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
Veröffentlicht
2010
Zeitschrift
Studie
http://static.naturefund.de/naturefund/Naturefund/Studien/Carbon_sequestration-implications_for_grasslands_systems.pdf

Looking at where the carbon actually is, within the carbon cycle in grasslands and exploring how effective carbon sequestration is, through modelling and measuring pools and fluxes.

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

The substantial stocks of carbon sequestered in temperate grassland ecosystems are located largely below ground in roots and soil. Organic C in the soil is located in discrete pools, but the characteristics of these pools are still uncertain. Carbon sequestration can be determined directly by measuring changes in C pools, indirectly by using simulation modelling. Measured and modelled rates of C sequestration range from 0 to > 8 Mg C ha−1 yr −1. Management practices, climate and elevated CO2 strongly influence C sequestration rates and their influence on future C stocks in grassland soils is considered.

Currently there is significant potential to increase C sequestration in temperate grassland systems by changes in management, but climate change and increasing CO2concentrations in future will also have significant impacts. Global warming may negate any storage stimulated by changed management and elevated CO2, although there is increasing evidence that the reverse could be the case.

Original Studies:
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

Grasslands are potential carbon sinks to reduce unprecedented increase in atmospheric CO2. Effect of age (1–4-year-old) and management (slurry, grazing multispecies mixture) of a grass phase mixed crop rotation on carbon sequestration and emissions upon cultivation was compared with 17 year old grassland and a pea field as a reference. Above ground and root biomass were determined and soils were incubated to study CO2 emissions after soil disturbance.

There was a substantial increase in root biomass with age but indifference in CO2 emissions across the age and management in temporary grasslands, thus, indicating potential for long-term sequestration of soil carbon.

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

Carbon storage and flow and GHG fluxes were examined in the Western United States for major terrestrial ecosystems (forests, grasslands/shrublands, agricultural lands, and wetlands) and aquatic ecosystems (rivers, streams, lakes, estuaries, and coastal waters) in two time periods: baseline (the first half of the 2000s) and future (projections from baseline to 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

The review and analyses presented here focus on two potential land use change (LUC) project activities: (1) avoided conversion of threatened grasslands (AGC), and (2) conversion of marginal cropland to grassland (CCG). This Issue Paper characterizes and evaluates these activities as potential carbon offset project types within the United States.

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

To calculate the total carbon of a plot, the soil carbon down to a depth of 60 cm was converted into carbon per square meter and the above ground carbon, namely the carbon provided by the trees, was added. This resulted in soil organic carbon values between 7.58 kg C m-2 or 75.79 Mg C ha-1 and 19.48 kg C m-2 or 194.79 Mg C ha-1. A comparison of the mean soil carbon values for each land use showed that the land use field had the lowest value of 7.58 kg C m-2 and pasture the highest with 13.09 kg C m-2 while the mean soil carbon value for streuobst was slightly lower with 12.51 kg C m-2. All in all, tree carbon amounted to a mean share of 14.15 % on total carbon.

When the above ground carbon from the trees is added to the soil carbon, all places had a higher carbon content on the streuobst orchards except for place R1. Maximum values here were 22.04 kg C m-2 or 220.4 Mg C ha-1 at place B1 and 16.93 kg C m-2 or 169.3 Mg C ha-1 at place K2. The arithmetic mean of the streuobst carbon increased to 14.68 kg C m-2 or 146.7 Mg C ha-1, therewith being higher than the one for pasture of 12.51 kg C m-2 or 125.1 Mg C ha-1. The standard deviation for both mean values was 4.65 for streuobst and 4.92 for pasture.

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
http://static.naturefund.de/naturefund/Naturefund/Studien/Challenges_opportunities_for_carbon_sequestration_in_grassland_systems__2010_.pdf

Implementing grassland management practices that increase carbon uptake by increasing productivity or reducing carbon losses (e.g. through high rates of offtake) can lead to net accumulation of carbon in grasslandsoils – sequestering atmospheric carbon dioxide (CO2).

Globally, the potential to sequester carbon by improving grassland practices or rehabilitating degraded grasslands is substantial – of the same order as that of agricultural and forestry sequestration. Because practices that sequester carbon in grasslands often enhance productivity, policies designed to encourage carbon sequestering grassland management practices could lead to near-term dividends in greater forage production and enhanced producer income.

Autor Jobbágy et al. (2003)   Zeitschrift Grassland afforestation in Southern South America: Carbon sequestration potential and soil/water costs

Grünlandaufforstung im südlichen Südamerika: Kohlenstoffaufnahmepotenzial und Boden- / Wasserkosten

Durch die Umwandlung von Grasflächen zu Wäldern und Baumplantagen kann in Südamerika mehr CO2 gespeichert werden als zuvor.

Autor
E. Jobbágy, G. Nosetto, K. Farley, R. Jackson, G. Piñeiro, J. Paruelo
Veröffentlicht
2003
Zeitschrift
Grassland afforestation in Southern South America: Carbon sequestration potential and soil/water costs
Seiten
1-3
Studie
http://gea.unsl.edu.ar/pdfs/carbono%20-%20china%20jobbagy.pdf

How much carbon can be sequestered through the conversion of grasslands to forests/tree plantations?

What are the most common impacts of these transformations on soil and water resources?

Native grasslands in Southern South America experience a fast expansion of pine and eucalypt plantations. With less than 2% of the biome being currently afforested, this land use has tripled its area in the last decade with some heavily afforested foci showing a replacement of >30% of its grasslands. Private and public interest in C sequestration is likely to reinforce this trend.

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

The challenge to identify the biospheric sinks for about half the total carbon emissions from fossil fuels must include a consideration of below-ground ecosystem processes as well as those more easily measured above-ground. Recent studies suggest that tropical grasslands and savannas may contribute more to the ‘missing sink’ than was previously appreciated, perhaps as much as 0.5 Pg (5 0.5 Gt) carbon per annum.

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

Through estimations of above- and belowground standing biomass, annual biomass increment, fine root production and turnover, litterfall, canopy respiration and total soil CO2efflux, a carbon balance on seasonal and yearly time-scales is developed for a Eucalypt openforest savanna in northern Australia. This carbon balance is compared to estimates of carbon fluxes derived from eddy covariance measurements conducted at the same site. The total carbon (C) stock of the savanna was 204±53 ton C ha1, with approximately 84% belowground and 16% above-ground. 

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

Tropical savannas can be remarkably productive, with a net primary productivity that ranges from 1 to 12 t C ha^-1 year^-1 .The carbon sequestration rate (net ecosystem productivity) may average 0.14 t C ha^-1 year^-1 or 0.39 Gt C year^-1 . If savannas were to be protected from fire and grazing, most of them would accumulate substantial carbon and the sink would be larger.

Savannas are under anthropogenic pressure, but this has been much less publicized than deforestation in the rain forest biome. The rate of loss is not well established, but may exceed 1% per year, approximately twice as fast as that of rain forests. Globally, this is likely to constitute a flux to the atmosphere that is at least as large as that arising from deforestation of the rain forest.

Autor P. Jacklyn (2006)   Zeitschrift Savanna Links 34

Savannen und die Geschichte der Kohlenstoffspeicherung

Dieser Bericht beschäftigt sich mit der Frage, wie Kohlenstoff in der Savanne gespeichert und emittiert wird und wie Emissionen vermieden werden können.

Autor
P. Jacklyn
Veröffentlicht
2006
Zeitschrift
Savanna Links 34
Studie
http://www.savanna.org.au/all/carbon.html

To find out how much carbon is stored in Australian tropical savanna ecosystems, researchers Lindsay Hutley (CDU), Dick Williams (CSIRO) and PhD student Chen Xiaoyong (CDU) dug up roots and chopped down trees in plots around Darwin and Katherine in the Northern Territory and then weighed and analysed the woody material to estimate the carbon stored.

They found these savanna woodlands store, on average, around 25–35 tonnes of carbon above and around 20 tonnes of carbon in roots beneath each hectare. Around two to three times as much carbon per hectare is stored as organic material in the soil. Using airborne radar data they estimated the equivalent figures for a broader woodland landscape in the Wildman River region of the NT which were around 70–80 tonnes a hectare for the carbon in trees and roots.

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
http://static.naturefund.de/naturefund/Naturefund/Studien/Effects_of_grazing_on_CO2_balance_semiarid_steppe.pdf

In this study, in situ net ecosystem CO2 exchange (NEE) observations by the eddy covariance technique were integrated with a modified process-oriented biogeochemistry model (denitrification–decomposition) to investigate the impacts of grazing on the long-term C budget of semiarid grasslands. Moderate grazing prevails over no-management practices in maintaining CO2 balance in semiarid grasslands, moderating and mitigating the negative effects of global climate change on the CO2 balance in grassland ecosystems.

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

Total carbon storage measured in these steppes (43,372 kg ha^–1) constitutes a very high mean value linked to the fact that the bulk (43,000 kg ha^–1 or 93%) of the carbon stored in our steppic areas is underground carbon. The denser stand from this area presents an above-ground phytomass close to 17,000 kg ha^–1 or 6770 kg of carbon ha^–1. In this particular plot, soil is very deep (about 200 cm), without gypsiferous crust and with values of organic carbon ranging from 1·4% in the 0–20 cm layer to 0·8% in the 170–200 cm layer. Thus, underground storage is very high, close to 199·7 T ha^–1, and with total carbon storage reaching 206 T ha^–1, this constitutes a very considerable value (Le Hou´erou, pers. comm.).

Degradation due to humans and livestock decreases above-ground phytomass, resulting in a loss of underground carbon storage in connection with the depletion of litter and erosion processes and the subsequent decreased supply of organic matter to the soil.

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