Kohlenstoffspeicherung im Boden (ergänzt)

Zu geringe Humusgehalte stellen eines der gravierenden Bodenprobleme dar. Damit verbunden sind Schäden an der Bodenstruktur, eine geringe Krümelstabilität, ein verringertes Speichervermögen für Nährstoffe und Wasser, ein verringertes Bodenleben mit der Folge höherer Pflanzenschutzaufwendungen. Die Nach Cross Compliance geforderten Humusgrenzwerte von 1,0 % für Tongehalte bis 13 % und 1,5 % für Tongehalte über 13 % sind auf jeden Fall unzureichend. Es trifft auch nicht zu, dass Humusgehalte in Ackerböden von mehr als 4 % schwer zu erreichen sind. Nach einer Auswertung des Umweltbundesamtes enthalten 4 % der Böden weniger als 1 % Humus, 30 % haben 1-2 % Humus; Gehalte von 2 bis 4 % treffen auf 47 % der Böden zu; 4 bis 8 % Humus sind in 15 % der Böden vorhanden. Nach Albrecht und Kinsey enthält ein idealer Boden 5 % Humus. Es ist also noch viel zu tun! Die folgenden wissenschaftlichen Untersuchungen beweisen, dass es möglich ist, den Humusgehalt auf diese Werte zu steigern.

FIGURE8_s

Quelle: European Journal of Soil Science; Volume 66, Issue 1, pages 121–134, January 2015

Weltweit werden jährlich nur 10 bis 20 % der Ernterückstände in die organische Bodensubstanz überführt; 70 % werden von den Mikroorganismen verarbeitet und werden schließlich als CO2 veratmet. Nach einer anderen Untersuchung gehen auf diese Weise ca. 90 % der Ernterückstände verloren. Ursache für die Kohlenstoffverluste ist das ungünstige C:N-Verhältnis. Die Bodenflora hat ein C:N-Verhältnis von 8.6 (+/-0.3); die Ernterückstände liegen bei 40:1 und höher. Die Mikroorganismen müssen einen großen Teil des Kohlenstoffs veratmen, um auf ein niedriges C:N-Verhältnis zu kommen. Die Mikroorganismen schalten unter den Hungerbedingungen von Wachstum auf Erhaltungsbedarf, das heißt von Humusmehrung auf CO2-Freisetzung um. Änderungen sind nur durch die zusätzliche Zufuhr organischer Biomasse in Form von Zwischenfrüchten, Komposten, Stallmist und Gülle möglich. Je niedriger das C:N-Verhältnis der Biomasse ist, umso schneller wird es im Boden verarbeitet, dient also nicht dem Aufbau von Humus. In einem zwischen 1972 und 2006 laufenden Dauerversuch mit der Düngung von Klärschlamm haben Wissenschaftler aus Illinois und dem Beratungsdienst des US- Landwirtschaftsministeriums die Wirkung auf den Kohlenstoffgehalt in den Böden untersucht. Dabei wurden 42 Tonnen Trockenmasse je Hektar und Jahr gedüngt; zusätzlich erhielten die Ackerschläge 300 kg N, 100 kg P und 100 kg K. Das C:N- Verhältnis des Klärschlamms lag bei 5.2:1.

In der unbehandelten Kontrolle stieg der Kohlenstoffgehalt der Böden von 31.4 auf 35.9 Tonnen je Hektar an, was statistisch nicht signifikant war. Durch die Klärschlammdüngung folgte ein Verdreifachung des C-Gehaltes auf 103 Tonnen Kohlenstoff je Hektar. Auf diese Weise wurde im Laufe der Jahre ein ständig steigender Teil der Ernte- rückstände in Humus verwandelt. Ohne den Klärschlamm führte nur die Direktsaat zu einem Humusaufbau, der aber nur halb so hoch war wie in der Klärschlammvariante. Die organisch gedüngten Böden weisen eine 16 % höhere Wasserhaltekapazität auf, was seltener zu Trockenheitsstress führt.

Aus Applied Soil Ecology 85 (2015) 86-93

Ein chinesischer Dauerversuch über 20 Jahre (1989 bis 2009) brachte vergleichbare Ergebnisse. Durch Kompost wurde die organische Bodensubstanz um 172 % gegenüber der ungedüngten Variante gesteigert; durch eine NPK-Düngung lediglich um 56 %.

Aus Biology and Fertility of Soils; February 2015, Volume 51, Issue 2, pp 137-150

Im Rahmen des Klimaschutzes rückt die Kohlenstoffeinlagerung (Sequestrierung) immer stärker in den Fokus. Kühe werden zu Unrecht als Klimabelaster dargestellt. Die Soil Carbon Coalition in Nordamerika präsentiert einige interessante Beispiele, dass genau das Gegenteil zutrifft. Im US-Bundesstaat Oregon wurde einige seit 23 Jahren landwirtschaftlich ungenutzte Bodenschutzflächen in Weiden umgewandelt. Dadurch stieg der Kohlenstoffgehalt in den obersten 10 cm innerhalb von drei Jahren um 23 %. Im kanadischen Saskatchewan wurden sogar Werte von über 40 % gemessen. Dabei schnitt die intensive Beweidung deutlich besser ab als die extensive Beweidung.

Untersuchungen des National Trust in Großbritannien zeigten, dass die Weidemast eine bessere Klimabilanz aufweist als die Mast in der Kombination mit Ackerfutterbau. Der National Trust verwaltet viele Grünlandflächen. In den Böden intensiv genutzter Grünlandflächen sind in 0 bis 30 cm Tiefe 63.6 Tonnen Kohlenstoff je Hektar enthalten, bei extensiver Beweidung sind es nur 53.3 Tonnen; auf ackerbaulich mit Scheibeneggen bestellten Flächen sind es nur 31.7 Tonnen je Hektar.

Noch deutlichere Ergebnisse liegen aus Westaustralien vor. Durch den Anbau von Dauerkulturen wurden in den obersten 30 cm Boden 25 Tonnen organischer Kohlenstoff eingelagert. In dem von Milchkühen beweideten Grünland waren es 101 Tonnen.

In Australien ist Wasser meistens ein Mangelfaktor. Durch die Steigerung des Gehalts an organischen Kohlenstoff um 1 % (im Vergleich zur gesamten Bodenmasse) verbessert sich die Wasserhaltekapazität um 2 bis 5 mm. Auf unproduktiven Weizenböden (weniger als 34 dt/ha) sank der Kohlenstoffgehalt innerhalb von 25 Jahren um bis zu 21 %. Auf den produktivsten Böden (68 dt/ha) stieg der Gehalt an organischen C um 32 %.

Aus dem Landwirtschaftsarchiv der westaustralischen Regierung

Die Direktsaat führt im Vergleich mit der konventionellen Bodenbearbeitung zu einer Steigerung des Kohlenstoffgehalts in den obersten 10 cm um 8 kg organischen Kohlenstoff je Tonne Boden. Unterhalb von 10 cm bleibt der Kohlenstoffgehalt unverändert. Bei 400 mm Niederschlag lagen die C-Gehalte 30 % niedriger als bei 750 mm.

Aus Soil Sci. Soc. Am. J. 56 (1999):1577-1582

In Zukunft können sich viele Parameter der Bodenqualität wesentlich einfacher bestimmen und zwar mit der allseits bekannten Nahinfrarot-Spektroskopie. Das beweisen Untersuchungen an 40 irischen Grünland- und Ackerbaustandorten. Exzellente Übereinstimmung gab es mit dem organischen Kohlenstoffgehalt des Bodens, dem Stickstoffgehalt, mit dem C:N-Verhältnis sowie dem extrahierbaren Magnesium- Gehalt.

Aus Geoderma, Volumes 243–244, April 2015, Pages 80–91

Nach US-amerikanischen Untersuchungen lässt sich die Kationen-Austausch-Kapazität sehr gut mit tragbaren Geräten für die Radar-Fluoreszens-Spektrometrie bestimmen.

Aus Geoderma Volumes 239–240, February 2015, Pages 130–134

Mit der wachsenden Nutzung von Gülle und Biomasse als Biogas wird weniger Kohlenstoff auf die Felder zurückgeführt. Durch die Methanbildung im Fermenter (Inkubationszeit 245 Tage bei 20°C) werden aus der Gülle 46 % des Kohlenstoffs verbraucht. Dies verursacht einen Rückgang der mikrobiologischen Aktivität im Boden. Ohne die Biogasphase ging aus den Substraten im Boden doppelt so viel Kohlenstoff verloren wie mit der Biogasphase. Langfristig gesehen bleibt die Kohlenstoffanreicherung in beiden Systemen gleich; 12 bis 14 % des Kohlenstoffs werden im Boden angereichert.

Soil Biology and Biochemistry Volume 58, March 2013, Pages 82–87 (Dänemark)

! N E U ! Eine belgische Untersuchung zur Wirkung von Maisernteresten belegt, dass der Kohlenstoffgehalt auf Sandböden 2.5mal höher ansteigt als auf Schluff- und Tonböden. Verantwortlich dafür ist die Bildung von organo-mineralischen Verbindungen im Boden. Dabei handelt es sich um Eisen-Aluminium-Verbindungen.

Aus dem European Journal of Soil Science Mai 2016