Erwärmung von Luft und Boden wirkt unterschiedlich auf die Speicherung organischen Kohlenstoffs im Boden

Warum warme Böden für unsere Zukunft wichtig sind

Der Großteil des weltweiten Kohlenstoffs befindet sich nicht in Bäumen oder der Luft, sondern ist in Böden gebunden. Mit der Erwärmung des Planeten erwärmen sich sowohl die Luft über uns als auch der Boden unter unseren Füßen, was die Kohlenstoffspeicherung in Böden verändern kann. Diese Studie stellt eine einfache, aber wichtige Frage für das Klima: Beeinflussen wärmere Luft und wärmerer Boden diese verborgene Kohlenstoffbank auf die gleiche Weise, oder treiben sie sie in unterschiedliche Richtungen?

Zwei Arten der Erwärmung, zwei unterschiedliche Geschichten

Die Autorinnen und Autoren fassten Ergebnisse aus 327 Felderexperimenten weltweit zusammen, in denen Ökosysteme gezielt erwärmt wurden, und kombinierten diese mit einem detaillierten Computermodell der Landprozesse. Die Experimente nutzten verschiedene Werkzeuge zur Beheizung: offene Kammern (open top chambers) erwärmten hauptsächlich die Luft um Pflanzen, Heizkabel erwärmten vornehmlich den Boden, und Infrarotstrahler beeinflussten beides. Über alle Standorte gemittelt veränderte Erwärmung den organischen Bodenkohlenstoff, das dunkle kohlenstoffreiche Material in Böden, im Durchschnitt kaum. Als das Team die Daten jedoch nach Erwärmungsmethode trennte, zeigte sich ein Muster. Luftwärmung ließ den Bodenkohlenstoff tendenziell unverändert, während direkte Bodenerwärmung häufiger zu Verlusten der gespeicherten Kohlenstoffmenge führte.

Wie warme Luft in den Boden reicht

Mithilfe ihres Modells untersuchten die Forschenden, warum Luft- und Bodenerwärmung auseinanderlaufen. Sie fanden, dass eine höhere Lufttemperatur nicht immer in gleicher Weise zu wärmeren Böden führt. Wie viel zusätzliche Wärme den Boden erreicht, hängt davon ab, wie die eingehende Energie zwischen Erwärmung der Luft und Verdunstung von Wasser aufgeteilt wird. In feuchteren Gebieten fließt mehr Energie in die Verdunstung, sodass der Boden weniger warm wird. In trockeneren Regionen geht mehr Energie in fühlbare Erwärmung, sodass der Boden stärker aufheizt. Eine Erwärmung des gesamten Ökosystems, bei der sowohl Luft als auch Boden erwärmt werden, erzeugte erwartungsgemäß den stärksten Anstieg der Bodentemperatur, zeigte aber dennoch große Unterschiede zwischen den Klimazonen.

Pflanzen, Wasser und Mikroben in einem sich verändernden Klima

Das Modell verfolgte auch, wie Pflanzenwachstum und Bodenmikroben reagieren. Die Nettoprimärproduktion, ein Maß dafür, wie viel Kohlenstoff Pflanzen der Luft entziehen und dem Land zuführen, veränderte sich an unterschiedlichen Standorten in verschiedene Richtungen. In kalten, energiebegrenzten Regionen förderte Erwärmung häufig das Pflanzenwachstum, indem sie die Vegetationsperiode verlängerte. In bereits warmen Regionen trieb zusätzliche Hitze die Pflanzen über ihre Komfortzone hinaus und erhöhte ihre eigenen Atmungskosten, sodass das Wachstum tendenziell abnahm. Direkte Bodenerwärmung hatte wenig Einfluss auf das Pflanzenwachstum, beschleunigte jedoch die mikrobielle Zersetzung des Bodenkohlenstoffs und führte so zu konsistenten Kohlenstoffverlusten aus der Bodenbank.

Wenn trockenere Böden die Zersetzung verlangsamen

Luftwärmung hatte einen vertrackteren Effekt, weil sie sowohl die Bodenfeuchte als auch die Temperatur veränderte. Wärmere Luft erhöhte die Wasserverdunstung, wodurch viele Böden austrockneten. Trockenere Böden setzten Pflanzen zu und reduzierten deren Kohlenstoffzufuhr in den Boden, was üblicherweise weniger gespeicherten Bodenkohlenstoff zur Folge hätte. Dieselbe Austrocknung erschwerte jedoch auch das Leben für Bodenmikroben, die Wasser zur Zersetzung organischer Substanz benötigen. In einigen Simulationen verlangsamte dieser Wassermangel die mikrobielle Aktivität so stark, dass der Bodenkohlenstoff trotz schwächerer Pflanzenzufuhr stabil blieb oder sogar anstieg. Wo die Erwärmung hauptsächlich die Temperatur erhöhte, ohne starke Austrocknung, setzte sich die schnellere Zersetzung durch und Böden verloren Kohlenstoff.

Was das für Klimavorhersagen bedeutet

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Luft- und Bodenerwärmung den Bodenkohlenstoff in unterschiedliche Richtungen ziehen, und das Gleichgewicht zwischen ihnen je nach Klima- und Feuchtebedingungen variiert. Direkte Bodenerwärmung neigt dazu, den Boden-Kohlenstoffvorrat zu verkleinern, indem sie die Zersetzung beschleunigt, während Luftwärmung je nach Veränderung von Pflanzenwachstum und Boden­nässe entweder Kohlenstoff abbauen oder schützen kann. Das bedeutet, dass das Zusammenfassen aller Erwärmungsexperimente oder das Ignorieren der Bodenaustrocknung zu irreführenden Klimaprojektionen führen kann. Um besser vorherzusagen, wie viel Kohlenstoff Böden in einer wärmeren Welt freisetzen werden, müssen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowohl die getrennten als auch die kombinierten Effekte von Luft- und Bodenerwärmung erfassen und berücksichtigen, wie Mikroben und Pflanzen auf Veränderungen von Wasser und Wärme reagieren.

Zitation: Luo, Z., Ren, J. & Fatichi, S. Air and soil warming have different effects on soil organic carbon storage. Commun Earth Environ 7, 394 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03367-5

Schlüsselwörter: Bodenkohlenstoff, Klimaerwärmung, Bodenfeuchte, Ökosystem-Experimente, Kohlenstoffkreislauf