© Jürgen Howaldt
Queller auf der Nordeeeinsel Spiekeroog. Auf ihren Verwandten, den Zwergqueller, richten sich die Hoffnungen von Forschern und Landwirten.
Hunger regiert große Teile der Welt. Hunderte Millionen Menschen haben nicht genug zu essen, und sie bekommen auch kein sauberes Trinkwasser. Längst wird prophezeit, dass man künftig Kriege um Wasser führen wird. Das würden auch Kriege um landwirtschaftliche Flächen sein, denn zwischen dem Mangel an Wasser und dem an Nahrung besteht ein enger Zusammenhang. Einer Schätzung zufolge entfallen weltweit zwei Drittel des Wasserverbrauchs auf die Landwirtschaft, und der Klimawandel könnte die Böden in vielen Regionen noch durstiger machen.
Ohne Bewässerung gäbe es vielerorts keine Ernten, aber der Preis ist hoch. Auch wenn moderne Techniken einen sparsameren Umgang mit kostbarem Wasser ermöglichen, erfordert die steigende Nahrungsmittelerzeugung immer mehr Süßwasser. Sie sollte bis 2030 um die Hälfte gesteigert werden, hieß es auf dem Ernährungsgipfel der Vereinten Nationen im vergangenen Juni. Zum immensen Wasserverbrauch kommt die Bodenversalzung, die vor allem - aber keineswegs nur - Gebiete mit trocken-heißem Klima heimsucht. Wo sie voranschreitet, werden fruchtbare Felder zu toten Flächen.
Nutzpflanzen für Salzböden
Durch Versalzung gehen jede Minute auf der Erde drei Hektar landwirtschaftlich nutzbaren Landes meist unwiderruflich verloren. Sie gilt als der häufigste Grund für die Zerstörung fruchtbaren Bodens. Weil man gegen sie nicht ankommt, will man aus der Not eine Tugend machen und Nutzpflanzen entwickeln, die auch auf salzhaltigen Böden gedeihen und dort reichen Ertrag verheißen. Forscher in aller Welt versuchen, solche Gewächse zu züchten, sei es durch herkömmliche Kreuzungen, sei es auf gentechnische Weise.
Neue Nutzpflanzen für eine versalzene Welt - das Konzept klingt verlockend, aber der Weg ist mit Hindernissen gepflastert. Zu den Experten, die vor euphorischen Höhenflügen warnen, gehört Timothy Flowers. Der an der University of Sussex und der University of Western Australia tätige Forscher befasst sich seit vielen Jahren mit den Möglichkeiten einer Salz-Landwirtschaft. Zusammen mit Jelte Rozema von der Freien Universität Amsterdam hat er kürzlich eine Bestandsaufnahme vorgelegt, die zwar zum Teil recht ernüchternd ist, aber doch mögliche Wege zur Lösung der Misere aufweist ("Science", Bd. 322, S. 1478).
Meeresvergangenheit
Die Ursachen sind zum Teil natürlicher Art, bedingt etwa durch salzhaltiges Grund- oder Regenwasser. Immer bedrohlicher wird aber die vom Menschen verursachte Versalzung. Sie ist häufig auf künstliche Bewässerung zurückzuführen. Auch wenn das hierfür verwendete Grund- oder Flusswasser nur schwach salzhaltig ist, kommt es in trocken-heißen Klimazonen leicht zu einer bedenklichen Anreicherung, weil viel Wasser verdunstet. Bei starker Bewässerung kann zudem der Grundwasserspiegel steigen, wodurch sich Salze aus dem Gestein lösen und nach oben transportiert werden. Aber auch der Verzicht auf künstliche Bewässerung schützt nicht überall vor Versalzung. Das hat sich in Gebieten gezeigt, in denen jährlich nur etwa 200 bis 300 Millimeter Niederschläge fallen. Wandelt man dort Wälder in Agrarland um, drohen Salze mit dem dann hochsteigenden Grundwasser in den Oberboden zu gelangen.
Die Vision von blühenden Agrarlandschaften auf Salzböden ist kein reines Hirngespinst. Schließlich war Meerwasser vor mehr als drei Milliarden Jahren die Geburtsstätte des Lebens auf der Erde. Auch die Pflanzen sind im Meer entstanden. Nach der Eroberung des Festlandes, die vor etwa 450 Millionen Jahren begonnen hat, haben sie die Anpassungsstrategien für ein Leben unter hohen Salzkonzentrationen größtenteils eingebüßt. Nur noch rund ein Prozent der heutigen Pflanzenarten kann auf stark salzhaltigen Böden wachsen.
Salztoleranz ist keine einfache genetische Angelegenheit
Immerhin ist das Spektrum dieser sogenannten Halophyten groß. Es umfasst einjährige und mehrjährige, einkeimblättrige und zweikeimblättrige Gewächse, darunter auch Büsche und Bäume. Vielfältig sind auch die strukturellen und physiologischen Anpassungen, mit denen es Halophyten gelingt, mit ihren Wurzeln trotz der hohen Salzkonzentration genügend Wasser aufzunehmen und ihren Stoffwechsel auf ein Überangebot an Natrium- und Chlorid-Ionen einzustellen. Salz, das gefährlich werden könnte, wird zum Beispiel innerhalb der Zellen in Vakuolen eingelagert oder durch Drüsen ausgeschieden.
Den Pflanzenzüchtern bieten sich somit im Prinzip viele Ansatzpunkte zur Entwicklung salztoleranter Gewächse. Aber die erwünschten Merkmale in Getreide und andere Nutzpflanzen einzukreuzen ist leichter gesagt als getan. Denn es müssen gleich mehrere Eigenschaften gleichzeitig übertragen werden. Das hat sich auch als große Hürde für die Gentechnik erwiesen. Was transgene salztolerante Pflanzen betrifft, hat Flowers schon 2004 in einer Studie nachgewiesen, dass Verheißung und Wirklichkeit noch weit auseinanderklaffen. Die jüngste Bilanz sieht nicht besser aus. Auch nach 15 Jahren intensiver Forschungen können die Bioingenieure den Bauern noch keine für Salzböden geeignete Sorten etwa von Reis oder Weizen anbieten, schreiben Rozema und Flowers. Innerhalb von zehn Jahren habe es mehr als dreißig Publikationen über transgene Reisvarianten gegeben. Keine dieser Pflanzen stehe indes vor der landwirtschaftlichen Nutzung.
Pappeln und Zwergqueller
Möglicherweise liegt die Zukunft der Salz-Landwirtschaft in der Nutzung natürlich vorkommender Halophyten. Neben der Nahrungsproduktion bietet sich zunehmend die Erzeugung von Biomasse als Energiequelle an. Als erfolgversprechend gelten zum Beispiel Aufforstungen mit salztoleranten Pappeln. Mit ihren tiefreichenden Wurzeln könnten diese Bäume den Grundwasserspiegel senken und somit die Bodenversalzung durch aufsteigendes Wasser eindämmen.
Schon länger praktiziert wird die Kultivierung des Zwergquellers (Salicornia bigelovii), eines Verwandten des an unseren Küsten heimischen Gemeinen Quellers. Diese Pflanzen bilden ölhaltige Samen. Während einer Vegetationsperiode lassen sich pro Hektar 18 Tonnen Biomasse erzeugen. Mit rund zwei Tonnen ist die Ausbeute an Samen höher als diejenige beim Anbau von Sonnenblumen, die sich auf durchschnittlich 1,2 Tonnen beläuft. Sollen Halophyten künftig stärker genutzt werden, wird man freilich nicht um die langwierige Domestizierung von Wildpflanzen herumkommen, wie das auch beim Getreide und anderen Nahrungspflanzen der Fall war.
Eigentlich mangelt es auf der Erde nicht an Wasser. Rund 98 Prozent entfallen aber auf Salzwasser, und ein weiteres Prozent macht Brackwasser aus. Viele Forscher hoffen, dass sich zumindest das Brackwasser künftig in großem Umfang zur Bewässerung von landwirtschaftlichen Flächen, auf denen Halophyten angebaut werden, nutzen lassen wird. Vielleicht ist sogar eine Kombination mit der Aquakultur von Meeresfischen und Garnelen möglich. Nur ein Prozent des globalen Wasservorrates gilt als Süßwasser. Dieses ist kostbar und sollte daher mehr zum Trinken als zum bedenkenlosen Tränken ausgetrockneter Böden verwendet werden.
