Emission und Aufnahme stickstoffhaltiger Spurengase bei Wiesen

• Forschungsstelle: ART
• Projektnummer: 08.31.01.04
• Projekttitel Englisch: Emission and uptake of N-gases by grassland
• Kurztitel: Stickstoffhaltige Spurengase

Schlüsselwörter (Englisch)

nitrogen cycling, trace gas exchange, nitrogen oxides, ammonia, greenhouse gases

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bei landwirtschaftlich genutzten Wiesen werden je nach Nutzung und Umweltbedingungen verschiedene stickstoffhaltige Spurengase unterschiedlich stark emittiert und teilweise auch aufgenommen. Dabei handelt es sich einerseits um das klimarelevante Treibhausgas N2O, andererseits um reaktive Stickoxide (NOX) und Ammoniak (NH3) die zur Bildung von Aerosolen und Ozon beitragen und unerwünschte Stickstoff-Einträge in extensiv genutzte, halb-natürliche Ökosysteme verursachen. Zudem stellt die gasförmige Emission von Stickstoff ein erhebliches Verlustpotential für den Nährstoffhaushalt des landwirtschaftlichen Systems dar.

Die Kontrolle der Emissionen dieser Spurengase unterliegt der UNO Klimakonvention (UNFCCC) bzw. der Genfer Konvention (UN/ECE, CLRTAP). Aus landwirtschaftlicher wie umweltpolitischer Sicht besteht ein vordringlicher Bedarf für Daten zur Quantifizierung der N-Verluste als Grundlage für die Beurteilung der N-Effizienz von Bewirtschaftungsverfahren und Anbausystemen sowie als Beitrag an Emissionsinventare. Heute übliche Emissionsfaktoren stammen allerdings teilweise aus Arbeiten, die mehrere Jahre zurückliegen und nicht mehr aktuell sind. Es besteht ein Mangel an geeigneten Feldstudien, welche die Flüsse aller N-Gase gleichzeitig über einen längeren Zeitraum erfassen und ihre Rolle innerhalb der gesamten N-Bilanz von landwirtschaftlichen Flächen quantifizieren, und zudem bestehen noch erhebliche Wissens- und Forschungslücken bezügliche der Prozesse, welche die Emission bzw. Aufnahme der einzelnen N-Gase kontrollieren und auch die wechselseitigen Zusammenhänge bestimmen. Schliesslich fehlt eine regionale Validierung der berechneten Emissionen, um die Auswirkung von flächenbezogenen Emissionen aus landwirtschaftlichen Quellen auf die Luftqualität und die Einhaltung entsprechender Emissionsziele gemäss Luftreinhalteverordnung (CH), Göteborg-Protokoll (UNECE) und Kyoto-Protokoll (UNFCCC) abzuschätzen, und die Wirksamkeit von Massnahmen auf die Emissionstrends zu prüfen, wie es von den Behörden (BAFU, Eidg. Kommission für Lufthygiene) gefordert wird.

Projektziele (Deutsch)

Ziele des Projekts:

1. Der Austausch stickstoffhaltiger Spurengase (N₂O, NH₃, NO, NO₂) wurde über mehrere Jahre experimentell bestimmt und ihr Beitrag zur gesamten N-Bilanz auf Mähwiesen am Standort Oensingen ist bekannt.

2. Verbesserte Kenntnisse der Quellen- und Senkenprozesse für die N-Gase im System Boden/Pflanze sind vorhanden. Die Emissions-/Depositions-Beschreibung sowie die Emissionsfaktoren der Spurengase sind entsprechend aktualisiert.

3. Für einen neuen längerfristigen Messstandort zur Bestimmung des N-Gas-Austauschs in Weidesystemen (vorzugsweise in mittlerer Höhenlage) ist die Machbarkeit abgeklärt. Die Feldmessungen sind soweit möglich aufgebaut und in Betrieb.

4. Ein Forschungs-Konsortium mit externen Gruppen zur Überprüfung von N-Gas-Emissionen auf regionaler Skala ist aufgebaut. Ein gemeinsames Validierungsexperiment ist durchgeführt und Resultate vorhanden.

Kundennutzen

Verbesserter Kenntnisstand bezüglich Emissionsfaktoren und für die Beurteilung des N-Verlustpotenzials als Grundlagen für die Optimierung von landwirtschaftlich genutzten Graslandflächen bezüglich:

- Einfluss von Bewirtschaftungsmassnahmen auf die Emission von klimawirksamen und reaktiven Spurengasen

- Einfluss von ändernden Umweltbedingungen auf den Austausch von stickstoffhaltigen Spurengasen

Die entsprechenden Daten dienen (a) zur Inventarisierung von N-Emissionen auf Stufe Feld, Betrieb, Region und Land durch Umweltbehörden und (b) für die Ökobilanzierung.

Neue Kenntnisse/Literatur (Deutsch)

Achermann, B. and Bobbink, R. Empirical critical loads for nitrogen. (UNECE Expert Workshop , Bern 11-13 November 2002), (Eds) pp 327, SAEFL, Berne Switzerland

Flechard C.R., Neftel A., Jocher M., Ammann C., and Fuhrer J. (2005) Bi-directional soil/atmosphere N2O exchange over two mown grassland systems with contrasting management practices, Global Change Biology, 11(12), 2114-2127.

Flechard C.R., Ambus P., Skiba U., Rees R.M., Hensen A., van Amstel A., van den Pol-van Dasselaar A., Soussana J.-F., Jones M., Clifton-Brown J., Raschi A., Horvath L., Neftel A., Jocher M., Ammann C., Leifeld J., Fuhrer J., Calanca P., Thalman E., Pilegaard K., Di Marco C., Campbell C., Nemitz E., Hargreaves K.J., Levy P., Ball B.C., Jones S., van de Bulk W.C.M., Groot T., Blom M., Domingues R., Kasper G., Allard V., Jolivot D., Cellier P., Laville P., Henault C., Bizouard F., Abdalla M., Williams M., Baronti S., Berretti F., and Grosz B. (2007) Effects of climate and management intensity on nitrous oxide emissions in grassland systems across Europe, Agriculture, Ecosystems and Environment, 121, 135-152.

Neftel A., Flechard C., Ammann C., Conen F., Emmenegger L., and Zeyer K. (2007) Experimental assessment of N2O background fluxes of grassland systems. Tellus, 59B, 470–482.Norman, M., Wisthaler, A., and Hansel, A.: O2+ as primary reagent ion in the PTR-MS instrument: detection of gas-phase ammonia, in 3rd PTR-MS conference, edited by A. Hansel, and Märk, T. D., pp. 104-106, Innsbruck University Press, Obergurgl, 2007.

Projektspezifische Kosten (Deutsch)

Fluss-Messsystem (Sonic Anemometer und Gas Analyser) für neuen Messstandort: CHF 45’000.-