Forschungsprojekt INFLUX – 2022 bis 2025
INFLUX - Improved process understanding and quantification of Nitrous oxide FLUXes in a German crop rotation
Lachgas (N2O) gehört zu den klimarelevantesten Treibhausgasen (THG) und landwirtschaftlich genutzte Böden stellen einen der größten Verursacher dar. Aufgrund der großen räumlichen und zeitlichen Variabilität der N2O Flüsse ergeben sich große Herausforderungen bei der Erfassung der Emissionen und die zugrundeliegenden Prozesse sind im Detail bisher kaum verstanden. Dabei stellt die Quantifizierung der N2O Flüsse und das Verständnis ihrer zugrundeliegenden Prozesse den wichtigsten Schritt in der Entwicklung von Minderungsstrategien für landwirtschaftliche Produktionssysteme dar. Das Ziel des Forschungsprojektes INFLUX ist es, N2O Flüsse zu quantifizieren und das Prozessverständnis dieser Flüsse in einer typischen deutschen Fruchtfolge (Zuckerrübe, Winterweizen, Wintergerste) zu verbessern. Die geläufigste Methode zur Erfassung von N2O Flüsse ist die manuelle Messung mit der Kammermethode, deren Handhabung einfach ist und welche Informationen über die räumliche Verteilung von N2O Emissionen im Feld liefern kann. Allerdings wird die zeitliche Variabilität nur unzureichend erfasst. Die Eddy-Kovarianz-Methode (EC) liefert durch eine nicht-invasive Messung N2O Flussdaten auf Ökosystemebene. Durch die zeitlich hochaufgelösten Daten ergibt sich die Möglichkeit, die kurzzeitigen Veränderungen der N2O Flüsse besser zu verstehen. Im Rahmen des INFLUX Projektes werden wir über zwei Jahre auf dem Versuchsgut Reinshof (i) hochaufgelöste N2O Daten durch Messungen mit der EC Methode und der Kammermethode vergleichen. Außerdem soll eine vollständige THG-Bilanz evaluiert werden, welche ebenso Kohlenstoffdioxid- und Methanflüsse einschließt. Diese Bilanz beinhaltet sowohl deren THG-Potenzial als auch die THG-Intensität, welche die THG-Emissionen mit dem Ertrag in Relation setzt.Des Weiteren werden wir (ii) die N2O Flüsse in Beziehung zu Umweltfaktoren, Bewirtschaftungsmaßnahmen und Pflanzenentwicklung setzen, um das Verständnis über den Effekt der landwirtschaftlichen Bewirtschaftung auf die Emission zu verbessern. N2O Emissionen sind stark abhängig von Faktoren wie Bodenstickstoff- und -kohlenstoffverfügbarkeit, Luftkonzentration/Bodenwassergehalt, Bodentemperatur und pH-Wert. Daher können Wetterereignisse wie Regen oder Frost-Tau-Zyklen, sowie Bewirtschaftungsmaßnahmen wie Düngung oder Bodenbearbeitung zu einer erhöhten N2O Produktion führen. Die kontinuierliche Erfassung von Klimabedingungen, Bodenparametern, Bewirtschaftungsmaßnahmen und Pflanzenentwicklung bieten die Möglichkeit, tiefgreifende Informationen über die wichtigsten Einflussfaktoren auf die N2O Flüsse in diesem Anbausystem zu erlangen.
Letztlich werden (iii) die hochaufgelösten Messungen der N2O Flüsse und ihrer Einflussfaktoren mit Isotopen- und metagenomischen Analysenmethoden in Zusammenhang gesetzt, um ein besseres Verständnis über die für die N2O Produktion verantwortlichen Mechanismen zu erlangen. Durch Stabilisotopenanalysen ergeben sich neue Möglichkeiten, N2O Emissionen aus dem Boden auf verschiedene Ursprünge zurückzuführen. Die Untersuchung der 15N Positionspräferenz und die Anwendung des Isotopocule Mapping Ansatzes helfen dabei, die Produktions- und Verbrauchsprozesse hinter den N2O Emissionen zu identifizieren, um zwischen den verschiedenen Prozesswegen im Boden unterscheiden zu können. Diese Analysen werden im Weiteren durch molekularbiologische Methoden ergänzt. Durch die metagenomische Analyse der Genabundanzen im Boden werden Informationen über die mikrobiellen Gemeinschaften gewonnen, sowie über die potenziell in den N2O Umsatz involvierten mikrobiellen Stoffwechselprozesse. Da die mikrobiellen Gemeinschaften durch Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit beeinflusst sind, bietet die Erfassung ihres Vorkommens in Verbindung mit den Bodeneigenschaften und den THG-Flüssen die Möglichkeit, die wichtigsten Einflussfaktoren auf N2O Emissionen im Ackerbau zu identifizieren.
Dieser einzigartige Datensatz, der innerhalb des INFLUX Projektes entstehen wird, wird dabei helfen besser zu verstehen, welche Mechanismen am relevantesten für N2O Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten Böden sind.
Übersicht der Arbeitspakete (WP) und deren Zusammenhänge
Bearbeiter:
Dr. Ana Meijide (PI)
M.Sc. Paulina Englert
Prof. Dr. Stefan Siebert
Laufzeit:
1. September 2022 bis 31.August 2025
Förderung:
DFG
Projektpartner:
Prof. Dr. Alexander Knohl, Bioklimatologie, Universität Göttingen
Prof. Dr. Klaus Dittert, Abteilung Pflanzenernährung und Ertragsphysiologie, Universität Göttingen
Dr. Jens Dyckmans, Kompetenzzentrum Stabile Isotope, Universität Göttingen
PD Dr. Reinhard Well, Thünen Institute für Agrarklimaschutz
Prof. Dr. Rolf Daniel, Abteilung Genomische und Angewandte Mikrobiologie, Universität Göttingen
Dr. Dominika Lewicka-Szczebak, Institute für Geowissenschaften, Universität Breslau