Spannender Vortrag von Prof. Dr. Karl Auerswald unter dem kurzen Titel „Das Wasser in der Landschaft halten“, basierend auf einem beeindruckenden Paper „Floods and droughts – are land use, soil management, and landscape hydrology more significant drivers than increasing CO2„
Die wichtigsten Punkte – sorry, etwas länger geworden:
- Frühere Landnutzungsänderungen – insbesondere Bodenversiegelung, Verdichtung und Entwässerung – sind vermutlich bedeutender für Wasserverluste durch Oberflächenabfluss, die zu Überschwemmungen und Wasserknappheit führen. Die Bedeutung dieser Prozesse wird in der Modellierung allgemein unzureichend berücksichtigt, da hydrologische Modelle selten laterale Flüsse in der Atmosphäre, an der Bodenoberfläche und im Boden darstellen.
- Die angegebenen Werte zum Feuchtigkeitsrecycling sind, obwohl groß, stark nach unten verzerrt, da sie nur fallende Niederschläge (Schnee, Hagel und Regen) berücksichtigen, während sie okkulte Niederschläge (Tau, Nebel, Raureif) vernachlässigen, die häufig lokalen, rezyklierten Ursprungs sind (Kaseke et al., 2017). Okkulte Niederschläge können erheblich sein und mehrere Hundert Millimeter pro Jahr erreichen (Zimmermann & Zimmermann, 2002; Ingraham & Mark, 2000; Migała et al., 2002; Jacobs et al., 2006).
- Der CO₂-getriebene Klimawandel beeinflusst die Nettostrahlungsbilanz (Rnl) in Gleichung 2, während die Landnutzung Einfluss auf Evapotranspiration (ET), Abfluss (Q), Speicheränderung (ΔS), Albedo (α) und Wärmeleitung (G) hat und somit sowohl Gleichung 1 als auch 2 betrifft. Der Albedo-Wert ist z. B. bei einer mit Stroh bedeckten Bodenoberfläche etwa 30 % höher als bei einem nackten Boden (Sharrett & Campbell, 1994). Eine Strohdecke würde es jedem Landwirt ermöglichen, Bodenfeuchtigkeit für Kulturpflanzen zu bewahren, da weniger Energie aus kurzwelliger Strahlung zur Verfügung stünde, um Evapotranspiration anzutreiben. Für Frankreich wurde geschätzt, dass während der europäischen Jahrhundert-Hitzewelle im August 2003 die landesweite Temperatur um 2 K niedriger gewesen wäre, hätten die Landwirte das Getreidestroh auf dem Boden belassen, statt es einzuarbeiten (Davin et al., 2014).
- Weitere direkte Effekte einer Strohdecke wären: geringerer Wasserverlust durch Bodenverdunstung, geringerer kapillarer Aufstieg zur Verdunstungsoberfläche durch die physikalische Barriere, bessere Infiltration bei Starkregen aufgrund geringerer Oberflächenverkrustung, geringere Erosion und vermehrte Taubildung durch bessere Wärmeisolation in der Nacht.
- Unter klimatischen Bedingungen Mitteleuropas führt der CO₂-getriebene Klimawandel somit hauptsächlich zu einer Intensivierung einzelner Regenereignisse. Dies verstärkt Überschwemmungen infolge von Oberflächenabfluss und Erosion – und danach Dürren, da das Wasser nicht im Boden gespeichert wird. Langfristig wird die Speicherfähigkeit des Bodens durch Erosion beeinträchtigt (siehe Abb. 3, linkes Panel). Dies reduziert die Evapotranspiration, was die Temperaturen steigen lässt. Die zunehmende Temperatur verstärkt die Dürre: ein Prozess, den Miralles et al. (2019) als „Selbst-Intensivierung von Ereignissen“ beschreiben. Wenn ausgetrocknete Gebiete stärker aufheizen als gut bewässerte Nachbarflächen, überträgt sich diese Hitze auf die benachbarten Regionen, erhöht dort die Verdunstung – bis auch diese Gebiete unter Wasserknappheit leiden. Dadurch wächst das Gebiet mit reduzierter Evapotranspiration und kann sich über ganze Kontinente ausbreiten („Selbst-Ausbreitung von Ereignissen“).
- Die CO₂-bedingte Zunahme der Evapotranspiration aufgrund steigender Temperaturen kann Dürren nicht erklären, da die Evapotranspiration nur moderat um 2–3 % pro Kelvin Temperaturanstieg steigt (Roderick et al., 2014; Bürger et al., 2014). Ein Temperaturanstieg von 2 K würde also nur 5 % mehr Evapotranspiration bedeuten. Entsprechend zeigen hydrologische Modelle in den letzten Jahrzehnten keine Zunahme der Evapotranspiration (Baumeister et al., 2017).
- Versiegelung, Verdichtung und Entwässerung führen ebenfalls zu schnellem Wasserabfluss, Überschwemmungen und geringerem Wassergehalt im Boden (Abb. 3, rechtes Panel). Dies verringert die Evapotranspiration und erhöht die Temperatur – mit nahezu identischen Effekten wie der CO₂-getriebene Klimawandel.
- Der durch Versiegelung verursachte Niederschlagsverlust übersteigt sogar den, der durch den Klimawandel erwartet wird (vgl. Abb. 1). Versiegelte Flächen tragen kaum zur Verdunstung bei, sondern wandeln ihre Strahlungsenergie fast ausschließlich in fühlbare Wärme um (Oke, 1982). Etwa 6 % der mittleren Evapotranspiration von 528 mm pro Jahr (Baumeister et al., 2017) entsprechen einem Verlust von 32 mm Verdunstung pro Jahr. Die Energie, die nötig ist, um 1 mm Wasser zu verdampfen, könnte theoretisch die Atmosphäre über 1 m² Boden um 10 K auf eine Höhe von 200 m erwärmen. Ein Verlust von 32 mm Verdunstung könnte demnach 320 K Temperaturanstieg in dieser Luftsäule bewirken – ein theoretisches Extremszenario, das in der Realität durch das sogenannte „Oasen-Effekt“ (Oke, 1982) abgeschwächt wird, bei dem benachbarte nicht-versiegelte Flächen zusätzliche Verdunstung liefern. Die dabei entstehende zusätzliche Verdunstung kann bis zu 30 % täglich betragen, wenn Feuchtigkeit vorhanden ist, und sich über mehrere Kilometer ausbreiten (Drivas & Shair, 1974; McNaughton, 1976). Die advektive Energieübertragung kann bis zu 20 km reichen. Auf kürzeren Distanzen kann sie bis zu 90 % der gesamten Evapotranspiration ausmachen (Prueger et al., 1996). Dies bedeutet, dass landwirtschaftliche Flächen und Wälder zusätzliches Wasser zur Verfügung stellen müssen, um diese gesellschaftlich verursachte Verdunstungsnachfrage zu decken. Wie weit diese Energieübertragung in bewachsene Gebiete reicht, ist noch nicht ausreichend untersucht, aber der kühlende Effekt vegetierter Flächen kann bis zu 2 km in versiegelte Bereiche hineinreichen (Yan et al., 2018).
- Böden mit geringer Wasserspeicherkapazität können diesen zusätzlichen Verdunstungsbedarf insbesondere in trockenen Jahren nicht decken. Dies führt zu geringerer Evapotranspiration und höherer Lufttemperatur über diesen Böden. Die verbleibenden Gebiete müssen dann noch mehr Wärme kompensieren. Das Gebiet mit Wasserdefizit wächst – (erneut: Ereignis-Selbstausbreitung). Zugleich wird es wärmer, was den Effekt verstärkt. Eine Hitzewelle und Dürre können allein durch unterlassene Maßnahmen zur Kompensation versiegelungsbedingter Effekte entstehen.
- Versiegelte Flächen behindern zudem die Grundwasserneubildung. Eine Versiegelung von 5 % reduziert die mittlere Grundwasserneubildung (206 mm/Jahr; Baumeister et al., 2017) um 12 mm/Jahr. Wenn angrenzende Flächen den Verdunstungsverlust kompensieren, sinkt auch dort die Grundwasserneubildung. Daraus ergibt sich ein potenzieller Verlust von 44 mm/Jahr bei 6 % Versiegelung – was 21 % weniger Grundwasserneubildung entspricht. Dies stimmt mit den sinkenden Grundwasserständen in vielen Aquiferen überein: Zwischen 2000 und 2020 verzeichneten rund 20 % der 1600 überwachten Aquifere in Bayern einen signifikanten Rückgang des Wasserstands, weitere 20 % einen leichten Rückgang (Bayer et al., 2022).
- Während das natürliche Flussnetz in Bayern eine Gesamtlänge von ca. 100.000 km aufweist (LfU, 2024), beträgt die Länge öffentlicher Straßen 141.800 km (ByStMWBV, 2018) und landwirtschaftlicher Wege 200.000 km (Anonym, 2018). Gemäß Bauvorschriften (FGSV, 2021) sind Straßen in der Regel von Entwässerungsgräben begleitet, wodurch das künstliche Entwässerungsnetz drei- bis sechsmal so lang ist wie das natürliche.
- Laut Tetzlaff et al. (2010) sind 23 % der landwirtschaftlichen Flächen in Deutschland künstlich drainiert. In Südbayern kann der Entwässerungsabfluss bis zu 500 mm/Jahr betragen (Wolters et al., 2023). Auch Wälder wurden entwässert – insbesondere durch forstwirtschaftliche Rückegassen, die quer zum Hang verlaufen und eine ungewollte Entwässerung auf breiter Fläche bewirken.
- Ein weiterer Entwässerungsgrund ist das Absenken des Grundwasserspiegels. Die Radlast von Mähdreschern stieg von 1960 bis 2000 linear von 2 auf 7 Tonnen an (Keller et al., 2019). Eine Unterbodenverdichtung wird meist unvermeidlich, wenn die Radlast 3–5 t übersteigt. In den 1960er Jahren benötigten Pflanzenwurzeln 2–3 Wochen, um 50 cm Tiefe zu erreichen. Heute dauert dies über zwei Monate. Dadurch entnehmen Pflanzen ihr Wasser fast ausschließlich dem Oberboden – eine Situation, die meteorologischer Dürre gleicht, obwohl sie physiologischen Ursprungs ist. Dies kann zu Fehldeutungen über die Ursache von Dürren führen.
- Verdichtung erhöht nicht nur das Dürre-Risiko, sondern behindert auch die Versickerung und begünstigt Staunässe (Hartmann et al., 2012). Der extreme Weizenertragseinbruch in Frankreich 2016, der den Verlust während der Jahrhundertdürre 2003 übertraf, war auf Sauerstoffmangel in einem kühlen, nassen Mai zurückzuführen – Bedingungen, die durch den Klimawandel häufiger auftreten werden. Verdichteter Unterboden führt zu Oberflächenabfluss bei Sättigung und damit zu Bodenerosion (Verbist et al., 2007).
- Die positiven Effekte von Hecken auf Erträge sind seit Langem bekannt (Wendt, 1951) und vielfach belegt (Sudmeyer et al., 2007; Veste et al., 2020). Berechnungen zeigen, dass Hecken in Ostdeutschland die Evapotranspiration um fast 100 mm/Jahr auf eine Strecke von 25-facher Heckenhöhe senken können (Funk et al., 2022). So kann der Effekt zunehmender Niederschlagsvariabilität durch CO₂ kompensiert werden.
- Versiegelung ist der massivste Eingriff in die Bodenfunktion – nicht nur in Städten (Stadtklimaeffekt), sondern auch in peri-urbanen und ländlichen Gebieten. Die fünf größten Städte Bayerns machen nur 10 % der versiegelten Fläche aus (Esch et al., 2007). Daher ist Handeln gegen Versiegelung dringend notwendig. Mögliche Maßnahmen: Entsiegelung (z. B. Parkplätze), Photovoltaik auf versiegelten Flächen (zur Ableitung der Strahlungsenergie), Begrünung (Dachbegrünung, Baumreihen). Auch Windreduktion ist möglich – etwa durch Agroforstsysteme, Hecken, Baumalleen. Besonders an vielbefahrenen Straßen sollten begleitende Hecken gepflanzt werden – wie es Napoleon schon vor 200 Jahren erkannte (Balmer, 2022).
- Eine klimafreundliche Landnutzung ist möglich. Sie erfordert jedoch so umfassende Veränderungen, dass sie nicht allein durch Gesetze oder Förderprogramme umgesetzt werden kann. Stattdessen braucht es einen Paradigmenwechsel: Das alte Paradigma der Ernährungssicherung ist nun dem Ziel der Klimaanpassung untergeordnet. Das alte Effizienzparadigma ist überholt – denn Effizienz und Resilienz schließen sich gegenseitig aus.
