Driving factors, decoupling effects and trend Prediction of Carbon Footprint in the production of major grain Crops in the Yellow River Basin

Die Erdatmosphäre erwärmt sich, und ein erheblicher Teil dieser Hitze stammt aus Gasen, die durch menschliche Aktivitäten freigesetzt werden. Während das Verbrennen fossiler Brennstoffe oft die meiste Aufmerksamkeit erhält, spielt auch die Art und Weise, wie wir unsere Lebensmittel anbauen, eine bedeutende Rolle. Die Landwirtschaft setzt Treibhausgase durch verschiedene Wege frei: die Produktion und den Einsatz von chemischen Düngemitteln, das Verbrennen von Ernteabfällen wie Stroh, den Energiebedarf für das Pumpen von Wasser zur Bewässerung und die natürliche Freisetzung von Gasen aus überfluteten Reisfeldern. Wissenschaftler messen die Gesamtmenge dieser Gase, die durch eine bestimmte Aktivität erzeugt werden, als „CO2-Fußabdruck“. In China ist das Becken des Gelben Flusses eine kritische Region für den Anbau von Nahrungsmitteln, da es über ein Drittel der Getreideproduktion des Landes verantwortet. Dieses Gebiet steht jedoch vor einer schwierigen Herausforderung: Es ist ökologisch fragil, mit knappen Wasserressourcen und leicht erodierbaren Böden, dennoch ist es auf intensive landwirtschaftliche Methoden angewiesen, um Millionen von Menschen zu ernähren. Da das Land bestrebt ist, seine gesamten Kohlenstoffemissionen zu reduzieren, um bis 2030 einen Höhepunkt zu erreichen und bis 2060 Klimaneutralität zu erlangen, ist das Verständnis darüber, wie viel Kohlenstoff diese lebenswichtige Getreideproduktion genau erzeugt und was diese Zahlen antreibt, dringend geworden.

Forscher des Baotou Teachers College machten sich daran, dieses komplexe Bild für die neun Provinzen entlang des Gelben Flusses zu erfassen. Sie konzentrierten sich auf die drei Hauptkulturen, die die Region ernähren: Weizen, Mais und Reis. Anstatt nur ein einzelnes Jahr zu betrachten, untersuchten sie Zwanzig Jahre an Daten, von 2004 bis 2024, um zu sehen, wie sich der CO2-Fußabdruck dieser Nutzpflanzen im Laufe der Zeit verändert hat. Sie berechneten die Emissionen aus jeder Phase des landwirtschaftlichen Prozesses, von der Herstellung des Saatguts und der Düngemittel bis hin zum Verbrennen von Stroh nach der Ernte. Ihre Analyse ergab einen klaren Trend: Die Gesamtmenge der Kohlenstoffemissionen aus dem Anbau dieser Getreidearten ist stetig gestiegen. Über zwei Jahrzehnte hinweg wuchsen die Gesamtemissionen von etwa 63 Millionen Tonnen auf fast 94 Millionen Tonnen an. Dieser Anstieg verlief nicht gleichmäßig über die gesamte Region; er wurde primlich durch eine massive Ausweitung des Maisanbaus in den nördlichen Teilen des Beckens vorangetrieben, insbesondere in der Inneren Mongolei, wo die mit Mais bepflanzte Fläche so stark wuchs, dass sich die mit dieser Kultur einzigen damit verbundenen Kohlenstoffemissionen verdoppelten. Die Weizenemissionen stiegen ebenfalls an, jedoch langsamer, während die Reisemissionen relativ stabil blieben und nur leicht schwankten.

Als die Forscher die Emissionen pro Flächeneinheit betrachteten, ergab sich ein anderes Bild. Während die Gesamtverschmutzung zunahm, weil die Landwirte mehr Hektar anpflanzten, wuchs die Verschmutzung pro spezifischer Hektarfläche nur sehr langsam. Dies deutet darauf hin, dass der Haupttreiber der steigenden Gesamtemissionen das schiere Ausmaß der Anpflanzung ist und nicht ein plötzlicher Anstieg der „Schmutzigkeit“ jeder einzelnen Farm. Die Landschaft der Verschmutzung ist jedoch nicht überall dieselbe. Die Studie fand heraus, dass die Quelle des CO2-Fußabdrucks davon abhängt, wo man sich im Flussbecken befindet. In den Oberläufen, wo das Klima trockener ist und Reis unter bestimmten Bedingungen angebaut wird, stammen die Emissionen hauptsächlich aus den Reisfeldern selbst und dem für die Bewässerung verwendeten Wasser. In den mittleren und unteren Abschnitten, in denen Weizen und Mais dominieren, ist die größte Quelle der Emissionen das Verbrennen von Reststroh. Tatsächlich machen der Reisanbau und das Verbrennen von Stroh zusammen mehr als sechzig Prozent des gesamten CO2-Fußabdrucks für das gesamte Becken aus.

Um zu verstehen, warum sich diese Zahlen ändern, analysierte das Team die menschlichen und wirtschaftlichen Faktoren dahinter. Sie fanden heraus, dass mit steigendem wirtschaftlichem Wert der Landwirtschaft pro Kopf die Landwirte dazu neigen, mehr Inputs wie Düngemittel und Maschinen einzusetzen, was die Emissionen nach oben treibt. Umgekehrt, wenn die Landbevölkerung schrumpft und weniger Menschen auf dem Land leben, werden die verbleibenden Betriebe oft größer und effizienter, was tatsächlich hilft, den CO2-Fußabdruck pro Produktionseinheit zu senken. Die Studie untersuchte auch die Beziehung zwischen dem mit der Landwirtschaft erzielten Geld und den emittierten Kohlenstoffen. Für den Großteil des zwanzigjährigen Zeitraums bewegten sich die beiden gemeinsam: Mit dem Wirtschaftswachstum stiegen auch die Emissionen, wenngleich die Emissionen in einem langsameren Tempo wuchsen. Dies wird als „schwache Entkopplung“ bezeichnet, was bedeutet, dass Fortschritte erzielt werden, die beiden aber noch miteinander verknüpft sind. In den letzten Jahren gab es jedoch Momente der „starken Entkopplung“, in denen die Wirtschaft wuchs, während die Emissionen tatsächlich sanken, was einen Ausblick auf das Mögliche bot.

Mit Blick auf die Zukunft nutzten die Forscher ein Vorhersagemodell, um zu prognostizieren, was zwischen 2025 und 2060 geschehen könnte. Das Modell legt nahe, dass der CO2-Fußabdruck pro Tonne produziertem Getreide weiter sinken wird, da die Landwirtschaft effizienter wird, der Fußabdruck pro Flächeneinheit jedoch wahrscheinlich leicht weiter ansteigen wird. Dies erzeugt eine Spannung: Selbst wenn die Landwirte effizienter werden, könnten die Gesamtemissionen weiterhin steigen, wenn die Anbaufläche weiter expandiert oder wenn die Intensität der Inputs pro Hektar zunimmt. Um die nationalen Ziele – die Spitze der Emissionen bis 2030 und die Klimaneutralität bis 2060 – zu erreichen, setzt die Studie spezifische Ziele. Der CO2-Fußabdruck pro Flächeneinheit muss unter einem bestimmten Limit gehalten werden, und die Emissionen pro Tonne Getreide müssen bis 2060 auf ein bestimmtes Niveau fallen. Das Erreichen dessen wird einen Wandel in der Art und Weise erfordern, wie Landwirtschaft betrieben wird. Die Forscher schlagen vor, dass der Weg nach vorne darin besteht, den starken Einsatz von chemischen Düngemitteln zu reduzな, bessere Wege für die Nutzung von Erntestroh zu finden, damit dieser nicht verbrannt werden muss, und Maschinen zu fördern, die energieeffizienter sind. Indem diese Strategien auf die spezifischen Bedingungen der jeweiligen Provinzen zugeschnitten werden – sei es das Management der Bewässerung im trockenen Norden oder der Umgang mit Stroh im fruchtbaren Süden – kann das Becken des Gelben Flusses weiterhin das Land ernähren und gleichzeitig auf eine sauberere, kohlenstoffärmere Zukunft zusteuern.