Optimierung von Torfmoos-Paludikulturen

Hintergrund und Zielsetzung

Der Großteil der Moore in Deutschland wurde für Land- und Forstwirtschaft sowie Torfabbau entwässert und emittiert große Mengen an Treibhausgasen (THG). Eine Möglichkeit zur Reduzierung der THG-Emissionen ist die sogenannte „Paludikultur“, d.h. die Land- oder Forstwirtschaft unter naturnahen, nassen Bedingungen. Für Hochmoore kommt im Wesentlichen der Anbau von Torfmoosen (Sphagnum) in Frage, die als hochwertiger Torfersatzstoff genutzt werden können [link].  

Jedoch stehen Sphagnum-Paludikulturen vor einer Reihe von Herausforderungen: Aufgrund von klimawandelbedingt höheren Temperaturen und verringerten Sommerniederschlägen kommt es zu einer erhöhten Verdunstung und entsprechend zu niedrigen Grundwasserständen. Dies verringert zum einen das Mooswachstum und begünstigt zum anderen das Einwandern von Gefäßpflanzen wie Molinia caerulea und Betula pubescens. Die Auswirkungen erhöhter Temperaturen auf den Austausch von Kohlendioxid (CO₂) und Methan (CH₄) sind unklar.

Insbesondere Gefäßpflanzen mit Aerenchymgewebe verursachen ihrerseits erhöhte Emissionen von CH₄. Zwar können sie sich aufgrund der Beschattung positiv auf das Torfmooswachstum auswirken, aber gleichzeitig zu einer höheren Verdunstung führen. Auch vermindern sie die Substratqualität der angebauten Torfmoose und erhöhen somit den Pflegaufwand und damit die Kosten. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die hohe Stickstoffdeposition insbesondere in norddeutschen Hochmooren. Neben Auswirkungen auf das Mooswachstum und die Einwanderung von Gefäßpflanzen ist auch eine Rückkopplung der N-Deposition zum Gasaustausch möglich.

Die geschilderten Probleme sind besonders eklatant im Falle von stark zersetzten Torfen. Diese bleiben nach Torfabbau oder auch aufgrund der Entwässerung landwirtschaftlich genutzter Standorte zurück und besitzen ungünstige hydrologische Eigenschaften, die Probleme wie Wassermangel noch verstärken. Die Interaktion der verschiedenen Einflussfaktoren wurde jedoch noch nicht systematisch untersucht, so dass erheblicher Forschungsbedarf besteht.

Das übergeordnete Ziel des Projekts ist das verbesserte Verständnis – und damit langfristig auch das verbesserte Management – von Sphagnum-Paludikulturen auch unter schwierigen und damit für deutsche Hochmoore typischen Rahmenbedingungen bezüglich Klima, Nährstoffdeposition und Torfeigenschaften. Ergebnisse dieses Projekts können auch auf Herausforderungen in der „klassischen“ Hochmoorrenaturierung übertragen werden.

Vorgehensweise

Im Landkreis Emsland läuft seit 2015 ein Versuch zum großflächigen Anbau von Torfmoosen auf Schwarztorf [link]. Die in diesem Rahmen durchgeführten Messungen des THG-Austausches werden hier teilweise fortgeführt, um einen gesamten Wachstumszyklus inklusive Ernte abzudecken und die Regeneration der Flächen nach der Ernte bewerten zu können. Der Austausch von CO₂, CH₄ und Lachgas (N₂O) wird im Gelände manuell mit Hauben gemessen. Außerdem werden meteorologische und hydrologische Parameter aufgenommen und die Vegetationszusammensetzung bestimmt.

Daneben wird ein voll-faktorielles Gewächshausexperiment mit Bodensäulen aus gering zersetzten und stark zersetzten Torfen durchgeführt. Nach der Etablierung von Bulttorfmoosen werden Samen von Gefäßpflanzen appliziert und Temperatur, Wasserstand und Stickstoffzufuhr variiert. Während des Versuchs werden CO₂- und CH₄-Austausch gemessen, Wasserproben entnommen und Keimlinge von Gefäßpflanzen gezählt. Ein prozess-basiertes Modell wird an die Messdaten angepasst, um pflanzenphysiologische Parameter der Abhängigkeit des Keimungs- und Wachstumserfolges von den herrschenden Umweltfaktoren herzuleiten.

Unsere Forschungsfragen

• Wie verhält sich die THG-Bilanz eines gesamten Produktionszyklus einer Sphagnum-Paludikultur und während der Regenerationsphase nach der Ernte?
• Wie beeinflussen Gefäßpflanzen, Nährstoffversorgung, Torfart, Wasserstand und Temperatur den CO₂- und CH₄-Austauschs von Sphagnum-Paludikulturen?
• Wie wirken sich Wasserstand, Nährstoffverfügbarkeit und Temperatur auf die Keimungs- und Keimlingsüberlebensrate sowie Biomassezuwachs und Substratqualität von Sphagnum und konkurrierenden Gefäßpflanzen aus?