Böden, Kohlenstoff und Klimaschutz
Boden beschreibt die oberste Schicht der Erdkruste und ist die Schnittstelle zu Luft, Wasser, Gestein und Pflanzen. Man kann den Boden vereinfacht als eine Mischung aus belebten (organischen) und unbelebten (anorganischen) Anteilen sehen. Der unbelebte Anteil setzt sich aus mineralischen Komponenten zusammen, der belebte Anteil ist der Humus. Humus umfasst die Bodenorganismen sowie die Zersetzungsprodukte von Organismen, z.B. abgestorbene Pflanzenteile. Ein großer Anteil des Humus besteht aus Kohlenstoff; nach einer Faustregel zu etwa 58 %. Der Humusgehalt ist typischerweise in den oberen 30 cm des Bodens höher als darunter.
Ob der Humusgehalt im Ackerboden zu- oder abnimmt, hängt von vielen — sowohl natürlichen als auch menschengemachten — Einflüssen ab. Klimatische Parameter sind hier wichtige Faktoren. Die Temperatur, genauer die Bodentemperatur, und der Niederschlag beeinflussen die Bodenorganismen, die sich von Humusbestandteilen ernähren und dafür sorgen, dass der Kohlenstoff im Humus als CO2 aus dem Boden entweicht. Unter zu kalten oder zu warmen Verhältnissen sind die Bodenorganismen in ihrer Funktion eingeschränkt, und weniger CO2 wird gebildet. Ähnlich ist es mit dem Niederschlag, genauer der Bodenfeuchte, die teilweise durch den Niederschlag beeinflusst wird. Je trockener der Boden, desto weniger CO2 entsteht. Sind die Böden zu stark vernässt, wird ebenso weniger CO2 gebildet, da die Bodenorganismen auch einen gewissen Anteil an Sauerstoff im Boden benötigen.
Ist ein Boden von Vegetation bedeckt oder liegt er brach? Wächst dort Wald oder Grasland oder wird Ackerbau betrieben? Die Bodenbedeckung ist für die Bilanz von Kohlenstoff im Boden entscheidend, zum einen da sie die Menge an organischem Material, das in den Boden eingeht, bestimmt, zum anderen durch den Einfluss auf Temperatur und Feuchte des Bodens. Dies erklärt, warum der Umbruch von Wald oder Grasland zu Ackerland dazu führt, dass der Gehalt an Bodenkohlenstoff abnimmt, bis ein neues Gleichgewicht erreicht ist.
Weitere Faktoren, die den Humusgehalt beeinflussen, sind die Kulturpflanzenart, das Management der Erntereste und Anbaumethoden wie z.B. die pfluglose Bearbeitung. Diese Faktoren können sich auch untereinander beeinflussen, was eine Berechnung des Gehalts an Bodenkohlenstoff erschwert. Hier ist auch die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu nennen, die einen oft positiven Einfluss auf das Pflanzenwachstum hat, und so zu mehr Ernteresten führen kann.
Man geht davon aus, dass den Böden durch die Landwirtschaft in der Vergangenheit viel Kohlenstoff verloren gegangen ist, hauptsächlich durch den Umbruch von ursprünglich bewaldeten oder mit Gras bewachsenen Flächen zu Ackerland. Der Klimawandel wird durch die kombinierte Veränderung von Temperatur, Niederschlag und CO2-Konzentration eher dazu führen, dass der Kohlenstoffgehalt im Boden in der Zukunft weiter abnimmt.
Landwirtschaftlich genutzte Böden haben ein großes Potenzial, mehr Kohlenstoff zu binden und so zum Klimaschutz beizutragen, da so gebundener Kohlenstoff nicht als CO2 in die Atmosphäre entweichen kann. Neben dem Schutz organischer Böden kann geänderte Landbewirtschaftung, wie z.B. die Umwandlung von Acker zu Grünland oder die Gestaltung der Fruchtfolgen, den Kohlenstoffgehalt im Boden erhöhen. Solche Maßnahmen sind überwiegend sofort einsetzbar und wirken neben dem Klimaschutzaspekt oft auch positiv auf z.B. Erosionsschutz und Bodenqualität und so auch auf die Erträge.
Unsicherheiten bezüglich der genauen Abschätzung des Potenzials zur Kohlenstoffspeicherung liegen u.a. in den sich ändernden Klimabedingungen begründet. So wirken sich erhöhter atmosphärischer CO2-Gehalt, erhöhte Temperaturen und Veränderungen des Niederschlags auf das Pflanzenwachstum aus, jedoch sind die Wirkungen nicht linear, und wirken zum Teil in entgegengesetzte Richtung. Zudem können Wechselwirkungen auftreten. Beispielsweise sind höhere Temperaturen meist nicht vorteilhaft für landwirtschaftliche Erträge, vor allem, wenn Hitze in kritischen Entwicklungsstadien wie z.B. der Blütezeit eintritt. Des Weiteren fördert ein Temperaturanstieg in der Regel die Zersetzung der organischen Bestandteile. Damit erhöhen sich die Respirationsraten von Bodenkohlenstoff, was die Speicherkapazität negativ beeinflusst.
Quantitative Aussagen zur Entwicklung der Bodenkohlenstoffspeicher landwirtschaftlich genutzter Böden unter zukünftigen Klimawandelbedingungen sind daher schwierig. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass Bodenkohlenstoff unter unveränderten Anbaupraktiken durch den Klimawandel verloren geht; sowohl Feldstudien als auch Modellexperimente weisen in diese Richtung.
Der Klimawandel ist bereits heute auch in Deutschland deutlich messbar. Beobachtungen insbesondere der letzten Jahre weisen eine Zunahme an Extremen in Form von Hitze, Dürre und Starkregenereignissen auf. Diese Entwicklungen sind in den kommenden Jahrzehnten, je nach betrachtetem Klima-Szenario unterschiedlich ausgeprägt, zunehmend zu erwarten und stellen die Landwirtschaft vor neue Herausforderungen. Maßnahmen, die den Bodenkohlenstoff positiv beeinflussen können, haben häufig positive Effekte auf z.B. Wasserhaltevermögen und Erosionsschutz des Bodens, und unterstützen so auch die Resilienz gegen die Auswirkungen des Klimawandels.
Mehr Informationen zu einzelnen Landbewirtschaftungs-Methoden finden sich hier.
Die Bodenkohlenstoff-App macht Ergebnisse eines Landoberflächenmodells verfügbar, mit dem verschiedene Landbewirtschaftungsmethoden unter zukünftigen klimatischen Bedingungen simuliert wurden.
Unter „Welche Simulationen werden hier gezeigt?“ sind die Modellexperimente erläutert, deren Ergebnisse im Datenbereich erkundet werden können.