Emissionen aus der Landwirtschaft stellen Risiko für Gesundheit und Klima dar

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Die landwirtschaftliche Verschmutzung entsetht auf dem Land, aber ihre wirtschaftlichen Auswirkungen auf den Menschen sind ein Problem für die Städte.

Eine Studie unter der Leitung von Umweltwissenschaftlern der George R. Brown School of Engineering der Rice University beziffert die Menge an reaktiven Stickstoffverbindungen, die auf Amerikas Anbauflächen entstehen.

Die Studie unter der Leitung von Daniel Cohan, einem außerordentlichen Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen, und der Doktorandin Lina Luo quantifiziert die Emissionen von Stickoxiden, Ammoniak und Lachgas aus gedüngten Böden über drei Jahre (2011, 2012 und 2017) und vergleicht deren Auswirkungen auf Luftqualität, Gesundheit und Klima nach Regionen.

Während sich die saisonalen und regionalen Auswirkungen je nach Art der Emissionen unterscheiden, ergab die Studie, dass die jährlichen Gesamtschäden durch Ammoniak mit 72 Milliarden US-Dollar deutlich höher sind als die durch Stickoxide (12 Milliarden US-Dollar) und Lachgas (13 Milliarden US-Dollar).

Die Schäden durch Luftverschmutzung werden anhand der erhöhten Sterblichkeit und Morbidität sowie des Wertes der statistischen Lebenszeit gemessen, während die monetarisierten Schäden durch den Klimawandel die Bedrohung von Nutzpflanzen, Eigentum, Ökosystemleistungen und der menschlichen Gesundheit umfassen.

Auf dieser Grundlage stellten die Forscher fest, dass die gesundheitlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung durch Ammoniak und Stickstoffoxide, die zu Feinstaub und Ozon reagieren, in allen Regionen und Jahren die Auswirkungen des Lachgases auf das Klima deutlich überwogen.

Die höchsten sozialen Kosten entstanden in den landwirtschaftlich geprägten Regionen Kaliforniens, Floridas und des Mittleren Westens, wo Ammoniak und Stickoxide die Luftverschmutzung im Windschatten der Ballungszentren verursachen. Bei beiden Schadstoffen erreichen die Emissionen im Frühjahr nach dem Ausbringen von Düngemitteln ihren Höhepunkt.

Die Studie, die in der Fachzeitschrift Environmental Science & Technology der American Chemical Society veröffentlicht wurde, kommt zu dem Schluss, dass Luftverschmutzung, Gesundheit und Klima bei künftigen Bewertungen der Auswirkungen landwirtschaftlicher Praktiken auf reaktive Stickstoffemissionen berücksichtigt werden sollten.

„Wir sprechen immer davon, wie Kohlendioxid und Methan zu den Treibhausgasen beitragen, aber Lachgas ist in Bezug auf sein Treibhauspotenzial etwa 300 Mal stärker als Kohlendioxid“, sagte Luo.

Sie wies darauf hin, dass landwirtschaftliche Strategien, die Treibhausgase reduzieren, die Luftschadstoffe erhöhen können und umgekehrt. „Wir müssen herausfinden, ob alle drei Stickstoffarten reduziert werden können – oder ob man Kompromisse eingehen kann – ohne dass die Ernteerträge sinken“, so Luo.

Stickstoff sei für das Pflanzenwachstum unerlässlich, fügte Cohan hinzu, aber die Studie zeige, dass die Bedeutung der Kontrolle landwirtschaftlicher Emissionen im Rahmen des Luftqualitätsmanagements und der Klimapolitik weitgehend vernachlässigt worden sei, selbst wenn die Umweltschutzbehörde eine Verschärfung der Luftqualitätsnormen in Erwägung ziehe und die Regierung Biden versuche, die Treibhausgasemissionen zu senken.

Er sagte, die Bundesbehörden hätten sich auf die Kontrolle von Verkehrs- und Industrieemissionen konzentriert und die Landwirtschaft als größte Quelle schädlicher Stickstoffschadstoffe in den Vereinigten Staaten vernachlässigt – ein Problem, das sich durch den Klimawandel und die zunehmende Pflanzenproduktion noch verschärft.

„Unsere Gruppe hat die Stickoxidemissionen seit einigen Jahren untersucht und erkannt, dass wir uns nicht nur darauf konzentrieren können“, sagte Cohan. „Wir mussten das Spektrum der von Böden ausgehenden Emissionen berücksichtigen und waren neugierig auf die relativen Auswirkungen der verschiedenen Luftschadstoffe und Treibhausgase, die von landwirtschaftlichen Böden ausgehen.

„Ein großer Teil unserer Motivation war die Erkenntnis, dass die Wahl der landwirtschaftlichen Praktiken dazu führen kann, dass einige Emissionen steigen und andere sinken“, sagte er. So würde beispielsweise die Umstellung von oberflächlicher Ausbringung auf Tiefeninjektion von Düngemitteln die Ammoniakemissionen senken, aber die Stickoxidemissionen erhöhen. Dies würde den Städten in der Nähe zugute kommen, die empfindlich auf Feinstaub reagieren, aber Regionen schaden, in denen Ozon ein größeres Problem darstellt.

Cohan sagte, dass, wenn alle Emissionen auf einer monetären Basis quantifiziert werden, Ammoniak und Stickoxide, die luftverschmutzende Feinstaubpartikel und Ozon bilden und zur globalen Erwärmung beitragen, die größten Auswirkungen haben.

„Diejenigen von uns, die sich beruflich mit diesen Schadstoffen befassen, wissen, wie gefährlich Ammoniak ist, aber diese Botschaft ist bei den meisten Regulierungsbehörden und politischen Entscheidungsträgern noch nicht angekommen“, so Cohan. „Ammoniak ist in der Tat eine der stärksten Quellen für Feinstaub, weil es sich mit anderen Schadstoffen verbindet und so einen Multiplikatoreffekt hat.

„Das ist eine wichtige Botschaft: Wir müssen mehr Maßnahmen zur Kontrolle von Ammoniak ergreifen“, sagte er.

Wenn es einen Silberstreif am Horizont gibt, so Cohan, dann ist es der, dass die Verschmutzung aus anderen Quellen so weit zurückgegangen ist, dass die Auswirkungen der Landwirtschaft überwiegen.

„Entscheidend ist, dass wir Maßnahmen ergreifen, die dazu führen, dass mehr Stickstoff in die Pflanzen gelangt und weniger davon in die Luft und das Wasser abgegeben wird“, sagte er. Das könnte bedeuten, dass man dem Boden Biokohle oder andere Zusatzstoffe hinzufügt, ein Thema, das derzeit in Rice untersucht wird.

„Bevor wir das tun können, müssen wir eine Basislinie für die vom Boden ausgehenden Emissionen festlegen“, sagte Cohan. „Dieses Papier legt das dar.

Mitautoren der Studie sind der Forscher Limei Ran vom Nature Resources Conservation Service des US-Landwirtschaftsministeriums und der Rice-Absolvent Quazi Rasool, der als Postdoktorand am Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Washington, forscht.

Das Carbon Hub in Rice unterstützte die Forschung.

Datum: Juni 21, 2022
Quelle: Rice University


Journal Reference:

  1. Lina Luo, Limei Ran, Quazi Z. Rasool, Daniel S. Cohan. Integrated Modeling of U.S. Agricultural Soil Emissions of Reactive Nitrogen and Associated Impacts on Air Pollution, Health, and ClimateEnvironmental Science & Technology, 2022; DOI: 10.1021/acs.est.1c08660