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dc.contributor.advisor Flessa, Heiner Prof. Dr. de
dc.contributor.author Jäger, Nadine de
dc.date.accessioned 2010-11-30T14:39:59Z de
dc.date.accessioned 2013-01-18T10:14:18Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:51:18Z de
dc.date.issued 2010-11-30 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B067-2 de
dc.description.abstract Das atmosphärische Spurengas Distickstoffoxid (N2O) zählt neben Kohlendioxid (CO2) zu den bedeutendsten klimarelevanten Gasen, deren Reduzierung mit der Zielsetzung einer Begrenzung der globalen Erwärmung von besonderer Bedeutung ist. Eine Quelle für beide Gase sind landwirtschaftlich genutzte Böden. Die Erhöhung der Vorräte an organischer Substanz im Boden ist ein wichtiger Faktor, um die Bodenqualität langfristig zu erhalten und um atmosphärisches CO2 zu binden. Eine Möglichkeit, die Vorräte zu steigern, stellt die langfristige Applikation von organischen Düngern dar. Jedoch sind die Auswirkungen auf die Emissionen des Klimagases N2O noch weitgehend unbekannt. Ein Anstieg der Vorräte an organischer Substanz im Boden könnte zu erhöhten N2O-Emissionen führen, weil diese einerseits ein Substrat für Denitrifikation und heterotrophe Nitrifikation darstellen. Andererseits steigert ein höherer Gehalt an organischer Substanz die mikrobielle Aktivität, die den Sa! uerstoffgehalt reduziert und optimale Bedingungen für die Denitrifikation schafft. Der Einfluss der organischen Düngung auf die N2O-Emission wurde in der vorliegenden Arbeit anhand von vier Experimenten untersucht. Das erste Laborexperiment (erste Studie) wurde mit dem sandigen Boden eines Darmstädter Langzeit-Düngungsversuches durchgeführt. Die Auswirkungen der unterschiedlichen Düngungshistorie auf die N2O-Emissionen wurden bei unterschiedlichem Wassergehalt und nach der Anwendung verschiedener Dünger (KNO3, Rindermist, Gärsubstrat) in einem Laborinkubationsversuch untersucht. In einem weiteren Laborversuch (zweite Studie) wurden Böden aus drei verschiedenen Langzeit-Düngungsexperimenten mit unterschiedlichen Texturen und unterschiedlich hohen Vorräten an organischer Substanz herangezogen. Im Rahmen dieses Versuches wurde der Einfluss eines Wassergehalts von 60% wassergefülltem Porenraum, einer Düngerapplikation und der Simulation eines Starkregenereignisses auf die N2O-Emissionen der unterschiedlich gedüngten Varianten untersucht. Darüber ! hinaus wurde durch Freilandmessungen (dritte Studie) der Einfluss der Düngung auf die N2O-Emission in situ im Rahmen eines zweijährigen Feldversuches auf dem Darmstädter Düngungsversuch untersucht. Ziel der abschließenden vierten Studie war es, nach einem Kalibrationstest für eine DNDC-Modellanwendung das Darmstädter Feldexperiment zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erhöhung der Kohlenstoffvorräte nur eine untergeordnete Rolle für die N2O-Emissionen spielt. Zwei von drei während der zweiten Laborstudie untersuchten Böden zeigten leicht erhöhte N2O-Emissionen bei 60% wassergefülltem Porenraum. Der Effekt war jedoch sehr gering und nicht mehr nachweisbar, sobald eine Düngerapplikation höhere Emissionen nach sich zog. Der Boden des Darmstädter Experiments (erste und dritte Studie) zeigte generell sehr niedrige Emissionen im Feld- wie im Laborversuch, was auf die sandige Textur und den geringen Wassergehalt zurückgeführt wurde. Eine wesentlich größere Rolle spielten kurzfristige Emissionen nach der Düngung. Besonders das Gärsubstrat zog extrem hohe N2O-Emissionen nach sich. Im Feld waren kurzfristige Düngerereignisse in Kombination mit Bodenbearbeitung weit einflussreichere Steuerungsfaktoren als die Kohlenstoffgehalte des Bodens. Während der zweiten Laborstudie zeigten sich die höchsten Emissionen aus dem Boden, der an organischer Substanz durch langfristig unterlassene Düngung stark abgereichert war. Das zeigt, dass ein nachhaltiges Humus- und Nährstoffmanagement wichtig ist, um N2O-Emissionen zu regulieren. Mithilfe des DNDC-Modells war es nicht möglich, N2O-Emissionen der Varianten mit unterschiedlicher Düngerart vorherzusagen. Die Kalibrierungs- und Validierungs-ergebnisse zeigen, dass die Vorhersagequalität zwar ausreichend für ähnliche Varianten mit ansteigender Düngerrate ist, jedoch nicht für unterschiedliche Düngerarten. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass erhöhte organische Substanz nur unter bestimmten Bedingungen und dann auch nur zu geringfügig höheren N2O-Emissionen führen kann. Auf sandigen Böden, welche wenig organische Substanz anreichern und deren Wassergehalt zudem niedrig ist, ist das Risiko erhöhter N2O-Emissionen durch höhere Vorräte an organischer Substanz als eher gering einzuschätzen. Kurzfristige Effekte wie Düngung spielen dann eine viel größere Rolle. Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die Rückkopplung der erhöhten organischen Substanz auf die N2O-Emissionen zu berücksichtigen ist, wenn über die Vor! teile einer Erhöhung der organischen Substanz diskutiert wird. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso eng de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ de
dc.title Effekte unterschiedlicher Langzeitdüngerstrategien auf Humusgehalt und N2O Emissionen landwirtschaftlich genutzter Böden de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Effects of Different Long-term Fertilization Strategies on Soil Organic Matter Stocks and N2O Emissions from Arable Soils de
dc.contributor.referee Flessa, Heiner Prof. Dr. de
dc.date.examination 2010-10-22 de
dc.subject.dnb 000 Allgemeines de
dc.subject.dnb Wissenschaft de
dc.description.abstracteng Agricultural soils represent a source of N2O and CO2 which are the major greenhouse gases and should be reduced to diminish global warming. The increase of organic matter in soils, which can be reached by the long-term application of organic fertilizer, is an important factor to improve soil quality and to bind atmospheric CO2. However, the influence of long-term organic fertilization on trace gas emissions is not well understood. Therefore, the aim of the present study was to compare the emissions of N2O and CO2 in different long-term field experiments with addition of organic and mineral or no fertilizer. The key question of this thesis is whether N2O emissions, which are produced during the microbial processes of nitrification and denitrification, increase due to higher organic C stocks. On the one hand higher C stocks can increase microbial activity which in turn depletes the oxygen in the soil. This leads to optimal conditions for denitrification. On the other hand C is used as a substrate for heterotrophic nitrification and denitrification. During this thesis the following four studies were performed to investigate the influence of organic fertilization on N2O emissions. The first experiment was a laboratory incubation with the sandy soil from a long-term fertilization experiment at Darmstadt. The effects of long-term fertilization (organic vs. mineral) on N2O emissions were determined at different soil moisture levels. Further, these long-term effects were compared with the short-term emissions following the application of different fertilizers (KNO3, farmyard manure and biogas waste). The second study was another incubation experiment, which was performed with soils from three different long-term experiments with similar fertilization history, but different texture and C stocks. The question underlying this study was whether different soil types lead to different C stocks and whether they have a different impact on N2O emissions. For this experiment, emission rates of N2O and CO2 were measured at a constant soil moisture content of 60% water-holding capacity, following the application of different fertilizers (KNO3 vs. farmyard manure from cattle) and after simulation of a heavy rainfall event, which increased soil moisture to field capacity. The third experiment was a two-year field study, which was conducted to determine the effect of increased organic C stocks on N2O emissions under field conditions. Gas fluxes were measured weekly with closed chambers on the sandy soil at the Darmstadt long-term fertilization experiment. In the fourth study a validation and calibration approach was tested to describe the field experiment at Darmstadt using the DNDC model. The results showed that increased C stocks only play a minor role in terms of N2O emissions. Two of the three soils investigated in the second study showed slightly increased N2O emissions when incubated at 60% water-holding capacity. However, the effect of fertilization history and increased organic carbon contents on N2O emissions was small. Moreover, these effects were not detectable anymore following the application of fertilizers, which resulted in large emissions independent of the fertilization history. On the sandy soil from the Darmstadt site, the higher organic C stocks did not affect N2O emissions, neither during the laboratory incubation (first study) nor during the field experiment (third study). This was attributed to the sandy soil texture and low soil moisture content during the incubation and during the field experiment. During the laboratory study, short-term emissions after fertilization were much more pronounced. Especially the application of biogas waste was followed by very high N2O emissions. Tillage combined with fertilization led to the highest emissions in the field. The second laboratory incubation showed much higher emissions from a soil which was depleted of organic matter due to the lack of fertilization for 25 years. This indicates that a sustainable soil humus management is necessary to regulate N2O emissions. Modelling C and N dynamics using the DNDC model indicated that the model was useful for a prediction of N2O emissions after site-specific cal! ibration when the same fertilizer type was used at a different rate. However, the model failed when a different fertilizer type was used. Summing up, organic C stocks can influence N2O emissions but only to a small extent and under certain conditions. On sandy soils, where soil moisture tends to be low, the risk of increased N2O emissions at higher organic C stocks is probably low. Further, short-term effects like fertilization events influence emission dynamics to a much higher extent. Finally, it appeared that a balanced nutrient and humus management can even avoid N2O emissions by it positive effects on soil structure. Our results indicate that feedback mechanisms of soil carbon sequestration on N2O emissions have to be considered when discussing options to increase soil carbon stocks. de
dc.contributor.coReferee Joergensen, Rainer Prof. Dr. de
dc.subject.topic Agricultural Sciences de
dc.subject.ger N2O de
dc.subject.ger CO2 de
dc.subject.ger organische Substanz de
dc.subject.ger Langzeit-Düngung de
dc.subject.ger organische Düngung de
dc.subject.eng N2O de
dc.subject.eng CO2 de
dc.subject.eng SOC de
dc.subject.eng farmyard manure de
dc.subject.eng long-term fertilization de
dc.subject.bk Land de
dc.subject.bk - Forstwirtschaft de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2726-7 de
dc.identifier.purl webdoc-2726 de
dc.affiliation.institute Fakultät für Agrarwissenschaften de
dc.subject.gokfull Agrarwissenschaften de
dc.identifier.ppn 64477231X de

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