Die Schaffung von Kohlenstoffsenken durch Landschaftsnutzungsänderungen in Brandenburg

Inhaltsverzeichnis

1 Tabellenverzeichnis

2 Abbildungsverzeichnis

3 Vorwort

4 Einleitung
4.1 Kohlenstoffsenken im Kyoto-Protokoll
4.2 Kohlenstoffsenken im globalen Maßstab
4.3 Kohlenstoffflüsse

5 Veränderung von Quellen und Senken durch menschliche Tätigkeiten
5.1 Landnutzungsänderungen
5.1.1 Umwandlung von Primärwäldern in Sekundär- oder bewirtschaftete Wälder
5.1.2 Degradation
5.1.3 Umwandlung von Wald in Weide oder Grasland
5.1.4 Umwandlung von Wald in Acker
5.1.5 Umwandlung von Grasland in Acker
5.1.7 Umwandlung von Feuchtgebieten
5.1.8 Umwandlung von Grasland und Acker in Wald
5.1.9 Forstmanagement
5.2 Indirekte menschliche Einflüsse
5.3 Bedeutung für Brandenburg

6 Moore in Brandenburg
6.1 Funktion der Moore
6.2 Geschichte der Entwässerung
6.3 Folgen der Moorentwässerung
6.4 Zukünftige und umweltgerechte Moornutzung
6.5 Verwertung der Biomasse von Niederungsstandorten
6.5.1 Moorschonende Nutzung
6.5.2 Abschöpfung der Biomasse
6.5.3 Kultivierung von Torfmoosen
6.5.4 Nutzungsmöglichkeiten von Schilf
6.5.5 Erlenanbau

7 Forstwirtschaftliche Maßnahmen
7.1 Kurzumtriebsplantagen
7.1.1 Rechtliche Rahmenbedingungen
7.1.3 Nährstoffhaushalt und Kohlenstoffsequestrierung
7.1.4 Energetische Nutzung
7.1.5 Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen
7.3 Ökologischer Waldumbau
7.3.1 Wirkung auf Waldböden und Humuskörper
7.3.2 Waldumbau und klimarelevante Spurengase
7.3.3 Struktur der Forstwirtschaft in Brandenburg
7.3.4 Ökologischer Waldumbau und ökonomische Probleme

8 Zusammenfassung

9 Literaturverzeichnis

1 Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Die globalen terrestrischen Kohlenstoffvorräte und die Netto-Primärproduktion der Vegetationstypen und ihre Verteilung auf die Anlage-I-Staaten

Tabelle 2: Jährliche C-Flüsse in Gt/a

Tabelle 3: Entwässerungsmaßnahmen in der Zeit von 1951-1955 auf brandenburgischen Gebiet

Tabelle 4: Typische jährliche N2O- und CH4-Emissionsraten nordostdeutscher Niedermoore

Tabelle 5: Gesamtabschätzung der klimatischen Wirksamkeit von Niedermoornutzungen

Tabelle 6: Mittlere jährliche Gehalte an extrahierbarem NO3--N im Torfkörper und jährliche Lachgasemissionen bei verschiedenen Niedermooren bzw. Nutzungsvarianten

Tabelle 7: Alternative Nutzungsformen für mitteleuropäische Moorstandorte

Tabelle 8: Szenario zur möglichen Verteilung der Nutzung von Niederungsstandorten in den nördlichen Bundesländern

Tabelle 9: Verkaufserlös von kultivierten Torfmoosen

Tabelle 10: Ökonomik der Torfmoosproduktion

Tabelle 11: Kosten der Bestandesbegründung von Röhrichten

Tabelle 12: Verwendungsmöglichkeiten und Eigenschaften von Röhrichten und Rieden

Tabelle 13: Potenziale für eine standörtliche, umweltgerechte Gestaltung bzw. Nutzung von wiedervernässtem Niedermoor

Tabelle 14: Natürlicher Standortsbereich weitgefasster Waldtypen mit Erlenanteil

Tabelle 15: Grobbilanzierung der N-Transferprozesse verschiedener Standorte eines Erlenbruchwaldes am Ufer des Belauer Sees in Holstein

Tabelle 16: Ernteparameter der angebauten Baumarten auf dem Versuchsstandort Cahnsdorf

Tabelle 17: Brennstoffbedarf und Biomasseeinsatz für unterschiedliche Anlagengrößen

Tabelle 18: Flächenbedarf und Einzugsradius für unterschiedliche Anlagengrößen

Tabelle 19: Charakteristik des Pflanzgutes

Tabelle 20: Nährstoffgehalte in der Sprossbiomasse zum Erntezeitpunkt und Nährstoffentzug bei 4-jähriger Umtriebszeit

Tabelle 21: Rentabilität der Energieholzproduktion

Tabelle 22: Kalkulation der Vollkosten für den Anbau schnellwachsender Baumarten auf Ackerschlägen

Tabelle 23: Finanzielle Belastungen der privaten Waldbesitzer durch Steuern, Abgaben und Beiträge

2 Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Zeitliche Veränderung von Sonnenaktivität, Temperaturänderung der Erdoberfläche und Zunahme der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre

Abbildung 2: Modell zum Verbleib des Kohlenstoffs nach der Assimilation im Ökosystem. Die Darstellung beinhaltet die verschiedenen Ebenen der Produktivität und des Verlusts von Kohlenstoff, die Kohlenstoffflußdichte und Zeitskalen der Produktivitätsebenen sowie die Meßmethoden, die eine Quantifizierung der Produktivität ermöglichen. (WBGU 1998)

Abbildung 3: Peene-Niedermoor in Mecklenburg Vorpommern (Quelle: http://www.killikus.de )

Abbildung 4: Verschiedene Pappelsorten im Pflanzversuch auf Kippengelände in Grünewalde

Abbildung 5: Robinienpflanzung in der Energieholzplantage Kostebrau

Abbildung 6: Bewurzelte Pappelstecklinge nach der Ernte

Abbildung 7: Buchenpflanzung unter ausgedünnten Kiefernbeständen bei Schadewitz

Abbildung 8: Buchenpflanzung unter Kiefernbeständen mit verschiedenen Durchlichtungsgraden bei Schadewitz

3 Vorwort

Obwohl nunmehr fast 2 Jahrzehnte vergangen sind, seitdem im Rahmen der UNO begonnen wurde, den Klimawandel als eines der dringlichsten Aufgaben zu behandeln, wird auch heute noch darüber gestritten, wie man mit ihm umgehen soll. Streitpunkt ist weniger das Vorhandensein des Klimawandels als vielmehr dessen Ursachen. Die Meinungen gehen hierzu weit auseinander, was natürlich bedeutet, dass auch die Ansätze der Politik sehr verschieden sind.

Eine Seite meint, der Klimawandel würde nicht durch das menschliche Handeln hervorgerufen. Es handele sich um einen Prozess, auf den der Mensch keinen Einfluss hat. Zu diesem Zweck führen Forscher (Stahl & Berner 2000) u.a. geowissenschaftliche Untersuchungen an. Demnach haben Untersuchungen von Eisbohrkernen ergeben, dass in früheren Zeiten der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre weit höher gelegen haben muss. Trotz einer höheren Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre lassen sich Spuren von Vereisungen in Gesteinen finden, was auf ausgeprägte Eiszeiten hinweist. Durch Untersuchen der im Eis eingeschlossenen Luft ließ sich eine zeitliche Abfolge der Temperatur und der Konzentration von Treibhausgasen erstellen. Demnach stieg zuerst die atmosphärische Temperatur an und mit einer Verzögerung von etwa 100 Jahren stieg die Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre. Geowissenschaftler meinen, dass die Erde sich nach der letzten Eiszeit vor etwa 16.000 Jahren in der Phase der Wiedererwärmung befand, deren Temperaturhoch vor etwa 6.000 bis 7.000 Jahren lag. Im langfristigen Klimazyklus, meinen sie, befände sich die Erde im Moment in der Phase der Abkühlung. (Stahl & Berner 2000)

Auch der Einfluss des Treibhausgases Kohlendioxid auf den globalen Klimawandel wird in den Studien bestritten. Erstens wird gezeigt, dass es enorme Kohlenstoffsenken auf der Erde geben muss. Eisbohrkernuntersuchungen zufolge lag die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre zu Beginn der Industrialisierung bei 280 ppm. Im Jahr 2000 lag die Konzentration bei 356 ppm. (Stahl & Berner 2000) Die Berechnungen der anthropogenen Emissionen auf der Grundlage der Förder- und Verbrauchsstatistiken ergaben, dass die Kohlendioxidkonzentrationen weit höher liegen müssten. Es wird angenommen, dass über 50% der jährlichen Kohlendioxid-Emissionen in den Senken gebunden werden, wobei aber noch nicht absehbar ist, ob das Wachsen der Senken in der Zukunft anhält und die Auswirkungen anthropogener Emissionen auf die Atmosphäre geringer sind.

Zweitens wird gezeigt, dass Wasserdampf als Treibhausgas weitaus klimawirksamer ist als Methan und Kohlendioxid. Seit etwa 1850 haben die anthropogenen Emissionen zu einem Zuwachs des Treibhauseffektes von 2,7 Watt pro m² geführt. (Bengston 1997) Auf den gesamten Treibhauseffekt bezogen, macht der anthropogene Anteil beim Kohlendioxid nur 1,2% und bei anderen anthropogenen Klimagasen 0,9% aus. Zusammen beträgt der anthropogene Anteil lediglich 2,1%. Weil dieser Anteil am Gesamttreibhauseffekt so gering ist, wird das Kohlendioxid als treibender Faktor der Klimaänderung abgelehnt. Stattdessen werden andere klimarelevante Prozesse benannt: die Plattentektonik oder die Sonnenaktivität. Dem Zweitgenannten kommt die dominierende Rolle zu. Z.B. haben die Dänen Friis-Christensen und Lassen (Stahl & Berner 2000) dargelegt, dass die Änderungen der Atmosphärentemperatur und die Länge der Sonnenfleckenzyklen zwischen 1860 und 1991 ziemlich ähnlich verlaufen sind. Dagegen zeigt im gleichen Zeitraum der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre eine geringere Ähnlichkeit mit der zeitlichen Temperaturentwicklung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auf der anderen Seite steht die durch die Klimarahmenkonvention (UNFCC) anerkannte Meinung, dass der stattfindende Klimawandel hauptsächlich durch die anthropogene Emission von klimarelevanten Gasen verursacht wird. Kohlendioxid und einigen anderen Treibhausgasen kommt dieser Auffassung nach die entscheidende Rolle zu. Im Artikel 2 der Klimarahmenkonvention heißt es entsprechend:

„Das Endziel dieses Übereinkommens […] ist es, […] die Stabilisierung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre auf einem Niveau zu erreichen, auf dem eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems verhindert wird. Ein solches Niveau sollte innerhalb eines Zeitraums erreicht werden, der ausreicht, damit sich die Ökosysteme auf natürliche Weise den Klimaänderungen anpassen können, die Nahrungsmittelerzeugung nicht bedroht wird und die wirtschaftliche Entwicklung auf nachhaltige Weise fortgeführt werden kann.“^[1]

Die Klimarahmenkonvention, deren Ziele im Artikel 2 festgeschrieben sind, basiert maßgeblich auf den wissenschaftlichen Erkenntnissen, die im IPCC-Report „Climatic Change – The IPCC Scientific Assessment“ dargelegt wurden. Es wird gezeigt, dass die Konzentrationen mehrerer klimarelevanter Gase in der Atmosphäre seit etwa 1750 stark angestiegen sind. Für die 100 Jahre zwischen 1890 und 1990 wurde ein Temperaturanstieg in der Atmosphäre von 0,3°C bis 0,6°C festgestellt. Es wird daraus abgeleitet, dass anthropogene Treibhausgasemissionen und der Temperaturanstieg in direktem Zusammenhang stehen.

In der politischen Diskussion haben beide Seiten verschiedene und entsprechend entgegengesetzte Richtungen. Folgt man der Aussage, der Klimawandel entstamme nicht dem menschlichen Handeln, werden die politischen Handlungsmöglichkeiten darauf beschränkt, die menschliche Gesellschaft an die Folgen des Klimawandels anzupassen. Folgt man der anderen Seite und anerkennt, dass der Klimawandel anthropogener Natur ist, erweitern sich die politischen Möglichkeiten. Durch die Anerkennung, dass das menschliche Handeln eine der Hauptursachen des Klimawandels ist, kann man bewusst und planmäßig die menschliche Wirtschaftsweise ändern, kann man bewusst und planmäßig den Ausstoß von klimaschädigenden Gasen vermindern, und man kann andere Möglichkeiten der Deckung des Energiebedarfs erschließen.

Diese Arbeit fußt auf der Annahme, dass der Klimawandel anthropogener Natur ist, ohne diese Annahme näher zu hinterfragen. Ausgehend vom aktuellen Stand der Landschaftsnutzung im Land Brandenburg und vom Stand der wissenschaftlichen Erkenntnisse, durch welche Nutzungsänderungen klimarelevante Gase freigesetzt oder gebunden werden, sollen Möglichkeiten aufgezeigt werden, wie durch bewusstes Landschaftsnutzungsmanagement ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden kann. Dabei soll diese Aufgabe nicht nur theoretisch angefasst werden. Auch Möglichkeiten für die Praxis sollen gezeigt werden. Da sich der Boden nicht in gesellschaftlichem Besitz befindet, sondern privaten Eigentümern gehört, sind dem Staat in gewisser Weise die Hände gebunden. Über das Schaffen von Ge- und Verboten, von Anreizen und der Förderung der Umweltbildung kann er kaum hinausgehen. Deshalb muss aufgezeigt werden, ob Landschaftsnutzungsänderungen auch wirtschaftlich tragfähig sind.

4 Einleitung

4.1 Kohlenstoffsenken im Kyoto-Protokoll

Die Klimarahmenkonvention (auch Kyoto-Protokoll genannt) ist die auf internationaler Ebene juristische Anerkennung der These, dass die Klimaveränderung anthropogener Natur ist und dass die Menschheit Möglichkeiten besitzt, der Klimaänderung entgegenzuwirken. In ihr werden Mittel und Wege juristisch fixiert, die ein Entgegenstellen ermöglichen sollen.

Nach Artikel 3 Abs. 1 des Kyoto-Protokolls sind die Industrieländer verpflichtet, die Emissionen von Treibhausgasen auf eine bestimmte Menge zu beschränken.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die zugeteilte Menge berechnet sich im ersten Verpflichtungszeitraum (2008-2012) als ein relativer Anteil der gesamten anthropogenen Emissionen des Landes im Jahr 1990 mit fünf multipliziert.^[2] Für die einzelnen Länder wurden unterschiedliche Prozentsätze definiert.

Die Bezugsmenge für die Berechnung der im Verpflichtungszeitraum zugeteilten Emissionen ist in Artikel 3 Abs.7 in Verbindung mit Anlage A definiert: Sie ist die Summe der Emissionen der in Anlage A aufgeführten sechs Treibhausgase aus den angeführten Sektoren. Hierbei handelt es sich um Brutto-Emissionen, da keine Senken eingerechnet werden. Insbesondere werden weder Quellen oder Senken aus dem Bereich „Landnutzungsänderung und Forstwirtschaft“ berücksichtigt, da dieser nicht in der Anlage A aufgeführt wird. Es gibt jedoch eine Ausnahme für die Staaten, in denen Quellen und Senken sich in diesem Bereich im Jahr 1990 zu einer Netto-Quelle summierten. Diese Staaten addieren sowohl Emissionen als auch Aufnahmen durch Senken dieses Bereichs der Bezugsmenge hinzu. Für Australien ergibt sich daraus z. B. ein Zuwachs der Bezugsmenge um etwa 30%.

Die zugeteilte Menge an Emissionen berechnet sich als prozentualer Anteil dieser Bezugsmenge. Je höher die Bezugsmenge ist, desto mehr darf ein Staat bei gleich bleibendem Prozentsatz (siehe Anlage B) emittieren.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Artikel 3 des Kyoto-Protokolls enthält zusätzlich eine Reihe an Regelungen, laut denen sich die erlaubte Brutto-Emissionsmenge ändert. Danach können bestimmte Emissionen aus biologischen Quellen und Aufnahmen durch biologische Senken oder erzielten Reduktionen in anderen Industriestaaten oder Entwicklungsländern angerechnet werden.

Nach Artikel 3 Abs.3 werden einem Industrieland Quellen und Senken im Bereich Landnutzungsänderungen und Forstwirtschaft angerechnet, soweit sie als Bestandsänderung im Verpflichtungszeitraum von 2008-2012 messbar sind. Diese Anrechnungen sind auf die Tätigkeiten „Aufforstung“, „Wiederaufforstung“ und „Entwaldung“ begrenzt. Wenn in einem Industrieland durch diese Tätigkeiten mehr Kohlendioxid aufgenommen als emittiert wird, summieren sich die Quellen und Senken zu einer Nettosenke. Diese erhöht die erlaubten Brutto-Emissionen. Ergibt sich eine Netto-Quelle, so verringert sich die Menge der erlaubten Brutto-Emissionen entsprechend.

Dieser Artikel regelt auch die Anrechnung von Quellen und Senken auf die Verpflichtung der Industrieländer, allerdings können nur die Auswirkungen der Tätigkeiten ab 1990 berücksichtigt werden. Diese Auswirkungen werden als nachprüfbare Veränderungen des Bestandes der Kohlenstoffvorräte im Verpflichtungszeitraum gemessen. In der Zeit von 2008-2012 muss Buch geführt werden über den Anteil an den Änderungen des Kohlenstoffbestandes durch das Wachstum von seit 1990 gepflanzten Wäldern oder durch Entwaldungen. Auswirkungen von Tätigkeiten, die vor 1990 stattfanden, werden nicht berücksichtigt, auch wenn die Möglichkeit ihrer Berechenbarkeit gegeben sind.

Im Bereich der Landschaftsnutzungsänderung und Forstwirtschaft werden nach den IPCC-Richtlinien lediglich Inventare für Kohlendioxid gefordert, wobei andere Treibhausgase unberücksichtigt bleiben. Folgende Definitionen, die für Artikel 3 Abs.3 des Kyoto-Protokolls wichtig sind, finden sich in den IPCC-Richtlinien:

- Unter Aufforstung (afforestation) versteht man neue Pflanzungen auf Gebieten, auf denen „historisch“ kein Wald existierte;
- Wiederaufforstung (reforestation) bedeutet das Anpflanzen von Wäldern auf Gebieten, auf denen „historisch“ Wälder vorhanden waren, aber zwischenzeitlich anders genutzt wurden;
- Unter einer Entwaldung versteht man Umwandlungen von Wäldern in andere Nutzungsformen.

Der Unterschied zwischen Aufforstung und Wiederaufforstung wird an anderer Stelle genauer bestimmt: Es handelt sich dann um Aufforstungen, wenn die Böden seit 50 Jahren keine Wälder trugen. Wiederaufforstungen sind hingegen Pflanzungen auf Böden, auf denen in den letzten 50 Jahren Wälder standen. (WBGU 1998)

Beide Tätigkeiten gehören zu den forstwirtschaftlichen Maßnahmen, bei denen nur die Änderung der oberirdischen Biomasse inventarisiert wird, wohingegen Änderungen des Kohlenstoffbestandes der Böden nach den IPCC-Standardverfahren nicht berücksichtigt werden.

Wie schon benannt, versteht man unter Entwaldung eine Umwandlung von Wäldern in andere Nutzungsformen. Dabei sollen grundsätzlich zeitlich verzögerte Effekte dieser Umwandlung z.B. auf den Kohlenstoffvorrat im Boden berücksichtigt werden. Zur Berechnung der Auswirkungen einer Entwaldung in einem vorangegangenen Jahr auf den Kohlenstofffluss im Inventarjahr werden folgende Änderungen berücksichtigt:

- Netto-Änderung des in der oberirdischen Biomasse gebundenen Kohlenstoffs;
- Die im ersten Jahr verbrannte oder entnommene Biomasse wird im folgenden Jahr als Emission inventarisiert;
- Es wird angenommen, dass ein Teil der verbrannten Biomasse langfristig in Form von Holzkohle gebunden wird;
- Es wird angenommen, dass die restliche Biomasse, die auf der Fläche verbleibt, innerhalb von 10 Jahren verrotten wird. In den Inventuren der nächsten 10 Jahre wird jeweils ein Zehntel der so abgebauten Biomasse als Emission inventarisiert;
- Es wird angenommen, dass die Abbauprozesse im Boden, die nach dem Verbrennen oder Abholzen des Bodens stattfinden und zu einer Verringerung der Bodenvorräte führen, zwanzig Jahre andauern. Entsprechend werden in den zwanzig Jahren nach der Maßnahme jeweils ein Zwanzigstel der angenommenen Bodenverluste als Emission inventarisiert.

4.2 Kohlenstoffsenken im globalen Maßstab

Bevor im Folgenden über Kohlenstoffsenken im globalen Maßstab gesprochen werden soll oder die einzelnen Landschaftsnutzungen betrachtet werden sollen, scheint es notwendig zu sein, einige Begriffe zu erklären. Es scheint gerade deshalb notwendig zu sein, weil die Auslegung von Begriffen für die Wirkungsweise juristischer Abkommen von entscheidender Bedeutung ist.

Für den Kohlenstoffkreislauf werden nach UNFCC folgende Begriffe definiert:

- Unter einer Quelle eines Treibhausgases (z.B. Kohlendioxid) wird ein Vorgang oder eine Tätigkeit verstanden, wodurch ein Treibhausgas in die Atmosphäre freigesetzt wird. (Art.1 Abs. 9 UNFCC) Durch Quellen nehmen die Vorräte, z.B. des Kohlendioxids, in der Vegetation oder im Boden ab.
- Senken sind Vorgänge, Tätigkeiten oder Mechanismen, durch welche Treibhausgase aus der Atmosphäre entfernt werden. (Art.1 Abs.8 UNFCC) So stellt ein Ökosystem eine Senke für Kohlendioxid dar, wenn die Aufnahme von Kohlendioxid höher ausfällt als die Freisetzung durch Veratmung von Kohlenstoff oder durch Entnahme. Durch Senken nehmen die Kohlenstoffvorräte in der Vegetation oder im Boden zu.
- Kohlenstoffspeicher sind Bestandteile des Klimasystems, in denen Kohlenstoff gespeichert wird. Zu ihnen zählen beispielsweise Bodenflächen oder Vegetationszonen. (Art.1 FCCC)
- Unter Kohlenstoffvorräten wird die Masse Kohlenstoff verstanden, die in einem Kohlenstoffspeicher festgesetzt wird.
- Die Kohlenstoffkonzentration gibt den Kohlenstoff pro Gramm Trockensubstanz an.
- Unter Kohlenstoffflüssen versteht man die Masse Kohlenstoff, welche pro Zeiteinheit von einer Vegetationszone, einer Bodenfläche oder einem Land aufgenommen oder abgegeben wird. Bei einem negativen Kohlenstofffluss stellt die Vegetationszone, die Bodenfläche oder das Land eine Senke dar. Bei positivem Kohlenstofffluss handelt es sich um eine Quelle.
- Die Kohlenstoffflussdichte meint den Kohlenstofffluss pro Flächeneinheit.
- Die Kohlenstoffbilanz meint den Netto-Kohlenstofffluss, der sich als Summe aus allen Kohlenstoffflüssen und der Änderung der Vorräte (z.B. Entnahme durch Ernte) ergibt.

Kohlenstoffvorräte terrestrischer Ökosysteme verteilen sich ober- und unterirdisch auf die Vegetation, die organische Bodenauflage und den Mineralboden. Bei pflanzlicher Biomasse unterscheidet man die oberirdische von der unterirdischen (z.B. Wurzeln). Die organische Auflage besteht aus Streu und einem Teil der Humusauflage. Hinzu kommt bei Hoch- und Niedermooren die Torfauflage. Von den gesamten terrestrischen Kohlenstoffvorräten sind lediglich ein Viertel auf die Vegetation und drei Viertel auf den Boden verteilt. Bei der Bewertung der Bewirtschaftung globaler Kohlenstoffsenken und –quellen sind deshalb die Veränderungen im Boden besonders zu beachten.

Die Kohlenstoffvorräte der Erde sind nicht proportional zur Fläche verteilt. Die Speicherung von Kohlenstoff im Boden ist vor allem an kühle Klimate gebunden. Lediglich ein Drittel der terrestrischen Landoberfläche befinden sich in den Annex-I-Staaten. Jedoch lagern auf dieser Fläche etwa 50% des terrestrischen Kohlenstoffs meist im Boden. Den Annex-I-Staaten kommt damit eine besondere Verantwortung für den Schutz des Boden-Kohlenstoffs zu.

Vergleicht man die Kohlenstoffspeicherung nach Vegetationstypen ergibt sich folgendes:

- Wälder enthalten gut 46% des gesamten terrestrischen Kohlenstoffs, wobei 39% des gesamten terrestrischen Kohlenstoffs im Waldboden und seiner organischen Auflage gespeichert sind. In den borealen Wäldern Rußlands, Kanadas und Alaskas ist die Hälfte des weltweiten Waldkohlenstoffs zu finden. 37% des Waldkohlenstoffs sind in den tropischen Wäldern festgelegt. Tropische und boreale Wälder unterscheiden sich dadurch, dass in den borealen Wäldern etwa 84% des Kohlenstoffs im Boden (organische Bodenauflage, Torf und organischer Bodenkohlenstoff) lagern, wohingegen in den Tropen nur etwa 50% des Kohlenstoffs im Boden lagern. Die europäischen Wälder fallen durch ihre geringen Kohlenstoffvorräte in den Böden auf. Ein Einfluss der intensiven Bewirtschaftung der europäischen Wälder auf den Bodenkohlenstoffhaushalt, einschließlich der über Jahrhunderte hinweg praktizierten Streunutzung, ist nicht auszuschließen.
- Grasländer und Savannen bedecken etwa 23% der globalen Landoberfläche. Sie enthalten ungefähr 26% der globalen terrestrischen Kohlenstoffvorräte, welche vor allem im Boden enthalten sind. Dabei gibt es Unterschiede in Abhängigkeit vom Klima. Die Bodenkohlenstoffvorräte pro Fläche sind in temperaten Grasländern doppelt bis viermal so hoch wie in den Savannen. In der Vergangenheit wurden temperate Grasländer großflächig in landwirtschaftliche Flächen verwandelt, was zur Folge hatte, dass die Böden etwa 50% ihres Kohlenstoffs verlustig gingen. Sekundäre Grasländer, wie sie z.B. durch Brandrodung in den Tropen entstehen, speichern abhängig von der Feuerhäufigkeit nur sehr wenig Kohlenstoff. Dagegen können z.B. Weideböden im Amazonasgebiet gleiche oder sogar höhere Gesamt-Kohlenstoffvorräte aufweisen als Böden intakter Regenwälder.
- Mit 1,47 Mrd. ha Ausdehnung bedecken Ackerflächen etwa 11% der eisfreien Landoberfläche. Sie enthalten etwa 1% des Kohlenstoffs der terrestrischen Ökosysteme in ihrer oberirdischen Biomasse. Dagegen enthalten sie 8-10% der weltenweiten Bodenkohlenstoffvorräte. Gründe für die niedrigen Kohlenstoffvorräte sind die regelmäßige Ernte der Biomasse und die Bearbeitung der Böden. Die Netto-Primärproduktivität (NPP) landwirtschaftlicher Flächen ist im Verhältnis zur NPP der natürlichen Vegetation in vielen Regionen sehr niedrig. Lediglich in einigen Industrieländern reicht die NPP landwirtschaftlicher Kulturen an die natürlichen heran oder übertrifft sie. Z.B. beträgt die NPP der landwirtschaftlichen Kulturen in den Entwicklungsländern lediglich bei 10-20% der NPP natürlicher Vegetation. Eine Verminderung der NPP ist gleichbedeutend mit einer Reduzierung der Biomasse. Diese führt zu einer Verringerung von Bestandsabfällen und somit zu einer Verringerung der Kohlenstoffzufuhr in das Teilsystem Auflage/Humus. (siehe nächstes Kapitel)
- Je nach ihrer Definition bedecken Feuchtgebiete zwischen 3% und 6% der Erdoberfläche. Sie enthalten aber je nach Definition und Schätzung 10-30% des globalen terrestrischen Kohlenstoffs. Auf die Bodenflächeneinheit bezogen speichern sie dreimal so viel Kohlenstoff als Wälder. Die Kohlenstoffvorräte in torfbildenden Feuchtgebieten werden auf 541 Gt geschätzt, was einen Anteil von 34,6% der gesamten terrestrischen Bodenkohlenstoffvorräte bedeutet. Rechnet man die in der Biomasse enthaltenen Vorräte hinzu erhöht sich die geschätzte absolute Menge unwesentlich auf 566,7 Gt Kohlenstoff. Das entspricht einem Anteil von 20% der gesamten Kohlenstoffvorräte terrestrischer Ökosysteme.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Die globalen terrestrischen Kohlenstoffvorräte und die Netto-Primärproduktion der Vegetationstypen und ihre Verteilung auf die Anlage-I-Staaten (Quelle: IPCC, 1998; WBGU 1998)

4.3 Kohlenstoffflüsse

In diesem Kapitel soll darauf eingegangen werden, inwieweit die derzeit vermutete Aufnahme von Kohlenstoff durch die Erdoberfläche dauerhaft ist. Voraussetzung dafür ist, dass die für den Kohlenstoffkreislauf wichtigen Prozesse bekannt sind.

Pflanzen assimilieren Kohlenstoff durch die Photosynthese (Brutto-Primärproduktion, GPP). Etwa die Hälfte davon wird für den Stoffwechsel wieder verbraucht (autotrophe Atmung). Die andere Hälfte dient dem Wachstum der Pflanzen (Netto-Primärproduktion, NPP). Ein Großteil der NPP wird dem Ökosystem als Streu wieder zugeführt und dann durch Bodenorganismen mineralisiert (heterothrophe Atmung). Dadurch werden ungefähr 45% der ursprünglichen GPP wieder freigesetzt, was zusätzlich gebundene Mineralstoffe für das weitere Wachstum wieder zur Verfügung stellt. Die verbleibenden 5% der GPP bilden die Netto-Ökosystemproduktivität (NEP). Es sind schwer abbaubare organische Substanzen und sie bilden den Humus.

Der Mensch nutzt einen Teil der NPP zu seiner Ernährung, Energieversorgung, Bau- und Faserstoffe. Zusätzlich wird ein Teil der organischen Substanz durch natürliche oder anthropogene Feuer wieder in Kohlendioxid verwandelt. Vermutlich verbleiben deshalb nur etwa 0,5% der GPP als langlebiger Kohlenstoff in der Form von Holzkohle oder stabilem Humus im Ökosystem (Netto-Biom-Produktivität, NBP).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Modell zum Verbleib des Kohlenstoffs nach der Assimilation im Ökosystem. Die Darstellung beinhaltet die verschiedenen Ebenen der Produktivität und des Verlusts von Kohlenstoff, die Kohlenstoffflußdichte und Zeitskalen der Produktivitätsebenen sowie die Meßmethoden, die eine Quantifizierung der Produktivität ermöglichen. (WBGU 1998)

Das hier angegebene Schema weist ein paar Schwachstellen auf. Es integriert zwar die Netto-Kohlenstoffflüsse über verschiede zeitliche und räumliche Skalen, lässt aber die Kohlenstoffvorräte auf zeitlichen und räumlichen Skalen außer Acht. Außerdem lässt es die Abhängigkeit der Flüsse von verschiedenen Faktoren unberücksichtigt. Die Assimilation wird z.B. von Licht, Kohlendioxidkonzentration und Ernährung gesteuert, wohingegen die Atmung vor allem von der Temperatur abhängt. Die autotrophe Atmung erfolgt zeitgleich mit der Assimilation, bezieht man die Betrachtung auf einen Zeitraum von z.B. einem Jahr. Die heterotrophe Atmung geschieht hingegen zeitverzögert, und erstreckt sich, je nach Material, über einen Zeitraum von bis zu 20 Jahren (in kalten Klimaten und für bestimmte Fraktionen des Humus kann diese Zeitspanne auch mehrere hundert Jahre andauern). Die Assimilation wird durch anthropogene Einflüsse kontinuierlich gesteigert und die Atmung folgt mit einer Verzögerung von etwa 30 Jahren. Der Fluss des Kohlenstoffs durch diesen temporären Zwischenspeicher kann durch die Tätigkeiten des Menschen beeinflusst werden durch Abernten der Biomasse und durch Feuer.

Es wird angenommen, dass die NPP in der Zukunft nicht mehr in demselben Maße steigen wird wie in der Vergangenheit. (WBGU 1998) Gleichzeitig wird aber die Atmung aufgrund der Temperaturzunahme exponentiell ansteigen.

Der Vorsprung der NPP wird sich so wahrscheinlich im Laufe des 21. Jahrhunderts verringern oder sogar durch die Atmung überholt werden. Terrestrische Ökosysteme werden sich damit wandeln von heutigen Senken für Kohlendioxid zu künftigen Quellen.

Die Daten, die für das Sondergutachten des WBGU „Die Anrechnung biologischer Quellen und Senken im Kyoto-Protokoll“ (1998) vorlagen, lassen darauf schließen, dass die temperaten Wälder die wohl größte terrestrische Senke – bezogen auf die Fläche – sind (NEP von -1,4 bis -15,5 t C ha-1 Jahr-1 (Median -3,7 t C ha-1 Jahr-1)). Boreale und tropische Wälder weisen zwar auch eine negative NEP auf, sie ist aber wesentlich geringer (+0,7 bis -1,3 t C ha-1 Jahr-1 bzw. -1 t C h-1 Jahr-1).

Es ist schon gesagt worden, dass es von entscheidender Bedeutung für den Kohlenstoffkreislauf ist, dass Photosynthese und Atmung stark von äußeren Bedingungen abhängen, aber beide ebenso auf die äußeren Bedingungen zurückwirken. Nachdem die Prozesse benannt wurden, die für den terrestrischen Kohlenstoffkreislauf wichtig sind, scheint es ratsam zu sein, kurz auf die globalen Kohlenstoffvorräte und –flüsse einzugehen.

Herbst (2000) gibt an, dass in den Landpflanzen etwa 560 Gt Kohlenstoff gespeichert sind, in Boden und Streuschicht zusammen etwa 1500 Gt, in den Meeren rund 38000 Gt und in der Atmosphäre ca. 750 Gt mit steigender Tendenz. Im natürlichen Gleichgewicht liegt der jährliche Kohlenstoffaustausch zwischen Erde und Atmosphäre sowohl für Land- wie für die Meeresoberfläche weltweit in einer Größenordnung von etwa 100 Gt. Durch das Wirken des Menschen treten zusätzliche Kohlenstoffflüsse auf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Jährliche C-Flüsse in Gt/a (zit. nach Herbst, 2000)

Durch Verbrennen fossiler Energieträger und durch das großflächige Abholzen v.a. tropischer Wälder werden pro Jahr etwa 7.1 Gt Kohlenstoff freigesetzt. Von diesen werden 2 Gt in den Ozeanen und etwa 3.3 Gt in der Atmosphäre angereichert. Der Verbleib der restlichen 1.8 Gt ist bisher noch unklar.

Bei dem Versuch, den Verbleib der 1.8 Gt Kohlenstoff zu erklären, spielt der Wald eine wichtige Rolle. Ausmaß und Vorzeichen des CO2-Austausches zwischen Wäldern und Atmosphäre hängt normalerweise vom Entwicklungsstadium des Waldes ab. Ein junger, wachsender Wald wird eine ganze Zeitlang CO2 binden. Ein alter, zusammenbrechender Wald wird hingegen CO2 freisetzen. Wälder, deren Entwicklungsstadium in der nähe ihres Höhepunktes ist, sollten in der Regel eigentlich eine neutrale C-Bilanz aufweisen. Untersuchungen aus den 1990er Jahren haben hingegen ergeben, dass es eine Netto-CO2-Aufnahme über dem tropischen Regenwald gibt (Herbst 2000). Tropischer Regenwald gilt als Musterbeispiel einer Klimaxvegetation, die sich im Gleichgewicht mit der Umgebung befindet und ein CO2-neutrales Verhalten haben sollte. Die Untersuchungen unterstützen den Verdacht, dass sich in den großen Waldökosystemen der Erde klimabedingte Veränderungen abspielen, die für einen Teil des „missing sink“ verantwortlich sein könnten und die auf die bedeutende Rolle der Wälder für Rückkopplungsmechanismen im globalen Kohlenstoffkreislauf hindeuten.

5 Veränderung von Quellen und Senken durch menschliche Tätigkeiten

5.1 Landnutzungsänderungen

5.1.1 Umwandlung von Primärwäldern in Sekundär- oder bewirtschaftete Wälder

Die Umwandlung von Primärwäldern in Sekundärwälder spielt für Entscheidungen in Deutschland kaum eine Rolle, da es keine Wälder gibt, die man in die Kategorie Primärwälder einstufen kann. Solche sind nur noch die tropischen Regenwälder oder die borealen Nadelwälder, da man unter ihnen von menschlicher Tätigkeit unbeeinflusste Wälder versteht. Die Aufführung dieser Landschaftsnutzungsänderung ist dennoch notwendig, um die Rolle natürlicher Wälder hervorzuheben.

Obwohl die Umwandlung von Primärwäldern in Sekundärwälder zu sehr hohen Emissionen von Kohlendioxid führen kann, geht es nicht eindeutig aus den IPCC-Richtlinien hervor, dass eine Umwandlung nach Art. 3 Abs. 3 angerechnet wird.

Alte, natürliche Wälder speichern sehr große Mengen Kohlenstoff, die freigesetzt, werden können, wenn sie bewirtschaftet werden oder in eine andere Nutzungsform überführt werden. Plantagen haben in den Tropen einen etwa 25-50% geringeren Kohlenstoffvorrat in der Biomasse als Primärwälder. Einen 30-80% geringeren Vorrat an Holzbiomasse haben Sekundärwälder und ungeregelt genutzte Wälder. (WBGU 2000) In der temperaten Zone weisen Wirtschaftswälder eine Biomasse auf, die um etwa 40-50% reduziert ist. Das lässt sich darauf zurückführen, dass forstlich genutzte Wälder nicht das gleiche Alter erreichen wie Primärwälder. Je nach Baumart, Nutzungsform und –intensität werden sie bereits nach 20-50 Jahren in den Tropen und 60-120 Jahren in der temperaten Zone geerntet. Auch wird ständig bei Durchforstungen Biomasse entnommen. Cooper gab 1983 in einer Untersuchung an, dass sich integriert über mehrere Rotationen von Aufwuchs und Ernte ein mittlerer Kohlenstoffvorrat von nur 30% des ungestörten Altbestandes in intensiv genutzten Wirtschaftswäldern finden lässt. (zit. nach WBGU 2000) Entwickelt sich der Sekundärwald ungestört, sind in der temperaten Zone etwa 150-250 Jahre notwendig, bis die Kohlenstoffvorräte des Primärwaldes wieder erreicht sind. In den Tropen wird die Dauer auch über 150 Jahre geschätzt. (WBGU 2000)

In der Auflage und in der Humusschicht sind große Mengen Kohlenstoff gespeichert, die durch Ernte oder Feuer vernichtet werden. Die Wachstumsraten junger Bestände sind zumeist sehr hoch. Deshalb wird die oberirdische Biomasse nach der Rodung des Primärwaldes oder Altbestands relativ schnell wieder aufgebaut. Die Bodenatmung kann jedoch wegen der günstigen Temperatur- und Wasserverhältnisse nach dem Kahlschlag ziemlich lange größer sein als die Assimilation der jungen Bäume. Erst nach etwa 20-50 Jahren werden wieder nennenswerte Mengen Kohlenstoff festgelegt. Die Kohlenstoffvorräte im Boden erreichen etwa 10-20 Jahre nach der Ernte des Waldes ein Minimum.

5.1.2 Degradation

Eine Form des menschlichen Eingriffs, die nicht nach Art. 3 Abs. 3 des Kyoto-Protokolls angerechnet wird, die aber de facto zu einer Entwaldung führt, ist die Degradation. Sie gilt weder gemäß IPCC-Richtlinien noch nach üblicher forstwirtschaftlicher Definition als Entwaldung, obwohl sie zu eben jenen Schädigungen führt. Die Degradation ist auch nur auf Primärwälder bezogen, was zur Folge hat, dass sie für die Verhältnisse in Deutschland auch nicht von besonderem Interesse sein kann. Aber trotzdem soll auch sie hier kurz umrissen werden.

Die schleichende Degradation von Wäldern durch unangemessene selektive Holzernte, unerlaubten Holzeinschlag und anthropogene Feuer ist ein Prozess, der neben Entwaldung und Umwandlung von Wäldern im globalen Rahmen durchaus von Bedeutung sein kann. (WBGU 2000) Auch sie führt zu Veränderungen der Bestandsstruktur, des Mikroklimas und der Böden. Dicht geschlossene Waldformationen gehen über in offene, busch- und grasreiche Formationen zunehmender Fragmentierung.

Die meisten Versuche einer nachhaltigen Forstwirtschaft hinsichtlich der Produktion als auch der vielfältigen anderen Ökosystemfunktionen sind gescheitert. Neben der hohen Sensibilität der untersuchten Primärwälder gegenüber Störungen ist die Größe der Erntebäume in Verbindung mit der hohen Dichte der Bestände ein Grund für das hohe Zerstörungspotenzial einer Nutzung gewesen. (WBGU 2000) Das galt auch für die selektive Baumernte. Das Flächenausmaß einer schleichenden Degradation von Primärwäldern ist unbekannt. Nach einer Schätzung des FAO (WBGU 2000) ist die Degradationsrate um ein Mehrfaches höher als die Entwaldungsrate.

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^[1] zit. nach WBGU, 2003, S.9

^[2] Der Faktor 5 ergibt sich daraus, dass der Verpflichtungszeitraum fünf Jahre beträgt.