Der Klimawandel wird durch die Bindung von Kohlenstoff im Ozean
fundamental beeinflusst. Der gelöste organische Kohlenstoff wird durch
mikrobiellen Stoffwechsel und ökologische Prozesse erzeugt und umgesetzt –
das Phänomen ist als mikrobielle Kohlenstoffpumpe bekannt. Forschende
unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Hereon haben festgestellt: Diese
Pumpe hat weit mehr Hebelwirkung als angenommen. Ihre jahrelang gesammelte
Expertise haben sie nun im Journal Nature Review Microbiology
veröffentlicht.

Der Ozean ist seit jeher ein Regulator des Klimageschehens. Die neuen
Erkenntnisse der Forscher: Erstens ist die mikrobielle Kohlenstoffpumpe
(MCP) wohl ein weit bedeutsamerer Hebel für den Klimawandel als
angenommen. Denn betrachtet man das globale Kohlenstoffreservoir, ist im
Ozean über 50 mal so viel gelöstes CO2 als es CO2 in der Atmosphäre gibt.
Das heißt kleine Änderungen im Ozean sind für denselben kaum spürbar,
können aber in der Atmosphäre dramatische Auswirkungen haben.

Zweitens: Bakterien und Viren spielen in der Tiefe des Ozeans eine große
Rolle, was das Reservoir von refraktärem, d.h. stabilen gelöstem
organischem Kohlenstoff (RDOC) angeht. Und drittens: Zöge man die
Modellierung hinzu, könnten die Prozesse in tieferen Meeresgefilden besser
verstanden werden. Die Forscher haben auch beobachtet, dass jene Prozesse
in Küstenregionen eine größere Rolle spielen als auf hoher See.

Kleine Pumpe, großer Einfluss

Generell gilt: Wenn Algen im Meer nach unten sinken und dort von Bakterien
und Viren zersetzt werden, entsteht CO2, und zu einem geringen, aber
wichtigen Teil, refraktäre, gelöste organische Kohlenstoffverbindungen.
Diese werden je nach den Bedingungen jahrhundertelang in der Wassersäule
gespeichert oder als CO2 in die Atmosphäre abgegeben.

Als marine Kohlenstoffpumpe wird ganz allgemein bezeichnet, dass das CO2,
in die Tiefen des Ozeans gelangt und dort gespeichert wird. Bei der
mikrobiellen Variante als ein Teil dieser marinen Kohlenstoffpumpe
passiert das über organischen Stoffwechsel und ökologische Prozesse.

Geringe Änderungen haben starke Auswirkungen auf die atmosphärischen
CO2-Gehalte und somit das Klima. Weiter ist die Kohlenstoffpumpe für
klimatische und menschengemachte Einflüsse empfänglich. Gelangen über die
Flüsse mehr Nährstoffe – etwa aus Fäkalien oder Düngemitteln – in die
Meere, wird Sauerstoff verbraucht, CO2 emittiert und auch die Stabilität
des gelösten organischen Kohlenstoffs beeinflusst. Neben der Pumpe als
Schlüsselprozess bleibt die Erderwärmung ein entscheidender Faktor, denn
sie beeinflusst unter anderem den Sauerstoff im Ozean und somit die Pumpe.

Entscheidende Fortschritte für das Forschungsgebiet

Die Einblicke in die molekulare Struktur des gelösten organischen
Kohlenstoff gehören zu den wesentlichen Fortschritten in der chemischen
Ozeanographie und damit der Studie, die durch hochauflösende
Analysemethoden möglich wurden. „In dieser Studie stecken mehr als zehn
Jahre Arbeit.

Sie ist ein weiteres Puzzleteil, den Kreislauf zu verstehen“, sagt Prof.
Helmuth Thomas, Leiter des Hereon-Instituts für Kohlenstoffkreisläufe, der
mit rund 30 Forschenden Erstautor Dr. Jiao Nianzhi von der chinesischen
Xiamen University unterstützte. „Es bestehen aber nach wie vor Fragen im
Verständnis der Mechanismen und ihren Wechselwirkungen. Um diese zu
beantworten, sind Beobachtungen in der realen Welt, experimentelle und
Modellstudien sowie Simulationen mit digitalen Zwillingen nötig“, so
Thomas weiter.

Mit weiteren Datenerhebungen könnten künftige Studien Wechselwirkungen
zwischen Mikroorganismen über Modellierung weiter entschlüsseln. Modelle
können die Auswirkungen des Klimawandels gezielter und ungezielter
menschengemachter Einflüsse aufzeigen. Weiter kann maschinelles Lernen
geologische Szenarien und Projektionen der Kohlenstoffspeicherung sichtbar
machen. Am Ende könnte die mikrobielle Kohlenstoffpumpe so noch besser
verstanden werden.

DBUgoesBrussels: Intensive Debatte zur Pestizidvermeidung
Die Verringerung oder gar Vermeidung von Pestiziden für
mehr Umwelt- und Biodiversitätsschutz bleibt in der Europäischen Union
(EU) oben auf der Agenda – trotz eines Anfang Februar vorerst
gescheiterten Gesetzentwurfes der EU-Kommission. „Das Thema ist garantiert
nicht vom Tisch“, sagte gestern (Montag) Abend Keynote-Sprecher Dr. Klaus
Berend von der EU-Kommission in einer Veranstaltung der Deutschen
Bundesstiftung Umwelt (DBU). In der Reihe DBUgoesBrussels, dieses Mal in
Kooperation mit der Vertretung des Landes Nordrhein-Westfalen bei der EU
in Brüssel, fügte der Direktor für Lebensmittelsicherheit, Nachhaltigkeit
und Innovation der Generaldirektion Sante hinzu: „Die seit 2009 bestehende
Richtlinie zur nachhaltigen Verwendung von Pflanzenschutzmitteln gilt
weiter und ist umzusetzen.“

Dürftiges Zeugnis für EU-Länder bei der Umsetzung der Europäischen
Pflanzenschutzrichtlinie

Eine jahrelange, teils von Polemik und Parteischarmützeln geprägte Debatte
über einen Gesetzentwurf der EU-Kommission von 2022 zur nachhaltigen
Verwendung von Pflanzenschutzmitteln (engl. Sustainable Use Regulation,
kurz SUR) war Anfang Februar vorläufig zum Stillstand gekommen, als
Kommissionspräsidentin Ursula von der Leyen den SUR-Entwurf zurückzog.
Zuvor hatte bereits das EU-Parlament im November 2023 den
Verordnungsvorschlag der EU-Kommission abgelehnt. Im DBUgoesBrussels unter
dem Titel „Spagat Pflanzenschutz: Wie die Sicherung von Nahrung und Natur
gelingt“ machte Berend klar, dass die Richtlinie von 2009 – die eigentlich
durch die SUR ersetzt werden sollte – nach dem SUR-Aus „jetzt natürlich
weiter gilt“. Und zwar mit durchaus strengen Regeln. Der Haken allerdings
laut Berend: Auf Basis der 2009-Richtlinie hätten längst nationale
Aktionspläne (NAP) von den EU-Mitgliedstaaten in weitaus größerem Maß zur
Anwendung kommen sollen, als dies bisher geschehen sei. Berend wies auf
einen Kommissionsbericht aus dem Jahr 2020 zur Evaluierung der NAP-
Umsetzung hin – mit einem eher dürftigen Zeugnis für die EU-Länder. „Das
war ein nicht so gutes Ergebnis“, so Berend. „Nicht zufriedenstellend war
zum Beispiel die Anwendung des sogenannten integrierten Pflanzenschutzes.“
Also einer Kombination verschiedener Verfahren, um den Einsatz chemischer
Pflanzenschutzmittel auf ein Mindestmaß zu reduzieren, um Mensch, Tier und
Umwelt besser zu schützen.

Bonde: Alle innovativen Möglichkeiten zum Pestizid-Ersatz nutzen

DBU-Generalsekretär Alexander Bonde sieht eine doppelte Herausforderung:
„Es gibt einerseits massive Umweltprobleme durch Pestizideinsatz;
andererseits besteht gleichzeitig die Notwendigkeit für Pflanzenschutz zur
Nahrungsmittelproduktion.“ Das Thema auszublenden, sei aber „die
schlechteste Option“. Bonde weiter: „Es gilt, alle innovativen
Möglichkeiten zu nutzen, um Pestizide zu ersetzen.“ Er wies in dem
Zusammenhang auf eine DBU-Förderinitiative zur Pestizidvermeidung mit
vielen Praxisbeispielen hin – und zudem ein seitens der DBU gefördertes
Vorhaben mit einer Weltneuheit: Am Ende des Projekts stand der weltweit
erste Maispflücker zur Verfügung, der bereits während des Ernteprozesses
die Maisstoppeln bis zum Wurzelansatz auffasern kann – alles mit einem
Ziel: dem Kampf gegen den Maiszünsler. Denn laut Ernährungs- und
Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen vernichten die
Maiszünsler-Raupen global rund vier Prozent der jährlichen Maisernte.
Durch die mechanische Aufbereitung von Ernteresten, also das Zerkleinern
von Maisstroh und -stoppeln, wird dem Maiszünsler das Winterquartier
entzogen, er kann sich so erst gar nicht ausbreiten.

Expertinnen und Experten aus Wissenschaft, Politik und Landwirtschaft

Eine mit Expertinnen und Experten aus Wissenschaft, Politik und
Landwirtschaft besetzte Gesprächsrunde ließ beim DBUgoesBrussels keinen
Zweifel daran, dass ein Nicht-Handeln beim nachhaltigeren Pflanzenschutz
fahrlässig wäre. „Wir brauchen allerdings für einen politischen Neustart
von Anfang an ein gemeinschaftliches Denken und Agieren im Umwelt- und
Agrarbereich“, sagte etwa die Europaabgeordnete Maria Noichl von der
S&D-Fraktion. Noichl, zugleich Vorsitzende des Deutschen Verbands für
Landschaftspflege, haderte indes mit Berends Hinweis auch auf neue
genomische Verfahren als Teil der Lösung. Die Parlamentarierin warnte, das
könne dazu verleiten, erst gar nicht nach anderen Auswegen zur
Pestizidvermeidung zu suchen.

Umweltwissenschaftler Schulz mahnt aussagekräftige Indikatoren an

DBU-Abteilungsleiter Dr. Maximilian Hempel setzte insbesondere „auf
kreative innovative Lösungen“ und nannte als Beispiel das von der DBU
geförderte Projekt einer im Freiland eingesetzten sogenannten
Nützlingsrollwiese der Staatsschule für Gartenbau in Stuttgart-Hohenheim:
Die Wiese wird vorkultiviert, um pünktlich zur Pflanzung kurzstehender
Kulturen wie Kopfsalat wie ein Rollrasen im Fußballstadion ins Salatfeld
platziert zu werden, damit Nützlinge Schädlinge wie vor allem Blattläuse
vertilgen können. Ralf Schulz, Professor für Umweltwissenschaften an der
Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau, legte
für künftige Verhandlungen über Pestizid-Reduktionsziele allen Akteurinnen
und Akteuren besonders eine Empfehlung ans Herz: „Wir benötigen sinnvolle
Indikatoren und müssen vor allem unterscheiden zwischen Menge und Risiko.
Die Reduzierung von Mengen bringt womöglich für die Umwelt nichts.“
Mindestens ebenso entscheidend sei die Toxizität eines Wirkstoffs. Siv
Biada schließlich, selbst Landwirtin und Leiterin des Internationalen
Pflanzenbauzentrums der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft (DLG),
verlangte mehr Planungssicherheit für die Bäuerinnen und Bauern. „Ob
Quotenregelungen oder Steuermodelle: Es muss auf jeden Fall berücksichtigt
werden, dass es in Europa einheitliche Handhabungen gibt, die Flexibilität
und Planungssicherheit garantieren und einen fairen Wettbewerb
gewährleisten.“ Trotz derzeit gescheiterter SUR ist für sie jedoch klar,
„dass man sich zu Recht mit dem Thema weiter intensiv auseinandersetzt“.