16.06.2023 Ι Eine Studie der Universität Zürich im Sierra Nevada National Forest in Kalifornien zeigt: Böden sind der grösste Speicher für Kohlenstoff, aber auch eine der wichtigsten Quellen für CO₂ in der Atmosphäre. Die Klimaerwärmung beschleunigt den Humus-Abbau.

Etwa ein Viertel der weltweiten Kohlenstoffemissionen werden durch Wälder, Gras- und Weideland gebunden. Pflanzen speichern mit Hilfe der Photosynthese Kohlenstoff in ihren Zellwänden und im Boden. Etwa die Hälfte des Bodenkohlenstoffs befindet sich in den tieferen Bodenschichten, in mehr als 20 Zentimetern Tiefe. Doch auch diese Schichten werden durch den Klimawandel erwärmt. Dabei reduzieren sich auch die Wachs- und Holzstoffe, die den Pflanzen bei der Speicherung von Kohlenstoff in den Blättern und Wurzeln helfen.

Experimente zeigen Verlust von Kohlenstoff

Die Erwärmung führt zu einem erheblichen Verlust jener organischen Verbindungen, die den Pflanzen helfen, Kohlenstoff in ihren Blättern und in ihren Wurzeln zu speichern. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass diese chemisch stabileren Verbindungen dem natürlichen Abbau länger widerstehen und somit Kohlenstoff im Boden speichern. Die Studie unter der Leitung von Forschenden des Geographischen Instituts der UZH zeigt nun, dass Lignin, das den Pflanzen Steifigkeit verleiht, um 17 % reduziert war. Cutin und Suberin – wachsartige Verbindungen in Blättern, Stängeln und Wurzeln, die die Pflanzen vor Krankheitserregern schützen –, waren fast 30 % weniger vorhanden. Selbst der pyrogene, organische Kohlenstoff, der nach einem Waldbrand zurückbleibt, war deutlich weniger vorhanden.

Die Experimente wurden in den Wäldern der kalifornischen Sierra Nevada durchgeführt. Der Boden wurde während 4,5 Jahren in einer Tiefe von einem Meter künstlich um 4 Grad Celsius aufgeheizt, einschliesslich der Tages- und Jahreszeitenzyklen. Diese Erwärmung entspricht den Prognosen eines Klimaszenarios bis zum Ende des Jahrhunderts, bei dem die Erwärmung wie bisher unverändert weitergeht.

CO₂-Emissionen an der Quelle stoppen

Diese Erkenntnis hat grosse Bedeutung für eine der Schlüsselstrategien im Kampf gegen die globale Erwärmung, nämlich auf Böden und Wälder als natürliche Kohlenstoffsenken zu setzen. Dazu werden unter anderem Nutzpflanzen mit besonders tiefen Wurzeln und korkreicher Biomasse entwickelt. „Bisher ging man davon aus, dass damit CO₂ im Boden zurückgehalten werden kann“, sagt Michael W. Schmidt, UZH-Professor für Geographie und Letztautor der Studie. „Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass alle Bestandteile des Bodenhumus gleichermaßen weniger werden, einfache chemische Stoffe genauso wie komplexe Bestandteile. Wenn sich diese ersten Beobachtungen auch in längerfristigen Feldexperimenten bestätigen, hätte das erschreckende Konsequenzen.“ Verliert der Waldboden massiv an Bodenhumus und setzt dieser Kohlenstoff als CO₂ frei, beschleunigt das die Erwärmung weiter. „Die Emissionen an der Quelle zu stoppen, muss unser Ziel sein“, so Schmidt.

Literatur

Zosso, C.U., Ofiti, N.O.E., Torn, M.S. et al. Rapid loss of complex polymers and pyrogenic carbon in subsoils under whole-soil warming. Nature Geoscience. 16, 344–348 (2023). Doi: 10.1038/s41561-023-01142-1