Woher kommen die Bodenkohlenstoffdaten?
Anteil der Ackerfläche ("cropland area") im CLM5.0-Gitter.
Das Landoberflächenmodell CLM5.0
Landoberflächenmodelle berechnen die wesentlichen Komponenten der Erdoberfläche und des Bodens: Vegetation, Hydrologie an der Oberfläche und im Untergrund und wichtige Bodeneigenschaften wie z.B. Temperatur und Feuchte. Mit ihnen wird die Speicherung von Energie, Wasser und Stoffen simuliert sowie deren Austausch zwischen Erde und Atmosphäre, d.h. auch die Flüsse von CO2 oder CH4.
Das Community Land Model Version 5 (CLM5.0) ist ein Landoberflächenmodell, das die Energie-, Wasser-, Kohlenstoff- und Stickstoffdynamik auf globaler und regionaler Ebene simulieren kann (Lawrence et al. 2019). Das biogeochemische Modul des CLM5.0 ist eine Anpassung des Modells CENTURY und berechnet die Gehalte von Kohlenstoff und Stickstoff im Boden (Parton et al. 1998).
Das Modell simuliert u.a. Abbauprozesse und Speicherung organischer Substanz im Boden. Abgestorbenes Pflanzenmaterial wird in sogenannten Pools gespeichert und zersetzt sich allmählich, wobei unterschiedliche Abbauraten, wie in der Realität beobachtet, berücksichtigt werden. Dabei sind die wesentlichen Einflussfaktoren Temperatur und Feuchte: Beispielsweise fördern wärmere Bodentemperaturen den Abbau von organischem Material und führen damit zu mehr Emissionen von CO2 aus dem Boden in die Atmosphäre. Das Modell bildet diese Effekte prozessbasiert nach.
In der Standardversion von CLM5.0 sind Parameter für Sommerweizen und Körnermais (kein Silagemais) verfügbar. Für die Simulationen im Projekt Netto-Null-2050 wurden Änderungen in der Pflanzenparametrisierung für Winterweizen, Kartoffeln, Zuckerrüben und Raps vorgenommen (Lu et al. 2017; Boas et al. 2021).
Das Modellgebiet
Das Modellgebiet umfasst Deutschland, unterteilt in 8 km x 8 km Gitterzellen mit 79 Längen- und 104 Breitengraden. Das Raster entspricht einer bundesweiten Beprobungskampagne, bei der Bodenproben in einem 8 km x 8 km-Raster genommen wurden (Jacobs et al. 2018; Jacobs et al. 2020; Poeplau et al. 2020 – Bodenzustandserhebung Landwirtschaft (BZE)). Es wurden nur Rasterzellen mit mehr als 5 % Anbaufläche für die weitere Analyse berücksichtigt. Die Anbaufläche wurde definiert als der Prozentsatz der Anbaufläche, die im Jahr 2016 mit Sommergetreide, Wintergetreide, Raps, Mais, Kartoffeln oder Zuckerrüben bestellt wurde (Griffiths et al., 2019). Insgesamt 5015 Gitterzellen erfüllten diese Anforderung (Abb. 1).
Eingabedaten
Das CLM5.0-Modell benötigt Eingangsdaten wie beispielsweise die Bodentextur oder die Flächenanteile landwirtschaftlicher Nutzung. CLM5.0 liefert globale Karten der Eingangsdaten, allerdings je nach Karte mit einer relativ groben Auflösung. Daher wurden Datensätze mit einer feineren räumlichen Auflösung verwendet und die folgenden Eingangsgrößen ersetzt: Bodentextur (Hengl et al. 2017; Jacobs et al. 2018), relative Anbaufläche (Griffiths et al., 2019) und Stickstoffdüngereinsatz. Es wurde eine Zufallsstichprobe der Daten genommen, wenn mehr als ein Wert pro Gitterzelle verfügbar war. Bei der Berechnung der Bodenkohlenstoffgehalte wurden andere Landnutzungsformen wie z.B. Städte oder Moore nicht berücksichtigt.
Zu beachten
Bei der Betrachtung der Ergebnisse ist zu berücksichtigen, dass die gezeigten Kohlenstoffdaten auf lediglich einem Landoberflächenmodell beruhen. Um die Bandbreite der Möglichkeiten zu erfassen, wären Simulationen mit weiteren Landoberflächenmodellen notwendig, sowie weitere Kombinationen von regionalen und globalen Klimamodellen als Antrieb (siehe hierzu auch WAS KÖNNEN DIE DATEN?). Aus Rechenzeitgründen war dies im Rahmen dieser Produktentwicklung nicht möglich.