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Aus­gangs­punkt

Das For­schungs­in­ter­es­se an durch Pyro­ly­se (Ver­koh­lung) gebun­de­nem Koh­len­stoff © ist groß. Das liegt vor allem an der poten­zi­el­len Rolle der Pflan­zen­koh­le (ver­kohl­te Bio­mas­se) als lang­fris­ti­ge Koh­len­stoff-Senke in Böden und Sedi­men­ten. Denn Pflan­zen­koh­le wider­steht mikro­bi­el­ler Zer­set­zung und che­mi­schen Umwand­lun­gen im Boden ver­gleichs­wei­se lang. Die Autoren Kuzya­kov, Bogo­molo­va und Glaser haben sich in ihrer weg­wei­sen­den Studie mit genau dieser Sta­bi­li­tät der Pflan­zen­koh­le in Böden beschäf­tigt. Dafür wurde 14C-mar­kier­te (radio­ak­tiv mar­kier­te) Pflan­zen­koh­le ver­wen­det, um ihre Zer­set­zung zu CO2 während 8,5 Jahren zu ver­fol­gen, sowie die Umwand­lung ihrer che­mi­schen Ver­bin­dun­gen: neu­tra­le Lipide, Gly­co­li­pi­de, Phos­pho­li­pi­de, Polys­ac­chari­de und Ben­zol­po­ly­car­bon­säu­ren (BPCA, aro­ma­ti­sche Ver­bin­dung).

Extrem lang­sa­me Zer­set­zung der Pflan­zen­koh­le

14C-mar­kier­te Pflan­zen­koh­le wurde durch Ver­koh­lung 14C-mar­kier­ter Wei­del­gras (Lolium)-Reste her­ge­stellt. Die dabei ent­stan­de­ne Pflan­zen­koh­le wurde anschlie­ßend mit Erde oder Löss gemischt. Nach 3,2 Jahre Inku­ba­ti­on erbrach­ten die ersten Mes­sun­gen eine extrem lang­sa­me 14CO2 -Frei­set­zung von etwa 0,5% C pro Jahr. Die Autoren schät­zen daher die mitt­le­re Ver­weil­zeit von Pflan­zen­koh­le auf etwa 2000 Jahren, bei Böden gemä­ßig­ten Klimas sogar auf 4000 Jahre. Laut Kuzya­kov, Bogo­molo­va und Glaser war dies der erste expe­ri­men­tel­le Beweis für sehr lang­sa­me Abbau­ra­ten von Pflan­zen­koh­le.
In Anbe­tracht der sehr lang­sa­men Abbau­ra­te der Pflan­zen­koh­le und ihrer kon­ti­nu­ier­li­chen Abnahme wurde die Inku­ba­ti­on um weitere 5 Jahre ver­län­gert. Ins­ge­samt wurden in den 8,5 Jahren nur etwa 6% der ursprüng­lich zuge­setz­ten Pflan­zen­koh­le zu CO2 mine­ra­li­siert (frei­ge­setzt). Der größte Teil davon wurde in den ersten 2 Jahren frei­ge­setzt. Laut den Autoren der Studie ist das wahr­schein­lich die lang­sams­te Zer­set­zung, die expe­ri­men­tell für jede natür­li­che orga­ni­sche Ver­bin­dung erhal­ten wurde. Die durch­schnitt­li­che Abbau­ra­te für Pflan­zen­koh­le betrug damit weniger als 0,3% pro Jahr und ist damit etwa 2,5 mal lang­sa­mer, wie in frü­he­ren kür­ze­ren Studie (max. 3,5 Jahre) berich­tet wurde.
Der höchste Anteil von 14C in der ursprüng­li­chen Pflan­zen­koh­le war in der BPCA gebun­den (87%), der über 3,5 Jahre nur 7% abnahm. Kon­den­sier­te aro­ma­ti­sche Ein­hei­ten waren damit die sta­bils­te Frak­ti­on im Ver­gleich zu allen anderen Pflan­zen­koh­len-Stoff­ver­bin­dun­gen. Laut den Autoren erklärt der hohe Anteil von BPCA in der Pflan­zen­koh­le seine sehr hohe Sta­bi­li­tät und damit seinen wich­ti­gen Beitrag zur lang­fris­ti­gen C-Sequestrie­rung im Boden.

Wirt­schaft­li­cher Mehr­wehrt durch stabile CO2-Bindung

Die Anwen­dung von 14C-mar­kier­ter Pflan­zen­koh­le eröff­net einen neuen Weg, um nicht nur die Pflan­zen­koh­le selbst, sondern auch ihre Trans­for­ma­ti­ons­pro­duk­te zu ver­fol­gen. So kann das von Pflan­zen­koh­le abge­lei­te­te C in Mikro­or­ga­nis­men, gelös­ten orga­ni­schen Sub­stan­zen und orga­ni­schen Sub­stanz­frak­tio­nen nach­ge­wie­sen werden – selbst nach sehr lang­sa­men Um- und Abbau-Pro­zes­sen, da die 14C-Analyse eine hohe Sen­si­ti­vi­tät und Spe­zi­fi­tät auf­weist.
So zeigten die Ergeb­nis­se auch eine geringe mikro­bi­el­le Ver­füg­bar­keit von Pflan­zen­koh­le und bestä­tig­ten die Annahme, dass Pflan­zen­koh­le als C-Quelle für Mikro­or­ga­nis­men von ver­nach­läs­sig­ba­rer Bedeu­tung ist. Die For­scher konnten nach­wei­sen, dass der Koh­len­stoff aus Pflan­zen­koh­le von den Mikro­or­ga­nis­men im Ver­gleich zum Koh­len­stoff aus orga­ni­schen Boden­sub­stan­zen (abge­stor­be­nen pflanz­li­chen und tie­ri­schen Stoffen) weniger inten­siv genutzt wird. Dies ist laut den Autoren auch eine indi­rek­te Bestä­ti­gung einer sehr gerin­gen mikro­bi­el­len Ver­füg­bar­keit von Pflan­zen­koh­le. Sie gehen davon aus, dass haupt­säch­lich Lipide und Polys­ac­chari­de aus der Pflan­zen­koh­le in Mikro­or­ga­nis­men ein­ge­baut wurden. Mehr als 80% der Gly­co­li­pi­de und Phos­pho­li­pi­de wurden inner­halb der ersten 3,5 Jahren zer­setzt.

Ori­gi­nal­ar­ti­kel: Biochar sta­bi­li­ty in soil. Decom­po­si­ti­on during eight years and trans­for­ma­ti­on as asses­sed by com­po­und-spe­ci­fic 14C ana­ly­sis

Autor: Yakov Kuzya­kov, Irina Bogo­molo­va, Bruno Glaser

Erschie­nen in: Soil Biology & Bio­che­mi­stry 70 (2014), Else­vier, p. 229–236