4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen

UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
4.1. Verfügbare erneuerbare Ressourcen
(1) Natürliche Prozesse in unserer Umwelt können
alle biologischen Abfälle und manche der “menschlichen” Abprodukte permanent aufarbeiten, reinigen
und wieder verfügbar machen.
UW - 4/1
Für die nachhaltige Nutzung zählen nicht die Vorräte, sondern nur
die auf Dauer ohne Umweltbeeinträchtigung erzielbaren Durchsätze. Diese werden letztlich durch die Sonneneinstrahlung
begrenzt.
Erinnerung: effektive Sonneneinstrahlung
100 W/m2
NPP Pflanzen
um 1 W/m2
intensiver Pflanzenanbau
4 W/m 2
Vergleich: techn. Nutzung der Sonnenenergie 30W/m2
Zersetzerketten: zerlegen organische Abfälle in ihre mineralischen
Bestandteile und machen sie für Pflanzen erneut verfügbar
vom Menschen neu geschaffene chemische Verbindungen: in der
Regel nicht abbaubar, deshalb Ansammlung als belastende
Schadstoffe
(2) Die natürliche Energiebindung in der Photosynthese ist eine dauerhafte “Quelle” sowohl von
Energie als auch von Rohstoffen.
- Energie: Nahrungsmittel (alle)
Energieträger (Holz, Holzkohle, Biogas, Treibstoffe)
- Rohstoffe: → Werkstoffe (Holz, Spanplatten, Papier, Pappe)
→ Faserstoffe (Wolle, Seide, Baumwolle, Leinen,
Zellwolle)
→ Chemiestoffe (Zucker, Alkohol, Stärke, Öle,
Fette, Eiweiße)
→ Wirkstoffe (Pharmaka, Farben, Arzneimittel,
Gifte)
Von allergrößter Bedeutung ist gerade die Leistungsfähigkeit der
“unberührten” Natur, da dort lebenswichtige Abbau-, Reinigungs-,
Rückführungs- und Stabilisierungsprozesse ablaufen!
(5)
Bei Nahrungsmitteln, Wasser, Luft und der
Entsorgung
organischer
Abfälle
sind
wir
ausschließlich auf ökologische Prozesse angewiesen.
(3) Nachhaltige Nutzung erneuerbarer Ressourcen
erfordert einen geschlossenen Stoffkreislauf und führt
deshalb auch bei einem hohen Durchsatz nicht zur
Umweltbelastung.
Beispiel: Die Verbrennung von Biomasse bei der energetischen
Nutzung setzt nur so viel CO 2 wieder frei, wie vorher von den
Pflanzen aus der Atmosphäre gebunden wurde.
Beispiel: Raumschiffe, Ökostation “Biosphäre 2” → nur mit viel
technischem Aufwand realisiert, nicht großtechnisch umsetzbar
(6) Die weitere Entwicklung der Menschheit (sowohl
Bevölkerungsgröße als auch Energie- und Rohstoffverbrauch) muß sich der Leistungsgrenze der Ökosphäre anpassen.
Nachhaltige Nutzung erfordert deshalb nicht die Isolierung
abbaubarer Abfälle, sondern deren Rückführung in die Umwelt!
(4) Die Verfügbarkeit erneuerbarer Ressourcen wird
von der Durchsatzleistung natürlich ablaufender
Prozesse bestimmt und ist deshalb nur bis zu einer
maximalen ökologischen Tragfähigkeit möglich.
Beispiel Ernährung: begrenzte Produktionsmöglichkeiten
→ bei pflanzlicher Nahrung wegen geringerer Verluste in der
Nahrungskette weit mehr Menschen ernährbar
Weltproduktion an Getreide 2200 Mill. Tonnen (2005) → sollte
ca. 11 Mrd. Menschen ernähren, wird aber zu 40 % an Vieh
verfüttert (in Industrieländern sogar zu 80 % !) → mehr als 800
Mill. Menschen sind unterernährt
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
UW - 4/2
Industrieländer: hohe Produktivität (Maschinen, Dünger !), z.Z.
hohe Subventionierung → Überfluß an Nahrungsmitteln
Entwicklungsländer: Monokulturen für Export (Kaffe, Kakao,
Zuckerrohr u.a.) statt Anbau von Nahrungsmitteln, Export
landwirt-schaftlicher Rohstoffe, geringe Kaufkraft (und diese sehr
ungleich verteilt) → Nahrungsmangel !!
(2) Bei einem weltweitem mittleren Getreideertrag von
2200 kg/ha (das entspricht einer extensiven u. damit
nachhaltigen Nutzung) sind bei rein pflanzlicher Ernährung etwa 1000 m2 Anbaufläche pro Person nötig.
Im übrigen haben sich die Erträge seit 1950 - trotz einer Verfünffachung der Mineraldüngergabe (!) - nur etwa verdoppelt und
stagnieren jetzt bei Maximalwerten um 12 000 kg/ha.
Quellen menschlicher Nahrungsenergie (Anteile):
Getreide
davon: Reis
Weizen
Mais
Wurzelfrüchte
davon: Kartoffeln, Yams
Früchte, Nüsse, Gemüse
Zucker
Fette und Öle
Tierprodukte und Fisch
56 %
21 %
20 %
8%
7%
5%
10 %
7%
9%
11 %
4.2. Nutzung der Landfläche
(1) Die für die Landwirtschaft verfügbare Fläche bleibt
annähernd konstant, aber die pro Kopf zur Verfügung
stehende Fläche nimmt ständig ab.
potentiell landwirtschaftlich nutzbar: 3.2 Mrd. ha = 25% des
eisfreien Landes, davon bereits 1.6 Mrd. ha landwirtschaftlich
genutzt (für Getreide: 0.7 Mrd. ha), der Rest ist Wald oder Weide
→ dies ergibt knapp 2400 m2 Anbaufläche pro Person (aber:
Industrieländer: > 5000 m2, Entwicklungsländer: < 2000 m2 ! )
Dies ergibt in grober Abschätzung eine Obergrenze
von etwa 16-17 Milliarden Menschen für die nachhaltige Ernährungskapazität dieser Erde.
Produktion: 1.5 Mrd. ha * 2.2 t/(ha a) = 3.3 Mrd. t/a,
Bedarf:
200 kg/(a P) = 0.2 t/(a P)
→ (3.3 Mrd. t/a) / (0.2 t/(a P)) = 16.5 Mrd. Personen
Dabei ist allerdings keine Nutzung als Tierfutter und keine
Energie- und Rohstofferzeugung berücksichtigt ! Somit stellt die
Zahl nur eine grundsätzliche obere Schranke dar, während die
tatsächliche Tragfähigkeit aus vielerlei Gründen deutlich darunter
liegt.
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
UW - 4/3
4.3. Moderne Landwirtschaft
(1) Die Dreifelderwirtschaft (= Abfolge von Wintergetreide, Sommergetreide und Brache (später
Hackfrucht)) bestand – später modifiziert - bis ins 19.
Jh. und orientierte sich deutlich an den Funktionsprinzipen natürlicher Ökosysteme. Insbeondere waren
die Stoffkreisläufe weitgehend geschlossen.
Die Dreifelderwirtschaft war die seit dem Mittelalter um etwa
800 n.Chr. in Europa weit verbreitete Bewirtschaftungsform in der
Landwirtschaft. Im jährlichen Wechsel wurde ein Feld mit
Wintergetreide (Roggen, Emmer) und eines mit Sommergetreide
(Hafer, Hirse, Gerste) bestellt. Das dritte Feld blieb als sogenannte
Brache ackerbaulich ungenutzt. Es diente jedoch als Viehweide.
(3) Die Anbaufläche verringert sich ständig als Folge
nichtnachhaltiger Nutzung, sie führt zur Zerstörung
der Pflanzendecke und der Wälder und zum
Anwachsen der Wüstengebiete.
Die Dreifelderwirtschaft bedeutete gegenüber früheren Anbauformen einen deutlich höheren Ertrag. Durch den Anbau von
Rotklee auf der Brache im 18. Jh. (später auch Kartoffeln, Rüben,
Hülsenfrüchtler) wurden die Bodenstruktur durch zusätzlichen
Stickstoff verbessert und die Erträge dadurch gesteigert.
Hauptquellen der Verluste: Straßenbau / urbane Entwicklung /
Industrie, Bodenerosion, Versalzung, Desertifikation
(4) Der Wald hat grundlegende Bedeutung für die
Kreisläufe von Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasser. Er
ist wesentlicher Regulator des Wasserhaushalts, des
Lokalklimas und der Nährstoffbereitstellung, und er
sichert die Sauberkeit von Luft und Gewässern sowie
die Artenvielfalt. Darüber hinaus schützt er
landwirtschaftliche Flächen vor Wind und Bodenerosion und besitzt einen hohen Erholungswert.
Der deutsche Wald ist fast ausschließlich Kulturwald, der durch
die Aufforstungen der letzten Jahrhunderte geprägt wird.
(5) In den Entwicklungsländern ist - bei einem bereits
geringen Waldbestand pro Person - der jährliche
Waldverlust sehr hoch. Tropische Waldböden sind
aber wegen des engen Nährstoffkreislaufs in den
Tropen nicht für eine dauerhafte landwirtschaftliche
Nutzung geeignet.
Der jährliche Verlust an tropischem Wald wird auf etwa 12 Mill.
ha geschätzt, dürfte aber vermutlich noch darüber liegen.
(6) In den Industrieländern finden wir eine ständig
fortschreitende Beeinträchtigung und Zerstörung von
Böden, Gewässern, Wäldern und anderen Ökosystemen vor allem durch Luftschadstoffe aus der
Verbrennung (aber auch landwirtschaftlicher und
anderer industrieller Nutzung).
Die sog. “neuartigen” Waldschäden haben in Deutschland (und
anderen europäischen Ländern) seit 1980 stark zugenommen und
sind eindeutige Folge von Luftschadstoffen, vor allem SO2 (aus
Kraftwerken und Heizungen) und Stickoxiden (von Fahrzeugen).
Seit Mitte der 90er Jahre stagniert der geschädigte Waldanteil.
Flächennutzung in Deutschland:
etwa 30% Felder, 20% Grünland, 30% Wald, dazu 5%
unkultiviertes Land, 5% Verkehrsflächen, 6% Gebäude und 4%
Gewässer
Bei 77 Mill. Einwohnern und 10.9 Mill. ha Feldfläche ergibt dies
etwa 1400 m2 Feldfläche pro Person. Allerdings gehen jährlich
über 50 000 ha Landwirtschaftsfläche verloren, das sind etwa 150
ha pro Tag!
- Nährstoffe wurden durch organischen Dünger zurückgeführt, im
Brachejahr konnte sich der Boden erholen, Verluste wurden
durch Einbringen von Wald- und Heidestreu oder Grassoden
ausgeglichen
- Beweidung in der Allmende, als Gemeinschaftswald nicht
gepflegt, degradierte den Wald
- Schädlingsbefall war durch Fruchtfolge erschwert
- Erträge lagen um 2000 kg Getreide pro Hektar
(2) Durch den Strukturwandel zur modernen Landwirtschaft wurde der Nährstoffkreislauf aufgebrochen,
es erfolgt keine (oder kaum noch) Rückführung von
Nährstoffen in organischen Abfällen. Verluste werden
deshalb durch Verwendung von mineralischem
Industriedünger ausgeglichen, der zugleich der
Ertragssteigerung dient.
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
Anfangs des 19. Jh. wurde die Dreifelderwirtschaft durch die
Fruchtwechselwirtschaft abgelöst:
- Waldweide wurde verboten, Acker und Grünland mußten
Viehfutter liefern
- nach 1840 (J. v. Liebig) beginnt anorganische Düngung
→ Folge: bis 1890 vervierfachen sich durchschnittliche Flächenerträge bei Winterweizen, Roggen und Spätkartoffeln
- Anzahl der in der Landwirtschaft Tätigen nimmt stark ab
- Spezialisierung in reine Pflanzenproduktion (ohne Tierhaltung)
und intensive Tierzucht → Mist und Gülle fallen in der
Massentierhaltung in großer Menge an, werden nicht zurück-geführt u. verseuchen die Landschaft (u.a. Grundwasser !)
Großbetriebe: mehr als 5 Großvieheinheiten (GVE) pro Hektar
(1 GVE = 1 Rind = 5 Schweine = 60 Hühner)
ausgewogener Viehbesatz im ökologischen Landbau: 1 GVE/ha
(3) Moderner Anbau verlangt heute hohe Gaben an
mineralischem Dünger zur Ertragssteigerung und zur
Kompensation von Nährstoffverlusten. Der mittlere
Düngereinsatz liegt allerdings weit über dem
Nährstoffentzug durch gute Ernten. Die Nährstoffüberschüsse belasten die Umwelt (Grundwasser,
Atmosphäre). Bei Überdüngung kann sogar ein
Ertragsabfall erfolgen.
UW - 4/4
überwiegend als Nitrat (z.T. auch als Ammoniak) verloren.
Agrarökosysteme produzieren in erheblichem Maße organische
Abfälle, vor allem als Tierexkremente, als Siloabwässer und als
Reinigungsabwässer. Die heute weit verbreitete Form der
Intensivtierhaltung erzeugt enorme und hochkonzentrierte (punktförmige) Quellen der Nitrat- und Phosphatbelastung. Der Grad der
Verschmutzung des Abwassers aus der intensiven Rin-derhal-tung
wird je Tier auf etwa zehn Einwohneräquivalente geschätzt. Eine
direkte Verschmutzung von Oberflächenwasser ist jedoch
kontrollierbar, problematisch ist der Austrag über den Boden.
(4) Moderner Anbau erfolgt heute auch durch massive
Verwendung von chemischen Mitteln zur Schädlingsund Unkrautbekämpfung sowie Wachstumssteuerung.
Vor allem Herbizide (gegen Unkräuter; rund 60%)
und Fungizide (gegen Pilze; rund 25%) ergeben mehr
als 85% aller eingesetzten Biozide. Dies ergibt eine
mittlere jährliche Belastung von rund 2.5 kg
Wirkstoffen pro Hektar landwirtschaftlicher Nutzfläche.
Dabei führen chemische Biozide oft schon nach
wenigen Generationen zur Resistenzbildung, was die
Entwicklung neuer Mittel erfordert.
→ Folge: hohe Betriebskosten, aber seit 1950 trotz fünffacher
Düngermenge (Stickstoff) nur Verdopplung der Erträge erreicht,
Nitratbelastung des Grundwassers
Probleme:
- trotz gewaltigen Einsatzes an Bioziden haben sich die Ertragsverluste in der Landwirtschaft kaum verringert (welweit
geschätzt: 10 - 30%)
- mit jedem neuen Mittel bilden sich auch wieder resistente
Stämme, vor allem bei Insekten mit kurzen Generationsfolgen
- dichte Monokulturen bewirken oft konzentrierten Schädlingsbefall
- durch Biozide häufig auch natürliche Feinde vernichtet
Nährstoffentzug und mittlerer Düngereinsatz
Nährstoffentzug von Weizen
in kg/ha (bei Körnerertrag 5 t/ha)
Düngereinsatz in kg/ha
(Durchschnitt je ha LNF)
Bis 1940 wurden organische Derivate, wie Nikotin u. a., und nur
in geringen Mengen eingesetzt. Seitdem wird eine breite Vielfalt
komplexer synthetischer Stoffe verwendet, zuerst Insektizide, seit
den fünfziger Jahren auch immer mehr Fungizide und Herbizide. Die meisten Pestizide gelangen mit den Pflanzen in den Kreislauf
des Agrarökosystems (mit Blättern und Wasser aufgenommen).
Sie können über große Entfernungen transportiert werden und dort
andere Ökosysteme belasten. - Heute werden 70% aller Pestizide
in den USA und Westeuropa eingesetzt.
mineral D. Stalldünger Summe
Stickstoff
Phosphat
Kali
Kalk
Magnesium
150
60
110
30
15
132
55
80
123
70
35
95
70
202
90
175
193
Lösliche anorganische Düngemittel - insbesondere Stickstoff -,
die im Überschuß ausgebracht und nicht von den Pflanzen aufgenommen oder im Boden fixiert werden, verlassen das System,
indem sie ausgewaschen werden. Während Phosphor stärker in
Form schwerlöslicher Komplexe gebunden wird, geht Stickstoff
(5) Hochertragssorten sind problematisch, da sie ihre
hohen Erträge nur unter optimalen Bedingungen
erreichen (d.d. Bewässerung, Düngung, Schädlingsbekämpfung, Einsatz von Maschinen). Durch die
Verwendung von immer weniger Hauptsorten geht
auch die genetische Vielfalt verloren, die zur
Anpassung an Umweltveränderungen und zur
Züchtung nötig ist.
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
Frucht:
Mais
Kartoffeln
Zuckerrüben
Weizen
Zahl der Sorten:
Hauptsorten:
197
82
16
269
6
4
2
9
UW - 4/5
Beispielsweise ging die erfolgreiche Ertragssteigerung bei den
neuen, genetisch einförmigen Reis-Stämmen mit dem Fehlen von
Resistenz gegenüber Krankheit und Dürre einher (die bei den
traditionellen Varietäten vorhanden war).
Als „Grüne Revolution“ wird der Versuch der Weltbank
bezeichnet, seit den 1960ern in Asien (speziell Indien), Afrika und
Lateinamerika durch damals moderne Agrartechnik die Armut zu
bekämpfen und die Ernährungssicherheit bei stark wachsender
Bevölkerung sicherzustellen. Die Ertragssteigerungen in der
Landwirtschaft erfolgten durch die Umstellung auf Monokulturen
und die gezielte Kreuzungszüchtung (Hybridisierung) verschiedener Getreidearten etc. Die Bauern wurden dabei durch professionelle Züchter beraten und setzten vermehrt neu gezüchtetes
Saatgut ein. Die Züchtung führte teilweise zur Entwicklung von
sogenanntem "hungrigen" Saatgut, also solchem, das nur durch
verstärkten Input (Dünger, Wasser und Pestizide) höheren Ertrag
erbringt. Die Zahl der angebauten Sorten ging in diesem Prozeß
stark zurück. In Indien ging die Zahl der Reissorten von etwa
50.000 um 1960 auf etwa 50 Sorten Ende der 90er Jahre zurück.
Positiv muss vermerkt werden, dass sich die Erträge durch die
Grüne Revolution bei gleicher genutzter Fläche stark erhöhten.
Die Bevölkerung wäre mit traditionellen Anbaumethoden nur
durch eine starke Ausweitung der Anbauflächen zu versorgen
gewesen, was in einigen Ländern kaum möglich gewesen wäre
und darüber hinaus zu massiven Umweltproblemen geführt hätte.
Probleme: - etwa 90% der Erntemenge dient der Erzeugung
tierischer Produkte
- intensive Landwirtschaft verbraucht zehnmal so viel fossile
Energie wie in der produzierten Nahrung selbst enthalten ist
(7) Traditionelle landwirtschaftliche Verfahren sind
wesentlich energieeffizienter, allerdings bei geringeren Hektarerträgen.
Die unrationelle Energienutzung läßt sich somit nur durch die
höheren Hektarerträge rechtfertigen.
Beispiel Reisanbau (Energiegehalt 15 MJ/kg):
So hat die “Grüne Revolution” zwar zur Ertragssteigerung beigetragen, aber zugleich die sozialen Spannungen auf dem Lande
weiter verschärft. Die Kosten für Dünger, Wasser, Herbizide und
Insektizide übersteigen bei weitem die finanziellen Möglichkeiten
der kleinen Landwirte. Damit waren die neuen Varietäten nur für
die reichen Großgrundbesitzer von Vorteil, nicht aber für die
Subsistenzbauern, die als Selbstversorger dringender auf Nahrung
angewiesen sind. Außerdem belasten die jetzt verwendeten Methoden die Umwelt und zerstören ökologische Abläufe, die z.B.
zukünftige Bodenfruchtbarkeit garantieren.
(6) Die moderne Nahrungsmittelversorgung besitzt
(wenn man alle direkten und indirekten Aufwendungen bzw. Verluste verrechnet) einen extrem
niedrigen Wirkungsgrad von wenigen Prozent.
Für die 3.6 GJ Jahresbedarf eines Menschen an
Nahrungsenergie werden etwa 80 GJ Biomasseproduktion und zusätzlich 35 GJ fossile Energie
gebraucht.
Traditioneller Anbau: Philippinen
- Energieaufwand (Maschinen, Geräte): 0.173 GJ/ha
- Ernteertrag: 1250 kg/ha
- Energiegehalt des Ertrags: 18.75 GJ/ha
- Verhältnis Nahrungsenergie zu Energieaufwand: 108:1
“Moderner” Anbau: USA
- Energieaufwand (Maschinen, Geräte, Treibstoff, Dünger,
Bewässerung, Biozide, Trocknung, Transport): 64.9 GJ/ha
- Ernteertrag: 5800 kg/ha
- Energiegehalt des Ertrags: 87 GJ/ha
- Verhältnis Nahrungsenergie zu Energieaufwand: 1.34:1
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
UW - 4/6
→ Landwirtschaft kann mit geschlossenen Nährstoffkreisläufen
auch bei intensiver Nutzung ohne Bodenerschöpfung betrieben
werden (Beispiel: Reisfelder Südostasiens)
(8) Die Ertragsmaximierung der modernen Landwirtschaft geht auf Kosten der Stabilität des landwirtschaftlichen Ökosystems, die durch hohem Mittelaufwand künstlich aufrecht erhalten werden muß.
Nachhaltigkeit ist deshalb auf Dauer nicht gegeben
(u.a. durch Grundwasserverseuchung, Verbrauch
fossiler und mineralischer Ressourcen, Verlust der
Bodenfruchtbarkeit, Resistenzbildung bei Schädlingen).
(2) Gut geführter ökologischer Landbau kann ähnlich
hohe Erträge bringen wie konventionelle Betriebe. Der
Arbeitsaufwand ist zwar um etwa 20% höher (vor
allem im Hackfruchtanbau) als im konventionellen
Gemischtbetrieb, dafür entfallen viele Ausgaben für
Handelsdünger, Chemikalien und Futterzusatzstoffe.
Allerdings müssen weitere ökonomische Anreize geschaffen werden, den ökologischen Landbau umfassender zu fördern (z.B. Agrarpolitik der EG!).
Als Folge ist eine ökologisch bedrohliche, nicht nachhaltig
durchführbare Produktionsform entstanden, die ohne geschlossene Nährstoffkreisläufe mit unrationell hohen Rohstoff- und
(fossilem) Energieeinsatz auf Kosten sich rasch erschöpfender
Ressourcen (Phosphat, Energie) wirtschaftet und gleichzeitig
weltweit enorme soziale Probleme geschaffen hat (Bauernsterben,
Verarmung, Abwanderung und Elend in den Städten).
Übrigens: In Mitteleuropa ist die Landwirtschaft der größte
Umweltverschmutzer !!
4.4. Nachhaltige Landwirtschaft
(1) Methoden des alternativen Landbaus erfordern
vor allem eine Schließung der Nährstoffkreisläufe,
Verzicht auf Industriedünger und Biozide, eine
Förderung des Bodenlebens sowie insgesamt eine
ganzheitliche Betrachtung der landwirtschaftlichen
Produktion
Beispiele für mögliche Verfahren:
- Rückführung der Nährstoffe (→ Gemischtbetriebe mit Pflanzenanbau und Viehzucht)
- Ausbringen von Gesteinsmehl (mit P, K, Ca, Mg)
- Stickstoffbindung durch Bodenorganismen
(Anbau von Leguminosen, Gründüngung)
- Fruchtwechsel
- biologische Schädlingsbekämpfung, Pestizide nur bei Überschreiten der wirtschaftlichen Schadensschwelle
- mechanische Unkrautbekämpfung
- Förderung von Abwehrkräften, keine Hochleistungssorten
- Verzicht auf übliche Qualitätsanforderungen
(3) a) Die notwendige Stickstoffdüngung ist vor allem
durch das Ausbringen von Stallmist und den Anbau
von Leguminosen erreichbar.
b) Ein Fruchtwechsel führt zu ständig wechselnden
Umweltbedingungen und verhindert deshalb die
Ausbreitung von Schädlingen und Unkräutern.
c) Biologische Verfahren des Pflanzenschutzes
nutzen die natürlichen Regelkreise in Ökosystemen
und vermeiden damit chemische Mittel weitgehend.
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
UW - 4/7
Integrierter Pflanzenschutz: Kombination von biologischen
Verfahren, kulturtechnischen Pflegemaßnahmen und einem
Minimum an chemischen Maßnahmen
4.5. Waldnutzung durch Forstwirtschaft
(4) Auch durch die Einbeziehung künstlicher Teiche
in die Landwirtschaft lassen sich die Nährstoffkreisläufe besser schließen: Die Abfälle von Mensch und
Tier werden im Teich zersetzt, liefern Nährstoffe für
Wasserpflanzen, diese dienen als Fisch- und Tierfutter, und Schlamm dient als Dünger auf den Feldern.
Vorbild: Teichlandwirtschaft in Südostasien
(5) In tropischen Gebieten ist eine Kombination von
Wald-, Feld- und Futterbau günstiger, da sie die
dortigen ökologischen Bedingungen besser nutzt.
Brandrodung darf nur in ausreichendem zeitlichen und
räumlichen Abstand erfolgen.
(1) Der Wald besitzt in Mitteleuropa eine große
ökologische Bedeutung (durch Windbremsung,
Wasserhaltung, Reinigung von Luft und Wasser, als
Artenreservoir u.a.), er ist aber auch ein wichtiger
ökonomischer Faktor (Holzlieferant; Erholungswert)
(2) Obwohl die Nutzung der Wälder überwiegend
nachhaltig geschieht, d.h. kaum irreversible Eingriffe
erfolgen, hat sie doch - und zwar nicht nur aus der
Sicht des Naturschutzes (!) - zu einer deutlichen Wertminderung der Wälder geführt. Die Forstwirtschaft der
letzten Jahrzehnte hat sich vor allem einseitig auf den
Anbau weniger bevorzugter Baumarten konzentriert
und durch die Schaffung von Altersklassenbeständen
die Strukturvielfalt der Wälder (und damit deren
Artenreichtum) stark verringert.
Das ist kritisch, weil Wälder die einzigen terrestrischen
Großraumbiotope sind, in denen ökosystemare Prozesse noch
relativ ungestört ablaufen können.
(3) Problematisch sind insbesondere folgende Maßnahmen der Forstwirtschaft:
- Bevorzugung weniger Baumarten in Monokulturen
- Anpflanzung gleichaltriger Bestände
- Unterdrückung früher Sukzessions- und Zerfallsstadien
- kurze Umtriebszeiten (mit schnellwüchsigen Baumsorten)
- Aufgabe alter Wirtschaftsweisen
- Entwässerung von Feucht- und Naßwäldern
- Düngung ertragsschwacher Standorte
- Einsatz von Pestiziden
(6) Biomasse liefert nicht nur Nahrung und Futter,
sondern ist ebenso Rohstoff und Energieträger, der
über Gärung, Verbrennung und Verschwelung in der
Zukunft sehr viel stärker genutzt werden kann.
Gebraucht werden deshalb:
- nachhaltige Anbauverfahren (Feldanbau, Wald, Gehölze in
Plantagen)
- bessere Aufschließungsverfahren (z.B. Stroh und Holz als
Futter)
- Züchtung besserer Sorten (mehr Photosynthese, höhere
Stickstoff-Fixierung)
- Weidewirtschaft mit Wildtieren (weil keine Konkurrenz zu
Ackerflächen)
(4) Weitere Belastungen des Waldes ergeben sich
aus den neuartigen Waldschäden (als direkte Folge
von Luftschadstoffen) und deren sekundären
Wirkungen durch die Schwächung der Bäume
(Windbruch, Massenvermehrung von Schädlingen).
Baumsterben ist letzlich eine komplexe Wirkung von Schadstoffimmissionen. SO2 und Ozon beeinträchtigen die Funktion der
Spaltöffnungen und reduzieren damit die Photosynthese. Die
Bodenversauerung schädigt die Neubildung von Feinwurzeln,
erschwert die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen und erhöht
damit (vor allem in trockenen Jahren) den Wasserstreß.
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
UW - 4/8
Seefischerei: bei 60 Mill. t/a (Max. 1971 bei 70 Mill. t)
→ maximal bis ca. 100 Mill. t/a steigerbar
Alternative(?): Krill ( ökologische Folgen unklar !)
→ eigentliche Alternative ist nur eine moderne Aquakultur !
4.7. Aussterben von Arten
(1) Als Folge menschlicher Eingriffe sterben heute
viel mehr Arten aus, als durch den evolutionären
Prozeß ersetzt werden.
“normal”: Aussterben von weniger als 1% der Arten in etwa
10000 Jahren
heute: mehr als 100 mal höher (bei 500 - 1000 Arten pro Jahr)!
(2) Das Aussterben von Arten ist bedrohlich, weil
- genetische Vielfalt (und damit potentiell nützliche
Information) verlorengeht und
- Ökosysteme durch den Verlust von Schlüsselarten
gefährdet sind.
in Deutschland sind nur folgende Sortenzahlen von Bedeutung:
bei Getreide 5, bei Hackfrüchten 2, bei Gemüse 10, bei Obst 13,
bei Gras 5, für Fleischerzeugung 2, Bäume für Holzproduktion 2
→ insgesamt höchstens 300 ... 500 Arten, die uns nutzenswert
erscheinen
4.6. Nahrung aus Gewässern
(1) Wegen Nährstoffmangel, der nur oberflächlichen
Sonneneinstrahlung und der langen Nahrungsketten
ist die Produktivität des Meeres gering.
Mittlere Nettoprimärproduktivität:
offenes Meer:
Küsten:
Riffe, Mündungen:
um 2 000 kJ/m2 a
6 000... 10 000 kJ/m2 a
über 30 000 kJ/m2 a
vor allem Tierarten erfüllen oft wichtige “Schalterfunktionen”:
blütenbestäubende Hautflügler, Zweiflügler und Schmetterlinge;
Verbreitung von Samen durch Vögel, Säugetiere, Ameisen;
holzbewohnende und tote Pflanzenteile aufschließende Insekten
und Pilze
wichtigste Ursachen des Artensterbens: Zerstörung von
Lebensräumen (Landwirtschaft → siehe (5), Waldzerstörung in
den Tropen)
(3) Typische Beispiele für die Gefährdung von Arten:
- viele Großsäuger
- mehr als 50% der Wirbeltierarten in Deutschland
- etwa 75% aller Arten in Feuchtbiotopen
- etwa 30% aller Farn- und Blütenpflanzen.
(2) Die Ernährung aus Fischzucht erfordert (wegen
der höheren trophischen Ebenen) 10 bis 1000 mal
mehr Fläche als die pflanzliche Ernährung.
Nettoproduktivität der Fischzucht (in kJ/m2 a):
Weltfischfang
Nordsee
ungedüngter Fischteich
gedüngter Fischteich
gedüngter Fischteich
(mit Zusatzfütterung)
1.2
20
40 ...
200
200 ... 1 000
1 000 ... 10 000
Mensch braucht 10 000 kJ/d = 3 600 MJ/a → bei Fischzucht mit
NPP von 1000 kJ/m2 a erfordert dies 3600 m2 Fischteich
(3) a) Der Ertrag aus der Hochseefischerei ist nachhaltig nicht wesentlich steigerbar.
(4) Das Verschwinden von Arten kann auch den
Umweltzustand dokumentieren (d.h. Tiere und vor
allem Pflanzen als Bioindikatoren).
b) Im Binnenland ist dagegen die Fischzucht zusammen
mit
Abwasserklärung,
Algenanbau,
Biogasproduktion und der Landwirtschaft im
geschlossenen Kreislauf weiter entwickelbar.
Beispiel: Flechten reagieren sensitiv auf SO2 und verschwinden
mit zunehmender Belastung → “Flechtenwüste” im Zentrum
emissionsgefährdeter Großstädte bzw. Flechtenrückkehr bei
Rückgang der Emissionen
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
UW - 4/9
Etwa 70% der Fälle von Artenrückgang sind durch die
Landwirtschaft bedingt!! Ursachen: Wegfall von Feldrainen und
Feldgehölzen, Beseitigung oder Zerstückelung von Habitaten,
Anwendung von Bioziden u.v.a.
4.8. Wassernutzung
(1) Wasser ist eine wichtige Ressource, die durch
den Wasserkreislauf ständig erneuerbar genutzt
werden kann. Allerdings muß die Nutzung eines
Wassereinzugsgebietes
am
Jahresniederschlag
orientiert sein und darf diesen auf Dauer nicht
überschreiten.
(5) In Deutschland ist die Landwirtschaft der Hauptverursacher des Artenrückgangs.
Probleme: - Nutzung greift stark auf Grundwasser zurück, mit
genutztem Wasser gelangen viele Schadstoffe in Ökosysteme
- wasserbauliche Maßnahmen, Versiegelung von Oberflächen
→ belasten Gewässer ebenfalls
- Nutzung für Bewässerung übersteigt in vielen Gebieten den
Niederschlag → führt zu Grundwassersenkungen
(2)
Die Wasserversorgung stammt aus Niederschlägen, dem Grundwasser und vom Oberflächenwasser.
Niederschläge: sehr viel wird wieder am Boden und von Pflanzen
verdunstet → Rest geht zu je 50% ins Grundwasser und ins
Oberflächenwasser
Problem: Unstetigkeit der Niederschläge → Speicher nötig!
(3) Die wichtigsten Wassernutzer sind Industrie,
Landwirtschaft und Haushalte.
in Industrieländern: weitaus größter Anteil ist der Industriebedarf
(Landwirtschaft braucht u.U. viel Wasser für Bewässerung)
von ökologischer Relevanz: die Hälfte des Industriewassers und
das Wasser aus Haushalten ist stark mit Schadstoffen belastet
UMWELTWISSEN/ÖKOLOGIE: 4. Nutzung erneuerbarer Ressourcen
UW - 4/10
(4) Die Belastung des Wassers im Verlaufe seiner
Nutzung erfolgt durch
- Verbrauch (Landwirtschaft, Industrie)
- Verschmutzung (Industrie, Haushalte) und
- Erwärmung (Kraftwerke, Industrie).
Verbrauch → Verringerung der verfügbaren Menge
Verschmutzung → Belastung von Ökosystemen u. Trinkwasser
Erwärmung → verringerter Sauerstoffgehalt (v.a. in Flüssen !)
(5) Nach der Elektrizitätswirtschaft ist die Industrie
der zweitgrößte Wassernutzer (vor den Haushalten
und Kleinverbrauchern). Die Industrie nutzt vorwiegend Oberflächenwasser (vor allem als Kühlwasser), entnimmt aber aus Grundwasser und
Quellen etwa die gleiche Menge wie die Haushalte.
Folge: Industrie tritt in direkte Konkurrenz mit der öffentlichen
Versorgung, braucht aber meist nur mindere Qualität
öffentliche Wasserversorgung (= 6.2 Mrd. m3/a): zu 75% aus
Grundwasser und Quellen, zu 25% aus Oberflächenwasser (d.h.
aus Uferfiltrat)
(7) Der effektive Gesamtverbrauch an Wasser liegt in
Deutschland bei etwa 2000 Liter pro Person und Tag.
Davon werden über 60% für Kühlzwecke, 30% durch
die Industrie und knapp 10% durch die Haushalte
verwendet.
Folge: pro Person und Tag werden etwa 800 l Wasser
verschmutzt, die Ökosysteme belasten und kostenaufwendig
wieder gereinigt werden müssen
→ Ziele: wassersparende Technologien,
Entwicklung neuer Kühlverfahren (mit Luft!)
Kreislaufnutzung,
(8) Bedrohliche und zum Teil nicht mehr umkehrbare
Gefährdungen des Grundwassers entstehen durch
verschiedene wasserbauliche Maßnahmen (Bergbau,
Kiesabbau), aber auch durch sonstige Industrie,
Landwirtschaft und Unfälle.
Folgen:
allerdings: Industrie nutzt Wasser durch eigene Reinigung
mehrfach (etwa jeden Kubikmeter fünfmal)
(6) In Deutschland werden heute in jedem Haushalt
im Mittel etwa 150 Liter Trinkwasser pro Person und
Tag verbraucht. Nur für etwa 10 Liter wäre allerdings
Trinkwasserqualität nötig.
→ Wassereinsparung ohne Komfortverluste möglich !!
außerdem: Haus mit 100 m2 Grundfläche → bei nur 600 mm
Niederschlag pro Jahr (= Jena) sind 60 m3 Wasser pro Jahr
“kostenlos” nutzbar (= 160 Liter pro Tag)
- Grundwassergefährdung
- Gefährdung von Arten und Ökosystemen