Auswirkung von Bodenbearbeitungsmaßnahmen auf Kohlendioxidemissionen

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1 Auswirkung von Bodenbearbeitungsmaßnahmen auf Kohlendioxidemissionen Andreas KLIK, Gerlinde TRÜMPER und Undrakh-Od BAATAR Institut für Hydraulik und landeskulturelle Wasserwirtschaft Symposium Mulch- und Direktsaat 2010 LFS Hollabrunn

2 Größte Bedrohungen für den Boden (COM, 2002) 1) Bodenerosion durch Wind und Wasser 2) Rückgang der organischen Substanz 3) Bodenkontamination (lokal und diffus) 4) Versiegelung 5) Bodenverdichtung 6) Rückgang der Biodiversität 7) Versalzung 8) Überflutungen und Muren Bodenerosion stellt einen natürlichen Prozess dar, welcher durch menschliche Aktivitäten verstärkt wird und nahezu alle Bodenfunktionen beeinträchtigt Rd. 16% der Gesamtfläche Europas ist von Bodenerosion bedroht Bodenerosion > 2,5 t.ha -1.a -1 übersteigt Bodenneubildungsrate (OECD, 2001) > irreversibler Prozess (van-camp et al., 2004)

3 Größte Bedrohungen für den Boden (COM, 2002) 1) Bodenerosion durch Wind und Wasser 2) Rückgang der organischen Substanz 3) Bodenkontamination (lokal und diffus) 4) Versiegelung 5) Bodenverdichtung 6) Rückgang der Biodiversität 7) Versalzung 8) Überflutungen und Muren 1 Tonne Boden enthält: 20 kg organischen Kohlenstoff 2 kg Stickstoff 0,7 kg Phosphor 1mm erodierter Boden 10 m³ pro Hektar ~ 12 Tonnen pro Hektar Bodenerosion stellt einen natürlichen Prozess dar, welcher durch menschliche Aktivitäten verstärkt wird und nahezu alle Bodenfunktionen beeinträchtigt Rd. 16% der Gesamtfläche Europas ist von Bodenerosion bedroht Bodenerosion > 2,5 t.ha -1.a -1 übersteigt Bodenneubildungsrate (OECD, 2001) > irreversibler Prozess (van-camp et al., 2004)

4 Ursachen für den Rückgang der OS Klima: OS zersetzt sich bei höheren Temperaturen schneller Boden: Böden mit feiner Textur enthalten i.d.r. höhere Gehalte an OS als Böden mit grober Textur -> bessere Speicherfähigkeit für Wasser und Nährstoffe Grobkörnige Böden sind besser durchlüftet -> höherer Sauerstoffgehalt bewirkt schnellere Zersetzung der OS Bodenhydrologie: Hoher Wassergehalt -> weniger Sauerstoff ->langsamerer Abbau der OS Bodennutzung und -bearbeitung: Durch Bodenbearbeitung gelangt O 2 in Boden und durchschnittliche Bodentemperatur steigt an -> höhere Zerfallsgeschwindigkeit der OS. Erosion -> Abschwemmung von OS Vegetation: Ober- und unterirdische OS abhängig von Art der Pflanzen und von der Bewirtschaftung (Ernterückstände)

5 Organische Bodensubstanz Organische Substanz besteht zu rd. 50% aus C Böden Europas (EU27) enthalten Tonnen C Größte Flüsse sind natürlicher Herkunft 25% der jährlichen CO 2 Emission stammen von Waldrodung Carbon stocks in Gt and fluxes in Gt.a -1 Boden ist sowohl Quelle als auch wesentliche Senke für C im globalen Kohlenstoffkreislauf 45% der Böden Europas weisen sehr geringe und geringe Gehalte an OC (0-2%) auf Geschätzter jährlicher Schaden durch Rückgang der OS 3,4 5,6 Mrd. (COM, 2006)

6 Organische Substanz in Europas Böden Jones et al. (2004)

7 CO 2 Emission von Böden Bodenatmung Wurzelatmung Mikrobielle Atmung Wurzelatmung Kohlenstoff wird von den Pflanzen assimiliert und gelangt über deren Wurzeln in den Boden. Mikrobielle Atmung Organischer Kohlenstoff wird durch mikrobielle Prozesse der Bodenorganismen in CO 2 veratmet (Mineralisierung von organisch gebundenen Nährstoffen) Intensität abhängig von Umgebungsbedingungen der Bodenorganismen Art und Menge des Substrates Bodenwassergehalt Bodentemperatur Durchlüftung ph-wert Fruchtart Bodenbearbeitung und bewirtschaftung

8 Forschungsprojekt Einfluss unterschiedlicher Bodenbearbeitungssysteme auf Kohlenstoffdynamik, CO 2 -Emissionen und das Verhalten von Glyphosat und AMPA im Boden Hauptziele Quantifizierung der Kohlenstoffanreicherung im Boden sowie der bodenbürtigen CO 2 -Emissionen bei unterschiedlicher Bodenbearbeitung Quantifizierung der verfahrensbedingten CO 2 -Emissionen durch Maschineneinsatz bei unterschiedlicher Bodenbearbeitung Rückkopplung der Ergebnisse an ÖPUL Gefördert vom Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, und Wasserwirtschaft und von den Ländern Niederösterreich und Steiermark

9 Projektpartner Institut für Hydraulik und landeskulturelle Wasserwirtschaft Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz Institut für Bodenforschung Institut für Landtechnik Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung Institut für Agrar- und Forstökonomie Veterinärmedizinische Universität Department für Naturwissenschaften, Aquatische Ökotoxikologie Universität Wien Institut für Krebsforschung Land Niederösterreich Abteilung Landwirtschaftliche Bildung Versuchskoordination der Landw. Fachschulen N.Ö Landwirtschaftliche Fachschulen Tulln, Pyhra und Mistelbach (NÖ) Land Steiermark Versuchsreferat Steiermark Land- und forstwirtschaftliche Fachschule Kirchberg/Walde

10 Tulln lt Material und Methoden N 685 mm, T 9,4 C Pixendorf su N 685 mm, T 9,4 C Versuchsstandorte Pixendorf, Tulln, Mistelbach, Pyhra, Kirchberg/Walde Bodenbearbeitungsvarianten: Konventionelle BB (CT) Konservierende BB (RT) No-Till (NT) Pyhra sl Kirchberg am Walde ls Mistelbach lu N 945 mm, T 9,4 C N 730 mm, T 9,1 C N 645 mm, T 9,6 C

11 Material and Methoden Messung der bodenbürtigen Kohlendioxidemissionen Messintervall rd. eine Woche Tragbares Bodenrespirations-Messsystem (non-steady-state through-flow chamber) Bodenrespirationskammer Infrarot Gasanalysator Bodenthermometer Gleichzeitige Erfassung von: Niederschlag, Lufttemperatur, Bodentemperatur Bodenwassergehalt Chemischen Bodenkennwerten (C tot, C anorg, C org, N tot, ph) Bodenbiologischen Kennwerten Laboruntersuchungen (Bodenatmung, substratinduzierte Bodenatmung, -Glucosidase Aktivität and Dehydrogenase Aktivität)

12 Bodenbearbeitungsschritte (Moitzi et al., 2009) Allrad Traktor: 92 KW Konventionelle BB (CT) Reduzierte BB (RT) No Till (NT)

13 CO 2 Emissionen Pixendorf F C (g CO 2 m -2 h -1 ) 2,0 1,5 1,0 0,5 2007: Mais 2008: Winterweizen 2009: Mais CT RT NT 0, ,2 C 674,1 mm 11,5 C 710,7 mm 10,4 C 906,4 mm (d) P (mm) T ( C)

14 F C (g CO 2 m -2 h -1 ) 2,0 1,5 1,0 0,5 Tulln CO 2 Emissionen 2007: Winterraps 2008: Winterweizen 2009: Sommergerste CT RT NT 0, ,2 C 674,1 mm 11,5 C 710,7 mm 10,4 C 906,4 mm P (mm) T ( C)

15 CO2-Freisetzung (t CO2 ha -1 Messperiode -1 ) CO2-Freisetzung (t CO2 ha -1 Messperiode -1 ) CO 2 Emissionen 50 Pixendorf 2007: Mais 2008: Winterweizen 2009: Mais 50 Tulln 2007: Winterraps 2008: Winterweizen 2009: Sommergerste ,1 100% 23,8 98% 18,7 78% 41,8 100% 37,3 89% 30,6 73% 29,8 100% 32,5 109% Messperioden: ; ; ,9 93% CT RT NT CT RT NT CT RT NT ,6 100% 24,8 115% 17,5 81% 23,9 100% 24,9 104% 22,9 96% 14,7 100% 16,8 115% 18,6 127% CT RT NT CT RT NT CT RT NT Messperioden: ; ; saisonaler Einflüsse erkennbar Sommer: Maximalwerte; Winter: Flüsse gegen Null m C *3,67 wichtige Einflussfaktoren: Temperatur, Bodenwassergehalt, Vegetationsaktivität m CO2 hohe :3,67 räumliche Variabilität der F C -Daten Tendenzen erkennbar: CT ~ RT > NT höhere Flüsse für Winterweizen als für Mais höhere Flüsse in Pixendorf (sandiger Schluff) als in Tulln (lehmiger Ton)

16 CO 2 Emissionen

17 Einfluss der Bodentemperatur auf CO 2 -Flüsse Pixendorf und Tulln 1,8 1,6 FC (g CO2 m -2 h -1 ) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Pixendorf F C 0,03*T Boden 1,02 R 2 0,52 Tulln F C 0,02*T Boden 1,00 R 2 0, T Boden ( C) Temperatureinfluss: sandigem Schluff > lehmiger Ton bessere Durchlüftung und schnellere Erwärmung

18 Tiefe Tiefe Tiefe Organischer Kohlenstoff im Boden Pixendorf Tulln Kirchberg Gehalt an OC (%) Gehalt an OC (%) Gehalt an OC (%) cm CT RT NT 0-10cm 0-10cm 10-20cm 10-20cm 10-20cm 20-30cm 20-30cm 20-30cm Durch reduzierte BB in Kombination mit Zwischenfrucht -> Anstieg des OC vor allem in oberster Bodenschicht In Kirchberg noch keine signifikante Auswirkung erkennbar Umstellung begann 2007

19 SOC (t.ha -1 ) Organischer Kohlenstoff im Boden CT RT NT + 12,2 + 13,6 + 4,3 + 7, Pi Tu

20 Veränderung der bedingungen Klimawandel und Kohlenstoffsequestrierung (Schils et al., 2008: ClimSoil; modifiziert) Einflussgröße Prozess Auswirkung auf Kohlenstoff Biomasseproduktion Abbau Erosion SOC Unsicherheit CO 2 Anstieg mittel Temperaturanstieg hoch Trockene Perioden bei Mineralböden hoch Trockene Perioden bei organischen Böden - mittel Starkniederschläge - - mittel Verstärkte Nährstoffverfügbarkeit gering Jährlich werden 98 Milliarden t Kohlenstoff an die Atmosphäre abgegeben Von ist der CO 2 Ausstoß um 1 Million t pro Jahr gestiegen (Bond-Lamberty und Thompson, 2010)

21 Zusammenfassung und Ausblick Standortbedingungen (Klima, Boden) sowie Fruchtfolge beeinflussen wesentlich die CO 2 Emissionen des Bodens Kohlendioxidemissionen bestehen zu rd. 50% aus Wurzelatmung und rd. 50% aus mikrobieller Atmung (Kohlenstoffabbau) Höhere Bodenatmung bei leichten, gut durchlüfteten Böden bei schweren Böden ist Gastransport eingeschränkt höchste Emissionen treten bei hohen Temperaturen und Bodenwassergehalten (nahe Feldkapazität) auf CT ~ RT > NT: geringere Emissionen bedeuten geringeren Abbau von organischer Substanz im Boden -> Kohlenstoffsequestrierung! Klimawandel wird Veränderungen mit sich bringen (auch abhängig von Niederschlägen)

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