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15.05.09 Wird die Steppe als Kohlenstoff-Senke überschätzt?

Steppenböden als Klimaretter?

Bodenkundler entzaubern eine Umweltschützer-Hoffnung

Fruchtbare Grassteppen bedecken rund 40% der festen Erdoberfläche. Die Einheimischen - zum Beispiel in der Mongolei - nutzen sie derzeit intensiv als Weideland. Klimaschützern wäre es lieber, die Beweidung zu stoppen: Denn die Grasländer der Erde gelten, wenn man sie der Natur überlässt, als hervorragende Kohlenstoffsenke. Man nimmt an, dass der sich erholende Boden durch das Pflanzenwachstum große Mengen des klimaaktiven Gases CO2 speichern kann. In den globalen Kohlenstoffbilanzen wird der Nutzungswandel in Steppen deshalb bereits als Möglichkeit zur Entlastung der Atmosphäre berücksichtigt. Doch Bodenkundler der TU München stellen diese Idee jetzt in Frage.

Abb. 1: Kurz- bis Mischgrassteppe in Nordchina. Typischerweise besteht sie aus den Gräsern Leymus chinensis und Stipa grandis.
Quelle: Markus Steffens / TUM

Kann man ungenutztes Weideland zur CO2-Reduktion und damit zur Abschwächung des Treibhauseffekts nutzen? Hoffentlich ja - so die bisherige Antwort der Wissenschaft. Denn die Steppen der Erde gelten landläufig als "Kohlenstoffsenken", also als CO2-Speicher. Die Logik dahinter: Pflanzen brauchen zum Wachstum CO2 - wenn man sie an Ort und Stelle auch wieder verrotten lässt, bindet dieses zusätzliche organische Material den beim Wachsen verbrauchten Kohlenstoff im Boden. Ein Forscherteam des Lehrstuhls für Bodenkunde von der Technischen Universität München (TUM) hat diese Theorie, die vor dem Hintergrund des Klimawandels auch umweltpolitisch bedeutsam wird, jetzt genauer beleuchtet.

Dazu fuhren Mitarbeiter von Prof. Ingrid Kögel-Knabner nach Nordchina. Das dortige fruchtbare Steppenland wird seit Jahrtausenden von Nomaden als Weideland genutzt. Seit dem 20. Jahrhundert ist die Beweidung jedoch teilweise so intensiv geworden, dass der Boden Schaden nimmt: In überweideten Regionen sind Staubstürme und Wüstenbildung die Folge. Dies lässt sich vermutlich durch ein besseres Beweidungsmanagement abmildern. Klimaschützer hoffen aber auch auf eine Auswirkung auf die Kohlenstoffsenke, wenn die Beweidung besser kontrolliert oder ganz eingestellt wird. Um diesen Effekt zu untersuchen, stellten sich die Forscher der TUM eine Grundfrage: Wie verändert sich die Bodenchemie, wenn keine Schaf- und Ziegen-Herden mehr die Steppe abgrasen?

Abb. 2: Direktvergleich intensive beweidete Kurzgrassteppe mit unbeweideter Kurzgrassteppe. Deutlich erkennbar sind Flecken unbedeckten Bodens auf der intensiv beweideten Fläche. Hier kann Boden sehr leicht vom Wind erodiert werden.
Quelle: Martin Wiesmeier / TUM

Die Wissenschaftler nahmen dazu Bodenproben einer chinesischen Versuchsfläche, die zu Forschungszwecken vier verschiedene Nutzungsintensitäten nebeneinander vorhält: zwei seit 1979 und seit 1999 unbeweidete Landstücke, eine Fläche, die nur im Winter als Weideland genutzt wird sowie ein Areal, auf dem das ganze Jahr über Schafe und Ziegen weiden. Die Proben haben sie dann am Wissenschaftszentrum Weihenstephan im Labor auf ihre Einzelbestandteile und ihre Stabilität analysiert. Vorher zerlegten sie das chinesische Erdreich in einem aufwändigen Filtrations- und Abscheideprozess in seine Einzelzeile - so genannte Fraktionen.

Denn die organische Substanz des Bodens ist ganz verschieden: Gerade erst abgestorbene Pflanzenteile liegen frei im Boden vor. Beim ersten Abbau wird ein Teil des im Kompost gebundenen Kohlenstoffs von den verarbeitenden Organismen als CO2 veratmet und in die Atmosphäre zurückgeführt. Bodenteilchen, die bereits weiter zerkleinert und chemisch abgebaut sind, können miteinander zu Aggregaten verkleben. Da diese "Bodenklümpchen" organisches Material einschließen, schützen sie es vor dem Abbau durch Bakterien und Pilze - der darin enthaltene Kohlenstoff ist somit vorübergehend der Atmosphäre entzogen. Diese Aggregate halten jedoch nur ein paar Wochen bis Jahre. Nach ihren Zerfall werden die Pflanzenteile unter CO2-Ausstoß weiter abgebaut. Erst zum Schluss können sich die Pflanzenstückchen auch an kleinste Tonteilchen von weniger als 0,002 Millimetern anlagern. Auf diese Weise kann klimaschädliches CO2 dann jahrtausendelang im Boden stabilisiert werden. Soweit die Theorie.

Abb. 3: Typischer Boden im Untersuchungsgebiet
Quelle: Markus Steffens / TUM

Doch der Bodenproben-Vergleich durch Weihenstephaner Bodenkundler brachte eine Überraschung zu Tage: Zwar hatte 25 Jahre nach dem kompletten Beweidungs-Stopp die organische Substanz im Boden deutlich zugenommen, die strapazierte Steppe hat sich wieder erholt. Doch der größte Teil der zusätzlichen Pflanzenreste war sehr jung - und daher hauptsächlich frei oder in Aggregaten kurzfristig geschützt. Was die Klimabilanz weiter verwässerte: Die organische Substanz, die sich an winzige Tonteilchen angelagert hatte, war nicht - wie bisher angenommen - sehr lange stabilisiert worden, sondern auch recht frisch. "Offenbar ist diese Fraktion längst nicht so stabil wie bisher angenommen und kann bei einem Wechsel der Nutzung auch schnell abgebaut werden", so Projektbearbeiter Markus Steffens vom TUM-Lehrstuhl für Bodenkunde.

Der Beweidungsstopp in der chinesischen Steppe hatte also nicht den Effekt, von dem Klimaschützer bisher geträumt haben. Im Gegenteil: Offenbar haben gerade die zusätzlichen Mengen an Pflanzenmaterial dazu geführt, dass die bisher als stabil geltende Fraktion weiter abgebaut wird. Anscheinend sind riesige Steppengebiete also gar keine wirkliche Senke für CO2. Steffens sieht sogar eine weitere Gefahr: "Laut Prognosen wird das Klima vor Ort in den nächsten Jahren feuchter. Dann könnte ein großer Teil des neuen Kohlenstoffs, der nur wenig geschützt in Aggregaten vorliegt, sogar noch schneller von Mikroorganismen abgebaut werden und so wieder in die Atmosphäre gelangen."

Quelle:

Alteration of soil organic matter pools and aggregation in semi-arid steppe topsoils as driven by organic matter input
M. Steffens, et. al., Eur. J. Soil Sci. 2009, DOI: 10.1111/j.1365-2389.2008.01104.x

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Wird die Steppe als Kohlenstoff-Senke überschätzt?
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2009mai/steppe.shtm)

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