Fakultät Umweltwissenschaften, Institut für Hydrologie und Meteorologie, Professur Meteorologie Einfluss des Managements auf die C-Bilanz ist eine klimaoptimierte Land- und Forstwirtschaft möglich? Thomas Grünwald, Christian Bernhofer
Fakultät Umweltwissenschaften, Institut für Hydrologie und Meteorologie, Professur Meteorologie Langfristige (z.t. 2 Jahre) C-Bilanzen von dominierenden Landnutzungstypen in einem räumlichen Cluster: Forstwirtschaft (Fichte, Eichenjungwuchs) & Landwirtschaft (Mehrfelderwirtschaft, Mähwiese) C-Bilanzen nach Management und Störungen (Windbruch)
ICOS-D Standorte Ökosystemkomponente Stand März 217 Cluster TI/UFZ/ Göttingen Cluster TUD Cluster FZJ Cluster KIT/ Weihenstephan 3 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
Assoziierte ICOS-Standorte der TU Dresden Einfluss von Management (Bewirtschaftung) und Störung (Windbruch) Hetzdorf (DE-Hzd) Eichenpflanzung nach Windbruch (Kyrill 27) Klingenberg (DE-Kli) Ackerfruchtfolge Grillenburg (DE-Gri) Ungedüngtes Dauergrünland (Mahd, Beweidung) 4 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
spruce crop rotation grassland spruce crop rotation grassland spruce crop rotation grassland global radiation (W m -2 ) daily mean air temperature ( C) daily mean precipitation (mm) daily sum Langfristige mittlere C-Bilanz der dominierenden Landnutzungstypen in Sachsen/Deutschland Grundlage sind Messungen an Standorten des TU Dresden Clusters Entfernung der Standorte zueinander max. 8 km Strahlung Temperatur Niederschlag 4 4 1 3 3 2 1 2 1-1 -2 1 1.1 Keine signifikanten klimatischen und Witterungsunterschiede Nutzung (und Boden) regeln die C und Wasser- Bilanzen 5 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
Wie groß ist die C-Senke? NBP Management (der Landfläche und der Produkte) beeinflusst NBP! CO 2 GPP Pflanzenatmung Boden- und Streuatmung Störung kurzfristige Kohlenstoffaufnahme NPP 6 Gt/yr C h a l l e n g e s o f a C h a n g i n g E a r t h J u l y 2 1 mittelfristiger Kohlenstoffspeicher NEP 1 Gt/yr langfristiger Kohlenstoffspeicher NBP 1-2 Gt/yr erfasst durch: Inventur Eddy-Kovarianz Inversion Source: GCTE / IGBP
1.1.25 1.1.27 1.1.29 1.1.211 1.1.213 1.1.215 1.1.217 CO 2 - Senke Langfristige mittlere C-Bilanz der dominierenden Landnutzungstypen in Sachsen/Deutschland NEP in tco 2 ha -1 (kumulativ) 2 15 1 5 Fichte Dauergrünland Ackerfruchtfolge +16. tco 2 +2.7 tco 2 2 15 1 5 +2.1 tco 2 Ökosystemproduktivität NEP ohne Berücksichtigung von Nutzungseinflüssen (z.b. Ernte, Düngung, forstliche Maßnahmen) von drei typischen Landnutzungen in Sachsen 25 216 Prescher et al., 21; angepasst und ergänzt 7 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
1.1.25 1.1.27 1.1.29 1.1.211 1.1.213 1.1.215 1.1.217 Langfristige mittlere C-Bilanz der dominierenden Landnutzungstypen in Sachsen/Deutschland NBP in tco 2 ha -1 (kumulativ) 15 1 5-5 Fichte Dauergrünland Ackerfruchtfolge +1.2 tco 2-2.5 tco 2 15 1 5 CO 2 - Senke CO 2 - Quelle -5-5.8 tco 2-1 -1 Ökosystemproduktivität NBP mit Berücksichtigung von Nutzungseinflüssen (z.b. Ernte, Düngung, forstliche Maßnahmen) von drei typischen Landnutzungen in Sachsen 25 216 8 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer Prescher et al., 21; angepasst und ergänzt
Nutzungseinflüsse auf die C-Bilanz in der Landwirtschaft z.b. C-Export der Rapsernte 9 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
1.1.24 1.1.26 1.1.28 1.1.21 1.1.212 1.1.214 1.1.216 1.1.24 1.1.26 1.1.28 1.1.21 1.1.212 1.1.214 1.1.216 1.1.24 1.1.26 1.1.28 1.1.21 1.1.212 1.1.214 1.1.216 cum NEP (gc m -2 ) Nutzungseinflüsse auf die C-Bilanz in der Landwirtschaft 5 Winterungen Raps Sommerungen Mais Brache/Wildwuchs 5 4 Wiwei Wiger Soger 4 3 3 2 2 1 1-1 -1-2 -2-3 -3-4 NEP =.72 gc m -2 d -1 NEP =.43 gc m -2 d -1 NEP = -1.29 gc m -2 d -1-4 CO 2 -Bilanz verschiedener Nutzungskategorien des Ackerstandortes 1 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
1.1.24 1.1.26 1.1.28 1.1.21 1.1.212 1.1.214 1.1.216 1.1.24 1.1.26 1.1.28 1.1.21 1.1.212 1.1.214 1.1.216 1.1.24 1.1.26 1.1.28 1.1.21 1.1.212 1.1.214 1.1.216 cum NEP (gc m -2 ) Nutzungseinflüsse auf die C-Bilanz in der Landwirtschaft 5 Winterungen Raps Sommerungen Mais Dauergrünland 5 4 Wiwei Wiger Soger 4 3 3 2 2 1 1-1 -1-2 -2-3 -3-4 NEP =.72 gc m -2 d -1 NEP =.43 gc m -2 d -1 NEP =.17 gc m -2 d -1-4 CO 2 -Bilanz verschiedener Nutzungskategorien des Ackerstandortes und des Grünlandes 11 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
NEP, NBP (gc m -2 d -1 ) C source C sink Nutzungseinflüsse auf die C-Bilanz in der Landwirtschaft Winterungen 24-216 (3 Raps, 3 Winterweizen, 2 Wintergerste) Sommerungen 24-216 (2 Mais, 2 Sommerweizen) 1. 1..5..5. NEP, NBP von Winterungen und Sommerungen des Ackerstandortes (Aussaat Ernte, ohne Brache) -.5 -.5-1. -1. -1.5-1.5-2. -2. -2.5 NEP NBP NEP NBP -2.5 Sommerungen verursachen nach Berücksichtigung von Ernte und org. Düngung durchschnittlich ca. 6 mal mehr CO 2 -Emissionen als die Winterungen 12 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
Veränderung der Ökosystemproduktivität nach Windbruch (Kyrill 27) Nicht gestörter Altfichtenbestand Eichenpflanzung auf der Fläche eines ehemaligen Altfichtenbestandes drei Jahre nach Kyrill (4 ha) Annahme das gestörte Ökosystem hätte sich ohne Windbruch wie das ungestörte Ökosystem verhalten 13 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
1.1.21 1.1.211 1.1.212 1.1.213 1.1.214 1.1.215 1.1.216 1.1.217 Veränderung der Ökosystemproduktivität nach Windbruch (Kyrill 27) NEP in tco 2 ha -1 (kumulativ) 15 1 5-5 -1-15 Fichte (125 Jahre) Eichenpflanzung Kyrill + 3 Jahre +17.5 tco 2 NEP (7Jahre) = 231 tco 2 ha -1-16.7 tco 2 15 1 5-5 -1-15 CO 2 - Quelle CO 2 - Senke CO 2 -Senke (NEP) des Altfichtenbestandes und CO 2 - Quelle der Eichenpflanzung sind mit ca. 17 t CO 2 annähernd gleich groß (für den Zeitraum von 3-1 Jahren nach dem Windbruch am Eichenstandort) Dies entspricht im Zeitraum 21 216 einer zusätzlichen CO 2 -Quelle von 231 t CO 2 ha -1 bzw. 33 t CO 2 1 Jahre nach dem Windbruch ist das gestörte Ökosystem noch keine Netto-CO 2 -Senke 16 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer
Fazit Ist eine klimaoptimierte Land- und Forstwirtschaft möglich? Landwirtschaft: Zwischenfruchtanbau zur Verbesserung der Humusbilanz und Erhöhung der CO 2 -Senke, aber Auswirkung auf die Wasserbilanz bislang unklar. Landwirtschaft: Anpassung von Fruchtfolgen und der Bodenbearbeitung zur Optimierung der CO 2 -Senke und des Düngemitteleinsatzes (potentielle N 2 O-Emissionen). Forstwirtschaft: Verbesserte Stabilität von forstlichen Ökosystemen durch standortsgerechten Waldumbau mit Artenvielfalt (verringerte Sturm-, Waldbrand- und Insektenanfälligkeit) Klimawandel: gut verstandene Systeme können gut modelliert und die Auswirkungen des KW auf den C-Haushalt anhand von Szenarien betrachtet werden. Aber immer gesamte Rotation, mit Störungen, Import/Export und der Lebenszeit von Produkten berücksichtigen! 17 l ICOS-D Wissenschaftliche Versammlung 217 l Christian Bernhofer