Koolstof is van nature aanwezig in de oceanen, bodem, atmosfeer en vegetatie in respectievelijk de volgende hoeveelheden;  40.000,  1500, 760 en 560 miljard ton [1]. Dit laat zien dat een groot gedeelte van de koolstof is opgeslagen in de bodem, om precies te zijn in het bovenste laagje van de bodem, meer nog dan de hoeveelheid koolstof in de atmosfeer en vegetatie bovengronds bij elkaar!

In de context van het klimaat probleem betekent dit dat de bodem een belangrijke rol speelt; aan de ene kant een bedreiging is maar andere kant ook een oplossing kan zijn. Dat zullen we hieronder verder uitleggen! 

Waar en hoeveel koolstof is er opgeslagen in de bodem?

Er bestaat een grote variatie in de hoeveelheid koolstof die is opgeslagen in verschillende bodems, zoals bijvoorbeeld te zien in de kaart voor Nederland, die in een interactieve vorm hier te vinden is [2]. Veenbodems bevatten zeer hoge hoeveelheden koolstof, gemiddeld ~800 ton C/hectare in Europa [1]  (>175 ton C/ha op het kaartje) terwijl landbouw grond tussen 0 en 110 ton C/ha bevat. 

Bodem biologie

De bodem in zijn natuurlijke staat vormt een rijk ecosysteem net zoals we dat kennen van ecosystemen boven de grond; bacteriën en schimmels aan de basis van de piramide, en micro-, meso- and macrofauna tot aan wormen, vogels en zoogdieren aan de top van de piramide. Belangrijk is het om wat verder in te zoomen op de relaties tussen planten, bacteriën en schimmels. Landplanten leven in symbiose met schimmels, waarbij planten suikers beschikbaar stellen aan de schimmels via hun wortelsysteem en daarvoor in ruil nutriënten terugkrijgen, zoals fosfor en stikstof, maar ook WATER. Pas in de laatste twee decennia zijn we gaan begrijpen hoe belangrijk mycorrhiza zijn [9]; onderzoekers denken dat planten en mycorrhiza gezamenlijk het vaste land veroverd hebben en de band is zo belangrijk dat de meeste plantensoorten niet zouden overleven zonder de schimmel [9]. Mycorrhiza schimmels kunnen een groot bodemvolume exploiteren, en daarmee heeft de plant een manier gevonden het effectieve bereik van zijn wortelsysteem enorm te vergroten. Mycorrhiza in de bodem bepaalt zelfs hoeveel koolstof een ecosysteem op kan slaan in de bodem [9].

Via de afbraak van dood planten materiaal door bacteriën komt er organisch materiaal in de bodem. Het bodemleven recyclet organisch materiaal en maakt tijdens de die afbraak nutriënten beschikbaar voor planten. Een deel van de koolstof blijft als stabiel organisch materiaal achter in de bodem en een deel verdwijnt als koolstofdioxide in de atmosfeer. De stabiele eindproducten noemen we humus. Zeer belangrijk is ook dat organisch materiaal in de bodem  er ook voor zorgt dat de de bodem water kan vasthouden en dus niet snel uitdroogt.

De vruchtbaarheid van de bodem wordt voor een zeer belangrijk deel bepaald door de hoeveelheid bodemleven en organisch materiaal in de bodem die bestaat uit een combinatie van afbreekbaar jong organisch materiaal en een fractie oud stabiel organisch materiaal.

Een interessante video, die het belang van bodemleven in relatie tot het klimaat probleem uitlegt vind je hier [7].

Als we we weer even uitzoomen naar het grote plaatje, zien we dat er een dynamisch evenwicht bestaat tussen koolstof in de atmosfeer en in de bodem, waarbij planten en bodemleven een belangrijke intermediaire rol vervullen. In het ideale geval is alles in evenwicht en is het koolstofgehalte in de bodem stabiel, maar afhankelijk van de omstandigheden kan een bodem rijker worden in koolstof of armer in koolstof en daarin schuilt zowel een bedreiging maar ook een kans met betrekking tot de klimaat-crisis!

De FAO heeft in 2020 een 400 pagina tellend rapport gepubliceerd STATE of KNOWLEDGE of SOIL BIODIVERSITY., dat een overzicht geeft van de laatste inzichten, alsmede de relevantie hiervan voor deklimaat-crisis en biodiversiteits-crisis.

Bedreigingen

Er zijn twee typen bedreigen. Enerzijds kan door klimaatverandering zelf, met name door de hogere temperatuur, koolstof vrijkomen uit de bodem. Een voorbeeld hiervan is het vrijkomen van methaan uit permafrost door het ontdooien van deze bodems en het vrijkomen voor kooldioxide uit veenbodems door gestegen temperaturen.

Anderzijds komt door menselijk landgebruik koolstof vrij uit de bodem. Een voorbeeld is het vrijkomen van koolstofdioxide uit Nederlandse veenweide gebieden door de kunstmatig verlaagde grondwaterstand dat leidt tot oxidatie van de organische fractie met zuurstof. Omdat er erg veel koolstof is opgeslagen in veen (Engels: peatland) in noordelijke streken, bijvoorbeeld Noord Europa, is dit momenteel een enorme bedreiging. De helft van de totale hoeveelheid bodem-koolstof in the EU-27 bevindt zich in Zweden, Finland en UK en veel van de veen gebieden worden bedreigd door drainage en omzetting naar landbouw grond en bos. In [2] worden de emissies op 100 miljoen ton CO2 jaarlijks geschat. Een extra reden die deze bedreiging zo groot maakt, is dat het omkeren van het proces, veenvorming,  zeer langzaam is. slechts ~21g C per m2 per jaar. 

Kijken we meer globaal dan is vastgesteld in literatuur dat, terwijl 38% van het landoppervlak wereldwijd wordt gebruikt voor landbouw [12], de gangbare landbouw methodes veroorzakers zijn van bodem en milieu degradatie [13,14] en bijbehorend verlies van bodem-koolstof. Met gangbaar bedoelen we zowel de hoog-intensieve methodes zoals die bijvoorbeeld in Europa en Nederland worden gebruikt als ook de laag intensieve methodes zoals deze bijvoorbeeld in Afrika worden gebruikt. Het meest recente United Nations (UN) rapport [15] over de status van globale bodem stelt dat ‘…the majority of the world’s soil resources are in only fair, poor, or very poor condition’ en stelt tevens dat "soil erosion is still a major environmental and agricultural threat worldwide". Dit komt met name door het gebruik van ploegen, kunstmest en drainage. en slash en burning methodes. Akkerlanden (engels: arable lands) lijden het meest onder de intensieve landbouw. 

Er vindt nog veel onderzoek plaats, maar in het kort is de verklaring hiervoor dat landbouw methodes, mede door kunststof en bestrijdingsmidddelen, het bodem ecosysteem verstoren; de bodem omgeving en structuur verstoren, micro-habitats van bodem organismen verstoren, waarbij de relatief grotere organismen het meest geraakt worden, zonder dat dit ecosysteem de tijd krijgt om te herstellen. De bodem biomassa en bodem koolstof gehalte nemen dientengevolge af.  In Europa is het gehalte aan organische stof in landbouw grond slechts 0,5-1% [17].

De United Nations onderkent het probleem en heeft een expert committee samengesteld; ITPS, om het probleem te benoemen en "sustainable soil management"te bevorderen, middels het Global Soil Partnership.

Veranderingen in landgebruik leiden ook tot een afname van koolstof in de bodem. Wereldwijd vind er netto omzetting van bos in landbouwgronden plaats, dat zowel boven als ondergronds tot een afname leidt. Omzetting van grasland naar akkerland leidt ook tot een afname van koolstof gehalte. Landen in Zuid-Europa, waar bodems al een lager koolstof gehalte bevatten, worden meer bedreigd door desertificatie en bijbehorende erosie[2].

Koolstof opslag in de bodem als oplossing

Er is een mogelijkheid om middels aanpassingen in onze landbouw-methodes koolstof vast te leggen, ook wel Carbon Farming of Carbon Sequestration genoemd. De FAO  propageert Conservation Agriculture.

Op de klimaatconferentie van 2015 in Parijs is door veel landen het "four per 1000" verdrag ondertekend om elk jaar 0.4% koolstof toe te voegen aan (landbouw) bodems [4]. Zie de video op [4]. Dit omvat onder andere het toepassen van ecologische principes in de landbouw. 

De Conservation Agriculture methode van de FAO bevat 3 elementen; niet-ploegen, permanente bodembedekking met planten en/of plantresten, en diversificatie van soorten middels rotatie. Wereldwijd wordt nu op bijna 10 % al niet meer geploegd, bijvoorbeeld de soja teelt in Brazilie en tarweteelt in Australie. In Nederland is ploegen nog wel de norm.

Zoals beschreven in [16] heeft de EU als onderdeel van de new Green Deal in de Climate Law, gepland voor 2021, zich als doel gesteld het bodem koolstof (Soil Organic Carbon) in landbouw grond te verhogen middels sustainable soil management practices.

De methodes toegepast in the klassieke biologisch-(dynamische) landbouw (volgens Rudolf Steiner), waarbij bodemvruchtbaarheid als uitgangspunt geldt, leiden tot een verhoogde koolstof gehalte en verbeterd bodemleven [4]. In feite worden alle maatregelen, die nu worden gepropageerd door FAO en EU, al toegepast in de biologisch (dynamische) landbouw en dus zien we in feite nu eindelijk de omarming van biologische landbouw door  overheden (EU) plaatsvinden, met als eerste doel dat in 2030 25% van de landbouw in de EU biologisch moet zijn (Biodiversity strategy). 

Gattinger heeft ook gerekend aan de hoeveelheid koolstof opname door akkerland (grasland buiten beschouwing latend): 370 Mega ton koolstof wereldwijd per jaar, overeen komend met 3% van de GHG emissies in 2011. Het is op dit moment nog onduidelijk in welke mate, hoe veel en wanneer,  koolstof vastlegging in de bodem een oplossing kan zijn voor het klimaat probleem.

Een zeer interessante ontwikkeling in dit verband zijn de ideeën die zijn ontwikkeld door Allan Savory, die hij in zijn boek Holistic Management noemt [6], Savory is opgegroeid in Afrika en is tot het inzicht gekomen dat voldoende incidentele begrazing noodzakelijk is om een groen landschap te verkrijgen met voldoende koolstof in de bodem, dat water kan vasthouden. In feite simuleert dit systeem de natuurlijke situatie in Afrika waarbij grote kuddes grazers, die in grote kudden leven vanwege de aanwezigheid van predatoren, rondtrekken op zoek naar nieuwe graasgronden. Deze methode heeft aangetoond dat het gedegradeerde bodems kan laten herstellen en is volgens Savory het redmiddel tegen wereldwijde desertificatie, terwijl tevens vlees geproduceerd kan worden. Een voorbeeld van de toepassing hiervan in Australië, waarbij het Regenerative Agriculture of Regenerative Grazing heet, is te zien in deze video op Youtube.  

Deze denkbeelden zijn strijdig met het gangbare paradigma dat begrazing zou leiden tot een gedegradeerd landschap en daarom worden deze ideeën maar langzaam geaccepteerd. Noemenswaardig is de sterke overeenkomst van de ideeën van Savory met die in de Rewilding community, zoals die door Rewilding Europe en in Nederland  sterk door Ark Natuurontwikkelig worden uitgedragen, waarin de rol van herbivoren zeer belangrijk is bij het verhogen van biodiversiteit.

Synergie tussen klimaatcrisis en biodiversiteitscrisis en landbouw crisis

Een belangrijk inzicht dat volgt uit het begrip van de bodem biologie en chemie is dat de 3 huidige crises bestreden kunnen of zelfs opgelost kunnen worden door landbouwmethodes te gebruiken die gestoeld zijn op ecologische principes, en daarmee leiden tot vastlegging van meer koolstof in de bodem, tegelijkertijd resulteren in een toename in bodem-biodiversiteit en bovengrondse biodiversiteit, een toename in voedselproductie per ha in arme gebieden zoals Afrika met arme bodems waar geen geld is voor bijvoorbeeld kunstmest, en wereldwijd een einde maken aan de bodem erosie en bodem verarming. In het FAO rapport STATE of KNOWLEDGE of SOIL BIODIVERSITY  wordt dit beschreven als "increasing soil organic matter (SOM) is a triple win for climate change adaptation, mitigation and food security".

Referenties: