Ein Gespräch mit der Bodenökologin Francesca Cotrufo, Ph.D. über die Rolle, die der Boden beim Einfangen von atmosphärischem Kohlenstoff spielt.
Rodale InstituteDas aktualisierte Weißbuch zum Klimawandel „Regenerative Landwirtschaft und die Kohlenstofflösung im Boden“ wird am 25. September veröffentlicht. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie RodaleInstitute.org/Climate2020.
Wir sind dabei, Rodale zu aktualisieren Regenerative Landwirtschaft und Klimawandel des Instituts Whitepaper, das die neue Wissenschaft zur Kohlenstoffbindung im Boden widerspiegelt, und wir wussten, dass wir mit Ihnen sprechen mussten. Können Sie erklären, wie die jüngste Arbeit Ihres Teams die Art und Weise verändert, wie wir alle über organische Bodensubstanz denken sollten?
Meiner Meinung nach sind viele der Probleme, die wir bei der Berücksichtigung von Bodenkohlenstoff haben, auf die Tatsache zurückzuführen, dass er als eine Sache konzipiert wurde, obwohl es in Wirklichkeit viele verschiedene Formen von Bodenkohlenstoff gibt. Wir können diese verschiedenen Formen in zwei großen Funktionspools vereinfachen: partikuläre organische Substanz (POM) und mineralassoziierte organische Substanz (MAOM).
Wir möchten, dass die organische Substanz des Bodens zwei Funktionen erfüllt: Abbau und Bereitstellung von Mineralstoffen zur Aufrechterhaltung der Produktivität sowie Verbleib und langfristige Kohlenstoffspeicherung und andere Ökosystemleistungen. Es ist erforderlich, dass ein Teil der organischen Bodensubstanz zur Unterstützung des Pflanzenwachstums umgesetzt wird. Dies entspricht der Verwendung eines Girokontos zur Bezahlung Ihrer regulären Rechnungen. Ebenso wie wir nicht unser gesamtes Geld sparen können - wir müssen einen Teil davon verwenden, um zu überleben - können wir auch nicht erwarten, dass alle organischen Bodensubstanzen langfristig im Boden verbleiben. Ein Teil der organischen Bodensubstanz muss abgebaut werden, damit die Böden gesund sind und Pflanzen wachsen können. Ich glaube, und mein Labor führt Forschungen durch, um diese Hypothese zu testen, dass dieser Abbau größtenteils aus partikulärer organischer Substanz oder POM, wie wir es nennen, stammt, die Sie sich als teilweise zersetzte faserige Pflanzenreste vorstellen können, insbesondere aus Wurzeln. Da POM nicht geschützt ist, es sei denn, es ist in Aggregaten eingeschlossen, dreht es sich schnell um. Mikroben scheinen POM nicht zum Züchten ihrer Biomasse zu verwenden, sondern atmen POM-Kohlenstoff als CO2 in die Atmosphäre ein, aber der Stickstoff aus POM wird von Pflanzen für ihr Wachstum verwendet.
Gleichzeitig brauchen wir Böden, um Kohlenstoff länger zu speichern, um den Klimawandel einzudämmen. Dieser längerfristige Kohlenstoffspeicher ist für schlankere Zeiten da, wie ein Sparkonto. Die langfristige Speicherung von Kohlenstoff wird im Allgemeinen mikrobieller verarbeitet und ist mit Mineralien verbunden, die ihn vor Zersetzung schützen, ihn in Böden beständiger und auch weniger störanfällig machen. Dies ist die mineralassoziierte organische Substanz oder MAOM.
Die Metapher des Bankkontos ist hilfreich, um diese beiden Pools organischer Stoffe zu verstehen, einen für die schnelle Verwendung und einen für die Langzeitspeicherung. Welche anderen jüngsten Erkenntnisse sind in Ihrem Bereich in Bezug auf organische Materie und Kohlenstoffspeicherung aufgetreten?
Bodenwissenschaftler dachten ursprünglich, wenn Sie chemisch komplexere oder sehr faserige Pflanzenreste in den Boden einbringen, würde sich Kohlenstoff ansammeln. Aber in den letzten 10 Jahren wurde viel recherchiert, was zum Teil von meinem Team veranlasst wurde Artikel über die Stabilisierung der mikrobiellen Effizienzmatrixwies auf die Tatsache hin, dass tatsächlich ein Großteil des Kohlenstoffs, der im Boden verbleibt, aus einfachen Verbindungen besteht, die mit Mineralien verbunden sind, und häufig mikrobiellen, nicht pflanzlichen Ursprungs ist. Um diesen mit Mineralien verbundenen Kohlenstoffaufbau zu erreichen, müssen Sie keine widerspenstigen Pflanzenmaterialien in den Boden einbringen, sondern möchten sicherstellen, dass es Dinge wie Wurzelexsudate und labiles Pflanzenmaterial gibt, die Mikroben schnell fressen und zum Aufbau verwenden ihre Biomasse. Diese löslichen Pflanzenmaterialien und mikrobiellen Verbindungen können an mineralischen Oberflächen haften und die langfristige Kohlenstoffspeicherung in MAOM bilden.
Das Problem ist, dass wir landwirtschaftliche Böden wie verwöhnte Kinder behandeln - ich hoffe, das ist für niemanden anstößig - wir geben kontinuierlich externe Inputs wie Düngemittel und Pestizide, was so ist, als würden wir Ihrem Kind kontinuierlich Geld zur Verfügung stellen und niemals sagen, dass wir zur Arbeit gehen sollen. Wir setzen die Mikroben nicht in den Boden ein und verkürzen ihre Arbeit sogar durch Zugabe von Stickstoffdüngern. Diese Eingaben untergraben tatsächlich die Bodengemeinschaft und ihre biologische Vielfalt. Einige der Mikroben, die überleben können, tun dies, weil sie den Stickstoffdünger für ihren Stoffwechsel verwenden, dabei jedoch Lachgas in die Atmosphäre abgeben, ein starkes Treibhausgas. Darüber hinaus haben wir durch den Anbau von einjährigen Pflanzen und Züchtungskulturen zur Maximierung der Erträge bei gleichzeitiger Reduzierung des Wurzelwachstums den Input sowohl der Wurzelreste zur Versorgung mit neuem POM als auch des Inputs pflanzenlöslicher und labiler Komponenten wie der Wurzelexsudate reduziert, die letztendlich MAOM generieren. Auf diese Weise haben wir das Girokonto - das POM - überschritten, und landwirtschaftliche Böden werden jetzt größtenteils für MAOM hergestellt. Dabei haben wir immer wieder damit begonnen, diesen MAOM-Pool zu verwenden, das Sparkonto, das über viele, viele Jahre stabil bleiben sollte. Infolgedessen sind landwirtschaftliche Böden im Vergleich zu natürlichen Böden von allen organischen Bodensubstanzen verarmt.
Wie können Landwirte in diesem Wissen aufhören, Boden zu bankrotten und stattdessen regenerieren? Was bildet diese beiden Pools organischer Materie?
Es wird sehr deutlich, dass wir zur Regeneration von Böden kontinuierliche und vielfältige Inputs haben müssen, und das kommt hauptsächlich von lebenden Wurzeln. Die Wurzeln tun zwei Dinge: Sie füttern die Mikroben mit ihren löslichen Bestandteilen, den Wurzelexsudaten und anderen labilen Wurzelverbindungen, die die Mikroben aktiv und gesund halten und effizient Biomasse produzieren, die dann an den Mineralien haften kann. Andererseits sind Wurzelgewebe relativ faserig und können partikuläre organische Stoffe bilden, die die Bodenstruktur, die Wasserretention und die Freisetzung von Stickstoff beim Abbau fördern.
In der Tat ist das andere wichtige, was zu verstehen ist, dass der Kohlenstoff nicht alleine zirkuliert. Um Kohlenstoff zu speichern, müssen wir den richtigen Stickstoff finden. Wir wollen den externen Stickstoffeintrag aus der Befruchtung reduzieren, weil synthetischer Stickstoff Bakterien fördert, die Stickstoff schnell umwandeln und verlieren. Stattdessen müssen wir den vom System selbst produzierten Stickstoffeintrag erhöhen, und dafür brauchen wir ein System mit tief lebenden Wurzeln und Hülsenfrüchten, die den Stickstoff auf natürliche Weise einbringen. Wenn Sie den Stickstoff organisch hinzufügen, setzen Sie die Mikroben ein. Wenn der Stickstoff in organischer Substanz ankommt, die die Mikroben umdrehen müssen, tun sie dies effizienter, produzieren mehr Biomasse, die die Kohlenstoffspeicherung unterstützt, und recyceln gleichzeitig den Stickstoff für den Pflanzengebrauch.
Gibt es große fehlende Glieder, bevor wir mit der Kohlenstoffzucht und der Kohlenstoffbindung im Boden beginnen können? Oder ist die Wissenschaft robust genug, damit sich die Landwirte jetzt sicher fühlen, diese Arbeit zu erledigen?
Ich denke, wir wissen jetzt genug, dass wir uns nicht irren werden. Wir könnten es besser machen, und ich bin besonders neugierig auf diese Kohlenstoff-Stickstoff-Beziehung und darauf, wie man Stickstoff effizient nutzt, um Kohlenstoff zu speichern, die Produktivität aufrechtzuerhalten und Stickstoffemissionen und -verluste für das Wassersystem zu reduzieren. Aber insgesamt sind die Grundideen klar, die Säulen dessen, was ein System regeneriert, sind bekannt. Ich glaube, wir müssen uns den Boden als ein System vorstellen und überlegen, wie Fruchtfolgen mit diversifizierten unterirdischen Inputs, tief verwurzelten Stauden, Deckfrüchten und reduzierten Bodenstörungen dazu beitragen, die Bodenmikroben zu befeuern, die sowohl Nährstoffe recyceln als auch mineralische Verbindungen aufbauen Kohlenstoff.
Darüber hinaus ist die Kohlenstoffbilanzierung im Boden nach wie vor eine große Herausforderung und muss auf der Grundlage fundierter wissenschaftlicher Erkenntnisse und eines Verständnisses der Bedingungen und des Managements in jedem Betrieb gemessen, verifiziert und überwacht werden. Es ist harte Arbeit, die Geduld und Investition erfordert, aber sie ist sehr, sehr wichtig und kann getan werden.
Die gute Nachricht ist, dass die Grundlagenforschung da ist und wir ständig darauf aufbauen. Wir wissen bereits genug, um zu informieren, was zu tun ist, und wir untersuchen Möglichkeiten, wie wir die Messung und das Management dieser Kohlenstoffvorräte im Boden verbessern können. Derzeit besteht großes Interesse an der Kohlenstoffbindung im Boden. An der Colorado State University verfolgen wir einen integrierten wissenschaftlichen Ansatz in Partnerschaft mit großen Unternehmen und vielen Landwirten, und ich bin sehr optimistisch, dass wir dies erreichen können. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Kohlenstoffzucht keine Patentlösung für den Klimawandel ist. Es muss zusammen mit aggressiven Einsparungen bei den Emissionen fossiler Brennstoffe verabschiedet werden.
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