Quellen und Senken von Treibhausgasen auf landwirtschaftlichen Böden

• Forschungsstelle: BLW
• Projektnummer: 11.32

Schlüsselwörter (Deutsch)

Kleegraswiese, Kohlenstoffdioxid (CO2), Kohlenstoffsequestrierung (C-Sequestrierung), Kohlenstoff, Lachgas (N2O), Methan (CH4), Stickstoff, Therwil, Treibhausgase

Schlüsselwörter (Englisch)

Clover-grass meadow, carbon dioxide (CO2), carbon sequestration (carbon sequestration), carbon, nitrous oxide (N2O), methane (CH4), nitrogen, Therwil, greenhouse gas

Schlüsselwörter (Französisch)

prairie de trèfle, dioxyde de carbone (CO2), séquestration du carbone, le carbone, oxyde nitreux (N2O), méthane (CH4), azote, Therwil, gaz à effet de serre (GES)

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Rund ein Drittel der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen stammen aus der Bewirtschaftung von Ackerböden und zwar überwiegend in Form von Lachgas (N2O). Lachgas wird durch mikrobielle Prozesse im Rahmen der aeroben Nitrifikation und der anaeroben Denitrifikation gebildet, wobei die gebildete Menge v.a. von der Verfügbarkeit von Sauerstoff, Stickstoff und dem pH-Wert des Bodens abhängt und im Jahresverlauf beträchtlich schwankt. Auf der anderen Seite können Ackerböden durch Einlagerung von Kohlenstoff (C-Sequestierung) und oxidativen Abbau von Methan als Senken für Treibhausgasemissionen wirken. Je nach Bewirtschaftung können diese Wirkungen auch ins Gegenteil kehren. Für die Beurteilung der Klimawirkung von Ackerbausystemen sind sowohl die Lachgas-Emissionen als auch die Treibhausgase Methan und CO2 zu berücksichtigen. Anhand des bestehenden DOK-Versuchs in Therwil werden die Flüsse von Treibhausgasen im zeitlichen Verlauf über zwei Vegetationsperioden hinweg untersucht. Insbesondere wird die Wirkung von Düngergaben und die Bewirtschaftung von Kleegraswiesen analysiert. Dabei sollen potenzielle Trade-offs zwischen Lachgas- und Methan-Emissionen und der C-Sequestrierung identifiziert und Aussagen zur guten Praxis und zu Verbesserungen des nationalen Treibhausgasinventars gemacht werden.

Zugehörige Dokumente

• Projektbeschreibung [PDF] 892 kB

Methoden (Deutsch)

Messung der Treibhausgasflüsse in festinstallierten abgedichteten Kammern auf dem Feld (Closed Chamber Technique). Wöchtenliche Probennahme während 90-minütiger Anreicherungsphase. Bestimmung der Bestandteile mit Gas-Chromatographie. Zusätzliche ereignisbasierte Messungen (vor und nach Düngung, Gefrieren/Tauen,...). Installation von Tecanat-Röhren bis 1m und Messung des volumetrischen Bodenwassergehalts alle 0.1m mit time-domain reflectometer (TDR). Weitere Messung der Lachgaskonzentration mittels Autosampler.
Detaillierte Methodik in Projektbeschreibung, S. 10-12.

Projektziele (Deutsch)

Bezüglich der zeitlichen Muster der Lachgasdynamik in gemässigten Klimaten herrscht grosser Forschungsbedarf. In der Schweiz existieren ganzejährige Messstationen nur für Grasland und nicht für Ackerland. Beide Management-Aktivitäten sind typische Elemente des Mischkulturanbaus in der Schweiz, aber es gibt eine bedeutende Wissenslücke, in welchem Umfang die Faktoren Düngung und Kleegrasmanagement Treibhausgasemissionen aus Ackerböden beeinflussen. Auch mangelt es an Verständnis des Einflusses von reduziertem Pflügen und Direktsaat auf Lachgasemissionen aus Böden. In diesem Projekt sollen die durch unterschiedliches Management induzierten Effekte auf die Funktion der Böden (Treibhausgassenke oder -quelle) bestimmt werden. Durch das FiBL entwickelte Techniken der angewandten Bodenökologie werden verwendet, um die zeitliche Dynamik der Treibhausgasflüsse (Quellen) und die damit verbundenen Kohlenstoffspeicherungsprozesse (Senken) in Ackerböden zu bestimmen.

Kunden/Berichterstattung (Deutsch)

Zwischenbericht und Schlussbericht liegen dem BLW vor.

Publikationen in landwirtschaftlichen und wissenschaftlichen Zeitschriften sind geplant.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Rund ein Drittel der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen stammen aus der Bewirtschaftung von Ackerböden, und zwar überwiegend in Form von Lachgas. Lachgas wird durch mikrobielle Prozesse gebildet, wobei die gebildete Menge von der Verfügbarkeit von Sauerstoff, Stickstoff und Ammonium sowie dem pH-Wert des Bodens abhängt und im Jahresverlauf beträchtlich schwankt. Je nach Bewirtschaftungsart können Ackerböden durch Einlagerung von Kohlenstoff und oxidativen Abbau von Methan als Senken für Treibhausgase wirken. Für die Beurteilung der Klimawirkung von Ackerbausystemen sind sowohl die Lachgas-Emissionen als auch die Treibhausgase Methan und CO₂ zu berücksichtigen.

In einem praxisnahen DOK-Versuch in Therwil werden seit 1978 der biologisch-dynamische (D), organisch-biologische (O) und konventionell-integrierte (K) Anbau von Ackerkulturen am selben Standort verglichen. Zusätzlich gibt es ein rein mineralisch gedüngtes, viehloses, konventionelles Verfahren (M). Für das vorliegende Projekt wurden im Anbau von Klee-Gras-Wiese+, Silo-Mais, Winterweizen und Winterraps die Flüsse von Treibhausgasen im zeitlichen Verlauf über zwei Vegetationsperioden hinweg untersucht. Dabei wurden die Emissionen sowohl flächen- als auch ertragsskaliert erhoben.

Es zeigte sich, dass die beiden biologischen Bewirtschaftungssysteme tendenziell niedrigere Emissionen aufweisen; jedoch ist dieser Befund von den untersuchten Kulturen, Vorkulturen, und der Witterung im Untersuchungsjahr abhängig.

Die höchsten Emissionen wurden für alle Bewirtschaftungsverfahren während der Bodenbearbeitung beziehungsweise Aussaat gefunden, besonders dann, wenn dies noch mit erhöhten Niederschlägen einherging. Überraschend geringe N₂O-Emissionen wurden im biodynamischen System gemessen. Untersuchungen der Gründe sind noch nicht abgeschlossen; die Art der angewandten Gülle und denitrifiziererende Bakterien sind im Fokus.

Der Einfluss des Managements (Bewirtschaftungssystem und Dünger) auf die N₂O-Emissionen war stark kulturabhängig. Die niedrigsten N₂O-Emissionen wurden in den beiden biologischen Systemen während des Wiesen- und Maisanbaus gemessen, beim Winterweizen wurde jedoch kein signifikanter Einfluss des Bewirtschaftungssystems auf die Emissionen gefunden.

Ebenso variierte der Einfluss des Managements auf die CH₄-Flüsse nach Kultur. Während das konventionelle System im Maisanbau zu CH₄-Emissionen führte, führte das gleiche System während des Weizenanbaus zu einer CH₄-Aufnahme. Im Gegensatz dazu wurde im biologisch-organischen System während beiden Kulturen eine CH₄-Aufnahme gemessen.

Empfehlungen für die Praxis

Mineralische vs. organische Düngung:

Da der Einfluss der Management-Effekte auf die Emissionen kulturabhängig war, können keine Eindeutigen Empfehlungen gemacht werden.

Kompostierter vs. nicht kompostierter Dünger:

Während der Maisanbauphase schnitt das biodynamische System mit kompostierten Mist am besten ab, während das biologisch-organische System mit verrotteten Mist und das integrierte System mit frischem Mist und Mineraldünger höhere N₂O- und CH₄-Emissionen aufwiesen. Daher könnte Anwendung von kompostiertem statt frischem Mist zur Minderung von bodenbürtigen Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft führen.

Bewirtschaftung:

Relativ geringe N₂O-Emissionen wurden während des Klee-Gras-Anbaus gemessen. Es gab keinen Unterschied zwischen den biologischen und konventionellen Erntemengen, obwohl die beiden biologischen Systeme weniger als 50% der Stickstoffmenge der beiden konventionellen Systeme erhielt. Daher sollte die aktuelle Stickstoffdüngungsstrategie für Schweizer Klee-Gras-Wiesen überarbeitet werden. Für integrierte Systeme würde dies bedeuten, dass im Gras-Klee-Anbau auf Hofdünger verzichtet werden könnte, und dieser stattdessen für Kulturen mit höherem N-Anspruch verwendet werden kann, was wiederum zu geringeren Treibhausgasemissionen führt, da Mineraldünger aus fossilen Brennstoffen mit Hofdünger ersetzt wird.

Langfristige Messungen sind notwendig, um die Zuverlässigkeit der Daten zu erhöhen und zwischen kurzfristigen Effekten und langfristigen Trends der Treibhausgasemissionen unterscheiden zu können.