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Mehr Landwirtschaft in Klimamodelle bringen

Thilo
Streck

Beruf:
promovierter Bodenphysiker

Position:
Professor für Biogeophysik an der Universität Hohenheim

Thilo Streck
Quelle: 
Judith Sägesser

Der Biogeophysiker Thilo Streck erforscht die Prozesse in Böden und Pflanzen, um daraus Modelle zu entwickeln und mit diesen Zukunftsszenarien zu simulieren – beispielsweise für die Landwirtschaft im Kraichgau und auf der Alb.

Architekt wollte er werden, für Soziologie hat er sich eingeschrieben, und heute ist er Professor für Bodenkunde: Der Weg, der Thilo Streck auf seine Forscherkarriere geführt hat, war gewunden, doch das Wissen jenseits der Fachgrenzen kommt dem Biogeophysiker häufig gelegen. „Ich war gerne in Marburg“, erinnert sich der 59-Jährige an seine vier Studiensemester in Soziologie. Aber er habe schon sehr früh gewusst, dass er dieses Fach nicht zu Ende studieren werde: „Das war für mich mehr ein Studium generale. Ich wollte etwas Handfesteres machen.“

Vom Wasser zum Boden

Handfest, das war in Strecks Fall die Landwirtschaft. „Anfang der 1980er-Jahre gab es in diesem Studiengang drei Gruppen“, erzählt er, „Studenten vom Hof, solche, die in den Ökolandbau wollten, und welche, deren Ziel die Entwicklungshilfe war.“ Streck gehörte zu letzterer und legte seinen Schwerpunkt während des Studiums in Gießen und Göttingen auf den Bereich Wasser und Bewässerung. Die Promotion an der TU Braunschweig führte ihn schließlich zur Bodenphysik, wobei Streck von Anfang an die chemischen und biologischen Prozesse im Boden fast so wichtig waren wie die physikalischen. Die praktischen Erfahrungen bei Entwicklungshilfeprojekten im Ausland lehrten ihn jedoch: „Entwicklungshilfe funktioniert nicht, wie man sich das aus Zeitungsartikeln vorstellt. Da muss man viel dickere Bretter bohren.“

Die akademische Arbeit allerdings überzeugte den jungen Mann: „Nach der Promotion habe ich mich für eine wissenschaftliche Karriere entschieden“, schildert Streck. „Ich wusste: Wenn ich Professor werden will, muss ich Gas geben.“ Er erreichte sein Ziel: Nach einer Postdoc-Zeit an der University of California in Riverside habilitierte sich der Forscher 1999 in Braunschweig in Geoökologie und Bodenkunde. 2001 berief ihn die Universität Hohenheim zum Professor für Biogeophysik, wo Streck noch heute wirkt.

Verbindung aus Biologie und Physik

Die Verbindung aus Biologie und Physik reizt Streck an seinem Forschungsgebiet. „Die Pflanzen und Mikroben mit ihrer Vielfalt machen die Böden spannend“, findet er. Und ob er sich in Portugal mit einem Solartrockner für Trauben befasst oder mit der Verdunstung durch Pflanzen – die Physik ist immer mit im Spiel. Apropos Spiel: Neben der Forschung ist Strecks zweite Leidenschaft die Bewegung in der Natur und beim Fußball, sowohl in Stuttgart als auch in Berlin kickt der 59-Jährige noch heute gerne.

Strecks erste richtig große Forschungsvorhaben in Hohenheim waren Projekte in einem Sonderforschungsbereich, die sich mit Pflanzenschutz in tropischen Böden in Thailand und Vietnam befassten. „Wir haben untersucht, wie viel Pflanzenschutzmittel in die Flüsse gelangen und wie sich die Intensivierung der Landwirtschaft darauf auswirkt“, erläutert der Forscher. Wichtig ist ihm, dass ein Projekt lösungsorientiert ist, Messung und Modellierung gehören für ihn zusammen. „Wir haben simuliert: Was passiert, wenn man zum Beispiel eine Steuer auf Pflanzenschutzmittel erhebt? Wird dann weniger geerntet? Bauen die Bauern andere Früchte an?“

Ein Eddy-Kovarianz-Gerät misst den Energie-, Wasser- und Spurengasaustausch zwischen der Landoberfläche und der bodennahen Atmosphäre.
Quelle: 
Joachim Ingwersen

Ein Eddy-Kovarianz-Gerät misst den Energie-, Wasser- und Spurengasaustausch zwischen der Landoberfläche und der bodennahen Atmosphäre.

Bedeutung der Computermodellierung früh erkannt

Früh erkannte der Forscher die Bedeutung von Computermodellierungen für sein Fachgebiet. „Damals habe ich mir das noch selbst beigebracht“, erinnert sich Streck, dass Computer in seinem Studium nicht vorkamen. Heute bringt er die Arbeit mit Modellen am Computer seinen Studenten bei – „kein Programmieren, eher Arbeit mit Softwarepaketen“, erläutert der Professor. So manches Modell, mit dem Streck gearbeitet hat, hat er selbst entwickelt oder erweitert und durch den Abgleich mit Messwerten validiert. „In meiner Dissertation habe ich die Schwermetallverlagerung nach Abwasserverregnung in Braunschweig modelliert. Da könnte man jetzt nach 30 bis 40 Jahren mal nachmessen“, schmunzelt er. Weil Forschungsprojekte eher selten Jahrzehnte umspannen, werden die Modelle meist anhand historischer Daten überprüft.

Mehr als ein Jahrzehnt konnte sich der Biogeophysiker seit 2008 in einem DFG-Verbundprojekt mit dem regionalen Klimawandel beschäftigen, das durch Anschlussförderungen mehrfach verlängert wurde. Darin simulieren der Forscher und zahlreiche Kollegen, wie der Klimawandel in den Regionen Kraichgau und Schwäbische Alb die Strukturen der Landwirtschaft bis 2030 und darüber hinaus verändern wird. Damit sollen Schwächen in den regionalen Klimamodellen verringert werden, da diese die Landschaft nur grob auflösen (derzeit auf 12 km) und zur Berechnung auch nur eine Standardpflanze für Äcker annehmen, unabhängig davon, was in der jeweiligen Region tatsächlich wächst. Unterschiede in den Stoffbilanzen bei Wasser, Kohlenstoff oder Stickstoff fallen daher bislang ebenso unter den Tisch wie die Reaktionen der Ackerfrüchte auf das sich ändernde Klima. „Auch die implizite Annahme, dass in jedem Jahr das gleiche angebaut wird, ist unrealistisch“, kritisiert Streck, „vor allem, wenn es bis 2100 tatsächlich um vier Grad wärmer wird.“

Universelles Modell für Änderungen in der Landwirtschaft

Zunächst haben die Wissenschaftler für ihr neues Modell viel gemessen: Nährstoffflüsse, Bodenbeschaffenheit, Pflanzenbestände. Nicht zuletzt haben sie berücksichtigt, wie die sich ändernde Atmosphäre ihrerseits das Wachstum der Pflanzen beeinflusst. Die resultierenden Simulationen rechnet dann ein Supercomputer. Würde man solche Daten nun für andere Regionen erheben, könnte man das Modell verwenden, um auch dort die Einflüsse des Klimas zu prognostizieren. „Grundsätzlich ist das Pflanzenmodell weltweit anwendbar“, betont Streck, „auch für die Prognose von Nahrungsmittelknappheit.“ Natürlich bleibe selbst im genaueren Modell eine große Unsicherheit, was in Jahrzehnten passiere, verweist der Forscher darauf, dass sich insbesondere disruptive Veränderungen kaum vorhersagen lassen.

Nicht fehlen darf in dem Modell die ökonomische Komponente, auch wenn sie schwierig ist, wie Streck erläutert. So beeinflussten Preis- und Witterungserwartungen der Landwirte die Wahl der angebauten Frucht, und in der Fruchtfolge sind bestimmte Optionen möglich oder ausgeschlossen. „Trockene Jahre bedeuten nicht einfach Mindererträge, sondern werden auch zu Reaktionen der Landwirte führen“, beschreibt der Biogeophysiker die Komplexität. Schon jetzt mache die Erwärmung den Anbau von Raps nach Winterweizen möglich, wo es bisher nicht möglich war, was die Weizenproduktion dort mittelfristig verstärke. „Das alles bildet unser bioökonomisches Modell ab“, versichert Streck. Selbst Veränderungen der durchschnittlichen Betriebsgrößen, bedingt durch Grenzen der Rentabilität, berücksichtigen die Forscher. „Wir selbst machen zwar nur Grundlagenforschung, aber das Modell eignet sich hervorragend zur Politikberatung“, resümiert Streck. „Mit vielleicht 50 Mitarbeitern könnte man alle Höfe in Deutschland ins Modell nehmen.“

Landwirtschaft
Quelle: 
Thilo Streck

Thilo Streck erforscht, wie der Klimawandel die Landwirtschaft verändert und was das seinerseits für Klimamodelle bedeutet.

Zukunftsthemen Big Data und Pflanzenmikrobiom

Den nächsten Schritt sieht der 59-Jährige in der Nutzung von Big Data: „Heute werden in landwirtschaftlichen Betrieben viele Daten automatisch durch Maschinen erhoben und seit kurzem auch in der Cloud gespeichert“, erklärt Streck. Das mache aufwendige und im Ergebnis weniger verlässliche Befragungen der Landwirte überflüssig. „Statt zu fragen: ,Wie lange brauchen Sie für diesen Arbeitsschritt?‘ könnten wir das direkt messen.“ Zunächst wollen die Forscher untersuchen, was in den Daten alles drinsteckt und mit welchen Ungenauigkeiten und Fehlern diese versehen sind. Auch datenschutzrechtliche Fragen müssen bei einem solchen Ansatz berücksichtigt werden. Ein weiteres spannendes Feld sieht Streck in der Interaktion der Pflanzen mit Mikroorganismen und entsprechenden Modellen. „Die spezifischen Populationen der Mikroorganismen konnte man bis in die frühen 1990er-Jahre gar nicht messen“, erinnert sich der Forscher.

Auch im Privatleben hat der Wissenschaftler, dessen Frau und zwei erwachsene Kinder in Berlin beziehungsweise im Ausland leben, „viel Herz für die Landwirtschaft“. Er finde auch, dass sich Landwirtschaft ändern müsse, „aber wir brauchen einen Kompromiss aus Steuerung und dem Erhalt einer funktionsfähigen Landwirtschaft.“ Streck warnt jedoch davor, die eigene Person in die Forschung einzubringen und denkt dabei besonders an die Klimaforschung. Deren Modelle sehe er – unter anderem wegen der dort getätigten Annahmen und Vereinfachungen – kritischer als andere.

Vor allem Spaß muss sein

Aus eigener Erfahrung rät er jungen Forschern dennoch, „gerne da zu forschen, wo es Spaß macht“ - das sei ganz wichtig für die Eigenmotivation. Und noch eines hat sich in all den Forschungsjahren gezeigt: Ob Entwicklungshilfe oder Klimafolgenprojektion – seinen frühen Hintergrund in Soziologie hat Streck oft gut gebrauchen können, hat Landwirtschaft doch per se eine starke sozioökonomische Komponente. Aus dem Orientierungsstudium ist für den Forscher so eine Zusatzqualifikation geworden.

Autor: Björn Lohmann

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