Effekte unterschiedlicher Langzeitdüngerstrategien auf Humusgehalt und N2O Emissionen landwirtschaftlich genutzter Böden

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.