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Stickstoff-Flächenbilanzsalden aus der Landwirtschaft auf Gemeindeebene – Basis-Emissionsmonitoring 2023

Stickstoff-Flächenbilanzsalden (N-Bilanzen) sind ein Instrument, um die Stickstoffemissionen (Stickstoffüberschüsse) aus der Landwirtschaft zu quantifizieren. Sie sind ein Indikator für die Effizienz des Stickstoffeinsatzes landwirtschaftlicher Betriebe. Zur Berechnung der N-Bilanzen wird die N-Zufuhr auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche der N-Abfuhr über die Ernte gegenübergestellt: N-Zufuhr – N-Abfuhr = N-Flächenbilanzsaldo Das Ergebnis sind Stickstoff-Flächenbilanzsalden auf Gemeindeebene, sie werden in kg N pro Hektar und Jahr bezogen auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche ausgegeben. Da sämtliche Daten nach dem Betriebssitzprinzip erhoben wurden, liegen für die gemeindefreien Gebiete keine N-Bilanzen vor. Die hier dargestellten N-Flächenbilanzsalden beziehen sich auf das Kalenderjahr 2023. Sie sind eine wichtige Grundlage zur Berechnung der potenziellen Nitratkonzentration im Sickerwasser. Die potenzielle Nitratkonzentration dient der Abschätzung der Sickerwassergüte an der Untergrenze des Wurzelraumes in ca. 2 m Tiefe. Detaillierte Methodenbeschreibung siehe: Erläuterung_Basisemissionsmonitoring_LBEG_2023.pdf

N2O-Isotopenfraktionierungsmethode zur Bestimmung von N2-Emissionen aus Böden - Entwicklung und Validierung

Die Denitrifikation stellt eine zentrale Größe im N-Haushalt insbesondere in gedüngten Agrarökosystemen dar, ist aber wegen methodischer Schwierigkeiten bei der Messung von N2- Emissionen auf der Feldskala sehr schwer bestimmbar und daher unzureichend untersucht. Die Produktion und Reduktion von N2O im Zuge der Denitrifikation und die damit verbundenen Isotopeneffekte hinterlassen im N2O-Molekül eine spezifische Isotopologensignatur, die sich aus der relativen An- oder Abreicherung von 15N und der schweren O-Isotope (17O, 18O) sowie aus der Verteilung von 15N innerhalb des Moleküls zusammensetzt. Diese Signatur wird durch folgende Größen geregelt: Die 15N und 17O/18O-Signaturen der Vorläuferverbindungen (Nitrat, Bodenwasser), den O-Austausch mit dem Bodenwasser bei der N2O-Produktion, die Raten der N2O-Produktion und der N2O-Reduktion zu N2 sowie die Isotopeneffekte (Fraktionierungsfaktoren) der verschiedenen Teilprozesse. Theoretisch lässt sich die N2O-Reduktion zu N2 - und damit die N2-Emission - sowohl aus den 15N-Signaturen als auch aus der 18O-Signatur des emittierten N2O ableiten, wenn die übrigen Parameter, die die Isotopologensignatur beeinflussen, ausreichend sicher bestimmbar sind. Ziel ist es, diesen methodischen Ansatz für die 18O-Signatur anhand von Laborversuchen mit Böden zu prüfen. Durch den Vergleich gemessener und mit einem Modell berechneter Isotopensignaturen sowie Emissionen von N2O- und N2 wird geprüft und bewertet, inwieweit die N2O-Fraktionierungsmethode für die Bestimmung von N2- Emissionen geeignet ist und eine neue Option für die Erfassung der N2-Emissionen auf der Feldskala bietet.

Einfluss von Fütterung und Genotyp auf Methanproduktion sowie Energie- und Proteinstoffwechsel von Milchkühen (Respirationsmessung) (Klimaeffizienz-Milch)

Der Klimawandel ist weltweit ein heiß diskutiertes Thema und es besteht Übereinstimmung, dass Maßnahmen gesetzt werden müssen um die Erderwärmung einzudämmen. In dieser Diskussion hört man häufig von der 'Kuh als Klimakiller'. Ziel dieses Projektes ist, durch exakte Messungen des Gasstoffwechsels den tatsächlichen Beitrag von Milchkühen zur globalen Erwärmung abzuschätzen und aus den gewonnenen Erkenntnissen Strategien zur Reduktion des Ausstoßes von Methan (und anderen relevanten Gasen) zu entwickeln. Zur Umsetzung dieses Projektes sollen von allen sich derzeit am Forschungsbetrieb der HBLFA-Raumberg-Gumpenstein befindlichen Milchkühe zumindest einmal Messungen in einer Respirationskammer durchgeführt werden. Bei diesen Messungen werden neben der Methanproduktion (CH4) auch die Erzeugung von Kohlendioxid (CO2), Ammoniak (NH3) und Lachgas (N2O) sowie der Verbrauch an Sauerstoff (O2) durch die Kühe erhoben. Dadurch sollen zuverlässige Aussagen zur von Milchkühen produzierten Menge an klima- und umweltrelevanten Gasen ermöglicht werden. Da derzeit an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein unterschiedliche Genotypen/Rassen gehalten und unterschiedliche Fütterungssysteme angewandt werden, sollen Aussagen für verschiedene landwirtschaftliche Produktionssysteme ermöglicht werden. Der ursprüngliche Zweck von Respirationskammern lag darin, den Energiestoffwechsel der Tiere zu untersuchen. Durch diese Methode können die Energieverluste in Form von Methan festgestellt werden und die Menge an produziertem CO2 gibt darüber hinaus Auskunft über die produzierte Wärmemenge des Tieres. In Kombination mit Futtermittel-, Kot- und Harnuntersuchungen kann somit der gesamte Energiestoffwechsel abgebildet und alle Energieverluste ermittelt werden. Mit dieser Methode kann auf experimentelle Weise sehr genau jene Energiemenge ermittelt werden, die dem Tier für die Erhaltung der Körperfunktionen und die Erbringung von Leistungen zur Verfügung steht (Metabolische Energie (ME) = Bruttoenergie (GE) - Kotenergie (FE) - Harnenergie (UE) - Methanenergie (CH4) - Wärmeverluste (H)). Wird zusätzlich noch die erbrachte Leistung der Kuh herangezogen, kann eine Bilanzierung des Energiestoffwechsels der Kuh durchgeführt werden. Durch die Bestimmung der Stickstoff-Gehalte (Eiweiß-Gehalte) in Futtermittel, Milch, Kot und Harn können auch Berechnungen zum Proteinstoffwechsel der Tiere erfolgen. Die gewonnenen Daten aus der Stoffwechselbilanzierung sollen anschließend zur Überprüfung der aktuellen Energie- und Proteinbedarfsempfehlungen herangezogen werden. Die Ergebnisse dieses Projekts sollen abschließend in Form mehrerer Publikationen und Vorträge veröffentlicht werden und als Grundlage für Beratungswerkzeuge verwendet werden. So ist in weiterer Folge auch eine Implementierung der Daten in das Ökobilanzierungsprogramm der HBLFA Raumberg-Gumpenstein angedacht.

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.

Maßnahmen zur Minderung direkt und indirekt klimawirksamer Emissionen, die durch Denitrifikation in landwirtschaftlich genutzten Böden verursacht werden

Das Verbundvorhaben adressiert die Themen der Minderung der Lachgasemission und Verbesserung der Stickstoffeffizienz durch Modellierung, der Bewertung möglicher Minderungsmaßnahmen und der standortdifferenzierenden Bewertung der Denitrifikation. Gasförmige Emissionen aus der Denitrifikation verursachen pflanzenbaulich relevante N-Verluste und verursachen direkte N2O-Emissionen des Pflanzenbaus. Pflanzenbauliche Klimaschutzmaßnahmen im Bereich der Düngung, Bodenbearbeitung, Fruchtfolge sind im Hinblick auf die Rolle der Denitrifikation kaum erforscht. Ein pflanzenbauliches Management welches N-Effizienz optimiert und gleichzeitig N-Emissionen minimiert ist daher bisher nicht verlässlich definiert. Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Antrags ist es, pflanzenbaulich praktikable Minderungsmaßnahmen im Hinblick auf N2 und N2O-Emissionen der Denitrifikation für Ackerbausysteme in Deutschland zu identifizieren, indem der Kenntnisstand zu denitrifikativen N-Verlusten durch Feld- und Laborstudien verbessert und zur Parametrisierung, Validierung und Anwendung von Simulationsmodellen eingesetzt wird. Unsere Teilziele sind wie folgt: 1. Regionalisierung der N-Verluste durch Denitrifikation in Deutschland auf Basis vorhandener Modelle 2. Bestimmung der Wirkung von pflanzenbaulichen Klimaschutzmaßnahmen auf N2- und N2O-Verluste 3. Prüfung von Minderungsoptionen auf der Modell-, Labor- und Feldskala unter Berücksichtigung des Oberbodens und des durchwurzelten Unterbodens für verschiedene Böden 4. Weiterentwicklung von Denitrifikationsmodellen, um die Abbildung von Minderungsmaßnahmen zu verbessern anhand vorhandener und neuer Messdaten 5. Prüfung der Minderungsoptionen für Deutschland anhand der verbesserten Modelle unter Berücksichtigung von Ertrag, Wirtschaftlichkeit, Technologiebedarf, N2O-Emission, N-Effizienz, Düngerbedarf, NH3-Emisissionen und Nitratauswaschung.

Verringerung der Lachgas- und Ammoniakemissionen durch Verarbeitung von Ernterückständen im Gemüsebau

Eutrophierung kontra Waldvitalität: Hohe Stickstoffdeposition aus der Landwirtschaft schadet der Rotbuche

Viele Baumarten reagieren empfindlich gegenüber Dürre und Hitze, wie sie vermehrt durch den Klimawandel auftreten. Die künftige Eignung von Baumarten für die Forstwirtschaft erfährt daher hohe Aufmerksamkeit. Die Diskussion fokussiert sich dabei stark auf die Dürretoleranz von Bäumen und etwaige biotische Einwirkungen durch herbivore Insekten und Pathogene. Neben dem Klimawandel wirken jedoch auch anthropogene Stickstoffemissionen aus der Landwirtschaft, der Verbrennung fossiler Energieträger und aus Vegetationsbränden global auf Waldökosysteme ein. Interaktionen von Effekten des Klimawandels und anthropogener Stickstoffdeposition auf die Vitalität und Produktivität von Bäumen sind bisher wenig untersucht. Wir haben in einem deutschlandweiten Netzwerk von Waldbeständen mit unterschiedlichen Kombinationen von atmosphärischer Stickstoffdeposition, mittlerem Jahresniederschlag und Jahresmitteltemperatur Biomasse, Zuwachs, Feinwurzelmorphologie und Wassernutzungseffizienz bei Jungwuchs der Rotbuche (Fagus sylvatica) im Vergleich zu Traubeneiche (Quercus petraea), Douglasie (Pseudotsuga menziesii) und Weißtanne (Abies alba) untersucht. Dabei wurde für die Rotbuche bei hoher atmosphärischer Stickstoffdeposition u. a. ein für den Wasserhaushalt ungünstiges, d. h. niedriges Wurzel/Spross-Verhältnis gefunden. Ferner war bei hoher Stickstoffdeposition der Sprosslängenzuwachs verringert und die Spaltöffnungen der Blätter blieben bei Trockenheit länger geöffnet, was bei starken Dürren zu kritischen Wasserverlusten führen kann. Die regionale Variabilität der Stickstoffdeposition beruhte v. a. auf Ammonium, das in erster Linie aus der Landwirtschaft stammt. In durch Massentierhaltung geprägten Gebieten (insbesondere westliches Niedersachsen) sind Vitalität und Zuwachs des Buchenjungwuchses durch die Stickstoffbelastung deutlich beeinträchtigt. Dies ist relevant für die Klimawandeladaptation der Forstwirtschaft und den Schutz von Buchenwaldökosystemen.

Modellierte Nährstoffemissionen, -frachten und -konzentrationen in Flusseinzugsgebieten der deutschen Nord- und Ostsee um 1880 (Datensatz)

Das Modell MoRE wurde auf die Jahre um 1880 angewandt, um die mittleren historischen Emissionen, Frachten und Konzentrationen von Stickstoff und Phosphor für Flusseinzugsgebiete, die in die deutsche Nord- und Ostsee einleiten, zu quantifizieren. Die historische Wasserbilanz wurde mit dem Modell LARSIM-ME abgeleitet und in MoRE integriert. Die Modellergebnisse ergänzen die historischen Modellergebnisse, die den bestehenden deutschen Zielkonzentrationen für Stickstoff am so genannten Übergabepunkt limnisch-marin und Schwellenwerten für den guten ökologischen Zustand der Küsten- und Meeresgewässer zugrunde liegen. Die Datensatzdatei enthält die Geometrie der 3048 Modellierungseinheiten in den Einzugsgebieten von Nord- und Ostsee (mit Ausnahme des Stettiner Haffs und des Einzugsgebiets der oberen Donau) und eine lange Datentabelle mit den Modelloutputs und ausgewählten Inputdaten (47 Variablen, Spalten durch Tabstopps getrennt).

Environmental data from anoxic basins in the Mariager Fjord in Denmark, the Gotland Basin in the Baltic Sea, and the Black Sea

We studied dissolved organic matter (DOM) dynamics in the anoxic basin Mariager Fjord, Gotland Basin, and Black Sea. In this data set we provide environmental data (oxygen, salinity, temperature), dissolved and solid-phase extracted carbon (DOC, SPE-DOC), nitrogen (TDN, SPE-DON), sulfur (SPE-DOS), and phosphorus (SPE-DOP) concentrations. Elemental analysis of carbon and nitrogen were carried out with a High-temperature catalytic combustion, Shimadzu, Shimadzu TOC-VCPH equipped with TDN unit, analysis of extractable sulfur and phosphorus with Inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, Thermo Fisher Scientific GmbH, iCAP PRO.

Stickstoff-Flächenbilanzsaldo aus der Landwirtschaft auf Gemeindeebene (2019)

Stickstoffbilanzen (N-Bilanzen) sind ein wichtiges Instrument, um die Stickstoffemissionen (Stickstoffüberschüsse) aus der Landwirtschaft zu quantifizieren. Zur Berechnung des N-Flächenbilanzsaldos wird der N-Zufuhr (auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche) die N-Abfuhr gegenübergestellt: N-Zufuhr – N-Abfuhr = N-Saldo Im Rahmen des landesweiten Basis-Emissionsmonitorings wird ein N-Flächenbilanz-Modell verwendet, welches am Johann Heinrich von Thünen-Institut entwickelt und an die regionalen Bedingungen in Niedersachsen angepasst wurde. Das Ergebnis sind auf Basis der Agrarstatistik berechnete Stickstoff-Flächenbilanzen auf Gemeindeebene, die mit jedem Erscheinen der Landwirtschaftszählung bzw. Agrarstrukturerhebung neu berechnet werden können (alle 3 bis 4 Jahre). Der berechnete N-Flächenbilanzsaldo wird in [kg N/ha*a] bezogen auf die landwirtschaftlich genutzte Fläche (ohne Stilllegungsflächen) ausgegeben. Die dargestellten N-Flächenbilanzsalden2016 sind eine wichtige Grundlage zur Berechnung der potenziellen Nitratkonzentration im Sickerwasser. Die potenzielle Nitratkonzentration dient der Abschätzung der Sickerwassergüte an der Untergrenze des Wurzelraumes. Zu beachten ist, dass die in die N-Flächenbilanzsalden eingeflossenen Daten der Agrarstatistik zu Tierzahlen und Flächennutzung nach dem Betriebssitzprinzip erhoben wurden und somit räumliche Verschiebungen möglich sind. Detaillierte Methodenbeschreibung siehe: Methodik_Basis_Emissionsmonitoring_LBEG.pdf

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