Die Nahrungsmittelproduktion verdoppeln, Wasser sparen und die Kohlenstoffspeicherkapazität erhöhen – das mag paradox klingen, wäre aber angesichts des biophysikalischen Potenzials der Erde theoretisch machbar.
Um dieses Ziel zu erreichen, wäre jedoch eine radikale räumliche Neuordnung der Landnutzung erforderlich. Zu diesem Ergebnis kommen Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Heidelberger Instituts für Geoinformationstechnik (HeiGIT) der Universität Heidelberg. Ihre Ergebnisse werden in der veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Die Nutzung der Erdoberfläche durch den Menschen beispielsweise zur Produktion von Nahrungsmitteln hat sich in den letzten Jahrhunderten erheblich verändert. Die Weltbevölkerung nimmt zu. Es werden mehr Lebensmittel benötigt, die innerhalb kürzester Zeit um die Welt transportiert werden können. Historisch entwickelte Lebensmittelproduktionssysteme spiegeln jedoch nicht das biophysikalische Potenzial unserer Ökosysteme wider.
Die Studie zeigt, dass Lebensmittel nicht dort produziert werden, wo sie hinsichtlich Flächennutzung, Wasserverbrauch und CO2-Ausstoß am effizientesten wären. Stattdessen wird die Abholzung von Wäldern fortgesetzt, um Acker- und Weideland zu gewinnen und trockene Felder zu bewässern. Diese Aktivitäten haben massive negative Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit und die Kohlenstoffspeicherung.
Aber was wäre, wenn Felder, Weiden und natürliche Vegetation dorthin verlegt würden, wo sie am effizientesten wären? Was wäre, wenn Ackerland auf Gebiete beschränkt würde, die keiner umfassenden Bewässerung bedürfen? Um diese Fragen zu beantworten, kombinierten die Forscher des KIT und des HeiGIT ein dynamisches Vegetationsmodell mit einem Optimierungsalgorithmus, um alternative globale Landnutzungsszenarien und deren Auswirkungen zu untersuchen.
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). Sie fanden heraus, dass allein eine räumliche Neuordnung die Nahrungsmittelproduktion um durchschnittlich 83 %, die Wasserverfügbarkeit um 8 % und die CO2-Speicherkapazität um 3 % steigern würde. Diese Steigerungen würden sogar noch höher ausfallen, wenn einer der drei Parameter Vorrang vor den beiden anderen hätte.
„Unsere Studie befasste sich ausschließlich mit biophysikalischen Potenzialen als Grundlage für eine Landnutzung, die Zielkonflikte deutlich besser berücksichtigen würde“, sagt Erstautorin Dr. Anita Bayer vom Campus Alpine des KIT 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-Speicherkapazitäten erhalten oder aufgeforstet werden, anstatt als Ackerland oder Weideland genutzt zu werden. Die gemäßigten Breiten müssten als Ackerland und nicht als Weideland dienen. Dies würde den Flächenverlust durch die Wiederaufforstung tropischer und borealer Wälder kompensieren. Die weiten und offenen tropischen und subtropischen Savannen und Graslandschaften müssten als Weiden und zur 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 vom theoretisch erreichbaren Optimum abweicht. Um das biophysikalische Potenzial besser zu nutzen und gleichzeitig die Nahrungsmittelproduktion, die Wasserverfügbarkeit und die Kohlenstoffspeicherkapazität zu erhöhen, wären massive Landnutzungsänderungen erforderlich.
„Obwohl solche großen Landnutzungsänderungen unrealistisch erscheinen, sollten wir uns darüber im Klaren sein, dass der Klimawandel ohnehin mit großen Veränderungen der Anbauflächen einhergehen wird“, sagt Professor Sven Lautenbach, Forscher am HeiGIT und am Geographischen Institut der Universität Heidelberg. „Wir sollten diese Veränderungen nicht zulassen, sondern versuchen, sie unter Berücksichtigung des biophysikalischen Potenzials zu bewältigen.“
„Die Sicherung der globalen Nahrungsmittelversorgung ist eine der großen Herausforderungen unserer Zeit und der Klimawandel wird dieses Problem in vielen Regionen verschärfen“, sagt Professorin Almut Arneth vom Bereich Atmosphärische Umweltforschung des Instituts für Meteorologie und Klimaforschung des KIT, Campus Alpine des KIT in Garmisch -Partenkirchen.
„Unsere Studie zeigt deutlich, dass eine optimierte Landnutzung trotz ungünstiger klimatischer Veränderungen die landwirtschaftlichen Erträge deutlich steigern und gleichzeitig den Flächenverbrauch begrenzen könnte. Jetzt gilt es, Wege zu finden, Landnutzungsänderungen umzusetzen, die sowohl biophysikalische Bedingungen als auch berücksichtigen.“ soziale Aspekte.“
Mehr Informationen:
Anita D. Bayer et al., Vorteile und Kompromisse der Optimierung der globalen Landnutzung für Nahrung, Wasser und Kohlenstoff, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2220371120