Diversifizierte Anbausysteme steigern die Stickstoffversorgung, nicht aber den Kohlenstoffgehalt im Boden, wie ein laufender Feldversuch zeigt

Laut einer neuen Studie von Forschern der Iowa State University haben längere, vielfältigere Fruchtfolgen, die mit Viehdung gedüngt werden, viele Vorteile für die Umwelt, aber die Kohlenstoffbindung gehört nicht dazu.

Die Erkenntnisse, veröffentlicht diesen Monat in Nachhaltigkeit in der Naturwidersprechen langjährigen Annahmen und könnten Auswirkungen auf verschiedene Kohlenstoffmarktinitiativen haben, die zur Eindämmung des Klimawandels beitragen sollen, sagte Wenjuan Huang, Assistenzprofessor für Ökologie, Evolution und Organismenbiologie.

„In einem diversifizierten Anbausystem gibt es mehr Kohlenstoffeintrag. Wir sind also davon ausgegangen, dass mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert wird. Tatsächlich hat sich der Kohlenstoffgehalt im Boden jedoch über 20 Jahre hinweg nicht verändert, obwohl diese regenerativen Bewirtschaftungspraktiken immer noch wertvoll sind.“ auf andere Weise“, sagte Huang, einer der Hauptmitautoren der Studie.

Die Studie basiert auf Daten, die im Rahmen des laufenden Feldversuchs auf der Marsden Farm im US-Bundesstaat Iowa östlich von Boone gesammelt wurden. Dabei wird seit 2001 eine traditionelle zweijährige Mais-Sojabohnen-Rotation mit drei- und vierjährigen Systemen verglichen, die in einem Jahr gemischt werden B. Luzerne, Klee oder Hafer und ersetzen Sie den Großteil des synthetischen Stickstoffdüngers für Mais durch Rindermist.

Eine größere Vielfalt an Wurzeln und die Zugabe von Gülle erhöhen den Kohlenstoffeintrag in den drei- und vierjährigen Fruchtfolgen. Aber wenn mehr organisches Material in den Boden gelangt, wird auch die mikrobielle Aktivität angeregt, was die Zersetzung beschleunigt und zu einem Anstieg der Kohlendioxidemissionen führt, die dem erhöhten Kohlenstoffeintrag entgegenwirken können.

Proben sowohl des Oberbodens als auch der Kerne, die etwas mehr als 3 Fuß tief waren, wiesen in allen drei Arten von Testparzellen ähnliche Gehalte an organischem Kohlenstoff im Boden auf, während die Bodenkerne aus diversifizierten Anbausystemen mehr Kohlendioxid produzierten, wenn sie etwas länger als einen Monat im Labor inkubiert wurden Jahr.

Durch die Analyse stabiler Kohlenstoffisotope in den Kernemissionen des Bodens stellten die Forscher fest, dass der verstärkte Zerfall in längeren Rotationen nicht nur die zusätzlichen Kohlenstoffeinträge verbrauchte. Alle Proben gaben ähnliche Mengen Kohlendioxid aus Maispflanzenrückständen ab, obwohl Mais häufiger in der standardmäßigen zweijährigen Fruchtfolge angebaut wurde. Das zeige, dass die verstärkte Zersetzung in diversifizierten Anbausystemen zum Teil ältere organische Stoffe aus früheren Maispflanzen ernähre, sagte Huang.

Die in der Studie verwendete neuartige Kohlenstoffverfolgungsmethode könnte Forschern – und Kohlenstoffmärkten – dabei helfen, ihre Modelle zur Vorhersage von Kohlenstoffveränderungen im Boden zu verbessern.

„Isotope verbessern unser Verständnis darüber, wie lange Kohlenstoff im Boden verbleiben kann. In gewisser Weise können wir die Bodenmikroben fragen, was sie zum Abendessen gegessen haben“, sagte der Co-Autor der Studie, Steven Hall, jetzt Assistenzprofessor an der University of Wisconsin-Madison , der die Studie während seiner vorherigen Position an der Iowa State initiierte und leitete.

Auch ohne die Bindung von mehr Kohlenstoff können diversifizierte Anbausysteme positive Auswirkungen auf das Klima haben. Der schnellere Abbau organischer Bodensubstanz produziert auch mehr Stickstoff, den Pflanzen zum Gedeihen benötigen, insbesondere Mais. Forscher fanden heraus, dass organischer Stickstoff in den länger rotierenden Bodenproben mit einer um etwa 70 % höheren Rate in pflanzennährenden anorganischen Stickstoff umgewandelt wurde.

Die erhöhte Stickstoffverfügbarkeit in den diversifizierten Anbausystemen trug dazu bei, dass ausreichend synthetischer Dünger durch Gülle ersetzt wurde, um die Emissionen von Lachgas, einem starken Wärmespeichergas, um geschätzte 60–70 % Kohlendioxidäquivalent zu reduzieren. Das könnte auch ein relevanter Faktor sein, den es auf den Kohlenstoffmärkten zu berücksichtigen gilt, sagte Huang.

„Der Kompromiss zwischen Kohlenstoffanreicherung und Stickstoffversorgung ist wichtig“, sagte Huang.

Weitere Informationen:
Bo Yi et al., Diversifizierte Anbausysteme mit begrenzter Kohlenstoffanreicherung, aber erhöhter Stickstoffversorgung, Nachhaltigkeit in der Natur (2025). DOI: 10.1038/s41893-024-01495-4

Zur Verfügung gestellt von der Iowa State University

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