CO2-Speicherbooster Artenvielfalt und heimische Pflanzen

CO2-Speicherbooster Artenvielfalt und heimische Pflanzen

Das Wurzelwerk von Anthyllis vulneraria – Wundklee. Kann auf allen offenen, mageren Flächen hervorragend angesät werden. aus: Wurzelatlas mitteleuropäischer Grünlandpflanzen, Band 2/1, Lichtenegger, E. 1992

Das Wurzelwerk von Taxacum officinale – Löwenzahn. aus: Wurzelatlas mitteleuropäischer Grünlandpflanzen, Band 2/1, Lichtenegger, E. 1992

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CO2-Speicherbooster Artenvielfalt und heimische Pflanzen

Photosynthese, eine kräftiges, stark verzweigtes Wurzelsystem sowie die Interaktion der Wurzeln mit Bodenpilzen und Mikroorganismen sind Treiber für den „Weg des flüssigen Kohlenstoff“ in den Boden, der Dauerhumus aufbaut.

Besonders intensiv ist dieser Prozess, wenn eine hohe Artenvielfalt an heimischen Pflanzen vorhanden ist. Als heimisch gelten alle Pflanzen, die vor 1492 schon bei uns waren. In den Jahrhunderten bis jetzt konnte sich ein Holon an Vergesellschaftung von Pflanzen- und Tierwelt entwickeln, das Zeit hatte, stabile und vitale Kreisläufe zu bilden. Das hilft uns heute, die natürliche Regenerationsfähigkeit und damit die Speicherfähigkeit für CO2 von Böden wiederherzustellen.

In den letzten Jahrzehnten wurden eintönige Rasen, die im Durchschnitt aus 5 Grasarten bestehen, kulturell gefördert. Gebietsheimische Blühmischungen bestehen dagegen aus 50 und mehr Arten. Sie bilden ein kräftiges und divers tiefgreifendes Wurzelsystem, das Luft-CO2 effektiv in den Boden überführt.

Während artenarme Rasen nur wenige cm in den Boden wurzeln können Wurzeln von Wildkräutern bis 4 – 5 Meter in den Untergrund reichen. Wildkräuter erschaffen dadurch einen viel größeren Raum für das komplexe  Zusammenspiel von Pilzen, Bakterien und Mikroorganismen und bewirken hohe Kohlenstoffspeicherraten im Boden.

Biodiversität auf öffentlichen Flächen und die Umwandlung von monotonen, artenarmen, häufig gemähten Rasenflächen in ein Mosaik mit Wildbereichen ist eine der effektivsten Maßnahmen für die CO2-Speicherung im öffentlichen Grün.

Andrea Maria Bartsch
Landschaftsarchitektin Bay. AK
Freiraumgrün

Stefanie von Kompostino.
Damit toter Boden wieder lebendig wird und seine natürliche Speicherfähigkeit für CO2 und Wasser wiedererlangt.

Biologische Kohlenstoffspeicherung

Biologische Kohlenstoffspeicherung

Beispiele für innerstädtische CO2-Speicher

Straßenbegleitgrün auf nährstoffarmen Standort, Lkr. Fürth, Foto A.M. Bartsch 2019

CO2 Speicher innerstädtischer essbarer Wildpflanzenpark, Mönchengladbach, Planung: M. Koppmann, 2021; Foto: © Stadt MG 2021

CO2 Speiche innerstädtische solidarische Landwirtschaft Berlin Frohnau.
Foto Elisabeth Krämer 2020

CO2- und Wasserspeicher innerstädtische Blüh-, Wasserretentions- und Badeflächen, Malzfabrik Berlin, Foto St.Harwart 2021

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Wie aus CO2 Bodenkohlenstoff wird

Liquid carbon pathway beschreibt den Prozess, bei dem gasförmiges Kohlendioxid aus der Atmosphäre in Bodenhumus umgewandelt wird. Diese „biologische Kohlenstoffspeicherung“ beginnt mit der Photosynthese, die Luft-CO2 in Kohlenhydrate umwandelt (und so die Pflanze mit Fetten und Eiweißen versorgt) und endet mit dem Aufbau einer stabilen, kohlenstoffreichen Bodenmatrix durch Wurzelausscheidungen der Grünpflanze.

Die entscheidende Rolle spielen dabei die Spezies der Pflanze, die Artenvielfalt und ein ausgeprägtes Wurzelsystem: Je biodiverser, kräftiger und tiefgreifender die Wurzeln desto mehr CO2-Speicherung ist möglich.

Sowohl beim Holz als auch beim Humus ist die Umwandlung in komplexe und stabile Kohlenstoffverbindungen ausschlaggebend, um CO2 dauerhaft zu speichern: Bei Bäumen und Sträuchern ist es der Prozess der Verholzung und in Böden ist es die Humifizierung, die stabilen kohlenstoffhaltigen Dauerhumus aufbaut.

Der Humifizierung gegenüber steht die Mineralisierung. Sie zersetzt tote Biomasse wie z.B. Ernterückständen vollständig – typischerweise an der Bodenoberfläche. Dabei entstehen gelöste anorganische Stoffe wie Mg, Fe, N, die die Pflanze als Nährstoffe über ihre Wurzeln erneut aufnimmt. Dieser organische Anteil im Boden heißt deshalb Nährhumus. Im Nährhumus wird nur labiler Kohlenstoff gespeichert, der schnell als CO2 erneut in die Atmosphäre entweicht.

Der meiste humifizierte (und damit festgelegte) Kohlenstoff im Boden stammt vom „löslichen Kohlenstoff“ aus der Pflanze, die über ihre Wurzeln einen Cocktail an organischen Verbindungen (z.B. Zucker, Aminosäuren, organische Säuren, Hormone und Vitamine) in den Boden abgibt. Eine wichtige Rolle spielt hier die symbiotische oder assoziative Wechselbeziehung zwischen Wurzeln und der Mikroflora des Bodens (Pilze und Bakterien), die Nährstoffe aus dem Boden im Austausch gegen Kohlenstoff an die Pflanze liefern.

Die Wurzelexsudate wiederum sind Nahrung für Bodenmikroben, die für die Umwandlung der toten Biomasse in hochmolekulare schwer abbaubare organische Stoffe (=Dauerhumus) zuständig sind.

Aus Pflanzenkohlenstoff entsteht so mikrobieller Bodenkohlenstoff. Kohlenstoffbindungsraten in der Größenordnung von 5-20 Tonnen CO2 pro Hektar und Jahr sind dann möglich.

Ergänzend verkitten Bodenmikroben das organische Material mit kleinsten mineralischen Bodenteilchen (Tonminerale) zu stabilen organo-mineralische Komplexen. So entsteht eine stabile Bodenmatrix mit hoher Beständigkeit gegen mikrobielle und oxidative Zersetzung. So bleibt atmosphärischer Kohlenstoff über Hunderte von Jahren fest gebunden und sorgt sogar dafür, dass Wasser besser in den Boden versickert und dort für die Pflanzen gespeichert wird.

Stefanie von Kompostino.
Damit toter Boden wieder lebendig wird und seine natürliche Speicherfähigkeit für CO2 und Wasser wiedererlangt.

Stickstoff

Stickstoff

Stickstoff ist als wichtiger Nährstoff im Kompost ausreichend vorhanden, muß aber durch Bakterien erst verfügbar gemacht werden.

Stickstoff ist nach Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff das wichtigste Nährelement für Pflanzen. Im Ackerboden sind etwa 2000 -10000 Kg N/ha (das ist ungefähr die Größe eines Fußballfeldes) in unterschiedlichen Bindungsformen in der organischen Substanz gebunden. In der Regel liegen aber meist weniger als 15 % des gesamten Stickstoffs mineralisch und damit düngewirksam vor. In einem Ackerfeld, das die Größe eines Fussballfeldes hat, stehen damit im Durchschnitt 900 Kg Stickstoff als natürlicher Nährstoff zur Verfügung.
Die industrielle Herstellung von flüssigem Stickstoffdünger ist sehr energieaufwendig. Für die analoge Produktion von 900 Kg künstlichem Stickstoff werden 6300 Kwh benötigt und 1200 Kg CO2 durch die Verbrennung von Erdgas in die Atmosphäre abgegeben. Das ist mehr Strom und Erdgas, die eine 4-köpfige Familie pro Jahr verbraucht. 

Natürlich düngewirksamer Stickstoff im Kompost

Kompostino mikrobielle Prozesse im Komposthaufen
Stickstoff wird im wesentlichen in Form von Nitrat (NO3-) über die Wurzeln von der Pflanze aufgenommen.
Eine wichtige Strategie einer effizienten Nährstoffaneignung ist daher die Ausbildung einer ausgedehnten Wurzeloberfläche.

Wurzellänge, Wurzeldurchmesser, Verzweigungsgrad, Ausprägung und Länge von Wurzelhaaren sind artspezifisch.

Kompostino Strohdüngungund Mulchfolien legen Stickstoff im Boden fest
Stickstoffhaltige organische Verbindungen (R-NH4) aus Garten- und Küchenabfällen (z.B. Proteine) werden im Kompost mit Hilfe von Bakterien, Pilzen und Wasser aufgebrochen. Es entstehen zuerst komplexe Verbindungen wie z.B. Aminosäuren. Erst dann bilden sich Ammonium (NH4 +) und Nitrat (NO3-). Stickstoff liegt damit in einer pflanzenverfügbaren form vor. Dieser Prozess wird Mineralisation genannt.
Kompostino Mobilisierung und Festlegung von Stickstoff im Kompost
Wenn im Verhältnis zu Stickstoff der Anteil von Kohlenstoff (C/N>20) im Boden hoch ist (z.B. durch Strohdüngung oder C-haltige Mulchfolien), entwickeln sich viele C-heterotrophe Bakterien, die Stickstoff in ihre eigene Körpersubstanz einbauen und festlegen. Stickstoff wird immobil und steht nicht mehr als Nährelement zur Verfügung.
Kompostino Strohdüngungund Mulchfolien legen Stickstoff im Boden fest
Pflanzenverfügbares Nitrat kann immer wieder in den organisch festgebundenen N-Pool zurückgehen und immobil werden. Es hat dann keine Düngewirkung mehr.

Es gibt auch stickstoffhaltige organische Verbindungen, die grundsätzlich mikrobiell schwer abbaubar sind und dem Boden seine positive Struktur geben, z.B. eine gute Wasserspeicherfähigkeit.

Kompostino Strohdüngungund Mulchfolien legen Stickstoff im Boden fest