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Messung und Modellierung von Treibhausgasemissionen und Stickstoffauswaschung in Rohstoffpflanzenfruchtfolgen

Projekt

 (c) Thünen-Institut/AK

Messung und Modellierung von Treibhausgasemissionen und Stickstoffauswaschung in Rohstoffpflanzenfruchtfolgen (MASTER)

Im Projekt MASTER untersuchen wir, wie sich Lachgas- und Kohlendioxidemissionen beim Anbau von Energiepflanzen reduzieren lassen. Dazu werten wir langjährige Feldexperimente aus.

Hintergrund und Zielsetzung

Die nachhaltige Produktion von Energie- und Rohstoffpflanzen gewinnt global und national an Bedeutung. Die energetische Nutzung von Biomasse hilft,  fossile Energieträger einzusparen und kann damit substantiell zum Klimaschutz beitragen. Energieeffizienz und CO2 -Vermeidungsleistung  der Rohstoffpflanzen können in Abhängigkeit von Anbausystem und standörtlichen Gegebenheiten sehr variieren. Aussagekräftige Klimabilanzen dieser Systeme müssen alle beteiligten Treibhausgasemissionen (THG) erfassen. Dies schließt auch direkte und indirekte Lachgasemissionen (N2O) während des Anbaus und Kohlendioxidflüsse (CO2) durch langfristige Änderungen der  Humusvorräte  unter verschiedenen Fruchtfolgen ein.

In diesem Projekt   untersuchen wir die THG-Bilanz verschiedener Fruchtfolgen von Rohstoffpflanzen und evaluieren verschiedene THG-Minderungsmaßnahmen. In einem Teilprojekt bestimmen wir direkte Treibhausgasflüsse für ausgewählte Rohstoffpflanzen experimentell. Mithilfe von prozessbasierten Modellen können wir anhand dieser Daten  anbaubedingte Lachgasemissionen und langfristige Humusvorratsänderungen abbilden. Dabei interessieren uns insbesondere die anbaubedingten THG-Bilanzen kurz nach der Etablierung von verschiedenen Fruchtfolgen im Vergleich zu THG-Flüssen, die sich nach einer langjährigen kontinuierlichen Nutzung einstellen.   Prozessbasierter Modelle , parametrisiert für Fruchtarten und Managementmaßnahmen (Gärrestausbringung), die typisch für den Rohstoffpflanzenanbau sind, sollen präzisere Abschätzungen zu  Effekten von Minderungsmaßnahmen (Kulturartenwahl und Fruchtfolgegestaltung, Einsatz von mineralischen und organischen Düngern) als bei der Anwendung einfacher  empirischer Methoden,  ermöglichen.

Vorgehensweise

Das Projekt greift auf drei langjährige Versuche in Viehhausen, Roggenstein (Bayern) und Trossin (Sachsen) zurück, in der Rohstoffpflanzen in verschiedenen/bestimmten Fruchtfolgen angebaut wurden.  Auf diesen Versuchsflächen führen die TU München und die LfULG Sachsen Messungen von Treibhausgasflüssen für verschiedene ortstypische Fruchtfolgen durch. Die Analyse der Gasproben erfolgt im Thünen-Institut. Da die Versuche bereits seit mehreren Jahren betrieben werden (Dauer 6 bis 13 Jahre), ergibt sich die Möglichkeit, Fruchtfolgeneffekte und Düngevarianten (Gärrestausbringung versus mineralische Düngung) auf die Humusvorräte zu quantifizieren.
Die Versuchsdaten werden verwendet, um das prozessbasierte Model DNDC zu kalibrieren und damit in die Lage zu versetzen, die beobachtete Biomasseentwicklung der angebauten Fruchtarten, die Kohlenstoffdynamik und die direkten Lachgasemissionen abzubilden.

Im Rahmen der Modellierung wird versucht, einen Parametersatz zu ermitteln, der für alle Standorte und Varianten Gültigkeit besitzt. Die Validierung des Modells soll anhand von Daten aus abgeschlossenen Experimenten („Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“)  erfolgen. Das kalibrierte Modell wird verwendet, um den Effekte von THG-Minderungsoptionen für Boden-Klima-Regionen Deutschlands zu untersuchen. Dabei wird der simulierte Zeithorizont so gewählt, dass eine finale Gleichgewichtseinstellung der Bodenkohlenstoffsequestrierung und Mineralisierung gewährleistet ist. Soweit möglich, wird der Einfluss unterschiedlicher Intensitäten einzelner Minderungsmaßnahmen auf CO2-Flüsse sowie direkte und indirekte N2O-Emissionen ausgewertet.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner


Geldgeber

  • Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

3.2019 - 2.2022

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektfördernummer: 22032018
Förderprogramm: FNR
Projektstatus: läuft