Kohlenstoffbindung in Graslandschaften

Grasland
Grasland in gemäßigtem Klima
Foto: Naturefund

Graslandschaften sind vermutlich die unsichersten Ökosysteme hinsichtlich ihrer Funktion als Kohlenstoffsenken. Sie sind auch am meisten von Eingriffen durch den Menschen betroffen, da sie sich gut zur landwirtschaftlichen Nutzung eignen.

Unterschiedlichen Graslandschaften

Kohlenstoffbindung in Graslandschaften bezieht sich auf überirdische und unterirdische Biomasse, aber hauptsächlich auf die Bindung im Boden. Das Potential der Kohlenstoffbindung im weltweiten Dauergrünland ist auf  0.01 bis 0.3 Gt C /yr geschätzt, aber Unsicherheiten bezüglich Graslandschaften sind ca. doppelt so hoch wie für Wälder.

Das Management dieser Flächen umfasst sowohl geplantes Beschneiden der Biomasse als auch natürliche und von Menschenhand geschaffene Feuer, welche Kohlenstoff emittieren und die oberirdische Kohlenstoffbindung für einige Zeit reduzieren. Außerdem verändern sich Graslandschaften im Laufe der Zeit durch ein Umwandlung von Ackerfläche zu Grasland und umgekehrt. Das Wachstumsstadium der unterschiedlichen Graslandschaften ist dabei ein Schlüsselfaktor bezüglich ihrer Fähigkeit, Kohlenstoff zu binden

Kohlenstoffbindung in verschiedenen Ökosystemen

In den hier vorgestellten Studien wurden weltweit Graslandschaften in gemäßigten und tropischen Zonen und ihre Kohlenstoffbindung in verschiedenen Ökosystemen untersucht.

Es gibt deutlich mehr verfügbare Daten über bewirtschaftete Graslandschaften als über nicht bewirtschaftete. Außerdem sind sehr viele Daten über Graslandschaften und Ackerflächen in Amerika vorhanden, wo ein großer Teil der Graslandschaften in Ackerfläche umgewandelt wurden. Das Alter der Graslandschaften hat eine gewisse Auswirkung auf die Fähigkeit Kohlenstoff zu speichern. Alte Graslandschaften können bessere Kohlenstoff zu binden als jüngere Graslandschaften, aber es ist auch wahrscheinlicher, dass sie über die Zeit durch menschliche Eingriffe gestört worden sind.

Andere Graslandtypen, die untersucht worden sind, sind Savannen und Steppen, welche oft als Weideflächen genutzt werden.

Grasland im gemäßigten Klima

Autor M. B. Jones (2010)   Zeitschrift

Kohlenstoffaufnahme: Implikationen für Grünlandsysteme

Der Kohlenstoffkreislauf in Grasflächen wird dargestellt und Einflussfaktoren wie Landnutzungsänderungen und Managementpraktiken analysiert.

Autor M. B. Jones, Alison Donnelly (2004)   Zeitschrift New Phytologist 164.3

Kohlenstoffbindung in gemäßigten Grünlandökosystemen

Dieser Artikel beschreibt die Prozesse der Kohlenstoffbindung und den Einfluss von Management, Klimawandel und steigendem CO2-Gehalt auf die zukünftige Kohlenstoffbindung.

Autor
M. B. Jones, Alison Donnelly
Veröffentlicht
2004
Zeitschrift
New Phytologist 164.3
Seiten
423–439
Studie
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/j.1469-8137.2004.01201.x

Die beträchtlichen Kohlenstoffvorräte, die in den Ökosystemen des gemäßigten Graslandes gebunden sind, befinden sich größtenteils unter der Erde in Wurzeln und Boden. Organisches Kohlenstoff (C) im Boden befindet sich in diskreten Pools, aber die Eigenschaften dieser Pools sind noch ungewiss. Die Kohlenstoffbindung kann direkt durch die Messung von Veränderungen in C-Pools und indirekt durch die Verwendung von Simulationsmodellen bestimmt werden. Gemessene und modellierte Raten der C-Sequestrierung reichen von 0 bis > 8 Mg C ha-1 yr -1. Die Bewirtschaftungspraktiken, das Klima und erhöhtes CO2 haben einen starken Einfluss auf die C-Sequestrierungsraten, und ihr Einfluss auf zukünftige C-Bestände in Grünlandböden wird berücksichtigt.

Gegenwärtig besteht ein erhebliches Potenzial zur Erhöhung der C-Sequestrierung in Grünlandsystemen der gemäßigten Zonen durch Änderungen in der Bewirtschaftung, aber der Klimawandel und die steigenden CO2-Konzentrationen in der Zukunft werden ebenfalls erhebliche Auswirkungen haben. Die globale Erwärmung könnte jede durch verändertes Management und erhöhte CO2-Konzentration angeregte Speicherung negieren, obwohl es immer mehr Anzeichen dafür gibt, dass das Gegenteil der Fall sein könnte.

Orginalstudien:                                                                                                                                                                                1. Schulze, E‐D., Riccardo Valentini, and M‐J. Sanz. "The long way from Kyoto to Marrakesh: implications of the Kyoto Protocol negotiations for global ecology." Global Change Biology 8.6 (2002): 505-518.
2. Post, Wilfred M., and Kyung C. Kwon. "Soil carbon sequestration and land‐use change: processes and potential." Global change biology 6.3 (2000): 317-327.
3. Follett, R. F., J. M. Kimble, and R. Lal. The potential of US grazing lands to sequester soil carbon. Lewis Publishers, Boca Raton, Florida, 2001

Autor Acharya et al. (2012)   Zeitschrift Agriculture, Ecosystems and Environment 153

Grünlandkohlenstoffbindung und Emissionen nach Kultivierung in einer gemischten Fruchtfolge

In dieser Studie wird der Einfluss von Alter der Grasflächen und verschiedene Managementpraktiken auf die Kohlenstoffbindung und -emissionen untersucht.

Autor
B. S. Acharya, J. Rasmussen, J. Eriksen
Veröffentlicht
2012
Zeitschrift
Agriculture, Ecosystems and Environment 153
Seiten
33–39
Studie
http://www.orgprints.org/22041/7/22041.pdf

Grasland ist eine potenzielle Kohlenstoffsenke, um den beispiellosen Anstieg des atmosphärischen CO2 zu reduzieren. Die Auswirkungen des Alters (1-4 Jahre) und der Bewirtschaftung (Gülle, Weidemischung mehrerer Arten) einer Grasphasen-Mischkultur auf die Kohlenstoffbindung und die Emissionen bei der Bewirtschaftung, wurden mit 17-jährigem Grasland und einem Erbsenfeld als Referenz verglichen. Die oberirdische Biomasse und die Wurzelbiomasse wurden bestimmt und die Böden wurden bebrütet, um die CO2-Emissionen nach einer Bodenstörung zu untersuchen.

Es gab eine beträchtliche Zunahme der Wurzelbiomasse mit dem Alter, aber eine Gleichgültigkeit bei den CO2-Emissionen über das Alter und die Bewirtschaftung auf temporärem Grasland, was auf ein Potenzial für die langfristige Bindung von Bodenkohlenstoff hinweist.

Autor Z. Zhu, B. C. Reed (2012)   Zeitschrift U.S. Geological Survey Professional Paper 17

Prognostizierte zukünftige Kohlenstoffspeicherung und Treibhausgasflüsse in Ökosystemen des Westens der Vereinigten Staaten

Dieser Report enthält Informationen zur Kohlenstoffspeicherung vieler Ökosysteme (auch Grasland) im Westen der USA und versucht, anhand eines Baseline Szenarios, die Kohlenstoffspeicherung bis 2050 zu bestimmen.

Autor
Z. Zhu, B. C. Reed
Veröffentlicht
2012
Zeitschrift
U.S. Geological Survey Professional Paper 17
Seiten
192
Studie
https://pubs.usgs.gov/pp/1797/pdf/PP1797_WholeDocument.pdf

Die Speicherung und der Fluss von Kohlenstoff sowie die THG-Flüsse wurden in den westlichen Vereinigten Staaten für die wichtigsten terrestrischen Ökosysteme (Wälder, Grasland/Buschland, landwirtschaftliche Flächen und Feuchtgebiete) und aquatischen Ökosysteme (Flüsse, Bäche, Seen, Mündungen und Küstengewässer) in zwei Zeiträumen untersucht: Einmal in der Basislinie (erste Hälfte der 2000er Jahre) und in der Zukunft (Projektionen von der Basislinie bis 2050).

Autor Diaz et al. (2011)   Zeitschrift An Issue Paper prepared for the Climate Action Reserve

Evaluierung der vermiedenen Grünlandumwandlungen und Umwandlungen von Ackerflächen in Grünland als mögliche Klimaschutzmaßnahme

In dieser Studie wird der Nutzen von Landnutzungsänderungen in den USA (Bspw. Umwandlung von Acker in Grasland) in Bezug auf die Kohlenstoffspeicherung berechnet.

Autor
D. Diaz, B. Rashford, S. De Gryze, S. Zakreski, R. Dell, M. Niles
Veröffentlicht
2011
Zeitschrift
An Issue Paper prepared for the Climate Action Reserve
Seiten
1-88
Studie
https://climatetrust.org/wp-content/uploads/2014/07/Evaluation-of-Avoided-Grassland-Conversion-and-Cropland-Conversion-to-Grassland-as-Potential-Carbon-Offset-Project-Types-.pdf

Die hier vorgestellte Überprüfung und Analyse konzentriert sich auf zwei potenzielle Landnutzungsänderungen (LUC): (1) Vermeidung der Umwandlung von bedrohtem Grasland (AGC) und (2) Umwandlung von marginalem Ackerland in Grasland (CCG). Dieses Themenpapier charakterisiert und bewertet diese Aktivitäten als potenzielle Kohlenstoffausgleichsprojekttypen in den Vereinigten Staaten.

Autor C. Peßler (2012)   Zeitschrift Master Thesis: Institute of Forest Ecology, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna

Kohlenstoffspeicherung in Obstgärten

Die Kohlenstoffspeicherung in Streuobstwiesen wird in dieser Studie berechnet.

Autor
C. Peßler
Veröffentlicht
2012
Zeitschrift
Master Thesis: Institute of Forest Ecology, University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna
Seiten
110
Studie
http://epub.boku.ac.at/obvbokhs/download/pdf/1127195?originalFilename=true

Um den Gesamtkohlenstoff einer Parzelle zu berechnen, wurde der Bodenkohlenstoff bis zu einer Tiefe von 60 cm in Kohlenstoff pro Quadratmeter umgewandelt und der oberirdische Kohlenstoff, d.h. der von den Bäumen bereitgestellte Kohlenstoff, hinzugefügt. Daraus ergaben sich bodenorganische Kohlenstoffwerte zwischen 7,58 kg C m-2 oder 75,79 Mg C ha-1 und 19,48 kg C m-2 oder 194,79 Mg C ha-1. Ein Vergleich der mittleren Bodenkohlenstoffwerte für jede Landnutzung zeigte, dass das Landnutzungsfeld den niedrigsten Wert von 7,58 kg C m-2 und die Weide mit 13,09 kg C m-2 den höchsten Wert aufwies, während der mittlere Bodenkohlenstoffwert für Streuobst mit 12,51 kg C m-2 etwas niedriger lag. Insgesamt betrug der durchschnittliche Anteil des Baumkohlenstoffs am Gesamtkohlenstoff 14,15 %.

Wenn der oberirdische Kohlenstoff der Bäume zum Bodenkohlenstoff addiert wird, hatten alle Orte auf den Streuobstwiesen einen höheren Kohlenstoffgehalt, mit Ausnahme des Ortes R1. Die Höchstwerte lagen hier bei 22,04 kg C m-2 bzw. 220,4 Mg C ha-1 auf Platz B1 und 16,93 kg C m-2 bzw. 169,3 Mg C ha-1 auf Platz K2. Das arithmetische Mittel des Streuobstkohlenstoffs stieg auf 14,68 kg C m-2 bzw. 146,7 Mg C ha-1 und lag damit höher als das für die Weide von 12,51 kg C m-2 bzw. 125,1 Mg C ha-1. Die Standardabweichung für beide Mittelwerte betrug 4,65 für Streuobst und 4,92 für Weide.

Allgemeine Studien Grasland

Autor R. T. Conant (2010)   Zeitschrift Integrated Crop Management

Herausforderungen und Möglichkeiten zur Kohlenstoffbindung in Grünlandökosystemen

In diesem Report werden verschiedene Praktiken genannt, die Emissionen verringern und die Kohlenstoffbindung verbessern können.

Autor
R. T. Conant
Veröffentlicht
2010
Zeitschrift
Integrated Crop Management
Studie
/fileadmin/pdf/Studien/Challenges_opportunities_for_carbon_sequestration_in_grassland_systems__2010_.pdf

Die Umsetzung von Grünlandmanagementpraktiken, die die Kohlenstoffaufnahme durch Produktivitätssteigerung oder die Verringerung von Kohlenstoffverlusten (z.B. durch hohe Absorptionsraten) erhöhen, kann zu einer Nettoakkumulation von Kohlenstoff im Grünland führen - und atmosphärisches Kohlendioxid (CO2) binden.

Weltweit ist das Potenzial zur Kohlenstoffbindung durch die Verbesserung der Grünlandpraktiken oder die Sanierung von degradiertem Grünland beträchtlich - in der gleichen Größenordnung wie bei der land- und forstwirtschaftlichen Sequestrierung. Da Praktiken, die Kohlenstoff im Grasland binden, häufig die Produktivität erhöhen, könnte eine Politik, die darauf abzielt, die Praktiken der Kohlenstoffbindung in der Grünlandwirtschaft zu fördern, kurzfristig zu einer höheren Futterproduktion und einem verbesserten Einkommen der Erzeuger führen.

Autor J. M. O. Scurlock, D. O. Hall (1997)   Zeitschrift Global Change Biology 4, 229-233

Die globale Kohlenstoffsenke: eine Grünlandperspektive

In dieser Studie wird der Beitrag der globalen Fläche von Grasland und Savanne zur Kohlenstoffbindung untersucht.

Autor
J. M. O. Scurlock, D. O. Hall
Veröffentlicht
1997
Zeitschrift
Global Change Biology 4, 229-233
Seiten
229-233
Studie
https://pdfs.semanticscholar.org/0f1b/c501ed2529a8cf53a1bf84796dfc8f5092d0.pdf

Die Herausforderung, die biosphärischen Senken für etwa die Hälfte der gesamten Kohlenstoffemissionen aus fossilen Brennstoffen zu identifizieren, muss die Berücksichtigung der unterirdischen Ökosystemprozesse sowie der leichter messbaren oberirdischen Prozesse beinhalten. Neuere Studien deuten darauf hin, dass tropisches Grasland und Savannen möglicherweise mehr zur "fehlenden Senke" beitragen, als bisher angenommen wurde, vielleicht sogar bis zu 0,5 Pg (5 0,5 Gt) Kohlenstoff pro Jahr.

Savannen

Autor Chen et al. (2003)   Zeitschrift Oecologia 137

Kohlenstoffbilanz einer tropischen Savanne in Nordaustralien

Die Kohlenstoffspeicherung des Ökosystems Savanne spielen eine große Rolle für den Klimaschutz. In dieser Studie werden einzelne Kohlenstoffkreisläufe und Komponenten des Ökosystems untersucht.

Autor
X. Chen, L. B. Hutley, D. Eamus
Veröffentlicht
2003
Zeitschrift
Oecologia 137
Seiten
405-416
Studie
https://www.researchgate.net/publication/10595223_Carbon_Balance_of_a_Tropical_Savanna_of_Northern_Australia

Durch Schätzungen der ober- und unterirdischen stehenden Biomasse, des jährlichen Biomassezuwachses, der Feinwurzelproduktion und des Umsatzes, des Streufalls, der Kronendachatmung und des gesamten CO2-Ausstoßes des Bodens wird eine Kohlenstoffbilanz für eine Eukalyptus-Freilandsavanne in Nordaustralien auf saisonaler und jährlicher Basis erstellt. Diese Kohlenstoffbilanz wird mit Schätzungen der Kohlenstoffflüsse verglichen, die aus Wirbelkovarianz-Messungen am gleichen Standort abgeleitet wurden. Der gesamte Kohlenstoff (C)-Bestand der Savanne betrug 204±53 Tonnen C ha1, wobei etwa 84% unterirdisch und 16% oberirdisch lagen. 

Autor Grace et al. (2005)   Zeitschrift Journal of Biogeography 33

Produktivität und Kohlenstoffflüsse tropischer Savannen

Diese Studie enthält viele Informationen und Zahlen zur Primärproduktion und Kohlenstoffkreisläufen in Savannen. Außerdem wird deutlich, wie wichtig der Schutz vor Feuer für diese Ökosysteme ist.

Autor
J. Grace; J. San José; P. Meir, H. S. Miranda, R. A. Montes
Veröffentlicht
2005
Zeitschrift
Journal of Biogeography 33
Seiten
387-400
Studie
https://www.geos.ed.ac.uk/miombo/Research/JG2006.pdf

Tropische Savannen können bemerkenswert produktiv sein, mit einer Netto-Primärproduktivität von 1 bis 12 t C ha-1 Jahr-1 . Die Kohlenstoffbindung (Netto-Ökosystemproduktivität) kann durchschnittlich 0,14 t C ha-1 Jahr-1 oder 0,39 Gt C Jahr-1 betragen. Würden Savannen vor Feuer und Beweidung geschützt, würden die meisten von ihnen beträchtlichen Kohlenstoff akkumulieren und die Senke wäre größer.

Savannen stehen unter anthropogenem Druck, aber dies ist viel weniger bekannt als die Abholzung des Regenwaldbioms. Die Verlustrate ist nicht gut bekannt, kann aber mehr als 1% pro Jahr betragen, etwa doppelt so schnell wie die des Regenwaldes. Global gesehen dürfte dies einen Fluss in die Atmosphäre darstellen, der mindestens so groß ist wie der, der durch die Abholzung des Regenwaldes entsteht.

Steppe

Autor X. Kang et al. (2013)   Zeitschrift J Soils Sediments 13

Auswirkungen der Beweidung auf die CO2-Bilanz in einer semiariden Steppe: Feldbeobachtungen und Modellierung

Der Einfluss von extensiver Weidehaltung auf die Kohlenstoffbilanz wird auf zwei nebeneinander liegenden Flächen in China untersucht.

Autor
X. Kang et al.
Veröffentlicht
2013
Zeitschrift
J Soils Sediments 13
Seiten
1012-1023
Studie
https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-013-0675-5

In dieser Studie wurden in-situ Beobachtungen des Netto-Ökosystems CO2-Austausch (NEE) mittels der Eddy-Kovarianz-Technik mit einem modifizierten prozessorientierten Biogeochemie-Modell (Denitrifikation-Zerlegung) integriert, um die Auswirkungen der Beweidung auf das langfristige C-Budget von semiariden Grasländern zu untersuchen. Moderate Beweidung überwiegt gegenüber Nicht-Bewirtschaftungspraktiken bei der Aufrechterhaltung der CO2-Bilanz in semiariden Grasländern, wodurch die negativen Auswirkungen des globalen Klimawandels auf die CO2-Bilanz in Grasland-Ökosystemen gemildert und abgeschwächt werden.

Autor Gauquelin et al. (1996)   Zeitschrift Journal of Arid Environments 34

Phytomasse und Kohlenstoffspeicherung in den Stipa tenacissima-Steppen des Baza-Beckens in Andalusien

Für verschiedene Flächen wurden Vegetation und Kohlenstoffspeicherung in den überirdischen Teilen der Pflanzen und in den Böden bestimmt.

Autor
T. Gauquelin, G. Jalut, M. Iglesias, F. Valle, F. Fromard, J. J. Dedoubat
Veröffentlicht
1996
Zeitschrift
Journal of Arid Environments 34
Seiten
277-286
Studie
https://www.researchgate.net/publication/240440104_Phytomass_and_Carbon_storage_in_the_Stipa_tenacissima_steppes_of_the_Baza_basin_Andalusia_Spain

Die in diesen Steppen gemessene Gesamtkohlenstoffspeicherung (43.372 kg ha-1) stellt einen sehr hohen Mittelwert dar, der damit zusammenhängt, dass der Großteil (43.000 kg ha-1 oder 93%) des in unseren Steppengebieten gespeicherten Kohlenstoffs unterirdischer Kohlenstoff ist. Der dichtere Bestand aus diesem Gebiet weist eine oberirdische Phytomasse von fast 17.000 kg ha-1 oder 6770 kg Kohlenstoff ha-1 auf. Auf dieser speziellen Parzelle ist der Boden sehr tief (etwa 200 cm), ohne gipshaltige Kruste und mit Werten von 1-4% organischem Kohlenstoff in der Schicht von 0-20 cm bis zu 0-8% in der Schicht von 170-200 cm. Daher ist die unterirdische Speicherung sehr hoch, nahe 199-7 T ha-1, und mit einer Gesamtkohlenstoffspeicherung von 206 T ha-1 stellt dies einen sehr beträchtlichen Wert dar (Le Hou'erou, pers. Mitt.).

Die Degradation durch Menschen und Vieh nimmt die oberirdische Phytomasse ab, was zu einem Verlust der unterirdischen Kohlenstoffspeicherung in Verbindung mit der Erschöpfung der Einstreu und Erosionsprozessen und der damit verbundenen verringerten Zufuhr von organischer Substanz in den Boden führt.

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