Kohlenstoffsenke

Wälder absorbieren weltweit jährlich 0,55 Gigatonnen und sind somit die größte terrestrische Senke für Kohlenstoff. Die Gesamtmasse der global in Waldökosystemen gespeicherten Kohlenstoffmenge wird mit 300 Gigatonnen im organischen Anteil des Mineralbodens, 295 Gigatonnen in der lebenden Biomasse und 68 Gigatonnen im Totholz und in der Streuschicht angenommen.[3] In den borealen Nadelwäldern entfällt fast die Hälfte auf das unterirdische Pilzgeflecht.[4] Die Speicherleistung der Wälder nimmt jedoch ab. Ursachen sind Übernutzung durch thermische Verwertung sowie die Klimaveränderung. Sie sorgt für Trockenstress, Schädlingsbefall und erhöhte Gefahr für die Ausbreitung von Waldbränden. Es stellt sich die Frage, welche Art der Bewirtschaftung eine optimale Speicherleistung gewährleistet. Untersuchungen ergaben, dass der Kohlenstoff-Pool in Urwäldern wesentlich höher ist als in Wirtschaftswäldern (347 tC/ha gegenüber 272 tC/ha). Zurückhaltung bei der Holzernte erscheint daher die kurzfristig erfolgreichste Maßnahme zur Steigerung der Kohlenstoffspeicherleistung der Wälder zu sein.[3]

Etwa ein Drittel der menschengemachten Kohlendioxidemissionen ist auf die Entwaldung der letzten 150 Jahre zurückzuführen. Im Umkehrschluss können Aufforstungen sehr klimawirksam sein. Dies trifft vor allem dann zu, wenn großflächige Aufforstung im Gegenzug mit einem Rückgang der landwirtschaftlich genutzten Flächen einhergeht.[5]

Die Fähigkeit von Aufforstungsflächen, Kohlenstoff zu speichern, hängt sehr stark von Faktoren wie Feuchte und Sonneneinstrahlung ab. In den Tropen ist eine Speicherleistung von bis 27 Tonnen Kohlenstoff pro Jahr und Hektar (tC/(ha·a)) möglich. In höheren Breiten ist die Speicherleistung entsprechend niedriger. Für Deutschland sind Werte von 2,8 tC/(ha·a) für 20-jährige Kulturen und 6,4 tC/(ha·a) für 60-jährige Kulturen zu erwarten. Bei Neuanlagen vergehen etliche Jahre, bis in der Summe eine CO₂-Speicherung stattfindet. Aufforstungen auf vorbestehendem Grünland führen in Einzelfällen zu keiner Senkenwirkung, wenn hohe, im Boden gespeicherte Kohlenstoffvorräte durch Aufforstung mobilisiert und freigesetzt werden, die durch den Zuwachs an Biomasse nicht ausgeglichen werden. Ein Beispiel in Kanada ergab eine negative CO₂-Bilanz nach 20 Jahren, nach 70 Jahren war sie positiv. Hier kamen die Faktoren der relativ niedrigen Speicherleistung aufgrund der hohen nördlichen Breite und der Aufforstung auf Grünland zusammen.[6]

Folgende Faktoren führen bei Aufforstungen zu einer positiven CO₂-Bilanz:

• Verzicht auf intensive Bodenbearbeitung, da diese den Umsatz von vorhandenem organischen Material fördert.
• Bei der Aufforstung von Ackerflächen ist der Effekt als Kohlenstoffsenke höher als bei der Aufforstung von Grünlandflächen.
• Bodendrainagen führen zu einer erhöhten Freisetzung von CO₂.[7]

Es wird angenommen, dass äquatornahe Wälder eher in der Lage sind, der Atmosphäre CO₂ zu entziehen, während Wälder der höheren Breiten in der Summe möglicherweise eher CO₂ abgeben.[8] Darüber hinaus haben boreale Nadelwälder einen geringeren Albedo-Effekt als schneebedeckte waldfreie Flächen.[9] Die tropischen Regenwälder galten bislang als besonders große Kohlenstoffsenken. Dieser Effekt scheint sich jedoch nach einer 2020 veröffentlichten Studie als Folge der Erderwärmung abzuschwächen beziehungsweise umzukehren.[10] Eine Studie aus dem März 2020 von ca. 100 Institutionen über einen Zeitraum von 30 Jahren zeigt, dass die Fähigkeit tropischer Wälder, CO₂ zu absorbieren, aufgrund von Klimawandel und Entwaldung schwindet. Wissenschaftler projizieren in der Studie mittels Daten und Modellen einen langfristigen Rückgang der afrikanischen CO₂-Senke um 14 % bis 2030. Demnach entwickelt sich der Amazonas-Regenwald von einer CO₂-Senke zu einer CO₂-Quelle bis Mitte der 2030er Jahre.[11][10] Ähnliche Entwicklungen wurden schon 2020 bei brasilianischen saisonalen Wäldern beobachtet. In 32 seit 1987 beobachteten Waldflächen sank die Kohlendioxid-Absorption in diesem Zeitraum um 2,6 %, während die Abgabe von CO₂ um 3,4 % anstieg.[12]

Wissenschaftliche Untersuchungen mit CO₂-gedüngten Wäldern deuten darauf hin, dass diese zusätzliches CO₂ über die Bodenatmung wieder abgeben.[13][14] Ein Freilandexperiment der Universität Basel und des Paul Scherrer Instituts stellte bei den untersuchten Bäumen trotz der CO₂-Düngung keinerlei Wachstumsförderung fest.[14]

Weltweit beherbergen Moore 900 Gigatonnen Kohlenstoff.[15] Sie binden Kohlenstoffdioxid, solange sie wachsen.[16] Noch in diesem Jahrhundert könnten sie – durch weitere Abtorfung oder Trockenlegung, Absterben der Torfmoose durch die Erwärmung sowie Brände – von einer Kohlenstoffsenke zu einer Kohlenstoffquelle werden. Die Datenlage ist allerdings noch sehr unsicher.[17][18][19]

Grasland wie Steppen und Savannen, haben ein hohes Potential als Kohlenstoffsenke. Wissenschaftler der Universität Lund stellten fest, dass durch ihre Photosyntheseleistung etwa ein Drittel der jährlichen anthropogenen Kohlenstoffdioxidemissionen gebunden wird.[20] In Savannen gibt es viele Feuer, die großteils vom Menschen verursacht sind. Das durch Mineralisierung oder Feuer wieder in die Atmosphäre abgegebene Kohlenstoffdioxid reduziert die Wirkung als Kohlenstoffspeicher. Böden unter Dauergrünland in Deutschland speichern in den oberen 90 cm 181 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar, deutlich mehr als Ackerland mit durchschnittlich 95 tC/ha.[21]

Enthält der Boden nicht genügend Nährstoffe, wachsen die Pflanzen langsamer. Sie können dann auch nicht so viel CO₂ aufnehmen. Es liegen bereits Berechnungsmodelle vor, die diesen Zusammenhang für Stickstoff und Phosphor berücksichtigen.[22] Langfristig ist besonders mit Problemen bei der Phosphorversorgung zu rechnen.