Pull-Schutz gegen Insekten und Unkraut :

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Push-Pull-Technologie

Neben dem Schutz der Nutzpflanzen ist Desmodium eine der Pflanzengruppen, die in der Lage sind, den Boden mit Stickstoff anzureichern . Solche Pflanzen (dazu gehören auch Erbsen und Bohnen ) haben sich mit einer bestimmten Gruppe von Bakterien arrangiert, die in ihren Wurzeln leben . Diese Bakterien reichern den Stickstoff aus der Atmosphäre an und geben ihn der Pflanze im Austausch für Nahrung .

Teile dieses Stickstoffs gelangen in die umliegende Erde . Daher können diese Pflanzen im Wechsel oder in Kombination mit anderen Nutzpflanzen, die auf dem Feld wachsen, den Stickstoffanteil in der Erde wiederherstellen und somit den Bedarf an Dünger reduzieren .

Lösung 3: Precision Farming/Präzisionslandwirtschaft

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Präzisionslandwirtschaft

Die Bodenqualität kann innerhalb eines Feldes variieren, zum einen räumlich und zum anderen mit wechselnden Jahreszeiten . Die Präzisionslandwirtschaft verwendet Technologien, um diese Veränderungen zu messen und zu korrigieren. Durch ortsspezifische Erfassung und Probenentnahme kann die Verwendung von Wasser, Dünger und Pestiziden optimiert werden und dadurch die Erträge maximiert und Abfallprodukte minimiert werden .

Präzisionslandwirtschaft reduziert sowohl ökonomische als auch ökologische Kosten . Aber wie?

  1. Es vermeidet unnötige Stickoxidemissionen und Überdüngung durch ineffiziente Düngerverteilung (siehe vorheriges Kapitel) .
  2. Es wird weniger Energie benötigt, wenn Wasser nur zu durstigen Pflanzen geleitet wird .
  3. Es verringert den Aufbau überflüssiger Pestizide, was die Gefahr verkleinert, dass Schädlinge resistent dagegen werden und diese Gifte in das lokale Ökosystem gelangen .

Die Gesundheit und der Nährstoffbedarf der Pflanzen können durch Sensoren, die an Traktoren angebracht sind, überwacht werden. Außerdem können Drohnen über das Feld fliegen und dabei Unkraut oder andere Schädlinge erkennen .

Durch künstliche Intelligenz und GPS können die Routen der Traktoren optimiert werden, wodurch die Bodenbelastung und der Spritverbrauch so gering wie möglich gehalten werden .

Tatsächlich könnten Traktoren vollständig vermieden werden! Autonome Roboter wurden entwickelt, die Dünger und Pestizide direkt an den nötigen Stellen ausbringen . Dadurch können Arbeitskosten, Bodenverdichtung und CO₂-Emissionen reduziert werden .

Roboter könnten auch Unkraut jäten, zum Beispiel indem das Unkraut kleine Elektroschocks bekommt. Damit würden chemische Herbizide vermieden werden .

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Roboter für nicht-chemische Unkrautbekämpfung

Roboter sind nicht billig und die hohen Kosten haben viele Landwirte, vor allem in Entwicklungsländern, vor dem Umstieg auf diese Technologie abgehalten . Der Transfer neuer und alter Technologien in diese Regionen wird von entscheidender Bedeutung sein, wenn wir genügend Lebensmittel produzieren wollen . Dies erfordert erhebliche Investitionen sowie den Austausch von Wissen und Ressourcen zwischen verschiedenen Ländern .

Fazit

Offensichtlich müssen Änderungen an den traditionellen Anbaumethoden vorgenommen werden. Dabei werden sowohl natürliche als auch technologische Lösungen benötigt, um die Ernteerträge zu steigern und gleichzeitig den Abfall- und Ressourcenverbrauch zu reduzieren. Aber was wäre, wenn wir die Nutzpflanzen selbst verbessern könnten?

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