Bodenemissionen von Distickstoffoxid und Methan in unterschiedlichen Landnutzungen der sudanesischen Savanne Westafrikas

Warum Böden in Westafrika fürs Klima wichtig sind

Die Luft über uns wird nicht nur von Fabriken und Autos beeinflusst, sondern auch von dem, was leise unter unseren Füßen geschieht. In der sudanesischen Savanne Westafrikas bewirtschaften Landwirtinnen und Landwirte, Viehhalter und Parkwächter das Land sehr unterschiedlich – von geschützten Wäldern bis hin zu Reisfeldern. Diese Studie untersucht, wie diese Entscheidungen die Menge von zwei starken Treibhausgasen, Methan und Distickstoffoxid, verändern, die aus dem Boden in die Atmosphäre entweichen. Das Verständnis dieser unsichtbaren Austauschprozesse kann helfen, Anbau‑ und Naturschutzpraktiken zu lenken, die Menschen ernähren und zugleich den Klimafußabdruck begrenzen.

Vier benachbarte Landschaften, vier unterschiedliche Geschichten

Die Forschenden konzentrierten sich auf vier typische Landnutzungen im Norden Ghanas: einen geschützten Savannenwald, eine beweidete Graslandschaft, ein gemischtes Ackerfeld und ein regenabhängiges Reisfeld in einer Niederung. Alle vier Standorte liegen in derselben Klimazone mit einer einzigen Regenzeit von Mai bis Oktober. Dadurch war ein Vergleich möglich, wie ausschließlich die Landnutzung die Treibhausgasemissionen prägt. Über zwei Regenzeiten (2023 und 2024) besuchte das Team jeden Standort wöchentlich und nutzte geschlossene Kammern – kleine Boxen, die über den Boden gestellt werden –, um die aus dem Boden austretenden Gase einzufangen und zu messen. Gleichzeitig zeichneten sie Bodenfeuchte und Temperatur auf und analysierten Bodenproben auf Kohlenstoff‑ und Stickstoffgehalt.

Reisfelder als Hotspots, Wälder als stille Helfer

Die Messungen zeigten markante Unterschiede beim Methan, einem Gas, das pro Molekül deutlich mehr Wärme einfängt als Kohlendioxid. Das Reisfeld setzte saisonübergreifend bei weitem das meiste Methan frei, besonders später in der Regenzeit, wenn der Boden dauerhaft gesättigt blieb. In diesem wasserdurchtränkten Milieu wird der Sauerstoff im Boden knapp und Mikroben wechseln zur Methanproduktion, das dann nach oben entweicht. Am anderen Ende des Spektrums fungierte das Waldreservat meist als Methansenke: Sein gut belüfteter Boden verbrauchte tatsächlich mehr Methan aus der Luft, als er emittierte. Die beweidete Graslandschaft war tendenziell eine mäßige Methanquelle, während das gepflügte Ackerland nahe neutral oder leicht methanbindend lag – vermutlich, weil Pflügen und andere Störungen den Boden auflockern und die stabilen, sauerstoffarmen Bereiche zerstören, in denen methanbildende Mikroben gedeihen.

Ein anderes Gas mit leiserem, aber ernsthaftem Effekt

Distickstoffoxid erzählte eine subtilere Geschichte. Alle vier Standorte, vom Wald bis zum Reisfeld, waren insgesamt Quellen dieses Gases, doch die Mengen waren gering und überraschend ähnlich zwischen den Orten und Jahren. Distickstoffoxid entsteht, wenn Bodenmikroben Stickstoff umwandeln, insbesondere wenn Dünger oder Mist zusätzliche Nährstoffe liefern. In dieser Region lagen die Stickstoffgehalte im Boden jedoch generell niedrig und der Düngereinsatz moderat, was offenbar die Produktion von Distickstoffoxid begrenzt. Starkregen zu Beginn der Regenzeit löste manchmal kurzzeitige Spitzen aus, wenn lange trockene Böden plötzlich wieder durchnässt wurden, doch diese Pulse summierten sich nicht zu großen saisonalen Unterschieden zwischen den Landnutzungen.

Wasser und Wärme als verborgene Steuerfaktoren

Durch den Vergleich der Gasmessungen mit den Bodenbedingungen konnten die Forschenden erkennen, welche Umweltfaktoren am wichtigsten waren. Für Methan erwies sich der Bodenwassergehalt als entscheidender Faktor, insbesondere im Reisfeld und in der Graslandschaft. Mit zunehmender Bodennässe während der Regenzeit stiegen die Methanemissionen in der Regel an, bis hin zu einem Punkt, an dem anhaltende Sättigung starke Produktion erlaubte. Auch die Bodentemperatur spielte eine Rolle, jedoch in entgegengesetzter Richtung: Wärmere Böden reduzierten tendenziell die Methanaufnahme in trockeneren Standorten und verstärkten die Emissionen in feuchteren. Im Gegensatz dazu zeigten die Flüsse von Distickstoffoxid nur schwache Zusammenhänge mit Bodenfeuchte oder Temperatur, was die Idee stützt, dass das begrenzte Stickstoffangebot und nicht allein das Klima die Emissionen dämpft.

Was das für Landwirtschaft und Wälder bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Kernbotschaft, dass derselbe Regen auf unterschiedlichen Feldern sehr unterschiedliche Klimaauswirkungen haben kann. In diesem Teil Westafrikas sind regenfeldbewässerte Reisflächen wichtige Methanquellen, während intakte Savannenwälder still einen Teil des Methans aus der Luft entfernen. Grasländer und Ackerflächen liegen dazwischen, sie tragen geringere Methanmengen bei, setzen aber dennoch Distickstoffoxid frei. Obwohl Distickstoffoxid in winzigen Mengen emittiert wird, ist es extrem wirksam, sodass selbst moderate Verluste aus stickstoffarmen Böden beim Umrechnen in Kohlendioxid‑Äquivalente ins Gewicht fallen. Die Studie legt nahe, dass Waldschutz, sorgfältiges Wassermanagement in Reisfeldern und das Vermeiden unnötiger Bodendegradation dazu beitragen könnten, die Treibhausgasemissionen in der sudanesischen Savanne zu begrenzen und gleichzeitig Ernährung und Lebensgrundlagen zu erhalten.

Zitation: Oussou, F.E., Kiese, R., Sy, S. et al. Soil nitrous oxide and methane emissions in contrasting land use of the West African Sudanian savanna. Sci Rep 16, 11398 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36221-x

Schlüsselwörter: Savannenböden, Methanemissionen, Distickstoffoxid, westafrikanische Landwirtschaft, Landnutzungswandel