SOC-Sand - Stabilität von organischer Substanz in Sandmischkulturen

Hintergrund und Zielsetzung

Zur Verbesserung des Wasserhaushalts und der Tragfähigkeit wurden Moorböden im 20. Jahrhundert zu sogenannten „Deutsche Sandmischkulturen“ oder zu „Tiefpflugsand­deck­kulturen“ umgewandelt (Treposole aus Moorböden). Nach dem Tiefpflügen bis in den unterliegenden Sand wurde der Oberboden homogenisiert bzw. bei Tiefpflugsanddeck­kulturen wurde zusätzlich Sand aufgebracht. Durch das Tiefpflügen entstand eine typische Schrägschichtung von Torf und mineralischem Unterbodenmaterial. Sandmischkulturen haben zwar niedrigere Vorräte an Bodenkohlenstoff (C_org) im Oberboden als nicht durch Umbruch veränderte Hoch- und Niedermoorböden, aber bei weitem höhere Vorräte als Ackerstandorte auf Mineralböden. Da Sandmischkulturen meist als Acker genutzt werden und dabei grundsätzlich entwässert sind, ist die torfbürtige organische Substanz dem Risiko der Mineralisierung ausgesetzt.

Die Verbesserung des Wasserhaushalts für landwirtschaftliche Kulturen ergibt sich auch daraus, dass die Sandstreifen aufgrund der hohen hydraulischen Leitfähigkeit entwässernd wirken. Dabei wird angenommen, dass die Bodenfeuchte – eine entscheidende Steuergröße für die Freisetzung von Kohlendioxid (CO₂) aus organischen Böden – im Torf hoch bleibt und die organische Substanz dadurch konserviert wird.

Im Falle von Mineralböden wurde festgestellt, dass Tiefumbruch zu einer Erhöhung der C_org-Vorräte in Ackerböden führt, da Humus des ehemaligen Oberbodens im Unterboden stabilisiert wird [link]. Für Sandmischkulturen aus organischen Böden wird oft angenommen, dass sich der C_org-Gehalt im Oberboden einem Gleichgewichtswert annähert und der Torf im Unterboden konserviert wird. Allerdings wurde in entsprechenden Studien üblicherweise nur der C_org-Vorrat im Oberboden gemessen. Wiederholte Messungen des Bodenkohlenstoffvorrates im gesamten Profil, des CO₂-Austausches oder des Bodenwasserhaushalts liegen für Treposole aus organischen Böden jedoch nicht vor. Nach Ergebnissen der Bodenzustandserhebung Landwirtschaft [link] sind etwa 12% der Moor- und moorähnlichen Böden in Deutschland durch Tiefumbruch zu Treposolen geworden. Somit ergibt sich aufgrund der großen Flächenrelevanz ein erheblicher Forschungsbedarf zur Stabilität von organische Substanz in bzw. CO₂-Emissionen aus diesen Böden.

Vorgehensweise

Das Projekt „SOC-Sand“ kombiniert C_org-Vorratsbestimmungen im Gelände mit Inkubationsversuchen und prozessorientierter Modellierung. Die Bestimmung der C_org-Vorräte erfolgt durch eine Kombination von Profilaufnahmen und Rammkernsondierungen an für Deutschland repräsentativen Standorten (Tiefumbruch und Referenzstandorte).

Neben dem Alter der Flächen, der Nutzungsgeschichte und weiterer Meliorationsmaßnahmen werden an den Untersuchungsstandorten Erklärungsvariablen zu Torfeigenschaften (z.B. Torfart, Nährstoffgehalte und pH-Werte) und zur Bodenhydrologie (Wasserretentionseigenschaften, Leitfähigkeiten, [link]) aufgenommen sowie Proben für Laborversuche zur Stabilität der organischen Substanz entnommen.

Daneben werden zwei Intensivmessstandorte angelegt, an denen bodenhydrologische Parameter kontinuierlich gemessen werden. Diese Daten werden zu Kalibrierung eines prozessbasierten bodenhydrologischen Modells genutzt. Anhand der an allen Untersuchungsstandorten aufgenommenen bodenhydraulischen Eigenschaften kann es im nächsten Schritt auch auf diese Standorte angewendet werden. Ergebnisse der Modellierung dienen dem Zweck, hydrologische Einflussgrößen auf mögliche Unterschiede zwischen Treposolen und Referenzstandorten zu bewerten, die im Gegensatz zu Standort- und Managementeinflüssen nicht über eine einmalige Kampagne bzw. Recherche geklärt werden können.

Unsere Forschungsfragen

• Quantifizierung des mittel- und langfristigen Effekts von Tiefumbruch organischer Böden auf die Vorräte der organischen Substanz an für Deutschland repräsentativen Standorten.
• Identifizierung relevanter bodenchemischer und bodenphysikalischer Einflussgrößen, die den Kohlenstoffverlust von Treposolen aus organischen Böden und Referenzstandorten beeinflussen.
• Erstellung eines Konzepts für die Anrechnung von Treibhausgasemissionen aus organischen Tiefumbruchböden im Emissionsinventar.