Einfluss verminderter Freilandniederschläge und platzierter N-Düngung auf die Emission klimarelevanter Spurengase aus Ackerböden

Projekt

Versuchsfeld zur Messung der Auswirkungen von Sommertrockenheit auf Mais und Hirsepflanzen.  (c) Thünen-Institut/BD
Versuchsfeld zur Messung der Auswirkungen von Sommertrockenheit auf Mais und Hirsepflanzen. (© Thünen-Institut/BD)

Wie wirkt sich zunehmende Sommertrockenheit auf die Treibhausgasemissionen von Ackerböden aus? Lassen sich Lachgasemissionen im Ackerbau durch platzierte Düngung vermindern? Diesen Fragen gehen wir in zwei Feldstudien in Niedersachsen nach.

Hintergrund und Zielsetzung

Wegen des weltweiten Klimawandels werden in den nächsten Jahrzehnten verstärkt Perioden mit Sommertrockenheit erwartet. Für die Landwirtschaft bedeutet dies neben direkten Auswirkungen auf Pflanzenbestände, wie Trockenstress, auch eine Veränderung der Prozesse im Boden. Die Bodenatmung und die damit verbundene Emission von CO2, der Methanhaushalt und die Bildung bzw. Aufnahme von Lachgas (N2O) durch Nitrifikation und Denitrifikation sind ebenfalls von der Feuchte und Temperatur im Boden beeinflusst. Neben den physikalischen Kontrollparametern Bodenfeuchte und Temperatur hat in landwirtschaftlichen Böden auch die Art der Stickstoffausbringung einen Einfluss auf den Lachgashaushalt. Die Ammoniuminjektionsdüngung (CULTAN, controlled uptake long term ammonia nutrition) erzeugt Depots mit hoher Ammonmiumkonzentration unterhalb der Bodenoberfläche. Hierdurch soll die Umsetzung von Dünger-N durch Nitrifikation und Denitrifikation unterbunden bzw. verlagsamt werden und es wird vermutet, dass auch die Emission von Lachgas verringert wird. Studien, die sich mit den Auswirkungen der reinen CULTAN-Düngung auf Treibhausgasemissionen beschäftigen, liegen bisher nicht vor.

Maschinell injiziertes Düngerdepot in einem Bodenzylinder(Ø 8 cm ), visualisiert mit dem Farbstoff Brillant-Blue.
Maschinell injiziertes Düngerdepot in einem Bodenzylinder(Ø 8 cm ), visualisiert mit dem Farbstoff Brillant-Blue. (© Thünen-Institut/AK)
Injektion von Flüssigdünger bei der CULTAN-Düngung in Weizen auf sandigem Boden.
Injektion von Flüssigdünger bei der CULTAN-Düngung in Weizen auf sandigem Boden. (© Thünen-Institut/AK)

Zielgruppe

Wissenschaft, Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Fachöffentlichkeit und Interessenverbände der Landwirtschaft und des Umweltschutzes, Düngemittelindustrie, Landmaschinenhersteller

Vorgehensweise

Unser Projekt ist in zwei Teilprojekte gegliedert:

Das erste Teilprojekt ergründet, wie sich induzierte Sommertrockenheit auf den Austausch von Klimagasen (CO2, CH4 und N2O) zwischen Boden und Atmosphäre in Mais- und Hirsebeständen auswirkt. In einem Feldversuch auf sandigem Boden messen wir ganzjährig mit Gassammelhauben die Treibhausgasemission bzw. –aufnahme. Die Sommertrockenheit wird dabei durch periodisches Abfangen von Niederschlägen mit transparenten Dächern induziert.

Im Zentrum des zweiten Teilprojekts stehen die Prozesse des Stickstoffumsatzes im Boden in und um die Ammoniumdepots der CULTAN-Düngung.Wir wollen wissen, wie diese Technik der Stickstoffapplikation die Emission von Lachgas beeinflusst. In Feldversuchen auf verschiedenen Böden (sandig und tonig) messen wir auch dabei ganzjährig mit Gassammelhauben die Treibhausgasemission bzw. –aufnahme. Isotopentracerversuche mit 15N markiertem Ammoniumdünger im CULTAN-Versuch sollen der Identifikation der Lachgasquellen im Boden dienen.

In Labor-Inkubationsversuchen untersuchen wir gezielt, wie variierte Bodenfeuchte die Lachgasbildung durch Nitrifikation und Denitrifikation und die Dynamik der Lachgasbildung nach Applikation der Ammoniumdepots verändert. Dazu messen wir kontinuierlich den Gasfluss.

Unsere Forschungsfragen

Zum ersten Projekt:

  • Welchen Einfluss haben verminderte Sommerniederschläge auf die Emission klimarelevanter Spurengase?
  • Welche unmittelbaren Effekte ergeben sich während der Phase der verminderten Niederschläge und welche Nachwirkungen bis zum nachfolgenden Sommer?
  • Wie werden die relevanten Regelgrößen der Treibhausgasemissionen wie Wassergehalt, mineralischer Stickstoffgehalt und Temperatur des Bodens beeinflusst?

Zum zweiten Projekt:

  • Welchen Einfluss hat die CULTAN-Düngung auf Lachgasemissionen im Getreide?
  • Welchen Anteil hat das aus dem applizierten Dünger gebildete Lachgas an der Gesamtemission?
  • Wie ändern sich Konzentration und räumliche Verteilung von Ammonium und Nitrat im Bereich des Düngerdepots während der Vegetationsperiode?
  • Welchen Einfluss haben die Ammonium- und Nitratgehalte im Düngerdepot auf die Lachgasbildungsprozesse?

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner


Geldgeber

  • Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

7.2010 - 11.2014

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

Anzahl der Datensätze: 2

  1. Deppe M, Well R, Kücke M, Fuß R, Giesemann A, Flessa H (2016) Impact of CULTAN fertilization with ammonium sulfate on field emissions of nitrous oxide. Agric Ecosyst Environ 219:138-151, DOI:10.1016/j.agee.2015.12.015
  2. Deppe M, Well R, Giesemann A, Kücke M, Flessa H (2013) Reducing fertilizer-derived N2O emission: Point injection vs. surface application if ammonium-N ferilizer at a loamy sand site. Geophys Res Abstr 15:12000
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