Studie findet Zusammenhänge zwischen herbizidresistenten Unkräutern, Bodenbearbeitungspraktiken und landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen

Eine neue Studie, die Erhebungsdaten und modernste Computermodelle kombiniert, fand heraus, dass ein wachsender Trend der Bodenbearbeitungsintensität in der Mais- und Sojabohnenproduktion in den USA in den letzten Jahren zu einem Anstieg der Treibhausgasemissionen aus landwirtschaftlichen Feldern geführt hat.

Die Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht wurde Naturkost, stützte sich auf jahrelange Umfragedaten, die Tausende von US-Landwirten zu ihren Bodenbearbeitungspraktiken befragten. Die Forscher fügten dann die relevanten Daten in ausgeklügelte Ökosystemmodelle ein, um zu sehen, wie Bodenbearbeitungsentscheidungen die Bodenemissionen von Treibhausgasen, einschließlich Kohlendioxid und Lachgas, beeinflussen.

Die Erhebungsdaten zeigen, dass sich die Landwirte im Zeitraum zwischen 1998 und 2008 weniger auf die Bodenbearbeitung verlassen haben, aber dieser Trend begann sich um 2009 herum umzukehren, als die Bodenbearbeitungsintensität zu steigen begann.

Chaoqun Lu, außerordentlicher Professor für Ökologie, Evolution und Organismusbiologie an der Iowa State University und Hauptautor der Studie, sagte, dass die wachsende Resistenz von Unkräutern gegen das gängige Herbizid Glyphosat wahrscheinlich zu einer verstärkten Bodenbearbeitung beigetragen habe. Gentechnisch veränderte, herbizidtolerante Pflanzen kamen in den späten 1990er Jahren auf die landwirtschaftliche Szene, und ihre Einführung befreite die Landwirte teilweise von ihrer Abhängigkeit von der Bodenbearbeitung als Methode der Unkrautbekämpfung. Im Laufe der Jahrzehnte sind jedoch immer mehr Unkrautarten mit Resistenzen gegen das Herbizid aufgetaucht, was die Wirksamkeit des Herbizids verringert und die Bodenbearbeitung wieder zu einer attraktiveren Option zur Unkrautbekämpfung gemacht hat. Und wenn die Intensität der Bodenbearbeitung zunimmt, wird mehr im Boden gespeicherter Kohlenstoff und Stickstoff in Form von Treibhausgasen in die Atmosphäre freigesetzt, sagte Lu.

„Eines der interessanten Stücke, die wir in dieser Studie gefunden haben, ist, dass sich die Bodenbearbeitungsintensität seit 2008 von einem rückläufigen Trend zu einem steigenden Trend verändert hat“, sagte Lu. „Unsere Regressionsanalyse legt nahe, dass dieser Trend mit der breiten Einführung von herbizidtoleranten Pflanzen vor 2008 und der Entstehung von Unkrautresistenzen nach 2008 korreliert. Wir können keinen streng kausalen Zusammenhang behaupten, aber die Regressionsanalyse zeigt eine starke Beziehung zwischen ihnen.“

In der Umfrage wurden Fragen zu den Entscheidungen der Landwirte über Saatgutsorten und zur Intensität der Anbaupraxis gestellt. Zu den Untersuchungsthemen gehörten Direktsaat, konservierende Bodenbearbeitung (z. B. Dammbearbeitung, Mulchbearbeitung) und konventionelle Bodenbearbeitung (z. B. Streichpflug, Meißelpflug, Scheibenegge). Die Daten zeigen, dass die Direktsaat zwischen 1998 und 2008 bei der Maisproduktion um etwa 12 Millionen Acres und bei Sojabohnen um fast 17 Millionen Acres gewachsen ist. Aber die Direktsaat-Maisacres gingen zwischen 2009 und 2016 um fast eine halbe Million Acres und um fast 6 Millionen zurück Sojabohnen-Morgen in diesem Zeitraum laut der Umfrage. Maisanbauflächen unter konservierender Bodenbearbeitung und Sojabohnenanbauflächen unter konservierender und konventioneller Bodenbearbeitung zeigten ähnliche Trends, wobei sie zunächst zwischen 1998 und 2008 zurückgingen, bevor sie bis 2016 wieder auf das vorherige Niveau anstiegen.

Die Einspeisung der Daten in die Landökosystemmodelle zeigt, dass die seit 2009 erzielten Zuwächse bei der Bodenbearbeitungsintensität die durch den Rückgang der Bodenbearbeitung von 1998 bis 2008 erzielten Treibhausgasminderungsvorteile wieder wettgemacht haben.

Laut Lu deckt die Studie einen Zusammenhang zwischen Unkrautresistenz, Saatguttechnologie und Treibhausgasemissionen auf, der zu einem besseren Verständnis darüber führen könnte, wie landwirtschaftliche Praktiken den Klimawandel abschwächen können. Frühere Forschungen ihres Teams zeigten, dass die Stickoxidemissionen von Ackerland im US-Maisgürtel in den letzten Jahren zugenommen haben, hauptsächlich aufgrund der weit verbreiteten Anwendung von Stickstoffdüngemitteln auf Ackerland. Der zugesetzte Stickstoff wird teilweise von den Pflanzen genutzt, der Rest verbleibt jedoch entweder im Boden oder geht an die Umwelt verloren. Bei diesem Prozess verbrauchen im Boden lebende Mikroorganismen stickstoffhaltige Verbindungen und geben als Nebenprodukt Lachgas ab.

Währenddessen zersetzt sich organische Substanz im Boden und wandelt sich teilweise in Kohlendioxid um. Beides sind starke Treibhausgase, die das Potenzial haben, das Klima zu erwärmen. Intensive Bodenbearbeitungspraktiken stören den Boden, verändern die Bodenfeuchtigkeit und den Belüftungsstatus und rühren schwere Ernterückstände in den Boden, was zusammen die Produktionsraten von Bodentreibhausgasen verändert und mehr davon entweichen lässt, sagte Lu.

Lu wies auf die Verwendung alternativer Herbizide zur Bekämpfung von Glyphosat-resistenten Unkräutern oder die Verwendung von Glyphosat in weniger aufeinanderfolgenden Jahren sowie auf die Diversifizierung von Feldfrüchten über Mais und Sojabohnen hinaus als Optionen zur Bekämpfung von Unkräutern ohne Erhöhung der Treibhausgasemissionen hin.

„Ohne eine wirksame Strategie zur Bekämpfung von Unkräutern könnte die Intensität der Bodenbearbeitung in Zukunft weiter zunehmen und die Erfolge anderer landwirtschaftlicher Aktivitäten zur Minderung von Treibhausgasen untergraben“, sagte Lu.