Entwässerungs- oder Schwammlandschaft

Klimaextreme und Bodenbearbeitung

Die Schwammstadt ist inzwischen vielen ein Begriff. Weniger bekannt ist, dass das Konzept auch auf die Landgebiete zwischen den Städten ausgeweitet wurde und heute vielfach die Umwandlung der vorherrschenden Entwässerungslandschaft zur Schwammlandschaft gefordert wird. Die Folgen des Klimawandels betreffen auch die weiten ländlichen Räume, die in unseren Breiten zumeist landwirtschaftlich genutzt werden. Ähnlich wie in Städten machen sich auch hier die Temperaturzunahme und die Veränderung von Wetterextremen bemerkbar.

Abb. 1: Eine „graue“ Landschaft: Die Beseitigung von Vegetation und Feuchtgebieten, die Kanalisation der Wasserwege, die Versiegelung durch Straßen und Wege und ein Fichtenwald macht die Landschaft abgreifbar durch Hitze, Dürren, Überschwemmungen und Waldbrände.

In den Städten treffen Hitzewellen, Dürren und Starkniederschläge auf bauliche Strukturen, die auf die neuen Extreme nicht vorbereitet sind, ja in vielen Fällen Extremereignisse in ihrer Wirkung noch verstärken. Versiegelte Flächen und eine immer weiter ausgebaute Kanalisation sorgen in unseren Städten für ein schnelles Abfließen von Wassermassen bei Starkregen, die sich nicht selten ungeplant ansammeln und zu Überschwemmungen führen. Die Wohn- und Bürogebäude sind darauf ausgelegt, die Wärme im Winter im Innern zu halten, nicht sie im Sommer gar nicht erst reinzulassen.

Ähnlich haben die modernen landwirtschaftlichen Bearbeitungsmethoden besonders in den letzten Jahrzehnten die ländlichen Räume so stark verändert, dass sie den Herausforderungen des Klimawandels immer weniger gewachsen sind. Diese bestehen einerseits aus höheren Temperaturen und längeren und intensiveren Trockenphasen, andererseits in stärkeren Niederschlägen und Überschwemmungen. Davon sind Böden betroffen, die zunehmend durch Entwässerungsgräben und Beseitigung der natürlichen Vegetation trockengelegt wurden. Besonders bei Starkregen wird dadurch von der Agrarlandschaft weniger Niederschlagswasser aufgenommen und fließt stattdessen vermehrt ab, in manchen Fällen mit den Folgen von Bodenerosion. Dadurch versickert weniger Wasser in den Boden, das den Pflanzen bei Trockenheit zugutekommen könnte.

Abb. 2: Bodenverdichtung unter Fahrspuren

Immer schwerere landwirtschaftliche Maschinen haben zudem die landwirtschaftlichen Böden stark verdichtet. So haben sich seit den 1950er Jahren die Radlasten landwirtschaftlicher Maschinen verzehnfacht. Außerdem werden auch auf dem Land Flächen immer stärker versiegelt. Die Mechanisierung von Land- und Forstwirtschaft hat dazu geführt, dass immer mehr befestigte Wege und Straßen angelegt wurden, auf denen das Wasser oberflächlich abfließt. Begleitet werden die Wege und Straßen beidseitig von Entwässerungsgräben, die Hochwasser auf den befahrenen Strecken verhindern und das Wasser möglichst schnell abfließen lassen sollen.

Bodenverdichtung behindert nicht nur die Wasserversorgung der Anbaupflanzen. Sie verlangsamt auch das Wurzelwachstum. Bei gesunden Böden brauchen Wurzeln nur 14 Tage, um an das Wasser in 50 Zentimeter Tiefe zu gelangen. Auf verdichtetem Boden sind es über zwei Monate. Vielfach nehmen sich die Pflanzen dann das nötige Wasser aus dem Oberboden, soweit es, z.B. durch Bewässerung, vorhanden ist. Dadurch wird der Oberboden bei fehlendem Niederschlag schnell trocken, und bei nachfolgendem Starkregen dringt das Wasser kaum noch in den Boden ein. Der dadurch bedingte stärkere Abfluss begünstigt ebenfalls die Erosion.

Anpassungsmaßnahmen in Agrarlandschaften

Abb. 3: Die "grün-blaue" Landschaft: Eine hohe Artenvielfalt der Pflanzenbedeckung und Tierpopulation auf dem Land und im Wasser, naturnahe Gewässer und Feuchtgebiete machen die Landschaft widerstandsfähig gegen Extremereignisse durch den Klimawandel.

Böden sind die Grundlage der Bewirtschaftung des Agrarlandes. Sie brauchen genügend Wasser und einen möglichst hohen Humusanteil, um die Pflanzen mit Wasser und Nährstoffen zu versorgen. Wichtig ist, die Bodenverdichtung zu vermeiden, damit die obere Bodenschicht mehr Wasser aufnehmen kann. Das Bundesumweltamt empfiehlt dafür u.a. landwirtschaftliche Maschinen mit breiteren Reifen. Weniger Pflügen und die Bedeckung mit einer Mulchschicht können die Verdunstung und Erosionsgefahr reduzieren und den Humusaufbau fördern. Bei der Bewässerung sollte möglichst eine wassersparende Tröpfchenbewässerung angewendet werden. Insgesamt ist die Bewässerung in Deutschland noch wenig verbreitet. Sie reicht von 2% der landwirtschaftlichen Nutzfläche in Bayern bis 14% in Niedersachsen.

Nicht zuletzt sollte die Auswahl der Anbaukulturen an die neuen klimatischen Bedingungen angepasst werden. So sollten zunehmend gegenüber Wärme und Trockenheit resistente Pflanzenarten wie Mais, Hirse oder Soja ausgewählt werden. Typische Zwischenfrüchte wie Leguminosen können den Boden auflockern und Nährstoffe binden. Manche Anbaufrüchte können nur oberflächennahes Wasser nutzen, Raps oder Zuckerrüben erschließen Wasservorräte noch in 1 bis 2 m Tiefe. Nach einer Untersuchung über die tatsächlich angewendeten Maßnahmen in Deutschland steht an der Spitze die rotierende Fruchtfolge. An zweiter Stelle befindet sich die konservierende Bodenbearbeitung, bei der weitgehend auf das Pflügen verzichtet wird und ein hoher Anteil der vorhergegangenen Kultur auf dem Feld liegen bleibt. Am wenigsten kommen Bewässerung und der gemischte Anbau mit zwei oder mehr Kulturen gleichzeitig zur Anwendung, wahrscheinlich, weil hier die Kosten zu hoch sind.

Eine Anpassungsmaßnahme mit einer breiten Wirkung und seit vielen Jahrhunderten nahezu weltweit bekannt ist die Agroforstwirtschaft. Dabei werden auf demselben Stück Land Bäume und Sträucher mit Ackerbau und Viehzucht kombiniert. Die Agroforstwirtschaft dient primär dem Schutz des Bodens vor Erosion durch Wind und Wasser. Außerdem nehmen Bäume und Sträucher bei Niederschlag mehr Wasser auf als Anbaupflanzen, speichern es länger und geben es nur verzögert durch Verdunsten und Versickern wieder ab. Der Schatten von Holzgewächsen bremst zudem die Austrocknung der angrenzende Felder und Weiden und verringert Hitzestress bei Anbaupflanzen und Weidetieren.

Feuchtgebiete

Moore

Die heutige Entwässerungslandschaft hat nicht zuletzt die Feuchtgebiete weitgehend zum Verschwinden gebracht oder in ihrer natürlichen Funktion stark eingeschränkt. Bach- und Flussläufe wurden begradigt oder gar kanalisiert. Flussauen und Sümpfe wurden trockengelegt. Am stärksten traf es die Moore. Sie sind zu einem erheblichen Teil trockengelegt und werden landwirtschaftlich als Weide oder Ackerland genutzt. In Zeiten des Klimawandels sind Moore von großer Bedeutung. Allein in Deutschland speichern sie 1,3 Milliarden Tonnen Kohlenstoff.

Abb. 4: Umwandlung von Mooren in landwirtschaftliche Nutzflächen

Die Trockenlegung führt dazu, dass jährlich ein großer Teil Kohlenstoff (hauptsächlich CO₂, aber auch ein kleiner Anteil Methan) freigesetzt wird. In Deutschland sind das ein Drittel der gesamten Emissionen aus der Landwirtschaft. In nassen Mooren verrotten tote Pflanzenteile nur sehr langsam. Der Kohlenstoff ist daher in den Mooren konserviert. In trockenen Mooren gelangt dagegen Sauerstoff in den Boden. Dabei werden Mikroorganismen aktiviert und zersetzen den Torf der Moore, wodurch CO₂ freigesetzt wird. In Deutschland machen die Emissionen aus entwässerten Mooren ein Drittel der gesamten landwirtschaftlichen Emissionen aus.

Wiedervernässung von Mooren

Abb. 5: Himmelmoor bei Hamburg, z.T. wiedervernässt.

Etwa 95% der Moore in Deutschland wurden im Laufe der letzten Jahrhunderte trockengelegt und werden hauptsächlich land- und forstwirtschaftlich genutzt. Heute bemüht man sich stark um eine Wiedervernässung und Renaturierung der Moore. Der wichtigste Grund ist der Klimaschutz, da trockengelegte Moore große Mengen an CO₂ emittieren. Moore sind außerdem wichtige Lebensräume für zahlreiche Tiere und Insekten und spezifische Pflanzenarten. Und Moore sind in der Lage, bei Niederschlag große Mengen Wasser über lange Zeiträume zu speichern. Damit verhindern sie nicht nur Überschwemmungen, sondern geben bei Trockenheit durch Verdunstung und Versickern Wasserdampf und Wasser an die Atmosphäre und Böden ab. Die Verdunstung kühlt zudem bei Hitze die Luft ab.

Will man Moore wiedervernässen, müssen zunächst die vorhandenen Entwässerungsgräben zugestaut und Drainagerohre beseitigt werden. Durch Zufuhr vom Grundwasser und Niederschlag kann sich dann wieder Wasser sammeln. Bei Starkregen saugt sich das Moor wie ein Schwamm mit Wasser voll, ohne dass nennenswerte Mengen in die Umgebung abfließen. Allerdings kann der Wasserspiegel bei größeren Trockenperioden durch absinkendes Grundwasser auch wieder abnehmen. Moorlandschaften können allerdings die zunehmenden Winterniederschläge in Deutschland auch bis in die wärmeren Jahreszeiten speichern.

Flussauen

Abb. 6: Flussauen im unteren Odertal

Flüsse und ihre Auenbereiche sind von Natur aus eng miteinander verbunden. Bei Starkregen und Hochwasser werden Auen mit Flusswasser überschwemmt. Wasser wird im Auenbereich gespeichert, Nährstoffe und Sedimente werden abgelagert und erhalten das Bodenniveau und den Bewuchs der Auen. Bei Trockenheit und Niedrigwasserphasen geben Auen Wasser an den Fluss ab. Auf Flussauen wachsen Bäume und Büsche, die die ufernahen Bereiche des Flusses durch Beschattung kühl halten.

Durch menschliche Nutzung ist dieser Austausch jedoch erheblich gestört. Auen und Flüsse wurden entkoppelt. Oft werden Auen bis zum Flussufer land- oder forstwirtschaftlich genutzt und vom Fluss durch Deiche und andere Befestigungen abgetrennt. Gräben entwässern das Feuchtgebiet der Auen, so dass ihre Wasserspeicherfunktion in vielen Fällen stark reduziert ist. Nur noch 10% der noch vorhandenen Flussauen befinden sich in einem naturnahen Zustand. Die Flüsse sind häufig begradigt und verbaut, was die Fließgeschwindigkeit erhöht und das Wasser schneller abführt. In Deutschland trifft das für über 90% der Flüsse und Bäche zu. Insgesamt wird dadurch die Entwässerung der Landschaft gefördert und der Rückhalt des Wassers in der Fläche reduziert. Bei großen Hochwasserereignissen können in Deutschland nur noch ein Drittel der früheren Überflutungsflächen überschwemmt werden. Die Auen haben ihre Pufferfunktion verloren. Eine Folge zeigt sich im Pendeln der Flüsse zwischen extremen Niedrig- und Hochwasserständen.

Renaturierung von Flussauen

Um Flüsse und Auen zu renaturieren, müssen vor allem ausreichende Flächen zur Verfügung stehen, was auf konkurrierende Nutzungsinteressen vor allem durch die Landwirtschaft stößt. Grundlegend müssen beide Bereiche wieder miteinander verzahnt werden. Dazu müssen einerseits die Fluss- und Bachläufe umgestaltet werden. Ihre Verläufe sollten wieder die Möglichkeit erhalten zu mäandrieren. Die Uferbereiche sollten durch den Fluss und seine Dynamik selbst gestaltet werden. Vorteilhaft ist die Entstehung von Buchten und Flachwasserbereichen. Die Beseitigung von gepflasterten und betonierten Sohlen ermöglichen Flüssen und Bächen ihr eigenes Bett zu gestalten. Werden die verbreiteten Uferbefestigungen beseitigt und die Flussufer abgeflacht, können die Böschungen begrünt werden. Einengende Deiche sollten zurückverlegt werden. Hilfreich ist auch die Wiederanbindung von Seitengewässern und Totarmen.

Derartige Maßnahmen erlauben dem Fluss, sich auszubreiten und bei Hochwasser die angrenzenden Auen zu überfluten. In naturnahen Auen fördern Auenwälder, Strauchvegetation und Wiesen den Rückhalt von Hochwasser. Auen und Fluss schaffen ihre eigenen Grenzbereiche. Hochwasser können sich wieder natürlich ausbreiten, werden dadurch gebremst und gelangen nur zeitlich verzögert und abgeschwächt flussabwärts.

Wälder

Wälder sind ein dominierendes Element der globalen Bodenbedeckung. Sie nehmen 32% der globalen Landfläche von 13 Milliarden ha ein, übertroffen nur durch die landwirtschaftliche Nutzfläche von 36%. In Deutschland bedeckt der Wald ebenfalls etwa ein Drittel der Landfläche, die Landwirtschaft über die Hälfte. 79% der Waldfläche werden in Deutschland von Mischwald eingenommen. Der Nutzen von Wäldern für Natur und Mensch, die sogenannten Ökosystemleistungen des Waldes, sind vielfältig. Sie spielen zum einen eine zentrale Rolle für die Biodiversität. In deutschen Wäldern kommen fast 2.900 Pflanzenarten, 140 Wirbeltier- und unzählige Insektenarten vor.

Abb. 7: Ökosystemleistungen des Waldes in Deutschland

Zum anderen ist angesichts de Klimawandels die enorme Fähigkeit des Waldes, Wasser zu speichern, von großer Bedeutung. Wälder nehmen das Niederschlagswasser wie ein Schwamm auf. Ein Teil verdunstet und erhöht den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre. Der nicht verdunstete Teil versickert im Waldboden, wird von Pflanzen aufgenommen oder speist das Grundwasser. Waldböden sind Deutschlands größter Süßwasserspeicher, der bis zu 200 Liter Wasser pro Quadratmeter speichern kann. Dabei ist die Grundwasserneubildung in Mischwäldern höher als in reinen Nadelwäldern. Bei Dürren ist der Waldboden eine elementare Wasserressource für die Bäume.

Abb. 8: Ein kleines Waldfragment, umgeben von Sojafeldern. Der restliche Regenwald wurde abgeholzt und abgebrannt.

Wälder in Deutschland und Europa, aber auch weltweit wurden durch menschliche Eingriffe erheblich verändert. Große Waldgebiete wurden abgebrannt und abgeholzt und werden als Weiden oder Anbauland genutzt. Die Waldbestände selbst wurden in vielen Fällen umgebaut. Dabei mussten oft die natürlichen Bestände Monokulturen weichen, die der Holzgewinnung dienen. Im Mittelalter etwa gab es ein Verhältnis von Laubholz zu Nadelholz von 75 % zu 25 %. Anfang des 20. Jahrhunderts hatte sich das Verhältnis umgedreht. In den letzten Jahrzehnten hat der Nadelwaldbestand vor allem durch Fichten und Kiefern noch weiter zugenommen. Waldgebiete wurden mit Straßen und Wegen durchzogen. Als Folge können die Wälder ihre Ökosystemleistungen nur noch eingeschränkt erfüllen. Und sie sind weniger in der Lage, den negativen Auswirkungen des Klimawandels wie Dürren oder Waldbränden Widerstand zu leisten.

Waldmonokulturen und in Deutschland in erster Linie die Fichte sind den Risiken des Klimawandels durch hohe Temperaturen, Dürren, Waldbrände und Windschäden besonders stark ausgesetzt. Die Fichte wurde als schnell wachsender Nadelbaum aus höheren Breiten nach Mitteleuropa eingeführt. Laubbäume wie Buchen und Eichen oder Mischwälder sind dagegen wesentlich widerstandsfähiger. Geschädigte Bäume werden anschließend häufig von Borkenkäfern befallen.

Anpassung

Wichtig ist es zunächst, die Wasserversorgung des Waldes zu gewährleisten. Dafür sollten Entwässerungsgräben möglichst beseitigt und Wasserentnahmen aus Grundwasser unter dem Wald vermieden werden. Durch Abholzungen oder infolge von Dürren, Waldbränden oder Sturmschäden entstandene Lücken sollten als Chance gesehen und mit neuen Beständen geschlossen werden. Damit der Boden nicht austrocknet und die Feuchtigkeit aus den Baumbeständen und Pflanzenresten verdunstet, sollten die Lücken möglichst umgehend bepflanzt werden. Eine geschlossene Vegetationsdecke schützt den Boden vor Austrocknung. Bei der Räumung von Ästen, Wurzeln etc. sollten möglichst keine neuen Fahrstreifen entstehen, damit der Boden nicht verdichtet wird.

Bei der Neuanpflanzung sollte es zu einer sorgfältigen Auswahl von Bäumen kommen, die an die neuen Klimabedingungen angepasst sind. Baumarten unterschiedlicher Herkunft sind bei der Wiederaufforstung zu bevorzugen. Sie sollten gegenüber Hitze, Dürren und Borkenkäfern unterschiedliche Widerstandskraft besitzen, damit sie dem nächsten Extremereignis nicht alle auf gleiche Weise zum Opfer fallen. Letztlich läuft die Wiederbewaldung auf die Ausweitung des Bestands von Mischwäldern hinaus. Seit den 1990er Jahren wird in Deutschland der Anbau von Mischwäldern stark vorangetrieben.

Abb. 9: Abgestorbene Fichten im Harz

Abb. 10: Buchenwald im Solling

Beim Waldumbau geht es in erster Linie um die Umwandlung von den in Deutschland stark verbreiteten Fichten- oder Kiefernmonokulturen zu artenreichen, mehrschichtigen und naturnahen Mischwäldern mit einer breiteren strukturellen und genetischen Vielfalt. Eine natürliche Verjüngung des Bestands schafft jedoch oft nicht die nötige Vielfalt der Baumarten und braucht Zeit. Daher ermöglicht die aktive Aufforstung z.B. mit Schwarzkiefern, Ahorn und Winterlinden, Lärchen, Stieleichen und Bergahorn eine größere Resilienz der neuen Bestände. Tiefer wurzelnde Arten, wie zum Beispiel Eichen, können mehr Wasser, als sie selbst benötigen, aus tiefer liegenden Bodenschichten über ihr Wurzelsystem in obere Bodenschichten transportieren. Flacher wurzelnde Arten wie zum Beispiel Buchen profitieren dann von der "Nachbarschaft" mit der Eiche.

Einzelnachweise

Kontakt: Dieter Kasang