Laut Studie ist eine bessere Technologie erforderlich, um den organischen Kohlenstoff im Boden und die Ernteerträge zu steigern

Die Erhöhung des organischen Kohlenstoffs im Boden wird als Mittel zur Bekämpfung des Klimawandels und zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit und der Ernteerträge angepriesen. Ein neues Papier zeigt jedoch, dass versprochene Ertragssteigerungen auf globaler Ebene mit aktuellen Technologien und optimalen Bewirtschaftungspraktiken vernachlässigbar wären.

Wichtig ist, dass in dem Papier festgestellt wird, dass Regionen mit geringer Ernährungssicherheit, wie beispielsweise Afrika südlich der Sahara, stärker von Ertragssteigerungen profitieren könnten, wenn neue Wege entwickelt werden könnten, um den organischen Kohlenstoff im Boden auf Werte zu erhöhen, die über das hinausgehen, was mit aktuellen landwirtschaftlichen Bewirtschaftungspraktiken erreicht werden kann. Daher müssten neue Strategien, die noch nicht weit verbreitet sind, wie die Umverteilung von Kohlenstoff in Form von Pflanzenkohle, evaluiert werden.

Das Papier, „Globale Steigerung der Pflanzenproduktion durch organischen Kohlenstoff im Boden,“ veröffentlicht in Naturgeowissenschaftenstellt fest, dass verfügbare Techniken zur Erhöhung des organischen Kohlenstoffs im Boden die globale Pflanzenproduktion nur um 0,7 % steigern würden.

„Dies ist wirklich die erste glaubwürdige quantitative Studie zur Ermittlung der Auswirkungen von organischem Bodenkohlenstoff auf den globalen Ernteertrag, und es ist klar, dass der Ernteertrag mit zunehmendem organischen Bodenkohlenstoff zunimmt“, sagte Johannes Lehmann, Liberty Hyde Bailey-Professor an der School of Integrative Pflanzenwissenschaft am College of Agriculture and Life Sciences (CALS). „Allerdings ist das mit der aktuellen Technologie und optimalem Management nicht so viel.“

Verbesserte Erträge werden als Anreiz für Landwirte propagiert, Strategien zur Bindung von organischem Kohlenstoff in Böden einzuführen, die das Vier- bis Sechsfache des Kohlenstoffs speichern, der als CO2 in der Atmosphäre vorkommt.

„Unsere Studie zeigt, dass die weitverbreitete Annahme, dass die Speicherung von organischem Kohlenstoff in Böden große positive Auswirkungen auf die Pflanzenproduktivität mit sich bringen würde, falsch ist“, sagte Co-Hauptautor Dominic Woolf, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter an der School of Integrative Plant Science Soil and Crop Sciences Abschnitt (CALS).

„Wenn wir organischen Kohlenstoff im Boden speichern wollen, um ihn für das Klima zu nutzen, müssen wir Wege finden, Anreize für Landwirte zu schaffen, ein gutes Kohlenstoffmanagement einzuführen und aufrechtzuerhalten, ohne davon auszugehen, dass es sich einfach durch bessere Ernten amortisiert“, sagte Woolf.

Wenn zukünftige Technologien gleichzeitig den organischen Kohlenstoff im Boden auf ein optimales Niveau erhöhen können, könnte die weltweite Produktion der drei wichtigsten Grundnahrungsmittel (Mais, Weizen und Reis) um 4,3 % steigen, genug, um weitere 640 Millionen Menschen zu ernähren.

Die Forscher fanden heraus, dass organischer Kohlenstoff im Boden die Erträge jeder Kultur nur bis zu einem bestimmten Punkt verbessern kann, darüber hinaus gibt es keinen zusätzlichen Effekt.

„Der Weg, einen Unterschied in der weltweiten Pflanzenproduktion von 4,3 % zu erreichen, besteht darin, Dinge zu tun, von denen wir noch nicht wissen, wie man sie macht“, sagte Lehmann.

Zu den neuen Technologien könnten tief verwurzelte mehrjährige Pflanzen gehören, die derzeit umfassend erforscht werden, und Biotechnologien wie Maissorten, die mehr Kohlenstoff in den Boden pumpen.

Die lokale Umverteilung von Kohlenstoff in Form von Biokohle – organischem Abfallmaterial oder Biomasse, die teilweise in Gegenwart von begrenztem Sauerstoff verbrannt wird, um einen haltbaren, kohlenstoffreichen Feststoff zu erzeugen – könnte eine plausible Lösung sein, sagte Lehmann. Derzeit basieren Methoden zur Verbesserung des organischen Kohlenstoffs im Boden auf der Produktion und Speicherung von Kohlenstoff vor Ort aus Pflanzen, die auf Feldern wachsen.

„Wir haben nicht darüber nachgedacht, Kohlenstoff von hier nach dort zu transportieren“, sagte Lehmann. „Mit Pflanzenkohle kann man sie prinzipiell in einer Stadt herstellen und auf ein paar hundert Kilometer entferntes landwirtschaftliches Feld transportieren.“

Die Studie nutzte Daten aus Feldversuchen, die zwischen 2005 und 2013 im Rahmen der National Soil Test and Fertilizer Recommendation Projects in China durchgeführt wurden. Auf Weizen-, Reis- und Maisfeldversuche von insgesamt 13.662 Standorten und 66.593 Behandlungen wurde zugegriffen. Die Standorte erstreckten sich über China und repräsentierten viele Klimazonen und 90 % der auf der Erde vorkommenden Bodentypen. Die Versuche wurden größtenteils über einzelne Jahreszeiten hinweg durchgeführt, was es den Forschern ermöglichte, die Auswirkungen des organischen Kohlenstoffs im Boden auf die Erträge zu bestimmen, ohne den störenden Faktor, dass jede Jahreszeit Blatt-, Stängel- und Wurzelstreu den vorhandenen Kohlenstoff im Boden erhöht, was wiederum Auswirkungen auf die Erträge hat.

Anschließend nutzten die Forscher maschinelles Lernen, um bei optimaler Bodenbewirtschaftung zu extrapolieren, welche Ertragseffekte bei Bodentypen auf der ganzen Welt auftreten könnten.

„Wir sollten uns auf diese Regionen konzentrieren, in denen sich eine Steigerung der Ernteerträge auf die Ernährungssicherheit und Ernährung der Bevölkerung auswirken wird“, sagte Lehmann. Ein Vorbehalt besteht darin, dass die Daten unter optimalen Managementstrategien, einschließlich Pestiziden und Düngemitteln, gewonnen wurden. Das Ausmaß, in dem Nahrungsmitteldefizite durch organischen Bodenkohlenstoff in Ländern mit unsicherer Ernährung, die keinen Zugang zu Düngemitteln und Pestiziden haben, verringert werden könnten, ist daher unbekannt.

Woolf ist zusammen mit Yuqing Ma, einem Ph.D., Co-Hauptautor des Artikels. Student an der China Agricultural University und ehemaliger Gastwissenschaftler an der CALS. Minsheng Fan, Ma’s Berater und Forscher an der China Agricultural University, ist neben Lehmann Co-Korrespondentautor. Zu den Mitautoren gehörten Forscher des Ministeriums für Landwirtschaft und ländliche Angelegenheiten der Volksrepublik China.