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J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013 Freisetzung klimarelevanter Spurengase und Veränderungen im Vorrat an organischer Bodensubstanz beim Anbau von Energiepflanzen zur Biogasproduktion J. Augustin, U. Hagemann, M. Drösler, S. Glatzel, H. Kage, A. Pacholski, K.H. Mühling, u.a. 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22. und 23. Oktober 2013

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J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013

Freisetzung klimarelevanter Spurengase und Veränderungen im

Vorrat an organischer Bodensubstanz beim Anbau von

Energiepflanzen zur Biogasproduktion

J. Augustin, U. Hagemann, M. Drösler, S. Glatzel, H. Kage, A. Pacholski, K.H. Mühling,u.a.

4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22. und 23. Oktober 2013

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Negative Folgewirkungen des Anbaus von Energiepflanzen zurBiogasgewinnung?

Dilemma

Wissen ist zu lückenhaft und widersprüchlich für eine eindeutige Einschätzung der langfristigenWirkungen des Energiepflanzenanbaus

Ableitung von zielgerichteten Minderungsmaßnahmen zur Zeit nicht möglich

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→ Etablierung des FNR-Verbundvorhabens „Klimawirkung von Energiepflanzen zur Biogasgewinnung“ (2010-2015)

Zielstellungen

Einfluss von Gärresten, Fruchtart, Fruchtfolge und Standort auf N2O-, CH4- und CO2-Flüsse und dieresultierende Klimawirkung sowie die NH3-Verflüchtigung

Modelle zur Abschätzung der regionalen Relevanz des Anbaus von Energiepflanzen als Quelle undSenke von Treibhausgasen

Empfehlungen für Anbausysteme mit reduzierter Klimawirkung und Erhaltung des Vorrates anorganischer Bodensubstanz

Erstellen von standortspezifischen Ökobilanzen des Energiepflanzenanbaus

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Struktur des Verbundvorhabens

Minderung der GasemissionenCAU-Mühling

Messung des Gasaustauschesund der Klimawirkung

ZALF-Augustin, HSWT-DröslerROS-Glatzel, CAU-Mühling

CAU-Kage/Pacholski

Messwerte/Spurengasbilanzen

Messung und Minderung des Gasaustausches und derKlimawirkung

Erstellen vonÖkobilanzen

vTI-StichnotheZALF-Augustin

Bilanzansätze/Basismodelle

Modellentwicklung und-anwendung

CAU-Kage

Modellierung Regionalisierung

ZALF-Werner

Regionalisierung/Szenarienanalysen

Koordination:ZALF

J. AugustinU. Hagemann

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Hohenschulen (K)

Gülzow (G)

Dedelow (D; CARBO-ZALF)

Dornburg (J)

Ascha (A)

Abb. nach Jungkunst et al. 2006

Durchführung von identischen Untersuchungen aufbreitem Standortspektrum in Kopplung mit dem EVA-Projekt

Vorgehensweise

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Versuche und Varianten

„Kleiner Gärrestversuch“ (Triticale-Mais-Winterweizen-Senf-Mais-Roggen-Sorghum)Einfluss von Fruchtfolge und Gärresten auf Klima- und Boden-C-Bilanz

100% Mineral-N

50% Mineral-N + 50% Gärrest-N

100% Gärrest-N

(doppelt, um ein FF-Jahr versetzt)

„Großer Gärrestversuch“ (Mais)Einfluss von Gärrestapplikation auf N2O-, CH4- und NH3-Emission

Ohne N-Düngung

Mineralisch mit ortsüblicher N-Menge (Kontrolle)

50 % Gärrest-N

75 % Gärrest-N

100 % Gärrest-N

125 % Gärrest-N

200 % Gärrest-N

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NH3-, CO2-, N2O- und CH4-Austausch

CO2-, N2O- und CH4-Austausch ( Klimawirkung)manuelle (bzw. automatische) Großhauben in Kombination mit Modellierung

NH3-AustauschTräger Tube Methode, Passivsammler und meteorologische Verfahren

(N2-Freisetzung: He-Inkubationsmethode im Labor)

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Veränderungen im Vorrat an Bodenkohlenstoff (SC)

Kombination von einer C-Flächenbilanz (Import & Export) mit den jährlichen Netto-CO2- (NEE) und CH4-Austauschraten

BPP Reco

Organ. Düngung (OD) Ernteentzug (EG)

SC = NEE + CH4-C + (EG – OD)

CH4

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N = N-Import (NDünger + (Nmin_t1 ― Nmin_t2)) – N-Export (NErnte + NN2O + NNH3)

N-Bilanz-Ansatz

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Ergebnisse

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NH3-Emissionen

deutliche Unterschiededer NH3-Emissionenzwischen Standortenund Jahren

hohe Gärrest-N-Mengenführen nicht zwingend zuhohen NH3-Verlusten

auch nach Injektion NH3-Emissionen (vs.Schleppschlauch)

WICHTIG: Einarbeitungs-zeit und –qualität!

Risiko erheblicher NH3-N-Verluste nach Gärrest-applikation (bis zu 25 %des applizierten NH4-N)

Injektion

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N2O-Austausch 2011 und 2012

In der Regel nur geringer Einfluss der applizierten N-Menge auf die kumulierten N2O-Emissionen

Kumulierte N2O-Emissionen zumeist niedrig , selten mäßig hoch (Ascha)

Ausnahme: Gülzow: 2011 extrem hoch; aber 2012 ähnlich niedrig wie auf den anderen Standorten(Ursache unklar)

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N2O-Emissionsfaktoren 2011 und 2012

Emissionsfaktoren unabhängig von der applizierten Gärrest-N-Menge

Überwiegend < 1% (IPCC-Richtwert), aber in einigen Fällen auch zwischen 1-3% bzw.10-17%

Ursachen für Variabilität unklar (Interaktion Witterung mit Applikationstechnik?)

Gülzow 2011 (Injektion)

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N2O-Austausch bei unterschiedlicher Applikationstechnik auf Mais(Dedelow 2013)

Applikationstechnik hatte keinen Einfluss auf die N2O-Verluste

150 kg ha-1 Gärrest-N

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N-Bilanzsalden

N- Verluste steigen mit Zunahme der applizierten Gärrest-N-Menge deutlich an

Unabhängig von Standort und Witterung werden N-Verluste erst bei Dünger-N –Mengen > 200 kg Nha-1 sichtbar

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CO2-Austausch Dedelow 2011-2013: 100% Min-N und 100% Gärrest-N

100% Min-N

100% Gärrest-N

Mais Winterweizen Senf

Gärrest-Applikation

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Boden-C-Bilanzen Dedelow 2011

Variante Netto CO2-

Austausch

C-Export C-Import C-Bilanz

Mais (g C m-2 Vegetationsperiode-1)

100% Min-N

100% Gärrest-N

-638

-781

1076

1036

2

245

436

10

Gärreste haben den C-Verlust beim Maisanbau ausgeglichen

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Boden-C-Bilanzen Dedelow 2012

Variante Netto CO2-

Austausch

C-Export C-Import C-Bilanz

Mais (g C m-2 Vegetationsperiode-1)

100% Min-N

100% Gärrest-N

Winterweizen (g C m-2 Vegetationsperiode-1)

100% Min-N

100% Gärrest-N

-638

-781

-81

166

1076

1036

688

478

2

245

2

146

436

10

605

498

Gärreste haben zwar den C-Verlust beim Anbau von Winterweizen etwas verringert, können ihn aber nichtvollständig ausgleichen

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Boden-C-Bilanzen Dedelow 2011-2013

Gärreste bewirken in der Fruchtfolge durchgängig eine Verringerung der Boden-C-Verluste

Die applizierten Gärrestmengen reichen aber nicht zum Ausgleich der Verluste an Boden-C aus

Es gibt offenbar eine Wechselwirkung zwischen den Gärresten mit der angebauten Fruchtart

Variante Netto CO2-

Austausch

C-Export C-Import C-Bilanz

Mais (g C m-2 Vegetationsperiode-1)

100% Min-N

100% Gärrest-N

Winterweizen (g C m-2 Vegetationsperiode-1)

100% Min-N

100% Gärrest-N

Gesamtzeitraum (g C m-2 a-1)

100% Min-N

100% Gärrest-N

-638

-781

-81

166

-156

-196

1076

1036

688

478

882

757

2

245

2

146

4

196

436

10

605

498

721

364

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Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Nach Gärrestapplikation treten in der Regel geringe bis mäßig hohe N2O- und NH3-Verluste auf

In Einzelfällen extrem hohe gasförmige N-Verluste, aber nur bei NH3 sind Ursachen bekannt

Unabhängig von Standort und Witterung werden N-Bilanzverluste erst bei Dünger-N –Mengen > 200 kgN ha-1 sichtbar

Gärrestapplikation hatte in Dedelow positive Wirkungen auf den C-Vorrat im Boden

Gärreste allein reichen offenbar nicht zur Aufrechterhaltung des Humusvorrates aus

Zur Zeit lassen sich Witterungseffekte nicht klar von Standort-, Fruchtart- und Applikationseffektentrennen

Eindeutige und verallgemeinerbare Ergebnisse setzen Fortführung der Messungen und Auswertungsowie Ergänzung durch Spezialstudien voraus

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Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!