Verminderung von indirekten Lachgasemissionen und Nitratverlagerung im intensiven Feldgemüseanbau:
Gespeichert in:
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Veröffentlicht: |
Stuttgart
Univ. Hohenheim, Inst. für Bodenkunde und Standortslehre
2014
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113 |
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adam_text | Titel: Verminderung von indirekten Lachgasemissionen und Nitratverlagerung im intensiven Feldgemüsebau
Autor: Palmer, Iris
Jahr: 2014
Inhaltsverzeichnis
INHALTSVERZEICHNIS.........................................................................................................S
1 ZUSAMMENFASSUNG UND SUMMARY.....................................................................9
2 EINLEITUNG.................................................................................................................17
2.1 KENNTNISSTAND..........................................................................................................................17
2.1.1 Nitrifikation und Denitrifikation.................................................................................................19
2.1.2 Einßussgrößen der Nitrifikation und Denitrifikation...................................................................21
2.1.3 Kalle des Porenraumes für direkte und indirekte N20-Emissionen................................................24
2.1.4 N20 und NO} im Gemüsebau....................................................................................................26
2.2 Zielsetzung und Fragestellung......................................................................................28
2.3 Hypothesen.................................................................................................................................28
3 MATERIAL UND METHODEN...................................................................................31
3.1 Feldversuch...............................................................................................................................31
3.1.1 Standortbeschreibung.....................................................................................................................31
3.1.2 Versuchsanlage.............................................................................................................................31
3.1.3 ,5N-Versuch................................................................................................................................34
3.1.4 Ermittlung der Ertragsdaten.........................................................................................................37
3.1.5 Bestimmung derN20-Kon^entration derBodenlufi.......................................................................37
3.1.6 Probenahme %urBestimmung des fSN20-N/ 4N20-N-Isotopenverhältnisses derBodenlufi..........38
3.1.7 Beprobung des Sickerwassers %ur Erfassung des gelösten N20 und NO} some des
,5Nf ,4N-Isotopenverbältnisses des gelösten N20 und NOj.........................................................39
3.1.8 Probenahme %ur Erfassung des Nmin-Gehaltes, des WFPS und der Lagerungsdichte...................41
3.1.9 Erfassung der meteorologischen Daten...........................................................................................42
3.2 Labormethoden........................................................................................................................42
3.2.1 N20-Kon%entration in derBodenlufi............................................................................................42
3.2.2 N-Spe^ies im Boden und Sickerwasser..........................................................................................42
3.2.3 WFPS.........................................................................................................................................44
3.2.4 Trockensubstanz Nt und Ct von Boden- undPflansprproben......................................................44
3.2.5 ,5N-Analytik...............................................................................................................................44
3.2.6 Versuchsasfbau %tr Bestimmung von Diffusionskoejfiifienten in Boden.........................................46
3.3 BERECHNUNGSGRUNDLAGEN...................................................................................................47
3.3.1 Theoretische Grundlagen %ur Berechnung des Diffusionskoejfifienten.............................................47
3.3.2 Bestimmung des Dijfusionskoejjß%enten mittels inverser Modellierung nach Böttcher et al. (2011)
und Schrnn (2007)......................................................................................................................49
3.3.3 Modellierung der N20-Gasßüsse im Boden nach Böttcher et al (2011)........................................55
3.3.4 Berechnungsgrundlage derN20-Flüsse und der ,5N20-N/ ,4N20-N-Isotopenverhältnisse............57
3.3.5 Berechnung der i5N20-Wiederfindungsrate im Laborversuch.........................................................58
3.4 Datenanalyse............................................................................................................................59
3.5 Auswertung dus Feldversuches........................................................................................60
3.6 Laborversuch.............................................................................................................................62
3.6.1 Entnahme der Bodensäulen...........................................................................................................62
3.6.2 Auflau des Bodensäulenversuches.................................................................................................63
3.6.3 Erfassung der N20-F/üsse in die Atmosphäre und Erfassung der N20-Konzentration in der
Bodenluft......................................................................................................................................65
3.6.4 Bestimmung unterschiedlicher Bodenparameter...............................................................................66
4 N20-DYNAMIK IN DER BODENLUFT EINES GEMÜSEBAULICH
GENUTZTEN ACKERS IN ABHÄNGIGKEIT DER DÜNGERMENGE.................69
4.1 Einleitung..................................................................................................................................69
4.2 Ergebnisse...................................................................................................................................70
4.2.1 Ummltparameter.........................................................................................................................70
4.2.2 N20-Kon%entration der Bodenluft in Abhängigkeit von Düngermenge, Bodentiefe und
Umiveltparametern.......................................................................................................................71
4.2.3 N20-Flüsse im Boden, direkte Nfi-Emissionen und kumulierte N20-Flüsse.............................75
4.3 Diskussion....................................................................................................................................77
4.3.1 Beeinflussung der Nfi-Kon^entration im Boden durch N-Gabe, Bodentiefe und XJmiveltparameter
..............................................................................................77
4.3.2 N20-Flussraten...........................................................................................................................79
4.3.3 Kumulierte N20-F/üsse................................................................................................................81
4.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerung...................................................................84
5 N20-TRANSP0RT IN UNGESTÖRTEN BODENSÄULEN.....................................85
5.1 Einleitung..................................................................................................................................85
5.2 Ergebnisse...................................................................................................................................86
5.2.1 N20-Flussraten bei unterschiedlichem WFPS..............................................................................86
5.2.2 Kumulierte N20-Emissionen........................................................................................................87
5.2.3 N20-Kon%entrationen in der Bodenlift.........................................................................................88
5.2.4 ,SN-Häuflgkeit in N20-Emissionen............................................................................................89
5.2.5 1SN-Häufigkeit im N20 der Bodenluft.........................................................................................90
5.2.6 Wiedefindungsrate.......................................................................................................................91
5.3 Diskussion....................................................................................................................................92
5.3.1 N20-Flussraten und N20-Kon%entrationen.................................................................................92
5.3.2 Einfluss des Wassergehaltes atfl die N20-Emissionen und N20-Kon%entrationen in der Bodenltfi
..............................................................................................93
5.3.3 Transport von N20 im ungestörten Bodenprofil............................................................................94
5.3.4 Quellfunktion des Unterbodens.....................................................................................................95
5.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerung...................................................................96
6 POTENZIELLE INDIREKTE N20-EMISSIONEN EINES GEMÜSEBAULICH
GENUTZTEN ACKERS.................................................................................................97
6.1 Einleitung...................................................................................................................................97
6.2 Ergebnisse...................................................................................................................................98
6.2.1 NO, im Sickerwasser..................................................................................................................99
6.2.2 Gelöstes N20 im Sickerwasser.....................................................................................................99
6.2.3 N20-N/N0j-N-Verbältnisim Sickerwasser.........................................................................102
6.2.4 Potentielle indirekte N20-Emissionen des Standortes................................................................102
6.3 Diskussion.................................................................................................................................103
6.3.1 NOj undN20-Kontentrationen im Sickerwasser.....................................................................103
6.3.2 Potentielle N-Verluste über das Sickerwasser und Prüfung des EFsg.........................................104
6.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerung................................................................107
7 N20-QUELLEN UND N-TRANSFORMATION im INTENSIVEN GEMÜSEBAU -
BEDEUTUNG VON DÜNGER UND ERNTERESTEN...........................................113
7.1 Einleitung................................................................................................................................113
7.2 Ergebnisse................................................................................................................................114
7.2.1 Nfi-Kontentrationen in der Bodenluft......................................................................................114
7.2.2 Beitrag von Dünger und Ernteresten tur N20-Kons^ntration in der Bodenluft — t?itliche und
räumliche Dynamik...................................................................................................................116
7.2.3 Beitrag von Dünger und Ernteresten tum gelösten N20 und NOj im Sickerwasser..................119
7.2.4 Beitrag von Dünger und Ernteresten tum Nmin-Gehalt............................................................121
7.3 Diskussion.................................................................................................................................122
7.3.1 Zeitliche Dynamik derNjO-Kantentration...............................................................................122
7.3.2 N20-Quellen der Bodenluft — erstes Versuchfahr.....................................................................123
7.3.3 N20-Quellen der Bodenluft— tmeites Versuchsjahr...................................................................125
7.3.4 NOj undNHf als Substrate derN20-Bildung.......................................................................126
7.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerung................................................................127
8 UNTERSCHIEDLICHE DÜNGESTRATEGIEN IM INTENSIVEN GEMÜSEBAU
- VERMINDERUNG VON NO,-VERLAGERUNG UND NzO-BILDUNG............129
8.1 Einleitung................................................................................................................................129
8.2 Ergebnisse................................................................................................................................132
8.2.1 NOj-Gehalte des Bodens in drei Tiefen bei unterschiedlich hoher Düngung................................132
8.2.2 NO}-Gehalte in unterschiedlichen Tiefen bei plattierter DEPOT-Diingung.............................134
8.2.3 NOj- und NHft-Gehalte bei Einsatt ^es Nitrifikaüonshemmstoffes DMPP.........................135
8.2.4 Vergleich der NO}-Gehalte aller Versucbsvarianten im Unterboden.........................................139
8.2.5 N20-Dynamik der Bodenluft— Vergleich der unterschiedlichen Düngevefahren........................140
8.2.5.1 Düngermenge........................................................................................................................................................142
8.2.5.2 Düngerart...............................................................................................................................................................143
8.2.6 Vergleich vonFrischmasseerträgen undN-Asfnähme................................................................144
8.3 Diskussion.................................................................................................................................145
8.3.1 Effekt des KNS-Systems auf die NO}- Verlagerung und die N20-Kontentration.....................146
8.3.2 Effekt der DEPÖT-Diingung auf die NOj- /erlagerttng und N.O-Ko n y en tratm n.................. 147
8.3.3 Effekt roti DMPP anfNOj-Ver/agerung undElf)-Kon7er t ration......................................... 148
8.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerung................................................................150
9 SYNTHESE....................................................................................................................151
9.1 EINFLUSSGRÖßEN AUF DIE HP-KONZENTRATION IN DER BODENLUFT....................151
9.2 Bewertung der direkten N20-Emissionen im Vergleich zu den indirekten
N20-Emissionen......................................................................................................................153
9.2.1 Quellstärke der einereinen hodenkompartimente für die direkten N20~Emissionen und ihre
Abhängigkeit mm Wassergehalt................................................................................................153
9.2.2 Potentielle indirekte N20-Emissionen im intensiven Gemüsebau...............................................153
9.3 Strategien zur Vermeidung der N03 -Verlagerung und der N,0-Bildung
im Unterboden bei gleichbleibenden Ernteerträgen im intensiven
Gemüsebau................................................................................................................................154
9.4 Auswirkungen der N,0-Minderung der Bodenluft im Kontext der
Gesamt-N-Verluste des Standortes............................................................................156
10 LITERATURVERZEICHNIS......................................................................................157
11 ABBILDUNGSVERZEICHNIS...................................................................................177
12 TABELLENVERZEICHNIS........................................................................................183
13 VERZEICHNIS HÄUFIG VERWENDETER ABKÜRZUNGEN.............................187
DANKSAGUNG......................................................................................................................189
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