Kohlenstoffquellen und -senken in landwirtschaftlichen Böden

• Forschungsstelle: ART
• Projektnummer: 08.31.01.02
• Projekttitel Englisch: Carbon sources and sinks in agricultural soils
• Kurztitel: CO2-Quellen und Senken

Schlüsselwörter (Englisch)

soil organic matter, CO2, alpine soils, long-term experiments, modelling

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Böden speichern reversibel organischen Kohlenstoff (Corg) und sind damit wichtige Netto-Quellen und/oder Netto-Senken für atmosphärisches CO2. Diese Funktion des Bodens erhielt mit der Ratifizierung des Kyoto-Protokolls zur UNO Klimakonvention (UNFCCC) politische Bedeutung, indem die biologischen Senken für das Erreichen der angestrebten Reduktion der CO2-Emissionen eines Landes mitberücksichtigt werden können. Allerdings bestimmen Nutzung, Nutzungsgeschichte und Standorteigenschaften (Klima, Bodeneigenschaften, Luftschadstoffe etc.) Menge und Umsatz des Corg und damit die Stärke und Richtung der CO2-Flüsse. Die genaue Bedeutung und Gewichtung dieser Einflussfaktoren für den Corg-Haushalt von Böden ist in vielen Fällen nicht bekannt. Daher ist eine quantitative Prognose der Auswirkung von Klima- und Bewirtschaftungsänderungen auf den Corg schwierig. Potentiell können Böden unter wärmeren Bedingungen zu CO2-Quellen werden (positive Rückkopplung) und damit einhergehend einen Teil ihrer Fruchtbarkeit verlieren.

Bei der Corg-Dynamik existieren nicht nur im Mittelland, sondern auch in alpinen Wiesen und Weiden grosse Wissenslücken hinsichtlich der Auswirkung der Bewirtschaftung und dem Prozessverständnis. Um Aussagen über das Verhalten des Corg unter unterschiedlichen Nutzungs- und Klimaszenarien treffen zu können (Beitrag zum Ziel ‚best practices’ in Agrimontana), muss zusätzlich zu einem besseren Prozessverständnis, hergeleitet aus Feldmessungen und Laborstudien, die Verbindung zwischen Experiment und prozessorientierten Modellen optimiert werden. Dafür ist die Messbarkeit der Aufteilung des Corg in Pools unterschiedlicher Stabilität notwendig. Arbeiten im laufenden AP haben hier wesentliche Fortschritte für tiefer gelegene Standorte gebracht und damit die Möglichkeit eröffnet, mit Hilfen eines dynamischen C-Modells die Corg-Dynamik ausgewählter Anbausysteme abzuschätzen. Bei alpinen Systemen war dies bisher nicht möglich. Dies erweist sich als Nachteil, da gerade alpine Böden bedeutende C-Vorräte in labiler Form aufweisen und bei einer Klimaerwärmung möglicherweise leicht zu biologischen ‚Hot-Spots’ der Treibhausgasemission werden könnten.

Projektziele (Deutsch)

Hauptziele: (i) Anwendung der neuen Werkzeuge aus AP2004-07 (u.a. Diss. Zimmermann) zur Abschätzung von C-Senken- und Quellenpotenzialen, und (ii) Identifizierung und Quantifizierung grundlegender Prozesse und Steuerungsfaktoren des Corg-Umsatzes und der CO₂-Flüsse in landwirtschaftlichen Böden, speziell im Alpenraum.

Dazu sollen Methoden und Modelle entwickelt oder verbessert werden, um folgende Teilziele zu erreichen:

1. Der Beitrag des Corg zur Treibhausgasbilanz bewirtschafteter Flächen ist für wichtige Bewirtschaftungsformen bekannt (u.a. DOK-Versuch);

2. Methoden zur Prognose des Corg-Vorrats landwirtschaftlicher Böden im Alpengebiet bei Klima- und Nutzungsänderung sind entwickelt;

3. Die Corg-Bilanz und der CO₂-Austausch unterschiedlich genutzter Wiesen sind quantifiziert (Oensingen).

Kundennutzen:

· Bewertung von Anbausystemen hinsichtlich ihrer Klimawirksamkeit als Grundlage für Massnahmen zur Verringerung des Beitrags der Landwirtschaft an die nationalen Treibhausgasemissionen (BLW, BAFU);

· Abschätzung der Auswirkungen sich ändernder Umweltbedingungen (Klima, Luftschadstoffe) auf Bodeneigenschaften (z.B. Kohlenstoffspeicherung und Wasserretention) als Beitrag zum nationalen Klimabericht zuhanden der UNFCCC;

Verbesserung der Emissionsfaktoren CO₂ und Bereitstellung der Daten für das aktuelle und zukünftige (Post-Kyoto) Klimareporting der Sektoren ‚Landwirtschaft’ und ‚LULUCF’ (CO₂, N₂O, CH₄) für das BAFU.

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

Ammann, C., Flechard, C., Leifeld, J., Neftel, A. and Fuhrer, J., 2007. The carbon budget of newly established temperate grassland depends on management intensity, Agriculture, Ecosystems and Environment 121, 5-20.

Hermle, S., Anken, T., Weisskopf, P., Leifeld, J., 2007, Does tillage system affect soil organic carbon content under moist, cold-temperate conditions? Soil & Tillage Research, accepted.

Leifeld, J. and Fuhrer, J., 2005, The temperature response of CO2 production from bulk soils and soil fractions is related to soil organic matter quality, Biogeochemistry 75, 433-453.

Zimmermann, M., Leifeld, J., Schmidt, M.W.I., Smith, P. and Fuhrer, J., 2007. Measured soil organic matter fractions can be related to pools in the RothC model, European Journal of Soil Science 58, 658-667.

Projektspezifische Kosten (Deutsch)

14C-Analysen durch ETHZ      ca. CHF 4’000/Jahr
Mikro-Titrationskalorimeter      ca. CHF 140’000