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Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau, Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Ziel des interdisziplinären Verbundvorhabens ist die standortdifferenzierte Bewertung des Einsatzes von Nitrifikationsinhibitoren bei der Stickstoffdüngung als Klimaschutzmaßnahme. Das beantragte Projekt der CAU Kiel ist Teil eines Verbundprojektes welches sowohl ein deutschlandweites Netzwerk abgestimmter Feld- (8 Standorte) und Laborversuche (4 Labors) zu den Wirkungen von Nitrifikationsinhibitoren auf die Stickstoffdynamik im Boden, die direkte N2O-Emission, die Nitratauswaschung sowie die Stickstoffeffizienz und die Qualität und Höhe der Erträge als auch integrierte Untersuchungen zu Wirkungen auf das Bodenmikrobiom (Zielorganismen und Nichtzielorganismen), die Verlagerung von Hemmstoffen, die Interaktion mit anderen umwelt- und klimawirksamen Emissionen (Ammoniak, Methan) sowie die ökonomische Bewertung von Nitrifikationshemmstoffen als Klimaschutzmaßnahme umfasst. Das Teilprojekt ist an der Modellierung und Regionalisierung der Wirkungen von Nitrifikationshemmstoffen, die Abbildung möglicher Klimaschutzwirkungen im Treibhausgasemissionsinventar Deutschlands, die zusammenführende Bewertung als mögliche Klimaschutzmaßnahme sowie der Wissenstransfer in die Praxis beteiligt. Es ist federführend bei der Modellierung der Stickstoffauswaschung als Komponente der indirekten THG-Emissionen. Wesentliche Ziele dieses des Projektes sind die standortdifferenzierte Erfassung und Bewertung - des annuellen Effekts von NI auf die direkte N2O Emission, - der Wirkung von NI auf Ammoniakemissionen und auf die Methanaufnahme von Böden, - der Wirkung von NI auf Ertragseffekte (Höhe, Qualität) und die Stickstoffnutzungseffizienz, - der Wirkung von NI auf die annuelle Nitratauswaschung, - der Wirkungen verschiedener Inhibitorprodukte, - der Effektivität von NI nach mehrmaliger und mehrjähriger Anwendung.

ClimSFTrees-Climate Smart Forest Trees, Teilvorhaben 2: Verbesserung des Waldernährungszustands von Wiederaufforstungsflächen frischer, tonhaltiger Standorte

Standortdifferenzierte Modellierung der N-Dynamiken zur Verringerung der gasförmigen N-Emissionen und weiterer N-Verluste im Pflanzenbau

Das übergeordnete Ziel des Verbundprojekts besteht in der Verringerung der N2O- und NH3-Emissionen sowie der N-Auswaschung durch eine vorausschauende, informierte und standortangepasste Bewirtschaftung im Pflanzenbau. Das spezifische Ziel des Teilprojekts 'Dauerfeldversuch Thyrow' liegt in der Quantifizierung der Wirkung von organischer und mineralischer N-Düngung auf gasförmige N-Verluste an einem aus pflanzenbaulicher Sicht ungünstigem Standort mit ton- und humusarmen Oberböden. Der Standort repräsentiert typische Anbaubedingungen der Norddeutschen Jungmoränenlandschaft mit trocken-warmen diluvialen Böden des Ostdeutschen Tieflands. Das Corg-Niveau im Boden des Dauerfeldversuchs ist inzwischen stark differenziert (ca. 0,3 % - 1,1 %), so dass langfristige Effekte der Düngungsvarianten sehr gut abgebildet werden können. Die Varianten mit Oderbruchboden ermöglichen den Vergleich verschiedener Bodentexturen bei gleichen Klimabedingungen bzw. gleicher Bewirtschaftung.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Nitrifikationshemmstoffe werden als robuste und skalierbare THG Reduktionsmaßnahme für den Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies aber eine effiziente, praxisgerechte und umweltschonende Maßnahme zur Verringerung düngungsinduzierter N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird von Wissenschaft, Politik und Praxis kontrovers diskutiert. Einerseits bestehen die Potenziale, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch indirekten N2O-Emissionen deutlich zu mindern und dadurch die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen für eine gesicherte Bewertung in mehreren Punkten wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierende Ergebnisse: i) die standortdifferenzierende Bewertung der Wirkung auf die N2O-Jahresemission und Nitratauswaschung, ii) die ökologischen Langzeitwirkungen einer regelmäßigen Ausbringung der Hemmstoffe und ihre Wirkung auf andere umwelt- und klimawirksamen Emissionen sowie iii) die zusammenführende und standortdifferenzierende Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Einbeziehung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken, sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten. Ziel dieses Teilprojekts ist die standortabhängige pflanzenbauliche Bewertung des Einsatzes von Nitrifikationsinhibitoren und damit verbundener Düngungsstrategien auf die Qualität und Höhe der Erträge und Stickstoffnutzungseffizienz. Neben bereits verfügbaren Daten aus der Literatur fließen hier insbesondere die pflanzenbaulichen Daten aus den Feldversuchen des Verbundprojektes ein. Zur weiteren Extrapolation der Erkenntnisse werden statistische und pflanzenbauliche Modelle herangezogen.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau, Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Die größte N2O-Quelle in der Landwirtschaft ist der Einsatz von Stickstoffdüngern, der rund 60% der gesamten N2O-Emission der Landwirtschaft verursacht. Bedeutend sind hierbei sowohl direkte N2O-Emissionen aus den gedüngten Böden als auch indirekte N2O-Emissionen, die durch den Austrag reaktiver Stickstoffverbindungen (z.B. Auswaschung von Nitrat, Emission von Ammoniak) verursacht werden. Sowohl direkte als auch indirekte THG Emissionen der N-Düngung hängen direkt mit der ausgebrachten N-Menge zusammen. Die Minderung dieser Emissionen und die Verbesserung der Effizienz des Stickstoffeinsatzes sind daher vordringliche Maßnahmen für das Einhalten des verbindlichen Emissionsreduktionsziels des Sektors Landwirtschaft. Nitrifikationshemmstoffe werden als robuste und skalierbare THG Reduktionsmaßnahme für den Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies aber eine effiziente, praxisgerechte und umweltschonende Maßnahme zur Verringerung düngungsinduzierter N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird von Wissenschaft, Politik und Praxis kontrovers diskutiert. Einerseits bestehen die Potenziale, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch indirekten (Minderung der Nitratauswaschung) N2O-Emissionen deutlich zu mindern und die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen für eine gesicherte Bewertung in mehreren Punkten wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierende Ergebnisse: i) die Bewertung der Wirkung auf die N2O-Jahresemission und Nitratauswaschung, ii) die ökologischen Langzeitwirkungen einer regelmäßigen Ausbringung der Hemmstoffe und ihre Wirkung auf andere umwelt- und klimawirksamen Emissionen (z.B. Ammoniakemission) sowie iii) die zusammenführende und standortdifferenzierende Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Einbeziehung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken, sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten.

Pflanzenbauliche und oekologische Untersuchungen zur Ertragsbildung von Miscanthus sinensis am Standort Berlin

Ueber die Anbauwuerdigkeit von Miscanthus sinensis liegen in West-Europa nur vereinzelt Versuchsergebnisse vor. Ziel des Vorhabens ist zum einen im Rahmen eines groesseren Projektes der VEBA an mehreren Orten die generelle Leistungstaehigkeit von M. sinensis und den Einfluss ptlanzenbaulicher Massnahmen auf eine energetische Verwertung (Produktion von Hz) zu pruefen. Zum anderen soll eine oekologische Bewertung am Standort Berlin vorgenommen werden, die die Abhaengigkeit der Ertragsbildung vom Wasserhaushalt und die N-Dynamik des Bodens im Jahresverlauf, insbesondere den Nitrataustrag ins Grundwasser beinhaltet.

cAtchment nitRous oxide Emissions and nitrAte Leaching

The accurate estimation of nitrous oxide (N2O) emissions and monitoring of nitrate (NO3) leaching in agricultural catchments are critical for contemporary environmental science and policymaking. These issues contribute to climate change and groundwater pollution, necessitating a thorough understanding of underlying processes to develop effective mitigation strategies. Our research aims to develop a robust upscaling procedure for N2O emissions and NO3 leaching at the catchment scale, where mitigation actions are finally applied. This involves an integrated approach spanning three scientific disciplines: 1. Field and laboratory measurements: Utilizing local chamber-based and laboratory-based measurements to assess microbial N cycling fluxes and process rates, providing essential data for process understanding. 2. Remote sensing: Leveraging satellite data with unprecedented spatiotemporal resolution to gather catchment-scale information on geomorphology, topography, land use, standing biomass, and soil water status, enhancing our understanding of the catchment environment. 3. Modelling: Employing a fusion of machine learning techniques and mechanistic modeling, we aim to integrate all information from the collected datasets, facilitating the upscaling of N2O emissions and NO3 leaching to the entire catchment scale. Our work program comprises two interrelated work packages focusing on data collection and modeling. WP 1 Data Collection: Creation of a comprehensive dataset, including N2O and NH3 emissions, NO3 leaching, soil d15N isotopic composition, site preference and d15N-N2O, and lab-based measurements of N process rates such as gross nitrification. This dataset will provide a deeper understanding of microbial N-cycling processes such as nitrification and denitrification and their roles in N2O production and NO3 leaching. Hot spot monitoring: Continuous measurements at model-guided identified N2O emission hot spots, covering potential hot moments such as freeze-thaw periods and fertilization events. WP 2 Modeling: Machine Learning: Extracting knowledge from all collected data to create models predicting N2O emissions and NO3 leaching. Mechanistic modelling: Improving a state-of-the-art biogeochemical model that includes a spatially explicit hydrology model for the lateral flow of water and nutrients. Improving will be particularly based on incorporating isotopic data and an isotopic tracing model. Combining machine learning and mechanistic models to benefit from each other, with mechanistic models enhancing machine learning through providing additional data and machine learning to identify and improve structural deficiencies of the mechanistic model. This interdisciplinary proposal seeks to advance our understanding of N2O emissions and NO3 leaching at the catchment scale, ultimately providing valuable insights for environmental assessment and mitigation strategies in agricultural landscapes.

Austauschhäufigkeit des Bodenwassers in landwirtschaftlich genutzten Böden Deutschlands (WMS)

Die Austauschhäufigkeit des Bodenwassers beschreibt, wie oft das Bodenwasser und die in ihm gelösten Stoffe in einer Bodenschicht im Zuge des jährlichen Sickerwasserflusses ausgetauscht werden. Je geringer das Wasserspeichervermögen eines Bodens ist, desto größer ist bei gleicher Sickerwassermenge seine Austauschhäufigkeit. Das Risiko des Austrages von leicht lösbaren Stoffen wie Nitrat ist bei hohen Austauschraten gegeben. Die Austauschhäufigkeit ist der Quotient aus Speicherfähigkeit und Sickerwassermenge. Die Wasserspeicherfähigkeit (Feldkapazität) wird direkt aus der BUEK1000N abgeleitet. Die Sickerwasserrate aus dem Boden ergibt sich aus der Differenz von Niederschlag minus Verdunstung und Oberflächenabfluss und wurde mit dem neuen TUB-BGR-Verfahren (WESSOLEK et al., 2003) landnutzungsabhängig (Acker, Grünland, Wald) berechnet.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Die Landwirtschaft ist für etwa 80% der gesamten N2O-Emissionen in Deutschland und für 45% der Treibhausgasemissionen (THG) aus dem Agrarsektor verantwortlich. Die größte N2O-Quelle in der Landwirtschaft ist der Einsatz von Stickstoffdüngern (Mineraldünger und organischer Dünger, einschließlich Biogasgärresten), der ca. 60% der gesamten N2O-Emissionen aus der Landwirtschaft verursacht. Dabei sind sowohl direkte N2O-Emissionen aus den gedüngten Böden als auch indirekte N2O-Emissionen durch die Freisetzung reaktiver Stickstoffverbindungen (z.B. Auswaschung von Nitrat, Emission von Ammoniak) von Bedeutung. Die Verringerung dieser Emissionen und die Verbesserung der Effizienz der Stickstoffnutzung sind unerlässliche Maßnahmen, um die in internationalen Vereinbarungen festgelegten Emissionsminderungsziele für den Agrarsektor zu erreichen. Nitrifikationshemmer werden als robuste und skalierbare Maßnahme zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies jedoch eine effiziente, praktikable und umweltverträgliche Maßnahme zur Reduzierung der düngemittelbedingten N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird in Wissenschaft, Politik und Praxis kontrovers diskutiert. Einerseits besteht das Potenzial, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch die indirekten N2O-Emissionen deutlich zu reduzieren und damit die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierte Ergebnisse, die NI-Effekte unter mehreren Gesichtspunkten verlässlich bewerten: i) die standortdifferenzierten jährlichen N2O-Emissionen und Nitratauswaschungen, ii) die ökologische Langzeitwirkung der Hemmstoffe und ihr Einfluss auf andere umwelt- und klimawirksame Emissionen (z.B. Ammoniakemissionen) und iii) die Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Berücksichtigung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Lachgas(N2O)-Emissionen der Landwirtschaft sind für rund 80% der gesamten N2O-Emission in Deutschland verantwortlich und für 45% der Treibhausgasemission (THG) des Sektors Landwirtschaft. Die größte N2O-Quelle in der Landwirtschaft ist der Einsatz von Stickstoffdüngern, der rund 60% der gesamten N2O-Emission der Landwirtschaft verursacht. Bedeutend sind hierbei sowohl direkte N2O-Emissionen aus den gedüngten Böden als auch indirekte N2O-Emissionen, die durch den Austrag reaktiver Stickstoffverbindungen verursacht werden. Sowohl direkte als auch indirekte THG Emissionen der N-Düngung hängen direkt mit der ausgebrachten N-Menge zusammen. Die Minderung dieser Emissionen und die Verbesserung der Effizienz des Stickstoffeinsatzes sind daher vordringliche Maßnahmen für das Einhalten des verbindlichen Emissionsreduktionsziels des Sektors Landwirtschaft. Nitrifikationshemmstoffe werden als robuste und skalierbare THG Reduktionsmaßnahme für den Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies aber eine effiziente, praxisgerechte und umweltschonende Maßnahme zur Verringerung düngungsinduzierter N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird von Wissenschaft, Politik und Praxis kontrovers diskutiert. Einerseits bestehen die Potenziale, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch indirekten N2O-Emissionen deutlich zu mindern und die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen für eine gesicherte Bewertung in mehreren Punkten wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierende Ergebnisse: i) die Bewertung der Wirkung auf die N2O-Jahresemission und Nitratauswaschung, ii) die ökologischen Langzeitwirkungen einer regelmäßigen Ausbringung der Hemmstoffe und ihre Wirkung auf andere umwelt- und klimawirksamen Emissionen sowie iii) die zusammenführende und standortdifferenzierende Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Einbeziehung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken, sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten.

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