VG-Wort Pixel

Wassermangel Die vorgezogene Dürre: zu Besuch am trockensten Ort Deutschlands

Hans-Jörg Vogel steigt aus dem unterirdischen Kontrollraum
Tiefe Einblicke: Auf dem Gelände des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung in Sachsen-Anhalt steigt Agrarwissenschaftler Hans-Jörg Vogel aus dem Kontrollraum spezieller Messeinrichtungen: Die zylinderförmigen „Lysimeter“ ­bestimmen den Wassergehalt des Bodens
© Philipp Spalek
Die sommerliche Dürre setzt auch in Deutschland der lebenswichtigen Erde zu. Zu Besuch bei Forschern, die den Schaden bemessen.
Von Mathias Schneider

Wie eine zu heiße Decke liegt die Hitze über der Freiluftversuchsstation. 50 sauber nebeneinander aufgereihte Fleckchen Land brutzeln unter der Sonne, ein jedes exakt 384 Quadratmeter groß, ein jedes überwölbt von tennishallenhohen Stahlträgern. Die in ihnen eingerollten Abdeckplanen ruhen wieder einmal still in ihrer Verankerung. Wärme sollen sie im Zweifel spenden, Niederschläge abhalten.

Doch kein Wölkchen steht am Himmel, kein Windhauch bewegt den Mast der Wetterstation, und bei 30 Grad drängen sich selbst die sonst notorisch grasenden Schafe einen Steinwurf entfernt unter einem Schatten spendenden Wellblechdach. Von wegen herbstlich mild. Hochsommer ist an einem Dienstag im September auf dem 40 Hektar großen Gelände des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung – UFZ in Bad Lauchstädt angesagt. Trockener als anderswo in Deutschland ist es hier am südlichen Zipfel Sachsen-Anhalts. Genau genommen fällt nach einer Erhebung des Deutschen Wetterdienstes derzeit nirgendwo weniger Niederschlag.

Hier also trifft derzeit in gewisser Hinsicht unsere Zukunft auf die Gegenwart.

Es ist kein leichtes Unterfangen, das sich Wissenschaftler wie der Boden-Ökologe Thomas Reitz samt Kollegen da vorgenommen haben. Den Einfluss des Klimawandels auf unsere Böden und Vegetation wollen sie in einem wahrhaftigen Feldversuch in Echtzeit vorwegnehmen. Wie das Klima sich im Jahr 2070 in Mitteldeutschland auf unsere Lebensgrundlage – unseren Boden – auswirken wird, ermitteln sie in unzähligen Versuchsreihen. Hierzu lassen sie die Landwirtschaft der Gegenwart und Zukunft auf Deutschlands fruchtbarsten Böden nebeneinander in allen denkbaren Formen entstehen: konventioneller Ackerbau, ökologischer Ackerbau, extensives gemähtes Grünland und solches, das von mitteldeutschen Schafen genutzt wird. Es wird angebaut: Raps, Weizen, Gerste, Erbsen, Bohnen oder Klee.

Das Freiluftlabor der Helmholtz-Versuchsstation
Freiluftlabor: In der Helmholtz-Versuchsstation in Bad Lauchstädt wird durch Landbestellung bei unterschiedlichen Temperaturen erforscht, wie der Klimawandel sich auf den Boden auswirkt
© Philipp Spalek

Die eingerollten Planen kommen gezielt zum Einsatz. Sie sollen dafür sorgen, dass die Felder der Zukunft um die 0,7 bis zwei Grad erwärmter sind, die im Jahr 2070 erwartet werden. Außerdem sollen sie im Sommer 20 Prozent weniger und in Frühjahr und Herbst etwa zehn Prozent mehr Niederschlag ausgesetzt sein, entsprechend den Prognosen.

Die vorgezogene Dürre

Niemand konnte allerdings wissen, dass der Klimawandel sich spätestens mit dem Dürrejahr 2018 gewissermaßen selbst vorgezogen hat. Schon lange hält sich das Wetter an keine Vorgabe mehr. Als habe es lange genug darauf vertraut, dass der Mensch zur Besinnung komme und sich durch sein Tun selbst schütze.

Thomas Reitz blickt in die flimmernde Landschaft. "Wir haben heute ein Wetter, das wir erst in einigen Jahren erwartet hatten", sagt er. Er tritt an eines der Felder. "Schauen Sie, der Klee könnte noch grün sein, er ist aber braun. Auch beim Grünland gibt es braune Stellen. Die Erträge in diesem Jahr sind phänomenal niedrig. Wir mussten das Mähen der Grünländer nach hinten verlegen, um überhaupt etwas ernten zu können. Und wir mähen seit 2018 schon seltener. Es fehlt hinten und vorne an Wasser." Wie verhält es sich im Jahr 2020 mit der Ernte der Gegenwart im Vergleich zu jener der Zukunft, Herr Reitz? "Wir haben auf den klimamanipulierten Feldern noch einmal deutlich weniger erwirtschaftet als auf den anderen: 12 Prozent beim Raps, 18 Prozent beim Klee und bis zu 20 Prozent bei den Grünländern. Der Niederschlag war bis August 72 Liter auf den Quadratmeter weniger als im Durchschnitt."

Dr. Thomas Reitz beim Sieben der jährlichen Bodenproben
Erd-Kunde: Der Ökologe Thomas Reitz untersucht Schwarzerde auf biologische und chemische Eigenschaften
© Philipp Spalek

Nicht nur die Ernten leiden darunter. Nach einer zuletzt veröffentlichten Studie des Wissenschaftlers Martin Schädler schrumpften auch die im Boden wohnhaften Milben oder Springschwänze – winzige weiße Ur-Insekten – auf dem künstlich erwärmten und getrockneten Terrain. Schädler sagt: "Vermutlich werden sich nicht nur kleinere Arten durchsetzen, sondern auch kleinere Individuen innerhalb derselben Art." Das winzige Bodenpersonal scheint sich somit gezielt an die asketischen Gegebenheiten anzupassen. Für uns Menschen ist dies keine gute Nachricht. Die für das Recycling der Nährstoffe des Bodens so wichtigen unterirdischen Bewohner werden somit weniger leistungsfähig. Der Boden verliert an Fruchtbarkeit. Oder besser: weiter an Fruchtbarkeit.

Universum unter den Füßen

Ein faszinierendes, weitgehend unbekanntes Universum breitet sich buchstäblich unter unseren Füßen auf engstem Raum aus. "Zwei Hände voll Wiesenerde enthalten rund sieben Milliarden Organismen, wir kennen davon etwa 90 Prozent nicht", sagt François Buscot, Leiter der Abteilung für Bodenökologie des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung am Standort in Halle. Mit Umsicht sollten wir dem ultrakomplexen, sensiblen Lebensraum begegnen, schon weil es Jahrhunderte dauert, bis sich ein Zentimeter fruchtbarer Boden mineralisch, organisch und anorganisch zu voller Leistungsfähigkeit verschränkt.

Denn das riesige Erdreich dient vor allem einem – uns selbst: Als enormer Filter fungieren Erdschichten. Sie befreien das Wasser von Schmutz und Schadstoffen. Pflanzliches Material wird zunächst von Asseln oder Tausendfüßern zerkleinert und verdaut. Unzählige Bodentiere durchwühlen die mineralischen Bodenkörner und vermischen sie mit allem Organischen. Regenwürmer graben das organische Material bis zu drei Meter tief in den Boden ein. Was sie ausscheiden, dient Pilzen und Mikroorganismen als Nahrung. Die wiederum setzen am Ende die für Pflanzen wichtigen Mineralstoffe frei. Durch all die Umwälzungen sowie durch Mäuse und Maulwürfe wird der Boden belüftet. Es entstehen Hohlräume, durch die das für die Pflanzen lebenswichtige Wasser sowie Luft in die Erde eindringen. Es gilt: Je mehr Organismen sich in den Böden tummeln, desto ertragreicher fällt unsere Ernte aus. Es ist auch die Biodiversität, die Vielfalt unterschiedlicher Lebewesen, die unsere Erde stärkt.

Prof. Dr. François Buscot
François Buscot, Bodenökologe, sagt: „Wir werden unsere Landwirtschaft in einigen Jahren grundlegend ändern müssen“
© Philipp Spalek

Doch immer öfter fehlt es hierzulande am so wichtigen Kitt für dieses ausgeklügelte System: Wasser. Es ist das Wasser, das die Nährstoffe löst, die im trockenen Boden an alle organischen und unorganischen Trockensubstanzen gebunden sind. Für die Pflanzen bleiben sie sonst weitgehend unerreicht. Wassermangel hemmt deshalb das Wachstum der Pflanzen noch immer am stärksten, mehr als die Hitze. Nicht nur die Ernten leiden. Mehr als 200.000 Hektar des für die Bindung von Kohlendioxid wichtigen Waldes fielen den Hitzesommern 2018 und 2019 zum Opfer. Vor allem die Fichten erleben ein Massensterben. Ihre geschwächten Stämme sind leichte Beute für Borkenkäfer. Wer sich etwa im Harz in diesem Sommer auf Wanderschaft begibt, könnte bisweilen glauben, in eine ökologische Dystopie geraten zu sein.

Immer mehr Bäume leiden unter deutlicher "Kronenverlichtung": 36 Prozent trugen bereits im Sommer 2019 eine schüttere Kopfbedeckung in Form vom weniger Nadeln oder Laub. Ihre Vitalität nimmt ab.

Eine Frage der Schichten

Immer bedeutsamer für die Versorgung jeder Vegetation wird die Wasserspeicherkapazität des Bodens in den oberen Schichten während langer Trockenperioden. Ein lehmiger Humusboden vermag Unmengen von Wasser in den Poren zu speichern, während das Nass in sandigem Boden schnell unerreichbar tief versickert.

Das aktuelle Heft gibt es hier zu kaufen. Den stern im Abo gibt es hier.
Das aktuelle Heft gibt es hier zu kaufen. Den stern im Abo gibt es hier.

In Bad Lauchstädt ist man in dieser Hinsicht eigentlich verwöhnt. 50 Zentimeter der wertvollen Schwarzerde bedecken die oberste Schicht, entstanden über Tausende Jahre auf feinem, lehmigen Löss. "Durch die Bioturbation, also die Durchmischung durch Lebewesen, wurde der humose Oberboden weiter in die Tiefe gebracht. Deshalb haben die Böden hier eine erhöhte Wasserkapazität und sind weniger gefährdet bei Dürre", sagt der Agrarwissenschaftler Hans-Jörg Vogel.

Vogel, blaues Hemd zur kurzen beigen Hose, steht zwischen sechs mächtigen Edelstahlzylindern, die eineinhalb Meter tief in den Boden eingelassen sind. Die "Lysimeter" gleichen damit bis zu 3,5 Tonnen schweren, riesigen Blumentöpfen, die einem tiefen Puzzleteil gleich im Grund ruhen. Befüllt sind sie mit natürlichen Böden aus den unterschiedlichsten Regionen Deutschlands. Wie diese sich in einem anderen Klima innerhalb des Landes schlagen, wollen die Wissenschaftler herausfinden. So viel sei verraten: Der Gast aus Garmisch, mehr Feuchtigkeit gewohnt, findet keinen Grundwasseranschluss und tut sich schwer. "Das Lysimeter ist das einzige Gerät, mit dem wir Wasserbilanzen direkt messen können. Durch das Wiegen jedes einzelnen Zylinders sehen wir, wie viel Wasser verdunstet und entsprechend im Boden aufgenommen wurde. Die dreieinhalb Tonnen werden auf zehn Gramm genau gewogen", sagt Vogel.

Dr. Thomas Reitz erklärt ein Bodenprofil
Wertvolle Schicht: Thomas Reitz, Bodenökologe, zeigt den Bereich mit Schwarzerde, die gute Wasserspeicherung garantiert
© Philipp Spalek

Gesteuert werden die sechs Lysimeter aus einem kleinen Raum in ihrer Mitte, zwei Meter unter der Erde, der auch als Undercover-Miniatur-Stromhäuschen durchgehen könnte. Glasfaserkabel und Schalter bedecken die Wände, es brummt wie in einem Umspannwerk. Hier laufen die Sensoren zusammen, die in verschiedenen Tiefen der Zylinder Daten zum Wasser messen. Ein Knopfdruck durch Vogel, und Ziffern benennen den exakten Wassergehalt in jeder Bodentiefe der einzelnen Zylinder. Viel ist es nicht.

Leere Messflaschen

Sechs 0,5-Liter-Flaschen hängen an der Wand, bereit, Bodenwasser aufzunehmen, das für gewöhnlich in die Tiefe abläuft. Sie sind leer. "Es fließt am unteren Rand der Zylinder nichts ab. Es ist auch hier zu trocken", sagt Vogel. Das wenige Wasser, das alle paar Wochen falle, sinke gerade noch in die Oberfläche ein, wenn es nicht über die Transpiration der Pflanzen verdunste.

Macht er sich ernsthafte Sorgen um die Böden des Landes und der Region? Die Antwort kommt prompt: "Ja, natürlich. Der Wasservorrat ist ja nur ein Faktor, der hat aber Konsequenzen auch für andere Bodeneigenschaften." Der wertvolle Oberboden würder nach der Ernte bei stärkerer Trockenheit leicht vom Wind davongetragen und der Gehalt an organischer Substanz – also aller toten, auf Pflanzen und Tiere zurückgehenden Materie – nehme ab. Das Humuslevel dieser Böden sinke. Vogel sagt: "So etwas wiederaufzubauen dauert lange."

Überdachte Versuchsflächen im Rahmen des Experiments Drought Net
Trockentest: An den überdachten Versuchsflächen erreichen 55 Prozent weniger Niederschlag den Boden. So wird extreme Dürre simuliert
© Philipp Spalek

Es ist kein gutes Zeichen, wenn selbst in den fruchtbarsten Regionen wie in Bad Lauchstädt in diesem Jahr mit Ernteverlusten von um die 50 Prozent zu rechnen ist. Die Dürre kriecht förmlich durch unsere Böden und hier, wo der Harz ihnen oft buchstäblich den Regen nimmt, noch ein bisschen tiefer. Nach aktuellen Satellitenmessungen reduzierten sich die Wasserspeicher in den Dürresommern 2018/2019 in Mitteleuropa um bis zu 94 Prozent im Vergleich zu den mittleren saisonalen Schwankungen. Experten rechnen vor diesem Hintergrund nicht mit einer Erholung binnen eines Jahres. Die doppelte Niederschlagsmenge müsste hierzu innerhalb eines Winters niedergehen. Nichts deutet darauf hin.

Dafür werden die Extremwetterlagen auch in Deutschland in naher Zukunft eher zunehmen. Mit allen Konsequenzen. Auf den harten, ausgetrockneten Böden läuft der Regen nicht selten ab, statt die entleerten Wasserspeicher in den Tiefen dauerhaft zu füllen – und zieht dabei noch kostbare Bodenmasse mit sich. Schon deshalb gilt es, nicht nur die Böden selbst, sondern auch Monokulturen in der Landwirtschaft immer wieder gezielt durch Hecken zu durchbrechen.

Strategien für die Boden-Reha

Dem Bodenökologen François Buscot geht dies noch nicht weit genug. "Wir werden unsere Landwirtschaft schon in einigen Jahren grundlegend ändern müssen, davon bin ich fest überzeugt", sagt er und lehnt sich im Konferenzzimmer der Anlage im Stuhl nach vorn. Buscot plädiert für einen häufigeren Wechsel der Fruchtfolgen, um den Boden nicht schutzlos der Erosion preiszugeben. Auch eine Durchmischung von Agrar- und Forstbereichen oder der Anbau von Polykulturen – mehrere Nutzpflanzen an gleicher Stelle – trügen zur Boden-Reha bei.

Dass die Erträge sonst sinken könnten, ist für ihn kein Grund am konventionellen System festzuhalten. "Man sollte das in Relation sehen. Wenn Sie durch intensive Landwirtschaft eine hohe Produktivität haben, sollte man sich lieber fragen: Wie viel Öl haben Sie dabei etwa durch Ihren Traktor auf den Acker gekippt? Wie viele Düngemittel? Wie viele Pestizide? Man sollte die Erträge zugunsten der Nachhaltigkeit deckeln", sagt er. "Ein großer Teil der landwirtschaftlichen Produktion geht derzeit verloren aufgrund von Lagerungs- und Transportproblemen. Wir müssen lernen, viel rationeller zu wirtschaften." Noch sei der Tipping Point, wie sie ihn alle nennen, nicht erreicht: Jener Punkt, an dem ein lange so geduldiges System kippt, die Böden verarmen und nichts mehr geht. "Wir stellen fest, dass die Mehrheit der deutschen Böden noch vital ist, aber wir stellen auch eine graduelle Schrumpfung in allen Bereichen fest", sagt Buscot. "Unsere Böden werden empfindlicher."

Etwa die Hälfte der Gesamtfläche Deutschlands wird derzeit landwirtschaftlich genutzt. Als Klimapuffer taugen die bewirtschafteten Flächen nur dann, wenn sie schonend behandelt werden. Zu viel Mineraldünger und Gülle überfrachten vielerorts Böden mit Stickstoffverbindungen, die von Bakterien zu Distickstoffoxid umgebaut werden – besser bekannt unter dem Namen Lachgas und sehr viel stärker klimawirksam als CO. Auch Moore, die für die Landwirtschaft umgepflügt werden, setzen unterm Strich mehr Kohlendioxid frei, als sie binden. Wo der Mensch aber mit Bedacht Hand anlegt, arbeitet zu unseren Füßen eine unsichtbare Klimamaschine für uns. Global betrachtet sind Böden nach den Ozeanen die zweitgrößten Senken von kohlenstoffhaltigen Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan – noch weit vor Atmosphäre und Wäldern. Gesunde Böden speichern zudem Stickstoff und verhindern, dass zu viel Lachgas in die Luft entweicht.

Allein in deutschen Acker- und Wiesenböden sind 2,5 Milliarden Tonnen Kohlenstoff als Humus gespeichert, in Waldböden 1,3 Milliarden Tonnen. Ein Teil der Humusstoffe wird vom Regen in tiefere Schichten gewaschen. Doch irgendwann, wenn Kohlenstoffverbindungen komplett zersetzt sind, gelangen sie wieder als Kohlendioxid an die Oberfläche. Der Boden bleibt ein Kohlenstoffendlager auf Zeit. Kein Boden der Welt kann Kohlenstoff für immer speichern – aber für Jahrzehnte bis Jahrhunderte. Ein nicht zu unterschätzender Puffer gegen den Klimawandel.

Die globale Erwärmung könnte allerdings diese dienstbare Klimamaschine namens Boden vorzeitig ins Stottern bringen. Denn auch bei uns wird es dann nicht nur im Sommer, sondern auch im Winter wärmer – und im Gegensatz zum Sommer feuchter. Friert es nicht, bauen die Böden durch Bakterien und andere Bodenorganismen den Humus unter solchen Bedingungen schneller ab, sodass auch das gebundene CO früher wieder ausgast. Viele unserer Böden könnten somit schneller von der Senke zur Quelle von Treibhausgasen werden.

Noch ist es nicht ganz so weit.

Doch so viel steht fest: Die heiße Phase hat gerade erst begonnen.

Erschienen in stern 40/2020

Mehr zum Thema


Wissenscommunity


Newsticker