Landnutzung: Mehr Nahrungsmittel produzieren und mehr Kohlenstoff speichern
Forscher von KIT und HeiGIT finden heraus, dass eine veränderte Landnutzung sowohl die Nahrungsmittelproduktion als auch die Kapazität zur Speicherung von Kohlenstoff erhöhen kann
Forscher von KIT und HeiGIT finden heraus, dass Landnutzungsänderungen sowohl die Nahrungsmittelproduktion als auch die Kohlenstoffspeicherkapazität erhöhen könnenForscher von KIT und HeiGIT finden heraus, dass Landnutzungsänderungen sowohl die Nahrungsmittelproduktion als auch die Kohlenstoffspeicherkapazität erhöhen könnenDie Nutzung der Erdoberfläche durch den Menschen, zum Beispiel für die Nahrungsmittelproduktion, hat sich in den letzten Jahrhunderten stark verändert. Die Weltbevölkerung nimmt zu. Es werden mehr Nahrungsmittel benötigt, die innerhalb kürzester Zeit um die Welt transportiert werden können. Die historisch gewachsenen Systeme der Nahrungsmittelproduktion spiegeln jedoch nicht das biophysikalische Potenzial unserer Ökosysteme wider. Die Studie zeigt, dass Lebensmittel nicht dort produziert werden, wo dies in Bezug auf Flächenverbrauch, Wasserverbrauch und CO2-Emissionen am effizientesten wäre. Stattdessen wird die Abholzung von Wäldern fortgesetzt, um Acker- und Weideland zu gewinnen, und trockene Felder werden bewässert. Diese Aktivitäten haben massive negative Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit und die Kohlenstoffspeicherung.
Eine optimierte Flächennutzung unter Berücksichtigung der klimatischen Bedingungen könnte die Erträge steigern und gleichzeitig den Flächenverbrauch begrenzen.
Anita Bayer
Was aber, wenn Felder, Weiden und natürliche Vegetation dorthin verlegt würden, wo sie am effizientesten sind? Was wäre, wenn sich die Anbauflächen auf Gebiete beschränken würden, die keine umfangreiche Bewässerung erfordern? Um diese Fragen zu beantworten, haben die Forscher des KIT und des HeiGIT ein dynamisches Vegetationsmodell mit einem Optimierungsalgorithmus kombiniert, um alternative globale Landnutzungsszenarien und deren Auswirkungen zu untersuchen.
Eine optimierte Landnutzung würde die Nahrungsmittelproduktion um mehr als 80 Prozent und die CO2-Speicherkapazität um durchschnittlich drei Prozent erhöhen
Die Forscher modellierten eine optimierte Landnutzung für die Klimabedingungen eines optimistischen Szenarios und eines derzeit realistischeren Klimawandelszenarios für die nahe und ferne Zukunft (2033 bis 2042 und 2090 bis 2099). Das Ergebnis: Allein durch die räumliche Neuordnung würde die Nahrungsmittelproduktion um durchschnittlich 83 Prozent, die Wasserverfügbarkeit um acht Prozent und die CO2-Speicherkapazität um drei Prozent steigen. Diese Steigerungen würden noch höher ausfallen, wenn einem der drei Parameter Vorrang vor den beiden anderen eingeräumt würde.
"In unserer Studie haben wir ausschließlich das biophysikalische Potenzial als Grundlage für eine Landnutzung betrachtet, die die Zielkonflikte viel besser berücksichtigt", sagt Erstautorin Dr. Anita Bayer vom KIT-Campus Alpin in Garmisch-Partenkirchen. "Wir haben festgestellt, dass es tatsächlich Regionen gibt, in denen bestimmte Landnutzungen vorteilhaft oder optimal wären." Der Studie zufolge müssten tropische und boreale Wälder aufgrund ihrer hervorragenden CO2-Speicherfähigkeit erhalten oder wieder aufgeforstet werden, anstatt sie als Acker- oder Weideland zu nutzen. In den gemäßigten Breiten müssten sie als Ackerland und nicht als Weideland genutzt werden. Dies würde den Flächenverlust durch die Wiederaufforstung der tropischen und borealen Wälder ausgleichen. Die weiten und offenen tropischen und subtropischen Savannen und Grasländer müssten als Weideflächen und für die Nahrungsmittelproduktion genutzt werden. "Dieses optimale Landnutzungsschema erwies sich in unserer Studie als sehr stabil", sagt Bayer.
Bewusste Änderung der Landnutzung
Die Studie zeigt, dass die regionale Praxis stark von dem theoretisch erreichbaren Optimum abweicht. Massive Landnutzungsänderungen wären erforderlich, um das biophysikalische Potenzial besser zu nutzen und gleichzeitig die Nahrungsmittelproduktion, die Wasserverfügbarkeit und die Kohlenstoffspeicherkapazität zu erhöhen. "Obwohl solch große Landnutzungsänderungen unrealistisch erscheinen, sollten wir uns der Tatsache bewusst sein, dass der Klimawandel ohnehin mit großen Veränderungen der Anbauflächen verbunden sein wird", sagt Professor Sven Lautenbach, Forscher von HeiGIT und dem Geographischen Institut der Universität Heidelberg. "Wir sollten diese Veränderungen nicht einfach geschehen lassen, sondern versuchen, sie unter Berücksichtigung der biophysikalischen Möglichkeiten zu steuern."
"Die Sicherung der Welternährung ist eine der großen Herausforderungen unserer Zeit, und der Klimawandel wird dieses Problem in vielen Regionen verschärfen", sagt Professorin Almut Arneth von der Abteilung Atmosphärische Umweltforschung des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des KIT, Campus Alpin in Garmisch-Partenkirchen. "Unsere Studie zeigt deutlich, dass trotz ungünstiger klimatischer Veränderungen durch eine optimierte Landnutzung die landwirtschaftlichen Erträge deutlich gesteigert und gleichzeitig der Flächenverbrauch begrenzt werden kann. Nun gilt es, Wege zu finden, wie Landnutzungsänderungen umgesetzt werden können, die sowohl die biophysikalischen Bedingungen als auch soziale Aspekte berücksichtigen."
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