Burial of organic matter for carbon sequestration: Potentials, processes and long-term effects
Final Report Abstract
Die Erhöhung der Bodenkohlenstoffvorräte kann als Klimaschutzmaßnahme ("negative emission Technology") eingesetzt werden. Der Fokus von Forschung und Praxis lag bisher auf Oberböden mit diversen Maßnahmen in der Landwirtschaft. Die Option der landwirtschaftlichen Humusvergrabung, also das Einbringen von Kohlenstoff in tiefere Bodenhorizonte (Unterboden), wurde bisher nicht berücksichtigt und ist entsprechend auch kaum untersucht. Auch die Prozesse und Mechanismen der langfristigen Stabilisierung und Speicherung von Kohlenstoff in Unterböden sind unzureichend verstanden. Ziele des Humusvergrabungs-Projekts waren 1.) die Quantifizierung des langfristigen Einflusses von Tiefpflügen auf die Kohlenstoffvorräte von Böden in landwirtschaftlich (10 Flächen) und forstwirtschaftlich (5 Flächen) genutzten Böden, sowie in historischem Ackerland (5 Wölbäckerflächen, heute unter Wald), 2.) die Aufklärung der Prozesse und Mechanismen, die zu langfristiger Stabilisierung von Kohlenstoff nach Humusvergrabung im Unterboden führen, und 3.) die Bestimmung des Einflusses der Humusvergrabung auf die Umsatzraten von Kohlenstoff durch die Analyse der 14C-Gehalte und mit Inkubationsexperimenten. Das Tiefpflügen der Ackerflächen führte zu signifikant erhöhten Bodenkohlenstoffvorräten mit 43% mehr organischem Kohlenstoff 35 bis 50 Jahre nach dem Tiefumbruch im Vergleich zu den nicht tiefgepflügten Referenzflächen. Dieses Ergebnis hat international großes Interesse hervorgerufen, was sich auch in einer Nachrichtennotiz in "Nature Climate Change" widerspiegelt. Die Tiefpflugeffekte auf Bodenkohlenstoff im Wald waren nicht so klar und es kam zu keiner signifikanten Erhöhung der Vorräte. Die Stabilität des vergrabenen Bodenkohlenstoffs war deutlich höher als die des Referenzbodenkohlenstoffs aus dem Oberboden. Dies konnte nicht nur auf eine selektive Anreicherung stabiler Bodenkohlenstofffraktionen zurückgeführt werden, sondern liegt in den Umweltbedingungen des Unterbodens begründet. Niedrige 14C Gehalte des vergrabenen Kohlenstoffs legen nahe, dass es kaum Nachlieferung von frischen Kohlenstoff in den Unterboden gibt. Selbst Jahrhunderte nach der Vergrabung von Oberbodenkohlenstoff durch Wölbäcker fanden sich an vier von fünf Standorten noch erhöhte Kohlenstoffgehalte im Vergleich zu einer Referenzposition. Dies deutet darauf hin, dass das Einbringen von Bodenkohlenstoff in den Unterboden die Vorräte dort nachhaltig und signifikant erhöhen kann. In dem Projekt wurden auch Methoden evaluiert um Bodenkohlenstoff zu fraktionieren. Dazu wurde ein internationaler Ringversuch mit 21 verschiedenen Bodenkohlenstofffraktionierungsverfahren durchgeführt und publiziert.
Publications
- Deep ploughing increases agricultural soil organic matter stocks. Global Change Biology, Vol. 22.2016, Issue 8, pp. 2939-2956.
Alcantara V., Don A., Well R., Nieder R.
(See online at https://doi.org/10.1111/gcb.13289) - Soil carbon: Deep ploughing benefits. Nature Climate Change, Vol. 6. 2016, pp. 658.
Brown A.
(See online at https://doi.org/10.1038/nclimate3072) - Legacy of medieval ridge and furrow cultivation of soil organic carbon distribution and stocks in forests.
Catena, Vol. 154. 2017, pp. 85-94.
154:85-94
Alcantara V., Don A., Well R., Nieder R.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.catena.2017.02.013) - Stability of buried carbon in deep-ploughed forest and cropland soils - implications for carbon stocks. Scientific Reports, Vol. 7. 2017, Article number: 5511.
Alcantara V., Don A., Vesterdal L., Well R., Nieder R.
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-017-05501-y) - Thermal oxidation does not fractionate soil organic carbon with differing biological stabilities. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, Vol. 180. 2017, Issue 1, pp. 18-26.
Schiedung M., Don A., Wordell-Dietrich P., Alcantara V., Kuner P., Guggenberger G.
(See online at https://doi.org/10.1002/jpln.201600172) - Isolating organic carbon fractions with varying turnover rates in temperate agricultural soils - A comprehensive method comparison.
Soil Biology and Biochemistry, Vol. 125. 2018, pp. 10-26.
Poeplau C, Don A, Six J, Kaiser M, Benbi D, Chenu C, Cotrufo MF, et al. Nieder, R
(See online at https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.06.025)
