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Bodenuntersuchung

Humusgehalt berührungslos messen

Ulrich Graf
Ulrich Graf
am Montag, 04.04.2022 - 10:59

Eine neue Methode liefert ein dreidimensionales Bild des Bodens. Damit soll sich schnell und genau der Gesamtkohlenstoffgehalt einer Fläche beziffern lassen.

Carbon Farming, also das Anreichern von Humus auf landwirtschaftlichen Flächen, könnte ein Zukunftsfeld für Bauern werden. Aber wie lässt sich die Entwicklung im Humusgehalt überhaupt flächig dokumentieren? Eine Lösung könnte die Erfindung von Wissenschaftlern des Berkeley Lab-Teams sein. Sie suchen nach Kohlenstoff im Boden, ohne sich die Hände schmutzig zu machen.

Neutronen durchleuchten den Boden

Neutronenstrahl

Bei der neuen Methode durchleuchtet ein Neutronenstrahl den Boden. Es soll einen schnellen und detaillierten Blick auf die Menge und Verteilung von Kohlenstoff (und bestimmten anderen wichtigen Elementen) im Boden ermöglichen. Das Buddeln von Löchern und die Entnahme von Bodenproben würde damit entfallen. Es erfolgen also keine Eingriffe in den Boden oder an den Pflanzenwurzeln.

"Was dieses Instrument wirklich ermöglicht, sind wiederholte Messungen im Laufe der Zeit", sagte Arun Persaud, ein Physiker am Berkeley Lab und einer der Leiter des Teams. "Mit unserem Gerät kann man sehr genau und schnell den Gesamtkohlenstoffgehalt eines Hektars Land messen, ohne den Boden zu stören oder die dort lebenden Organismen zu schädigen."

Dreidimensionales Bild über den Boden

Neutronenmethode

Ein wesentlicher Bestandteil praktisch aller Pläne zur Begrenzung der globalen Erwärmung ist, das in der Erdatmosphäre befindliche CO2 wieder zu entziehen. Pflanzen und Mikroben sind Experten in dieser Disiziplin. Sie tun dies seit Milliarden von Jahren. Durch die neue Methode soll diese Eigenschaft nun besser quantifiziert werden.

"Die Art und Weise, wie wir Kohlenstoff im Boden messen, schränkt unser Verständnis und unsere Quantifizierung stark ein", sagt Eoin Brodie, Wissenschaftler am Berkeley Lab. "Normalerweise nehmen wir eine Bodenkernprobe von einer Stelle auf einem Feld und bringen sie zurück ins Labor. Dann würden wir sie im Grunde verbrennen und den freigesetzten Kohlenstoff messen. Das ist extrem mühsam und kostspielig, und man weiß nicht einmal, wie repräsentativ diese Kerne sind."

Die neue Messmethode, macht es überflüssig, überhaupt etwas aus dem Boden zu graben. Stattdessen scannt das Gerät den Boden mit einem Neutronenstrahl. Dann erfasst ein Detektor die schwache Reaktion des Kohlenstoffs und anderer Elemente im Boden auf die Neutronen und kann so die Verteilung der verschiedenen Elemente im Boden mit einer Auflösung von etwa fünf Zentimetern kartieren. All dies geschieht oberhalb des Bodens, ohne Löcher, ohne Kerne und ohne Verbrennung. "Es ist, als würde man dem Boden ein MRT verpassen", beschriebt der Wissenschaftler Persaud das Verfahren. "Wir erhalten ein dreidimensionales Bild des Bodens und der Kohlenstoffverteilung darin, zusammen mit anderen Elementen wie Eisen, Silizium, Sauerstoff und Aluminium, die alle wichtig sind, um die Beständigkeit von Kohlenstoff im Boden zu verstehen.

Gerät soll in Mähdrescher und Traktoren eingebaut werden

Was mich an diesem Neutronen-Imaging-Ansatz wirklich begeistert, ist, dass wir damit die Kohlenstoffverteilung in den Böden effektiv und genau in den Maßstäben abbilden können, die für die Kohlenstoffbilanzierung erforderlich sind", so Brodie. "Und wir können dies über mehrere Vegetationsperioden hinweg wiederholen, um zu sehen, wie sich die Verteilung je nach Klima und Landbewirtschaftungsmethoden verändert. Letztendlich könnte man damit feststellen, welche spezifischen Landbewirtschaftungsmethoden den Kohlenstoff effektiver aus der Atmosphäre abziehen und im Boden speichern.

Als nächsten Schritt plant Brodie nun, das Verfahren feldtauglich zu machen und stärker zu automatisieren, so dass es in Maschinen wie Mähdrescher und Traktoren eingebaut werden kann. Damit soll es eine feste Sensorfunktion in landwirtschaftlichen Betrieben und in Wäldern werden.