Böden im Klimawandel – Was tun?

Im weltweiten Klimageschehen spielen Böden eine zentrale Rolle. Zwischen Klima und Böden bestehen komplexe Wechselbeziehungen. Klimaveränderungen wirken sich auf die Böden aus; im umgekehrten Fall wird das Klima durch veränderte Bodenverhältnisse beeinflusst. Klimatische Einflüsse wie Wassermangel, lange Regenperioden, Wind oder Dürre verändern die Böden und schränken sie in ihrer Nutzungsfunktion stark ein. Das Umweltbundesamt hat bereits 2008 einen Workshop zu Böden im Klimawandel veranstaltet und eine Publikation mit möglichen Anpassungsmaßnahmen erarbeitet. In den einzelnen Bundesländern wirken sich Klimaveränderungen auf unterschiedliche Weise auf die Böden aus. Einige Bundesländer haben verschiedene Strategien entwickelt, um den Auswirkungen des Klimawandels auf die Böden zu begegnen.

Wechselbeziehungen zwischen Klima und Böden

Die Wechselbeziehungen zwischen Klima und Böden sind komplex und zum Teil durch sich verstärkende Rückkopplungseffekte geprägt. Da die Böden vom Klimawandel betroffen sind und sich Veränderungen der Böden auf das Klima auswirken, können Bodenschutzmaßnahmen einen wichtigen Beitrag zur Lösung des Klimaproblems leisten.

Der Boden ist eine wichtige Klimaanlage. Zwischen den Böden und der Atmosphäre erfolgt ein wechselseitiger Energieaustausch. Der Boden speichert Wasser und beeinflusst durch die Verdunstung der Vegetation das lokale und regionale Klima. Der Boden leistet eine Kühlfunktion, da Verdunstungskälte entsteht, wenn Wasser in Wasserdampf umgewandelt wird. Die Luft kühlt ab, da ihr Energie entzogen wird.

Böden sind eine wichtige Kohlenstoffsenke, da sie weltweit ungefähr fünfmal so viel Kohlenstoff speichern wie die oberirdische Biomasse. Nach den Ozeanen sind Böden der zweitwichtigste Treibhausgasspeicher der Erde. Die Pflanzen assimilieren über die Photosynthese Kohlenstoff und geben ungefähr die Hälfte davon wieder an die Atmosphäre ab. Ein Teil des Kohlendioxids gelangt durch die Wurzelatmung in den Boden. Sterben die Pflanzen ab, wird der gespeicherte Kohlenstoff vom Boden aufgenommen.

Bodenorganismen bauen die organische Substanz im Boden ab und um.

Sie besteht ungefähr zur Hälfte aus Kohlenstoff, der mit der Zeit als gasförmiges Kohlendioxid freigesetzt wird. Die Nutzung der Böden entscheidet darüber, wie viel Kohlendioxid in die Luft gelangt. Große Mengen an Kohlendioxid werden durch die Trockenlegung von Feuchtgebieten an die Atmosphäre abgegeben.

Eine enge Wechselbeziehung besteht zwischen Permafrostböden und Klima. Die globalen Erdtemperaturen könnten um ungefähr drei Grad ansteigen, wenn das im Permafrost eingeschlossene Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt. Im Frühjahr tauen die oberen Bodenschichten der Permafrostböden auf. Die gefrorenen tieferen Bodenschichten verhindern den Abfluss des Wassers. Dadurch entstehen ausgedehnte Feuchtgebiete mit ihrer typischen Vegetation. Die Pflanzen nehmen in ihrer kurzen Wachstumsperiode Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf.

Da sich das Wasser auf den Böden staut und Sauerstoffmangel herrscht, setzen Fäulnisprozesse ein. Dadurch entsteht Methan. Die Permafrostböden bilden mehr Humus, als abgebaut wird. So entsteht Torf, in dem Kohlenstoff eingelagert wird. In den Permafrostböden sind mehr als 25 Prozent des weltweiten Bodenkohlenstoffs enthalten. Aufgrund des Klimawandels können die Böden langfristig dauerhaft auftauen. Der gespeicherte Kohlenstoff wird als Kohlendioxid oder Methan abgegeben.

Auswirkungen des Klimawandels auf die Böden und mögliche Anpassungsmaßnahmen

Der Klimawandel wirkt sich auf vielfältige Weise auf die Böden aus und beeinflusst deren Qualität und Nutzungsfunktionen. Verschiedene Anpassungsmaßnahmen können zum Erhalt der Bodenqualität und der Nutzungsfunktionen beitragen, aber auch dem Klimawandel entgegenwirken.

Die landwirtschaftliche Nutzung der Böden wirkt sich auf die Bodenqualität und das Klima aus.

Die unterschiedlichen Auswirkungen des Klimawandels auf die Böden können mit speziellen Maßnahmen eingeschränkt werden. Mitunter ist es auch notwendig, die Nutzung der Böden zu verändern.

Bodenerosion durch Wasser

Starke Regenfälle über einen längeren Zeitraum können dazu führen, dass sich das Bodenmaterial an der Bodenoberfläche verlagert. Der Oberboden wird abtransportiert und kann in ein Gewässer gespült oder an einer anderen Stelle abgelagert werden. Das Erosionsrisiko ist abhängig von:

• Menge und Stärke des Niederschlags
• Bodenart • Bodenstruktur
• Hangneigung
• Grad der Bodenbedeckung
• Nutzung des Bodens

Ist die Niederschlagsmenge höher als die Versickerungsleistung des Bodens, fließt das Wasser ab und erhöht das Risiko der Bodenerosion. Das Risiko ist bei verdichteten Böden und dort, wo zeitweise der Pflanzenbewuchs fehlt, am höchsten. Sandreiche Böden und geneigte Flächen sind stark gefährdet.

Die Bodenfruchtbarkeit nimmt ab, wenn nährstoff- und humusreicher Boden abgetragen wird. Der Bodeneintrag in Gewässer kann zu einer Eutrophierung und zu einem stärkeren Wachstum von Cyanobakterien und Algen führen.

Geeignete Maßnahmen:

Um der Bodenerosion durch Wasser entgegenzuwirken, können brachliegende Böden bepflanzt werden. Die Bepflanzung kann zusätzlich zum Klimaschutz beitragen. Geneigte Bodenflächen können teilweise begradigt werden. Wichtig ist auch der Erhalt der Biodiversität, insbesondere des Bestands an Regenwürmern, da sie für die Bodenstruktur und das Wasserhaltevermögen von Bedeutung sind. Zur Biodiversität gehört auch der Gehalt an Pilzen und Bakterien im Boden, der sich ebenfalls positiv auf die Fruchtbarkeit auswirkt. Mulchsaatverfahren und konservierende Bodenbearbeitung können kleineren Erosionsereignissen entgegenwirken.

Bodenerosion durch Wind

Bei der Winderosion wird Boden durch Wind abgetragen. Die Winderosion wird durch Bodenfeuchte, Bodenbedeckung, Art der Flächennutzung, Windoffenheit, Bewirtschaftung der landwirtschaftlichen Flächen und Topografie beeinflusst. Stark gefährdet sind trockene, ebene und windoffene Flächen sowie sandige Böden.

Der Mensch beeinflusst die Winderosionsgefährdung durch die Bodenbearbeitung und den Grad der Bodenbedeckung durch Pflanzen sowie Pflanzenrückstände.

Grünlandflächen sind nicht von der Winderosion betroffen, da die Vegetationsdecke das gesamte Jahr über geschlossen ist.

Feinboden und Humus gehen durch die Winderosion verloren. Die Bodenstruktur wird geschädigt, was die Wasserspeicherkapazität des Oberbodens verringert. Bereits mit dem Abtransport kleinster Bodenteilchen gehen für die Bodenfruchtbarkeit wichtige Bestandteile wie Humus, Tonminerale und Pflanzennährstoffe verloren.

Geeignete Maßnahmen:

Um der Bodenerosion durch Wind entgegenzuwirken, können bedrohte Flächen in Grünland oder Dauervegetationsformen umgewandelt werden. Auch eine geänderte Wegeführung ist möglich. Stoffausträge durch Erosion können verhindert werden, indem eine bedarfsgerechte Düngung erfolgt und Stoffeinträge minimiert werden. Zur Sicherung einer standorttypischen organischen Bodensubstanz können organische Düngung und geeignete Fruchtfolgen beitragen.

Wassermangel im Boden

Der Boden ist ein wichtiger Wasserspeicher. Einsickerndes Niederschlagswasser wird in den Bodenporen gehalten. Die im Boden gespeicherte Wassermenge wird durch die Wasserverdunstung von der Bodenfläche und die Wasseraufnahme der Pflanzen verringert. Bleiben die Niederschläge aus, wird der Wasserspeicher nicht wieder aufgefüllt. Die für die Pflanzen verfügbare Wassermenge verknappt. Können die Pflanzen nicht über ihre Wurzeln Wasser aus tieferen Bodenschichten erschließen, geraten sie in Trockenstress und reduzieren das Wachstum. Die Pflanzen sterben ab, wenn sich die Trockenperiode fortsetzt.

Für die Landwirtschaft hat ein Wassermangel im Boden schwerwiegende Konsequenzen, da es zu Ertragsausfällen und einer geringeren Qualität der Ernteprodukte kommt. Auch für die Wald- und Forstwirtschaft hat der Wassermangel gravierende Folgen, da seltene Pflanzen- und Tierarten gefährdet sind.

Geeignete Maßnahmen:

Eine standortangepasste nachhaltige Bodenbewirtschaftung durch Fruchtfolge und bedarfsgerechte Bewässerung kann die Produktionsfunktion des Bodens steigern oder erhalten. Landwirte können verstärkt Pflanzenarten anbauen, die weniger empfindlich gegen Hitze und Trockenheit sind. Eine Alternative zu Sommergetreide ist Wintergetreide, da es weniger anfällig gegen Frühjahrs- und Sommertrockenheit ist.

Schäden durch Vernässung

Langanhaltende und starke Niederschläge führen nicht nur zur Bodenerosion durch Wasser, sondern auch zur Vernässung. Die Durchlüftung des Bodens und die Sauerstoffversorgung der Pflanzen werden beeinträchtigt.

Der Klimawandel kann zu einer Zunahme vernässender Niederschlagsereignisse im Herbst führen.

Die Gefahr von Vernässungen im Frühjahr und Sommer ist geringer.

Geeignete Maßnahmen:

Zur Vermeidung von Schäden durch Vernässung sollten die Flächenversiegelung und die Bodenschadverdichtung vermieden werden. Geeignet sind auch Entsiegelung, Flächenrecycling und verdichtungsmindernde Bewirtschaftungsverfahren.

Bodenveränderung durch Sickerwasser

Niederschlagswasser, das nicht im Boden gespeichert wird, gelangt als Sickerwasser in tiefere Bodenschichten und trägt zur Grundwasserneubildung bei. Nimmt die Trockenheit in den Sommermonaten zu, verringern sich die Sickerwasserraten im Sommer. Die Grundwasserneubildung verschiebt sich in den Herbst und Winter. In dieser Periode ist kein Pflanzenwuchs vorhanden oder der Pflanzenwuchs ist nur gering. Daher gelangen ungenutzte Nährstoffe ins Grundwasser und können es belasten.

Allgemeine Maßnahmen, um Veränderungen der Böden durch den Klimawandel entgegenzuwirken

Verschiedene allgemeine Maßnahmen sind notwendig, um Veränderungen der Böden durch den Klimawandel zu verhindern. Mit einem Bodenmonitoring und der Dauerbeobachtung der Böden können der Bodenzustand und die Bodenfunktionen überwacht werden, um frühzeitig einzuschreiten. Zum Erhalt der Bodenfruchtbarkeit müssen geeignete Methoden und Anpassungsstrategien entwickelt werden. Um geeignete Maßnahmen zu treffen, sind Forschungen zu den Folgen von Veränderungen der Temperatur, der Niederschläge und der Verdunstung erforderlich. So lässt sich feststellen, wie sich diese Veränderungen auf Humusgehalt, nutzbare Feldkapazität, Grundwasserneubildungsrate, Schadstofffreisetzung sowie Filter- und Pufferkapazität des Bodens auswirken. Der nachhaltige und bodenschützende Anbau von Energiepflanzen wirkt sich positiv auf Boden und Klima aus.

Um schädlichen Folgen des Klimawandels für die Böden zu begegnen, kommt es auf die richtige Sorten- und Artenauswahl hin zu weniger hitze- und trockenheitsempfindlichen Pflanzen und auf eine geeignete Fruchtfolge an. Eine gute Fruchtfolgestrategie verbessert den Humusgehalt der Böden und kann zu höheren Erträgen führen. Eine vielfältige Fruchtfolge kann auch den Schädlings- und Krankheitsbefall der Pflanzen reduzieren. Wird der Boden mit der geeigneten Fruchtfolge möglichst ganzjährig begrünt, trägt das zum Schutz des Grundwassers bei. Die Auswaschung von Schadstoffen ins Grundwasser wird verringert.