Das Eis ist gebrochen - Konsequenzen der landwirtschaftlichen Nutzung gefrorener Böden auf die Dynamik der organischen Bodensubstanz in Zeiten des Klimawandels

• Antragsteller: Dr. Christopher Poeplau
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401106790

In Böden ist ein Mehrfaches des atmosphärischen Kohlenstoffs (C) gespeichert. Die höchsten Vorräte an organischem Bodenkohlenstoff (OBK) befinden sich in nördlichen Breiten, wo Böden ungenutzt und permanent gefroren sind. Gleichzeitig findet in diesen Breiten auch der stärkste Temperaturanstieg statt, was starke Rückkopplung zwischen Klimasystem und Kohlenstoffzyklus erwarten lässt. So wird das Auftauen des Permafrosts zu starken OBK Verlusten führen. Der Klimawandel wird auch einen anderen starken Effekt auf die Dynamik des OBK in nördlichen Permafrostböden haben: Menschliche Interventionen. Mit zunehmender Landfläche, die für den Ackerbau potenziell geeignet wäre und sich stetig verbessernder Lebensbedingungen im hohen Norden wird auch die Nutzung natürlicher Ökosysteme zunehmen. Dies hat starke Auswirkungen auf biotische und abiotische Eigenschaften der Böden. Es ist anzunehmen, dass Landnutzungsänderungen auf Permafrostböden die Bodeneigenschaften wesentlich stärker beeinflussen als auf Böden ohne Permafrosteinfluss. Ein besseres Verständnis dieser Änderungen und deren Einfluss auf den Bodenkohlenstoffkreislauf ist nötig, um belastbar vorherzusagen wie sich C-Flüsse zwischen Atmosphäre und Boden in Arktis und Subarktis mit dem Klimawandel verändern werden. Dazu werden die folgenden Aspekte im Projekt experimentell untersucht um anschließend Modelle zu kalibrieren: Direkte biotische und abiotische Änderung von Bodeneigenschaften nach Landnutzungsänderung in gefrorenen und ungefrorenen Böden, Langzeitentwicklung von C-Vorräten und C-Qualität sowie potenzielle Änderung in der mikrobiellen C-Nutzungseffizienz und deren Temperatursensitivität nach Landnutzungsänderung. Letzteres ist zentral um zu verstehen, wie bewirtschaftete Böden im Vergleich zu natürlichen Waldböden bezüglich des C-Kreislaufs auf den Klimawandel reagieren werden. Zur Bestimmung von C-Nutzungseffizienzen wird in dem Projekt eine neuartige 18O-Markierungsmethode eingesetzt. Der Yukon, die nordwestlichste Provinz Canadas, wurde als ideales Untersuchungsgebiet identifiziert. Im Zuge des Goldrauschs wurden schon Anfang des 19ten Jahrhunderts Böden landwirtschaftlich genutzt, die unter Wald noch bis heute sehr flach anstehenden Permafrost aufweisen. Die Effekte von Nutzungsänderungen können so in einem Chronosequenz-Ansatz untersucht werden. In geringer Entfernung finden sich starke Gradienten in der Permafrosttiefe, sodass man Landnutzungseffekte auch entlang einer Thermosequenz untersuchen kann. Da Landbau meist auf Flusssedimenten stattfindet, ist die erwartete Variabilität von Bodeneigenschaften zwischen den Standorten relativ gering. Häufig können Umnutzungen zu Acker und Grünland gleichzeitig untersucht werden. Durch kooperationsfreudige Bauern ist eine große und balancierte Anzahl an Versuchsflächen zustande gekommen. Das Projekt wird neue Einblicke in den C-Haushalt der C-reichen Böden des Nordens geben, die unter doppeltem Druck stehen: Auftauen und Entwaldung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen