Projekt 05149/01

Freisetzung und Verbrauch der klimarelevanten Spurengase N2O und CH4 beim Anbau nachwachsender Rohstoffe

ProjekttrÀger

Georg-August-UniversitĂ€t GöttingenInstitut fĂŒr Bodenkunde und WaldernĂ€hrung
BĂŒsgenweg 2
37077 Göttingen
Telefon: 0551/39-3507

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Wirtschaft werden nachwachsende Rohstoffe aufgrund der notwendigen Verringerung der CO2-Emissionen sowie der Forderung nach biologischer Abbaubarkeit von VerbrauchsgĂŒtern zunehmend an Bedeutung gewinnen. Kenntnisse ĂŒber die Freisetzung bzw. Aufnahme der klimarelevanten Spurengase N2O und CH4 beim Anbau nachwachsender Rohstoffe sind eine wichtige Voraussetzung fĂŒr die ökologische Bewertung der Produkte, da durch erhöhte N2O-Emissionen oder durch eine Reduktion des Methanabbaus im Boden die angestrebte Reduzierung des Treibhauseffektes (CO2-Einsparung) zunichte gemacht werden kann. Es sollte deshalb im Vorfeld einer Ausweitung des Anbaues nachwachsender Rohstoffe auch die Frage geklĂ€rt werden, inwieweit Belastungen der AtmosphĂ€re durch N2O und CH4 gegeben sind und durch welche Produktionsverfahren diese Belastungen gegebenenfalls minimiert werden können. Zielsetzung des Verbundprojektes ist es, die N2O- und CH4-SpurengasflĂŒsse beim Anbau nachwachsender Rohstoffe in AbhĂ€ngigkeit von Standort- und Bewirtschaftungsfaktoren zu quantifizieren, ihre Bedeutung fĂŒr das CO2-Einsparungspotential der Substitution fossiler EnergietrĂ€ger abzuleiten und Bewirtschaftungsstrategien zur Minimierung der AtmosphĂ€renbelastung aufzuzeigen. Es soll mit der Entwicklung eines Prognosemodells begonnen werden, das eine AbschĂ€tzung der bodenbĂŒrtigen SpurengasflĂŒsse ermöglicht.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie N2O-Freisetzung und CH4-Aufnahme wird in ganzjĂ€hrigen Freilandversuchen in 3 unterschiedlichen Fruchtfolgen, die jeweils in intensiver und extensiver ProduktionsintensitĂ€t etabliert sind, bilanziert. Die SpurengasflĂŒssen werden beim Anbau der nachwachsende Rohstoffe Raps, Kartoffel und Pappel, aber auch in den ĂŒbrigen Fruchtfolgegliedern und KontrollflĂ€chen (Weizen, Gerste, Mais, Eiche, ungedĂŒngtes GrĂŒnland) erfasst. Parallel zu den wöchentlichen Spurengasmessungen werden wichtige Steu-ergrĂ¶ĂŸen, wie der Wasserhaushalt, die Temperatur und die Stickstoffnettomineralisation auf den VersuchsflĂ€chen bestimmt. Aufbauend auf die Beschreibung der wesentlichen Prozesse des N-Kreislaufes in Böden wird mit Hilfe des Modellsystems Expert-N die modellmĂ€ĂŸige Beschreibung der SpurengasflĂŒsse erarbeitet. Die Treibhauswirksamkeit der Produktion wird ermittelt und die Bedeutung der boden-bĂŒrtigen N2O-Emissionen fĂŒr das CO2-Einsparungspotential der Substitution fossiler EnergietrĂ€ger abgeleitet.


Ergebnisse und Diskussion

In den untersuchten Fruchtfolgen konnten kulturspezifische N2O-Emissionen am besten ĂŒber den ganzjĂ€hrigen Bilanzzeitraum, der sowohl die DĂŒngungsmaßnahmen in der Vegetationsperiode als auch die Mineralisationsprozesse der ErnterĂŒckstĂ€nde im Herbst und Winter einschließt, erfasst werden. Die N2O-N Emissionen aus den Kulturen variierten zwischen ca. 0,2 (PappelflĂ€che,Standort Canstein) und 16 kg ha-1 a-1 (KartoffelflĂ€che, Standort Scheyern). Die CH4-Oxidationsleistung lag zwischen ca. 100 (MaisflĂ€che, Standort Scheyern) und 550 g CH4-C ha-1 a-1 (Winterweizen, Standort Reinshof).KulturabhĂ€ngige Unterschiede in der N2O-Emission wurden verursacht durch Unterschiede in der zeitlichen und rĂ€umlichen Anpassung der N-DĂŒngung an das Stickstoffaufnahmevermögen der Kultur, unterschiedliche Bodenverdichtung in den Kulturen und Unterschiede in der Menge und Zusammensetzung (C/N-VerhĂ€ltnis) der Ernte- und WurzelrĂŒckstĂ€nde. Erhöhte Emissionen zeigten die Kartoffel- und RapsflĂ€chen. Extrem hohe Emissionen zeigten stark verdichtete Fahrspuren. Die Höhe der jĂ€hrlichen N2O-Emission wurde stark durch Standortfaktoren beeinflusst. Sie stieg mit dem Jahresniederschlag und der HĂ€ufigkeit von Starkregenereignissen an. Die ökologische Bewertung der Produktion nachwachsender Rohstoffe sollte daher standortabhĂ€ngig durchgefĂŒhrt werden. Es zeigte sich ein negativer Zusammenhang zwischen der CH4-Oxidationsleistung und der N2O-Emission der Standorte.
Die N2O-Emission durch Nitrifikation und Denitrifikation war die wichtigste BilanzgrĂ¶ĂŸe in der Berechnung der Treibhauswirksamkeit der Produktion. Die CO2-Einsparung durch die Substitution von Heizöl durch Pappelhackschnitzel betrug ca. 15,5 t CO2-Äquivalente ha-1 a-1. Das CO2-Einsparungspotential der Substitution fossiler EnergietrĂ€ger durch Rapsölmethylester und Ethanol aus Kartoffeln wurde durch die treibhauswirksamen Emissionen wĂ€hrend des Lebenswegs dieser nachwachsenden EnergietrĂ€ger vollstĂ€ndig zunichte gemacht. Eine wesentliche Ursache hierfĂŒr waren die bodenbĂŒrtigen N2O-Emissionen.
Strategien zur Minimierung der N2O-Freisetzung in den untersuchten Fruchtfolgen betreffen in erster Linie die zeitliche und rĂ€umliche Optimierung der N-DĂŒngung, die Reduktion der Bodenverdichtung sowie die Steuerung der Nitratdynamik im Herbst und Winter nach der Ernte.


Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation

Aufgrund der zahlreichen Publikationen und PrÀsentationen der Projektergebnisse bietet diese Aufstellung nur eine kleine Auswahl der Veröffentlichungen.
Flessa, H. (1997). Emissionen aus der Tier- und Pflanzenproduktion in die AtmosphĂ€re. In: RundgesprĂ€che der Kommission fĂŒr Ökologie, Hrsg.: Bayrische Akademie der Wissenschaften, Nr. 13, Landwirtschaft im Konfliktfeld Ökologie Ökonomie, 115-126.
Haberbosch, C., R. Stenger und E. Priesack. (1997). Prozessorientierte Modellierung der N2O-Dynamik mit Hilfe des Baukastensystems ExpertN. Mitteilgn. Dtsch. Bodenkundl. Gesellsch., 85, II, 899-901.
Ruser, R., H. Flessa, and F. Beese (1996). Planttype and N-fertilizer dependent variation in nitrous oxide emissions. p. 539-542. In Transactions of the 9th Nitrogen Workshop, September, Braunschweig, Deutschland.
Ruser, R., H. Flessa, R. Schilling, H. Steindl, and F. Beese (1998). Effects of soil compaction and fertilization on N2O and CH4 fluxes in potato fields. Soil Sci. Soc. Am. J., submitted.
SchmĂ€deke, F., F. Beese, R. Brumme, T. Lickfett und E. Przemeck (1997). Freisetzung des klimarelevanten Spurengases N2O in einer typischen Rapsfruchtfolge bei unterschiedlichen N-DĂŒngeintensitĂ€ten. Mitteilgn. Dtsch. Bodenkundl. Gesellsch., 85, II, 1017-1020.Teepe, R., R. Brumme, and F. Beese (1997). Saisonal variations of N2O emissions under different landuse - a comparison between agriculture land, fallow, forest and poplar plantation. p. 423-428. In Transactions of the 9th Nitrogen Workshop, September, Braunschweig, Deutschland.


Fazit

Die Ergebnisse zeigen sehr deutlich, dass die bodenbĂŒrtigen N2O-Emissionen das CO2-Einsparungspotential der Substitution fossiler EnergietrĂ€ger durch nachwachsende EnergietrĂ€ger nicht nur drastisch verringern, sondern auch vollstĂ€ndig zunichte machen können. Ob und in welcher Höhe durch die Nutzung nachwachsender Rohstoffe eine Verringerung der AtmosphĂ€renbelastung erreicht wird, wird daher maßgeblich durch die Frage bestimmt, inwieweit sich die N2O-Emissionen durch die Optimierung der landwirtschaftlichen Produktion unter BerĂŒcksichtigung des Klimaschutzes reduzieren lassen.

Übersicht

Fördersumme

490.056,91 €

Förderzeitraum

15.01.1995 - 07.08.2000

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik