Emissionen der Landnutzung, -änderung und Forstwirtschaft

Wälder, Böden und ihre Vegetation speichern Kohlenstoff. Bei intensiver Nutzung wird Kohlendioxid freigesetzt. Maßnahmen, die die Freisetzung verhindern sollen, richten sich vor allem auf eine nachhaltige Bewirtschaftung der Wälder, den Erhalt von Dauergrünland, bodenschonende Bearbeitungsmethoden im Ackerbau, eine Reduzierung der Entwässerung und Wiedervernässung von Moorböden.

Inhaltsverzeichnis

 

Bedeutung von Landnutzung und Forstwirtschaft

Der Kohlenstoffzyklus stellt im komplexen Klimasystem unserer Erde ein regulierendes Element dar. Durch die Vegetation wird Kohlendioxid (CO2) aus der Luft mittels ⁠Photosynthese⁠ gebunden und durch natürlichen mikrobiellen Abbau freigesetzt. Neben Meeren und Böden gehören Waldökosysteme zu den globalen Kohlendioxid-Speichern. Bedingt durch einen höheren Biomassezuwachs wirken insbesondere ⁠boreale⁠ Wälder in der nördlichen Hemisphäre sogar als Kohlendioxid-Senken. Nach § 1.8 des Klimarahmenabkommens der Vereinten Nationen werden Senken als Prozesse, Aktivitäten oder Mechanismen definiert, die Treibhausgase (THG), ⁠Aerosole⁠ oder Vorläufersubstanzen von Treibhausgasen aus der ⁠Atmosphäre⁠ entfernen. Durch sog. Humifizierungsprozesse im Boden wird Kohlenstoff langfristig im Boden eingebaut. Global ist etwa fünfmal mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert als in der Vegetation (siehe IPCC Special Report on Land Use, Land Use Change and Forestry) und somit gehört der Boden zu den Kohlenstoffsenken. Natürliche Mineralisierungsprozesse führen dort zum Abbau der organischen Bodensubstanz und zur Freisetzung von den Treibhausgasen CO2, Methan und Lachgas. Der Aufbau und Abbau organischer Substanz steht in einem dynamischen Gleichgewicht. Durch ⁠Landnutzung⁠ oder Landnutzungsänderungen, wie z.B. Grünlandumbruch, Abholzung der Wälder und Brandrodung sowie Entwässerung von organischen Böden (Drainage), wird dieses Gleichgewicht ⁠anthropogen⁠ gestört. Die voran genannten Prozesse werden unter der Kategorie/ Sektor „Landnutzung, ⁠Landnutzungsänderung⁠ und Wald“ (kurz ⁠LULUCF⁠) bilanziert.

Verdorrter Wald
Abgeholztes Waldstück
Quelle: Jaana Prüss
 

Modellierung von Treibhausgas-Emissionen aus Landnutzungsänderung

Jährliche Veränderungen des nationalen Kohlenstoffhaushalts, die durch Änderungen der ⁠Landnutzung⁠ entstehen, werden über ein Gleichgewichtsmodell berechnet, welches für Deutschland auf einem Stichprobensystem mit rund 36 Millionen Stichprobenpunkten basiert. Dazu werden nationale Flächen in die Kategorien Wald, Acker- sowie Grünland, Feuchtgebieten Siedlungen und Flächen anderer Nutzung unterteilt. Es werden weiter sogenannten Verbleib- und Übergangsflächen zugeordnet. D.h. nachdem eine Fläche eine Nutzungsänderung erfährt, verändert sich die Kohlenstoffbilanz. Die Bilanzierung (Netto) erfolgt über die Summe der positiven (Quelle) und negativen (Senke) CO2-Emissionen der Kohlenstoffpools (ober- und unterirdische ⁠Biomasse⁠, ⁠Totholz⁠, Streu, organische und mineralische Böden und Holzprodukte).

Mit dem aktuellen ⁠LULUCF⁠-Inventar 2021 ergeben sich deutliche Veränderungen im Trendverlauf durch Methodenänderungen und Berücksichtigung neuer Daten, auf die in den folgenden Abschnitten eingegangen wird. Die bisherige Emissionsentwicklung ist für den Sektor LULUCF von einer fortwährend abnehmenden Netto-Kohlenstoffspeicherung im Wald sowie von hohen THG-Emissionen der organischen Böden des Acker- und Grünlands geprägt (Netto THG-Emissionen -16,5 Mio. t CO2 Äquivalente in 2019). Das Umweltbundesamt legt im Rahmen des neuen Klimaschutzgesetzes (KSG) eine Schätzung für das Vorjahr 2020 vor. Diese liefert für LULUCF nur Gesamtemissionen, die zudem sehr unsicher sind: Sie liegen mit -16,5 Mio. t ⁠CO2⁠ Äquivalenten etwa auf dem Niveau des Jahres 2019.

 

Veränderung des Waldbestands

Die Emissionen sowie die Speicherung von Kohlenstoff bzw. CO2 der Waldfläche werden auf Grundlage von Bundeswaldinventuren berechnet. Bei der Einbindung von CO2 spielt insbesondere der Wald eine entscheidende Rolle als Netto-Kohlenstoffsenke (-57 Mio. t CO2 Äquivalente in 2019). In der Waldkategorie sind die Kohlenstoffspeicherungen in den Pools ⁠Biomasse⁠ (63 %), mineralische Böden (25 %) und ⁠Totholz⁠ (5 %) ausschlaggebend.

Emissionsquellen entstehen durch Streu, Drainage, Mineralisierung und Waldbrände (5 % Anteil an der Treibhausgasbilanz des Waldes). Auch im Jahr 2019 kam es in weiten Teilen Deutschlands zu einer hohen Anzahl an Waldbränden, sodass die Brandfläche auf 2711 ha anstieg. Im Jahr 2018 waren es noch 2349 ha, was in etwa einer Fläche von fast 3.300 Fußballfeldern entspricht. Durch die Brände wurden knapp 0,2 Mio. t CO2-Äquivalente an Treibhausgasen freigesetzt. Werden nur die CO2-Emissionen aus Waldbrand (0,18 Mio. t CO2-Äquivalente) betrachtet, machen diese im Verhältnis zu den CO2-Emissionen des Gesamtinventars nur einen kleinen Bruchteil (unter 0,03 %) aus.

Die Ergebnisse der letzten Kohlenstoffinventur 2017 ergaben für den Zeitraum 2012 bis 2017 eine Kohlenstoffspeicherung in der Biomasse von 12,4 Mio. t Kohlenstoff pro Jahr sowie einen Anstieg der Kohlenstoffvorräte bis zum Jahr 2017 von 113,7 Tonnen pro Hektar in den Wäldern (Riedel, T., Stümer, W. et al. 2019). In den ⁠LULUCF⁠-Inventaren der Vorjahre wurden für die jährlichen Angaben zur Biomasse im Wald die periodischen Angaben der Waldinventuren berücksichtigt, sodass der gleiche Emissionsfaktor (EF) für alle Jahre einer Periode zum Einsatz kam. Mit der Berichterstattung 2021 werden nun jährlich differenzierte Daten für die lebende Biomasse in die ⁠Treibhausgas⁠-Berichterstattung eingeführt, die den jährlichen Holzeinschlag aus der nationalen Holzeinschlagsstatistik berücksichtigen. Mit dieser Methode können nun ansatzweise die Waldschäden im Inventar abgebildet werden. Daher ergaben sich deutliche Änderungen der Emissionen in den Jahren 1990, 2002 und 2008 im ⁠Trend⁠ für den Wald und somit für den gesamten LULUCF-Sektor (siehe Tab. „Emissionen und Senken im Bereich ⁠Landnutzung⁠, ⁠Landnutzungsänderung⁠ und Forstwirtschaft"). In den Jahren 1990 und 2007 trafen auf Deutschland Orkane (2007 war es der Sturm Kyrill), die zu erheblichem Holzbruch mit einem daraus resultierenden hohen Sturmholzaufkommen in den Folgejahren führten (siehe dazu NIR 2021). Demnach werden in 1990 nur rund -22 Mio. t CO2-Äquivalente CO2-Emissionen statt wie bisher errechnet rund -71 Mio. t CO2-Äquivalente gespeichert, sodass sich für die gesamten Netto-THG-Emissionen des LULUCF-Sektors eine Emissionsquelle in 1990 in Höhe von knapp 25 Mio. t CO2-Äquivalente ergibt.

Inwieweit die Ereignisse der letzten drei Jahre wie Stürme, ⁠Dürre⁠ und Insekten Einfluss auf den Kohlenstoffspeicher Wald haben, werden erst die Analysen 2021 und im Detail die Bundeswaldinventur 2022 aufzeigen, aber offensichtlich ist: Der Zustand des deutschen Waldes ist zunehmend besorgniserregend.

Die Tabelle zeigt für die Jahre 1990 bis 2019, welche THG-Emissionen in den Landnutzungskategorien aufgenommen und abgegeben wurden.
Tab: Emissionen und Senken im Bereich Landnutzung, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft
Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung
 

Veränderungen bei Ackerland und Grünland

Die Kategorien Ackerland und Grünland beinhalten die Freisetzung/Einbindung von CO2 aus mineralischen und organischen Böden, der ober- und unterirdischen ⁠Biomasse⁠ sowie direkte und indirekte Lachgasemissionen durch Humusverluste aus Mineralböden nach ⁠Landnutzungsänderung⁠ zu den jeweiligen Kategorien. Gleichfalls werden Methanemissionen aus organischen Böden und Entwässerungsgräben berücksichtigt. Direkte und indirekte Lachgasemissionen aus der Düngemittelausbringung werden im Bereich Landwirtschaft unter landwirtschaftliche Böden berichtet.

Ackerland

Für die Landnutzungskategorie Ackerland betrugen im Jahr 2019 die THG-Gesamtemissionen 17,1 Mio. t CO2 Äquivalente und waren um 3,2 Mio. t CO2 Äquivalente ≙ 23,2 % größer als im Basisjahr 1990 (siehe Tab. „Emissionen und Senken im Bereich ⁠Landnutzung⁠, Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft“). Als Emissionshauptquellen sind die ackerbaulich genutzten organische Böden (67 %) und die Mineralböden (29 %), letztere hauptsächlich infolge des Grünlandumbruchs, zu nennen. Dominierendes ⁠Treibhausgas⁠ in der Kategorie Ackerland ist CO2 (2019: 16 Mio. t CO2 Äquivalente, rund 96 %).

Grünland

Die Landnutzungskategorie Grünland wird in Grünland im engeren Sinne sowie in Gehölze unterteilt. Die Unterkategorie Grünland im engeren Sinne (dazu gehören z.B. Wiesen, Weiden, Mähweiden etc.) ist eine CO2-Quelle, welche durch die Emissionen aus organischen Böden dominiert wird. Für die Landnutzungskategorie Grünland wurden Netto-THG-Emissionen insgesamt in Höhe von 18,2 Mio. t CO2 Äquivalenten errechnet. Diese liegen um rund 9 Mio. t CO2 Äquivalente ≙ 33 % kleiner als im Basisjahr 1990. Dieser abnehmende ⁠Trend⁠ wird durch die Pools Biomasse sowie Mineralböden beeinflusst, die als Kohlenstoffsenken fungieren. Die Senkenleistung hat hier gegenüber dem Basisjahr deutlich zugenommen.

Die deutlichen Emissionsunterschiede zur Vorjahresberichterstattung 2020 sind insbesondere auf die neu eingeführten Emissionsfaktoren für Mineralböden, die Methodenmodifikation zur Flächenerhebung von Entwässerungsgräben und die Einführung einer neuen Methode zur Berechnung der Emissionen aus organischen Böden in Abhängigkeit vom Grundwasserflurabstand zurückzuführen.

Durch Entwässerung organischer Grünlandböden, die zum Teil zu landwirtschaftlich genutzten Mooren zählen, werden ebenfalls THG-Emissionen freigesetzt.

 

Landwirtschaftlich genutzte Moore

Drainierte Moorböden (d.h. entwässerte organische Böden) und Torfabbau gelten als sog. Hotspots für Treibhausgase in allen Landnutzungskategorien. Sie emittieren jährlich ca. 53 Mio. t CO2 Äquivalente an THG-Emissionen. Der aus organischen Böden stammende Emissionsbetrag liegt im Verhältnis zu den gesamten nationalen THG-Emissionen im Jahr 2019 bei 6,7 % (siehe Abb. “Treibhausgas-Emissionen aus Mooren“). Zu den THG-Emissionsquellen der landwirtschaftlichen genutzten Mooren werden organische Böden der Landnutzungskategorien Ackerland, Grünland im engeren Sinne (d.h. Wiesen, Weiden, Mähweiden) sowie Lachgasemissionen aus Histosolen des Sektors Landwirtschaft gezählt. Insgesamt wurde für diese Bereiche eine Emissionsmenge von rund 42 Mio. t CO2-Äquivalente in 2019 freigesetzt, was einem Anteil von 80 % an den THG-Emissionen aus Mooren entspricht.

Unter der Landnutzungskategorie „Feuchtgebiete“ werden in Deutschland die wenigen, kaum vom Menschen beeinflussten, nicht drainierten, naturnahen Moorstandorte und sonstigen Feuchtgebiete (Terrestrische Feuchtgebiete, Gewässer und überflutete Landflächen sowie Torfabbauflächen zur Gewinnung von Gartenbautorfen) zusammengefasst. In Deutschland betrifft das eine Fläche von 147.604 ha, die für THG-Emissionen in Höhe von knapp 5 Mio. t CO2-Äquivalente verantwortlich ist.

Moorbrand von Meppen 2018
Durch einen Übungseinsatz der Bundeswehr kam es im September 2018 zu einem Brand auf einer 1.221 ha großen drainierten Moorfläche. Dieser Brand wurde durch das Bundesamt für Infrastruktur, Umweltschutz und Dienstleistungen der Bundeswehr umfassend untersucht und dokumentiert. Bei dem Brand entstanden 637 kt CO2 ÄquivalenteTHG-Emissionen (ohne Berücksichtigung von N2O).

Das Diagramm zeigt die Treibhausgasemissionen aus organischen Böden/Moorböden. Der Anteil an den Gesamtemissionen Deutschlands stieg seit 1990, und lag 2019 bei 6,7 %.
Treibhausgas-Emissionen aus Mooren
Quelle: Umweltbundesamt Diagramm als PDF
 

Nachhaltige Landnutzung und Forstwirtschaft

Seit dem Jahr 2015 wird die Grünlanderhaltung im Rahmen der EU-Agrarpolitik über das sogenannte Greening geregelt (Verordnung 1307/2013/EU). Das bedeutet, dass zum ein über Pflug- und Umwandlungsverbot Grünland erhalten und zum anderen aber auch durch staatliche Förderung die Grünlandextensivierung vorangetrieben werden soll. Die Förderung findet auf Bundesländerebene statt. In der Forstwirtschaft sollen Waldflächen erhalten oder sogar mit Pflanzungen heimischer Baumarten ausgeweitet und die verstärkte Holnutzung aus nachhaltiger Holzwirtschaft (siehe Charta für Holz 2.0) gefördert werden. Weitere Erstaufforstungen sind bereits bewährte Maßnahmen, um die Senkenwirkung des Waldes zu erhöhen.Des Weiteren werden durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (⁠BMEL⁠) internationale Projekte zur nachhaltigen Waldwirtschaft, die auch dem deutschen Wald zu Gute kommen, zunehmend gefördert.

Die ⁠Treibhausgas⁠-Emissionen aus drainierten Moorflächen lassen sich verringern, indem man den Wasserstand gezielt geregelt erhöht, was zu geringeren CO2-Emissionen führt. Weitere Möglichkeiten liegen vor allem bei Grünland und Ackerland in der landwirtschaftlichen Nutzung nasser Moorböden, der sogenannten Paludikultur (Landwirtschaft auf nassen Böden, die den Torfkörper erhält oder zu dessen Aufbau beiträgt). Das ist z.B. der Anbau von Schilf für Dachreet, die Beweidung mit Wasserbüffel, die energetische Nutzung von Niedermoor-⁠Biomasse⁠ oder der Anbau von Torfmoosen. Eine weitere Klimagasrelevante Maßnahme ist die Reduzierung des Torfabbaus und der Torfanwendung.

Eine detailliertere Betrachtung dazu findet sich unter Klimaschutz in der Landwirtschaft.