Kohlendioxid (CO2) ist nach Wasserdampf das wichtigste Treibhausgas auf der Erde. Der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre ist die Hauptursache der globalen Erwärmung und wird hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Energieträger verursacht. Doch auch Distickstoffmonoxid (N2O), das auch als Lachgas bekannt ist und ein 300-mal stärkeres Treibhausgas als CO2 ist, wird aus Böden freigesetzt. Die intensive Landwirtschaft führt durch Düngung zu einer starken Zunahme der N2O-Abgabe aus Böden und der N2O-Konzentration der Atmosphäre. Der Boden bzw. die Landnutzung haben also einen erheblichen Einfluss auf die Treibhausgasemissionen und damit auf das Klima. Ob der Boden langfristig eine Quelle oder Senke für Treibhausgase darstellt und welche Rolle dabei das N2O spielt, wird am Forschungszentrum Jülich im Institut für Agrosphärenforschung (IBG-3) untersucht.
Zwischen 1.500 und 2.400 Milliarden Tonnen (Gigatonnen) Kohlenstoff sind weltweit im Boden gespeichert. Pro Jahr geben die Böden bis zu 95 Gigatonnen CO2 in die Atmosphäre ab. Sie haben folglich einen enormen Anteil am globalen Kohlenstoffkreislauf. Durch steigende Temperaturen wird das Entweichen von Kohlenstoff aus dem Boden in die Atmosphäre noch erhöht, da er zum einen durch Stoffwechselprozesse von Bodenorganismen, die bei höheren Temperaturen schneller ablaufen, zum anderen aber auch aus tauenden Permafrostböden freigesetzt wird.
Die Wissenschaftler wollen unter anderem herausfinden, ob der Boden trotz des Klimawandels langfristig seine Kohlenstoffspeicherfunktion behält oder ob er eher zur Quelle für Kohlendioxid wird. Mit verbesserten Messmethoden sollen deshalb Austauschprozesse von Treibhausgasen zwischen Boden und Atmosphäre zuverlässiger als bisher erfasst werden. Damit lassen sich dann verlässliche Modelle und Prognosen für die künftige Entwicklung des Treibhausgasaustauschs und die Folgen einer Änderung der Landnutzung erstellen. Ein besseres Verständnis über die Speicherungsmechanismen von Kohlenstoff im Boden könnte dabei helfen, mit entsprechenden Maßnahmen wie reduzierter Bodenbearbeitung oder durch verstärktes Einbringen von organischem Material in den Boden den CO2-Anstieg in der Atmosphäre abzumildern.
Ein noch viel wirksameres Treibhausgas ist im Vergleich zum Kohlendioxid das Lachgas. Hauptursache für den weltweiten Anstieg der N2O-Emissionen sind die in der Landwirtschaft eingesetzten Stickstoffdünger. Untersucht werden deshalb, welche biologischen und chemischen Prozesse an der Umsetzung von Stickstoff im Boden beteiligt sind und zur erhöhten Freisetzung von Lachgas führen können. Bislang ist das Wissen zum Stickstoff-Kreislauf im Boden noch lückenhaft. Insbesondere die Wechselwirkungen zwischen biologischen und chemischen Prozessen sind noch nicht vollständig erfasst, da die Prozesse wesentlich komplexer als beim Kohlenstoff-Kreislauf sind.
Prozessstudien im Labor, bei denen Stickstoff mit stabilen Isotopen markiert wird, sollen ebenso wie Freiland-Messungen an den Langzeit-Messstationen Selhausen, Wüstebach und Rollesbroich die Wissenslücken schließen. Dann ließe sich zum Beispiel gezielter steuern, wie landwirtschaftliche Flächen gedüngt werden müssen, ohne dass hohe Ernten steigende Lachgas-Emissionen zur Folge haben.
