Neue Methode verspricht genaue und effiziente Schätzungen des Kohlenstoffgehalts im Boden

Jul 05, 2023

Der Boden der Erde enthält große Kohlenstoffvorräte – sogar mehr Kohlenstoff als in der Atmosphäre. Ein erheblicher Teil dieses Bodenkohlenstoffs liegt in organischer Form (an Kohlenstoff gebundener Kohlenstoff) vor, der als organischer Bodenkohlenstoff (SOC) bezeichnet wird. Allerdings wurde der SOC in der Vergangenheit durch landwirtschaftliche Aktivitäten stark verringert, wodurch dieser Kohlenstoff als Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wurde, was zum Klimawandel beitrug.

Um die SOC-Bestände bei der landwirtschaftlichen Landnutzung zu überwachen und nachhaltig zu verwalten, ist eine genaue Methode zur Messung des SOC unerlässlich. Aktuelle Methoden zur genauen Schätzung des SOC sind jedoch ressourcen- und kostenintensiv.In ihrer neuen Studie, veröffentlicht in Geoderma, testeten Forscher des Agroecosystem Sustainability Center (ASC) eine neue Probenahmemethode in der Hoffnung, die Fähigkeit zur Schätzung der SOC-Bestände zu verbessern.

Die früheren Untersuchungen des Teams legten nahe, dass leicht verfügbare räumliche Informationen in öffentlichen Datenbanken die Effizienz der SOC-Probenahme in landwirtschaftlichen Feldern verbessern könnten. Diese von Eric Potash vom ASC, einem Forschungswissenschaftler am Department of Natural Resource & Environmental Sciences (NRES) der University of Illinois (U of I) Urbana-Champaign, geleitete Studie testete diese Hypothese in acht Bereichen in Illinois und Nebraska.

Die Messung des SOC ist aufgrund seiner Variabilität eine Herausforderung. Der SOC-Bestand an zwei Standorten, die nur wenige Meter voneinander entfernt sind, kann sich erheblich unterscheiden. Das bedeutet, dass viele Standorte beprobt werden müssen, um den gesamten SOC-Bestand abzuschätzen, was einen hohen Arbeitsaufwand im Labor und im Feld bedeutet.

„Frühere Studien, darunter eine, die wir vor einem Jahr durchgeführt haben, haben Möglichkeiten vorgeschlagen, die Anzahl der benötigten Proben zu reduzieren“, sagte Potash. „Es war jedoch nicht bekannt, wie viel effizienter diese Methoden waren. Wir haben diese Methoden anhand eines neuen, hochwertigen Datensatzes getestet, den unser Forschungsteam zusammengestellt hat.“

Das Team stellte fest, dass SOC-Bestände in landwirtschaftlichen Feldern effizienter gemessen werden können, indem eine Methode namens „doppelt ausgeglichene Probenahme“ verwendet wird, die Hilfsinformationen berücksichtigt, die in Höhenkarten, Satellitenbildern und früheren Erhebungen verfügbar sind. Bei der doppelt ausgewogenen Probenahme handelt es sich um eine moderne Strategie, die die klassische Methode der geschichteten Probenahme verbessert, indem Standorte ausgewählt werden, die im Hinblick auf diese Zusatzinformationen repräsentativer für das Feld sind.

„Die Quantifizierung des Kohlenstoffbestands im Boden durch Bodenproben ist eine schwierige und kostspielige Aufgabe, aber es hat sich herausgestellt, dass unser Ansatz die Anzahl der benötigten Bodenproben um vielversprechende 30 Prozent reduzieren kann“, sagte Kaiyu Guan, Projektleiter und Mitautor, Gründungsdirektor von ASC und außerordentlicher NRES-Professor. „Wir glauben, dass dies ein bedeutender Fortschritt zur Verbesserung der Effizienz der Bodenprobenahme ist und in zukünftigen Praktiken von Entwicklern oder Forschern von Kohlenstoffprojekten gefördert werden sollte.“

Die Arbeit wird durch einzigartige, hochauflösende Bodenproben auf Feldebene ermöglicht, die von Wissenschaftlern aus verschiedenen Projekten gesammelt wurden.

„Ich freue mich, dass unsere harte Arbeit und die gesammelten Bodenprobendaten die Entwicklung dieses Ansatzes ermöglichen“, sagte DoKyoung Lee, ein weiterer Co-Autor und Professor für Nutzpflanzenwissenschaften an der U of I.

Das Team hat seine Methoden und Daten öffentlich zugänglich gemacht, damit die wissenschaftliche Gemeinschaft davon profitieren und gemeinsam daran arbeiten kann, das Verständnis von SOC weiter zu verbessern.

„Ich freue mich besonders, dass wir die Daten für diese Studie öffentlich teilen“, sagte Potash. „Ich hoffe, dass dies eine verstärkte Zusammenarbeit fördern wird, um den Fortschritt in der Bodenkohlenstoffforschung zu beschleunigen.“

Zu den Co-Autoren dieser Veröffentlichung gehören neben Potash, Guan und Lee auch Andrew Margenot, außerordentlicher Professor für Nutzpflanzenwissenschaften und stellvertretender Direktor des ASC; Arvid Boe, Professor für Agronomie, Gartenbau und Pflanzenwissenschaften an der South Dakota State University; Michael Douglass, Forschungstechniker bei ASC und Crop Sciences; Emily Heaton, Professorin für Nutzpflanzenwissenschaften; Chunhwa Jang, Postdoktorandin im Bereich Nutzpflanzenwissenschaften; Virginia Jin, USDA-ARS Research Soil Scientist an der University of Nebraska; Nan Li, Postdoktorandin bei ASC und Crop Sciences; Rob Mitchell, USDA-Forschungsagronom und außerordentlicher Professor für Agronomie an der University of Nebraska; Nictor Namoi, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei ASC und Nutzpflanzenwissenschaften; Marty Schmer, USDA-ARS-Forschungsagronom an der University of Nebraska; Sheng Wang, ASC- und NRES-Forschungsassistent; und Colleen Zumpf, Spezialistin für Bioenergie und Ökosystemdienstleistungen am Argonne National Laboratory.

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der University of Illinois at Urbana-Champaign veröffentlicht