Der Anstieg der Treibhausgase CO2, Methan und Lachgas (N2O) ist die Hauptursache für den existierenden Klimawandel. Durch die Wahl unserer Nahrungsmittel wie zum Beispiel einen achtsameren Fleischkonsum gibt es die Möglichkeit, dass jeder Einzelne dazu beitragen kann, den weiteren Anstieg der Treibhausgase zu bremsen. Das Treibhausgas CO2 wurde im Rahmen der Semesterfrage bereits vom Meeresbiologen Gerhard Herndl thematisiert. In diesem Artikel geht es um Methan und Lachgas und was diese Treibhausgase mit Landwirtschaft, Nahrungsproduktion und Mikroorganismen im Boden zu tun haben.

Wie beeinflussen Mikroorganismen die Emission von Treibhausgasen?

Methan und Lachgas sind für etwa ein Viertel des Erderwärmungseffekts verantwortlich. Auch bei diesen Treibhausgasen hat der Mensch das natürliche Gleichgewicht durch Industrialisierung, Erdölgewinnung und Monokulturen gehörig durcheinandergebracht. Beide Gase werden hauptsächlich durch Gewinnung oder Nutzung von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl oder Erdgas, in der Abwasser- und Klärschlammbehandlung, aber auch in großem Maße in der Landwirtschaft hervorgerufen.

Dort sind es Mikroorganismen, die für die Entstehung von Methan und Lachgas verantwortlich sind. Durch sie werden diese Gase allerdings zum Teil auch wieder weiterverarbeitet und dadurch unschädlich gemacht. Böden beherbergen eine immense Anzahl an Mikroorganismen – eine Tonne Boden enthält mehr Bakterien, als sich Sterne in unserer Galaxie befinden. Sie sind also eine der vielfältigsten mikrobiellen Gemeinschaften auf unserer Erde. Die Funktionen der Mikroorganismen im Boden zu entschlüsseln ist wichtig, um zu verstehen, wann es zur Freisetzung oder Aufnahme dieser Treibhausgase kommt.

Landwirtschaft als großer Verursacher von Methan- und Lachgas-Emissionen

Methan entsteht, außer im Verdauungstrakt von Wiederkäuern, hauptsächlich in Feuchtgebieten durch die Aktivität von methanbildenden Mikroorganismen. Allerdings wird ein großer Teil des produzierten Methans von methanoxidierenden Mikroorganismen aufgenommen, die damit die Abgabe in die Atmosphäre abschwächen. Vor allem Reisfelder produzieren viel Methan, sie sind dadurch für bis zu 19 Prozent der Emissionen von durch Menschen hervorgerufenem Methan verantwortlich.

Methanoxidierende Mikroorganismen sind in anderen Böden in der Lage, Methan direkt aus der Atmosphäre aufzunehmen. Damit können Böden auch als sogenannte Methan-Senken fungieren. Werden allerdings nichtkultivierte Böden durch den Menschen in bewirtschaftete Böden umgewandelt, führt dies dazu, dass weniger Methan aus der Atmosphäre aufgenommen werden kann. Die Landwirtschaft ist auch für einen Großteil des durch den Menschen produzierten Lachgases verantwortlich. Dort entsteht es, wenn in der Landwirtschaft große Mengen an Stickstoffdünger genutzt und damit die mikrobiellen Prozesse der Denitrifizierung und Nitrifizierung befeuert werden.

Die Hälfte der Menschheit ist abhängig von Stickstoffdünger

Man könnte nun meinen, um die Freisetzung der Treibhausgase Methan und Lachgas zu reduzieren, müsse man in der Landwirtschaft einfach weniger Düngemittel einsetzen, und das Problem wäre gelöst. Das würde allerdings bedeuten, dass man etwa 3,7 Milliarden Menschen die Lebensgrundlage entzieht, da sich in etwa die Hälfte der Weltbevölkerung nur durch die Nutzung dieser Düngemittel ernähren kann. Und da mit einer weiteren Zunahme der Weltbevölkerung zu rechnen ist, wird das Problem in Zukunft wohl eher größer statt kleiner.

Um bei Reis als Beispiel zu bleiben: Reis ernährt mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung. Man rechnet damit, dass die Reisproduktion bis 2030 gar um 40 Prozent zunehmen müssen wird, um die Bevölkerung ernähren zu können. Es werden also immer mehr Anbauflächen gebraucht, was zwangsläufig zu höheren Emissionen von Methan führen wird. Um die Reisproduktion zu steigern, wird also mehr Stickstoffdünger eingesetzt werden, was wiederum die Emissionen von Lachgas steigern wird.

Was kann die Landwirtschaft tun?

Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie wir die Entstehung von Methan und Lachgas eindämmen können, und wahrscheinlich wird es eine kombinierte Strategie brauchen, um dies zu erreichen. Besonders problematisch ist, dass in der Landwirtschaft die Düngung sehr ineffizient erfolgt und ein großer Teil des Düngemittelstickstoffs gar nicht erst in den Nahrungsmitteln endet.

Durch falsches Timing und falsche Dosierung werden nur etwa 50 Prozent des Stickstoffs überhaupt von den Pflanzen aufgenommen. Der Rest wird in Grundwasser, Flüsse und Küstengewässern ausgewaschen, führt dort zur Überdüngung und zu Problemen wie zum Beispiel Algenblüten, die auf dem Meeresboden zu Sauerstoffmangel und damit zu toten Zonen führen können. Oder er wird eben von Mikroorganismen in Lachgas umgebaut und trägt dann zur Klimaerwärmung bei. Deswegen wird seit vielen Jahren versucht, Pflanzen gentechnisch so zu manipulieren, dass sie anstelle von Düngemittelstickstoff den atmosphärischen Stickstoff nutzen können – eine Eigenschaft, die bisher nur bei stickstofffixierenden Bakterien und Archaeen bekannt ist.

Ob dies je gelingen wird, kann man heute noch nicht sagen. Außerdem ist es fraglich, ob solche Pflanzen von den Verbrauchern akzeptiert würden, da zumindest in Industriestaaten erhebliche Skepsis gegenüber genmanipulierten Pflanzen herrscht. Man sollte allerdings in der Landwirtschaft verstärkt die Kapazität von stickstofffixierenden Mikroorganismen nutzen, da so die Menge an benötigtem Dünger verringert werden könnte. Neben Optimierungen der bereits landwirtschaftlich genutzten Symbiose von Knöllchenbakterien und Hülsenfrüchtlern sollte in die Erforschung anderer Assoziationen von Nutzpflanzen und stickstofffixierenden Mikroorganismen investiert werden, um diese natürliche Ressource bestmöglich zu nutzen.

Kurzfristigere Strategien gegen die ineffiziente Düngung wären ein gezielteres Einsetzen von Düngemitteln und eventuell von Hemmstoffen gegen lachgasproduzierende Mikroorganismen. Es ist unbedingt notwendig, diese und auch die stickstofffixierenden Mikroorganismen besser zu verstehen. An der Universität Wien forschen wir daher am Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung in mehreren Arbeitsgruppen intensiv dazu.

Was können wir als Verbraucher tun?

Es gibt Möglichkeiten, wie jeder Einzelne mithelfen kann, den Einsatz von Stickstoffdüngern zu verringern und dadurch indirekt auf den Klimawandel Einfluss zu nehmen. Bei der Produktion von Biolebensmitteln wird zum Beispiel auf die Nutzung von leichtlöslichem mineralischem Stickstoffdünger verzichtet. Stattdessen wird mit Stallmist und Kompost und durch den Anbau von Hülsenfrüchtlern "gedüngt". Durch den Kauf von Biolebensmitteln kann der Verbraucher also tatsächlich direkt auf den Düngemittelverbrauch einwirken.

Außerdem können durch die Reduzierung des Fleischkonsums große Mengen Düngemittel eingespart werden. Ein großer Teil des Stickstoffs, der von Pflanzen aufgenommen wird, endet nämlich gar nicht direkt auf unserem Teller, sondern zuerst in den Mägen von Rindern, Schweinen sowie Geflügel, und wird dann zum Großteil wieder ausgeschieden.

Am Beispiel von US-Amerikanern hat man berechnet, dass durch eine Umstellung auf eine mediterrane Kost, die nur ein Sechstel der Fleischmenge beinhaltet, die Hälfte der Düngemittel eingespart werden könnte. Und wenn die Nachfrage nach Fleisch sinkt, verringern sich die Tierbestände, was wiederum die Methan-Emission reduziert. Wir müssen nicht alle zu Vegetariern werden, aber wenn jeder seinen Fleischkonsum reduziert, wäre unserem Klima schon sehr geholfen. (Dagmar Wöbken, 17.4.2018)

Wozu wären Sie bereit?

Haben Sie sich schon Gedanken gemacht über den Einfluss Ihrer Ernährung auf das Klima? Wären Sie bereit, Ihren Fleischkonsum einzuschränken? Achten Sie beim Kauf von Lebensmitteln auf das "Bio-Label" und wenn ja, bei welchen? Was halten Sie von der Nutzung genmanipulierter Pflanzen, um Düngemittel einzusparen? Posten Sie Ihre Fragen und Anmerkungen an Dagmar Wöbken im Forum. Sie wird ausgewählte Postings in einem Folgebeitrag diskutieren.