CO2-Speicherung durch abgestorbene Pflanzenteile

Böden sind ein wichtiger Akteur im globalen Kohlenstoffkreislauf, da sie mehr als doppelt so viel Kohlenstoff speichern wie die Atmosphäre. Forschende haben die Rolle von pflanzlichen Kohlenstoffeinträgen für eine erhöhte Bodenkohlenstoffspeicherung nun genauer untersucht.

„Kleine Teile von abgestorbenen Pflanzen werden oft nur als Fast Food für Bakterien und Pilze im Boden gesehen. Wir haben gezeigt, dass Pflanzenreste tatsächlich eine größere Rolle bei der Bildung und Speicherung von Kohlenstoff im Boden spielen als bisher angenommen“, sagt Kristina Witzgall, Wissenschaftlerin am Lehrstuhl für Bodenkunde an der TUM.

Pflanzenreste können Kohlenstoff speichern

Die Forschungsgruppe ahmte in einer Studie den natürlichen Zersetzungsprozess von Pflanzenresten im Labor nach, um zu analysieren, wie genau Kohlenstoff im Boden gespeichert wird. Dazu wurden die Pflanzenreste direkt in das Bodenmaterial eingemischt und anschließend in kleine Zylinder eingekapselt. Nach einer Inkubationszeit von drei Monaten analysierten die Forschenden die chemischen Prozesse mit einem speziellen bildgebenden Verfahren, das selbst kleinste Details sichtbar macht.

„Es zeigte sich, dass Pilze eine besonders wichtige Rolle bei der Zersetzung der zugegebenen Pflanzenreste spielen – mehr als Bakterien. Wir konnten sehen, dass eine Verlagerung von pflanzlichem Kohlenstoff tiefer in den Boden stattfindet. Dies geschieht als Folge der Ausdehnung der Hyphen-Netzwerke von Pilzen“, sagt Kristina Witzgall.

„Die Pilze wickeln ihre weißen Fäden um die Pflanzenreste und „verkleben“ sie mit dem Boden. Dann fressen die Pilze den Kohlenstoff in den Pflanzen und speichern viel Kohlenstoff im Boden“, erklärt Carsten Müller Professor an der Universität Kopenhagen und einer der Autoren der Studie.

Deutlich verlängerte Kohlenstoffspeicherung im Boden

In der Vergangenheit hat sich die Wissenschaft hauptsächlich auf die Kohlenstoffspeicherung an der Oberfläche von Mineralen wie Ton konzentriert. Aber die neuen Erkenntnisse zeigen, dass Pflanzenreste selbst die Fähigkeit haben, Kohlenstoff zu speichern, weil wichtige Prozesse direkt an der Oberfläche der Pflanzenreste ablaufen.

„Pflanzenreste sind absolut zentral für die Kohlenstoffspeicherung. Sie können dazu beitragen, dass Kohlenstoff länger im Boden gespeichert wird. Deshalb sollten wir sie in Zukunft viel kalkulierter einsetzen“, sagt Carsten Müller.

Könnte in Zukunft CO2 einsparen

Die Methode, Pflanzenreste verrotten zu lassen, um Ackerflächen zu optimieren, ist nicht neu. „Um durch die Bodenbewirtschaftung den organischen Kohlenstoff im Boden effektiv zu erhöhen, ist ein besseres Verständnis der Dynamik und Komplexität der Bildung und Beständigkeit von Kohlenstoff im Boden erforderlich“, sagt Kristina Witzgall. Mit ihrer Studie haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die mechanistischen Prozesse der Vorgänge im Boden verdeutlicht.

„Pflanzenreste zur Speicherung von Kohlenstoff sind für fruchtbare und klimafreundliche landwirtschaftliche Böden ein wichtiger Faktor. Wir planen in Zukunft auch Versuche, bei denen wir verrottende Pflanzen tiefer in den Boden einbringen, damit der Kohlenstoff dort länger gespeichert werden kann“, sagt Carsten Müller. Wenn bessere Bedingungen für die Kohlenstoffspeicherung im Boden geschaffen werden, könnten dadurch zwischen 0,8 und 1,5 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr gespeichert werden. Zum Vergleich: Die Weltbevölkerung hat in den letzten zehn Jahren 4,9 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr ausgestoßen.

Publikation:

Kristina Witzgall, Alix Vidal, David Schubert, Carmen Höschen, Steffen A. Schweizer, Franz Buegger, Valérie Pouteau, Claire Chenu and Carsten W. Mueller. 2021. Particulate organic matter as a functional soil component for persistent soil organic carbon. Nature Communications.