Städtebauliche Agroforst-Kompositionen beeinflussen die multifunktionale Leistungsfähigkeit von Ökosystemen und Wechselwirkungen zwischen Leistungen

Warum Stadtfarmen und Wälder zusammen wichtig sind

Wenn Städte wachsen, denken wir oft, dass Landwirtschaft und Wälder um Raum konkurrieren. Tatsächlich enthalten viele städtische Regionen mosaikartige Muster aus beidem: Ackerflächen durchzogen von Schutzstreifen, kleinen Wäldchen und Parks. Diese Studie untersucht, wie unterschiedliche Mischungen aus Feldern und Bäumen rund um Changchun, einer wichtigen Getreidebaustadt im Nordosten Chinas, mehrere für Menschen wichtige Leistungen beeinflussen – Nahrung, sauberes Wasser, gesunde Böden und Kohlenstoffspeicherung – und welche Kombination von Landnutzungen diese Bedürfnisse am besten ausbalanciert.

Felder und Bäume rund um eine wachsende Stadt mischen

Die Forschenden konzentrierten sich auf Changchun, gelegen in einer der weltweit bedeutenden Schwarzboden-Regionen und einem wichtigen Maisgürtel. Mithilfe von zwei Jahrzehnten Satellitenbildern und Umweltdaten (2000–2020) kartierten sie die Landnutzung in Ein-Kilometer-Quadraten und klassifizierten jedes Quadrat nach dem Anteil von Ackerland und Wald. Diese Kategorien reichten von nahezu reinen Anbauflächen über mehrere gemischte Agroforsttypen mit unterschiedlichen Anteilen von Bäumen und Feldkulturen bis hin zu nahezu reinen Wäldern. Dieser gitterbasierte Ansatz erlaubte es, zu beobachten, wie sich die Landschaft veränderte, als städtische Gebiete wuchsen und nationale Aufforstungsprogramme das Anpflanzen von Bäumen auf marginalen Äckern förderten.

Mehr messen als nur Ernte

Um zu verstehen, wie diese unterschiedlichen Landmischungen funktionieren, schätzte das Team in jeder Gitterzelle vier zentrale Funktionen: Getreideproduktion, Wasserrückhalt, Bodenerhalt und Kohlenstoffbindung. Die Getreideerträge wurden aus Satellitenmessungen des Maiswachstums abgeleitet und mit Feldparzellen kalibriert. Die Wasserrückhalteleistung spiegelte wider, welcher Anteil des Niederschlags daran gehindert wurde, sofort abzufließen. Der Bodenerhalt schätzte, wie viel Erosion durch Vegetation und Gelände verhindert wurde. Die Kohlenstoffbindung erfasste, wie viel Kohlenstoff Pflanzen jährlich speichern. Jede Funktion wurde auf dieselbe Skala von 0–1 gebracht und dann addiert, wodurch ein einfacher Index der „Multifunktionalität“ entstand, der zeigt, wie gut ein Landstück alle vier Leistungen zusammen liefert.

Den Sweet Spot für viele Leistungen finden

Die Ergebnisse zeigen, dass Land, das nahezu vollständig dem Ackerbau gewidmet ist, hohe Ernten, aber schwache ökologische Regulierung lieferte und damit die niedrigste Gesamt-Multifunktionalität aufwies. Überraschenderweise erzielten gebietsdominierte Wälder ebenfalls nicht das beste Ergebnis. Während Bäume die Wasserrückhaltung, den Bodenerhalt und die Kohlenstoffspeicherung deutlich verbesserten, verdrängten sie Ackerland und reduzierten die Getreideproduktion. Die beste Gesamtleistung ergab sich in gemischten Agroforstzonen, in denen Ackerland noch dominierte, aber etwa ein Fünftel bis zwei Fünftel der Fläche von Wäldern bedeckt war. In diesen Landschaften verringerten Schutzstreifen und Waldflächen Wind- und Wassererosion, verbesserten die Böden und speicherten mehr Kohlenstoff, ohne die Getreideproduktion bereits zu stark zu reduzieren.

Wie Leistungen einander fördern – oder behindern

Die Studie untersuchte auch, wie die vier Leistungen zusammenhängen. In feldlastigen Gebieten stieg die Getreideproduktion tendenziell parallel zur Wasserrückhaltung, wahrscheinlich weil gesündere Pflanzen und bessere Bodenbedeckung sowohl Ertrag als auch Wassernutzung verbessern. In stärker gemischten und waldreichen Gebieten war die stärkste Wechselwirkung zwischen Wasserrückhalt und Bodenerhalt zu beobachten, beide gefördert durch dichte Vegetation und Baumwurzeln, die den Abfluss verlangsamen und den Boden stabilisieren. Mit weiter wachsendem Waldbestand verschob sich jedoch die Beziehung zwischen Getreideproduktion und Bodenerhalt von milder Synergie zu einem klaren Zielkonflikt: Wo der Boden unter dichtem Wald am besten geschützt war, blieb einfach weniger Land zum Getreideanbau übrig.

Leitlinien für grünere Städte und Landwirtschaft

Für Stadtregionen, die Menschen ernähren wollen und zugleich mit Erosion, Überschwemmungen und Klimawandel umgehen müssen, liefert diese Arbeit praktische Hinweise. Sie legt nahe, dass weder ausschließlich Felder noch ausschließlich Wälder die beste Mischung an Leistungen bieten. Stattdessen kann das gezielte Einweben von Baumstreifen und -inseln in vorwiegend landwirtschaftliche Landschaften – mit einem moderaten Waldanteil – die Gesamtleistung um etwa ein Zehntel bis ein Fünftel gegenüber reinem Ackerland erhöhen. In walddominierten Zonen können schattentolerante Feldfrüchte oder forstbasierte Produkte einen Teil der Nahrungsmittelproduktion zurückgewinnen, ohne die ökologischen Vorteile stark zu mindern. Kurz gesagt: Die Studie kommt zu dem Schluss, dass ein gut ausbalanciertes Mosaik aus Landwirtschaft und Wäldern um Städte herum entscheidend ist, um Böden und Wasser zu schützen, Kohlenstoff zu speichern und gleichzeitig die Getreideversorgung zu sichern.

Zitation: Zhai, C., Geng, R., Liu, G. et al. Urban agroforestry compositions influence ecosystem multifunctionality and service interactions. Sci Rep 16, 9897 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37986-x

Schlüsselwörter: städtische Agroforstwirtschaft, Ökosystemleistungen, Landschaftsplanung, multifunktionale Landschaften, Boden- und Wasserschutz