Dissertation/Thesis Abstract

Comparisons of N2O and CH4 Fluxes as Affected by Land Use Systems and Climate in Small Catchments in Korea
by Berger, Sina, Dr.Nat., Universitaet Bayreuth (Germany), 2013, 162; 10692222
Abstract (Summary)

Im Zuge von Globalem Wandel und Klimawandel muss die Menschheit sich mit immer häufiger und heftiger werdenden extremen Wetterereignissen auseinandersetzen, sowie sie auch versuchen muss, eine immer zahlreicher werdende Weltbevölkerung zu ernähren bei zunehmender Verknappung von Ressourcen. Da die Hälfte der Menschheit angewiesen ist Ökosystemdienstleistungen aus den bergigen Gebiete der Erde, ist es essentiell, solche komplexen Landschaften zu studieren und zu verstehen, wie natürliche sowie auch landwirtschaftliche Ökosysteme sich auf Klimaänderungen und veränderte anthropogene Einflüsse einstellen. Emissionen von Treibhausgasen wie Lachgas (N2O) und Methan (CH4) sind involviert in die Klimaerwärmung und den damit einhergehenden Klimawandel, was sie zu wichtigen globalen Angelegenheiten macht. Wichtigste Quellen von N2O sind landwirtschaftliche Böden, CH4 entstammt zu großen Anteilen aus Reisfeldern. Daher ist es von größter Wichtigkeit, solche landwirtschaftlichen Systeme, im Hinblick der Management-Praktiken und deren Einfluss auf Treibhausgasemissionen, zu studieren. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit ist es, N2O Emissionen von landwirtschaftlichen und Waldböden zu quantifizieren, sowie auch N2O und CH4 Emissionen von Reisfeldern und herauszufinden, welche Faktoren die Flüsse dieser Treibhausgase maßgeblich steuern. Die verlängerte Frühsommertrockenperiode des Jahres 2010 führte zu signifikanter N2O-Konsumption in Böden dreier Waldstandorte. Die darauffolgenden überdurchschnittlich heftigen Monsunregenfälle verursachten dann zwar N2O-Emissionen, und leicht positive N2O-Bilanzen in zwei der Wälder, jedoch waren sie nicht ausreichend um die N2O-Bilanz des Waldes auf sandig-lehmigem Boden in eine positive umzukehren. Dies bedeutet, dass für einen Waldboden während der Vegetationsperiode zum ersten Mal eine negative N2O-Bilanz beobachtet wurde. Die N2O-Emissionen der Waldstandorte wurden gesteuert von Bodenfeuchte und Bodentemperatur und – wie zunehmend in der Literatur zu finden – schien es einen Einfluss der Bodentextur auf die N2O-Flüsse zu geben. Es stellte sich außerdem heraus, dass der Einsatz von Folie in der Landwirtschaft – eine weltweit immer häufiger eingesetzte Methode zur Steigerung der Ernten durch höhere Bodentemperaturen und stabilere Bodenfeuchte – eine lindernde Wirkung auf die N2O-Emissionen der Felder hat. Modellierungen mit dem DNDC- (Denitrifikation und Dekomposition)-Model stimmten am besten mit den im Feld gemessenen N2O-Flüssen überein, wenn Tageshöchsttemperaturen und die Hälfte des Tagesniederschlages als dominierende Klimafaktoren unter der Folie angenommen wurden, was impliziert, dass die N2O-Produktion unter der Folie auch stark von Bodentemperatur und Bodenfeuchte abhängig war. N2O-Emissionen eines ungedüngten Sojabohnenfeldes, waren ähnlich den N2O-Emissionen eines Rettichfeldes, welches eine mittlere Menge Stickstoff-Dünger von 200 kg N ha-1 bekommen hatte. Ein Vergleich von N2O- und CH4-Emissionen von Reisfeldern mit unter Bewässerungsstrategien ergab, dass eine zeitweise Flutung mit mehreren Trockenphasen das geringste Klimaschädigungspotential hat, welches nur 30% dessen beträgt, was ein traditionell bewässertes Reisfeld (fünf Monate kontinuierliche Flutung). Eine Intermediäre Bewässerungsstrategie (2.5 Monate Flutung, Austrocknung, Bewässerung ohne Stauen von Wasser) brachte im Vergleich zum traditionell gefluteten Reisfeld ein Klimaschädigungspotential von 60%. Diese Ergebnisse implizieren, dass ein Trend hin zu weniger Stauwasser auf Reisfeldern effektiv Treibhausgasemissionen senken kann, zumindest auf sandigen oder lehmig-sandigen Böden. Eine akribische Untersuchung der Reisfeldböden ergab, dass N2O-Produktion und Konsumption hauptsächlich in 25 bis 50 cm Tiefe stattgefunden haben; die N2O-Konzentrationen und δ15N-N2O-Werte dieser Tiefen von allen untersuchten Reisfeldern sowie auch Gen-Häufigkeiten von Denitrifizierern und Nitrifizierern des Reisfeldes mit der Intermediären Bewässerungsstrategie deuten darauf hin. Abgesehen von diesen wichtigen Erkenntnissen über N2O-Fluss-Dynamiken von drei verschiedenen Landnutzungssystemen, fällt auf, dass die N2O-Flüsse des Studiengebietes generell niedrig sind. Dies ist erfreulich und zeigt, dass das Gebiet mit jenen Herausforderungen, die der Globale Wandel mit sich bringt und die mit Landwirtschaft assoziiert sind, so eingestellt ist, dass zumindest keine großen Mengen an N2O produziert werden, was allerdings verwunderlich erscheint, führt man sich vor Augen welche großen Mengen an Dünger auf den Feldern ausgebracht werden. Die vorliegende Arbeit diskutiert an, ob möglicherweise der sandige Boden der Region eine schnelle Auswaschung der hochmobilen NO3--Ionen - dem Ausgangssubstrat für Denitrifikation - bewirken könnte, hat letztlich aber keine abschließende Antwort auf diese Frage. Um herauszufinden, wieso die N2O-Flüsse so gering sind, wäre es wünschenswert, NO3--Flüsse und das Schicksal der NO3--Ionen genauer zu untersuchen.

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Advisor:
Commitee:
School: Universitaet Bayreuth (Germany)
School Location: Germany
Source: DAI-C 81/1(E), Dissertation Abstracts International
Source Type: DISSERTATION
Subjects: Environmental engineering, Biogeochemistry, Soil sciences, Atmospheric Chemistry, Agricultural engineering
Keywords: Nitrous oxide emissions, Agricultural soils
Publication Number: 10692222
ISBN: 9781392581155
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