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50 Jahre Klimaschutz und kaum einen Schritt weiter

50 Jahre Klimaschutz und kaum einen Schritt weiter

Autorin Evke Freya von Ahlefeldt

Die erste wissenschaftliche Konferenz der Vereinten Nationen über die Umwelt fand bereits im Juni 1972 in Stockholm statt. Auf dieser Konferenz wurde eine Grundsatzerklärung verabschiedet und ein Aktionsplan mit Empfehlungen für die Erhaltung und Verbesserung der Umwelt angenommen – führte zur Gründung des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP).

Seitdem stehen Umweltfragen und die Klimaentwicklung ganz oben auf der globalen Agenda, doch die Zusagen zum Schutz der Umwelt und zur Reduzierung der Emissionen werden nicht eingehalten.  Ohne einen internationalen Durchsetzungsmechanismus sind die Regierungen rechtlich nicht verpflichtet, ihre Zusagen einzuhalten, z. B. die Treibhausgasemissionen bis 2040 um die Hälfte zu reduzieren, was der jetzige US-Präsident Biden für die USA zugesagt hat.

Ebenso bemerkenswert ist, dass die Umweltgesetzgebung, die darauf abzielt, strafrechtliche Sanktionen gegen Unternehmen und deren Vorstände und Mitarbeiter zu verhängen, nach wie vor schwach sind und  oder in einigen Ländern gar nicht existiert. In den USA, wo das Gesetz über saubere Luft (Clean Air Act) mehrere Arten von Straftaten vorsieht und dessen Definition von Luftschadstoffen nach einem Urteil des Obersten Gerichtshofs der USA aus dem Jahr 2007 auch Treibhausgasemissionen einschließt, schauen viele US Bundesstaaten großzügig weg, wenn es darum geht, die öffentliche Gesundheit und die Umwelt vor illegaler Luftverschmutzung durch Ölraffinerien oder Chemieanlagen zu schützen.
Der US Bundesstaat Texas zum Beispiel hat es zwischen 2011 und 2016 versäumt, 97 Prozent der illegalen Verschmutzer zu bestrafen. Es überrascht vielleicht nicht, dass die beiden Unternehmen mit den höchsten Treibhausgasemissionen in den USA, die in der neuen Ausgabe des Greenhouse 100 Polluters Index Report von Forschern des renommierten Political Economy Research Institute (PERI) der University of Massachusetts-Amherst aufgeführt sind, ihren Sitz in Texas haben. Vista Energy und Duke Energy haben 2019 zusammen 194 Millionen Tonnen CO2-äquivalente Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre abgegeben, wobei in dieser Zahl biogene Kohlendioxidemissionen (Emissionen, die von einer stationären Anlage durch die Verbrennung oder Zersetzung von biologisch basierten Materialien, die keine fossilen Brennstoffe sind, freigesetzt werden) nicht enthalten sind.

Unter der Trump Regierung hatten Umweltverschmutzer wie Chevron, ExxonMobile, Peabody Energy oder auch  Conoco, mehr Freiheiten als je zuvor in den letzten Jahrzehnten, um die Umwelt zu zerstören. Mehr als 125 Umweltvorschriften wurden während Trumps alptraumhafter Regierungszeit zurückgenommen. 

Das Londoner Unternehmen Trucost, welches für die Finanzinitiative des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP FI) arbeitet, schätzt die Umweltschäden durch die 3000 größten börsennotierten Unternehmen auf 2,15 Billionen US-Dollar. Dabei wurde festgestellt, dass die Kohlenstoffreduktionsziele, die sich die weltweit führenden Unternehmen im Jahr 2016 gesetzt haben, zwar recht hoch erscheinen, tatsächlich aber nur 16 % der Reduktion ausmachen, die erforderlich ist, um den Anstieg der globalen Temperaturen auf 2 Grad Celsius zu verhindern. Über 90 % der Unternehmen im Jahr 2018 haben aktive Ziele für die Kohlenstoffberichterstattung, aber nur 14 % haben wissenschaftlich fundierte Ziele angenommen.

Das US Militär mit seiner gigantischen Kriegsmaschinerie verschlingt jährlich 700 Milliarden Dollar als Budget und hat dadurch einen höheren CO2-Ausstoss als 170 Ländern auf der Welt. 2017 verbrauchte das US Militär täglich rund 269’000 Barrel Öl und stiess durch die Verbrennung dieser Brennstoffe mehr als 25’000 Kilotonnen Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre. Diese Daten zeigt eine Untersuchung von Forschern der Universitäten Durham und Lancaster, die in der Fachzeitschrift „Transactions of the Institute of British Geographers“ 2019
veröffentlicht wurde.

China ist derzeit auf Platz 1 der weltweit größten Verursacher von Treibhausgasemissionen. In China wird 60 Prozent des Stroms aus Kohle gewonnen, obwohl das Land bei den Pro-Kopf-Emissionen noch weit hinter den USA liegt.

Saudi-Arabien wird in der Globalen Verschmutzung oft gar nicht gesehen.
Zwar gint es seit Jahren gute Ansätze und auch Ergebnis bei den erneuerbaren Energien. Diese werden jedoch von miserablen Emissionswerten beim Energieverbrauch zunichte gemacht.

Auf Platz 3 der Umweltzerstörung liegt der Iran. Dort gibt es so gut wie überhaupt keine Ansätze in Klimapolitik zu investieren.

Selbst das Naturverbundene Kanada liegt im Verbrauch von Kohlendioxidemissionen auf Platz 4.

Es seien noch Ländern wie: Taiwan, Malaysia, Kasachstan, Australien, Südkorea, Russland, Indien und Brasilien zu nennen, die einen massiven Anteil an den größten Kohlendioxidemissionen der Welt beitragen.

Illegale Waldrodung in Kambodscha

50 Jahre „wir-wollen-was-tun“, aber jeder schaut weg

Die meisten Umweltprobleme haben sich in den letzten 50 Jahren durch die immer schneller wachsende Wirtschaft und Industrie verschlimmert statt gebessert.
Die Natur und Klima stehen kurz vor dem Kollaps und es wird so getan, als ob alles gut ist. Zahlreiche wissenschaftliche Studien belegen, dass das Artensterben immer schneller voranschreitet, und dass der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle und Erdöl unaufhaltsam ansteigt, was zu einem Temperaturanstieg führt und das Phänomen der globalen Erwärmung bewirkt. Bereits jetzt stellen Wissenschaftler einen Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur von 1,0 Grad im Vergleich zum vorindustriellen Niveau fest. Die Jahre 2015 bis 2018 waren nach ersten Analysen der Weltwetterorganisation die vier wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen im 19. Jahrhundert.

Der globale Klimawandel hat bereits spürbare Auswirkungen auf die Umwelt. Die Gletscher sind geschrumpft, das Eis auf Flüssen und Seen bricht früher ab, die Verbreitungsgebiete von Pflanzen und Tieren haben sich verschoben und die Bäume blühen früher. Diese Auswirkungen von Wissenschaftler_innen, die in der Vergangenheit als Folge des globalen Klimawandels vorausgesagt hatten, treten nun ein: Verlust von Meereis, beschleunigter Anstieg des Meeresspiegels und längere, intensivere Hitzewellen oder Überschwemmungen.

Wissenschaftler_innen auf der ganzen Welt gehen davon aus, dass die globale Temperatur in den kommenden Jahrzehnten weiter ansteigen wird
Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC), dem mehr als 1300 Wissenschaftler_innen angehören, prognostiziert für das nächste Jahrhundert einen Temperaturanstieg  von 1,5 Grad Celsius. Dem IPCC zufolge wird das Ausmaß der Auswirkungen des Klimawandels auf einzelne Regionen im Laufe der Zeit und je nach der Fähigkeit der verschiedenen Gesellschafts- und Umweltsysteme, den Wandel abzumildern oder sich an diesem anzupassen sehr unterschiedlich sein.

Im Wesentlichen handelt es sich um eine kausale Beziehung zwischen dem vom Menschen verursachten Klimawandel und dem Artensterben. Höhere Temperaturen führen zu einer Kettenreaktion anderer Veränderungen rund um den Globus, mit enormen Auswirkungen nicht nur auf die Menschen, sondern auch auf die Tierwelt und die biologische Vielfalt. Das Artensterben schreitet heute schneller voran als je zuvor: Rund eine Million Arten sind bereits vom Aussterben bedroht, „viele davon innerhalb von Jahrzehnten“, so ein wichtiger Bericht der Vereinten Nationen für 2019.

Umweltverschmutzung als Straftatbestand

Nach Völkerstrafrecht kann man nach § 7 – Verbrechen gegen die Menschlichkeit, bei Konzernen, Staaten und Regime auch in Schuldfragen gegen die Umweltzerstörung dies anwenden.
In Absatz 2 steht folgende geschrieben:
in der Absicht, eine Bevölkerung ganz oder teilweise zu zerstören, diese oder Teile hiervon unter Lebensbedingungen stellt, die geeignet sind, deren Zerstörung ganz oder teilweise herbeizuführen.

Zu diesem Punkt wären die Abholzung der Regenwälder in Amazonien, Kongobecken, Sundaland (Südostasien), Tumbes-Chocó-Magdalena (Südamerika), Molukken und Sulawesi (Indonesien) oder die Wälder auf dem Südostasiatisches Festland zu nennen.

Auch steht der Schweizer Lebensmittelkonzern Nestlé seit Jahren in der Kritik Wasserrechte von staatlichen Wasserbehörden zu kaufen. Dies vornehmlich in ohnehin schon Regionen wo kaum Niederschlag fällt. So zum Beispiel im Süden von Afrika, Pakistan und Äthiopien.

Die Verschmutzung und Ausbeutung
der Umwelt ist somit ein Verbrechen nach dem Völkerstrafrecht. Die globalen Umweltverbrecher werden fast nie strafrechtlich verfolgt, denn Umweltkriminalität gilt immer noch als „Wirtschaftskriminalität“ und dies wird meist nur zivilrechtlich verfolgt und mit Geldstrafen belegt.

Bußgelder reichen sicherlich nicht aus, um gierige und rücksichtslose Kapitalisten von der Zerstörung der Umwelt abzuhalten, selbst wenn die Bußgelder so hoch sind wie im historischen Fall der Durchsetzung von Treibhausgasvorschriften zwischen der US-Umweltschutzbehörde (EPA) und Hyundai und Kia, der die Autohersteller zur Zahlung von 100 Millionen Dollar Zivilstrafe zwang, weil sie unter anderem mehr Treibhausgase ausgestoßen hatten, als sie der EPA gemeldet hatten, oder, noch aktueller, die scheinbar gigantische Geldstrafe von 1 Milliarde Dollar, die die Europäische Union gegen die deutschen Autohersteller Volkswagen und BMW verhängt hatte. Beide Autohersteller wurden wegen Absprachen zur den Einsatze von bewusst fehlerhaften Abgasreinigungstechnologien bestraft.

Volkswagen hat eine lange Geschichte von Abgasbetrügereien hinter sich, kam aber immer noch glimpflich davon. Der Grund dafür ist, dass es in Deutschland noch nicht einmal eine strafrechtliche Haftung für Unternehmen gibt, und erst vor kurzem gab es einen Vorstoß zur Einführung eines solchen Rechtsrahmens. Selbst in Europa gibt es nach Aussage von dem EU-Umweltkommissar, Virginijus Sinkevicius, keine Strafe für Umweltverbrechen.

Ein weiterer Grund, warum Geldstrafen nicht abschreckend wirken, ist, dass die Kosten solcher Strafen auf die Aktionäre und oft sogar auf die Verbraucher abgewälzt werden, anstatt von den schuldigen Personen getragen zu werden.

Gefängnisstrafen müssen für Umweltverbrechen eingeführt werden, obwohl es klar ist, dass Umweltverbrechen nicht in einer einzigen Kategorie zusammengefasst werden können. Schwere Umweltverbrechen (jedes Verbrechen, das zu einer Veränderung der globalen Gemeingüter oder des ökologischen Systems der Erde führt, wie z. B. die Zerstörung des Amazonaswaldes unter der Regierung Bolsonaro) sollten mit schweren Haftstrafen einhergehen.

Diese von Kapitalismus geprägte Zerstörung der Umwelt muss endlich als Verbrechen angesehen werden und in die Zuständigkeit des Internationalen Strafgerichtshofs in Den Haag fallen.  
Wenn wir die Erde retten wollen gibt es keinen Weg, denn offensichtlich sind auf Papier festgeschriebene Grundsütze nichts wert.

Doch auch wenn Zweifel an der abschreckenden Wirkung harter Haftstrafen für systematische Umweltschäden und Zerstörung
bestehen, ist eines sicher: Wenn die zur Zeit bestehenden halbherzige rechtliche Reaktionen auf Umweltverbrechen beibehalten werden, ist der Planet dem Untergang geweiht.

Evke Freya von Ahlefeldt, Paris, 8. Januar 2022

Quellen:
– Institue de la Biodiversité et des Aires marines Protégées
– Jahresbericht der Panafrikanischen Medienallianz zum Klimawandel – PAMAC
-Mediaterre.com des Institut de la Francophonie
– NASA Climate Protection Report 2021
– UVED:Université virtuelle de l’environnement et du développement durable

Waldschäden in Deutschland

Der Wald steht für Natur, Erholung und Freizeit. Der Wald steht für Kapital, Grundbesitz und Hochadel – letzteres ist völliger Unsinn.

Der Wald ist Arbeit, Geld-Vernichtungs-Ökologie und Krank. Der Wald hat einen Stressfaktor der an seiner Belastbarkeit angekommen ist. Dürre, Hitze, Stürme und Klimawandel schädigen den Wald.

Autorin Evke Freya von Ahlefeldt

Ich schreibe nun aus der Schicht von einem Waldbesitzer, wie es um den Wald in Deutschland steht. Mit einem Wort: schlecht!

Zu Anfang eine kleine Einordnung über den Wald. Es  gibt Staatsforst und Privatforst.
In Deutschland gibt es circa 11 Millionen Hektar Wald, wovon 48 Prozent Privatwald sind. 29 Prozent des Waldes sind Eigentum der Länder, 19 Prozent in der Hand von Kommunen, Kirchen, sowie Stiftungen und 4 Prozent gehören dem Bund.
In Österreich ist über 80% des Waldes in privat Besitz. Polen hat eine Waldfläche von circa 30% der Landesfläche. 18,8 % sind in privat Besitz. In Belgien ist der Anteil an Staatswald und Privatforst ziemlich gleich aufgeteilt.
In Frankreich ist die Lage vom Wald anders als in anderen EU Ländern.
Da die Landwirtschaft zunehmend unprofitabel wird, breiten sich in Frankreich die Wälder aus – und verstärken somit ihren Beitrag im Kampf gegen den Klimawandel. Inzwischen ist Frankreich nach Deutschland und Schweden das EU-Land mit den drittgrößten Waldflächen. Die vorhandenen Bestände sind nun wieder auf dem Niveau des vorindustriellen 18. Jahrhunderts.
Doch die Situation ist nicht so rosig, wie auf den ersten Blick erscheinen mag: Die französischen Wälder sind nicht nur alt und sehr fragmentiert, sie werden aufgrund ihrer Dichte auch mehr schlecht als recht bewirtschaftet und genutzt.
Lediglich 30 bis 40 % der Wälder werden genutzt. Privatwälder, die einen Großteil der Waldflächen ausmachen, werden unzureichend bewirtschaftet – wenn überhaupt.

Soweit eine Einordnung über die Wälder in Deutschland und Europa.

Wald ist nicht nur Wald
Wald ist sehr viel Arbeit und man hat schon Milliarden an Euros mit Wald verloren.
Der Staatsverlust in Deutschland von 31,8 Milliarden Euro durch CumEx Betrug ist vielen bekannt. Der Schaden von weit über 2,5 Milliarden Euro am und mit dem Wald, ist weniger bekannt. Diese Zahl steht für Deutschland und auch nur für das Jahr 2019.

Die Feinde des Waldes sind klein

Der Weg vom Samenkorn zum erntereifen Stamm ist nicht nur lang, sondern für Bäume und Bestand auch gefährlich. Ganz besonders gefährdet sind Fichtenbestände.
Die Fichte ist vom Ursprung her kein Baum, der in Mitteleuropa heimisch war. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde in Deutschland und Europa sehr viel aufgeforstet und die Fichte ist ein schnell wachsender Baum und auch billig. So entanden sehr viele Fichtenwälder – ein heute gesehen fataler Fehler für das Ökosysteme.
Seit Jahren ist in Deutschland und Europa eine Plage an Borkenkäfer zu beobachten und dies nimmt mittlerweile dramatische Auswirkungen an. Weltweit gibt es etwa 6000 Borkenkäferarten wobei laufend noch neue Arten entdeckt und beschrieben werden. In der Paläarktis sind etwa 600, in Europa ungefähr 300 Arten und in Deutschland etwa 110 Arten heimisch.
Wenn man von „dem“ Borkenkäfer spricht, ist fast immer eine bestimmte Art gemeint, der Buchdrucker. Lateinischer Name: Ips typographus.
Der Buchdrucker und der Kupferstecher ( lat.Pityogenes chalcographus) können schon im April stehende Stämme befallen und alles Erreichbare unter der Borke auffressen. Der Rüsselkäfer ( lat. Hylobius abietis) schädigt kleinere Stämmchen und Triebe.
Die Gespinstblattwespe (lat. Pristiphora abietina )und die Nonne (lat. Lymantria monacha ) schädigen durch Kahlfraß der Nadeln. Die Holzwespe (lar. Sirex juvencus) und der Fichtenbockkäfer (lat. Tetropium castaneum) können bei Befall jeden Stamm so entwerten, dass er lediglich noch brennholztauglich ist.

Auch das Reh- und Rotwild schädigen junge Fichten durch Knospenverbiss. Dadurch wird der Fichtenbestand klein gehalten. Durch den Wildschade können Pilzen Eindringen und geben dem Baum somit den Todesstoß.

Pilzbefall an Bäumen ist eine der größten Bedrohungen des Waldes

Die Gefahr durch Pilze

Die größten Feinde des Waldes sind Pilze. Pilze, wie der Hallimasch, schädigen einen Baum durch Wurzelschwamm und Weißfäule. Dabei kann die weitverbreitete und unbeliebte Rotfäule entstehen. Diese  Fäule verfärbt das Holz. Dies führt zu einem Faul- und Morschwerden des Baumes. Einen wirksamen Schutz oder Heilmittel gegen Rotfäule gibt es noch nicht.
Man kann waldbauplanerisch vorbeugen, indem man die typischen Fichtenstandortansprüche bei der Bewirtschaftung des Waldes einbezieht und stattdessen Mischwälder anstatt Monokulturen anlegt.
Ein weiterer Pilz, der gefälltes und gelagertes Nadelholz schädigt, ist der Rostreif. Er ruft einen hohen Qualitätsverlust des Holzes und somit auch finanziellen Schaden hervor. Schutz hiervor bietet: eine luftige und sachgemäße Lagerung sowie der schnelle Abtransport des Holzes aus dem Wald.

Borkenkäfer

Der Fichtenborkenkäfer oder auch Buchdrucker Ips typographus befällt normalerweise geschwächte Bäume und vermehrt sich in ihnen. In Monokulturen besteht die Gefahr eines besonders großen Insektenbefalles, da dort eine große Auswahl an Brut- und Futterbäumen im näheren Umkreis vorhanden ist. Die aktiven Monate des Buchdruckers sind April und Mai. Bei einer starken Massenvermehrung befällt er auch gesunde Bäume und kann sogar ganze Wälder vernichten. Der Käfer bohrt sich in die Rinde und frisst zwischen Rinde und Holz einen senkrechten Gang. Dort legt er zu beiden Seiten seine Eier ab. Die geschlüpften Larven legen weitere breitere horizontale Gänge an. Dadurch zerstören sie die Bastschicht des Baumes und der Käferbaum stirbt ab. Zeichen eines Befalles können braunes Bohrmehl am Stammfuß, Bohrmehl auf Rindenschuppen und braun bzw. rot gefärbte Kronen sein. Die ausgeflogenen Jungkäfer befallen im Juli und August andere Bäume. Dort vermehren sie sich dann weiter und die Zerstörung weiterer Bäume beginnt.

In Niedersachsen sind regelmäßig mit 100.000 bis 200.000 Festmeter Schadholzanfall pro Jahr im Wald durch Wind und Borkenkäfer zu rechnen. Das entspricht einem Anteil von 20- 40% an der gesamten Fichtennutzung.

2019 wurden rund 31,7 Millionen Kubikmeter Wald aufgrund von Insektenschäden eingeschlagen. Zwei Jahre zuvor waren „nur“ 6 Millionen Kubikmeter gewesen.
Zur Bekämpfung des Borkenkäfers gibt es zwar sogenannte Lockstofffallen, die die Aussagen über Anzahl und Verbreitung der Käfer geben, mehr kann man aber dem Borkenkäfer nicht entgegen setzten.
Aus diesem Grund müssen kranke und befallene Bäume so schnell wie möglich aus dem Forst geschafft werden, um den Käfern die Nahrungsgrundlage zu entziehen.
Bei und sofort nach der Ernte werden Kronen und Rindenreste verbrannt, um auch schon geschlüpfte Jungkäfer oder Larven zu vernichten. Wiederrum ist auch hier die schnelle Holzabfuhr aus dem Wald notwendig, um größere Schäden zu vermeiden.
In der Forstwirtschaft wird über die sogenannte Naturschutzgebiete sehr kontrovers diskutiert. Man möchte auf der einen Seite dem Wald seinen Ursprung zurückgeben, indem man in diesem Gebiet kein Holzeinschlag mehr vornimmt, gibt aber mit dem Todholz im Forst Insekten und Pilzen genügend Grundlage um den Wald weiter zu schädigen.
Da der Bund nicht über genügend Finanzielle Mittel und Mitarbeiter_innen verfügt, geht man den einfachsten Weg und schafft ein Naturschutzgebiet – mit fatalen Folgen!

Emmissionsschäden am Wald

Die Abgase von Autos, das ablassen von Kerosin aus Flugzeugen – hier ist der Pfälzer Wald sehr stark betroffen und die SO2 Ausstöße von Heizung und Industrie  haben in Verbindung mit Niederschlägen zu schweren Schäden an Nadeln und Wurzeln geführt. Dies war zu Beginn der 80er im Schwarzwald sehr deutlich zu sehen. Auch wenn auf den ersten Blick sich der Wald erholt hat, täucht dies sehr.
Schwefel und Stickstoffe wirken direkt über die Nadeln oder indirekt durch Boden und Wasser über die Wurzeln. Diese zusätzlichen Belastungen können zum Absterben ganzer Bestände führen. Bei der Waldzustandserfassung im Jahr 2000 wiesen 25 % der Fichten in Deutschland mindestens starke Schäden auf.

Fazit
Die Lunte am Pulverfass brennt
Der Wald hat Stress undniemand merkt es.
Die Politik setzt auf Klimaschutzprogramme die nicht mehr als ein Stohfreuer sind. Wer meint, den Wald sich selbst überlassen zu müssen um die Klimaziele von Paris zu erreichen, der irrt gewaltig. Der Mensch muss in die Natur eingreifen – dies aber in einer gesunden Ökologie. Ohne Wälder kann kein lebenswichtiger Sauerstoff entstehen und ohne Forst kann keine Ökologie entstehen.
Die Zeiten von brachialer Abholzung  – siehe Lüneburger Heide, sind längst vorbei. Ein Forstwirt muss die Ökobilanz genau so im Auge haben, wie die Erträge und Kosten für den Wald.

Evke Freya von Ahlefeldt, Paris, 28. Juni 2021

Anwendungen der Nanotechnologie in Pflanzenwachstum und Pflanzenschutz

Autorin Dr. rer. nat. Patricia Lefèvre

Im Zeitalter des Klimawandels stehen die globalen Agrarsysteme vor zahlreichen, noch nie dagewesenen Herausforderungen. Um Ernährungssicherheit zu erreichen, ist fortschrittliche Nanotechnologie ein praktisches Werkzeug, um die Pflanzenproduktion zu steigern und Nachhaltigkeit zu gewährleisten. Die Nanotechnologie hilft, die landwirtschaftliche Produktion zu verbessern, indem sie die Effizienz von Betriebsmitteln erhöht und relevante Verluste minimiert. Nanomaterialien bieten eine größere spezifische Oberfläche für Düngemittel und Pestizide. Darüber hinaus ermöglichen Nanomaterialien als einzigartige Träger von Agrochemikalien die gezielte kontrollierte Abgabe von Nährstoffen mit erhöhtem Pflanzenschutz. Aufgrund ihrer direkten und beabsichtigten Anwendungen in der präzisen Steuerung und Kontrolle von Inputs (Düngemittel, Pestizide, Herbizide) unterstützen Nanotools, wie z.B. Nanobiosensoren, die Entwicklung von Hightech-Agrarbetrieben. Die Integration von Biologie und Nanotechnologie in Nanosensoren hat ihr Potenzial, Umweltbedingungen oder Beeinträchtigungen zu erkennen und zu identifizieren, stark erhöht.

1. Einleitung

Um den zunehmenden Herausforderungen einer nachhaltigen Produktion und Ernährungssicherheit zu begegnen, wurden in den letzten Jahren bedeutende technologische Fortschritte und Innovationen im Bereich der Landwirtschaft gemacht. Solche kontinuierlichen landwirtschaftlichen Innovationen sind entscheidend, um den steigenden Nahrungsmittelbedarf der explodierenden Weltbevölkerung durch den Einsatz von natürlichen und synthetischen Ressourcen zu decken. Insbesondere die Nanotechnologie hat das Potenzial, effektive Lösungen für die vielfältigen Probleme in der Landwirtschaft zu bieten. Um die Lücke zwischen Massenmaterialien und atomaren oder molekularen Strukturen zu schließen, sind Nanopartikel von großem wissenschaftlichem Interesse. In den letzten zwei Jahrzehnten wurde eine beträchtliche Menge an Forschungsarbeiten zur Nanotechnologie durchgeführt, wobei die zahlreichen Anwendungen in der Landwirtschaft im Vordergrund standen. Der Einsatz von Düngemitteln spielt eine zentrale Rolle bei der Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion; der übermäßige Einsatz von Düngemitteln verändert jedoch irreversibel die chemische Ökologie des Bodens, wodurch die verfügbare Fläche für die Pflanzenproduktion weiter reduziert wird. Nachhaltige Landwirtschaft beinhaltet einen minimalen Einsatz von Agrochemikalien, die letztendlich die Umwelt schützen und verschiedene Arten vor dem Aussterben bewahren können. Nanomaterialien steigern die Produktivität von Nutzpflanzen, indem sie die Effizienz von landwirtschaftlichen Betriebsmitteln erhöhen, um eine gezielte und kontrollierte Zufuhr von Nährstoffen zu ermöglichen und so den minimalen Einsatz von landwirtschaftlichen Betriebsmitteln zu gewährleisten. In der Tat hat die Unterstützung der Nanotechnologie bei Pflanzenschutzmitteln exponentiell zugenommen, was eine Steigerung der Ernteerträge gewährleisten kann. Darüber hinaus besteht das Hauptanliegen in der landwirtschaftlichen Produktion darin, eine beschleunigte Anpassung der Pflanzen an die fortschreitenden Faktoren des Klimawandels wie extreme Temperaturen, Wassermangel, Salzgehalt, Alkalinität und Umweltverschmutzung mit toxischen Metallen zu ermöglichen, ohne die bestehenden empfindlichen Ökosysteme zu gefährden. Darüber hinaus hat die Entwicklung und Nutzung von Nanosensoren in der Präzisionslandwirtschaft zur Messung und Überwachung des Pflanzenwachstums, der Bodenbeschaffenheit, von Krankheiten, des Einsatzes und der Durchdringung von Agrochemikalien und der Umweltverschmutzung die menschliche Kontrolle der Boden- und Pflanzengesundheit, die Qualitätskontrolle und die Sicherheitssicherung wesentlich verbessert und damit einen großen Beitrag zu einer nachhaltigen Landwirtschaft und zu Umweltsystemen geleistet. Nanomaterial-Engineering ist die modernste Schiene der Forschung, die die Entwicklung von Hightech-Agrarbereichen unterstützt, indem sie eine größere spezifische Oberfläche bietet, der für die nachhaltige Entwicklung von landwirtschaftlichen Systemen entscheidend ist. Daher kann die Nanotechnologie nicht nur die Unsicherheit reduzieren, sondern auch die Managementstrategien der landwirtschaftlichen Produktion als Alternative zu konventionellen Technologien koordinieren. In vielen Fällen bieten Agro-Nanotech-Innovationen kurzfristige Techno-Fixes für die Probleme der modernen industriellen Landwirtschaft. Die vorliegende Übersicht fasst die Anwendungen der Nanotechnologie in der Landwirtschaft zusammen, die die Nachhaltigkeit von Landwirtschaft und Umwelt sicherstellen können.

2. Nano-Farming: Eine neue Grenze in der landwirtschaftlichen Entwicklung

Die Nanopartikeltechnologie ist eine der neuesten technologischen Innovationen, die einzigartige zielgerichtete Eigenschaften mit erhöhter Festigkeit aufweisen. Der Begriff „Nanotechnologie“ wurde erstmals 1974 von Norio Taniguichi, einem Professor an der Tokyo University of Science, geprägt. Obwohl der Begriff „Nanotechnologie“ seit langem in verschiedenen Disziplinen eingeführt wurde, ist die Idee, dass Nanopartikel (NPs) für die landwirtschaftliche Entwicklung von Interesse sein könnten, eine neuere technologische Innovation und befindet sich noch in der fortschreitenden Entwicklung. Jüngste Fortschritte bei der Herstellung von Nanomaterialien unterschiedlicher Größe und Form haben zu einer Vielzahl von Anwendungen in der Medizin, Umweltwissenschaft, Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung geführt. Im Laufe der Geschichte hat die Landwirtschaft immer von diesen Innovationen profitiert. Da die Landwirtschaft mit zahlreichen und noch nie dagewesenen Herausforderungen konfrontiert ist, wie z. B. reduzierte Ernteerträge aufgrund von biotischen und abiotischen Stressfaktoren, einschließlich Nährstoffmangel und Umweltverschmutzung, hat das Aufkommen der Nanotechnologie vielversprechende Anwendungen für die Präzisionslandwirtschaft geboten. Der Begriff Präzisionslandwirtschaft oder Farming ist in den letzten Jahren aufgetaucht und steht für die Entwicklung der drahtlosen Vernetzung und Miniaturisierung der Sensoren zur Überwachung, Bewertung und Steuerung landwirtschaftlicher Praktiken. Genauer gesagt bezieht er sich auf das standortspezifische Pflanzenmanagement mit einer breiten Palette von Vor- und Nachproduktionsaspekten der Landwirtschaft, die von Gartenbaukulturen bis hin zu Feldfrüchten reichen. Die jüngsten Fortschritte im Tissue Engineering und in der Entwicklung von Nanomaterialien auf der Basis von CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas (CRISPR-associated protein) mRNA und sgRNA für die genetische Modifikation (GM) von Nutzpflanzen sind eine bemerkenswerte wissenschaftliche Leistung. Darüber hinaus bietet die Nanotechnologie hervorragende Lösungen für eine zunehmende Anzahl von Umweltproblemen. So bietet die Entwicklung von Nanosensoren weitreichende Perspektiven für die Beobachtung von Umweltstress und die Steigerung des Bekämpfungspotenzials von Pflanzen gegen Krankheiten. Daher haben solche kontinuierlichen Verbesserungen in der Nanotechnologie mit besonderem Schwerpunkt auf der Identifizierung von Problemen und der Entwicklung von kooperativen Ansätzen für ein nachhaltiges landwirtschaftliches Wachstum ein bemerkenswertes Potenzial, um breite soziale und gerechte Vorteile zu bieten.

3. Quellen und Synthese von grünen Nanopartikeln

Nanopartikel (NPs) sind organische, anorganische oder hybride Materialien mit mindestens einer ihrer Dimensionen im Bereich von 1 bis 100 nm (auf der Nanoskala). NPs, die in der Natur vorkommen, können aus den Prozessen von photochemischen Reaktionen, Vulkanausbrüchen, Waldbränden, einfacher Erosion, Pflanzen und Tieren oder auch von den Mikroorganismen produziert werden. Die Produktion von aus Pflanzen und Mikroorganismen gewonnenen NPs hat sich als eine effiziente biologische Quelle für grüne NPs herausgestellt, die in letzter Zeit aufgrund ihrer umweltfreundlichen Natur und der Einfachheit des Produktionsprozesses im Vergleich zu anderen Wegen die besondere Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf sich zieht. Für die Nutzung der grünen Nanotechnologie werden derzeit eine Reihe von Pflanzenarten und Mikroorganismen, darunter Bakterien, Algen und Pilze, für die NP-Synthese verwendet. Zum Beispiel werden Medicago sativa und Sesbania-Pflanzenarten zur Herstellung von Gold-Nanopartikeln verwendet. Ebenso können anorganische Nanomaterialien aus Silber, Nickel, Kobalt, Zink und Kupfer in lebenden Pflanzen, wie Brassica juncea, Medicago sativa und Heleanthus annus, synthetisiert werden. Mikroorganismen, wie Kieselalgen, Pseudomonas stuzeri, Desulfovibrio desulfuricans NCIMB 8307 Clostridium thermoaceticum und
Klebsiella aerogens werden zur Synthese von Silizium-, Gold-, Zinksulfid- bzw. Cadmiumsulfid-Nanopartikeln verwendet. Obwohl eine große Anzahl von Mikroorganismen zur Synthese von grünen NPs verwendet wird, werden Pilze, hauptsächlich Verticillium sp,
Aspergillus flavus, Aspergillus furnigatus, Phanerochaete chrysoparium und Fusarium oxysporum, als die effizientesten Systeme für die Biosynthese von metall- und metallsulfidhaltigen NPs angesehen.

Alle NPs sind dreidimensionale (3D) Objekte. Eindimensionale (1D) NPs beziehen sich auf die NPs, die 2 Dimensionen auf der Nanoskala und 1 Dimension auf der Makroskala haben (Nanodrähte, Nanoröhren), während zweidimensionale (2D) NPs 1 Dimension auf der Nanoskala und 2 Dimensionen auf der Makroskala haben (Nanoschichten, Nanofilme). 3D-NPs wiederum haben 0 Dimensionen auf der Nanoskala und 3 Dimensionen auf der Makroskala (Nanokugeln, Nano-Blumen), während null-dimensionale (0D) NPs durch alle 3 Dimensionen auf der Nanoskala charakterisiert sind. So wurde eine reiche Vielfalt an physikalischen und chemischen Methoden entwickelt, um die nulldimensionalen NPs mit gut kontrollierten Abmessungen zu synthetisieren oder herzustellen. Nulldimensionale NPs, wie z. B. Quantenpunkte, haben eine breite Akzeptanz und Anwendung in Leuchtdioden, Solarzellen, Einzelelektronentransistoren wie sie in Lasern verwendet werden. Die Synthese von zweidimensionalen NPs, wie z. B. Kreuzungen (kontinuierliche Inseln), verzweigte Strukturen, Nanoprismen, Nanoplatten, Nanoblätter, Nanowände und Nanoplatten sind zu einem wichtigen Bereich in der Nano-Engineering-Forschung geworden. Solche geometrischen Strukturen von NPs haben die Untersuchung und Entwicklung neuer Anwendungen in Sensoren, Photokatalysatoren, Nanocontainern und Nanoreaktoren gesprengt. Im Gegensatz dazu haben dreidimensionale NPs in letzter Zeit aufgrund ihrer großen Oberfläche und anderer überlegener Eigenschaften wie Absorptionsstellen für alle beteiligten Moleküle auf kleinem Raum, die zu einem besseren Transport der Moleküle führen, großes Forschungsinteresse auf sich gezogen. Daher haben die Verbesserung und Entwicklung neuartiger Technologien zur Herstellung von NPs mit ihrem Anwendungspotenzial eine besondere Bedeutung, insbesondere bei der Entwicklung nachhaltiger Agrar- und Umweltsysteme.

4. Verabreichungsoptionen mit Nanopartikeln: Ein neues Fenster für nachhaltige Landwirtschaft

Die Nanotechnologie gilt als eine der Schlüsseltechnologien des einundzwanzigsten Jahrhunderts, die verspricht, traditionelle landwirtschaftliche Praktiken voranzutreiben und eine nachhaltige Entwicklung zu ermöglichen, indem sie die Bewirtschaftungs- und Erhaltungstaktiken bei reduzierter Verschwendung von landwirtschaftlichen Betriebsmitteln verbessert. Die Verabreichungssysteme von Agrochemikalien und organischen Molekülen, einschließlich des Transports von DNA-Molekülen oder Oligonukleotiden in die Pflanzenzellen, sind wichtige Aspekte der nachhaltigen landwirtschaftlichen Produktion sowie der Präzisionslandwirtschaft. Bei herkömmlichen Methoden werden Agrochemikalien in der Regel durch Sprühen und/oder Ausbringen auf die Pflanzen aufgebracht. Infolgedessen erreicht nur eine sehr geringe Anzahl von Agrochemikalien die Zielstellen der Pflanzen, die weit unter der für ein erfolgreiches Pflanzenwachstum erforderlichen minimalen Wirkkonzentration liegt. Die Verluste sind auf die Auswaschung von Chemikalien, den Abbau durch Photolyse, Hydrolyse und auch durch mikrobiellen Abbau zurückzuführen. Bei der Ausbringung von Düngemitteln sollte beispielsweise mehr Wert auf die Bioverfügbarkeit der Nährstoffe gelegt werden, die durch die Chelatbildung im Boden, den Abbau durch Mikroorganismen, Verdunstung, Überdosierung, Hydrolyse und Abflussprobleme verursacht wird. Bei der Anwendung von Pestiziden ist die Wirksamkeitsverbesserung durch das Abdriftmanagement in den Vordergrund zu stellen. Um umweltfreundliche landwirtschaftliche Praktiken zu gewährleisten, hat der jüngste Fortschritt der Nanotechnologie-basierten Synthese von Düngemitteln, Pestiziden und Herbiziden mit langsamer oder kontrollierter Freisetzung daher eine besondere Aufmerksamkeit in der landwirtschaftlichen Produktion erhalten. Im Laufe der Zeit hat sich die Nanotechnologie allmählich von den experimentellen Versuchen im Labor zu praktischen Anwendungen entwickelt. Das Ziel der kontrollierten Verabreichungstechniken ist die dosierte Freisetzung notwendiger und ausreichender Mengen von Agrochemikalien über einen bestimmten Zeitraum und die Erzielung der vollen biologischen Wirksamkeit bei gleichzeitiger Minimierung von Verlusten und schädlichen Wirkungen. Nanopartikel bieten die Vorteile einer effektiven Abgabe von Agrochemikalien aufgrund ihrer großen Oberfläche, der einfachen Anhaftung und des schnellen Stofftransfers. Aus diesen Gründen werden mikronische oder submikronische Partikel durch verschiedene Mechanismen in die Agrochemikalien eingearbeitet, wie z. B. Kapselung, Absorption, oberflächliche Anhaftung von Ionen oder schwachen Bindungen und Einschluss in die Nanomatrix der Wirkstoffe. Beispielsweise verlängert die Kapselung von Kaliumnitrat durch Graphenoxid-Filme den Freisetzungsprozess des Düngers beträchtlich, und eine solche Formulierung scheint bei einer großtechnischen Produktion zu relativ geringen Kosten möglich zu sein. Nanomaterialien verbessern die Stabilität von Agrochemikalien und schützen sie vor Abbau und anschließender Freisetzung in die Umwelt, was letztendlich die Wirksamkeit erhöht und die Mengen an Agrochemikalien reduziert.

Abgesehen von den landwirtschaftlichen Anwendungen bietet die Konvergenz der Nanotechnologie mit der Biotechnologie auch Möglichkeiten als neue Werkzeuge der molekularen Transporter, um Gene zu modifizieren und sogar neue Organismen zu produzieren. Zum Beispiel implizieren Nanobiotechnologien Nanopartikel, Nanokapseln und Nanofasern, um fremde DNA und die Chemikalien zu transportieren, die die Modifikation der Zielgene erleichtern. Bei der Einbringung von genetischem Material stehen virale Gentransportvektoren vor zahlreichen Herausforderungen, wie z. B. begrenzte Wirtsreichweite, begrenzte Größe des eingebrachten genetischen Materials, Transport durch die Zellmembran und auch das Problem des Traffickings des Zellkerns. Im Gegensatz dazu bieten die jüngsten Durchbrüche in der Nanobiotechnologie den Forschern größere Möglichkeiten, das genetische Material einer Spezies vollständig durch eine andere zu ersetzen. In der Gentechnik wurden Siliziumdioxid-Nanopartikel entwickelt, um DNA-Fragmente/-Sequenzen ohne unerwünschte Nebenwirkungen an die Zielspezies, wie Tabak- und Maispflanzen, zu liefern. Darüber hinaus wird das NP-gestützte Transportsystem auch zur Entwicklung insektenresistenter neuartiger Pflanzensorten eingesetzt. So werden beispielsweise DNA-beschichtete NPs als Geschosse in der Gen-Gun-Technologie zum Beschuss von Zellen oder Geweben eingesetzt, um die gewünschten Gene auf die Zielpflanzen zu übertragen. Die jüngsten Fortschritte in der Entwicklung von Chitosan-NPs mit eingeschlossener SiRNA als Trägermedium haben eine neue Möglichkeit der Pflanzenverbesserung eröffnet, die eine zielgerichtete Kontrolle von Schadinsekten ermöglicht, da Chitosan ein effizientes Bindungspotenzial mit RNA sowie eine Penetrationsfähigkeit durch die Zellmembranen besitzt. Zeitgenössische Fortschritte bei der spezifischen Übertragung von CRISPR/Cas9 single guide RNA (sgRNA) auf der Basis von Nanomaterialien haben eine neue Ära in der Gentechnik eingeleitet. Das CRISPR/Cas9-System, bestehend aus CRISPR-Repeat-Spacer-Arrays und Cas-Proteinen, ist ein RNA-gesteuertes Abwehrsystem in Prokaryoten und wurde bereits erfolgreich für das Genome Editing in Pflanzen eingesetzt. Die geringe Transporteffizienz ist jedoch immer noch eine große Hürde, die seine Anwendung behindert. Interessanterweise könnten Nanomaterialien das Ausmaß der Off-Target-Veränderungen minimieren, indem sie die Effizienz und Spezifität der CRISPR/Cas-Systeme verbessern. Zum Beispiel kationische Arginin-Gold-Nanopartikel.

5. Nano-Dünger: Eine effiziente Quelle für eine ausgewogene Ernährung der Pflanzen

Generell ist die Ergänzung der essentiellen Nährstoffe (Elementdüngung) zur Verbesserung der Pflanzenproduktivität und Bodenfruchtbarkeit unumgänglich. Dennoch wird das präzise Düngemittelmanagement als eine der wichtigsten Voraussetzungen für eine nachhaltige landwirtschaftliche Entwicklung angesehen. Nahrung ist jedoch ein grundlegendes Menschenrecht. Die globale Ernährungssicherheit ist weltweit ernsthaft in Frage gestellt. Die Ernährungssicherheit ist unter anderem durch die Begrenzung der verfügbaren natürlichen Ressourcen bedroht. Es wird davon ausgegangen, dass die derzeitige Weltbevölkerung (sieben Milliarden) im Laufe der Zeit zunehmen und bis 2050 etwa neun Milliarden erreichen wird. Um die wachsende Bevölkerung zu ernähren, werden etwa 60-100 % mehr Nahrungsmittel benötigt. Um den erhöhten Nahrungsmittelbedarf zu decken, wird intensive Landwirtschaft betrieben, was letztendlich zu einem Teufelskreis aus Erschöpfung der Bodenfruchtbarkeit und Rückgang der landwirtschaftlichen Erträge führt. Man schätzt, dass ca. 40 % der weltweiten landwirtschaftlichen Flächen ernsthaft degradiert sind, was zu einem starken Verlust der Bodenfruchtbarkeit aufgrund dieser intensiven Anbaumethoden führt. Infolgedessen wird eine riesige Menge an Düngemitteln eingesetzt, um die Bodenfruchtbarkeit und die Produktivität der Pflanzen zu verbessern. Es wurde auch eindeutig festgestellt, dass ein Drittel der Pflanzenproduktivität auf Düngemittel zurückzuführen ist und der Rest von der Effizienz der Nutzung anderer landwirtschaftlicher Betriebsmittel abhängt. Dennoch übersteigt die Nährstoffnutzungseffizienz konventioneller Düngemittel kaum 30-40%. Die Nährstoffnutzungseffizienz konventioneller Düngemittel, z. B. für Stickstoff (N) 30-35 %, Phosphor (P) 18-20 % und Kalium (K) 35-40 %, blieb in den letzten Jahrzehnten konstant. Darüber hinaus hängt die Nährstoffnutzungseffizienz von konventionellen Düngemitteln, die direkt in den Boden eingebracht oder auf die Blätter gesprüht werden, weitgehend von der Endkonzentration der Düngemittel ab, die die Zielorte erreichen. Im wahrsten Sinne des Wortes erreicht eine sehr geringe Menge, die weit unter der gewünschten Mindestkonzentration liegt, den Zielstandort aufgrund von Auswaschungsverlusten von Chemikalien, Abdrift, Abfluss, Hydrolyse, Verdunstung, photolytischem oder sogar mikrobiellem Abbau. Als Folge davon beeinträchtigt die wiederholte Verwendung von zu viel Düngemitteln das inhärente Nährstoffgleichgewicht des Bodens. Außerdem werden die Gewässer durch die Auswaschung von giftigen Stoffen in Flüsse und Wasserreservoirs stark verschmutzt, was auch die Verunreinigung des Trinkwassers zur Folge hat. Es wurde berichtet, dass Anfang 1970 nur 27 kg NPK ha-1 benötigt wurden, um eine Tonne Getreide zu produzieren, während es im Jahr 2008 auf 109 kg NPK ha-1 gestiegen ist, um das gleiche Produktionsniveau zu erreichen. Nach Angaben der International Fertilizer Industry Association (IFIA) ist der weltweite Düngemittelverbrauch stark angestiegen, und es wurde prognostiziert, dass der weltweite Bedarf bis zum Jahr 2016-2017 192,8 Mio. t erreichen wird. Von diesen großen Mengen an konventionellen Düngemitteln verbleibt ein großer Teil der Chemikalien im Boden oder kann in die anderen Umweltkompartimente gelangen, was zu einer starken Umweltverschmutzung führt, die das normale Wachstum von Flora und Fauna beeinträchtigen kann.
Die Verwendung von technisch hergestellten Nanomaterialien im Rahmen einer nachhaltigen Landwirtschaft hat einen völlig neuen Weg der Nahrungsmittelproduktion aufgezeigt, der möglicherweise die Unsicherheiten im Pflanzenbau mit begrenzten verfügbaren Ressourcen überwinden könnte. Die Revolution der grünen Nanotechnologie hat die globale Landwirtschaft dramatisch verändert und Nanomaterialien als Nanodünger haben das Versprechen geweckt, die Projektion des globalen Nahrungsmittelbedarfs und auch die nachhaltige Landwirtschaft zu erfüllen. Um den Makro- und Mikronährstoffmangel durch eine verbesserte Effizienz der Nährstoffnutzung zu lindern und das chronische Problem der Eutrophierung zu überwinden, können Nanodünger eine beste Alternative sein. Nanodünger, die gezielt synthetisiert werden, um die Freisetzung von Nährstoffen in Abhängigkeit vom Bedarf der Pflanzen zu regulieren und gleichzeitig Differenzverluste zu minimieren, haben ein immenses Potenzial. Konventionelle Stickstoffdünger zum Beispiel zeichnen sich durch enorme Verluste aus dem Boden durch Auswaschung, Verdunstung oder sogar den Abbau von bis zu 50-70% aus, was letztlich die Effizienz der Düngemittel reduziert und die Produktionskosten erhöht. Auf der anderen Seite synchronisieren Nanoformulierungen von stickstoffhaltigen Düngemitteln die Freisetzung von Dünger-N mit dem Aufnahmebedarf durch die Pflanzen. Dementsprechend verhindern Nanoformulierungen unerwünschte Nährstoffverluste durch direkte Internalisierung durch die Pflanzen und vermeiden dadurch die Wechselwirkung der Nährstoffe mit Boden, Wasser, Luft und Mikroorganismen. So reduziert der Einsatz von porösen Nanomaterialien wie Zeolithen, Ton oder Chitosan die Stickstoffverluste deutlich, indem die bedarfsgerechte Freisetzung reguliert und die Pflanzenaufnahme verbessert wird. Ammoniumgeladene Zeolithe haben das Potenzial, die Löslichkeit von Phosphatmineralien zu erhöhen und damit eine verbesserte Phosphorverfügbarkeit und -aufnahme durch Nutzpflanzen aufzuweisen. Graphenoxid-Filme, ein Nanomaterial auf Kohlenstoffbasis, können den Prozess der Kaliumnitratfreisetzung verlängern, was die Funktionsdauer verlängert und Verluste durch Auswaschung minimiert. Außerdem zeigten sie, dass Nanomaterialien in der Pflanzenproduktion ein größeres Potenzial haben als herkömmliche Düngemittel. Sie zeigten, dass die Anwendung von Nanocalcit (CaCO3-40%) mit Nano-SiO2 (4%), MgO (1%) und Fe2O3 (1%) nicht nur die Aufnahme von Ca, Mg und Fe verbesserte, sondern auch die Aufnahme von P mit den Mikronährstoffen Zn und Mn deutlich erhöhte. Es gibt viele verschiedene Formen von Nanodüngern. Basierend auf ihren Wirkungen können Nanodünger als Kontroll- oder Langzeitdünger, Kontrollverlustdünger, Magnetdünger oder Nanokompositdünger als kombinierte Nanovorrichtung klassifiziert werden, um eine breite Palette von Makro- und Mikronährstoffen in wünschenswerten Eigenschaften zu liefern. Nanodünger werden hauptsächlich durch die Verkapselung von Nährstoffen mit Nanomaterialien hergestellt. Die anfänglichen Nanomaterialien werden sowohl mit physikalischen (top-down) als auch mit chemischen (bottom-up) Ansätzen hergestellt, danach werden die gewünschten Nährstoffe in nanoporösen Materialien eingekapselt oder mit einem dünnen Polymerfilm beschichtet oder als Partikel oder Emulsionen in Nanogröße geliefert, wie es für kationische Nährstoffe (NH4+, K+, Ca2+, Mg2+) oder nach Oberflächenmodifikation für anionische Nährstoffe (NO3-, PO4-, SO4-) der Fall ist.

Die landwirtschaftliche Produktion kann durch ein ausgewogenes Düngemittelmanagement, Bewässerung und die Verwendung von Qualitätssaatgut um 35-40 % gesteigert werden. Es wurde eifrig beobachtet, dass die Anwendung von nanoformulierten Düngemitteln ein erhebliches Potenzial zur Steigerung der Pflanzenproduktivität hat. Zum Beispiel kann die Verwendung von Kohlenstoff-Nanopartikeln zusammen mit Dünger die Kornerträge von Reis (10,29 %), Frühjahrsmais (10,93 %), Sojabohnen (16,74 %), Winterweizen (28,81 %) und Gemüse (12,34-19,76 %) erhöhen. Es wurde gezeigt, dass die Anwendung von Chitosan-NPK-Dünger den Ernte-Index, Ernte-Index und Mobilisierungs-Index der ermittelten Weizen-Ertragsvariablen im Vergleich zu den Kontroll-Ertragsvariablen signifikant erhöht. Nanomaterialien stimulieren eine Reihe von lebenswichtigen Facetten der Pflanzenbiologie, da die Wurzel- und Blattoberflächen der Pflanzen die Hauptnährstoffschleusen der Pflanzen sind, die im Nanomaßstab hochporös sind. Folglich kann die Anwendung von Nanodünger die Nährstoffaufnahme von Pflanzen durch diese Poren verbessern oder der Prozess kann die Komplexierung mit molekularen Transportern oder Wurzelexsudaten durch die Schaffung neuer Poren oder durch die Ausnutzung von Endozytose oder Ionenkanälen erleichtern. Darüber hinaus wurde in einer Vielzahl von Untersuchungen eindeutig festgestellt, dass die Verkleinerung von Nanomaterialien die Erhöhung des Oberflächenmassenverhältnisses der Partikel ermöglicht, was zur Folge hat, dass eine große Menge an Nährstoffionen langsam und kontinuierlich über einen längeren Zeitraum adsorbiert und desorbiert wird. Auf diese Weise gewährleisten die Nanoformulierungen von Düngemitteln eine ausgewogene Ernährung der Pflanzen während des gesamten Wachstumszyklus, was letztendlich die landwirtschaftliche Produktion verbessert. Es ist anzumerken, dass die erhöhte Effizienz eines Produktes die Landwirte dazu anregen kann, das Produkt gewinnbringender einzusetzen.

Als vielversprechendes interdisziplinäres Forschungsgebiet hat die Nanotechnologie in der Landwirtschaft ihre enorme Bedeutung erlangt. Neben den Makronährstoffen spielen auch Mikronährstoffe wie Mangan, Bor, Kupfer, Eisen, Chlor, Molybdän, Zink eine wesentliche Rolle bei der stetigen Steigerung der Pflanzenproduktivität. Zahlreiche Faktoren, wie z. B. der pH-Wert des Bodens (Alkalität oder saurer Zustand), begünstigen jedoch bei extensiver landwirtschaftlicher Praxis deren Mangel in der Pflanzenproduktion. Der Mangel an Mikronährstoffen vermindert nicht nur die Produktivität von Nutzpflanzen, sondern beeinträchtigt auch die menschliche Gesundheit durch den Verzehr von Lebensmitteln mit Mikronährstoffmangel. Eisenmangel beispielsweise verursacht Anämie, Wachstumsstörungen, Probleme mit der reproduktiven Gesundheit und sogar eine verminderte kognitive und körperliche Leistungsfähigkeit beim Menschen. Im Gegensatz dazu würde die Supplementierung von nanoformulierten oder in Nanoform eingeschlossenen Mikronährstoffen zur langsamen oder kontrollierten Freisetzung von Nährstoffen den Aufnahmeprozess durch Pflanzen stimulieren, das Wachstum und die Produktivität von Nutzpflanzen fördern und auch zur Erhaltung der Bodengesundheit beitragen. Zum Beispiel beeinflusst die Anwendung von Nano-Zinkoxid in niedrigen Dosen in zinkarmen Böden das Wachstum und die physiologischen Reaktionen, wie die Spross- und Wurzelverlängerung, das frische Trockengewicht und die Photosynthese bei vielen Pflanzenarten im Vergleich zur Kontrolle positiv. Es wurde auch gezeigt, dass die Anwendung von Zinkoxid-Nanopartikeln mit anderen Düngemitteln in zinkarmen Böden nicht nur die Nährstoffausnutzung fördert, sondern auch die Produktivität von Gerste um 91 % im Vergleich zur Kontrolle erhöht, während traditionelles ZnSO4 in großen Mengen die Produktivität um 31 % im Vergleich zur Kontrolle erhöht.

Wissenschaftliche Innovationen sind auf die Verbesserung des menschlichen Wohlergehens ausgerichtet. Ebenso zielen Pflanzenwissenschaftler darauf ab, die natürliche genomische Vielfalt verschiedener domestizierter Nutzpflanzen wiederherzustellen und Technologien zur Verringerung des Düngerverbrauchs zu verbessern, ohne die Produktivität der Pflanzen und eine nachhaltige Umwelt zu beeinträchtigen. Im Zuge dessen wird in der nachhaltigen Landwirtschaft ein neuer Begriff, „Kontrollverlustdünger“, verwendet. Diese Art von Düngemitteln wurde entwickelt, um die punktuelle Verschmutzung durch Inputs in der Landwirtschaft zu reduzieren, die durch die Bildung eines Nanonetzwerks durch Selbstorganisation bei Kontakt mit Wasser im Boden funktionieren. Die eingeschlossenen Nährstoffe des Düngers gelangen über Wasserstoffbrücken, Oberflächenspannung, molekulare Kraft oder viskose Kraft in das Bodennetzwerk. Infolgedessen vergrößert sich ihre räumliche Skala, so dass sie leicht durch die Bodenfiltration blockiert werden und im Boden um die Pflanzenwurzeln herum fixiert bleiben, was die Nährstoffaufnahme durch die Pflanzen erleichtert, um die Anforderungen während des Wachstumszyklus zu erfüllen. Ein solcher neuartiger Ansatz wurde zum Beispiel erfolgreich eingesetzt, um die Transferrate von Stickstoff in die Umwelt zu reduzieren. Es wurde auch gezeigt, dass die Anwendung von Düngemitteln mit Kontrollverlust nicht nur den Stickstoffabfluss und den Auswaschungsverlust um 21,6 % und 24,5 % verringert, sondern auch einen Anstieg des mineralischen Reststickstoffs im Boden um 9,8 % zusammen mit einer um 5,5 % gesteigerten Weizenproduktion im Vergleich zu herkömmlichen Düngemitteln bewirkt. Obwohl eine Reihe von Forschungsarbeiten zu diesem Thema veröffentlicht wurden, sind die Informationen und Forschungen über das breitere Potenzial noch unzureichend. Daher sollten weitere Forschungsarbeiten durchgeführt werden, um neue und vielversprechende Ansätze zu erforschen, die die Migration anderer Makro- und Mikronährstoffe als Schadstoffe im Mikrobereich in die Umweltmatrix kontrollieren können.

6. Nanomaterialien in der Saatgutkeimung, dem Pflanzenwachstum und der Qualitätsanreicherung

Die Nanowissenschaft ist eine neue Plattform wissenschaftlicher Innovation, die die Entwicklung von Ansätzen für eine Reihe kostengünstiger Nanotech-Anwendungen zur verbesserten Keimung von Saatgut, Pflanzenwachstum, Entwicklung und Akklimatisierung an Umgebungen beinhaltet. Die Keimung von Samen ist eine sensible Phase im Lebenszyklus von Pflanzen, die die Entwicklung, das Überleben und die Populationsdynamik von Sämlingen ermöglicht. Die Keimung von Samen wird jedoch in hohem Maße von verschiedenen Parametern wie Umweltfaktoren, genetischen Merkmalen, der Verfügbarkeit von Feuchtigkeit und der Bodenfruchtbarkeit beeinflusst. In diesem Zusammenhang hat eine Vielzahl von Studien gezeigt, dass die Anwendung von Nanomaterialien positive Auswirkungen auf die Keimung sowie das Pflanzenwachstum und die Entwicklung hat. Zum Beispiel beeinflusst die Anwendung von mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren (MWCNTs) positiv die Keimung von Samen verschiedener Pflanzenarten wie Tomate, Mais, Sojabohne, Gerste, Weizen, Mais, Erdnuss und Knoblauch. In ähnlicher Weise stimuliert die Anwendung von Nano-SiO2, TiO2 und Zeolith die Samenkeimung bei Nutzpflanzen positiv. Außerdem wurde festgestellt, dass Fe/SiO2-Nanomaterialien ein signifikantes Potenzial zur Verbesserung der Keimung von Gerste und Mais haben. Trotz einer beträchtlichen Menge an Forschungsergebnissen über die positiven Auswirkungen von Nanomaterialien auf die Keimung sind die zugrundeliegenden Mechanismen, wie Nanomaterialien die Keimung stimulieren können, immer noch unklar. Einige Studien haben gezeigt, dass Nanomaterialien das Potenzial haben, die Samenschale zu durchdringen und die Fähigkeit zur Absorption und Nutzung von Wasser zu verbessern, was das enzymatische System stimuliert und letztendlich die Keimung und das Wachstum der Keimlinge verbessert. Dennoch ist der Mechanismus der durch Nanomaterialien induzierten Wasseraufnahme im Inneren des Samens noch weitgehend unbekannt.

Wirkung von Nanomaterialien auf die Physiologie von Pflanzen und den Pflanzenschutz.

Zusätzlich zur Keimung wird berichtet, dass Nanomaterialien wie ZnO, TiO2, MWCNTs, FeO, ZnFeCu-Oxid und Hydroxyfullerene das Wachstum und die Entwicklung von Nutzpflanzen mit Qualitätsverbesserung bei vielen Pflanzenarten wie Erdnuss, Sojabohne, Mungobohne, Weizen, Zwiebel, Spinat, Tomate, Kartoffel und Senf steigern. Zum Beispiel haben Kohlenstoff-Nanomaterialien Fullerole, als OH-funktionalisierte Fullerene, allgemein positive Effekte auf das Pflanzenwachstum ausgeübt. Es wurde gezeigt, dass Fullerene das Hypokotyl-Wachstum in Arabidopsis durch Stimulation der Zellteilungen verstärken. Es wurde auch festgestellt, dass die Beizung von Saatgut mit Fullerol nicht nur die Anzahl der Früchte, die Fruchtgröße und den endgültigen Ertrag um bis zu 128% erhöht, sondern auch den Gehalt an bioaktiven Verbindungen wie Cucurbitacin-B, Lycopin, Charantin und Inulin in Früchten der Bittermelone (Momordica charantia) stimuliert. Yousefzadeh und Sabaghnia zeigten, dass die Anwendung von Nano-Eisendünger nicht nur die agronomischen Eigenschaften von Dracocephalum moldavica mit der Aussaatdichte erhöhte, sondern auch den Gehalt an ätherischem Öl in den Pflanzen verbesserte. In ähnlicher Weise wurde festgestellt, dass die Blattapplikation von Nano-Zink- und Bor-Düngern den Fruchtertrag und die Fruchtqualität erhöht, einschließlich 4,4-7,6 % Erhöhung der gesamten löslichen Feststoffe (TSS), 9,5-29,1 % Verringerung der titrierbaren Säure (TA), 20,6-46,1 % Erhöhung des Reife-Index und 0,28-0,62 pH-Einheiten Erhöhung des Saft-pH bei Granatapfel (Punica granatum) ohne die physikalischen Eigenschaften der Früchte zu beeinträchtigen. Diese Ergebnisse zeigten die Perspektiven von Nanomaterialien zur Verbesserung der Ernteerträge und der Produktqualität. Obwohl der genaue Mechanismus hinter der Förderung des Pflanzenwachstums und der verbesserten Qualität nicht klar ist, kann er zumindest teilweise durch die Möglichkeiten der Nanomaterialien erklärt werden, mehr Nährstoffe und Wasser zu absorbieren, was wiederum dazu beiträgt, die Vitalität der Wurzelsysteme mit erhöhter enzymatischer Aktivität zu verbessern. Darüber hinaus haben die Untersuchungen von Nährstoffen zur langsamen/kontrollierten Freisetzung oder zum Kontrollverlust von Nanodüngern, die in Wasser und Boden durchgeführt wurden, bestätigt, dass die langfristige Verfügbarkeit aller dotierten Nährstoffe für die Pflanze über die gesamte Anbauperiode entscheidend für die Förderung von Keimung, Wachstum, Blüte und Fruchtbildung ist. Zum Beispiel setzt der mit Hydroxylapatit-Nanomaterial umhüllte Harnstoffdünger Stickstoff langsam und gleichmäßig über bis zu 60 Tage frei, während der herkömmliche Schüttdünger nur innerhalb von 30 Tagen mit ungleichmäßiger Freisetzung verloren geht, was die Nährstoffeffizienz der Pflanzen reduziert und das Pflanzenwachstum negativ beeinflusst. Umgekehrt bietet die Untersuchung in verschiedenen Studien widersprüchliche Beweise über die positiven Auswirkungen von Nanomaterialien auf die Keimung und das Wachstum von Nutzpflanzen. Diese Variabilität kann durch eine Reihe von Faktoren entstehen, die mit den Eigenschaften der Nanomaterialien zusammenhängen, wie z. B. Größe, Form, Oberflächenbeschichtung und elektronische Eigenschaften, die Dosis sowie die Art der Anwendung und die untersuchte Pflanzenart. Es wurde gezeigt, dass die Anwendung von TiO2 in einer Dosierung von 2,5 % die Photosynthese in Spinat um 3,13 % erhöhte; dies nahm jedoch jenseits von 4 % der Konzentration ab. Es wurde auch gezeigt, dass 15 mg kg-1 Nano-Fe/SiO2 die Sprosslänge von Gersten- und Maissämlingen um 8,25 % bzw. 20,8 % erhöhte; die Sprosslänge wurde jedoch negativ beeinflusst, wenn die Konzentration 25 mg kg-1 erreichte, was bedeutet, dass das Pflanzenwachstum von der Konzentration der Nanomaterialanwendung abhängt. Es wurde gezeigt, dass die Leistung des Pflanzenwachstums von der Art der Nanomaterialapplikation beeinflusst wurde. Sie fanden heraus, dass die Blattapplikation von Nano-Fe3O4 das Gesamtchlorophyll, das Gesamtkohlenhydrat, den Gehalt an ätherischem Öl, den Eisengehalt, die Pflanzenhöhe, die Zweige/Pflanze, die Blätter/Pflanze, das Frischgewicht und das Trockengewicht von Ocimum basilicum-Pflanzen im Vergleich zur Bodenapplikation signifikant erhöhen konnte.

7. Nanomaterialien beschleunigen die anpassung von Pflanzen an fortschreitende Klimafaktoren

Die Ernährungssicherheit ist heute eine Herausforderung für die steigende Bevölkerung aufgrund der begrenzten verfügbaren Ressourcen bei fortschreitendem Klimawandel auf der ganzen Welt. Der fortschreitende Klimawandel bezieht sich auf die Veränderungen der klimatischen Ausgangsbedingungen im Laufe der Zeit, wie z. B. Temperaturen, Wassermangel, Kälte, Salzgehalt, Alkalinität und Umweltverschmutzung mit toxischen Metallen. Daher besteht das Hauptanliegen darin, eine beschleunigte Anpassung der Pflanzen zu ermöglichen, ohne die bestehenden empfindlichen Ökosysteme bei der Bewältigung der Umweltbelastungen zu gefährden. Die Bewältigung dieser Aufgabe erfordert eine mehrgleisige Strategie, wie die Aktivierung des pflanzlichen Enzymsystems, die hormonelle Regulation, die Expression von Stressgenen, die Regulierung der Aufnahme von toxischen Metallen und die Vermeidung von Wasserdefizitstress oder Sturzfluten durch Verkürzung des Lebenszyklus der Pflanzen. Es wurden verschiedene Anstrengungen von Forschern unternommen, um Technologien und Praktiken für nachhaltige landwirtschaftliche Systeme zu entwickeln, indem negative Auswirkungen auf Umweltkompartimente vermieden werden. Fortschritte in der Nanomaterialtechnik legen nahe, dass Nanodünger die Pflanzenproduktion in bestehenden ungünstigen Umgebungen steigern können. Salinitätsstress schränkt die Pflanzenproduktion auf etwa 23% der Anbauflächen weltweit stark ein. Im Gegensatz dazu wurde berichtet, dass die Anwendung von Nano-SiO2 die Keimung von Samen verbessert, das Frischgewicht der Pflanzen, das Trockengewicht und den Chlorophyllgehalt mit Prolin-Akkumulation in Tomaten- und Kürbispflanzen unter NaCl-Stress erhöht. Es wurde auch gezeigt, dass das Blattspray von Nanopartikeln, Eisensulfat (FeSO4), eine positive Reaktion auf die Salzstresstoleranz bei Sonnenblumenkulturen zeigt. Sie berichteten, dass die Anwendung von Nano-FeSO4 nicht nur die Blattfläche, das Trockengewicht der Triebe, die Netto-Kohlendioxid (CO2)-Assimilationsrate, die substatale CO2-Konzentration (Ci), den Chlorophyllgehalt, die maximale photochemische Effizienz des Photosystems II (Fv/Fm) und den Eisen (Fe)-Gehalt erhöhte, sondern auch den Natrium (Na)-Gehalt in den Blättern signifikant verringerte. Kürzlich wurde auch erforscht, dass Silizium-Nanopartikel (SiNPs) den UV-B-induzierten Stress in Weizen effektiv lindern können. Nano-Zeolith kann die langfristige Verfügbarkeit von Nährstoffen verbessern und die Keimung und das Wachstum von Pflanzen fördern. Zeigten eine hervorragende Leistung, um die Anwendung von Nanomaterialien zu erforschen. Sie fanden heraus, dass der Lebenszyklus von Weizenpflanzen, die mit Nanodünger gedüngt wurden, 23,5 % kürzer war (130 Tage im Vergleich zu 170 Tagen) für die Ertragsproduktion ab dem Zeitpunkt der Aussaat im Vergleich zu Pflanzen, die mit herkömmlichem Dünger gedüngt wurden. Eine solche Beschleunigung des Pflanzenwachstums und der Produktivität durch die Anwendung von Nanodüngern zeigt deren Potenzial als wirksame Werkzeuge in der landwirtschaftlichen Praxis, insbesondere in Gebieten, die von Trockenheit oder sogar plötzlichen Sturzfluten betroffen sind, wo die frühe Reife der Pflanzen ein wichtiger Aspekt für eine nachhaltige Pflanzenproduktion ist. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass Nanomaterialien bei der Entgiftung oder Sanierung von schädlichen Schadstoffen wie Schwermetallen wirksam sind.

Die Produktivität von Nutzpflanzen wird auch weitgehend von biotischen Faktoren wie Schädlingen und Krankheiten beeinflusst. Um Ernteverluste zu minimieren, waren Landwirte bisher stark auf Pestizide angewiesen, die sich negativ auf die menschliche Gesundheit und die Umweltverträglichkeit auswirken. Jüngste Studien haben jedoch gezeigt, dass Nanomaterialien die Risiken von Schädlingen und Krankheiten erfolgreich reduzieren und damit die Schwere der Ertragsverluste und Umweltgefahren minimieren könnten. Zum Beispiel besitzen biosynthetisierte AgNPs, die aus dem Stammextrakt der Baumwollpflanze (Gossypium hirsutum) gewonnen wurden, eine starke antibakterielle Aktivität, wie die Hemmzone für Xanthomonas axonopodis pv. malvacearum und Xanthomonas campestris pv. campestris, zwei wichtige bakterielle Krankheitserreger von Nutzpflanzen der Familie Malvaceae bzw. Brassicaceae, zeigt. Metalloxid-Nanomaterialien wie CuO, ZnO und MgO könnten auch viele Pflanzen- und bodenbürtige Krankheiten, die durch Botrytis cinerea, Alternaria alternate, Monilinia fructicola, Colletotrichum gloeosporioides, Fusarium solani, Fusarium oxysporum fsp Radicis Lycopersici, Verticillium Dahliae, Phytophthora infestans und Ralstonia solanacearum verursacht werden, in vielen Pflanzenarten wirksam kontrollieren. Daher kann der vernünftige Einsatz von Nanomaterialien die Produktivität von Pflanzen erhöhen, ohne die Umwelt zu belasten. In den letzten Jahren haben sich die Forschungen zur Verwendung von Nanokompositen im Bereich des Pflanzenschutzes aufgrund ihrer hohen Wirksamkeit und Umweltfreundlichkeit stark ausgeweitet. Zum Beispiel zeigen Ag-inkorporierte Chitosan-Nanokomposite mit dem Fungizid Antracol eine erhöhte antimykotische Aktivität im Vergleich zu jeder Komponente allein. Auch die Entwicklung von Nanokompositen mit Bacillus thuringiensis (Bt), die aktives Bt enthalten, hat die Wirksamkeit und Haltbarkeit von Pestiziden weiter erhöht und die bisher erforderliche Dosierung reduziert. Die Mechanismen, die hinter solchen Wirkungen von Bt-basierten Nanokompositen stehen, müssen jedoch noch aufgeklärt werden.
Trotz zahlreicher Studien zur Nanomaterialien-induzierten Pflanzenwachstumsförderung und Stresstoleranz sind die zugrundeliegenden Mechanismen noch weitgehend unentdeckt. Die einflussreichen Effekte von Nanomaterialien auf das Pflanzenwachstum unter ungünstigen Bedingungen lassen sich zumindest teilweise durch die erhöhte Aktivität von Enzymsystemen erklären. So erhöht die Anwendung von Nanomaterialien wie Nano-SiO2 oder Nano-ZnO die Akkumulation von freiem Prolin und Aminosäuren, die Nährstoff- und Wasseraufnahme sowie die Aktivität von antioxidativen Enzymen wie Superoxid-Dismutase, Katalase, Peroxidase, Nitrat-Reduktase und Glutathion-Reduktase, was letztlich die Toleranz der Pflanzen gegenüber extremen Klimaereignissen verbessert. Darüber hinaus könnten Nanomaterialien auch die Expression von Stressgenen regulieren. Zum Beispiel zeigte eine Microarray-Analyse, dass eine Reihe von Genen durch die Anwendung von AgNPs in Arabidopsis hoch- oder herunterreguliert wurden. Unter den hochregulierten Genen ist ein Großteil mit der Reaktion auf Metalle und oxidativen Stress verbunden (Kationenaustauscher, Cytochrom P450-abhängige Oxidase, Superoxid-Dismutase und Peroxidase). Im Gegensatz dazu stehen die herunterregulierten Gene im Zusammenhang mit der Reaktion auf Pathogene und hormonelle Stimuli, einschließlich systemisch erworbener Resistenz, Ethylen-Signalisierung und Auxin-regulierten Genen, die an Wachstum und Organgröße beteiligt sind. Solche durch Nanomaterialien induzierten Reaktionen sind direkt am Pflanzenschutz gegen Stress beteiligt. Die Reaktion der Pflanzen auf Nanodünger variiert jedoch mit der Pflanzenart, ihren Wachstumsstadien und der Art der verwendeten Nanomaterialien. Daher sind weitere Arbeiten erforderlich, um die Signalkaskaden und die Gene zu identifizieren, die durch spezifische Nanomaterialien in verschiedenen Pflanzenarten reguliert werden, bevor die Technologie das Tor zum Bauernhof erreicht.

8. Nanomaterialien als Nanosensoren: Messung und Überwachung von Störeinflüssen

Die Nanomaterialtechnik ist die zukunftsweisende Forschungsschiene für eine nachhaltige landwirtschaftliche Entwicklung. Der Einsatz von Nanomaterialien in der Präzisionslandwirtschaft reduziert Kosten und Aufwand, erhöht die Effizienz und führt zu einer umweltverträglichen Entwicklung. Die Entwicklung von Nanosensoren zur Messung und Überwachung des Pflanzenwachstums und der Bodenbedingungen, des Nährstoffmangels, der Toxizität, der Krankheiten und des Eintrags von Agrochemikalien in die Umwelt würde dazu beitragen, die Boden- und Pflanzengesundheit, die Produktqualität und die allgemeine Sicherheit für eine nachhaltige Landwirtschaft und Umweltsysteme zu gewährleisten. Natürlich haben biologische Organismen den Sinn, die vorhandenen Umweltbedingungen zu erkennen. Die Kombination von Biologie mit Nanomaterialien in Sensoren hat jedoch eine breitere Perspektive geweckt, um die Spezifität, Empfindlichkeit und schnelle Reaktionen auf die Beeinträchtigungen zu erhöhen. Zum Beispiel wird ein auf Nanosensoren basierendes globales Positionierungssystem (GPS) für die Echtzeitüberwachung von bewirtschafteten Feldern während der gesamten Vegetationsperiode eingesetzt. Solche Netzwerke von drahtlosen Nanosensoren überwachen den kontrollierten Freisetzungsmechanismus über nanoskalige Träger, die drahtlose Signale verwenden, die sich überall auf den bewirtschafteten Feldern befinden. Dies kann eine umfassende Echtzeit-Überwachung des Pflanzenwachstums und effektive, qualitativ hochwertige Daten gewährleisten, die Möglichkeiten für exzellente Managementpraktiken bieten, indem sie eine Überdosierung von landwirtschaftlichen Betriebsmitteln vermeiden. Die Automatisierung des Bewässerungssystems durch den Einsatz von Sensortechnologie hat das große Potenzial, die Effizienz der Wassernutzung zu maximieren. Im Szenario der Wasserbegrenzung schätzen Nanosensoren die Bodenwasserspannung in Echtzeit, verbunden mit einer autonomen Bewässerungssteuerung. Ebenso würde eine schnelle und genaue Erkennung von Insekten oder Krankheitserregern bei der rechtzeitigen Anwendung von Pestiziden oder Düngemitteln helfen, um die Nutzpflanzen vor Befall zu schützen. Dieser Sensor unterscheidet die emittierten flüchtigen organischen Stoffe in vielen Wirtspflanzenarten in Bezug auf die Insektentypen. Es wurde gezeigt, dass ein auf Nanogold basierender Immunosensor effektiv ist, um die Karnal-Bunt-Krankheit in Weizenpflanzen zu erkennen. Darüber hinaus hat im Bereich der Nanobiotechnologie die Entwicklung bionischer Pflanzen durch das Einfügen von Nanopartikeln in die Zellen und Chloroplasten lebender Pflanzen zur Erkennung oder Abbildung von Objekten in ihrer Umgebung und zur Kommunikation als Infrarotgeräte oder sogar zur Selbstversorgung von Pflanzen als Lichtquellen ein großes Potenzial für die Präzisionslandwirtschaft. So wurde beispielsweise berichtet, dass das Einfügen von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren (SWNTs) die Elektronentransferrate von lichtangepassten Chloroplasten unter in vivo-Bedingungen um 49% erhöht, indem die Photoabsorption gesteigert wird. Sie zeigten auch, dass SWNTs zur Lichtsammelkapazität im nahen Infrarot beitragen, indem sie die Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies im Chloroplasten unterdrücken und den Sensing-Prozess in Pflanzen beeinflussen können; was zu einer erhöhten photosynthetischen Effizienz und Quantenausbeute von Pflanzen führt. Daher eröffnen die Fortschritte bei nanobionischen Ansätzen zur Verbesserung von Nutzpflanzen und zur Umweltüberwachung ein neues Fenster für die Erforschung funktioneller Pflanzen-Nanomaterial-Hybride.

Pflanzen reagieren auf Stress durch verschiedene physiologische Veränderungen, die durch Stresshormone, wie Jasmonsäure, Methyljasmonat und Salicylsäure, vermittelt werden. Es wurde ein modifizierter Goldelektroden-Nanosensor mit Kupfer-Nanopartikeln entwickelt, um den pathogenen Pilzbefall durch Überwachung des Salicylsäuregehalts in Ölsaaten zu erkennen. Dementsprechend sind mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (MWCNTs) auch kompetent in der Untersuchung des Pflanzenwachstums durch die Regulierung von Hormonen, wie z.B. Auxin, was den Wissenschaftlern helfen kann, zu erforschen, wie Pflanzenwurzeln an ihre Umgebung akklimatisiert werden, insbesondere an marginale Böden. Es wurde gezeigt, dass eindimensionale Kaliumniobat (KNbO3) Nanofasern aufgrund ihres großen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses ein großes Potenzial zur Messung der Luftfeuchtigkeit haben. Die KNbO3-Nanofaser-basierten Feuchtigkeits-Nanosensoren zeigen ein logarithmisch-lineares Abhängigkeitsverhalten des Leitwertes mit der relativen Luftfeuchtigkeit innerhalb von zwei Sekunden, wobei der Leitwert von 10-10℧ auf 10-6℧ für eine relative Luftfeuchtigkeit von 15% bis 95% bei Raumtemperatur ansteigt.

Kürzlich wurde eine einfache, markierungsfreie, glutathion-regulierte dual-funktionale Plattform auf Basis von Upconversion-Nanopartikeln (UCNPs)/AuNPs für die Turn-On-Fluoreszenz-Detektion von Acetylcholinesterase (AChE)-Aktivität und toxischem Cd2+ in realen Wasserproben entwickelt. Außerdem wurden bedeutende Fortschritte bei der Überwachung und Quantifizierung kleiner Schadstoffmengen wie Pestiziden erzielt. Zum Beispiel haben Photosystem-II-haltige Biosensoren das Potenzial, mehrere Gruppen von Pestiziden zu binden und können auch die chemischen Schadstoffe überwachen. Solche Nanosensoren bieten eine einfache und kostengünstige effektive Technologie für den Nachweis spezifischer Pestizide mit einer breiten Palette von organischen Schadstoffen, bevor diese in die landwirtschaftliche Umwelt gelangen. Sicherlich ist die intelligente Anwendung von Nanosensoren in der Landwirtschaft ein aufstrebendes Werkzeug, das

9. Nanomaterialien im pestizidbasierten Pflanzenschutz

Die Unterstützung durch Nanotechnologie in Pflanzenschutzmitteln hat exponentiell zugenommen, um eine höhere Pflanzenproduktion zu erreichen. Im Allgemeinen werden beim konventionellen Pflanzenschutz Fungizide, Herbizide und Insektizide in großem Umfang und in Überdosis eingesetzt. Von den eingesetzten Pestiziden gehen mehr als 90 % entweder in der Umwelt verloren oder erreichen nicht die für eine effektive Schädlingsbekämpfung wichtigen Zielorte. Dies erhöht nicht nur die Kosten der Pflanzenproduktion, sondern führt auch zur Erschöpfung der Umweltsysteme. Es ist anzumerken, dass das Vorhandensein von Wirkstoffen in minimaler effektiver Konzentration einer Formulierung an den Zielorten wesentlich für die Gewährleistung eines besseren Schutzes der Pflanzen vor Schädlingsinvasion und nachfolgenden Ernteverlusten ist. In diesem Zusammenhang ist die Entwicklung neuer Pflanzenschutzformulierungen seit langem ein sehr erkenntnisreiches Feld der Agrarforschung. Eine solche Technologie ist die Nanoformulierung oder Verkapselung von Pflanzenschutzmitteln, die den Pflanzenschutzsektor revolutioniert hat. Die Nanoformulierung von Pestiziden enthält eine sehr kleine Anzahl von Partikeln, die als Wirkstoffe von Pestiziden fungieren, während andere konstruierte Nanostrukturen ebenfalls nützliche pestizide Eigenschaften haben. Die Nanoverkapselung von Pestiziden ist die Umhüllung von Wirkstoffen von Pestiziden mit einem anderen Material unterschiedlicher Größe im Nanobereich, wobei die eingekapselten Materialien als innere Phase des Kernmaterials (Pestizide) und die Verkapselungsmaterialien als äußere Phase, d.h. die umhüllenden Nanomaterialien, bezeichnet werden.
Nanoformulierungen oder Verkapselungen von Pestiziden ermöglichen die Persistenz oder kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen in Wurzelzonen oder im Inneren von Pflanzen, ohne die Wirksamkeit zu beeinträchtigen. Andererseits schränken herkömmliche Formulierungen von Pestiziden oder Herbiziden nicht nur die Wasserlöslichkeit der Pestizide ein, sondern verletzen auch andere Organismen, was zu einer erhöhten Resistenz der Zielorganismen führt. Im Gegensatz dazu helfen Nanoformulierungen, die oben genannten Einschränkungen zu überwinden. Petosa zeigte beispielsweise, dass Nanoformulierungen von Pestiziden die Ernteerträge steigern, indem sie die Wirksamkeit von Pestiziden durch die Regulierung des Transportpotenzials von Pestiziden erhöhen. Sie fanden heraus, dass Nanoformulierungen, die polymere Nanokapseln und das Pyrethroid Bifenthrin (nCAP4-BIF) kombinieren, eine erhöhte Elution mit der Zeit und ein erhöhtes Transportpotenzial zeigen, sogar nach der Zugabe von Dünger in lehmigem Sandboden, der mit künstlichem Porenwasser gesättigt ist, das Ca2+ und Mg2+ Kationen enthält. Dies bedeutet, dass nCAP4 ein vielversprechendes Transportvehikel für Pestizide wie Pyrethroide im Pflanzenschutz sein könnte. Dies könnte möglicherweise auf das erhöhte Dispersionspotenzial und die Benetzbarkeit von Nanoformulierungen zurückzuführen sein, die den Abfluss von organischen Lösungsmitteln und die unerwünschte Bewegung von Pestiziden reduzieren. Darüber hinaus zeigen Nanomaterialien in Pestizidformulierungen einige nützliche Eigenschaften wie erhöhte Steifigkeit, Permeabilität, thermische Stabilität, Löslichkeit, Kristallinität und auch biologische Abbaubarkeit, die für ein nachhaltiges Agrarumweltsystem wichtig sind. Noch wichtiger ist, dass die rechtzeitige und kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen die Gesamtmenge der für die Schädlings- und Krankheitsbekämpfung erforderlichen Pestizide reduziert, ein wichtiges Merkmal des integrierten Pflanzenschutzes (IPM). Darüber hinaus verlangt die nachhaltige Landwirtschaft einen minimalen Einsatz von Agrochemikalien, um die Umwelt und andere Nicht-Zielarten zu schützen. Darüber hinaus reduziert der minimale Einsatz von Pestiziden die Kosten für die Pflanzenproduktion. Schätzungen zufolge belaufen sich die jährlichen Ernteverluste in der Landwirtschaft aufgrund von Pflanzenkrankheiten, Schädlingen und Unkraut weltweit auf 2000 Milliarden US-Dollar, wobei allein in den USA die Kosten für die Bekämpfung von Krankheitserregern durch den Einsatz von Fungiziden 600 Millionen US-Dollar übersteigen. Faszinierenderweise wird unter diesen Umständen der Einsatz von NPs als effiziente Alternative zur direkten Unterdrückung der Pathogeninfektion und -aktivität berichtet, was zu erhöhtem Pflanzenwachstum und Ertrag führt. Zum Beispiel werden Halloysite, eine Art von Ton-Nanoröhren, als kostengünstige Träger von Pestiziden in der Landwirtschaft eingesetzt. Diese Nanoröhrchen weisen nicht nur eine verlängerte Freisetzungsdauer von Wirkstoffen (AI) auf, sondern bieten auch die Gewähr für einen besseren Kontakt mit minimalen Umweltauswirkungen. Nano-Siliziumdioxid ist ein solches Beispiel, das von Natur aus hydrophob ist und bei Kontakt in die Kutikula-Schicht der Insekten eindringen kann, was letztendlich zum Tod der Insekten führt. De Jorge zeigte eine hervorragende Leistung, um die Bedeutung der Nanoformulierung bei der kontrollierten Freisetzung von AI zu erforschen. Sie haben untersucht, dass die Nanofaser-Formulierung des Pheromons von Grapholita molesta (Lepidoptera:Tortricidae) (Busck) keine Auswirkungen auf die Mortalität im Laufe der Zeit hat, was auf eine kontrollierte Freisetzung von AI und einen langfristigen Lock- und Tötungseffekt von Pheromon und Insektizid hindeutet.

Darüber hinaus haben viele Untersuchungen den Nachweis erbracht, dass Nanoformulierungen von Pestiziden die Ausweitung der pflanzenbasierten systemischen erworbenen Resistenz (SAR) gegen Schädlinge erleichtern. Zum Beispiel können Siliziumdioxid-Nanosphärenformulierungen die Fähigkeit von Pestiziden erhöhen, durch die Pflanze zu dringen und den Zellsaft zu erreichen, wodurch eine systemische Wirkung zur Kontrolle von kauenden oder saugenden Insekten wie Blattläusen ausgeübt wird. Solche Arten von Hohlformulierungen schützen Pestizide auch vor Photodegradation durch direkte Sonneneinstrahlung. Es wurde auch beobachtet, dass Nanoformulierungen das nicht-systemische Verhalten von Pestiziden verändern. Das nicht-systemische Verhalten von Ferbam kann sich ändern und das Penetrationspotenzial in Teeblätter erhöhen, wenn es mit metallischen NPs (AuNPs) formuliert wird. Diese Art von Erkenntnissen bietet offensichtlich eine neue Grenze für die Entwicklung von Pestizidformulierungen, um eine pflanzenbasierte systemische Resistenz zu erreichen. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um das Verhalten und den Verbleib von Pestiziden und ihre Wechselwirkungen mit Biomakromolekülen in lebenden Systemen oder der Umwelt zu entschlüsseln. In der Zwischenzeit zeigte Patil, dass aus Latex hergestellte bioaktive AuNPs das katalytische Potenzial von Trypsin, einer lebenswichtigen Insektenprotease, reduzierten und damit die biologische Kontrolle über die zerstörerischen Insekten ermöglichten. Diese katalytische Hemmung könnte auf die Wechselwirkung der metallischen NPs mit Proteinen über kovalente Wechselwirkungen, elektrostatische Wechselwirkungen oder die Bindung an die -SH-Gruppe der Aminosäure zurückzuführen sein.
Die potenzielle Anwendung von technisch hergestellten Nanomaterialien in der Landwirtschaft wird auch im Krankheits- und Unkrautmanagement festgestellt. Anorganische NPs, wie ZnO, Cu, SiO2, TiO2, CaO, MgO, MnO und AgNPs spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen des Pflanzenschutzes, einschließlich der mikrobiellen Aktivität und bakterieller Krankheiten. Zum Beispiel wurde kürzlich gezeigt, dass ZnO-Nanopartikel eine effektive Wachstumskontrolle von Fusarium graminearum, Penicillium expansum, Alternaria alternate, F. oxysporum, Rhizopus stolonifer, Mucor plumbeus und A. flavus sowie von pathogenen Bakterien Pseudomonas aeruginosa bieten. Die Nano-Cu-Applikation erwies sich als wirksamer gegen Phytophthora infestans im Vergleich zu derzeit verfügbaren Nicht-Nano-Cu-Formulierungen in Tomaten. Außerdem haben sich Si und TiO2 als vielversprechend erwiesen, um Pflanzenkrankheiten direkt durch antimikrobielle Aktivität zu unterdrücken. MONPs hemmen die Entwicklung von Pilzkonidien und Konidiophoren, was letztendlich zum Absterben der Pilzhyphen führt. Ebenso werden Unkräuter als ernsthafte Bedrohung für die weltweite landwirtschaftliche Produktion angesehen, da sie mit den Nutzpflanzen um deren Nährstoffe, Wasser und Licht konkurrieren. Die Anwendung von Nanomaterialien, die Herbizide enthalten, bietet jedoch eine umweltfreundliche Lösung. Zum Beispiel zeigte Sharifi-Rad, dass Keimung, Wurzel- und Sprosslängen, Frisch- und Trockengewichte sowie photosynthetische Pigmente mit Gesamtprotein bei Unkräutern, die SiO2-Nanopartikeln ausgesetzt waren, signifikant abnahmen. In ähnlicher Weise zeigte Kumar, dass Herbizid (Metsulfuron Methyl)-beladene Pektin (Polysaccharid)-Nanopartikel sowohl unter Labor- als auch unter Feldbedingungen zytotoxischer für Chenopodium album-Pflanzen sind und im Vergleich zum kommerziellen Herbizid nur eine sehr geringe Menge an AI benötigt wird. Normalerweise kontrollieren oder töten kommerzielle Herbizide die oberirdischen Teile der Unkräuter, ohne die unterirdischen Teile wie Rhizome oder Knollen zu beeinflussen. Infolgedessen kommt es zum Nachwachsen von Unkräutern; Nanoherbizide hingegen verhindern das Nachwachsen von Unkräutern. Somit haben die Nanomaterialien in Pestiziden, Fungiziden und Herbiziden einen enormen Spielraum in der nachhaltigen landwirtschaftlichen Entwicklung.

10. Schlussfolgerung

Im Bereich der Landwirtschaft wurde die Nanotechnologie eingesetzt, um die Pflanzenproduktion mit Qualitätsverbesserung zu erhöhen, indem die Anbausysteme schematisch verbessert wurden. Das Aufkommen von technisch hergestellten Nanomaterialien und ihre Wirkung im Rahmen einer nachhaltigen Landwirtschaft haben die weltweite Landwirtschaft durch ihre Neuartigkeit, ihr schnelles Wachstum und ihre enorme Bedeutung für die Deckung des weltweiten Nahrungsmittelbedarfs dramatisch verändert. In der nachhaltigen Landwirtschaft ist der Schutz der Umwelt vor Verschmutzung das entscheidende Ziel für den Handel, und Nanomaterialien bieten eine Garantie für ein besseres Management und die Erhaltung der Inputs für die Pflanzenproduktion. Das Potenzial von Nanomaterialien ermutigt zu einer neuen grünen Revolution mit reduzierten landwirtschaftlichen Risiken. Allerdings gibt es noch große Wissenslücken über die Aufnahmefähigkeit, den zulässigen Grenzwert und die Ökotoxizität verschiedener Nanomaterialien. Daher ist weitere Forschung dringend erforderlich, um das Verhalten und den Verbleib von veränderten landwirtschaftlichen Inputs und ihre Interaktion mit Biomakromolekülen, die in lebenden Organismen vorhanden sind, zu entschlüsseln.
Vereinfachter Überblick über mögliche Anwendungen von Nanomaterialien in der nachhaltigen landwirtschaftlichen Produktion. Verbesserung der Produktivität von Nutzpflanzen durch den Einsatz von Nanomaterialien in der Gentechnik von Zielpflanzen und intelligente Überwachung der Reaktion von Pflanzen auf ihre Umwelt mit Nanosensoren.

Autorin: Dr. rer. nat. Patricia Lefèvre, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, Dijon

Wassermangel infolge der Klimaveränderung Die weltweite Situation ist alarmierend

Ein Bericht von Evke Freya von Ahlefeldt

„Der nächste Krieg im Nahen Osten wird ums Wasser geführt“, prophezeite bereits 1985 der damalige UN-Generalsekretär Boutros Ghali. 

Es werden noch keine Panzer zum Schutz oder Verteidigung von Brunnen aufgefahren, aber internationale Konflikte um Wasser um gibt es schon lange. So ringen Indien und Pakistan  am Indus um Wasserrechte. Irak und Türkei streiten um das Wasser von Tigris und Euphrat. Auch Ägypten und Äthiopien streiten im Becken des Blauen Nils um Wasser.

In 17 Ländern ist jetzt schon ein Wassermangel festzustellen. Darunter sind die arabischen Golfstaaten, Israel, Jordanien, der Libanon, Libyen, Botswana und Eritrea. Aber auch der kleine Mittelmeerstaat San Marino, Turkmenistan sowie Indien und Pakistan und Afghanistan gehören dazu.
Auch in Europa sind in Italien, Portugal, Spanien und Griechenland die Folgen spürbar. Auch in einige Balkanstaaten und erstaunlicherweise in Belgien sehen Forscher des World Resources Institute der Entwicklung an Wassermangel mit Sorge.

Der Zugang zu sauberem Wasser und Hygiene ist essentiell für Überleben und Entwicklung – ganz besonders für kleine Kinder. „Wasser und Sanitärversorgung für alle“ lautet demnach das sechste der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung.

Nachfolgend 10 Punkt die die Auswirkungen der Klimaveränderungen deutlich zeigen.

1. Die Wasserkrise geschieht jetzt!

2,2 Milliarden Menschen weltweit haben keinen regelmäßigen Zugang zu sauberem Wasser. Eine unfassbare Zahl. Rund 785 Millionen Menschen haben noch nicht einmal eine Grundversorgung mit Trinkwasser. Betroffen sind vor allem Menschen oder Familien in den ärmeren Regionen der Welt – und dort vor allem in den ländlichen Gebieten.

Dabei sind mehr als zwei Drittel der Erde von Wasser bedeckt, allerdings sind nur weniger als drei Prozent davon trinkbar. Und dieses Trinkwasser ist zudem sehr ungleich verteilt. Besonders in Afrika, Lateinamerika und Asien herrscht vielerorts dramatische Wasserknappheit. Schätzungsweise 3,6 Milliarden Menschen leben heute in Gebieten, die mindestens einen Monat pro Jahr extrem wasserarm sind. Laut einer aktuellen Untersuchung von UNICEF leben weltweit mehr als 1,42 Milliarden Menschen in Gebieten mit insgesamt hoher oder extrem hoher Wasserunsicherheit, darunter 450 Millionen Kinder.

Eine Besserung ist momentan nicht in Sicht. Der UN-Weltwasserbericht aus dem Jahr 2019 plädierte für „grüne“ Lösungen – etwa natürliche Wasserkreisläufe, die für die Wasserversorgung genutzt werden sollten. Wann findet ein echtes Umdenken statt?

2. Wasser muss nicht nur sauber, es muss „sicher“ sein.

Hier bei UNICEF wird von „sicherem“ Wasser gesprochen, wenn es für die Menschen in der Nähe ihres Zuhauses zugänglich, bei Bedarf verfügbar und natürlich frei von Verunreinigungen ist.

Nur dann können sich Familien darauf verlassen, dass ihre Gesundheit nicht gefährdet ist. Was nützt es, wenn es zwar Wasser in der Nähe gibt, es aber aus einem verschmutzten Fluss kommt und voller Krankheitserreger steckt?

So ist die Situation etwa für Baraka aus dem Südsudan. Mit seiner Mutter und seinen Geschwistern lebt der Fünfjährige am Stadtrand der Hauptstadt Juba. Im Bürgerkrieg wurden Wasserstellen und Brunnen gezielt beschädigt und zerstört. Die einzige Alternative für die Familie: Wasser aus einem nahegelegenen Fluss holen. Verschmutztes Wasser, das mit Keimen und Bakterien verunreinigt sein und zu Krankheiten führen kann.

3. Ohne Wasser und Hygiene verbreiten sich Krankheiten besonders schnell.

Spätestens seit Auftreten des Coronavirus sind auch wir hier noch stärker dafür sensibilisiert, dass Hygiene äußerst wichtig ist für die Vermeidung von Krankheiten. Speziell in den ärmeren Regionen der Erde ist verschmutztes Wasser aus Flüssen ein Problem – ein weiteres ist mangelnde Hygiene. Rund zwei Milliarden Menschen nutzen keine sicheren Sanitäranlagen. Dazu gehört etwa eine Toilette, die dafür sorgt, dass Menschen nicht in Kontakt mit den Ausscheidungen kommen, und ein System, das die Ausscheidungen sicher entsorgt.

Krankheiten können sich so schnell ausbreiten – eine tödliche Gefahr für kleine Kinder. Auch hier ist der Südsudan ein mahnendes Beispiel: Ein Cholera-Ausbruch hatte dort seit dem Sommer 2016 über 400 Todesopfer gefordert.

In der Regenzeit drohen weitere Ausbrüche: Überflutungen verschmutzen die Wasserquellen, viele sanitäre Anlagen sind in schlechtem Zustand – oder gar nicht erst vorhanden. 

4. „Open defecation“ ist weiter verbreitet, als man denkt.

Hierzulande praktisch undenkbar, in vielen Regionen der Welt Alltag: Rund 673 Millionen Menschen praktizieren den Stuhlgang im Freien. Sie verfügen also noch nicht einmal über eine einfache Toilette, sondern verrichten ihre Notdurft am Straßenrand, auf Feldern oder im Gebüsch.

Wie kann man das ändern? Unter anderem durch Aufklärung: UNICEF kümmert sich beispielsweise in ländlichen Dorfgemeinschaften nicht nur um Ausbau und Wartung der Wassersysteme oder den Bau von Latrinen, sondern schult auch so genannte „Wasserkomitees“.

Die Mitglieder der Komitees informieren andere Dorfbewohner dann beispielsweise über einfache Hygienepraktiken oder die Gefahr von Krankheiten. Oder sie überprüfen die Qualität des vorhandenen Trinkwassers.

Mali im August 2021

5. Wie immer: Die Kinder sind am meisten gefährdet.

Noch immer gehören der Mangel an sauberem Wasser und Hygiene zu den häufigsten Todesursachen bei Kindern unter fünf Jahren. Jeden Tag sterben mehr als 700 Kinder an vermeidbaren Krankheiten wie etwa Durchfall, die durch verunreinigtes Wasser oder mangelnde Hygiene hervorgerufen wurden.

Dabei ist Hygiene einer der einfachsten und kostengünstigsten Wege, um lebensgefährliche Krankheiten zu verhindern. Die Kinder auf den Philippinen haben nach dem großen Taifun 2013 gelernt, beim Händewaschen mit Seife zweimal „Happy Birthday“ zu singen – das ist genau die richtige Zeit, um gefährliche Krankheitserreger zu beseitigen. Ein wichtiger Hinweis, denn in einigen der ärmsten Regionen der Erde ist Händewaschen nicht selbstverständlich.

Das gründliche Händewaschen mit Seife ist, wenn es richtig gemacht wird, auch im Kampf gegen das Coronavirus ein wichtiger Faktor – das haben wir im vergangenen Jahr immer wieder gehört. Das Problem: Milliarden von Menschen weltweit haben keinen ständigen, einfachen Zugang zu einem Ort, an dem sie sich die Hände waschen können.

6. Unzählige Babys werden unter unhygienischen Bedingungen geboren.

Laut UN verfügte 2019 jedes vierte Krankenhaus weltweit nicht über fließendes Wasser und Seife zum Händewaschen. 21% hatten keine einfachen Toiletten. Unter solchen Umständen sind sichere Geburten kaum möglich. Und Hygiene ist rund um die Geburt lebenswichtig. Wird beispielsweise die Nabelschnur mit einem nicht sterilen Gegenstand durchtrennt, kann das Baby Gefahr laufen, sich mit einer lebensbedrohlichen Krankheit wie Tetanus zu infizieren.

In Notsituationen ist die Lage besonders dramatisch: Als zum Beispiel 2015 zwei schwere Erdbeben Nepal erschütterten, wurden unter anderem viele Krankenhäuser und Geburtszentren zerstört – in einigen Regionen sogar rund 70 Prozent der Geburtszentren. UNICEF richtete Gesundheitsstationen und Notunterkünfte ein, wo Mütter ihre Babys sicher und unter hygienischen Bedingungen auf die Welt bringen konnten.

7. Wassermangel verhindert Schulbildung.

Wenn Kinder täglich lange Wege gehen müssen, um Wasser für die Familie zu holen, verpassen sie oft die Chance, zur Schule zu gehen. Gerade für Kinder ist dies wertvolle Zeit, in der sie nicht Kind sein und nicht lernen können. So ergeht es zum Beispiel Aysha aus Äthiopien. Dies ist ein Tag in ihrem Leben…

Hinzu kommt: Wenn Schulen kein sicheres Trinkwasser und keine Toiletten haben, können Kinder nicht in einer angemessenen Umgebung lernen. Und Mädchen bleiben während ihrer Menstruation häufig lieber zu Hause.

2019 hatten nur etwa 69% der Schulen weltweit grundlegenden Zugang zu Trinkwasser, und nur 66% hatten sanitäre Anlagen. Rund 900 Millionen Kinder haben an ihrer Schule keinen Zugang zu Hygiene. Besonders betroffen sind die afrikanischen Länder südlich der Sahara.

8. Der Klimawandel macht es noch schlimmer.

Das sich verändernde Klima wirkt sich unter anderem auf Niederschläge aus: Intensität, Dauer und Verteilung über die Jahreszeiten hinweg verändern sich. Dies wiederum beeinflusst die Menge und Qualität des Trinkwassers. Der Klimawandel verschärft insgesamt die Wasserknappheit und kann die Konkurrenz um die begrenzten Wasserressourcen noch verstärken. Zahlreiche Menschen werden in Zukunft gezwungen sein, in andere Gebiete zu ziehen.

Extreme Wetterereignisse können zudem Wassersysteme und Infrastruktur beschädigen, die insbesondere Kinder für ihr Überleben und ihre Entwicklung benötigen, wie z.B. sanitäre Einrichtungen und Wasserleitungen in Schulen und Gesundheitseinrichtungen.

Das globale Wetterphänomen El Niño hat uns in den vergangenen Jahren vorgeführt, welche Auswirkungen der Klimawandel haben kann. Insbesondere die Länder des östlichen und südlichen Afrika wurden mit voller Wucht getroffen: Extreme Trockenheit und Dürre wechselten sich mit sintflutartigen Regenfällen ab.

Wohin führen uns die düsteren Prognosen des Klimawandels? Bereits jetzt leben rund 500 Millionen Kinder in Gebieten, die aufgrund extremer Wetterereignisse wie Zyklone, Hurrikane und Stürme sowie des steigenden Meeresspiegels einem extrem hohen Überschwemmungsrisiko ausgesetzt sind. 450 Millionen Kinder leben in Gebieten mit hoher oder extrem hoher Wasserunsicherheit. Bis 2040 wird fast jedes vierte Kind auf der Welt in einem Gebiet leben, das von extremer Trockenheit betroffen ist – wenn wir nicht bald handeln.

9. In Konflikten und Krisen haben Kinder doppelt so häufig keinen Zugang zu Wasser.

Weltweit benötigen Millionen Menschen in Notsituationen dringend sauberes Wasser. Ein besonders eindringliches Beispiel ist der Bürgerkrieg in Syrien, der mittlerweile seit 10 Jahren andauert. Die Kämpfe haben dort tiefe Spuren hinterlassen: Die Wasserversorgung ist in vielen Orten immer wieder zusammengebrochen, Millionen Menschen waren in den vergangenen Jahren betroffen.

UNICEF bekämpft den Wassermangel in Syrien mit Notlieferungen auf Trucks sowie dem Bau und der Reparatur von Brunnen und Infrastruktur. Tagtäglich versorgen unsere Kollegen die Kinder in den zerstörten Städten und Flüchtlingsunterkünften mit sauberem Wasser. Ein besonderes Anliegen ist der Wiederaufbau der dauerhaften Wasserversorgung von Schulen.

10. Wir müssen mehr tun!

Die Zahlen und Fakten machen deutlich: Die Welt ist noch nicht auf dem richtigen Weg, um das sechste der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung zu erreichen: „Wasser und Sanitärversorgung für alle“.

UNICEF arbeitet bereits auf höchster politischer Ebene und fordert Regierungen dazu auf, ihre Verpflichtungen zur Verbesserung des Zugangs zu Wasser und Hygiene einzuhalten und daran zu arbeiten, die Auswirkungen des Klimawandels einzudämmen. Außerdem sollte die Zusammenarbeit von Regierungen und nationalen Statistikämtern gestärkt werden, um die Erhebung, Analyse und Verbreitung von Daten zu verbessern.

Vor dem Hintergrund der globalen Wasserkrise hat UNICEF die Initiative „Water Security for All“ gestartet, um langfristig zu erreichen, dass jedes Kind Zugang zu einer nachhaltigen und klimaresistenten Wasserversorgung hat. Die Initiative soll Ressourcen, Partnerschaften und Innovationen bündeln und Unterstützung für die „Hotspots“ mobilisieren, in denen Investitionen in die Wasser- und Sanitärversorgung sowie Hygiene am dringendsten sind. 

Technische Entwicklungen und Innovationen könnten weiterhelfen, wie dieses Beispiel aus Malawi zeigt: In einem Dorf nahe der Stadt Blantyre hat UNICEF eine solarbetriebene Pumpe installiert, die der Gemeinde hilft, sich auf zukünftige Notsituationen vorzubereiten.

Die Solarpumpe reicht tiefer in den Boden als eine Handpumpe. Das bedeutet, dass die Menschen auch während einer Dürre, wenn der Grundwasserspiegel sinkt, Zugang zu Wasser haben. Zudem ist die Pumpe wartungsarm, und Solarstrom ist billiger, umweltfreundlicher und nachhaltiger als teure Dieselgeneratoren.

Quellen:
– UNICEF Report  Save the Water  
World Resources Institute

Der Wald dieser Erde könnte zu einem Bumerang des Lebens werden

Autorin: Evke Freya von Ahlefeldt

Mit der globalen Erwärmung nimmt auch das Wachstum der Bäume tendenziell ab und ihre Sterblichkeitsrate zu. Die Bäume speichern dadurch weniger Kohlenstoff. 

Gleichzeitig gilt: Je höher die Temperatur steigt, desto mehr atmet die Flora (denn nicht nur Bäume produzieren den lebenswichtigen Sauerstoff für das Leben auf der Erde) auf und setzen Kohlenstoff frei. Langfristig kann die globale Erwärmung daher die wesentliche Rolle der Wälder als CO2-Speicher in Frage stellen. Dies ist ein Teufelskreis, an dem viele Forscher sich Gedanken um Lösungen zu machen.

Zur Zeit bleibt der in Wäldern enthaltene Kohlenstoffvorrat bis zu einer Tagestemperatur von 32°C stabil. Jenseits dieser Schwelle wird dieser Vorrat auf ein Minimum reduziert. Oberhalb dieser Schwelle nimmt der Bestand sehr stark ab. Das Risiko ist immens. Die Forscher am französischen Forschungszentrum CIRAD in Montpellier errechneten, dass die Tropenwälder, die vor allem in Lateinamerika, Afrika und Asien zu finden sind, derzeit das Äquivalent von einem Vierteljahrhundert Kohlendioxid-Emissionen speichern.

Nach den Ozeanen sind die Wälder der zweitgrößte Kohlenstoffspeicher der Welt. Doch die entscheidende Rolle, die sie bisher gespielt haben, ist der globalen Erwärmung ausgeliefert. Wenn die globale Erwärmung nicht unter 2°C gehalten wird, wie im Pariser Klimaabkommen festgelegt, wird die Tagestemperatur in dreiviertel der Tropenwälder 32°C überschreiten. Dies ist die Grenze, die diese Wälder aushalten können.

Zig Milliarden Tonnen CO2

Forscher an den Universitäten von Leeds und Manchester warnt, dass jeder weitere Temperaturanstieg zu schnellen Verlusten von Waldkohlenstoff in den Tropen führen wird. Wird diese Grenze überschritten, besteht die Gefahr, dass die Wälder ihrerseits zu Kohlenstoff-Emittenten, also wie Industriebetriebe welche für den Ausstoß der Emissionen mit verantwortlich sind, umgewandelt. Die grüne Lunge unserer Erde kann sich zu einem Bumerang für alles Leben auf dieser Welt entwickeln.

Jedes weitere Grad an Temperaturanstieg würde 51 Milliarden Tonnen CO2 aus den Tropenwäldern in die Atmosphäre freisetzen.  Zum Vergleich: Im Jahr 2019 wurden die weltweiten Kohlendioxid-Emissionen laut Global Carbon Project an der Stanford Universität auf 43,1 Milliarden Tonnen Kohlendioxid geschätzt.

Für diese Studie wurden mehr als eine halbe Million Bäume von zehntausend verschiedenen Arten in 813 tropischen Wäldern in vierundzwanzig Ländern auf der ganzen Welt gemessen.
Die Beobachtung und Ergebnisse dieser Forschung gehen auf die letzten vierzig Jahre zurück.

Das im Mai 2020 von der UNO anlässlich des Welttages der Biodiversität veröffentlichtes Dokument: THE STATE OF THE WORLD, macht auf den Rückgang der weltweiten Wälder aufmerksam.

Seit 1990 sind fast 420 Millionen Hektar Wald verloren gegangen um die Flächen für
andere Nutzungen zu gewinnen.
Obwohl sich die Abholzung in den letzten drei Jahrzehnten verlangsamt hat, gehen immer noch jedes Jahr fast 10 Millionen Hektar für landwirtschaftliche Flächen verloren.
Wissenschaftler bestätigen, dass die Waldzerstörung in einem alarmierenden Tempo fortschreitet und wesentlich zum Verlust der biologischen Vielfalt beiträgt.

Evke Freya von Ahlefeldt, Paris, 29. Juni 2021


Quellen:
– Bruno Hérault, Forscher für Tropenwälder am französischen Forschungszentrum CIRAD, Montpellier
– Global Carbon Project (GCP) der Universität Stanford
– UN Bericht von Mai 2020: THE STATE OF THE WORLD

Ist Nutzhanf der Retter des Klimas?

Seit ein paar Monaten wird in den Sozialen Netzwerken ein Foto geteilt, dass den Nutzhanf als den Heilsbringer des Klimawandels beschwört. Ist dies wirklich so?

Autorinnen Evke Freya von Ahlefeldt und Naike Juchem

Alles hat zwei Seiten, die betrachtet werden müssen, so auch die Vor- und Nachteile von Nutzhanf.

Zu Beginn möchte ich gleich mit einer Falschbehauptung beginnen: Die „Bill of Rights“der USA sei auf Hanf geschrieben.

Das National Constitution Center in Philadelphia widerleg diese skurrile Behauptung. Die Unabhängigkeitserklärung, wie auch die Verfassung wurden auf Pergament, also auf Tierhaut, geschrieben.

Das Constitution Center räumt jedoch ein, dass erste Entwürfe dieser Dokumente auf Hanfpapier erstellt worden sein könnten, da die Pflanze damals häufig in Nordamerika für die Herstellung von Seilen und Segeln angebaut wurde. Der Gründervater der USA, Thomas Jefferson, und auch der erste Präsident des Landes, George Washington, bauten beide Hanf an.

Ohne Frage zählt Nutzhanf seit mehreren Tausend Jahren zu den Nutzpflanzen schlechthin. Baustoffe aus Nutzhanf sind seit der Antike bekannt.

Aus Hanf kann man Papier, Kleidung, Seile, Lebensmittel (Hanfkerne), Kosmetik und sogar Biodiesel herstellen.

Nach Angaben von „Hemp Benefits“ liefert ein Hektar Hanf 3.785 Liter Kraftstoff.

Klimaschutz fängt mit dem Umdenken an

Aufgrund seiner Größe, bis zu 4 Meter Höhe, und des Blätterwerks eignet sich frischer Hanf nicht für den Transport. Nachhaltig ist der Anbau also vor allem dann, wenn vor Ort oder in der Nähe eine Anlage zur Verarbeitung bereit steht.

Holz ist auf der anderen Seite sehr vielseitig und wird seit Millionen Jahren vom Mensch als Wärmequelle und Baumaterial genutzt. Da wir uns von der Paläolithikum mittlerweile sehr weit entfernt haben, sollten wir, auch bedingt durch den unaufhaltsamen Klimawandel, neue Gedanken über die unsere, und der Welt Zukunft machen. Der Mensch im 21. Jahrhundert verbraucht gegenwärtig 1,7 Erden pro Jahr. Das dies in naher Zukunft zu einem Kollaps führen wird, sollte jedem klar sein. Wir müssen neue Wege gehen und diese hätten schon vor Jahrzehnten in Angriff genommen werden müssen – leider ist bis jetzt nicht all zu viel passiert.

Gerade Deutschland sieht sich als Vorreiter für Klimaschutz – nur ist Deutschland viel zu klein, um überhaupt eine Messbare Auswirkung auf den Temperaturanstieg zu sein. Globale Veränderungen müssen her und diese sollten dann auch endlich zügig umgesetzt werden.

Die Arroganz der Dummheit

„Ich möchte auch der geliebten Frau Angela Merkel eine Nachricht hinterlassen: Nehmen Sie diese Knete und forsten Sie Deutschland wieder auf, ok? Dort ist es viel nötiger als hier“, sagte Bolsonaro laut Medienberichten im August 2019 auf die Reaktion, weil Deutschland Fördergelder in Millionen Höhe an Brasilien streichte.

In Brasilien wird mehr lebenswichtiger Regenwald abgeholzt, als Deutschland überhaupt an Waldfläche zur Verfügung hat. Nach Prognosen wird 2030 gut 55% des Regenwald abgeholzt sein.

Auch der 45. Präsident der USA hat durch seine Arroganz und Dummheit einen Beitrag zu weiterer Umweltzerstörung beigetragen.

Verbot vom Anbau von Hanf

In vielen westlichen Ländern wurde Hanf verboten, weil THC wie auch CBD wichtige Bestandteile der Cannabispflanze sind. Tetrahydrocannabinol ist die Substanz, die für die psychoaktive Wirkung von verschiedenen Hanfprodukten verantwortlich ist.

CBD – also Cannabidiol, steht für den Inhaltsstoff der aus den Blüten der weiblichen Cannabispflanze gewonnen wird, dieser hat jedoch keine psychoaktive Wirkung, da er nur mit geringer Rezeptoraktivität an bestimmte Cannabinoid-Rezeptoren bindet.

In Deutschland war der Hanfanbau zwischen 1982 und 1995 durch das Betäubungsmittelgesetz vollständig verboten, um die illegale Nutzung von Cannabis als Rauschmittel zu unterbinden. In Frankreich wurde Nutzhanf für die Herstellung von Zigarettenpapier weiterhin verwendet.

Auch in den USA wurde 1937 die Produktion von Hanf unter dem „Marihuana Tax Act“ verboten.

Im Rahmen eines neuen Agrargesetzes hat die US-Regierung die Produktion von Nutzhanf 2018 wieder erlaubt, so dass die Pflanze wieder großflächig angebaut werden kann.

Die pro und contra Punkte für Nutzhanf

Hanf ist das Reinigungsmittel der Natur. Die Pflanze bindet auf einem Hektar viermal mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre als Bäume auf gleicher Fläche. Für jede Tonne Nutzhanf, die produziert wird, werden 1,63 Tonnen Kohlenstoff aus der Luft absorbiert.

Wenn es nach der Hanf-Lobby geht, wären mit dieser Pflanze mehr als 25.000 Artikel, die wir heute täglich gebrauchen und kennen, aus und mit Nutzhanf herzustellen.

Ein oft angeführtes Argument ist Hanfplastik. Dies sei das ultimative Material der Zukunft. Unternehmen wie Zeoform in Australien und Kanesis in Italien stellen Bioplastik aus Hanf in geringen Mengen her. Derzeit ist die Herstellung jedoch kompliziert, energieintensiv und teuer, so dass Hanfplastik in naher Zukunft noch keine Alternative zu den auf Erdöl basierenden Kunststoffen sein wird.

Auch wird oft die gute Ökobilanz zwischen Baumwolle und Nutzhanf angeführt. Demnach braucht Nutzhanf nur halb so viel Anbaufläche wie Baumwolle und produziert dabei doppelt so viel Faser pro Viertel Hektar. Für ein Kilo Baumwollfaser benötigt man knapp 10 Liter Wasser, für die gleiche Menge an Hanf benötigt man lediglich etwas über 2 Liter Wasser.

Da Nutzhanf ohne Pestizide auskommt, gelangen dementsprechend auch viel weniger Pestizide und Herbizide ins Grundwasser.

Aktuelle Vergleichsstudien für Baumwolle und Hanf sind schwer zu finden. Das Stockholmer Umweltinstitut veröffentlichte 2005 einen der umfangreichsten Berichte und verglich die beiden Naturfasern mit der synthetischen Faser Polyester.

Die Studie ergab, dass Baumwolle innerhalb einer Anbausaison rund 50 Prozent mehr Wasser benötigt als Hanf. Im Gegensatz zu Hanf muss Baumwolle viel mehr bewässert werden und wird häufig in wasserarmen Regionen wie Usbekistan angebaut.

Trotzdem kann man nicht einfach eine Faserpflanze durch eine andere ersetzen. Hanf ist zwar extrem strapazierfähig, es ist jedoch ein teurer und energieintensiver Verarbeitungsprozess nötig bis ein weicher, tragbarer Stoff daraus entsteht.

Nutzhanf braucht keine Herbizide

Diese Behauptung kann man so nicht stehen lassen, denn der großflächige Anbau von Hanf gibt es noch gar nicht, um dies wissenschaftlich zu belegen.

Im Labor für Agraranalytik der Pennsylvania State University, haben die Forscher auch Blattläuse, Schimmel und Schnecken gefunden, die den Nutzhanf schädigen sowie einige Krankheiten, darunter neue Pilzarten, die derzeit untersucht werden.

Bei der Industrielle und Monokultur Landwirtschaft – egal mit welcher Pflanze, führe zwangsläufig zu Umweltproblemen.

Hanf wird bis zu 4 Meter hoch und entwickelt viele Wurzeln. Zudem ist sein Blätterwerk spätestens im Juli so dicht, dass Beikräuter im Feld dadurch zu wenig Licht bekommen und eingehen. Daher muss Hanf nicht mit Herbiziden gespritzt werden. Aber – durch eben jene Höhe und Dichtstand der Pflanzen ist der Untergrund feucht und der ideale Nährboden von Pilzen und Sporen. Ähnliches kennt man beim Mais und Zuckerrohr.

Das Terpene-Argument

Ein weitverbreitetes Argument besagt, dass allein der Anbau von Nutzhanf die Terpene ersetzen kann, die von den durch Abholzung verloren gegangenen Bäumen freigesetzt wurden.

Terpene sind natürliche Verbindungen, die in Pflanzen und Insekten vorkommen. Sie haben eine gemeinsame chemische Grundstruktur, sehen aber doch sehr unterschiedlich aus. Daher können sie so unterschiedlich riechen wie zum Beispiel Lavendel und Minze. Und so unterschiedlich ist auch die Wirkung von Terpenen in der Natur.

Wenn Monoterpene freigesetzt werden, steigen sie zur Stratosphäre auf – wobei sie von Konvektionsströmen getragen werden, gehen Oxidationsreaktionen mit Ozon, OH und NO3 in der Atmosphäre ein und erzeugen dabei eine Reihe von Nebenprodukten.

Zwar ist es natürlich richtig, dass Nutzhanf Monoterpene freisetzt, doch die freigesetzten Mengen und Typen sind noch nicht eindeutig nachgewiesen worden. Auch ist die spezifische Wirkungsweise bei der Regulierung der Atmosphäre nicht bekannt. Es gibt also offenbar keine Grundlage für die Annahme, dass Nutzhanf mehr Monoterpene als alle anderen Anbaupflanzen freisetzt.

Da die Abholzung der bewaldeten Regionen der Erde, hier vorbehaltlich Brasilien, die Demokratische Republik Kongo und Indonesien, weiter fortschreitet, ist der Anteil des Baumbestands drastisch gesunken. Man nimmt an, dass allein die Abholzung in den letzten Jahrzehnten für einen Teil des allgemeinen Anstiegs der globalen Temperaturen verantwortlich ist, da sie einen CO2-Anstieg zwischen 12 % und 20 % verursacht hat, unabhängig vom CO2-Anstieg durch die Industrie und andere Ursachen der Verschmutzung der Atmosphäre.

Fazit

Es keinen Grund, warum Nutzhanf nicht als Teil einer nachhaltigen Strategie für Kohlendioxidbindung angebaut werden sollten. Doch die Frage, ob eine Pflanze eine bessere Kohlendioxidsenke oder Monoterpen-Emissionsquelle ist als eine andere, sollte sich gar nicht stellen, wenn es um das Problem der Lösung des anthropogenen Klimawandels geht.

Der Verlust der Biodiversität ist einer der wichtigsten Faktoren, die sich auf das langfristige Überleben unserer eigenen Spezies und das anderer Arten, von denen wir abhängig sind, negativ auswirken können. Somit kann es keine Lösung sein, sich zur Bekämpfung des Klimawandels ausschließlich auf einzelne Pflanzen zu konzentrieren.

Es braucht endlich ganzheitliche Maßnahmen um unser Ökosystem zu schützen und diese sollten dann auch zügig umgesetzt werden. Die Mittel sind da, es fehlt wie immer an den Umsetzung und den Willen den Blickwinkel zu ändern.

Evke Freya von Ahlefeldt und Naike Juchem, Paris, 5. August 2021

Quellen

  • ifeu-Institut Heidelberg, Deutschland
  • National Constitution Center in Philadelphia, USA
  • seeds.com
  • Umweltinstitut Stockholm, Schweden
  • Utopia.de
  • vaay.com

The forest of this earth could become a boomerang of life

The forest of this earth could become a boomerang of life

Author: Evke Freya von Ahlefeldt

With global warming, the growth of trees also tends to decrease and their mortality rate to increase. As a result, trees store less carbon

At the same time, the higher the temperature rises, the more the flora (because it is not only trees that produce the vital oxygen for life on earth) breathes up and releases carbon. In the long term, therefore, global warming may challenge the essential role of forests as CO2 reservoirs. This is a vicious circle that many researchers are struggling to find solutions to Currently, the carbon stock contained in forests remains stable up to a daily temperature of 32°C. Beyond this threshold, this stock is reduced to a minimum. Above this threshold, the stock decreases very sharply. The risk is immense. Researchers at the French research centre CIRAD in Montpellier calculated that tropical forests, found mainly in Latin America, Africa and Asia, currently store the equivalent of a quarter of a century of carbon dioxide emissions.

After the oceans, forests are the world’s second largest carbon store. But the crucial role they have played so far is at the mercy of global warming. If global warming is not kept below 2°C, as set out in the Paris Climate Agreement, the daily temperature in three-quarters of tropical forests will exceed 32°C. This is the limit that these forests can withstand.

Tens of billions of tonnes of CO2

Researchers at the Universities of Leeds and Manchester warn that any further temperature rise will lead to rapid losses of forest carbon in the tropics. If this limit is exceeded, there is a danger that the forests will in turn be converted into carbon emitters, i.e. like industrial plants which are partly responsible for the emissions. The green lungs of our earth could become a boomerang for all life on this earth.

Each additional degree of temperature increase would release 51 billion tonnes of CO2 from the tropical forests into the atmosphere.  By comparison, global carbon dioxide emissions in 2019 were estimated at 43.1 billion tonnes of carbon dioxide, according to the Global Carbon Project at Stanford University.

For this study, more than half a million trees of ten thousand different species were measured in 813 tropical forests in twenty-four countries around the world. The observation and results of this research date back to the last forty years.

Published by the UN in May 2020 to mark World Biodiversity Day: THE STATE OF THE WORLD, draws attention to the decline of the world’s forests.

Since 1990, almost 420 million hectares of forest have been lost in order to reclaim the land for other uses. Although deforestation has slowed over the last three decades, nearly 10 million hectares are still lost to agricultural land every year. Scientists confirm that forest destruction is proceeding at an alarming rate and is a major contributor to biodiversity loss.

Sources:

– Bruno Hérault, tropical forests researcher at the French research centre CIRAD, Montpellier.

– Global Carbon Project (GCP) of Stanford University – UN report from May 2020: THE STATE OF THE WORLD