Neue Forschungsergebnisse von UC Riverside deuten darauf hin, dass Stickstoff, der von gasbetriebenen Maschinen freigesetzt wird, dazu führt, dass trockener Boden Kohlenstoff freisetzt und ihn wieder in die Atmosphäre freisetzt, wo er zum Klimawandel beitragen kann.
Industrielle Fertigung, landwirtschaftliche Praktiken und vor allem Fahrzeuge verbrennen fossile Brennstoffe, die Stickstoff in die Luft abgeben. Infolgedessen hat sich der Stickstoffgehalt in der Erdatmosphäre seit 1850 verdreifacht. Das Forschungsteam wollte verstehen, ob dieser zusätzliche Stickstoff die Fähigkeit des Bodens beeinträchtigt, Kohlenstoff zu speichern und ihn davon abzuhalten, zu einem Treibhausgas zu werden.
„Da Stickstoff als Dünger für Pflanzen verwendet wird, erwarteten wir, dass zusätzlicher Stickstoff das Pflanzenwachstum sowie die mikrobielle Aktivität fördern und dadurch den Kohlenstoffeintrag in den Boden erhöhen würde“, sagte Peter Homyak, Co-Autor der Studie und Assistenzprofessor am Department of Environmental Sciences der UCR .
In Trockenlandboden, der Art, die einen Großteil Südkaliforniens bedeckt, ist dies nicht das, was sie sahen.
Stattdessen fand das Team heraus, dass zusätzlicher Stickstoff unter bestimmten Bedingungen dazu führt, dass Trockenlandböden versauern und Kalzium auslaugen. Calcium bindet an Kohlenstoff, und die beiden Elemente verlassen dann gemeinsam den Boden. Dieser Befund ist detailliert im Tagebuch Biologie des globalen Wandels.
Um ihre Ergebnisse zu erhalten, hat das Forscherteam Bodenproben aus ökologischen Reservaten in der Nähe von San Diego und Irvine genommen, die in Langzeitversuchen mit Stickstoff gedüngt wurden. Dadurch konnten sie genau wissen, wie viel Stickstoff hinzugefügt wurde, und alle beobachteten Effekte erklären.
In vielen Fällen kann Stickstoff biologische Prozesse beeinflussen, die wiederum beeinflussen, wie der Boden Kohlenstoff speichert. Zu solchen Prozessen gehört die Förderung des Pflanzenwachstums sowie die Verlangsamung der Mikroben, die dabei helfen, tote Dinge im Boden zu zersetzen.
Was die Forscher nicht erwarteten, war eine große Wirkung auf die Kohlenstoffspeicherung durch abiotische oder nicht-biologische Mittel.
Die pH-Skala misst, wie sauer oder alkalisch – also basisch – etwas ist. Im Allgemeinen widerstehen Böden dramatischen pH-Änderungen, indem sie Elemente wie Kalzium im Austausch gegen Säure freisetzen. Als mit Stickstoff angesäuerte Böden an einigen der Standorte in dieser Studie versuchten die Böden, dieser Säure zu widerstehen, indem sie Kalzium freisetzten. Dabei ging ein Teil des durch Assoziation mit dem Calcium stabilisierten Kohlenstoffs verloren.
„Es ist ein überraschendes Ergebnis, da der Haupteffekt abiotisch zu sein scheint“, sagte Johann Püspök, Doktorand der UCR-Umweltwissenschaften und Erstautor der Studie. „Das bedeutet, dass auch kahle Bodenflächen ohne Pflanzenbewuchs und geringe mikrobielle Aktivität, die ich immer für Bereiche hielt, in denen nicht viel los ist, von der Stickstoffbelastung betroffen zu sein scheinen.“
Trockener Boden, der sich durch eine begrenzte Fähigkeit, Feuchtigkeit zu speichern, und einen geringen Gehalt an organischer Substanz auszeichnet, bedeckt etwa 45 % der Landfläche der Erde. Es ist für die Speicherung einer großen Menge des weltweiten Kohlenstoffs verantwortlich.
Zukünftige Studien könnten mehr Aufschluss darüber geben, wie stark der Trockenlandboden von der Stickstoffverschmutzung betroffen ist, so wie es die Studienparzellen waren. „Wir brauchen mehr Informationen darüber, wie weit verbreitet solche Versauerungseffekte sind und wie sie unter nicht experimentellen Bedingungen der Stickstoffdeposition funktionieren“, sagte Püspök.
Da es jedoch keine schnelle Lösung für dieses Phänomen gibt und es keinen klaren Weg gibt, den Prozess umzukehren, wenn er einmal begonnen hat, empfehlen Forscher, die Emissionen so weit wie möglich zu reduzieren, damit der Boden seine Kohlenstoffspeicher behält.
„Die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe verursachte Luftverschmutzung hat Auswirkungen auf viele Dinge, einschließlich der menschlichen Gesundheit, indem sie Asthma verursacht“, sagte Homyak. „Es kann sich auch auf die Menge an Kohlenstoff auswirken, die diese Trockenlandsysteme für uns speichern können. Aus vielen Gründen müssen wir die Luftverschmutzung in den Griff bekommen.“
Mehr Informationen:
Johann F. Püspök et al, Auswirkungen der experimentellen Stickstoffdeposition auf die Speicherung von organischem Kohlenstoff im Boden in südkalifornischen Trockengebieten, Biologie des globalen Wandels (2022). DOI: 10.1111/gcb.16563