Emission und Eintrag von Luftschadstoffen bei Agrarökosystemen

• Forschungsstelle: ART
• Projektnummer: 12.31.01.02
• Projekttitel Englisch: Emission and Deposition of Airborne Pollutants in Agroecosystems
• Kurztitel: Luftschadstoffe in Agrarökosystemen

Schlüsselwörter (Englisch)

trace gases, air pollution, reactive compounds, emission, deposition, ammonia

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bei landwirtschaftlich genutzten Flächen werden je nach Nutzung und Umweltbedingungen verschie-dene Stoffe als Spurengase unterschiedlich stark emittiert und teilweise auch aufgenommen. Neben den klimarelevanten Treibhausgasen Kohlendioxid, Lachgas und Methan, die durch ihre Langlebigkeit problematisch sind, werden auch Spurengase emittiert und aufgenommen, die reaktiver und damit kurzlebiger sind. Diese tragen unter anderem zur Bildung von gesundheitsgefährdenden Aerosolen (Ammoniak) und Ozon (Stickoxide und organische Verbindungen) bei und verursachen unerwünschte Stickstoff-Einträge in extensiv genutzte, halb-natürliche Ökosysteme und Gewässer. Zudem stellt die gasförmige Emission von Stickstoff ein erhebliches Verlustpotential für den Nährstoffhaushalt des landwirtschaftlichen Systems dar. Andererseits nimmt die Vegetation auch Schadstoffe aus der Luft auf, was für die Luftqualität positiv wirkt, für Pflanzen und Böden aber nachteilig sein kann. Für die Luftschadstoffkonzentrationen und -einträge gelten Grenzwerte auf denen Reduktionsverpflichtungen im Rahmen der UN/ECE Konvention (Genfer Konvention, CLRTAP) festgelegt wurden und die auch für die landwirtschaftlichen Tätigkeit gelten. Sowohl Emissions- als auch Depositionsprozesse werden von zeitlich variablen, biotischen und meteorologischen Faktoren bestimmt und sind deshalb stark miteinan-der verknüpft. Ausserdem sind durch den Klimawandel auch Änderungen in den Einflussfaktoren zu erwarten. Heute übliche Beschreibungen stammen oft aus Arbeiten, die mehrere Jahre zurückliegen und mit veralteten Methoden durchgeführt wurden oder aus anderen Regionen und Pflanzenarten über-nommen wurden. Es bestehen noch erhebliche Wissens- und Forschungslücken bezügliche der Prozesse, welche die Emission bzw. Aufnahme der einzelnen Gase kontrollieren und auch die wechsel-seitigen Zusammenhänge bestimmen. Diese Informationen (u.a. Emmissionsraten und –faktoren) sind wichtig um u.a. die Wirksamkeit von Massnahmen auf die Emissionstrends zu prüfen, wie es im Zusammenhang mit den erwähnten Reduktionsverpflichtungen von den Behörden (BAFU, EKL) gefordert wird.
In Feldexperimenten werden kontinuierliche Messungen der Austauschflüsse verschiedener Spurengase mit anerkannten und erfolgreich getesteten Methoden auf Feldskala durchgeführt. Die Messungen finden in enger Verbindung mit Untersuchung zur Kohlenstoff- und Treibhausgas-Bilanz statt (s. APF ’Treibhausgase in der Landwirtschaft’) um auch mögliche ´Trade-off´-Effekte zu erfassen. Daneben werden in Zusammenarbeit mit der SHL Zollikofen Ammoniak-Verlustmessungen mit einfacheren Methoden an verschiedenen Standorten durchgeführt, um den Ammoniakverlust unter verschiedenen Ausbringbedingungen zu quantifizieren. Messungen und Datenauswertung unterliegen einer rigorosen Qualitätskontrolle. Durch angepasste Auswertemethoden und datenbasierte Modellierung werden die Messdaten optimal genutzt und Verbesserungen in der Dateninterpretation, im Prozessverständnis, sowie in der empirischen bzw. mechanistischen Modellierung erzielt.

Projektziele (Deutsch)

Erarbeitung von Wissensgrundlagen zur Beurteilung und Optimierung der Nutzung von Landwirtschaftsflächen bezüglich des Austausches von reaktiven Luftschadstoffen:
1. Quantifizierung der Ammoniak-Verluste nach Ausbringung von Gülle mit Prallteller und Schleppschlauchverteiler unter verschiedenen (praxisüblichen) Bedingungen. Die Emissionsfaktoren können entsprechend aktualisiert werden.
2. Experimentelle Quantifizierung der Quellen- und Senkenprozesse für reaktive Spurengase (insbes. NO, NO2, O3, NH3) im System Boden/Pflanze von produktivem Grasland. Die Daten werden zur verbesserten Emissions-/Depositions-Beschreibung in Modellen verwendet.
3. Einfluss von weidenden Kühen auf den Austausch von Spurengasen, quantifiziert mit mikrometeorologischen Methoden im Feld.

Kunden/Berichterstattung (Deutsch)

Die Resultate des Projektfeldes werden in internationalen Zeitschriften (Scientific Community) und soweit möglich auch in praxisbezogenen Fachzeitschriften publiziert (z.B. Agrarforschung). Daneben sind BAFU und BLW wichtige Kunden, an die im Rahmen von konkreten Einzelprojekten Bericht erstattet wird. Die Ergebnisse werden ebenfalls der Eidgenössischen Kommission für Lufthygiene (EKL) zur Verfügung gestellt.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Publikationen