Kohlendioxid-Anstieg mithilfe der Natur abmildern

Nachwuchsgruppe untersucht mit neuen Messmethoden den Austausch von Treibhausgasen

07.09.2015 - Deutschland

Pflanzen und Böden reagieren auf den steigenden Gehalt von Kohlendioxid (CO₂) in der Luft. Viele Pflanzen nehmen mehr Gas als früher auf und reduzieren so die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre. Dagegen geben viele Böden mehr solcher Treibhausgase ab. Eine exakte Bilanz war bislang schwierig. Eine Nachwuchsgruppe am Forschungszentrum Jülich möchte es nun genau wissen. Die Forscher wollen mit verbesserten Messmethoden den Austausch von Treibhausgasen zwischen Äckern, Wäldern und anderen Ökosystemen mit der Atmosphäre zuverlässiger und einfacher als bisher erfassen. Testmessungen mit einem ersten Prototyp eines neuen Messgerätes wurden im August abgeschlossen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben bis Juli 2018 mit 280.000 Euro pro Jahr.

Hauptursache für die steigende Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre ist die Verbrennung fossiler Energieträger. Allerdings lässt sich die Höhe des Anstiegs nicht allein aus dem Ausstoß von Kraftwerken, Autos oder anderen Verursachern berechnen. Auch Pflanzen und Böden beeinflussen die CO₂-Konzentration. Auf Pflanzen wirkt der erhöhte CO₂-Anteil im Zusammenspiel mit Sonnenlicht und anderen Faktoren wie ein Düngemittel. Sie wachsen schneller und nehmen im Zuge der Photosynthese mehr CO₂ auf als bislang üblich. Das bremst den Anstieg. Doch es gibt auch Ökosysteme, die inzwischen mehr CO₂ in die Atmosphäre abgeben als früher. So "atmen" im Zuge der globalen Erwärmung Böden und darin lebende Organismen schneller, denn die höheren Temperaturen sorgen dafür, dass die Stoffwechselprozesse schneller ablaufen. Dadurch produzieren Böden und Organismen mehr von diesem Treibhausgas. Diese Veränderungen und die daraus folgenden Konsequenzen für den Austausch von Treibhausgasen gilt es zu verstehen. Nur dann lassen sich verlässliche Modelle und Prognosen für die künftige Entwicklung des Austauschs erstellen. Dazu ist es notwendig, die Photosynthese- und Atmungsprozesse zuverlässiger, genauer und möglichst einfach zu messen.

"Wir vergleichen alle bisher zur Verfügung stehenden Verfahren. Die vielversprechendsten wollen wir weiterentwickeln und zu einer Art Werkzeugkasten zusammenfassen", erklärt der Jülicher Agrosphärenforscher Dr. Alexander Graf vom Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG-3), der die BMBF-Nachwuchsgruppe "Weiterentwicklung und Vergleich von Methoden zur instrumentellen und analytischen Komponentenentmischung gemessener Treibhausgasflüsse" (IDAS – GHG) leitet. Der Experte für die Messung von Stoffflüssen und seine vier Mitarbeiter untersuchen dabei neben dem klimaschädlichen Kohlendioxid auch Wasserdampf (H₂O) und Lachgas (N₂O). Um die Methoden vergleichen zu können, stellt das Team Messgeräte in Feldern und Wäldern an verschiedenen Standorten in Deutschland auf, wertet die Messungen aus und modifiziert die Instrumente. Dazu gehört auch ein Prototyp – ein kontinuierlich auf- und abwärtsfahrender kleiner Aufzug mit Analysegeräten – der an der Pflanze entlang im Bereich zwischen Boden und Pflanzenspitze Veränderungen der CO₂-Konzentration erfasst. Erste Messungen mit dem Gerät zeigten, dass sich die CO₂-Konzentration zwischen der Luft an der Bodenoberfläche und der zwischen den Pflanzenblättern sehr stark unterscheidet.

Mit den verbesserten Methoden wollen die Forscher neue Ansätze in der Land- und Forstwirtschaft untersuchen. "Dazu zählen Bewirtschaftungsverfahren, die beispielsweise unempfindlicher gegen Klimaveränderungen sind oder die die Treibhausgasbilanz verbessern. Solche Verfahren sind wichtig, damit wir uns auch in diesen Bereichen an den Klimawandel anpassen", sagt Graf. Ein Ansatz ist das Aussäen von Zwischenfrüchten auf abgeernteten Weizenfeldern, etwa von Ölrettich. Diese sind weniger als zusätzliche Einnahmequelle für Landwirte gedacht, sondern die Zwischenfrüchte entziehen der Atmosphäre CO₂. Nützlicher Nebeneffekt: Der Boden bildet mehr fruchtbaren Humus. Dagegen setzt ein brachliegendes Feld zusätzlich CO₂ frei. Auch den Nutzen von Dachbegrünung wollen die Forscher unter die Lupe nehmen.

"Die Art, wie wir Landoberflächen nutzen, kann den Klimawandel abmildern oder verstärken. Das müssen wir bei der Landbewirtschaftung stärker als bislang berücksichtigen. Gefragt sind Nutzungsformen, die zwei Dinge miteinander verbinden: einerseits den steigenden Bedarf nach Nahrungs- und Energieproduktion zu befriedigen, andererseits die Funktion von Landoberflächen als Puffer oder Senke für CO₂ zu erhalten", hebt Alexander Graf hervor.

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