Böden sind der größte Speicher für Kohlenstoff, aber auch eine der wichtigsten Quellen für CO₂ in der Atmosphäre, das den Klimawandel antreibt. Die Klimaerwärmung beschleunigt den Abbau des Humus. Dabei reduzieren sich auch die vermeintlich stabilen Wachs- und Holzstoffe, die den Pflanzen bei der Speicherung von Kohlenstoff in den Blättern und Wurzeln helfen.

Etwa ein Viertel der weltweiten Kohlenstoffemissionen werden durch Wälder, Gras- und Weideland gebunden. Pflanzen speichern mit Hilfe der Photosynthese Kohlenstoff in ihren Zellwänden und im Boden. Etwa die Hälfte des Bodenkohlenstoffs befindet sich in den tieferen Bodenschichten, in mehr als zwanzig Zentimetern Tiefe. Doch auch diese Schichten werden durch den Klimawandel erwärmt.

Die Erwärmung führt dann zu einem erheblichen Verlust jener organischen Verbindungen, die den Pflanzen helfen, Kohlenstoff in ihren Blättern und in ihren Wurzeln zu speichern. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass diese chemisch stabileren Verbindungen dem natürlichen Abbau länger widerstehen und somit Kohlenstoff im Boden speichern.

Eine Studie unter der Leitung von Forschenden des Geographischen Instituts der UZH zeigt nun, dass Lignin, das den Pflanzen Steifigkeit verleiht, um 17 Prozent reduziert war. Cutin und Suberin – wachsartige Verbindungen in Blättern, Stängeln und Wurzeln, die die Pflanzen vor Krankheitserregern schützen –, waren fast dreißig Prozent weniger vorhanden. Selbst der pyrogene, organische Kohlenstoff, der nach einem Waldbrand zurückbleibt, war deutlich weniger vorhanden.

Große Bedeutung für Kampf gegen Klimawandel

Die Experimente wurden in den Wäldern der kalifornischen Sierra Nevada durchgeführt. Der Boden wurde während 4,5 Jahren in einer Tiefe von einem Meter künstlich um vier Grad Celsius aufgeheizt, einschließlich der Tages- und Jahreszeitenzyklen. Diese Erwärmung entspricht den Prognosen eines Klimawandel-Szenarios bis zum Ende des Jahrhunderts, bei dem die Erwärmung wie bisher unverändert weitergeht.

Die Ergebnisse haben große Bedeutung für eine der Schlüsselstrategien im Kampf gegen die globale Erwärmung, nämlich auf Böden und Wälder als natürliche Kohlenstoffsenken zu setzen. Dazu werden unter anderem Nutzpflanzen mit besonders tiefen Wurzeln und korkreicher Biomasse entwickelt. „Bisher ging man davon aus, dass damit CO₂ im Boden zurückgehalten werden kann“, erklärt Michael W. Schmidt, UZH-Professor für Geographie.

„Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass alle Bestandteile des Bodenhumus gleichermaßen weniger werden, einfache chemische Stoffe genauso wie komplexe Bestandteile“, so der Experte: „Wenn sich diese ersten Beobachtungen auch in längerfristigen Feldexperimenten bestätigen, hätte das erschreckende Konsequenzen.“ Verliere der Waldboden massiv an Bodenhumus und setze dieser Kohlenstoff als CO₂ frei, beschleunige das die Erwärmung und damit den Klimawandel weiter. „Die Emissionen an der Quelle zu stoppen, muss unser Ziel sein“, so Schmidt.

Foto: Michael W.I. Schmidt