SaMS – Soils as Methane Sinks

Waldböden als wichtigste terrestrische Senke für atmosphärisches Methan im Klimawandel: eine bedrohte Klimaleistung von Waldböden?

MOTIVATION

Methan (CH4) stellt aufgrund seines hohen Treibhausgaspotentials das zweitwichtigste Treibhausgas des anthropogen verursachten Klimawandels dar. Während Moore und vernässte Standorte wichtige natürliche CH4-Quellen darstellen, handelt es sich bei unvernässten Waldböden um die global
bedeutendste terrestrische Senke für atmosphärisches CH4. Dadurch tragen Waldböden aktiv dazu bei, die Folgen des Klimawandels zu mindern. 

Während kurzfristige Effekte von Umweltparametern wie Bodenfeuchte und -temperatur auf die CH4-Oxidationsleistungsfähigkeit von Böden gut erforscht sind, so sind Effekte von klimawandelbedingten langfristigen Trends von Umweltparametern dagegen weitestgehend unbekannt. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse lassen eine langfristige Abnahme dieser Klimaleistung vermuten, was auch einer Abnahme des Kohlenstoffspeichers im Wald entsprechen würde und damit ein dramatischer Verlust einer klimarelevanten Bodenfunktion. Weltweit existieren jedoch fast keine langfristigen Beobachtungen, welche eine eindeutige Einschätzung dieser Hypothesen ermöglichen.

HINTERGRUND

An der FVA Baden-Württemberg wurden über die letzten 20 Jahre Bodengasprofile an 13 Standorten erfasst. Die Flächen sind dabei Teil des intensiven forstlichen Umweltmonitorings  Level II (BMEL, 2020), wobei die Sammlung der Bodenluft als Zusatz zum standardisierten Messprogramm stattfindet.

Zusätzlich zu den passiven Bodengassammlern werden auf den Intensiv-Monitoringflächen viele weitere Umweltparameter regelmäßig erhoben (Abbildung 2 links), welche die Prüfung von potentiellen Einflussfaktoren auf die langzeitliche Entwicklung der Bodengasflüsse in Wäldern ermöglicht.

Abb 2: Links: Aufbau und Instrumentierung an den Bodengasmessflächen in Baden-Württemberg. Der Standardaufbau umfasst 1) Anordnung der passiven Bodengassammler in verschiedenen Tiefen, 2) meteorologischer Messturm für Referenzmessungen wie Temperatur und Niederschlag über dem Kronendach, 3) Bodenfeuchtesensoren, 4) Matrixpotential- und Bodentemperatursensoren, 5) Saugkerzen zur Sammlung von Bodenwasser. Zoomansicht: Querschnitt eines passiven Gassammlers - Quelle: Maier et al. 2020Rechts: Installierte Passivsammler auf der Untersuchungsfläche in Heidelberg - Quelle: FVA BW

Die FVA Freiburg setzt dabei auf die für das langzeitliche Monitoring gut geeigneten Passivgassammler, in denen aus verschiedenen Bodenschichten und in Wiederholungen Bodenluft gesammelt und analysiert wird, wodurch mindestens im 4-wöchigen Intervall die Zusammensetzung der Waldbodenluft bekannt ist. Zusätzliche Kammermessungen innerhalb der Projektlaufzeit ermöglichen dann die bereits erhobenen Daten zu plausibilisieren und dienen zur Entwicklung eines Bodengasmodells. 

NUTZEN

Diese langjährigen Messungen der Bodengaskonzentrationen lassen eine Ableitung der CH4- Oxidationsraten zu. Unser Ziel ist es, im Rahmen des durch den Waldklimafond und die FNR geförderten Projektes ein Gastransportmodell zu entwickeln, anzupassen und zu evaluieren. Die Modellierung wird es ermöglichen, (1) die CH4-Senkenfunktionzu quantifizieren, (2) eine Trendanalyse durchzuführen und so einen möglichen langfristigen Funktionsverlust zu erkennen und (3) die möglichen Ursachen zu identifizieren. 

Abb 3: Von oben nach unten: Zeitreihen der der CH4-Konzentration auf der Messfläche Esslingen in verschiedenen Bodentiefen, der daraus abgeleiteten Boden-Atmosphärenflüsse sowie der Einflussfaktoren Boden-und Lufttemperatur und des monatliche Niederschlags und des Bodenwassergehalts - Verändert nach: Maier et al. 2020.

Unsere Modellierungen der CH4-Oxidationsraten werden es so ermöglichen, Trends (Stickstoffdeposition), Events (Trockenjahre), Nutzungsintensitäten und forstbetrieblicher Maßnahmen und Arbeitsverfahren (Kalkung, Holzernte) hinsichtlich ihrer Effekte auf die CH4-Senkenfunktion zu bewerten. Vor dem Hintergrund klimabedingter Veränderungen kann die Modellierung so zu einer umfassenderen Bewertung bei Forstmanagement-Entscheidungen beitragen.

WEITERE INFORMATIONEN

LITERATUR

  • Maier, M.; Gartiser, V.; Schengel, A.; Lang, V. (2020): Long Term Soil Gas Monitoring as Tool to Understand Soil Processes. Appl. Sci., 10, 8653. https://doi.org/10.3390/app10238653
  • BMEL (2020): Am Puls des Waldes – Umweltwandel und seine Folgen – ausgewählte Ergebnisse des intensiven forstlichen Umweltmonitorings. BMEL, Bonn, Germany. 

PROJEKTLAUFZEIT

15.03.2021 – 15.03.2024

PROJEKTLEITUNG

Dr. Martin Maier, Verena Lang

KOOPERATIONEN

Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Umweltforschung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

PROJEKTTRÄGER
 

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