Bedeutung der Bodenverlagerung für den Kohlenstoffhaushalt von Ackerböden - Ist Bodenverlagerung eine CO2-Quelle oder -Senke?
Final Report Abstract
Böden sind die wichtigsten terrestrischen Kohlenstoffspeicher und haben ein großes Potential zur C-Sequestrierung. Vor allem auf Ackerflächen werden große Mengen organischen Bodenkohlenstoffs (SOC) durch Bodenerosion verlagert. Diese Verlagerung beeinflusst auch die vertikalen C-Flüsse zwischen terrestrischen bzw. aquatischen Ökosystemen und Atmosphäre. Dabei ist es unklar, ob dies eine Quelle oder Senke für CO2 darstellt. Vor diesem Hintergrund wurden die erosionsbedingten Auswirkungen auf die C-Speicher und -Flüsse in einem kleinen agrarisch genutzten Einzugsgebiet (4.2 ha) nahe Bonn untersucht. In einem ersten Schritt wurden die räumlichen SOC-Muster anhand von Proben aus drei Bodenschichten (bis 0.9 m Tiefe) in einem 17 x 17 m Raster analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Akkumulation und Stabilisierung von SOC im Unterboden an Depositionsstandorten und unterstreichen so die Notwendigkeit der Berücksichtigung von Unterbodenschichten bei der Erstellung von C-Bilanzen. In situ Messungen der Bodenatmung wurden in drei aufeinanderfolgenden Vegetationsperioden (2007-2009) durchgeführt. Auf Grund der großen Variabilität der Bodenatmung konnte keine allgemeingültige statistische Beziehung zu modellierten Mustern der Bodenerosion und zu weiteren Boden- und Pflanzeneigenschaften nachgewiesen werden. In zwei Messperioden gab es jedoch einen signifikanten linearen Zusammenhang der heterotrophen Bodenatmung zur modellierten Gesamterosion (Wasser- und Bearbeitungserosion). Zur Verbesserung des Prozessverständnisses wurden exemplarische Tiefenprofile zu 14C Konzentrationen (anhand Accelerator Mass Spectrometry, AMS) und korngrößenspezifischen SOC-Fraktionen verglichen. Die labile SOC-Fraktion war im Oberboden der Erosionsprofile abgereichert. Folglich ist hier eine reduzierte Mineralisierung nicht nur auf eine Gesamt-C-Abnahme zurückzuführen, sondern auch auf die relative Zunahme der stabilen SOC- Fraktion. Da die labile Fraktion auch im Oberboden der Depositionsprofile abgereichert war, wurde diese entweder während des Transports oder direkt nach der Ablagerung mineralisiert, oder sie wurde aus dem Untersuchungsgebiet exportiert. Einerseits unterstützt dieses Ergebnis eine erhöhte Mineralisierung an Depositionsstandorten, andererseits deutet es auf eine Anreicherung von labilem SOC in exportiertem Bodenmaterial hin. Auch wenn die labile Fraktion in deponiertem Boden abgereichert war, so zeigte sich die Depositionsausprägung doch eindeutig in vergleichsweise hohen 14C Konzentrationen im Unterboden. Für eine räumlich integrative Analyse der erosionsbeeinflussten C-Dynamik wurde das kombinierte Erosions- und C-Umsatzmodell SPEROS-C verändert und angewendet. Die sehr zufriedenstellende Modellqualität wurde anhand der gemessenen räumlichen Verteilung der SOC-Gehalte und einzelner 14C Profile nachgewiesen. Der Simulationszeitraum (1950-2007) umfasste eine Periode konventioneller und eine konservierender Bewirtschaftung. Der erosionsbedingte vertikale Netto-C-Fluss zeigte eine ausgeprägte räumliche Variabilität, wobei das Untersuchungsgebiet im Mittel eine CO2-Senke darstellte. Insgesamt führte die Bodenverlagerung aber zu einer negativen C-Bilanz, da relative große Mengen C exportiert wurden. Erwartungsgemäß hat die Bewirtschaftung großen Einfluss auf die lateralen und vertikalen C-Flüsse. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass in erosionsbeeinflussten Gebieten eine C-Sequestrierung befördernde Bewirtschaftung nur dann erfolgversprechend ist, wenn auch der laterale C-Export deutlich reduziert wird. Im Ganzen wurde im Rahmen des Projektes ein Beitrag zum besseren Prozessverständnis der Einflüsse von Bodenerosion auf C-Speicher und -flüsse in kleinen Einzugsgebieten geleistet und zudem neue und verbesserte Methoden für zukünftige Untersuchungen erarbeitet. Die Ergebnisse sind teilweise bereits international publiziert und werden weiterhin wissenschaftlich ausgewertet und aufbereitet.
Publications
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2010. Layer-specific analysis and spatial prediction of soil organic carbon using terrain attributes and erosion modelling. Soil Science Society of America Journal 74 (3): 922-935
Dlugoß, V., Fiener, P. und Schneider, K.
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2011. Impacts of soil redistribution processes on soil organic carbon stocks and fluxes in a small agricultural catchment. Dissertation, Universität zu Köln
Dlugoß, V.
