Der Boden als Kohlenstoffspeicher

Einführung und Zusammenfassung

Die Emission von Treibhausgasen wie CO2 (Kohlendioxid), CH4 (Methan), N2O (Lachgas) und einer Reihe weiterer Gase führt zu erhöhten Konzentrationen klimarelevanter Gase in der Atmosphäre. Den anthropogenen Anteil an Klimaveränderungen z.B. durch die oben aufgelisteten Gase kann man durch Modellrechnungen ermitteln, in die eine Vielzahl von Parametern und eine Reihe mehr oder weniger plausibler Annahmen  eingehen.

Das öffentliche Verständnis der deutschen Bundesregierungen seit 1998, also seit dem Beginn der Diskussion über das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) kann seitdem auch für die nachfolgenden Bundesregierungen so zusammengefasst werden: Wir tun etwas gegen höhere CO2– Emissionen!

Dazu hat die gegenwärtige Bundesregierung, genauer das zuständige Bundesministerium für Umwelt… (BMU) im Jahr 2018 eine Broschüre herausgegeben (BMU, 2018: Klimaschutz in Zahlen. Trends und Impulse deutscher Klimapolitik. Berlin).

Diese Broschüre ist eine Mischung auch aus politischer Eigenwerbung und sachlichen Fehlern. Schon in der Zusammenfassung wird behauptet, daß der deutsche Treibhausgasausstoß des Jahres 2016 gegenüber 1990 um 27,3% reduziert worden sei. Die Nachricht dahinter soll vermutlich lauten: Wir haben politisch viel für das Klima getan und werden auf diesem Weg voranschreiten!

Tatsächlich ist das Referenzjahr 1990 geschickt gewählt, die Reduktion beruht weitgehend auf der Stilllegung der Braunkohle- betriebenen Industrie der DDR und hat nichts mit klimapolitischem Handeln der Bundesregierungen zu tun.

Und was unter den deutschen Emissionen nicht auftaucht, sind zwei zusätzliche Verbrauchstitel, die mit zu erfassen gewesen wären:

1. Mit den deutlich steigenden Importen vor allem von Konsumgütern vorwiegend aus Asien, wird auch der CO2– Verbrauch bei Produktion und Transport importiert, ohne daß dieser in dem BMU- Elaborat erwähnt wurde.

2. Und es wird auch Palmenöl und Sojabohne importiert. Das Öl wird zusammen mit Rapsöl vor allem in Chemieanlagen verestert, und dann unter der abstrusen Bezeichnung „Biodiesel“ dem Diesel zwangsbeigemischt. Die Sojabohne dient zur Eiweißversorgung vorwiegend in der agrarindustriellen Tiermast. Zum Anbau von Ölpalme und Sojabohne werden teilweise tropische Regenwälder gerodet. Dabei wird innerhalb kurzer Zeit die organische Bodensubstanz (Humus) zu CO2 abgebaut, das dann in die Luft emittiert wird. Die durch die Abholzung des tropischen Regenwaldes erzeugte CO2– Emission macht einen der weltweit größten Posten der Freisetzung aus.

Weltweit ist im Humus der Böden die zwei bis achtfache Menge an Kohlenstoff gespeichert im Vergleich zum Kohlenstoff in Form von  CO2 in der Luft. Deswegen ist die Abholzung der Regenwälder für die C- Bilanz so relevant.

Umgekehrt bedeutet dies, daß die C- Speicherung in der organischen Bodensubstanz einen erheblichen Beitrag zur CO2– Reduktion in der Atmosphäre leisten kann.

Wie groß die Bedeutung der Humusakkumulation in Böden für die CO2– Konzentrationen in der Atmosphäre ist, soll am Beispiel Deutschlands überschlagweise berechnet werden.

Laut BMU (2018) betrug der deutsche CO2– Ausstoß 2016,  797 Millionen Tonnen CO2, dies sind umgerechnet 0,797 [kg* 1012]. Nimmt man weiter realistisch an, daß davon 40% in die Atmosphäre gehen (ein Teil wird beispielsweise im Meerwasser gelöst), so wurden aus Deutschland im Jahr 2016 zusätzlich 0,319 [kg CO2 *1012] in die Atmosphäre abgegeben.

Der Boden dagegen speichert Kohlenstoff vor allem in organisch gebundener Form als Humus. Diese kann ein erhebliches Ausmaß erreichen. Nimmt man an, wie im Folgenden Text auch noch weiter begründet, daß bei entsprechender Bewirtschaftung zusätzlich 30 t C/ ha gespeichert werden können und zieht man in Betracht, daß es in Deutschland fast 30 Millionen ha Land- und forstwirtschaftliche Flächen gibt, so bedeutet dies 900 Millionen Tonnen C an zusätzlicher Speicherung, umgerechnet 0,9 [kg C* 1012] und nach Umrechnung von C in CO2 ergibt sich 3,30 [kg CO2 * 1012]. Das bedeutet, die Land- und forstwirtschaftlichen Böden in Deutschland könnten zehn Jahresemissionen an CO2 auf dem Stand des Jahres 2016 zusätzlich speichern. Beim Humus des Bodens handelt es sich also um einen quantitativ äußerst bedeutsamen C- Speicher!

Damit ergibt sich die Frage danach, warum die zusätzliche C-Speicherung im Humus bis auf unverbindliche Absichtserklärungen kein politisches Ziel in Deutschland darstellt.

In der nachfolgenden Untersuchung wird der Stand der wissenschaftlichen Kenntnis zur C- Speicherung in Land- und forstwirtschaftlichen Böden weitgehend allgemeinverständlich dargestellt, mit ausführlichen Verweisen auf die aktuelle Wissenschaftliche Literatur für diejenigen, die das Thema tiefer betrachten wollen. Der größte Teil der zitierten Literatur ist frei zugänglich.

Daran anschließend wird der Stand der Kenntnis verglichen mit dem, was aktuelle Publikationen der FAO, des WWF Deutschlands und des Bundeslandwirtschaftsministeriums (BMEL) zu dem Thema aussagen.

Die besprochenen Publikationen zeichnen sich durchweg dadurch aus, daß sie eine spezielle, nicht umfassende Sichtweise wiedergeben, daß sie die wichtigsten Mechanismen der C- Speicherung in Böden und die wichtigsten Maßnahmen dazu nicht oder nur am Rande erwähnen. Zusätzlich enthält das WWF- Papier gravierende fachliche Fehler.

Es wird geschlossen, daß die politisch motivierten Publikationen von FAO, WWF und BMEL einem gravierenden Lobbyeinfluss unterliegen. Dazu werden am Ende der Untersuchung einige weiterführende Fragen gestellt.

Insgesamt kann festgestellt werden: Wer das C- Speicherungspotential der Land- und forstwirtschaftlichen Böden nur am Rande behandelt, der ist als politischer Akteur, der den Anstieg der CO2– Konzentrationen in der Atmosphäre begrenzen will, nur wenig glaubwürdig.

In der Linie der Argumentation des folgenden Beitrages liegt ein kürzlich erschienener Artikel von Bastin et al. (2019, Science, 365, 76- 79). Die Autoren berechnen dabei auf Grundlage der Auswertung von Luftbildern, daß auf zusätzlichen 900 Millionen ha Landfläche Bäume angepflanzt werden können. Das Speicherpotential für C in den Bäumen in einem ausgewachsenen Wald berechnen die Autoren zu rund 0,205 [kg C * 1015] was etwas einem Wert an 1.0 [kg CO2 *1015] entspricht. Bastin et al. (2019) errechnen dadurch eine Reduktion der atmosphärischen CO2– Konzentration von rund 20%. Was in dem Beitrag in Science noch nicht berücksichtigt wurde, ist, daß die höhere Biomasseproduktion durch die aufwachsenden Bäume zu einer Anreicherung von organischer Substanz im Boden führt, z.B. durch Laubfall und der Bildung von Wurzelresten. Diese organische Substanz reagiert im Rahmen von Humifizierungsprozessen, wie im folgenden Beitrag beschrieben, zu stabilem Humus mit der Hauptkomponente Huminstoff weiter.

Einleitung

Die Begrenzung des Anstiegs der CO2– Konzentrationen in der Atmosphäre ist seit mehr als 20 Jahren erklärtes Ziel politischen Handelns. Und das gilt vor allem auch für Deutschland, dokumentiert an der Förderung von Wind, Sonne und Biogas im Rahmen des Erneuerbaren Energien Gesetzes (EEG). Wenn aber die Begrenzung oder sogar Reduktion der  CO2– Konzentrationen in der Atmosphäre Ziel politischen Handelns ist, ist dies auf zwei, einander nicht ausschließenden Wegen zu erreichen:  Zum Einen durch eine Reduktion der Emissionen, zum Anderen durch eine Speicherung von C in anderen Reservoirs, um die Konzentrationen an CO2 in der Atmosphäre zu begrenzen oder sogar zu reduzieren.

Das in der organischen Bodensubstanz gebundene C stellt das bei weitem größte Reservoir an der Erdoberfläche dar mit 3-5 [kg C*1015] (Stevenson, 1994, S. 7) oder 1,5- 1,77 [kg C*1015] (IPCC, 2013). Es kann die ältere Zahl als verlässlicher angesehen werden, da diese noch nicht durch eine extensive politische Einflussnahme wie insbesondere beim IPCC gegangen ist. Die wichtigste Senke für C ist also der Boden. Die dort gespeicherten Mengen übertreffen die C Mengen der Luft um den Faktor 2-8, je nach Referenz, sie übertreffen auch die in den lebenden Pflanzen gespeicherten C- Mengen um ein Mehrfaches.

Im Folgenden wird ein Überblick über die Mechanismen der C- Bindung im Boden gegeben und aufgezeigt, welches die grundlegenden Möglichkeiten sind, die C- Bindung in den Böden zu erhöhen. Daran schließt sich eine Erörterung dieser Diskussion im öffentlichen, politischen Raum an, in der FAO (Food and Agriculture Organization der UN) und in Deutschland anhand des Diskussionsstandes der bundeseigenen Thünen- Institute und als Beispiel für NGOs einer aktuellen Publikation des WWF. Das mangelnde Interesse von Teilen der Wissenschaft an einer angemessenen Darstellung dieses Problems und des zugehörigen öffentlichen-politischen Diskurses, der wissenschaftliche Diagnosen und Handlungsoptionen im Vagen und Unverbindlichen hält, wird aufgezeigt und diskutiert.

Bindung von organischem Kohlenstoff im Boden: Grundlagen

Das Verhältnis von C in Böden zu C in der Atmosphäre beträgt 2- 8, je nach Quelle. Das Potential der C- Bindung in Böden ist also nicht strittig. Die Verringerung der CO2– Konzentration in der Atmosphäre kann durch einen Ausbau des C- Sinks Boden erreicht werden, wenn die Böden zusätzlich zum vorhandenen C Kohlenstoff in relevanten Mengen aufnehmen können. Dafür in Frage kommen in Deutschland besonders die kultivierten Böden, also land- und forstwirtschaftliche Flächen, die immerhin mehr als 75% der Gesamtfläche in Deutschland abdecken. Gibt es Bewirtschaftungsmaßnahmen, die in den genutzten Böden zu einer Erhöhung der Kohlenstoffgehalte führen können?

Für landwirtschaftliche Böden haben Gattinger et al. (2012) eine Metaanalyse auf Basis einer umfangreichen Reihe von veröffentlichten Untersuchungen zum Gehalt an organisch gebundenem C im Boden in Abhängigkeit von der Bewirtschaftung  (ökologisch vs. Konventionell) vorgelegt. Die Daten zeigen, daß die C- Mengen in ökologisch bewirtschafteten Böden höher sind und daß die C- Bindung bezogen auf die Flächeneinheit und das Jahr ebenfalls in ökologisch bewirtschafteten Betrieben höher ist, im Vergleich zu konventionell bewirtschafteten Betrieben. Gattinger et al. (2012) gaben als Begründung für höhere Boden-C Gehalte und jährliche C- Bindung in ökologischen Bodennutzungssystemen den Anbau von über- oder mehrjährigem Ackerfutterbau (Gras, Kleegras, Luzerne) an. Diese Kulturen verbinden die Produktion von hohen Mengen an Ernterückständen und Wurzeln mit einer mindestens überjährigen Bodenruhe- Bedingungen, die die Anreicherung von organischem Kohlenstoff im Boden begünstigen.

Gattinger et al. (2012) widerlegen auch eine häufig geäußerte Unterstellung, daß nämlich die höheren C- Gehalte in ökologisch bewirtschafteten Flächen auf dem höheren Eintrag von externen organischen Düngemitteln stamme. Stattdessen ist die höhere C- Bindung in ökologisch bewirtschafteten Böden ein dem ökologischen Landbau inhärentes Charakteristikum. Dies gilt allerdings nur, so kann man folgern, bei einer viehgebundenen, ordnungsgemäßen ökologischen Bewirtschaftung der Flächen.

Die Ergebnisse der Metaanalyse von Gattinger et al. (2012) sind nur dann vollständig erklärbar, wenn die einzelnen Faktoren, die ökologische und konventionelle Anbausysteme unterscheiden, getrennt in ihrer Wirkung auf die Kohlenstoffakkumulation in landwirtschaftlichen Böden untersucht werden. Dies erfolgt in den meisten langfristigen Dauerversuchen, die ökologische und konventionelle Bodennutzungssysteme vergleichen, nicht. Eine Ausnahme stellt der 1982 begonnene Göttinger Ackerbausystemversuch dar, in dem, unabhängig voneinander, organische Düngung (Stallmist und Fruchtfolge mit überjähriger Luzerne), N- Düngung und chemischer Pflanzenschutz variiert wurden. Die Ergebnisse nach 15 Jahren zeigen, daß der Anbau von überjähriger Luzerne in Kombination mit Stallmistdüngung im Rahmen einer sechsfeldrigen Fruchtfolge gegenüber der Variante ohne Stallmist und Luzerne schon nach 2,5 Rotationen zu einer ausgeprägten Differenzierung der Boden C- Gehalte führte. Fünfzehn Jahre nach Versuchsbeginn war die in den obersten 20 cm gebundene Menge an organischem C in der Variante mit Luzerne um ca. 10 t C/ha höher, als in der Ackerbauvergleichsvariante (Forstreuter, 1999, S. 34). Und diese Differenz stellt, da nicht das gesamte, durchwurzelbare Profil untersucht wurde, nur einen Teil der differenzierten Akkumulation dar. Schließlich ist Luzerne ein ausgeprägter Tiefenwurzler, wenn die Bedingungen im Boden es erlauben. Es ist also nicht die variierte N- Düngung und der Faktor mit/ohne chemischem Pflanzenschutz, die auf die Differenzierung der C- Gehalte einwirken. Und weiterhin stellt die unterschiedliche C- Akkumulation im Göttinger Ackerbausystemversuch nur einen temporären Übergangszustand dar, der zusätzlich noch einen relativ geringen Anteil an überjähriger Futterbaukultur aufweist. Verglichen mit ordnungsgemäß wirtschaftenden ökologischen Betrieben ist der Anteil an mehrjährigen Futterbaukulturen mit 16.7% niedrig, und zusätzlich wird die Luzerne aus versuchstechnischen Gründen erst als Blanksaat nach der geräumten Wintergerste eingesät. In ordnungsgemäßen ökologischen Anbausystemen werden meist 33% als mehrjähriger Futterbau eingebaut, meist mit Untersaat in die letzte Getreidevorfrucht. Das erhöht die Biomasseproduktion und verlängert die Bodenruhe, beide Faktoren wirken positiv auf die C- Akkumulation in Ackerböden.

Mehrjähriger Ackerfutterbau kombiniert mit Stallmistdüngung und langfristige Grünlandnutzung führt  zu hohen, ansteigenden C- Gehalten in Böden. Dies stellt keine neue Erkenntnis dar, es ist seit Jahrzehnten bekannt (z.B. Könnecke, 1967). Eine Düngung mit Stallmist oder Stallmistkomposten allein hat oft auch eine positive  Wirkung auf die C- Gehalte  von Böden.

Zusammenfassend erhöhen landwirtschaftliche Bodennutzungssysteme dann die Gehalte an organischem Kohlenstoff im Boden, wenn Ackergras, Kleegras oder Luzerne zentraler Bestandteil der Fruchtfolge sind und wenn die Verwertung des Futterbaus so erfolgt, daß Stallmist oder Stallmistkompost produziert und den Böden zurückgegeben wird.

Daran schließt sich die Frage an, auf welchem Wege die C- Speicherung in Böden erfolgt, um einerseits das Potential abschätzen zu können und andererseits Handlungsoptionen zu erarbeiten, diesen C- Akkumulationsprozess zu fördern? Was sind die biologischen, biochemischen und chemischen Mechanismen?

In den letzten Jahren haben einige Wissenschaftler behauptet, daß die in den Boden gelangende organische Substanz ( Kohlenhydrate, Lignine, Proteine, Lipide) prinzipiell von den Bodenorganismen leicht abgebaut werden kann, daß aber die chemische Bindung an anorganische Bodenbestandteile oder die physikalische Protektion beispielsweise Schutz in Bodenaggregaten oder durch reduzierte Wasserbenetzungsfähigkeit der organischen Substanz den Abbau verzögert (Schmidt et al., 2011; Lehmann und Kleber, 2015). Eine intrinsische Stabilität gegenüber dem Abbau wird vor allem dem pyrogenen Kohlenstoff, der Biokohle oder „black carbon“ (BC) zugeschrieben (Marschner et al., 2008). Diese Vorstellung hat zur Folge, daß es eine bodenspezifische Sättigung an organischer Substanz für jeden Boden in seiner Umgebung gibt (Schmidt et al., 2011). Die Vertreter der bodenspezifischen Sättigungshypothese an organischer Substanz sind zumeist diejenigen, die behauptet haben, daß der Anteil an pyrogenem  Kohlenstoff (BC) in Böden sehr hoch sein kann und haben Werte bis 45% ermittelt und solche bis 60% referiert (Schmidt et al., 1999; Skjemstad et al., 1999; Glaser et al., 2001; Schmidt et al., 2002; Schmidt et al., 2011; Mao et al., 2012). Die Autoren M.W.I. Schmidt, I. Kögl-Knabner, G. Guggenberger, M. Kleber, J. Lehmann und andere haben mehrfach über hohe Konzentrationen an BC in Böden berichtet. Dabei war durch, teilweise sogar eigene, Untersuchungen der ursprünglichen Autoren (Schmidt et al., 2001; Brodowski et al., 2005) seit spätestens 2005 unabweisbar, daß die hohen gemessenen BC- Werte zum Teil um den Faktor 10 oder sogar noch mehr die tatsächlichen Gehalte an pyrogenem C im Boden überschätzten. Zimmermann und Mitra (2017), Nakane et al. (2017) und Chang et al. (2018) haben gezeigt, daß die am weitesten verwendeten Methoden zur BC Messung die Gehalte weit überschätzen. Der Hauptgrund für diese Überschätzung des BC im Boden ist, daß die Bestimmung des BC mit den am weitesten verbreiteten Methoden über die Bestimmung des polycyclischen aromatischen Kohlenstoffes (PAC) erfolgt (Gerke, 2019). Damit werden aber gleichzeitig große Anteile der Huminstoffe im Boden fehlerhaft als BC bestimmt, also der Gehalt an BC stark überschätzt und der Gehalt an Huminstoffen in Böden stark unterschätzt (Gerke, 2019).

Um das Ausmaß dieser Fehlanalyse zu illustrieren, folgt eine einfache Berechnung:

Annahme 1: Boden mit 5% BC in der organischen Substanz und 60% Huminstoffe in der organischen Substanz (siehe dazu die Daten von  Ghabour et al., 2012 aus dem US- amerikanischen „Soil project“).

Annahme 2: Anteil PAC in den Huminstoffen 33%, im BC 100%.

Ergebnis: Die Bestimmung des BC über die Ermittlung des PAC im Boden führt zu  5+20 [60/3] % also einem ermittelten Gehalt an BC von 25% statt des tatsächlich vorhandenen Gehaltes von 5% BC, also einer Überschätzung um den Faktor 5.

Diese drastische Überbewertung von BC und Vernachlässigung der Huminstoffe führt zu Fehleinschätzungen bei der intrinsischen Stabilität von Huminstoffen bei Marschner et al. (2008) und zur Unterschätzung der Menge und Rolle von Huminstoffen im Boden bei Schmidt et al. (2011).

Stattdessen gilt: Bei der Speicherung und Stabilität von organischem C im Boden sind die Huminstoffe zentral (Piccolo et al., 2018; Gerke, 2018a).

Am Beispiel der einfachen organischen Verbindung Citronensäure kann die Bedeutung stabiler organischer Verbindungen im Boden demonstriert werden.

Boudot (1992) hat an 14C- markierter Citronensäure gezeigt, daß diese in freier Form Böden zugegeben, leicht abgebaut, und zu CO2 durch Mikroorganismen mineralisiert wird. Wenn Citronensäure aber durch Adsorption an Al- Oberflächen oder durch Komplexierung  mt Al nicht mehr in freier Form vorliegt, so wird der Abbau (die Mineralisierung) drastisch reduziert, Citronensäure im Boden also stabilisiert. Boudot (1992) zeigte aber auch, daß diese Stabilisierungsmechanismen der Adsorption und der Komplexierung von einfachen, leicht abbaubaren Verbindungen, wie der Citrönensäure nicht ausreichen, die Gehalte an organischer Substanz im Boden zu erklären. Die intrinsische Stabilität (recalcitrance) organischer Verbindungen im Boden, vor allem der Huminstoffe ist für die Stabilisierung zusätzlich  notwendig.

Huminstoffe bilden sich in Böden vor allem primär aus aromatischen Abbauprodukten der Lignine und aus aromatischen Monomeren mikrobiellen Ursprungs initial durch Polymerisierungsreaktionen Haider, 1995; Gerke, 2018a). Dieser stabile aromatische Kern der Huminstoffe bindet dann im weiteren Verlauf der Synthese auch Lipide, Proteine, Peptide, Kohlenhydrate und Zucker teilweise so, daß diese Verbindungen fest in die Huminstoffe eingebaut sind. Über die Reaktionen, die zur Huminstoffbildung führen, gibt es erheblichen, wissenschaftlichen Streit, der vor allem das Ausmaß der Polymerisierungsreaktionen im Verhältnis zu der Ausbildung von zwischenmolekularen Kräften zwischen einzelnen Huminstoffmolekülen betrifft (s. zu dieser Auseinandersetzung Swift, 1999; Piccolo, 2001), jedoch stellt diese Diskussion nicht die Existenz der Huminstoffe in Frage, sondern stützt die Bedeutung der Aufklärung der Chemismen.

Wie ausgeprägt die Stabilisierung organischer Verbindungen durch den Einbau von Huminstoffen sein kann, haben Martin, Haider und Mitarbeiter in einer Reihe von Arbeiten gezeigt. Liegen beispielsweise Proteine oder Aminosäuren in freier Form im Boden vor, so werden diese in kurzer Zeit, innerhalb von 1-3 Monaten aufgrund der mikrobiellen Aktivität abgebaut (Verma et al., 1975). Wenn aber Aminosäuren, Peptide oder Proteine in Huminstoffe eingebaut wurden, und die Reaktionsprodukte dann Böden zugesetzt werden, reduziert sich der Abbau der Verbindungen drastisch und fällt je nach Boden und Aminosäure/Peptid/Protein nach einem Jahr auf 6- 24% (Martin et al., 1982).  Durch eine solche Bindung werden in freier Form leicht abbaubare Verbindungen länger und langfristig stabilisiert. Marschner et al. (2008), die die intrinsische Stabilität (recalcitrance) der organischen Substanz im Boden bis auf BC und fossiles C für gering halten, zitieren zwar auch Haider und Martin, aber nicht die erhellenden Untersuchungen zur Stabilität von Huminstoffen und die Stabilisierung von Verbindungen durch den Einbau in die Huminstoff- Matrix. Der Auffassung von Marschner et al. (2008), daß BC eine hohe intrinsische Stabilität aufweist, liegen analytische Probleme zu Grunde. Die nach Brodowski et al. (2005) durch Marschner et al. (2008) verwendete BPCA- Methode ist nicht spezifisch für BC, sondern erfasst vor allem polycyclisches aromatisches C der Huminstoffe (Chang et al, 2018; Gerke, 2019). Ironischer Weise unterstreichen Marschner et al. (2008) genau durch den methodischen Fehlgriff die intrinsische Stabilität von Huminstoffen in Böden im Rahmen ihrer eigenen Untersuchungen. Piccolo et al. (2004) haben die Stabilisierung von leicht abbaubaren Kohlenhydraten in einem Sandboden und einem Lössboden durch Huminstoffe unterschiedlicher Herkunft und durch reifen Kompost gezeigt. Dies steht in Einklang mit den Ergebnissen von Haider et al. (1982) und unterstreicht die Bedeutung von Huminstoffen für die Stabilisierung von leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen im Boden.

Huminstoffe im Boden sind also nicht nur selbst recht stabil, sondern stabilisieren auch organischen Kohlenstoff aus solchen Verbindungen, die in freier Form leicht mineralisierbar sind.

Anreicherung von organischem Kohlenstoff im Boden

Die Anreicherung von organischem Kohlenstoff in Böden ist eine Kombination von Zufuhr von organischem Material, der chemischen Eigenschaften des zugeführten Materials und der langfristigen Umsetzung (Humifizierung) in den Böden.

Die Zufuhr organischer Substanz ist in Bodennutzungssystemen mit über- oder besser mehrjährigem Ackerfutterbau (Gras, Kleegras, Luzerne-Gras) besonders hoch, idealerweise auf rund ein Drittel der Fläche im Rahmen der Fruchtfolge. Im ökologischen Landbau mit einem angepassten Viehbesatz ist dieser Anteil auch aufgrund der N2– Assimilierung durch Leguminosen  notwendig. Dauerdüngungs- und Fruchtfolgeversuche der Vergangenheit und Gegenwart unterstreichen die herausragende Bedeutung von mehrjährigem Ackerfutterbau für die Anreicherung mit organischem Kohlenstoff im Boden. Die dahinter liegenden Mechanismen sind nicht klar, denkbar ist, daß die höheren C- Konzentrationen durch mehrjährigen Ackerfutterbau auf den hohen Anfall an Wuzel- und Ernterückständen zurückgeführt werden kann.

Die Zufuhr von organischer Substanz in Form von Stallmist ist weitere Maßnahme der Kohlenstoff- Anreicherung in Böden. Die Stallmistdüngung wirkt stärker als die Kombination von Strohdüngung und Gülleausbringung (Körschens, 2013; Körschens et al., 2014). Ein Grund ist die Rotte des Mistes, die die Bildung stabiler Huminstoffe schon vor Ausbringung fördert.

Die Kompostierung von Stallmist oder anderen organischen Substanzen scheint eine besonders effektive Maßnahme zu sein, die Böden mit stabiler organischer Substanz zu versorgen. Die Beziehung zwischen Kompostreifung und der Bildung von Huminstoffen in Komposten (Humifizierung) ist vielfach beschrieben worden (Inbar et al., 1990; Chen and Inbar, 1993: Chen et al., 1996; Baddi et al., 2003; Huang et al., 2006; Adani et al., 2006; Adani and Spagnol, 2008; Smidt et al., 2008; Spaccini and Piccolo, 2016). Die Reifung der Komposte ist vielfach mit einem zunehmenden Humifizierungsgrad verbunden, häufig nimmt dabei auch der aromatische Anteil in den Huminstoffen zu (Chen et al., 1996; Baddi et al., 2003; Huang et al., 2006, Adani and Spagnol, 2008) z.T. auch der Anteil an PAC in den Huminstoffen (Baddi et al., 2003). Wie weitgehend die Transformations- und Syntheseprozesse sind, zeigten Smidt et al. (2008) in ihren Untersuchungen. Dabei wurden während der Kompostierung erhebliche Mengen an Lignin in die sich bildenden Huminstoffe eingebaut. Weichelt (1977) hatte solche Huminfizierungsprozesse zum Einbau von Lignin in die Huminstoffmatrix schon früh bei Modellreaktionen mit Pyrogallol gezeigt.

Welche Bedeutung kommt den so gebildeten, stabilen Huminstoffen zu?

Was bedeutet die Düngung mit reifem Stallmist oder Kompost für die Kohlenstoffgehalte im Boden?

Piccolo et al. (2018) haben darauf hingewiesen, daß eine Düngung mit stabilen Huminstoffen z. B. in Form von Komposten weitere Bindungsplätze für die Bindung und Stabilisierung von zusätzlichem organischen C schaffen. Das bedeutet aber, daß das Konzept einer maximalen, spezifischen Bodensättigung mit organischem C nicht trägt.

Die weitere Frage, wie beispielsweise eine Kompostdüngung auf die Stabilisierung von organischem C wirkt, das mit mehrjährigen Ackerfutterbaugliedern in der Fruchtfolge in den Boden gebracht wird, ist bisher nicht gestellt worden und erst recht nicht beantwortet worden. Denkbar erscheint, daß die durch mehrjährigen Ackerfutterbau in besonders hoher Menge und Konzentration in den Boden gebrachten pflanzlichen Abbauprodukte und mikrobiellen Metabolite durch die stabilen Huminstoffe in besonders ausgeprägter Weise gebunden werden. Weiterhin kann dabei eine solche Konzentrationserhöhung an monomeren, phenolischen Verbindungen erreicht werden, daß die Polymerisierung dieser Phenole zu Huminstoffen besonders gefördert wird. Die Polymerisierung von Huminstoffen aus monomeren, phenolischen Einheiten kann begrenzt sein aufgrund einer zu geringen Aktivität von Katalysatoren wie Oxidoreductasen, Tonmineralen oder Fe/Mn- Oxiden (Gerke, 2018). Es ist ja gerade das Besondere  an den Huminstoffmodellen zur supramolekularen Assoziation, wie sie Piccolo und Mitarbeiter entwickelt haben (Piccolo und Conte, 2000; Piccolo, 2002), daß diese supramolekularen Assoziationen unter der Einwirkung von Phenolasen (Piccolo et al., 2000; Cozzolino und Piccolo, 2002), oder Mn- Katalysatoren und UV- Licht (Nuzzo und Piccolo, 2013) zu höher molekularen kovalent gebundenen Assoziationen weiter polymerisieren können. Ähnlich wird ein erhöhtes Angebot an Substrat (radikalisierbare, phenolische Verbindungen, Ziechmann, 1980) wirken, das in gewissen Grenzen eine reduzierte Konzentration an Katalysator kompensieren kann. Jedenfalls kann vermutet werden, daß die Frage nach der Intensivierung von Polymerisierungsvorgängen im Rahmen der Humifizierung ein entscheidender Aspekt der Stabilisierung von organischem Kohlenstoff im Boden ist.

Bisher am Rande wurde die Frage nach den intermolekularen Bindungskräften der Huminstoffe gestreift. Diese sind wichtig, um die Huminstoffe als System (Ziechmann, 1980) oder als supramolekulare Assoziationen (Piccolo und Conte, 2000; Piccolo, 2001; 2002; Nuzzo und Piccolo, 2013) zu verstehen. Piccolo und Mitarbeiter betonen die Bedeutung von hydrophoben Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen für die Assoziation von relativ kleinen (<1.000 D) Untereinheiten. Gerke (2018, Abb. 4) betont dagegen Elektron Donor- Akzeptor- Komplexe und Brückenbindungen von Huminstoffmolekülen über mehrwertige Metalle, wobei hinsichtlich Menge und Bindungsstärke vermutlich Fe(III) und Al(III) dominieren, mit Abstand Cu(II) folgt und möglicherweise Ca2+.

Starke Komplexbildner wie Citrat brechen Metallbrücken zwischen Huminstoffeinheiten, wobei einerseits das Citrat am Hs-Al- Molekül gebunden bleibt und dieses hydrophilisiert oder als Al-Citrat in Lösung geht. Solche Phänomene sind mehrfach als Reaktion auf die Ausscheidung organischer Säuren durch Pflanzenwurzeln in der Rhizosphäre gezeigt worden ( Albuzio und Ferrari, 1989; Gerke, 1992; Gerke und Meyer, 1995: Takeda et al., 2009; Nuzzo et al., 2018 und zusammenfassend Gerke, 2010). Damit wird die Bedeutung der Metallkomplexierung für die Assoziation von Huminstoffen und für die Stabilisierung von leicht mineralisierbaren organischen Verbindungen in der Huminstoffmatrix unterstrichen.

Land- und Forstwirtschaftliche Böden als Kohlenstoffspeicher: Der Standpunkt der FAO als Beispiel einer Internationalen Organisation, der Standpunkte des Bundeslandwirtschaftsministeriums (BMEL) als Beispiel einer nationalen Organisation und von NGOs am Beispiel des Deutschen Zweiges des WWF

Aus den vorhergehenden Kapiteln ist die zentrale Rolle der Huminstoffe für die C- Anreicherung in Böden ersichtlich. Der Beitrag von pyrogenem Kohlenstoff (BC) zum stabilen organischen Kohlenstoff im Boden ist dagegen aufgrund von fehlendem, verlässlichem Analysemethoden nicht nachgewiesen und fraglich.

Die FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations-UN) hat 2017 einen Bericht herausgebracht, in dem es um das organische C in Böden geht, auch in Hinsicht auf die Abpufferung erhöhter CO2– Konzentrationen in der Atmosphäre (FAO, 2017, Soil organic carbon, the hidden potential).

Die Autoren dieses Berichts wissen Erstaunliches zu Papier zu bringen. Der Begriff „Huminstoffe“ kommt in dem FAO- Bericht nicht vor, tatsächlich wird schlicht verneint, daß der Aufbau von größeren Molekülen aus z.B. Lignin und Lipiden wesentlich zur Anreicherung und Persistenz von organischem Kohlenstoff im Boden beiträgt (FAO, 2017, S. 1, 3). Die Aussage der FAO erfolgt mit Verweis unter Anderem auf Marschner et al. (2008). Hier wurde oben darauf hingewiesen, daß die Aussagen von Marschner et al. (2008) zur Persistenz von Huminstoffen und BC auf einer fehlerhaften BC- Bestimmung nach Brodowski et al. (2005) beruhen. Weiterhin wird in dem FAO- Papier auf der Basis von Schmidt et al. (2011) behauptet, daß allein die Okkludierung in Aggregaten und die Assoziation des organischen C mit mineralischen Oberflächen die Resistenz des organischen C im Boden reguliere. Dabei werden drei, in der Persistenz unterschiedliche C- Pools definiert. Zusätzlich existiert danach noch ein weiterer Pool, das BC im Boden, mit einer angenommenen besonders hohen Persistenz im Boden. Die dazu zitierten Quellen geben für diese Schlussfolgerung im FAO- Bericht keine experimentellen Belege, und dies vor allem aufgrund einer fehlenden präzisen Analytik für BC in Böden und Gewässern (Gerke, 2019).

In weiterer Anlehnung an die obigen Quellen wird in dem FAO- Bericht von einer spezifischen Kohlenstoffsättigung von Böden geschrieben (concept of soil carbon saturation, FAO, 2017, S. 7).

Selbst wenn dieses Konzept Stand der wissenschaftlichen Kenntnis wäre (es ist dies eben nicht, s. z.B. Piccolo, 2016; Zanin et al., 2019; Gerke, 2018a; 2019; Weber et al., 2018; Olk et al., 2019), so sind Konzepte, wie sie von Nuzzo und Piccolo (2016) und Piccolo et al. (2018) zur Wirkung von stabilen Huminstoffen in Böden und deren Wirkung auf die weitere Bindung von organischem Kohlenstoff so erwähnens- und forschungswürdig, daß ein solcher Verzicht auf die Erwähnung des Begriffs Huminstoffe und deren Wirkungen im FAO- Papier Ausdruck eines sehr speziellen Wissenschaftsstandpunktes ist. Dieser kombiniert mit einer fast irrationalen positiven Einschätzung von Biokohle (FAO, 2017, S. 50) reduzieren den Wert des Papiers zu einem für das Thema unwesentlichen Beitrag.

Wie unpräzise und fehlerhaft die Handlungsempfehlungen in dem FAO- Papier sind, zeigt sich an weiteren Aspekten. Biochar wird mit Kompost gleichgestellt und der positive Effekt auf die C- Speicherung im Boden (unbewiesen, Gerke, 2019) und den Ertrag (falsch, Jeffery et al., 2017) betont (FAO, 2017, S. 50).

Bezüglich der wichtigsten Maßnahmen, den Gehalt an organischem C in landwirtschaftlichen Böden anzuheben, schweigt das FAO- Papier.

Das Papier schweigt auch weitgehend zur Bewirtschaftung von Forstflächen in Bezug auf die Boden-C Gehalte. Es werden Deforestation und Verbrennung von Biomasse als Faktoren erwähnt, die zur Verminderung des organischen Boden-C führen können (FAO, 2017, S. 50), aber C- Gehalte erhöhende Kultivierungsprinzipien auf Forstflächen sind darüber hinaus nicht erwähnt. Was aber ist mit einem Mischanbau im Forst, sodaß immer jeweils junge, mittlere und ältere Bäume in einem Bestand existieren. Jedoch verbietet eine solche Bewirtschaftung den Einsatz von Holz-Vollerntemaschinen, die breite, entholzte Trassen und eine weitgehende Gesamternte von Flächen erfordern. Möglicherweise ist in Hinsicht auf eine C- konservierende Forstwirtschaft der Einsatz von Rückepferden zukünftig in hohem Maße angebracht.

Der WWF Deutschland hat im August 2018 ein Bodenbulletin herausgegeben: Landbau in Zeiten der Erderhitzung (WWF, 2018, Berlin). Das Bulletin hält sich in vielen Punkten an die Aussagen der FAO. Allerdings wurden mehrere direkt falsche Aussagen zusätzlich aufgenommen. So will das Bulletin glauben machen, daß reduzierte Bodenbearbeitung den Humusgehalt erhöht. Tatsächlich führt reduzierte Bodenbearbeitung vielfach zu einer C- Anreicherung in den obersten cm, aber über die gesamte Tiefe des Profils betrachtet ist die C- Akkumulation bei konventioneller Bearbeitung häufig höher. „Lösliche Dünger: v.a. Kunstdünger, zu viel Gülle und zu hoher Stickstoffgehalt der Erntereste“ sollen Störfaktoren für den Humusaufbau sein. Das Problem mit der Gülle liegt anderswo und eine hohe N- Verfügbarkeit kann die Umsetzung der organischen Substanz und deren Stabilisierung  sogar erhöhen (Flaig et al., 1975). Und die Verfasser des Bulletins müssten dann noch erklären, warum ein Öko- Landwirt durch die Düngung beispielsweise seines Luzernebestandes mit dem leichtlöslichen K- Dünger Kainit den Humusaufbau stört. Diese Aussage ist falsch und zeigt fachliche Inkompetenz. Ökolandbau wird als positiv für die Humusakkumulation beschrieben, allerdings diffus; die Rolle von Luzerne und Kleegras wird hier nicht erwähnt. Biokohledüngung wird als positiv für das Klima ab einer jährlichen Düngermenge von 10t/ha beschrieben. Wie sich dieser Schwellenwert errechnet, ob Komposte aus den Ausgangsprodukten nicht sinnvoller wären, ob die während der Verkohlung gebildeten polyaromatischen Kohlenwasserstoffe nicht eher schädigend wirken, und schließlich, ob nicht die möglichen Nährstoffverluste bei der Pyrolyse eher negativ sind, diese Fragen werden nicht gestellt. Fazit: Ein überflüssiges, mit Falschaussagen bestücktes Bulletin des WWF.

In Bezug auf die Deutschen Bundesregierungen könnte man erwarten, daß spätestens mit der Diskussion um das Erneuerbare Energien Gesetz EEG, also ab 1999/2000 während der Amtszeit der SPD/Grüne Regierung unter G. Schröder auch politisch die Untersuchung einer erhöhten Kohlenstoff- Speicherung in Böden auf den Weg gebracht wurde und daß zudem Maßnahmen gefördert werden, die eine erhöhte C- Speicherung in Böden erlauben. Tatsächlich war dies weder für die Forschung zur C- Senke Boden bis vor Kurzem der Fall, noch gibt es bis heute politische Fördermaßnahmen für die zusätzliche C- Speicherung in Böden.

Erst im Jahr 2018 hat das zuständige Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) zusammen mit dem ihm unterstellten Thünen- Institut eine Studie veröffentlicht: BMEL: Humus in landwirtschaftlich genutzten Böden Deutschlands. Ausgewählte Ergebnisse der Bodenzustandserhebung. Autoren: H. Flessa, A. Don, A. Jakobs, R. Dechow, B. Tiemeyer, C. Poeplau.

Es handelt sich also um einen Zustandsberichtüber die wichtigste C- Senke, fast 20 Jahre, nachdem mit dem EEG vermeintlich versucht wurde, die Emissionen zu mindern.

Wenn die Senkung oder die Konstanthaltung der CO2– Konzentrationen in der Atmosphäre tatsächlich vordringliches, politisches Ziel  wäre, dann ist die zwanzig- jährige Verzögerung der Erkundung des Status der C- Senke Boden entweder Politikversagen oder erlaubt den Schluss, daß das vorgeblich dringliche politische Ziel eben nicht dringlich ist und die Reduktion der CO2– Emissionen nur ein vorgeschobenes Ziel ist.

Und der Zustandsbericht des BMEL ist auch wenig erhellend. Das kann zwei Gründe haben: Zum einen könnte es an der Kompetenz der Autoren liegen, zum Anderen könnten diese beim Abfassen des Berichts politische Vorgaben erhalten haben, wichtige Punkte nicht aufzunehmen. Das langjährige politische Desinteresse an einem Zustandsbericht C im Boden deutet eher auf politische Vorgaben an die Autoren hin.

Der Zustandsbericht enthält jedenfalls wichtige Punkte nicht.

Die spezifische Wirkung von Komposten oder verrottetem Stallmist auf die C- Gehalte im Vergleich zu einer Stroh-  und Gülledüngung bleibt auch hier außen vor (s. dazu die umfangreichen Ergebnisse von Körschens et al., 2014). Ebenfalls unterbleibt der explizite Verweis auf mehrjährigen Ackerfutterbau (Gras, Kleegras, Luzerne). Immerhin wird in dem BMEL- Papier der Einsatz von Biokohle kritische gesehen, allerdings ist die Arbeitsgruppe offenbar nicht in der Lage, die relevante Literaturstelle (Jeffery et al., 2017) zu benennen und in die Literaturliste mit aufzunehmen. Das BMEL- Papier ist fachlich defizitär und hätte in umfassenderer Betrachtung vor 20 Jahren vorliegen müssen, als Grundlage für politische Handlungsoptionen.

Betrachtet man in diesem Zusammenhang die Rolle der organischen Bodenchemiker, so zeigt ein Grußwort des Präsidenten der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft (DBG) G. Guggenberger eine merkwürdige politische Ausrichtung zu diesem Thema. Guggenberger schreibt in den DBG- Nachrichten 37/2 von 2018 in Bezug auf den Klimawandel wörtlich: „… wie wir zukünftig mit dem Klimawandel umgehen wollen. Hier kommt dem Boden eine zentrale Rolle zu. So gibt es Möglichkeiten, über geeignete Maßnahmen, wie z.B. den Zwischenfruchtanbau oder die Förderung tiefwurzelnder Kulturen, Kohlenstoff als organische Substanz im Boden zu binden.“

Erstaunlich, aber wie wir gesehen haben, nicht ungewöhnlich, daß der DGB- Präsident den mehrjährigen Ackerfutterbau nicht erwähnt, dagegen aber den Zwischenfruchtanbau, dessen Einfluss auf das organisch gebundene C eher schmal und nicht so eindeutig ist. Und was fasst er als tiefwurzelnde Pflanzen: Luzerne, Steinklee, Esparsette, die gerade Bestandteil mehrjähriger Ackerfutterbaubestände sind? Und warum erwähnt er nicht die Wirkung von Stallmist und Kompost, gerade im Gegensatz zur geringen Wirkung einer Strohdüngung (s. z.B. Körschens, 2013)? Ein substantieller Kommentar zur C- Speicherung in Böden ist dies nicht.

Zusammenfassung und weiterführende Fragen

Zusammenfassend lässt sich also zeigen, daß international, aber vor allem national in Deutschland die Möglichkeiten zur zusätzlichen Speicherung von Kohlenstoff in Böden im wissenschaftlichen Diskurs, im politisch-wissenschaftlichen Diskurs und daraus folgend im politischen Raum irreführend dargestellt werden und das Potential der Speicherung vage gehalten wird.

Dazu wurden junge und jüngste Veröffentlichungen und Stellungnahmen, international der FAO, in Deutschland des BMEL, des WWF Deutschland und eine Stellungnahme des DGB- Präsidenten herangezogen. Über die Gründe des Fehldiskurses im wissenschaftlich-politischen Raum kann nur gemutmaßt werden. Dazu können aber einige erhellende Fragen gestellt werden:

1. Warum wird die Bedeutung des mehrjährigen Ackerfutterbaus (Gras, Kleegras, Luzerne-[Gras]) in so geringem Maße herausgestellt? Es ist das zentrale Instrument, die organischen C- Gehalte im Boden deutlich zu erhöhen. Dieses Fruchtfolgeelement bietet zusätzlich die Möglichkeit, hohe N2-Fixierungsleistungen durch die Leguminosen zu realisieren, also den N- Bedarf in Fruchtfolgen zu senken. Die Synthese mineralischer N- Düngemittel ist energetisch der mit Abstand größte Posten im Bereich der Pflanzenproduktion. Warum wird von den Repräsentanten des ökologischen Landbaus, den Öko- Anbauverbänden nicht in größerem Maße die Bedeutsamkeit von 25- 33% Ackerfutterbau für jeden Betrieb herausgestellt?

2. Die EU- Regelungen zum ökologischen Landbau erlauben es, in bestimmtem Maße konventionelle, organische N- haltige Düngemittel (Mist, Gülle) einzusetzen (die Richtlinien von Anbauverbänden wie Demeter, Bioland und Naturland in Deutschland sind da strenger). Mit den EU- Richtlinien können damit EU- Biobetriebe einen Anbau von mehrjährigem Ackerfutter umgehen. Wie glaubwürdig ist damit die EU hinsichtlich politischer Strategien, die Erhöhung der CO2– Konzentration in der Atmosphäre zu begrenzen?

3. Warum gibt es im politischen und politisch- wissenschaftlichen Bereich keine differenzierende Darstellung zur Wirkung von Stallmist und Kompost auf die C- Gehalte im Boden im Vergleich zu Stroh und Gülle? Daten dazu liegen vor (z.B. zusammenfassend Körschens, 2013).

4. Warum wird in Zusammenhang mit den Gehalten an organischem C in Ackerböden nicht die weitgehende Trennung von Ackerbau und Tierhaltung in der industrialisierten Landwirtschaft diskutiert, die einerseits die Akkumulation von Gülle auf einem Teil der Flächen und andererseits das Fehlen von Ackerfutterbau und Mist/Mistkompost auf dem größeren Teil der Flächen zur Folge hat?

5. Warum werden Konzepte zum Biokohleeinsatz gefördert und erreichen so viel wissenschaftliche Aufmerksamkeit, obwohl selbst die analytischen Grundlagen der Studien, die belegen sollen, daß fruchtbare Böden hohe Gehalte an pyrogenem Kohlenstoff enthalten (Schmidt et al., 1999; Glaser et al., 2001; Skjemstad et al., 2002; Schmidt et al., 2002) in hohem Maße fehlerhaft sind (Chang et al., 2018; Gerke, 2019).

6. Warum wird so wenig in technischem Maßstab an Kompostierungsverfahren geforscht, die das Ziel haben, besonders stabile Huminstoffe zu bilden.

Die Antworten auf die gestellten Fragen können folgende Sachverhalte enthalten: Eine Landwirtschaft mit Anbau von Ackerfutterbau auf ein Drittel der Fläche vornehmlich als Kleegras/Luzerne-(Gras), mit der Verbindung von Ackerbau und Tierhaltung, mit der Haltung der Tiere auf Stroh und damit der Erzeugung von Stallmist oder Kompost mit einem zum großen geschlossenen Nährstoffkreislauf auf betrieblicher Ebene hat im politischen Bereich wenig Befürworter. Der Gegenentwurf dazu, die Industrialisierung der Landwirtschaft erfasst in zunehmendem Maße auch den ökologischen Landbau, mit allen negativen Begleiterscheinungen wie betriebliche Spezialisierung, Trennung von Ackerbau und Tierhaltung, große und größte Tierhaltungsanlagen. Das ist es, was die Europäische Union spätestens seit 2005 auch für den ökologischen Landbau anstrebt (s. Gerke, 2018b).

Und genau deswegen hat der Einsatz von und die wissenschaftliche Beschäftigung mit Biokohle eine gewisse mediale (s. z.B. NDR, WDR, Tagesspiegel, Spiegel) und politische Unterstützung, wobei auch so absurde Begriffe wie „Wundererde“ oder „schwarzes Gold“ nicht fehlen. Der Einsatz von Biokohle ist eine Einzelmaßnahme, die das gesamte agrarindustrielle System nicht in Frage stellt. Ein tatsächlicher Umbau der Landwirtschaft hin zu mehr Kohlenstoffspeicherung im Boden erforderte eine Gesamtanstrengung mit einer umfassenden Reform der Landwirtschaft, hin zu ihren nachhaltigen Wurzeln, verbunden mit Erkenntnissen des ökologischen Landbaus, in Anerkennung der Notwendigkeit, die Konzepte zur Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft grundlegend weiterzuentwickeln. Und- höhere Humusgehalte erhöhen auch die Bodenfruchtbarkeit!

Literatur:

Albuzio, A. und G. Ferrari (1989): Modulation of the molecular size of humic substances by organic acids of the root exudates. Plant Soil, 113, 237-241.

Adani, F. und M. Spagnol (2008): Humic acid formation in artificial soils amended with compost at different stages of organic matter evolution. J. Environ. Qual., 37, 1608- 1616.

Adani, F., Genevini, P.L., F. Tambone, und E. Montoneri (2006): Compost effect on soil humic acid: A NMR study. Chemosphere, 65, 1414- 1418.

Baddi, G.A., M. Hafidi, V. Gilard und J.C. Revel (2003): Characterization of humic acids produced during composting olive mill wastes: elemental and spectroscopic analyses (FTIR and 13C-NMR). Agronomie, 23, 661- 666.

Boudot, J.P. (1992): Relative efficiency of complexed aluminum, noncrystalline Al hydroxide, allophone and imogolite in retarding the biodegradation of citric acid. Geoderma, 52, 29- 39.

Brodowski, S., A, Rodionow, A. Haumeier, B. Glaser und W. Amelung (2005): Revised black carbon assesment unsing benzene polycarboxylic acids. Org. Geochem., 36, 1299- 1310.

Chang, Z., L. Tian, F. Li, Y. Zhou, M. Wu, Ch. Steinberg, X. Dong, B. Pan und B. Xing (2018): Benzene carboxylic acid- a usedul marker for condensed organic matter, but not only for pyrogenic black carbon. Sci. Tot. Environ., 626, 660- 667.

Chen, Y., B. Chefetz und Y. Hadar (1996): Formation and properties of humic substance originating from composts. In: De Bertoldi, M., P. Sequi, B. Leumes und T. Papi (eds.), The science of composting. Springer, Dorderecht, p. 382- 393.

Chen, Y. und Y. Inbar (1993): Chemical and spectroscopical analyses of organic matter transformation during composting in relation to compost maturity. In: Hoitink, H.A.J. und H.M. Keener (eds.), Science and engeneering of composting: Design, environmental, microbiology and utilization aspects. Ohio State University, Wooster, p. 551- 600.

Cozzolino, A. und A. Piccolo (2002): Polymerization of dissolved humic substances catalyzed by peroxidase. Effects of pH and humic composition. Org. geochem., 33, 281- 294.

Flaig, W., H. Beutelspacher und E. Rietz (1975): Chemical composition and physical properties of humic substances. In: Gieseking, J.E. (ed.), Soil components. Springer, Berlin, p. 1- 211.

Forstreuter, Th. (1999): Bodenfruchtbarkeitskennwerte und Kulturpflanzenertrag in zwei Bodennutzungssystemen. Dissertation Georg-August-Universtät Göttingen.

Gattinger, A. et al. (2012): Enhanced top soil carbon stocks under organic farming. PNAS, 109, 18226- 18231.

Gerke, J. (1992): Phosphate, aluminum, and iron in the soil solution of three different soils in relation to varying concentrations of citric acid. Z. Pflanzenernähr. Bodenk., 155, 339- 343.

Gerke, J. und U. Meyer (1995): Phosphate acquisition by red clover and black mustard on a humic podzol. J. Plant Nutr., 18, 2409- 2429.

Gerke, J. (2010): Humic (organic matter)-Al(Fe)- phosphate complexes: an underestimated phosphate form in soils and source of plant-available phosphate. Soil Sci., 175, 417- 425.

Gerke, J. (2018a): Concepts and misconceptions of humic substances as the stable part of soil organic matter: a review. Agronomy, 8, 76.

Gerke, J. (2018b): Subventionierter Raubbau. Der Abschied von der bäuerlichen Landwirtschaft in Deutschland. Tumult, Frühjahr 2018, 86- 89.

Gerke, J. (2019): Black (pyrogenic) carbon in soils and waters: a fragile data basis extensively interpreted. Chem. Biol. Technol. Agric., 6: 13.

Ghabbour, E. A., G. Davies, J.L. Dagggett Jr., Ch. A. Worgul, G.A. Wyant, M-M. Sayedbagheri (2012): Measuring the humic acid content of commercial lignites and agricultural top soils in the national soil project. Ann. Environ. Sci., 6, 1- 12.

Glaser, B., L. Haumeier, G. Guggenberger, und W. Zech (2001): The terra preta phenomenon: a model for sustainable agriculture in the humid tropics. Naturwissenschaften, 88, 37- 41.

Haider, K. (1995): Biochemie des Bodens. Enke, Stuttgart.

Huang, G.F., Q.T. Wu, J.W.C. Wong und B.B. Naggar (2006): Transformation of organic matter during c-composting of pig manure with sawdust. Biores. Technol., 97, 1834- 1842.

Inbar, Y., Y. Chen and Y. Hadar (1990): Humic substances formed during the composting of organic matter. Soil Sci. Soc. Am. J., 54, 1316- 1323.

Jeffery, S., D. Abalos, M. Prodana, A.C. Bastos, J.W. Van Groenigen, B.A. Hungate und F. Verheijen (2017): Biochar boosts tropical but not temperate crop yields. Environ. Res. Lett., 12: 053001.

Könnecke, G. (1967): Fruchtfolgen. Deutscher Landwirtschaftsverlag, Berlin (Ost).

Körschens, M. (2013): Humus und Klimaänderung. Manuskript eines Vortrages auf der Grünen Woche, 2013, 13 Seiten.

Körschens, M. et al. (2014): Humus und Klimaänderung- Ergebnisse aus 15 langjährigen Dauerfeldversuchen. Arch. Agron. Soil Sci., 60, 1485- 1517.

Lehmann, J. und M. Kleber (2015): The contentious nature of soil organic matter. Nature, 528, 61- 68.

Mao, J-D., R.L. Johnson, J. Lehmann, D.C. Olk, E.G. Neves, M.L. Thompson, und K. Schmidt-Rohr (2012): Abundant and stable char residues in soils: implications for soil fertility and carbon sequestration. Environ. Sci. Technol., 46, 9571- 9576.

Marschner, B. et al. (2008): How relevant is recalcitrance for the stabilization of organic matter in soils? J. Plant Nutr. Soil Sci., 171, 91- 110.

Martin, J.P., H. Zunino, P. Peirano, M. Caiozzi und K. Haider (1982): Decomposition of 14C- labeled lignins, model humic acid polymers and fungal melanins in allophonic soils. Soil Biol. Biochem., 14, 289- 293.

Olk, D.C. et al. (2019): Environmental and agricultural relevance of humic fractions extracted by alkali from soils and natural waters. J. Environ. Qual., 48, 217- 232.

Nakane, T. Ajioka, Y. Yamashita (2017): Distribution and sources of dissolved black carbon in surface waters of the Chukchi sea, Bering sea and the North Pacific ocean. Front Earth Sci., 5: 34.

Nuzzo, A. und A. Piccolo (2013): Oxidative and photo-oxidative polymerization of humic superstructures by heterogeneous biomimetic catalysis. Biomacromolecules, 14, 1645- 1652.

Nuzzo, A., A. De Martino, V. Di Meo und A. Piccolo (2018): Potential alteration of iron-humate complexes by plant root exudates and microbial siderophores. Chem. Biol. Technol. Agric., 5: 19.

Piccolo, A. (2001): The supramolecular structure of humic substances. Soil Sci., 166, 810- 832.

Piccolo, A. (2002): The supramolecular structure of humic substances: a novel understanding of humus chemistry and implications in soil science. Adv. Agron., 75, 57- 134.

Piccolo, A. (2016): In memoriam Prof. F.J. Stevenson and the question of humic substances in soil. Chem. Biol. Technol. Agric., 3: 23.

Piccolo, A. und P. Conte (2000): Molecular size of humic substances. Supramolecular associations versus macromolecular polymers. Adv. Envir. Res., 3, 508- 521.

Piccolo, A., A. Cozzolino, P. Conte und R. Spaccini (2000): Polymerization of humic substances by an enzyme catalyzed oxidative coupling. Naturwissenschaften, 87, 391- 394.

Piccolo, A., R. Spaccini, R. Nieder und J. Richter (2004): Sequestration of biologically labile organic carbon in soils by humified organic matter. Clim. Change, 67, 329- 343.

Piccolo, A., R. Spaccini, M. Drosos, M. Vinci und V. Cozzolini (2018): The molecular composition of humus carbon: recalcitrance and reactivity in soils. In: Garcia, C., P. Nannipieri, und T. Hernandez (eds.), The future of soil carbon. Academic Press, London, p. 87- 124.

Schmidt, M.W.I., J.O. Skjemstad, E. Gehrt und I. Kögl-Knabner (1999): Charred organic carbon in German chernozemic soils. Eur. J. Soil Sci., 50, 351- 365.

Schmidt, M.W. I., J.O. Skjemstad, C.I. Czimczik, B. Glaser, K.M. Prentice, Y. Gelinas und T.A. Kuhlbusch (2001): Comparative analysis of black carbon in soils. Glob. Biogeochem. Cycles, 15, 163- 167.

Schmidt, M.W.I., J.O. Skjemstad und C. Jäger (2002): Carbon isotope geochemistry and nano morphology of soil black carbon: black chernozemic soils in central Europe originate from ancient biomass burning. Glob. Biogeochem. Cycles, 16, 1123- 1131.

Schmidt, M.W.I. et al. (2011): Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature, 478, 49- 56.

Skjemstad, J.O., J.A. Taylor und R.J. Smernik (1999): Estimation of charcoal (char) in soils. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 30, 2283- 2298.

Skjemstad, J.O., D.C. Reicosky, A.R. Wilts und J.A. McGowan (2002): Charcoal carbon in U.S. agricultural soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 66, 1249- 1255.

Smidt, E., K. Meissl, M. Schmutzer und B. Hinterstoisser (2008): Co-composting of lignin to build up humic substances- strategies in waste management to improve compost quality. Industr. Crop Product, 27, 196- 201.

Spaccini, R. und A. Piccolo (2017): Soil organic carbon stabilization in compost amended soils. FAO (ed.),  Global symposium on soil organic carbon. FAO, Rome.

Stevenson, F.J. (1994): Humus chemistry. Genesis, composition, reactions. Wiley, New York.

Swift, R.S. (1999): Macromolecular properties of soil humic substances: fact, fiction and opinion. Soil Sci., 164, 790- 802.

Takeda, A., H. Tsukada, Y. Takaku, und S. Hisamatsu (2009): Fractionation of metal complexes with dissolved organic matter in a rhizosphere soil solution of a humus-rich Andosol using size exclusion chromatography with inductively coupled plasma-mass spectrometry. Soil Sci. Plant Nutr., 55, 349- 357.

Verma, L., J.P. Martin und K. Haider (1975): Decomposition of 14C- labeled proteins, peptides and amino acids: free and complexed with humic polymers. Proc. Soil Sci. Soc. Amer., 39, 279- 284.

Weber, J., Y. Chen, E. Janroz und T. Miano (2018): Preface: humic substances in the environment. J. Soils Sediments, 18, 2665- 2667.

Weichelt, T. (1977): Chemical alteration of natural lignin by interactions with humic like autoxidation products of pyrogallol (1,2,3- trihydroxybenzene). In: IAEA und FAO (eds.), Soil organic matter studies. IAEA, Wien, p. 67- 82.

Zanin, L., N. Tomasi, S. Cesco, Z. Varanini und R. Pinton (2019): Humic substances contribute to plant iron nutrition acting as chelators and biostimulants. Front. Plant Sci., 10: 675.

Ziechmann, W. (1980): Huminstoffe. Verlag Chemie, Weinheim.

Zimmermann, A.R. und S. Mitra (2017): Trial by fire: on the terminology and methods used in pyrogenic organic carbon research. Front. Earth Sci., 5: 95.