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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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
→ 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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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)
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
N = N-Import (NDünger + (Nmin_t1 ― Nmin_t2)) – N-Export (NErnte + NN2O + NNH3)
N-Bilanz-Ansatz
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
Ergebnisse
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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)
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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)
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
N2O-Austausch bei unterschiedlicher Applikationstechnik auf Mais(Dedelow 2013)
Applikationstechnik hatte keinen Einfluss auf die N2O-Verluste
150 kg ha-1 Gärrest-N
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
CO2-Austausch Dedelow 2011-2013: 100% Min-N und 100% Gärrest-N
100% Min-N
100% Gärrest-N
Mais Winterweizen Senf
Gärrest-Applikation
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
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
J. Augustin, 4. Symposium Energiepflanzen, Berlin 22.und 23. Oktober 2013
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!