05.04.2019

Die Umweltrisiken der Bio-Landwirtschaft

Von Rainer Maurer

Titelbild

Foto: USDA via Flickr

Die rückschrittliche ökologische Landwirtschaft wird trotz problematischer Auswirkungen auf die Umwelt staatlich propagiert. Moderne technische Innovationen sind besser für die Natur.

Einen Anteil von mindestens 30 Prozent der ökologischen Landwirtschaft an der landwirtschaftlich genutzten Fläche fordert das bayerische Volksbegehren „Rettet die Bienen!“. Der Koalitionsvertrag der Großen Koalition sieht bis zum Jahr 2030 einen bundesweiten Anteil von 20 Prozent vor. Aktuell liegt er bei knapp unter neun Prozent. Neben den vielfältigen Fördermitteln, die der Produktion der ökologischen Landwirtschaft von staatlicher Seite zufließen, bewirbt die Bundesregierung auch den Konsum von Bioprodukten, als „nicht nur schmackhaft und gesund, ihr Anbau hilft auch der Umwelt. Der Ökologische Landbau ist besonders ressourcenschonend und am Leitbild der Nachhaltigkeit orientiert. Er ist umwelt- und tiergerecht“.

Man sollte annehmen, dass diese Wertschätzung der ökologischen Landwirtschaft wohlbegründet und mit dem Stand wissenschaftlicher Forschung abgeglichen ist. Ein Blick auf aktuelle Forschungsergebnisse zeigt aber, dass dies eindeutig nicht der Fall ist. Insbesondere hinsichtlich der Umweltwirkungen zeigen viele Studien, dass die ökologische Landwirtschaft in der Regel zu deutlich problematischeren Ergebnissen führt als die konventionelle Landwirtschaft.

Ertragslücke und Flächenbedarf

Hauptproblem ist dabei die sogenannte „Ertragslücke“: der niedrigere Produktionsertrag je Fläche in der biologischen Landwirtschaft. Wie Abbildung 1 für den Pflanzenanbau zeigt, führt dies dazu, dass der Flächenverbrauch je Ertragsmenge im Schnitt um circa 25 Prozent höher ist als in der konventionellen Landwirtschaft. Die Daten in Abbildung 1 stammen aus drei Metaanalysen, die jeweils zwischen 66 und 115 Einzelstudien statistisch ausgewertet haben.1 Da ein großer Teil der Einzelstudien aus Experimenten auf relativ kleinen Flächen gewonnen wird, die häufig an konventionell bewirtschaftete Flächen grenzen, kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Erträge der ökologisch bewirtschafteten Flächen durch Nährstoffeintrag von den konventionell bewirtschafteten Flächen positiv verzerrt werden. Eine Hochrechnung des Flächenverbrauchs auf kommerziell bewirtschaftete größere Flächen oder auf die Situation bei vollständiger Umstellung auf ökologische Landwirtschaft ist deshalb nicht ohne weiteres möglich.2 Bei einer Auswertung von 71 Einzelstudien für die landwirtschaftliche Produktion insgesamt (Pflanzenanbau und Viehwirtschaft) finden Tuomisto et al. einen um 84 Prozent höheren Flächenverbrauch. Der Flächenverbrauch bei einer überwiegend ökologischen Ernährung ist in Deutschland rund 40 Prozent höher als der Flächenverbrauch bei konventioneller Ernährung, wie Treu et al. auf Basis von Daten der Nationalen Verzehrstudie II herausgefunden haben.

Abbildung 1: Ertragslücke Ökolandbau

Hauptgrund für die Ertragslücke ist das Verbot von Kunstdünger in der ökologischen Landwirtschaft, das vor allem zu einer mangelnden Versorgung mit Stickstoff führt.3 Die Freisetzung von Stickstoff durch die in der ökologischen Landwirtschaft erlaubten Quellen (tierischer Dünger, Kompost, Stroh, Leguminosen etc.) ist zu langsam, um den Bedarf der Pflanzen insbesondere während der Wachstumsperiode zu decken.

Derzeit werden ungefähr 40 Prozent der globalen eisfreien Landfläche landwirtschaftlich genutzt. Der Anteil der ökologischen Landwirtschaft an der Weltagrarproduktion liegt bei circa einem Prozent. Bei einer vollständigen Umstellung der Produktion auf die ökologische Landwirtschaft müsste der Anteil der landwirtschaftlich genutzten Fläche an der eisfreien Landfläche also auf mindestens 50 Prozent steigen, geht man von einem mindestens 25 Prozent höheren Flächenbedarf aus. Zwar besteht weitgehender Konsens in der Forschung, dass auf ökologisch bewirtschafteten Agrarflächen eine höhere Biodiversität herrscht als auf konventionell bewirtschafteten Flächen. Allerdings reichen diese Biodiversitätsgewinne nicht aus, um die Biodiversitätsverluste durch den höheren Flächenverbrauch zu kompensieren.4 Die Artenvielfalt in freier Natur ist eben doch deutlich größer als die Artenvielfalt auf einer ökologisch bestellten Ackerfläche. Nach Einschätzung des Weltklimarates ist Habitatverlust, neben invasiven Spezies und Raubbau, einer der Hauptgründe für das derzeit beobachtbare Artensterben.5

Schadstoffbelastung

Aus dem höheren Flächenbedarf je Ertragseinheit resultieren in der ökologischen Landwirtschaft für eine Reihe von Schadstoffen höhere Belastungen je Ertragseinheit. So ist die Nitratauswaschung nach einer Studie von Mondelaers et al. global betrachtet 5 Prozent höher, während Tuomisto et al. bei einer Auswertung von auf Europa beschränkten Einzelstudien auf einen Wert von 49 Prozent mehr Nitratauswaschung kommen. Die Ammoniakemissionen sind nach Tuomisto et al. in Europa rund 11 Prozent höher. Das Eutrophierungspotenzial der ökologischen Landwirtschaft ist durchschnittlich 36 Prozent höher und das Versauerungspotenzial 13 Prozent höher, wie Clark et al. in einer Meta-Studie auf Basis von 164 Einzelstudienherausgefunden haben. Berechnet man diese Schadstoffbelastungen nicht je Ertragseinheit, sondern je Flächeneinheit, ergeben sich in der Regel günstigere Werte für die ökologische Landwirtschaft: Der höhere Flächenbedarf je Ertragseinheit „verdünnt“ dann gewissermaßen die Schadstoffbelastung, was freilich an der Schadstoffbelastung je Ertragseinheit nichts ändert:

Abbildung 2: Quotient Schadstoffemission

Relevant für die Frage, wie sich die Schadstoffbelastung entwickeln würde, wenn die Landwirtschaft global auf ökologische Landwirtschaft umgestellt wird, ist allein der Quotient der Schadstoffbelastung je Ertragseinheit. Insofern ist es erstaunlich, dass das Thünen-Institut, mit Förderung des Bundeslandwirtschaftsministeriums, gerade eine Studie veröffentlicht hat, die die „Leistungen des ökologischen Landbaus für Umwelt und Gesellschaft“ primär auf Basis der Flächeneinheit bewertet. Der Verdünnungseffekt des höheren Flächenverbrauchs erklärt dann natürlich das Ergebnis, „dass die ökologische Bewirtschaftung gegenüber der konventionellen Variante im Bereich des Umwelt- und Ressourcenschutzes bei 58 Prozent der analysierten Vergleichspaare Vorteile aufwies“.

„Die Ausweitung der landwirtschaftlich genutzten Flächen würde die globale Schadstoffbelastung insgesamt steigen lassen.“

Man mag vielleicht auf den ersten Blick argumentieren, dass bei einer Umstellung der gesamten in Deutschland landwirtschaftlich genutzten Fläche auf ökologische Landwirtschaft die Schadstoffbelastung in Deutschland zunächst sinken würde. Aus ökonomischer Sicht muss man aber auch berücksichtigen, dass – aufgrund der Ertragslücke der ökologischen Landwirtschaft – die Produktionsmengen ebenfalls sinken würden. Bei gleichbleibender Nachfrage würde der daraus resultierende Preisanstieg in der Folge wiederum einen Anreiz zur Ausweitung der landwirtschaftlich genutzten Fläche setzen – wenn nicht in Deutschland, dann anderswo in der Welt. Diese Ausweitung der landwirtschaftlich genutzten Fläche würde dann aber die globale Schadstoffbelastung insgesamt steigen lassen. Dazu kämen die schon genannten negativen Umweltwirkungen aufgrund des Habitatverlustes.

Treibhausemissionen

Die Landwirtschaft zählt mit rund 25 Prozent Treibhausgasemissionen zu den Hauptverursachern des Treibhausgasausstoßes. Nach weit verbreiteter Ansicht führt die ökologische Landwirtschaft zu weniger Treibhausgasemissionen als die konventionelle Landwirtschaft. Berücksichtigt man nur die bei der direkten Produktion entstehenden Treibhausgasemissionen, entsteht allerdings kein einheitliches Bild: Bei einzelnen Produkten sind die Treibhausgasemissionen der ökologischen Landwirtschaft niedriger, bei anderen jedoch nicht. Der Median der Vergleichswerte liegt im Durchschnitt der ausgewerteten Einzelstudien in der Regel nahe Null.6 Zu geringeren Emissionen der biologischen Landwirtschaft tragen der niedrigere Energieverbrauch und der geringere Einsatz von Kunstdünger bei. Dem steht allerdings häufig ein höherer Einsatz von Wirtschaftsdünger gegenüber, der zu höheren Lachgasemissionen (N2O) führt. Das Bild ändert sich jedoch, wenn man auch die aus dem höheren Flächenbedarf der ökologischen Landwirtschaft resultierenden Treibhausgas-Opportunitätskosten berücksichtigt. Aus dem höheren Flächenbedarf resultieren höhere Treibhausgasemissionen bei der Rodung ursprünglicher Vegetation und der Freisetzung von im Boden gebundenen Treibhausgasen.

Wie die Beispielrechnungen von Searchinger et al. für den Erbsen- und Weizenanbau in Schweden zeigen, sind – bei Berücksichtigung des erhöhten Flächenbedarfes – die Treibhausgasemissionen der ökologischen Landwirtschaft um insgesamt 50 Prozent (Erbsenanbau) beziehungsweise 70 Prozent (Weizenanbau) höher.

Gesundheit und Geschmack

Statistisch gut abgesichert ist die im Durchschnitt geringere Belastung von Produkten der ökologischen Landwirtschaft mit Pestiziden. Wie eine Stichprobenerhebung der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit zeigt, finden sich in ca. 44 Prozent aller konventionell hergestellten Lebensmittel Pestizidrückstände, aber nur in 6,5 Prozent der biologisch hergestellten Lebensmittel. Allerdings waren nur bei 1,2 Prozent der Stichprobe die Rückstände in konventionell hergestellten Lebensmitteln höher als die gesetzlich erlaubten Grenzwerte. Bei biologisch hergestellten Lebensmitteln waren die gemessenen Werte in 0,2 Prozent der Fälle höher. Geringere Kadmium- und Nitrat-Konzentrationen bei einem höheren Anteil von Antioxidantien in biologisch hergestellten Lebensmitteln finden Baranski et al. in einer Überblicksstudie. Ein Nachweis, dass die Produkte der ökologischen Landwirtschaft tatsächlich der Gesundheit förderlicher sind als konventionell hergestellte Produkte, findet sich allerdings nicht in der Literatur. Sensorische Experimente mit Chinakohl, Tomaten und Karotten konnten auch keine Belege dafür liefern, dass Produkte der ökologischen Landwirtschaft generell schmackhafter sind als konventionell erzeugte Produkte.

Tierschutz

Obgleich man unter „Tierwohl“ in der Regel die Aspekte Gesundheit, emotionales Befinden und Verhalten versteht, fokussieren die meisten Studien aus Gründen der besseren Messbarkeit auf die Tiergesundheit. In vielen Studien zeigt sich, dass eine Verbesserung der formalen Haltungsbedingungen in der ökologischen Viehwirtschaft etwa in Form von mehr Stallfläche, Freilauf und höherer Einstreudichte nicht automatisch zu einer Steigerung der Tiergesundheit führt. So verbessert Einstreu in Schweineställen zwar die Klauengesundheit, kann aber gleichzeitig zu Lungenproblemen oder Parasitenbefall der Leber führen. Mehr Scharrraum wird von Hühnern gerne in Anspruch genommen. Bei Freilauf konzentriert sich der Außenaufenthalt der Hühner jedoch aus Angst vor Beutegreifern, die bei Freilandhaltung in der Regel 5 bis 15 Prozent des Bestandes erbeuten, in der Nähe der Stallluken. Die sich dort ansammelnden Fäkalien führen dann zu Hygieneproblemen, die Parasitenbefall und Infektionserkrankungen begünstigen.

„In Bezug auf die Tiergesundheit scheint das ‚einzelbetriebliche Management‘ wichtiger zu sein als die Wirtschaftsweise.“

Insgesamt deuten die Ergebnisse von Metaanalysen darauf hin, dass die Unterschiede zwischen ökologischer und konventioneller Viehwirtschaft nicht groß sind: Lund et al. finden bei einer Auswertung von 22 Studien, dass die ökologische Viehwirtschaft hinsichtlich der Tiergesundheit „nicht schlechter“ abschneidet als die konventionelle Viehwirtschaft – mit Ausnahme von parasitär verursachten Krankheiten. Wagenberg et al. werten insgesamt 52 Studien aus, die Rückschlüsse auf Tierwohl oder Tiergesundheit erlauben. Sie kommen zu dem Ergebnis, dass konventionelle Viehwirtschaft zu gleicher oder niedrigerer mikrobiologischer Kontamination und zu gleicher oder besserer Eutergesundheit in der Milchwirtschaft führt, während ökologische Viehwirtschaft mit gleicher oder niedrigerer Antibiotika-Resistenz und höherem Gehalt an hochwertigen Milchfettsäuren in der Milchwirtschaft einhergeht. Der Thünen-Report wertet insgesamt 67 Studien mit insgesamt 473 Vergleichspaaren aus. Er kommt zu dem Ergebnis, dass mit Ausnahme der Klauen- und Gliedmaßengesundheit, bei der die ökologische Viehwirtschaft besser abschneidet, „keine grundlegenden Unterschiede“ im Hinblick auf die Tiergesundheit festgestellt werden können. Nach Einschätzung des Thünen-Reports scheint das „einzelbetriebliche Management“ in Bezug auf die Tiergesundheit wichtiger zu sein als die Wirtschaftsweise.

Lebensretter Kunstdünger

Insgesamt zeigt sich also aus Sicht der wissenschaftlichen Forschung, dass sich die Vorzüge der ökologischen Landwirtschaft in recht bescheidenen Grenzen halten. Lediglich in puncto geringerer Pestizidbelastung existiert ein Vorteil, der allerdings nur dann ins Gewicht fällt, wenn man den gesetzlichen Grenzwerten – die im Bereich von Millionstel bis Milliardstel Gramm liegen – misstraut. Gravierend sind dagegen die problematischen Umweltwirkungen, die ihre wesentliche Ursache in der Ertragslücke der ökologischen Landwirtschaft haben.

Der Hauptgrund für die Ertragslücke liegt im Verbot von Kunstdünger in der ökologischen Landwirtschaft. Aus historischer Perspektive mutet dieses Dogma skurril an. Als sich gegen Ende des 19. Jahrhunderts eine Erschöpfung der natürlichen Guano- und Chilesalpetervorkommen abzeichnete, begann unter dem Schlagwort „Brot aus der Luft“ ein Forschungswettlauf mit dem Ziel, den in der Atmosphäre reichlich vorhandenen Stickstoff in ein Düngemittel einzubinden. Auf Grundlage des Haber-Bosch-Verfahrens gelang es dann 1913 mit dem Bau der ersten Produktionsanlage bei der BASF in Ludwigshafen, dieses Problem auf industrieller Basis zu lösen. Im 19. Jahrhundert hatte die Ausbeutung der natürlichen Düngervorkommen ein Produktivitätswachstum der Landwirtschaft ermöglicht, das die Grundlage für das Wachstum der Weltbevölkerung von 0,98 Milliarden Menschen im Jahr 1800 auf 1,65 Milliarden Menschen im Jahr 1900 bildete. Ohne die Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens hätte die Erschöpfung der natürlichen Düngervorkommen zu einem abrupten Rückgang der landwirtschaftlichen Produktion geführt. Nachdem über 100 Jahre lang die von Thomas Malthus 1798 vorhergesagte Hungersnot nicht eingetreten war, drohte nun am Ende des 19. Jahrhunderts tatsächlich eine malthusianische Katastrophe.

„Schon heute kann durch den Anbau genetisch veränderter Pflanzen der Ernteertrag gesteigert und der Pestizideinsatz reduziert werden.“

Es ist deshalb nicht übertrieben zu sagen, dass die Entdeckung des Kunstdüngers die Menschheit vor einer der größten Katastrophen ihrer Geschichte bewahrte. Sie bildete zugleich die Grundlage für das weitere Wachstum der Weltbevölkerung auf den heutigen Stand von knapp 8 Milliarden Menschen. Rund 40 Prozent des im menschlichen Körper gebundenen Stickstoffs stammt heute aus dem Haber-Bosch-Verfahren.7 Kann man vor diesem Hintergrund tatsächlich ein globales Verbot von Kunstdünger in der Landwirtschaft verlangen?

Motiviert ist das Kunstdüngerverbot vor allem durch die in der Vergangenheit beobachtbare Überdüngung konventionell bestellter Agrarflächen. Mit dem Aufkommen digital gesteuerter Präzisionsmaschinen bieten sich der Landwirtschaft jedoch heute Methoden zur teilflächenspezifischen Ausbringung von Dünger und Pestiziden mit erheblichem Einsparpotenzial an. Wie eine repräsentative Befragung des Digitalverbandes Bitkom aus dem Jahr 2016 zeigt, nutzen 53 Prozent der Betriebe in Deutschland bereits digitale Anwendungen. Sensorik und Software machen bei Landmaschinen heute bereits 30 Prozent der Wertschöpfung aus. In der Automobilindustrie sind es derzeit erst 10 Prozent. Die technologische Entwicklung trägt also bereits zur Ausschöpfung von Einsparpotenzialen bei. Der Wissenschaftliche Beirat für Agrarpolitik verweist außerdem auf die Möglichkeit, durch eine Verschärfung des Düngerechts und die Einführung einer Stickstoffabgabe weitere Anreize zu einer Reduzierung der Umweltbelastung zu setzen – ohne Kunstdünger zu verbieten.

Allerdings wäre auch bei einer Lockerung des Dogmas des Kunstdüngerverbotes mit einem weiteren Anstieg der Ertragslücke der ökologischen Landwirtschaft zu rechnen. Grund dafür ist ein anderes Dogma: Das Verbot des Einsatzes von Gentechnik. Schon heute kann durch den Anbau genetisch veränderter Pflanzen (vor allem beim Anbau von Sojabohnen, Mais und Baumwolle) der Ernteertrag um 22 Prozent gesteigert und der Pestizideinsatz um 37 Prozent reduziert werden, wie eine Metaanalyse von 147 Einzelstudien von Klümper et al. zeigt. Es ist damit zu rechnen, dass dies erst der Beginn einer Entwicklung ist, die in den kommenden Jahrzehnten zu erheblichen weiteren Fortschritten führen wird. Wie groß die Potenziale hier noch sind, zeigt eine gerade erschienene Forschungsarbeit von South et al., die den Photosyntheseprozess wichtiger Nutzpflanzen durch Verringerung der Notwendigkeit zur Lichtatmung soweit optimiert haben, dass ohne eine Erhöhung der Nährstoff- oder Wasserversorgung ein Anstieg der Biomassebildung um 40 Prozent möglich wird. Die damit erreichbaren Ertragssteigerungen könnten helfen, die Versorgungssituation vieler Menschen zu verbessern und gleichzeitig die landwirtschaftlich genutzte Fläche zu reduzieren.

Chancen der Gentechnologie

Vielversprechend sind auch die Möglichkeiten von Genom-Editing-Verfahren wie CRISPR-Cas. Sie erlauben es, gezielt präzise Veränderungen an einzelnen oder mehreren Genen vorzunehmen. Der Prozess ist im Ergebnis nicht von natürlichen Mutationen zu unterscheiden, denn es werden keine artfremden Gene eingefügt. Durch Reaktivierung bestimmter Gene können z.B. ertragsstarke Tomatensorten wieder den ursprünglichen Tomatengeschmack erhalten oder es kann die Robustheit wichtiger Getreide- und Obstsorten erhöht werden. Pflanzen können schnell und mit geringem Kostenaufwand in einer Weise optimiert werden, die bei konventioneller Züchtung mitunter Jahrzehnte dauern würde.

„Eine dogmatische Ablehnung der Gentechnik führt zu einer unsinnigen Verengung des Handlungsspielraums.“

Auch bei der Reduzierung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre könnte CRISPR-Cas eine wichtige Rolle spielen, wie die „Harnessing Plants Initiative“ des kalifornischen Salk Institute zeigt. Mit Hilfe von CRISPR-Cas ist es dort gelungen, die Kork-Bildung in den Pflanzenwurzeln zu erhöhen. Pflanzen lagern einen Teil des bei der Photosynthese aus der Atmosphäre aufgenommenen Kohlenstoffs in diesen Kork ein. Da Kork im Erdreich nur langsam verwittert, kann auf diese Weise die Bindung von Kohlenstoff im Erdreich erheblich gesteigert werden. Prinzipiell kann die verbesserte Wurzel-Kork-Bildung auf alle Nutzpflanzen übertragen werden. Auf diese Weise könnte die Landwirtschaft von einem Treibhausgasemittenten zu einer Treibhausgassenke werden.

Die vielfältigen Möglichkeiten, die die Gentechnik bietet, um die Versorgungssicherheit einer noch immer wachsenden Weltbevölkerung zu erhöhen und gleichzeitig die Umwelt zu entlasten, können jedoch nur genutzt werden, wenn die Chancen und Risiken rational abgewogen werden. Eine dogmatische Ablehnung der Gentechnik führt zu einer unsinnigen Verengung des Handlungsspielraums. Zu welchen Absurditäten diese Art von Dogmatismus in der Forschungspraxis führt, zeigt ebenfalls die „Harnessing Plants Initiative“ des Salk-Instituts. Um die dogmatischen Vorbehalte von Gentechnologie-Gegnern zu entkräften, züchtet das Salk Institut die mit CRISPR-Cas gewonnenen Modellpflanzen mit Hilfe des klassischen Verfahrens der selektiven Züchtung nach. Anstatt die gewünschten Änderungen also zielgerichtet mit Hilfe von CRISPR-Cas in die Pflanzen einzubauen, muss man abwarten, bis der Zufall Stück für Stück die gleiche Arbeit verrichtet hat.

Die Ablehnung der grünen Gentechnik reicht in Europa weit über die Befürworter des ökologischen Landbaus hinaus. Derzeit ist in der EU nur eine genetisch veränderte Pflanze für den Anbau zugelassen: der sogenannte Bt-Mais. Angebaut wird er nur noch in Portugal und Spanien. Die meisten anderen EU-Länder, darunter auch Deutschland, machen von der sogenannten Ausstiegsklausel in den europäischen Gentechnikgesetzen Gebrauch und untersagen den Anbau gentechnisch veränderter Pflanzen.

„Es gibt kein praktikables Analyseverfahren, um festzustellen, ob eine Pflanze genom-editiert ist.“

Nach dem Urteil des Europäischen Gerichtshofs vom Juli 2018 fallen nun auch Pflanzen, deren Erbgut mit dem Genom-Editing-Verfahren verändert wurden, unter die europäischen Gentechnikgesetze und müssen somit das gleiche langwierige Zulassungsverfahren durchlaufen. Der Gerichtshof hat mit seinem Urteil in Kauf genommen, dass sich genom-editierte Pflanzen nicht erkennbar von Pflanzen unterscheiden, die durch traditionelle Pflanzenzucht entstanden sind. Es gibt deshalb, im Gegensatz zu gentechnisch veränderten Pflanzen, kein praktikables Analyseverfahren, mit dem festgestellt werden kann, ob eine Pflanze genom-editiert ist.

Mittlerweile haben alle großen Unternehmen wie BASF, Bayer, KWS-Saat ihre Gentechnikforschung aus Europa nach Nord- oder Südamerika verlagert. Bei kleineren Unternehmen wurde die Forschung weitgehend eingestellt. Nach dem Ausstieg aus der Atomenergie ist Deutschland dabei, in einer weiteren Schlüsseltechnologie, die entscheidende Beiträge zur Bewältigung der anstehenden umweltpolitischen Herausforderungen leisten kann, den Anschluss zu verlieren.