Könnten afrikanische Bauern ihre Abhängigkeit von Mineraldünger durch den Anbau von Leguminosen verringern?

Den Hunger bis 2030 zu beenden, ist eines der Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen. Dies ist eine große Herausforderung in Subsahara-Afrika, wo immer noch ein Drittel aller Haushalte leben Ernährungsunsicherheit ausgesetzt. Um den Bedarf der schnell wachsenden afrikanischen Bevölkerung zu decken, besteht weitgehend Einigkeit darüber, dass die Landwirte einen Aufschwung benötigen Getreideerträge.

Die Ernteerträge in der Region sind durch ausgelaugte Böden nach Jahrzehnten unerbittlichen Anbaus mit unzureichender Düngung stark eingeschränkt. Das liegt daran, dass afrikanische Bauern kaum Zugang zu erschwinglichen mineralischen Düngemitteln haben, während ein Mangel an Biomasse auch organische Düngemittel unerreichbar macht.

Derzeit müsste die Menge des Stickstoffeintrags um das 15-fache erhöht werden, um die Erträge der Getreideernte zu erzielen für die Ernährungssicherung erforderlich.

Die wertvollen Nährstoffe in der Gründüngung

Mineraldünger bieten eine Lösung, um Stickstoff in die Pflanzen zu injizieren. Sie sind zwar entscheidend für die Verbesserung der Getreideerträge, können aber bei übermäßigem Einsatz die Umwelt belasten und sind für die Landwirte oft zu teuer. Der Krieg in der Ukraine hat die Düngemittelknappheit in der Region jedoch nur noch verschlimmert Preise haben sich stabilisiert seit ihrem Höhepunkt im Jahr 2022.

Eine andere Düngemethode versucht, den Stickstoff aus Leguminosen nutzbar zu machen. Durch symbiotische Bakterien haben diese Pflanzen die einzigartige Fähigkeit, in der Atmosphäre vorhandenen Stickstoff in ihrem Gewebe zu fixieren. Um es für Getreidekulturen zu sichern, können Landwirte eine Technik anwenden, die darin besteht, Leguminosen anzubauen und ihre Rückstände in den Boden zu drücken, bevor sie Getreidesamen säen.

Dieser Effekt ist in gemäßigten und tropischen Systemen bekannt, kann jedoch von Jahr zu Jahr erheblich variieren. Bei einem abrupten Temperaturanstieg zersetzen sich Leguminosenreste schneller, während starke Regenfälle dazu führen können, dass der durch die Reststoffzersetzung gewonnene Stickstoff ausgelaugt wird.

Düngemittel, Klima und Reiswachstum in Madagaskar

Seit mehr als 20 Jahren gehen FOFIFA (Institut für agronomische Forschung in Madagaskar) und CIRAD verschiedene Wege, um die landwirtschaftliche Produktion in Madagaskar nachhaltig zu intensivieren und Armut zu lindern.

In einer aktuellen Studiehaben wir die Möglichkeit untersucht, die Erträge eines regengespeisten Reisfeldes in Madagaskar zu steigern, indem ein Teil der Mineraldünger durch Gründüngung ersetzt wird. Der Staatspolitik des Landes sieht eine Steigerung der Reisproduktion vor, um die Nahrungsmittelselbstversorgung des Landes sicherzustellen.

Sowohl die Sättigung der Überschwemmungsgebiete, die für bewässerten Reis genutzt werden, als auch das Aufkommen von Reissorten im Hochland haben viele Landwirte dazu veranlasst, im Hochland von Madagaskar mit dem Anbau von Regenreis zu beginnen.

Allerdings erhalten sie derzeit eine durchschnittlicher Ertrag von 1,6 t/hawas deutlich unter dem maximalen Ertrag von etwa 4 bis 6 t/ha liegt, der in Versuchsanstalten unter experimentellen Bedingungen erzielt werden kann, also wenn Nährstoffe nicht begrenzt und Schädlinge – Insekten, Krankheiten, Unkräuter – bekämpft werden.

Mucuna und Crotalaria

In unserem Experiment war die angebaute Gründüngung eine Kombination aus „Mucuna“- und „Crotalaria“-Hülsenfrüchten. Dank ihres komplementären Wachstums und ihrer oberirdischen Strukturen können diese beiden Pflanzen eine große Menge pflanzlicher Biomasse produzieren und dadurch Luftstickstoff binden. Diese Gründüngung wurde während der Regenzeit im ersten Jahr einer zweijährigen Fruchtfolge auf Basis von Regenreis angebaut und die Reste wurden dann in den Boden eingearbeitet, bevor die Bodenbearbeitung und Reisaussaat für die folgende Erntesaison erfolgte.

Die Rotation wurde für Versuchszwecke zweimal wiederholt und mit einer Reis-Monokultur verglichen. Wir haben dieses Experiment eingehend überwacht, indem wir die Stickstoffmenge im Boden und in den Pflanzen, die Dynamik des Reiswachstums, die produzierte Biomasse und den Getreideertrag gemessen haben. Die gesammelten Daten ermöglichten es uns, ein Anbausimulationsmodell an den Fall von Regenreis in Madagaskar anzupassen, um die Auswirkungen der Einarbeitung und Zersetzung von Gründünger auf das Reiswachstum zu reproduzieren.

Ein vielversprechendes Modell

Das Modell ermöglichte es uns dann, die potenziellen Vorteile von Gründüngung für das Reiswachstum für 24 hypothetische Reisanbauperioden zu untersuchen, die anhand von Klimamessungen entsprechend unserer Studienregion für den Zeitraum von 1994 bis 2018 erstellt wurden. In diesem virtuellen Experiment haben wir die Menge an Gründüngung, die vor dem Reisanbau in den Boden eingearbeitet wird, mit 6 t/ha (oder 140 kg Stickstoff), basierend auf Feldergebnissen.

Unsere Ergebnisse zeigten, dass der Anbau und die Integration von Gründüngung es ermöglichten, den Mineraldünger zu reduzieren, der zur Verbesserung der Reiserträge erforderlich war. Als Ertragsziel setzen wir 3,7 t/ha bzw 75 % der maximalen Ausbeute, die in den Experimenten auf der Station erzielt wurde. Dies erreichten wir mit 40 kg/ha Stickstoff, der durch Mineraldünger bei der Zugabe von Gründüngung in den Boden bereitgestellt wurde. Zum Vergleich: ohne Gründüngung war mehr als die doppelte Menge bzw. 100 kg/ha nötig.

Kompromisse gemacht werden

Diese vielversprechende Praxis erfordert jedoch erhebliche Anpassungen, um sie für Familienbetriebe in Madagaskar attraktiv zu machen. Dabei sind drei wesentliche Aspekte zu berücksichtigen.

Erstens, und wie bereits erwähnt, werden starke Regenfälle die Vorteile von Gründüngung für die Reisproduktivität dämpfen. Um dem entgegenzuwirken, müssen Landwirte Rückstände und Düngemittel dynamisch verwalten und sie auf einzelne Kulturen zuschneiden.

Außerdem gleichen die mit der Verwendung von Gründüngung verbundenen Gewinne die Verluste, die sich aus ihrem Anbau ergeben, nicht vollständig aus. Dabei müssen die Bauern einen Teil des Landes, der sonst dem Reisanbau dienen würde, zur Selbstversorgung nutzen. Die Fruchtfolge behebt dieses Problem und hilft (Bekämpfung von Schädlingen, Nematoden und Unkräutern, höhere Bodenfruchtbarkeit im Laufe der Zeit und Erhaltung der Artenvielfalt).

Schließlich werden Ernterückstände typischerweise auf dem Land zurückgelassen, um von Rindern in der Region beweidet zu werden. Daher sind alternative Lösungen für die Rinderfütterung erforderlich und es müssen geeignete Wertschöpfungsketten entwickelt werden, um die Versorgung dieser Landwirte zu gewährleisten, die oft weit entfernt von jeglicher Infrastruktur leben. Es muss auch wieder dafür gesorgt werden, dass es Mechanismen gibt, um diese Mehrausgaben für die landwirtschaftlichen Betriebe auszugleichen, von denen die meisten leben weniger als 540 Euro pro Jahr und Landarbeiter.

Hülsenfrüchte mit doppeltem Verwendungszweck

Regenbedingte Hindernisse können überwunden werden, indem die Termine für die Einarbeitung von Gründüngung und die Aussaat von Reis angepasst werden. Das von uns kalibrierte Modell kann helfen, diese Art der Bewertung in silico vorzunehmen.

Ebenso müssen sich Landwirte nicht zwischen Ernährungssicherheit und Düngemitteln entscheiden. Bestimmte Hülsenfrüchte wie Erdnüsse können sowohl als Gründünger als auch als Nahrung für Landwirte verwendet werden. Experimente im südlichen Afrika konzentrieren sich derzeit auf die Bewertung dieser „dualen“ Leguminosen-Fruchtfolgen. Es ist jedoch wichtig, dass für diese Produkte ein Markt zu einem ausreichend hohen Preis existiert.

Die Zeit ist knapp, aber wir sind überzeugt, dass eine Änderung schnell erfolgen kann, um das derzeitige Getreideproduktionssystem in Richtung größerer Produktivität und Nachhaltigkeit umzuwandeln. Es gibt Lösungen, einschließlich Gründüngung, aber Berater, Forscher, Akteure der Wertschöpfungskette und politische Entscheidungsträger müssen den Landwirten helfen, in diese Techniken zu investieren, die die Produktion kurzfristig maximieren, aber langfristig nachhaltiger sind.

In den letzten Jahrzehnten sind viele talentierte afrikanische Forscher hervorgekommen. Jetzt liegt es an den Verantwortlichen, Entscheidungen zu treffen.

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