Ernährungssicherung in Afrika: Leguminosen anbauen, um weniger Mineraldünger zu verbrauchen?

Um die Getreideerträge in Afrika zu steigern, ist die Produktion von Gründünger durch den Anbau von Leguminosen vielversprechend. Aber einige Hindernisse bleiben.

Den Hunger bis 2030 zu beenden, ist eines der Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen. Eine große Herausforderung in Subsahara-Afrika, wo immer noch ein Drittel der Haushalte lebt Situation der Ernährungsunsicherheit. Um den Bedarf der wachsenden Bevölkerung Afrikas zu decken, ist die Notwendigkeit eine deutliche Steigerung des Getreideertrags.) wird allgemein akzeptiert.

Letztere sind in der Region durch die Erschöpfung der Bodennährstoffvorräte nach Jahrzehnten ununterbrochener Bewirtschaftung unter unzureichender Düngung, die wiederum aus dem geringen Einsatz von mineralischen Düngemitteln und den geringen zur Düngung verfügbaren Biomassen resultiert, stark eingeschränkt.

Derzeit sollte die ausgebrachte Stickstoffmenge mit 15 multipliziert werden, um ein Getreideertragsniveau zu erreichen lebensmittelecht verträglich.

Wertvolle Nährstoffe in der Gründüngung

Mineraldünger sind eines der Mittel, um die Verfügbarkeit von Stickstoff für Pflanzen zu erhöhen. Während sie für die Steigerung der Getreideerträge von entscheidender Bedeutung sind, können sie bei übermäßiger Nutzung der Umwelt schaden, und ihr Preis ist für die Landwirte oft zu hoch, da die Störung der Weltmärkte im Zusammenhang mit dem Krieg in der Ukraine die Beschränkungen verschärft hat.

Stickstoff ist in der Atmosphäre reichlich vorhanden und Leguminosen haben die einzigartige Fähigkeit, diesen atmosphärischen Stickstoff durch Symbiose mit Bakterien in ihrem Pflanzengewebe zu fixieren. Sie vor dem Getreide anzubauen, indem ihre Rückstände vor der Aussaat vergraben werden, könnte den Boden mit erheblichen Mengen an Stickstoff versorgen und den Einsatz von Mineraldünger optimieren, der für einen besseren Getreideertrag erforderlich ist.

Ein bekannter Effekt in gemäßigten und tropischen Systemen, der jedoch von Jahr zu Jahr stark variieren kann. Bei einem Temperaturanstieg zersetzen sich die Leguminosenrückstände schneller, während bei starken Regenfällen der durch die Zersetzung der Rückstände gewonnene Stickstoff ausgewaschen und an die Ernte verloren gehen könnte.

Dünger, Klima und Reisanbau in Madagaskar

Seit mehr als 20 Jahren erforschen Fofifa und Cirad (zwei Forschungsinstitute aus Madagaskar bzw. Frankreich) verschiedene Wege, um die Produktion der madagassischen Landwirtschaft nachhaltig zu intensivieren und das Haushaltseinkommen zu steigern.

In dieser aktuellen Studiehaben wir die Zweckmäßigkeit in Frage gestellt, einen Teil der zur Ertragssteigerung eingesetzten Mineraldünger durch die Verwendung von Gründünger für den Anbau von Hochlandreis in Madagaskar zu ersetzen. Die allgemeine Politik des Staates in Madagaskar plant, die Reisproduktion zu erhöhen, um die Nahrungsmittelselbstversorgung des Landes sicherzustellen.

Die Sättigung der tief gelegenen Überschwemmungsgebiete, in denen bewässerter Reis angebaut wird, und die jüngste Entwicklung und Verbreitung von höhentoleranten Sorten haben jedoch zu einer raschen Ausweitung des Hochlandreisanbaus in der Highlands-Region geführt: 2011 71 % der Bauern bauten Regenreis an.

Aber sie bekommen derzeit eine durchschnittlicher Ertrag von 1,6 t/ha, deutlich unter dem maximalen Ertrag von etwa 4 bis 6 t/ha, der in Versuchsanstalten unter experimentellen Bedingungen erzielt werden kann, d. h. wenn Nährstoffe nicht limitierend sind und Bioaggressoren – Schädlinge, Krankheiten, Unkräuter – werden gemeistert.

Mucuna und Crotalaria

Die angebaute Gründüngung war unserer Erfahrung nach eine Kombination der Leguminosen 'Mucuna' und 'Crotalaria'. Dank komplementärem Wachstum und Aufbau der oberirdischen Teile können diese beiden Pflanzen eine große Menge pflanzlicher Biomasse produzieren und somit Luftstickstoff binden. Diese Gründüngung wurde während der Regenzeit des ersten Jahres einer zweijährigen Fruchtfolge auf Basis von Hochlandreis angebaut, dessen Reste dann in den Boden eingearbeitet wurden, bevor der Reis in der nächsten Vegetationsperiode bearbeitet und ausgesät wurde.

Die Rotation wurde für Versuchszwecke zweimal wiederholt und mit einer Reis-Monokultur verglichen. Wir haben dieses Experiment umfassend nachverfolgt, indem wir die Stickstoffmenge im Boden und in den Pflanzen, die Wachstumsdynamik des Reises, die produzierte Biomasse und den Getreideertrag gemessen haben. Die gesammelten Daten ermöglichten es, ein Anbausimulationsmodell an den Fall von Hochlandreis in Madagaskar anzupassen, um die Auswirkungen der Einarbeitung von Gründüngung und deren Abbau auf das Reiswachstum nachzubilden.

Ein vielversprechendes Modell

Das Modell wurde dann verwendet, um die möglichen Vorteile von Gründüngung für das Reiswachstum für 24 hypothetische Reisanbauzeiten zu untersuchen, die auf der Grundlage von Klimamessungen entsprechend unserer Studienregion für einen Zeitraum von 1994 bis 2018 konstruiert wurden. In diesem virtuellen Experiment haben wir festgelegt die Menge an Gründüngung, die vor dem Reisanbau in den Boden eingearbeitet wurde, bei 6 t/ha (d. h. 140 kg Stickstoff), basierend auf dem, was auf dem Feld gewonnen wurde.

Nach unseren Erkenntnissen sparte der Anbau und die Einarbeitung von Gründüngung einen Teil des Mineraldüngers ein, der zur Verbesserung des Reisertrags benötigt wird. Wir legen den Zielertrag auf 3,7 t/ha fest, d. h. 75 % der maximalen Ausbeute, die in Experimenten auf der Station erzielt wurde. Dieser Referenzertrag wurde mit 40 kg/ha Stickstoff aus dem Mineraldünger bei der Einbringung der Gründüngung in den Boden erreicht. Im Vergleich dazu wurde ohne Gründüngung mehr als die doppelte Menge oder 100 kg Stickstoff pro Hektar benötigt.

Kompromisse eingegangen werden

Diese vielversprechende Praxis erfordert jedoch erhebliche Anpassungen, um ihre Umsetzung in madagassischen Familienbetrieben zu ermöglichen. Drei Hauptaspekte sollten berücksichtigt werden.

Erstens wurden in Jahren mit hohen Niederschlägen die Vorteile der Gründüngung für die Reisproduktivität nicht gesehen: Der zusätzliche Stickstoff, der durch die Zersetzung der Gründüngung bereitgestellt wurde, wurde ausgelaugt und stand dem Reis nicht mehr zur Verfügung. Dies erfordert daher ein dynamisches Management von Reststoffen und Düngemitteln sowie einen Bedarf an technischer Beratung, um das Angebot an die Bedürfnisse der Anlage anzupassen.

Zweitens konnte die durch Gründüngung ermöglichte Steigerung der Reisproduktivität den Verlust an Reisertrag aufgrund des Gründüngungsanbaus nicht vollständig kompensieren. Wenn Landwirte Gründüngung anbauen wollen, müssen sie einen Teil ihres Landes dieser Kultur widmen – auf diesem Teil würde sonst Reis für die Selbstversorgung der Haushalte angebaut. Um diesen Verlust auszugleichen, könnten Anreizmechanismen implementiert werden, da der Anbau dieser Düngemittel im Fruchtwechsel verschiedene nicht zu vernachlässigende Leistungen erbringen kann (Besseres Management von Schädlingen, Nematoden und Unkräutern, Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit im Laufe der Zeit, Erhaltung der biologischen Vielfalt.

Schließlich werden Ernterückstände in der Regel auf der Parzelle belassen und von Vieh in der Region abgeweidet. Es bedarf daher alternativer Lösungen für die Fütterung der Nutztiere, der Entwicklung entsprechender Sektoren, um die Versorgung dieser oft weit von der Infrastruktur entfernten Landwirte zu gewährleisten, aber auch dafür zu sorgen, dass auch hier Mechanismen vorhanden sind, um diesen Mehraufwand für deren Ausbeutung zu kompensieren die Mehrheit bleibt mit weniger als 540 € pro Jahr und Landarbeiter.

Pulse mit doppeltem Verwendungszweck

Die Niederschlagseinschränkung kann überwunden werden, indem das Datum der Einarbeitung von Gründünger und das Datum der Reisaussaat angepasst werden, um die Zersetzung des Gründüngers und das Pflanzenwachstum besser zu synchronisieren. Das von uns kalibrierte Modell kann bei einer solchen Einschätzung helfen in silico.

Der Verlust der Nahrungsmittelproduktion durch die Produktion der Gründüngung könnte teilweise durch den Anbau einer Körnerleguminosen kompensiert werden, die den Landwirt mit der Gründüngung ernährt (z. B. Erdnuss). Experimente im südlichen Afrika widmen sich derzeit der Bewertung dieser „doppelten“ Leguminosenrotationen.

Aber es wäre notwendig, für einen bestehenden Markt für diese Produktionen und einen ausreichend rentablen Preis zu sorgen. Schließlich könnte der Anbau von Leguminosen mit doppeltem Verwendungszweck (die sowohl Getreide als auch Futter produzieren) eines der notwendigen Elemente in dem zu findenden Kompromiss sein, um die Bodenfruchtbarkeit zu verbessern und Futter bereitzustellen.

Die Zeit drängt, aber wir sind davon überzeugt, dass schnell Veränderungen stattfinden können, um das derzeitige Getreideanbausystem in Richtung größerer Produktivität und Nachhaltigkeit umzuwandeln. Lösungen wie Gründünger sind vorhanden, aber Berater, Forscher, Akteure der Wertschöpfungskette und politische Entscheidungsträger müssen den Landwirten dabei helfen, in Techniken zu investieren, die die Produktion kurzfristig maximieren, aber langfristig nachhaltiger sind.

In den letzten Jahrzehnten sind viele talentierte afrikanische Forscher hervorgekommen. Nun liegt es an den Verantwortlichen, die Entscheidungen zu treffen.

Lalaina Ranaivoson, Forscher in der Agrarwissenschaft, CIRAD; Aude Ripoche, Forscher in Anbausystemagronomie und Modellierer, CIRAD; Francois Afholder, Principal Investigator in der Forschungseinheit Agrarökologie und nachhaltige Intensivierung, CIRAD; Gatien Falconnier, Agrarökologe, CIRAD und Louise Leroux, PhD, Fernerkundungswissenschaftler, CIRAD

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