Die Experten vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) ersannen eine neue Methode, um Kohlenstoff im Boden besser lokalisieren zu können. Dabei werden organische Verbindungen speziell eingefärbt und dann mit Röntgen-Computertomographie sichtbar gemacht wird. Über die Unterschiede bei den Vorher-Nachher-Bildern kann auf die Verteilung des Kohlenstoffs geschlossen werden. Die Bodenforschung wird damit deutlich erleichtert, da Röntgen-Computertomographen in Deutschland weit verbreitet sind – im Gegensatz zu den bisher dafür notwendigen Synchrotron-Computertomographen.

"In den Boden kann man ja normalerweise nicht reinschauen, doch diese methodische Neuerung ermöglicht uns, Rückschlüsse zu ziehen, wo und wie gut Kohlenstoff im Boden in Abhängigkeit vom Porensystem und vom organischen Material wie etwa Wurzeln und Streu angereichert wird", erklärt Prof. Hans-Jörg Vogel, Leiter des Departments Bodensystemforschung am UFZ. So bekomme man wichtige Informationen über Prozesse im Boden und damit auch darüber, welche Konsequenzen diese für die Stabilisierung und den Abbau von Kohlenstoff im Boden haben.

Oben: Zweidimensionale Anschnitte aus Röntgen-CT-Aufnahmen von Proben aus Parabraunerde-, Schwarzerde- und Gley-Böden, die sich in ihrem Feuchteregime unterscheiden (v.l.n.r.). Sie zeigen, wie verschieden Poren (gelb), organische Reste (violett), die Bodenmatrix (grün) und Steine (braun) verteilt sind. Unten: Die organische Bodensubstanz wurde mit Osmium markiert. Bildrechte: UFZ

Die Wissenschaftler erprobten ihren neuen Ansatz an drei Standorten mit verschiedenen Boden- und Feuchtetypen: einem Schwarzerde-Standort mit geringen Jahresniederschlägen in der UFZ-Forschungsstation Bad Lauchstädt, einem tonhaltigen Parabraunerde-Standort mit jahreszeitlicher Staunässe in den Voralpen und einem dauerhaft nassen, vom Grundwasser beeinflussten Gley-Standort bei Gießen. Das Ergebnis: In direkter Porennähe ist die Konzentration von Kohlenstoff geringer als im restlichen Boden. "Dieses Muster hat sich an allen drei Standorten gezeigt, unabhängig von der Feuchtigkeit im Boden", erläutert der Studienautor Dr. Steffen Schlüter.

Die Forschung zur Aufnahme von Kohlenstoff im Boden ist auch vor dem Hintergrund des Klimawandels wichtig. Denn die Böden speichern mehr Kohlenstoff als die gesamte Vegetation an der Erdoberfläche. Dieser Prozess ist allerdings sehr komplex und hängt unter anderem davon ab, wie viel atmosphärischer Kohlenstoff in den Boden gelangt – etwa durch Wurzelwachstum, diverse Durchmischungsprozesse (zum Beispiel durch Bodenbearbeitung oder die Aktivität von Regenwürmern) oder durch das Einsickern gelöster organischer Verbindungen. Dazu kommt die Frage, ob vorhandener Kohlenstoff im Boden stabilisiert werden kann oder ob Bakterien und Pilze dafür sorgen, dass er abgebaut wird. "Einer der entscheidenden Faktoren, an welchen Stellen Kohlenstoff im Boden gespeichert wird, ist die räumliche Verteilung der Poren", so Schlüter.

Die UFZ-Forschenden wollen nun die Verteilung des Kohlenstoffs im Unterboden Bodenschichten noch eingehender untersuchen – also die tieferen Bodenschichten bis zu einem Meter. Die Muster dort könnten anders als im Oberboden sein, weil der Unterboden nicht landwirtschaftlich bearbeitet und nicht so stark von Tieren durchwühlt wird. Spannend wäre es, Genaueres über diese Prozesse herauszufinden. Denn durch den Klimawandel und die daraus resultierenden häufigen Trockenheiten im Oberboden fehlt den Pflanzen immer öfter das Wasser. "So nimmt die Bedeutung des Unterbodens für das Pflanzenwachstum zu", resümiert Hans-Jörg Vogel

pm/cdi