Böden als CO2-Speicher Warum verrottende Pflanzen gut fürs Klima sind

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Wenn das Feld abgeerntet oder das Blumenbeet verblüht ist, sollte man die Pflanzenreste einfach unterheben. Denn so ist dafür gesorgt, dass ein teil des Kohlendioxids aus den Pflanzen länger im Boden gebunden und somit aus der Atmosphäre entzogen wird. Wie dieser Speicherprozess abläuft und welches Potenzial er für die Reduzierung der CO₂-Emissionen hat, haben Forscher der TU München untersucht.

München – Böden sind ein wichtiger Akteur im globalen Kohlenstoffkreislauf, da sie mehr als doppelt so viel Kohlenstoff speichern wie die Atmosphäre. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben die Rolle von pflanzlichen Kohlenstoffeinträgen für eine erhöhte Kohlenstoffspeicherung im Boden nun genauer untersucht.

„Kleine Teile von abgestorbenen Pflanzen werden oft nur als Fast Food für Bakterien und Pilze im Boden gesehen. Wir haben gezeigt, dass Pflanzenreste tatsächlich eine größere Rolle bei der Bildung und Speicherung von Kohlenstoff im Boden spielen als bisher angenommen“, sagt Kristina Witzgall, Wissenschaftlerin am Lehrstuhl für Bodenkunde an der TUM.

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Großes CO₂-Speicherpotenzial von Böden

Pflanzenreste verrotten zu lassen, um Ackerflächen zu optimieren, ist eine schon länger bekannte Herangehensweise. „Pflanzenreste zur Speicherung von Kohlenstoff sind für fruchtbare und klimafreundliche landwirtschaftliche Böden ein wichtiger Faktor“, betont Prof. Carsten Müller von der Universität Kopenhagen, Co-Autor der Studie. Wenn bessere Bedingungen für die Kohlenstoffspeicherung im Boden geschaffen werden, könnten dadurch zwischen 0,8 und 1,5 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr gespeichert werden, vermuten die Forscher. Zum Vergleich: Die Weltbevölkerung hat in den vergangenen zehn Jahren 4,9 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr ausgestoßen. Bis zu 30 Prozent davon könnte also vorübergehend in Pflanzenresten im Boden gespeichert werden.

Pilze sind wichtige Helfer im Erdreich

Das Team um Witzgall ahmte in einer Studie den natürlichen Zersetzungsprozess von Pflanzenresten im Labor nach, um zu analysieren, wie genau Kohlenstoff im Boden gespeichert wird. Dazu mischten sie die Pflanzenreste direkt in das Bodenmaterial und kapselten die Proben anschließend in kleine Zylinder ein. Nach einer Inkubationszeit von drei Monaten analysierten die Forscher die chemischen Prozesse u. a mit Rasterelektronenmikroskopie und machten so kleinste Details sichtbar.

„Es zeigte sich, dass Pilze eine besonders wichtige Rolle bei der Zersetzung der zugegebenen Pflanzenreste spielen – mehr als Bakterien“, sagt Witzgall. „Wir konnten sehen, dass eine Verlagerung von pflanzlichem Kohlenstoff tiefer in den Boden stattfindet. Dies geschieht als Folge der Ausdehnung der Hyphen-Netzwerke von Pilzen.“ Die Hyphen von Pilzen sind das Pendant zu Wurzeln bei Pflanzen. Pilzhyphen sind allerdings eher ein feines, fadenförmiges Netzwerk, mit dem der Pilz seine Nährstoffe und Wasser durch den Boden transportiert.

„Die Pilze wickeln ihre weißen Fäden um die Pflanzenreste und ‚verkleben‘ sie mit dem Boden“, erklärt Müller. „Dann fressen die Pilze den Kohlenstoff in den Pflanzen und speichern viel Kohlenstoff im Boden.“

BAM-Forschungsprojekt

Bakterien – kleine Helfer bei der CO2-Reduktion

Pflanzenreste wurden bisher als CO₂-Speicher unterschätzt

In der Vergangenheit haben sich Wissenschaftler hauptsächlich auf die Kohlenstoffspeicherung an der Oberfläche von Mineralien wie Ton konzentriert. Aber die neuen Erkenntnisse zeigen, dass Pflanzenreste selbst die Fähigkeit haben, Kohlenstoff zu speichern, weil wichtige Prozesse direkt an der Oberfläche der Pflanzenreste ablaufen.

„Pflanzenreste sind absolut zentral für die Kohlenstoffspeicherung. Sie können dazu beitragen, dass Kohlenstoff länger im Boden gespeichert wird. Deshalb sollten wir sie in Zukunft viel kalkulierter einsetzen“, sagt Müller. „Wir planen in Zukunft auch Versuche, bei denen wir verrottende Pflanzen tiefer in den Boden einbringen, damit der Kohlenstoff dort länger gespeichert werden kann.“

Originalpublikation: Kristina Witzgall, Alix Vidal, David Schubert, Carmen Höschen, Steffen A. Schweizer, Franz Buegger, Valérie Pouteau, Claire Chenu and Carsten W. Mueller: Particulate organic matter as a functional soil component for persistent soil organic carbon, Nature Communications volume 12, Article number: 4115 (2021); DOI: 10.1038/s41467-021-24192-8

* Dr. K. Baumeister, Technische Universität München, 85748 Garching b. München

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