In den letzten Jahren stand die zunehmende Belastung des Planeten durch die globale Erwärmung im Mittelpunkt von Eindämmungsstrategien, wobei Projekte zur Kohlenstoffbindung eine wichtigere Rolle dabei spielen, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu ziehen, um es in fester oder flüssiger Form zu speichern und so die Häufigkeit zu verringern dieses Treibhausgas. Auf diese Weise wird die Eindämmung der Sonnenstrahlung auf der Erde verringert und somit ein Rückgang der Temperatur auf dem Planeten unterstützt.
Ein solches Kohlenstoffsequestrierungsprojekt konzentrierte sich auf tropische Savannen und nutzte das Pflanzen von Bäumen (bekannt als Aufforstung), um Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen und es in der Holzbiomasse des wachsenden Baums und des Bodens als organischen Kohlenstoff zu speichern. Es ist bekannt, dass die frühere oberirdische Kohlenstoffspeicherung effektiv ist, die unterirdische Kohlenstoffspeicherung im Boden ist jedoch weniger gut verstanden.
Den Erfolg dieses Projekts zu messen, bleibt eine Herausforderung, da Gräser auch organischen Kohlenstoff im Boden produzieren, und neue Forschungsergebnisse wurden in veröffentlicht Naturgeowissenschaften zielt darauf ab, die beiden zu entkoppeln, damit die Effizienz und Ausweitung von Aufforstungs-Kohlenstoffsequestrierungsprojekten bestimmt werden kann.
Dr. Yong Zhou, Assistenzprofessor an der Utah State University, USA, und Kollegen untersuchten ein solches Projekt im Krüger-Nationalpark, Südafrika, neben einer Vielzahl globaler tropischer Savannen.
Die Forscher fanden heraus, dass Gräser bis in eine Tiefe von 1 m über die Hälfte des organischen Kohlenstoffs im Boden beitragen, und dies war immer noch der Fall für Böden direkt unter Bäumen. Der organische Kohlenstoff im Boden variierte mit zunehmender Baumbedeckung ebenfalls positiv und negativ und erreichte einen Anstieg von maximal 6 %, was zeigt, dass die Aufforstung bei der Kohlenstoffbindung möglicherweise nicht so effektiv ist wie ursprünglich erhofft, insbesondere im Vergleich zu Gräsern.
Dennoch können Bäume eine gewisse symbiotische Wirkung bei der Steigerung der Grasproduktivität in trockenen und halbtrockenen Savannen haben (in denen weniger als 700 mm Niederschlag pro Jahr fallen), was sich auf die gesamte Kohlenstoffspeicherung des Systems auswirkt. Umgekehrt ist in mesischen Savannen (über 700 mm Niederschlag pro Jahr) die Auswirkung der Baumbedeckung auf die Grasproduktivität negativ, was zu einem Rückgang des gesamten organischen Kohlenstoffs im Boden führt.
Ein weiterer Faktor, der die Kohlenstoffspeicherung im Boden beeinflusst, ist die Art des Bodens; Tonreiche Böden haben eine höhere Kohlenstoffspeicherkapazität als sandigere Substrate. Letzteres ermöglicht jedoch eine bessere Entwässerung und ermöglicht das Wachstum holziger Vegetation, was die Kohlenstoffspeicherung in der oberirdischen Biomasse unterstützt.
Die Forscher führten Analysen zur Art des gespeicherten Kohlenstoffs durch (basierend auf Kohlenstoffisotopen, demselben Element mit unterschiedlichen Atommassen), der durch verschiedene Photosynthesewege erzeugt wird: C4 für Gräser und C3 für Bäume. Auf diese Weise konnten sie bestimmen, welche die Hauptquelle für den in den Testböden gespeicherten Kohlenstoff war. Dies wurde dann mit 148 Bodenprofilen aus globalen tropischen und subtropischen Savannen kombiniert, um einen Überblick über den Beitrag von Gräsern im Vergleich zu Bäumen bei unterschiedlichen Niederschlags- und Baumbedeckungsgradienten zu erstellen.
Im gesamten Krüger-Nationalpark wurden 98 Bodenproben entnommen und Analysen ergaben, dass 76 % des organischen Kohlenstoffs im Boden aus Gräsern stammten, während dieser Wert in allen tropischen Regionen bei 57 % lag und immer noch 51 % aus Gräsern direkt unter Bäumen stammten. Für Kruger stellten die Forscher eine deutlich positive Korrelation zwischen organischem Kohlenstoff im Boden und Grasbiomasse fest, jedoch eine negative Reaktion auf den zunehmenden Sandgehalt.
Im Vergleich dazu sind Gräser besser an die Gewinnung von Wasser und Nährstoffen aus lehmreichen Böden angepasst als Bäume (die nur 24 % des Kohlenstoffs im Park ausmachen). Global gesehen hatten südamerikanische Savannen im Vergleich zu denen in Afrika und Australien den niedrigsten organischen Kohlenstoffgehalt im Boden, was die Forscher auf einen Nährstoffmangel zurückführen, der ein erhebliches Graswachstum verhindert. Darüber hinaus können die höheren Niederschläge in Südamerika ein dichteres Wachstum der Baumkronen begünstigen, wobei die anschließende Beschattung am Boden die Entwicklung von Gras und damit die Speicherung von Kohlenstoff behindert. Stattdessen dominiert hier die Kohlenstoffspeicherung in Baumbiomasse.
Dennoch errechnete das Forschungsteam, dass die Aufforstung in grasbewachsenen Ökosystemen den organischen Kohlenstoff im Boden um 5,74 Megagramm Kohlenstoff pro Hektar erhöhte. Dies war in den oberen 30 cm der analysierten 1-m-Bodenprofile am deutlichsten.
Da ein Großteil dieses organischen Kohlenstoffs in der Oberflächenschicht konzentriert ist, besteht die Gefahr, dass er bei Waldbränden, die den Boden verbrennen und jeden Sommer immer häufiger auftreten, wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Daher besteht der vorgeschlagene Ansatz darin, sich auf Gräser als Haupttreiber der Kohlenstoffbindung in Savannen zu verlassen und die zusätzlichen Gewinne von Aufforstungsprojekten zu überdenken. Diese haben zwar einige positive Auswirkungen auf die Steigerung der Grasproduktivität und die Speicherung von mehr Kohlenstoff in größerer Tiefe, entfernt von potenziellen Busch-/Waldbränden, da die Baumwurzeln tiefer reichen, sie reichen jedoch möglicherweise nicht aus, um die Kosten für die Bewirtschaftung der Wasserressourcen und die Artenvielfalt bei ihrem Wachstum aufzuwiegen .
Weitere Arbeiten müssen durchgeführt werden, um die Auswirkungen verschiedener Grasarten auf die Kohlenstoffbindung im Boden, den Tongehalt und die Mineralien, das Alter der Baumbiomasse sowie die Wirkung von Pflanzenfressern, die in dem Gebiet grasen, zu bestimmen.
Mehr Informationen:
Yong Zhou et al., Bodenkohlenstoff in tropischen Savannen, der hauptsächlich aus Gräsern stammt, Naturgeowissenschaften (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01232-0.
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