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Kreisläufe schließen

Energie: der Fluss, der alles antreibt

Redaktionsteam Terra HumanaZuletzt aktualisiert: 2026-10-1410 Min. Lesezeit

Morgensonne fällt durch mehrere Blattschichten auf bedeckten Boden an einem mediterranen Hang

Kurz gesagt

Der Weg des Sonnenlichts durch Blätter, Pflanzen, Tiere und Bodenleben, bis es als Wärme geht. Energie kreist nicht, sie treibt jeden Kreislauf an.

Wie Energie durch das Land fließt

Der ehrliche erste Satz über Energie lautet: Sie kreist nicht. Wasser fällt, sickert ein, steigt als Dampf auf und fällt wieder. Stickstoff geht von einem Blatt in den Boden und zurück in eine Wurzel. Energie macht nur eine einzige Reise. Sie kommt als Sonnenlicht an, wird in Blättern eingefangen, eine Weile in Zucker, Holz, Samen, Fleisch und Humus gespeichert und geht als Wärme, sobald etwas wächst, sich bewegt, atmet oder verrottet. Was die anderen Kreisläufe einer Landschaft antreibt, ist dieser stetige Strom von der Sonne. Ohne ihn würde keine Pflanze Wasser heben und kein Pilz einen Nährstoff freisetzen.

Eingefangen wird im Blatt. Zhu, Long und Ort haben berechnet, dass die Photosynthese bei den meisten Pflanzen bestenfalls etwa 4,6 Prozent der Sonnenenergie, die ein Blatt erreicht, in Biomasse verwandeln kann, bei Pflanzen mit dem C4-Weg wie Mais und vielen tropischen Gräsern etwa 6 Prozent. Über eine ganze Saison im Feld erreichen selbst die besten gemessenen Kulturen nur etwa die Hälfte dieser Obergrenzen. So klein das klingt, es ernährt fast alles Leben an Land: Field und Kollegen schätzten, dass Pflanzen jedes Jahr rund 105 Milliarden Tonnen Kohlenstoff binden, etwas mehr als die Hälfte davon an Land.

Von dort wird die Energie weitergereicht und auf jeder Stufe verbraucht. Auf Raymond Lindemans Untersuchung von 1942 geht die Faustregel zurück, dass nur etwa ein Zehntel der Energie einer Stufe der Nahrungskette die nächste erreicht; der Rest wird für Atmung, Bewegung und Körperwärme verbraucht. Der Wert ist ein Mittel, kein Gesetz, aber seine Botschaft trägt. An Land ist der größte Verbraucher meist nicht das Reh oder die Ziege, sondern der Boden. In Wäldern fressen Pflanzenfresser nach einer Zusammenstellung von Cebrian nur einen kleinen Teil des jährlichen Zuwachses. Der Rest fällt als Laub, Zweige und tote Wurzeln und nährt die Pilze, Bakterien, Milben und Würmer, die alles zerlegen.

Pflanzen füttern den Boden auch direkt. Ein Teil des Zuckers, den sie bilden, wandert nach unten, in die Wurzeln, in die Pilze um sie herum und als Ausscheidungen in den Wurzelraum. In einer Auswertung von Markierungsversuchen fanden Pausch und Kuzyakov, dass Gräser, meist mehrjährige, etwa anderthalbmal so viel ihres aufgenommenen Kohlenstoffs unter die Erde schicken wie einjährige Kulturen. Diese unterirdische Bezahlung hält das Bodenleben in Gang und mit ihm den Nährstoffkreislauf.

Der Energiefluss

Tippe auf eine Station, um zu sehen, welche Techniken den Kreislauf dort schließen.

Sonne fangen, Boden füttern
Lichtaufs BlattPflanzenwachstumWurzelnund PilzeTiereStreu undSchnittgutBodenlebenHumusund KohleWärme undKühlung

Wo die übliche Landnutzung sie verschenkt

Die übliche Bewirtschaftung verliert Energie auf drei Wegen.

Das Licht fällt auf nackten Boden. Ein Acker, der das halbe Jahr gepflügt und leer liegt, fängt in dieser Zeit nichts ein. Das Licht, das eine grüne Decke in Zucker verwandelt hätte, heizt stattdessen den Boden auf, trocknet ihn aus und macht ihn an einem mediterranen Sommerhang so heiß, dass das Leben darin leidet. Eine Obstanlage mit nur einer Schicht über nacktem Boden nutzt ein Stockwerk eines Hauses, das mehrere haben könnte.

Die gespeicherte Energie wird verbrannt oder abgefahren. Schnittgut, Stroh und Erntereste tragen die Energie, die das Bodenleben braucht. Wo sie verbrannt werden, geht diese Energie in Minuten als Wärme und Rauch. Wo sie abgefahren werden, verlässt sie das Land für immer. Der Boden hungert, sein Leben dünnt aus, und mit ihm schwinden der Humus und die Krümelstruktur, die Wasser und Nährstoffe halten.

Fossile Energie füllt die Lücke. Die industrielle Landwirtschaft ersetzt einen großen Teil der Arbeit, die Sonne und Bodenleben geleistet haben, durch Energie aus Öl und Gas. Ein Papier der FAO schätzte den Energieeinsatz entlang der ganzen Lebensmittelkette, von der Düngerherstellung bis zum Kochen, auf rund 95 Exajoule im Jahr, etwa 30 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs. Allein der Stickstoffdünger ist teuer erkauft: Nach der Internationalen Energieagentur entfallen auf die Ammoniakherstellung rund 2 Prozent des gesamten Endenergieverbrauchs, fast vollständig aus fossilen Quellen. Ein Betrieb, der von diesem Zuschuss lebt, läuft nicht mit seinem eigenen Sonnenlicht.

Techniken, die mehr Sonne einfangen und im Land halten

Allen liegt ein einfaches Ziel zugrunde: mehr Blätter über mehr Monate, und alles, was wächst, geht an das Bodenleben zurück, statt verbrannt zu werden. Bill Mollisons Planungsweise beginnt mit denselben Fragen: woher die Sonne kommt, woher der Wind weht und wie der Hang fällt. Die Kreislaufgrafik oben zeigt, welche Technik an welcher Station wirkt.

Licht aufs Blatt. Eine Dauerbegrünung und ein Lebendmulch halten den Boden in den kühlen, feuchten Monaten grün, in denen ein nackter Acker nichts einfängt. Die Polykultur mischt Pflanzen unterschiedlicher Höhe und Jahreszeit, sodass immer eine wächst, während eine andere ruht. Pionierpflanzen schließen eine nackte Fläche am schnellsten und machen sie bewohnbar für alles, was folgt.

Pflanzenwachstum. Ein Waldgarten und die Agroforstwirtschaft legen mehrere Blattschichten wie Stockwerke über dasselbe Stück Boden. Die Syntropie ordnet Pflanzen nach Lichtbedarf und Platz in der Sukzession und schneidet sie kräftig, sodass das System immer neuen Zuwachs bildet. Biomassepflanzen werden nur angebaut, um geschnitten zu werden, und eine Pflanzengilde stellt Arten so zusammen, dass jede eine Lücke füllt, die die anderen lassen.

Wurzeln und Pilze. Die Mykorrhiza erhält Zucker von der Pflanze und bezahlt ihn mit Wasser und Phosphor aus Poren, die keine Wurzel erreicht. Auch die Knöllchenbakterien in den Wurzeln stickstoffbindender Pflanzen leben vom Zucker der Pflanze und binden mit seiner Energie Stickstoff aus der Luft. Beides ist Energie aus dem Blatt, die unter der Erde arbeitet.

Tiere. Im silvopastoralen System weiden Tiere zwischen Bäumen und verwandeln Pflanzen, die der Boden nicht direkt nutzen kann, in Dung, der das Bodenleben an Ort und Stelle füttert.

Streu und Schnittgut. Mulch und Flächenkompostierung legen die gespeicherte Energie geschnittener Pflanzen auf die Bodenoberfläche, wo Würmer und Pilze sie erreichen. Im Kompost wird dasselbe Material an einem Ort zerlegt; die Wärme in seinem Inneren ist frei werdende Pflanzenenergie, und was übrig bleibt, füttert das Bodenleben. Die Gründüngung zieht diese Nahrung für den Boden in einer Saison heran, und die Hügelkultur vergräbt Holz, das den Boden über Jahre langsam füttert.

Bodenleben. Das Bodenleben ist auf den meisten Flächen der größte Verbraucher und der Motor des Nährstoffkreislaufs. Gut gefüttert, baut es mit seinen klebrigen Ausscheidungen ein stabiles Bodengefüge auf.

Humus und Kohle. Humus ist Energie und Kohlenstoff, die für Jahre bis Jahrzehnte im Boden gehalten werden. Pflanzenkohle hält einen Teil des Kohlenstoffs aus Schnittgut weit länger, als Mulch es könnte, und Terra preta zeigt, was Jahrhunderte der Rückgabe von Asche, Holzkohle und Abfällen aufbauen können.

Wärme und Kühlung. Die Wiederbegrünung trockenen Landes verwandelt Sonnenlicht, das sonst nur nackten Boden aufheizen würde, wieder in Verdunstung, die kühlt. Ammenbäume beschatten junge Pflanzen und den Boden darunter. Wo Wärme willkommen ist, leistet Stein das Gegenteil: Eine Kräuterspirale speichert die Wärme des Tages und gibt sie nachts ab, und Steinmulch schützt den Boden dort, wo organische Bedeckung verbrennen oder verwehen würde.

Wie es auf Sa Medada aussieht

Sa Medada ist ein Hang in Jerzu, in der Ogliastra an der Ostseite Sardiniens. An Sonnenlicht fehlt es diesem Land nicht. Die Winter sind mild, und die Trockenzeit reicht etwa von Mai bis September, wenn die Sonne am stärksten ist und der Regen ausbleibt. Im Sommer begrenzt nicht das Licht das Wachstum, sondern das Wasser; deshalb lassen sich der Wasserkreislauf und der Energiefluss hier kaum trennen. Ein alter Olivenhain bedeckt einen Teil des Geländes, an den steileren Hängen wächst Macchie, und die Feuchtekarte aus LiDAR-Daten zeigt eine vergleichsweise trockene Hauptfläche und feuchtere Rinnen an den Rändern.

Projekt Eden beginnt deshalb mit Pionierpflanzen, Bodenbedeckung und Wasserrückhalt. Aus Sicht des Energieflusses heißt das: Das Sonnenlicht soll auf Blätter fallen statt auf nackte Erde, und was wächst, soll als Nahrung für den Boden auf dem Land bleiben. Eine Laboranalyse des Bodens gibt es noch nicht; über seinen Humus und sein Leben behaupten wir deshalb nichts.

Die milden Winter erlauben, dass im Freiland Pflanzen wachsen, die viel Wärme und Licht brauchen, darunter Bananen, Mango, Avocado, Papaya, Passionsfrüchte, Litschi und Moringa. Mehrere schnellwüchsige Stickstoffbinder stehen schon in der Erde, unter ihnen Leucaena, Inga edulis, Tephrosia und der Korallenbaum. Pflanzen dieser Art werden in syntropischen Systemen regelmäßig zurückgeschnitten, um den Boden zu füttern; ob das auf diesem Hang trägt, ist noch offen. Der Speierling, 2024 als erster Baum gepflanzt, steht an der sehr heißen Südflanke, wo die Sommersonne am härtesten trifft.

Pflanzen in diesem Beitrag

Häufige Fragen

Warum ist Energie kein Kreislauf wie Wasser oder Nährstoffe?

Weil sie sich beim Arbeiten verbraucht. Wasser und Nährstoffe können immer wieder durch dasselbe Feld gehen. Energie kommt als Sonnenlicht an, wird eine Zeit lang in Zucker, Holz, Humus und Tierkörpern gespeichert und geht als Wärme, sobald etwas wächst, sich bewegt oder zerfällt. Sie lässt sich nur weitergeben, nie zurückgeben. Deshalb braucht eine Landschaft jeden Tag frisches Sonnenlicht, und deshalb zählt der Energiefluss für jeden anderen Kreislauf: Wasser, Nährstoffe, Kohlenstoff und Saatgut bewegen sich nur, weil Sonnenlicht etwas am Leben und bei der Arbeit hält.

Wie viel vom Sonnenlicht nutzen Pflanzen tatsächlich?

Sehr wenig. Zhu, Long und Ort haben berechnet, dass die Photosynthese bei den verbreiteten C3-Pflanzen bestenfalls etwa 4,6 Prozent der Sonnenenergie, die ein Blatt erreicht, in Biomasse verwandeln kann, bei C4-Pflanzen wie Mais etwa 6 Prozent. Über eine ganze Saison im Feld erreichen selbst die besten gemessenen Kulturen nur etwa die Hälfte dieser Obergrenzen. Das meiste Land schneidet weit schlechter ab, vor allem weil der Boden einen großen Teil des Jahres nackt liegt oder die Pflanzen zu klein sind. Der größte Gewinn liegt deshalb nicht in einem besseren Blatt, sondern in mehr Blättern über mehr Monate.

Was ist die Zehn-Prozent-Regel?

Eine grobe Faustregel der Ökologie, die auf Raymond Lindemans Untersuchung eines Moorsees von 1942 zurückgeht. Nur etwa ein Zehntel der Energie, die eine Stufe der Nahrungskette aufnimmt, erreicht die nächste: von Pflanzen zu Pflanzenfressern, von Pflanzenfressern zu Räubern. Der Rest wird für Atmung, Bewegung und Körperwärme verbraucht oder geht als Kot und totes Material ab. Der Wert ist ein Mittel und schwankt zwischen Ökosystemen stark. Er erklärt, warum es weit weniger Füchse als Kaninchen gibt und warum das Bodenleben, das die toten Reste frisst, auf den meisten Flächen der größte Verbraucher ist.

Verschwendet das Verbrennen von Schnittgut und Ernteresten Energie?

Aus Sicht des Landes ja. Die Energie in Blättern und Holz war als Nahrung für Pilze, Bakterien, Würmer und Insekten im Boden bestimmt, die bei ihrer Arbeit Humus aufbauen und Nährstoffe freisetzen. Das Feuer setzt diese Energie in Minuten als Wärme und Rauch frei und mit ihr den größten Teil des Stickstoffs und der organischen Substanz. Als Mulch ausgelegt, auf der Bodenoberfläche zerkleinert oder in einem saubereren Verfahren zu Pflanzenkohle gemacht, arbeitet dasselbe Material über Monate oder Jahre auf dem Land weiter.

Was hat Energie mit dem Wasserkreislauf zu tun?

Von dem Sonnenlicht, das auf eine grüne Landschaft fällt, geht weit mehr in das Verdunsten von Wasser als in die Photosynthese. Um einen Liter Wasser in Dampf zu verwandeln, braucht es rund 2,45 Megajoule, und diese Energie wird Blättern und Luft entzogen; deshalb bleibt ein bepflanzter Hang kühler als ein kahler. Wo kein Wasser im Boden ist, heizt dasselbe Licht stattdessen den Boden auf. Energie einfangen und Wasser halten sind deshalb zwei Seiten derselben Aufgabe, und auf trockenem Land entscheidet meist das Wasser, wie viel Sonnenlicht Pflanzen in Wachstum verwandeln können.

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Quellen

  • Zhu, Long and Ort, What is the maximum efficiency with which photosynthesis can convert solar energy into biomass?, Current Opinion in Biotechnology 19, pp. 153-159 (2008)
  • Ort, Zhu and Melis, Optimizing antenna size to maximize photosynthetic efficiency, Plant Physiology 155, pp. 79-85 (2011)
  • Zhu, Long and Ort, Improving photosynthetic efficiency for greater yield, Annual Review of Plant Biology 61, pp. 235-261 (2010)
  • Field, Behrenfeld, Randerson and Falkowski, Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components, Science 281, pp. 237-240 (1998)
  • Lindeman, The trophic-dynamic aspect of ecology, Ecology 23, pp. 399-418 (1942)
  • Cebrian, Patterns in the fate of production in plant communities, The American Naturalist 154(4), pp. 449-468 (1999)
  • Pausch and Kuzyakov, Carbon input by roots into the soil: quantification of rhizodeposition from root to ecosystem scale, Global Change Biology 24(1), pp. 1-12 (2018)
  • Allen, Pereira, Raes and Smith, Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements, FAO Irrigation and Drainage Paper 56 (1998)
  • Sims (FAO), Energy-smart food for people and climate, Issue Paper, Food and Agriculture Organization of the United Nations (2011)
  • International Energy Agency, Ammonia Technology Roadmap: Towards more sustainable nitrogen fertiliser production (2021)
  • Bill Mollison, Permaculture: A Designers' Manual, Tagari Publications (1988)

Zuletzt aktualisiert: 2026-10-14