Nicht wirklich zum Lachen

Pflanzen setzen mehr Lachgas frei als bisher bekannt

01.11.2018 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Sterile Tabakpflanzen in der Klimakammer. (Bildquelle: © Steffen Greiner (Universität Heidelberg, COS)
Sterile Tabakpflanzen in der Klimakammer. (Bildquelle: © Steffen Greiner (Universität Heidelberg, COS)

Von Pflanzen freigesetztes Lachgas haben Forscher in Klimabilanzen bisher kaum berücksichtigt. Vielleicht auch deshalb, weil die entsprechenden Prozesse innerhalb von Pflanzen noch nicht ganz verstanden wurden. Das hat sich nun geändert.

Alle Welt redet vom Klimawandel und in diesem Zusammenhang von CO2, bestenfalls noch von Methan. Ein weiteres Treibhausgas, das einen großen Einfluss auf die Erderwärmung und auch auf die Zerstörung der Ozonschicht hat, wird meist nur am Rande erwähnt: Lachgas. Neben der Freisetzung durch den Menschen wurde eine weitere, allerdings natürliche Quelle in den Berechnungen bisher außer Acht gelassen, nämlich die Pflanzen. Zu Unrecht, denn eine neue Studie der Technischen Hochschule Bingen und der Universität Heidelberg legt nahe, dass Pflanzen einen erheblichen Anteil an der natürlichen globalen Lachgasfreisetzung haben.

Das „übersehene“ Treibhausgas

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Um den N2O-Ausstoß zu ermitteln, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 34 verschiedene Pflanzen untersucht. Dazu gehörten zum Beispiel Tabak, Mais oder Lavendel. Hier zu sehen: Katharina Lenhart bei Untersuchungen im Labor.

Bildquelle: © Christine Böser (Technische Hochschule Bingen)

Distickstoffmonoxid oder Lachgas (N2O) wird größtenteils durch natürliche Prozesse freigesetzt. Es gilt als starkes Treibhausgas (etwa 298 Mal stärker als CO2) und hat Anteil an der Zerstörung der Ozonschicht. Die Freisetzung geschieht hauptsächlich durch bakterielle Prozesse im (gut gedüngten) Boden. Lachgas entsteht beispielsweise bei der Denitrifikation, der bakteriellen Umwandlung von Nitrat (NO3-) zu molekularem Stickstoff (N2). In Pflanzen entsteht Lachgas bei der lichtabhängigen Umsetzung von Nitrat zu Ammonium (NH4+). Auch aus anthropogenen Quellen wird Lachgas freigesetzt, zum Beispiel bei der Nachbehandlung von Autoabgasen.

Um den Lachgasausstoß zu berechnen, untersuchte das Forschungsteam 34 verschiedene Pflanzenarten aus 22 Pflanzenfamilien. Sieben Arten wurden zunächst unter sterilen Bedingungen untersucht, um die Verfälschung mit bakterieller Lachgasfreisetzung zu vermeiden. Dafür wurden die CO2-Abgabe bei der Atmung der Pflanzen und die Abgabe von Lachgas in speziellen Klimakammern im Dunkeln bei 23,5 °C gemessen. Anschließend wurden die Messungen mit 27 weiteren Pflanzenarten unter nicht-sterilen Bedingungen wiederholt.

Ein Plus von 28 Prozent

Dabei stellte das Forschungsteam fest, dass beide Gasfreisetzungen (CO2 und Lachgas) miteinander korrelierten, sich also unter verschiedenen Bedingungen ähnlich verhielten. Auch temperaturabhängige Messungen der Gasfreisetzungen, die mit dem Virginischen Tabak (Nicotiana tabacum) durchgeführt wurden, zeigten dieses Verhalten. Daher kann man nun die von Pflanzen freigesetzten Mengen an Lachgas aufgrund existierender Daten zur CO2-Freisetzung auch im Freiland abschätzen.

Basierend auf den vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) veröffentlichten CO2-Freisetzungsraten berechnete das Forschungsteam nun auch die globale Freisetzungsrate von Lachgas durch Pflanzen. Diese erste – noch grobe – Schätzung ergab die Menge von 1,83 Tg N2O-N pro Jahr. Das entspricht ein Plus von knapp 28 Prozent bei den bisher berechneten globalen Lachgasemissionen.

Ein bisher unbekannter Prozess entdeckt

Bei ihren N2O-Messungen mit belichteten und unbelichteten Pflanzen stieß das Team aber noch auf eine andere Besonderheit: Die Mengen des freigesetzten Lachgases waren unabhängig von der Belichtung der Pflanzen. Bisher kannten die Forscher nur den lichtabhängigen Prozess zur N2O-Freisetzung in Pflanzen. Das deutet auf einen bisher unbekannten Mechanismus hin.

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Bodenquerschnitt: Bisher ging man immer davon aus, dass hauptsächlich Bakterien im Boden eine Quelle für Lachgasfreisetzungen sind.

Bildquelle: © Pflanzenforschung.de

Diese Vermutung bestätigte sich bei einer weiteren Untersuchung: Um festzustellen, ob das von Pflanzen abgegebene Lachgas eine spezielle Isotopensignatur besitzt, wurden Pflanzen des Chinaschilfs (Miscanthus sinensis) unter sterilen Bedingungen mit speziellen Nährstofflösungen versorgt, die mit dem stabilen Stickstoff-Isotop N15 angereichert waren.

Bei den Messungen zeigte sich, dass das vom Schilf freigesetzte Lachgas eine einzigartige Zusammensetzung der Stickstoffisotope N14 und N15 besitzt, die sich von der Zusammensetzung des von Bakterien oder durch andere Mechanismen freigesetzten Lachgases unterscheidet. Das Forschungsteam sieht darin eine Bestätigung, dass ein bisher nicht näher bekannter Prozess in der Pflanze existieren muss, der diesen für ihn typischen Isotopen-Fingerabdruck des Lachgases entstehen lässt.

Noch viele Unbekannte

Die Untersuchungen zeigen, dass die Lachgasfreisetzung von Pflanzen bislang nicht nur unterschätzt, sondern auch noch kaum verstanden wurde. Die Wissenschaftler betonen, dass die Berechnungen zur globalen Freisetzungsrate von Lachgas nur sehr grobe, erste Annäherungen darstellen. Für präzisere Werte müssten viel mehr Pflanzenarten untersucht werden, vor allem Bäume, die in diesen Untersuchungen vollständig fehlen.

Zudem kann es sein, dass von den Pflanzenwurzeln freigesetztes N2O nicht zwangsläufig in die Atmosphäre entweicht, sondern von Bodenbakterien zu molekularem Stickstoff umgesetzt wird. Auch verringern Pflanzen die Nitratmenge im Boden und damit die Lachgasfreisetzung durch Bakterien.

Es muss also noch viel daran geforscht werden, um diese komplexen Systeme und Interaktionen zu verstehen und aussagekräftige Daten für Klimabilanzen zu gewinnen. Die Entdeckung einer zusätzlichen Lachgasemission durch Pflanzen bedeutet aber in jedem Fall, dass die Menschheit ihren eigenen Lachgas-Ausstoß neu bewerten und stärker senken muss. Bevor der Klimawandel nicht mehr aufzuhalten ist.

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