Stickstoffmineralisation in Böden stadtnaher Randgebiete Pekings mit Intensiv-Tierhaltung

Die Intensivierung der Landwirtschaft in China führt zu massiven Umweltproblemen. Auf der einen Seite werden durch gebietsweise hohe Viehbesatzdichten (durchschnittlich 15 GVE ha-1 im landwirtschaftlichen Bezirk Shunyi der Stadt Peking) mehr organische Abfälle produziert als auf die landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht werden können. Auf der anderen Seite nimmt der Einsatz mineralischer (insbes. Stickstoff-(N))Dünger zu, was zusammen mit den organischen Düngern zu einer drastischen Überdüngung der Ackerböden führt. Zur Bestimmung der N-Mineralisation wurde ein aerober Langzeitversuch im Labor sowie ein Mineralisationsversuch in situ durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Mineralisation in dem untersuchten Gebiet relativ niedrig ist mit hoher Variabilität in Bezug auf die Düngungsunterschiede aufgrund von häufigem Wechseln der Farmer und damit der Düngungsstrategien

Strategien zur Verbesserung der Nährstoffsituation in den stadtnahen Randgebieten Beijings mit Intensiv-Tierhaltung

In den Jahren 2009 bis 2011 wurden auf 26 landwirtschaftlichen Schlägen in den Bezirken Shunyi und Huairou der Stadt Beijing die Gehalte an organischem Kohlenstoff (Corg), Gesamtstickstoff (Ntot), mineralischem N (Nmin, = NO3--N + NH4+-N), verfügbarem Phosphor (P), verfügbarem Kalium (K), Gesamtschwefel (Stot), Sulfat (SO4 2-), CaCO3 sowie die pH-Werte bestimmt und mit Bodengehalten von 1981 verglichen. Auf Basis der Befragungen von Landwirten wurden schlagbasierte Nährstoffbilanzen erstellt. Schließlich wurden für die fünf Haupt-Anbausysteme aktualisierte Düngeempfehlungen ausgearbeitet

Reducing irrigation water supply to accomplish the goal of designing sustainable cropping systems in the North China plain

An International Research Training Group (IRTG) of the University of Hohenheim and the China Agricultural University, entitled ?Modeling Material Flows and Production Systems for Sustainable Resource Use in the North China Plain? was launched in 2004. The major hypothesis was ?that adjustments in cropping systems and management practices provided potential for sustainable resource protection on a high yield level?. The research program was conducted in one of the most important economic and agricultural regions in China, the North China Plain (NCP). The NCP is one of the major maize (Zea mays L.) and wheat (Triticum aestivum L.) growing areas. A literature review indicated that over the last two decades yields for wheat and maize increased by more than 20%, which had mainly been achieved by augmenting the amount of irrigation water and fertilizer. Besides the positive effects on yield an increasing amount of these input factors leads to many environmental problems. Field experiments were carried out to compare different cropping systems. Currently, the double cropping of winter wheat and summer maize is the common cultivation system in the NCP. It consists of growing two crops mostly winter wheat and summer maize in one year. The winter wheat production depends on a supplemental irrigation, because rainfall is concentrated in the summer months during the maize growing season. An alternative to the intensive double cropping system could be the single cultivation of spring maize. Relative less irrigation water is required for spring maize production, because the rainy season coincides with the main part of the maize growing season. Due to the longer growing season spring maize normally realises higher yields in comparison to summer maize. However, the total yield of a double copping system of wheat and maize is higher. The evaluated system three harvests in two years (winter wheat and summer maize in the first year followed by spring maize in the second year) forms a balance between the double cropping system and the single cropping of spring maize. Due to the fact that three crops are grown in two years total yield is higher in comparison to single cropping of spring maize (two harvests in two years) but lower in comparison to the traditional double cropping system (four harvests in two years). However the lower cropping index in contrast to the double cropping of wheat and maize results in a lower demand of the input factors irrigation water and N-fertilizer whereas in comparison to the single cropping of spring maize a higher amount of input factor is required. Besides the conduction of field experiments for the collection of empirical datasets, the CERES-Maize and CERES-Wheat models were used to quantify the effects of different irrigation management practices on crop growth, productivity and sustainability of agricultural production. Results indicated that there is a considerable potential for reducing the irrigation amount for winter wheat. However, the results also showed that a supplemental irrigation at critical growth stages seems to be essential to maintain high yields and to ensure an adequate gross margin. In a more complex approach the CERES-Maize model was used to simulate the yield of summer maize and spring maize across the NCP. The spatial and temporal climate variability was taken into account by using up to 30 years of weather data from 14 meteorological stations. The simulated results were linked to a Geographic Information System (GIS). Results indicated that the yield distinction between summer maize and spring maize was partially very low as a result of water shortage at flowering stage. A delay in sowing and the use of adapted cultivars with a later flowering date could help to increase spring maize yields. Summarizing, the results of this study indicate that water is one of the most limiting factors for crop production in the NCP. Further, the reduction of total water consumption will become more and more important with water becoming increasingly scarce and thus costly. Consequently agriculture has to undergo and is already undergoing dramatic changes. The results of this study indicated that there are several possibilities optimize cropping systems in the NCP, focussing on a more sustainable use of water while maintaining high yields. In this context, crop models are valuable tools for e.g. irrigation planning or evaluating different cropping designs in the NCP.Die vorliegende Dissertation wurde im Rahmen der International Research Training Group ?Modeling Material Flows and Production Systems for Sustainable Resource Use in the North China Plain? erstellt. Die Untersuchungen wurden in der NCP, einer der wichtigsten Wirtschafts- und Agrarregionen Chinas, durchgeführt. Winterweizen und Sommermais sind die am häufigsten angebauten Kulturen. Beide werden in einer einjährigen Rotation, einem so genannten Double Cropping System angebaut. Während der letzten beiden Jahrzehnte stiegen die Erträge für Weizen und Mais um über 20 % an, was vor allem durch eine Ausdehnung der Bewässerung, sowie der Düngung ermöglicht wurde. Neben einem Ertragsanstieg führte der gesteigert Produktionsmitteleinsatz jedoch auch zu vielen Umweltproblemen. Feldversuche wurden angelegt um verschiedene Anbausysteme zu vergleichen. Gegenwärtig ist das Double Cropping von Winterweizen und Sommermais das am häufigsten praktizierte Anbausystem in der NCP, wobei beide Kulturen im gleichen Jahr angebaut werden. Die Winterweizenaussaat erfolgt Mitte Oktober, die Ernte Mitte Juni. Anschließend erfolgt direkt die Aussaat von Sommermais, der Anfang Oktober geerntet wird. Aufgrund der Niederschlagskonzentration in den Sommermonaten, während der Maisvegetation, ist eine ergänzende Bewässerung zu Winterweizen erforderlich. Eine Alternative zu dem intensiven Double Cropping System könnte der alleinige Anbau von Frühjahrsmais sein. Die Frühjahrsmaisaussaat erfolgt Mitte April, die Ernte Ende September. Die restliche Zeit des Jahrs liegt das Feld brach. Der überwiegende Teil der Maisvegetationsperiode fällt mit der Regenzeit zusammen. Daher ist relativ wenig Bewässerungswasser für den Anbau von Frühjahrsmais erforderlich. Aufgrund der längeren Vegetationsperiode erzielt Frühjahrsmais im Vergleich zu Sommermais meist höhere Erträge. Dennoch ist der Gesamtertrag beim Double Cropping von Weizen und Mais höher. Einen Kompromiss zwischen dem Double Cropping System und dem alleinigen Anbau von Frühjahrsmais bildet das System drei Ernten in zwei Jahren. Im ersten Jahr wird das Double Cropping System praktiziert wobei Winterweizen von Oktober bis Juni, gefolgt von Sommermais von Juni bis September angebaut wird. Anschließend folgt eine Brache. Frühjahrsmais wird im zweiten Jahr im Zeitraum April bis September angebaut, bevor die Rotation wieder mit Winterweizen startet. Da drei Kulturen in zwei Jahren angebaut werden, ist der Gesamtertrag im Vergleich zum alleinigen Anbau von Frühjahrsmais (zwei Ernten in zwei Jahren) höher, im Vergleich zum traditionellen Double Cropping System (vier Ernten in zwei Jahren) jedoch geringer. Der niedrigere Anbauindex, im Vergleich zum Double Cropping von Weizen und Mais, führt jedoch auch zu einem geringern Bedarf an Bewässerungswasser und N Dünger. Im Vergleich zum alleinigen Anbau von Frühjahrsmais ist dennoch ein höherer Produktionsmitteleinsatz erforderlich. Neben den Feldversuchen wurden die Modelle CERES-Maize und CERES-Wheat zur Bewertung verschiedener Bewässerungsmanagementpraktiken und deren Auswirkung auf das Pflanzenwachstum, sowie die Produktivität und Nachhaltigkeit der landwirtschaftlichen Produktion verwendet. Die Ergebnisse zeigten ein beträchtliches Einsparungspotenzial an Bewässerungswasser. Daneben zeigten die Ergebnisse jedoch auch, dass für den Erhalt hoher Erträge sowie die Erzielung ausreichender Deckungsbeiträge eine ergänzende Bewässerung zu kritischen Wachstumsstadien erforderlich ist. In einem umfassenderen Ansatz wurde das Model CERES-Maize zur Simulation des Ertragspotenzials von Sommer- und Frühjahrsmais über die gesamte NCP genutzt. Die räumliche und zeitliche Variabilität des Klimas wurde durch die Verwendung von bis zu 30 Jahren an Wetterdaten von 14 Wetterstationen berücksichtigt. Die Ergebnisse wurden in einem GIS verknüpft. Aufgrund von Wassermangel während der Blüte waren die Ertragsunterschiede zwischen Sommer- und Frühjahrsmais lokal sehr gering. Eine Erhöhung der Frühjahrsmaiserträge konnte durch eine spätere Aussaat sowie durch die Verwendung spät blühender Sorten erreicht werden. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Studie, dass Wasser eines der am stärksten limitierenden Faktoren für die Pflanzenproduktion in der NCP ist. Mit einer zunehmenden Verknappung sowie steigenden Wertschätzung des Wassers wird eine Reduzierung des Verbrauchs immer wichtiger. Daher sind und werden noch weitere tief greifende Änderungen in der Landwirtschaft erfolgen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten jedoch auch, dass verschiedenste Möglichkeiten vorhanden sind, bei gleich bleibend hohen Erträgen die Anbausysteme in der NCP hinsichtlich ihres Wassereinsatzes nachhaltiger zu gestalten. Pflanzenwachstumsmodelle stellen diesbezüglich ein nützliches Instrument dar z.B. für die Planung der Bewässerung oder die Bewertung verschiedener Anbausysteme

Agrarstruktur in Ghandruk und Umgebung : Schwerpunkt Ackerbau und Hausgärten

Immunity to human influenza A virus (IAV) infection is only partially understood. Broadly non-neutralizing antibodies may assist in reducing disease but have not been well characterized.We measured internalization of opsonized, influenza protein-coated fluorescent beads and live IAV into a monocytic cell line to study antibody-dependent phagocytosis (ADP) against multiple influenza hemagglutinin (HA) subtypes. We analyzed influenza HA-specific ADP in healthy human donors, in preparations of intravenous immunoglobulin (IVIG), and following IAV infection of humans and macaques.We found that both sera from healthy adults and IVIG preparations had broad ADP to multiple seasonal HA proteins and weak cross-reactive ADP to non-circulating HA proteins. The ADP in experimentally influenza-infected macaque plasma and naturally influenza-infected human sera mediated phagocytosis of both homologous and heterologous IAVs. Further, the IAV phagocytosed in an antibody-mediated manner had reduced infectivity in vitro.We conclude that IAV infections in humans and macaques leads to the development of influenza-specific ADP that can clear IAV infection in vitro. Repeated exposure of humans to multiple IAV infections likely leads to the development of ADP that is cross-reactive to strains not previously encountered. Further analyses of the protective capacity of broadly reactive influenza-specific ADP is warranted

Hochwasserschutz an der Mulde - Vorbeugender Hochwasserschutz durch Wasserrückhalt in der Fläche unter besonderer Berücksichtigung naturschutzfachlicher Aspekte am Beispiel des Flusseinzugsgebietes der Mulde in Sachsen

Ziele für das vorliegende Projekt: - Entwicklung einer auf beliebige Einzugsgebiete übertragbaren Methodik, das Wasserrückhaltepotenzial flächendeckend zu ermitteln und Karten oder Pläne für die Ausweisung von potenziellen Hochwasserminderungsgebieten herzustellen, - Identifizierung von Synergieeffekten zwischen den Zielen und Maßnahmen des vorbeugenden Hochwasserschutzes und des Naturschutzes, - Entwicklung je eines Katalogs von multifunktionalen Hochwasserschutzmaßnahmen - dargestellt in sogenannten »Maßnahmen-Steckbriefen« - für die Bereiche Siedlungswasserwirtschaft und Landwirtschaft, - Softwarebezogene Verknüpfung eines vorhandenen Entscheidungshilfesystems mit den GIS-technisch aufbereiteten Daten des Muldeeinzugsgebietes und Aufstellen eines Regelwerks zur Definition geeigneter Maßnahmen, - Erstellung einer »Maßnahmenkarte« für den Bereich Siedlungswasserwirtschaft zur Beantwortung der Frage, welche Maßnahme an welchem Ort möglich und sinnvoll ist, - Erstellung von einzugsgebietsweiten »Fachplanerkarten« für den Bereich Landwirtschaft zur Beantwortung der Frage wo eine bestimmte Maßnahme möglich und sinnvoll ist, - Handlungsempfehlungen und beispielhafte Anwendungen naturschutzfachlicher Maßnahmen, - Beispielhafte Berechnung der Auswirkungen angenommener Umsetzungsszenarien im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft und der Landwirtschaft auf den Hochwasserabfluss im Muldegebiet, - Erarbeitung einer Handlungsstrategie zur Umsetzung der vorgeschlagen Ziele und Maßnahmen (Umsetzungsinstrumente, Integration in die räumliche Planung), - Ökonomische Bewertung der vorgeschlagenen Ziele und Maßnahmen, unterteilt nach den Bereichen Siedlungswasserwirtschaft und Landwirtschaft, - Bewertung der derzeitigen Fördermöglichkeiten im Bereich der Landwirtschaft und Erarbeitung von Verbesserungsvorschlägen, - Zusammenfassende Bewertung flächenbezogener Maßnahmen zur Erhöhung des Wasserrückhalts bei Hochwasserereignissen und Ausblick auf weitergehende Untersuchungen

Real-time in situ measurements of trace gases from agriculturally cultivated soils by means of laser spectroscopic techniques

Two devices to study the exchange of climate relevant trace gases between arable cultivated soils and the atmosphere in the North China Plain are presented in this thesis. They are based on Tunable Diode Laser Photoacoustic Spectroscopy (TDL-PAS). These devices are capable of real-time in situ detection of trace gases. For methane a detection limit of 85 ppb and for ammonia of 111 ppb was achieved, respectively. For the field campaign at the experimental field Dongbeiwang (DBW) in Beijing it was necessary to optimize the instruments due to the harsh conditions in China, e.g. high variation in temperature, high humidity and particulate matter emissions. This included accurate thermally stabilization of the system as well as long-term stability of the laser diode and the possibility of unattended operation over a period of several days. These prerequisites were fulfilled and evaluated in Germany before the devices were brought to China for the field campaign in the years 2006 and 2007. Additionally, mobile closed chambers for the trace gas exchange measurements were designed in Germany. They consisted of two parts: One frame installed permanently in the soil, therein agricultural crops could be planted, and a hood placed on it during the measurement and removed afterwards again. Altogether seven frames made from stainless steel were constructed by a company located in Beijing. Three hoods of different heights (250, 500 and 1000 mm) were made from 8 mm colorless Plexiglas and were built by a German company. The innovation of this design was the possibility to insert up to eight cooling packs that cooled down the enclosed air in the chambers by mixing it via two fans. By comparing measurements with and without applying cooling packs it was shown that the temperature difference between both situations was increasing up to 10 K. According to ambient air temperature measurements the test also showed that by applying cooling packs the temperature of the enclosed air could be adapted close to ambient conditions. After installation of the closed chambers in DBW a test checking the gas tightness had to be performed. With this test leakages of the frames, hoods and tubes should be discovered. This was done by injection of 2 ml ethane into the closed chambers and studying the concentration decrease within one hour of closure time. For this test the permanently installed gas chromatograph in the measurement container in DBW was used, connected by Teflon tubes to the closed chambers. All closed chambers showed leakages lower than 10% and therefore could be considered as tight. For methane measurements the chambers were operated in the dynamic mode, so the air inside of the chamber was circulated through the TDL-PA system and pumped back into the chamber. The increase or decrease in methane concentration with time was determined and flux rates were calculated. The obtained data confirmed that the soil in DBW, a Calcaric Cambisol according to FAO classification, could be considered as a methane sink. The exchange rate ranged from ?0.17 to ?3.33 mg CH4-C m-² d-¹ for winter wheat and from ?0.68 to ?2.07 mg CH4-C m-²; d-¹ for bare soil. For summer maize the exchange rate was slightly lower and ranged from ?0.51 to ?1.0 mg CH4-C m-² d-¹ and from ?0.53 to ?1.14 mg CH4-C m-² d-¹ for the control plot. Due to the fact that elevated methane concentrations at daybreak were detected during the exchange measurements at the plots planted with winter wheat as well as at the control plot a diurnal variation in methane concentration was assumed. To verify and quantify this diurnal variation in methane concentration at DBW, one plot was selected for a 24 hour measurement campaign. During this measurement campaign ambient air methane concentrations of up to 22 ppm were observed during nighttime, which was elevenfold the normal concentration. Because the previous exchange measurements revealed that methane was not emitted by the soil it must originated from somewhere else. After the 24 hour measurement campaign the ambient air methane concentrations in DBW as well as at other places in the vicinity of DBW were studied to detect the source of the methane emissions. For that purpose an ultrasonic anemometer for wind direction and wind speed measurement was combined with the TDL-PA system. A diurnal variation with maximum methane concentrations of about 40 ppm during nighttime and early morning and minimum concentrations of about 1.4 ppm during the afternoon were detected in DBW. Research conducted at the campus of the CAU, 3.2 km south of DBW, showed a similar pattern. These results confirmed the urban heat island effect where stable atmospheric layering dominates during the night and a mixing layer dominates during daytime. According to literature the height of this atmospheric boundary layer in Beijing in autumn was of 1 km thickness during daytime and of 200 ? 400 m during nighttime. Moreover the high methane concentrations in the night verified the assumption of a methane emission source in the vicinity of DBW and the CAU. The search for a potential emission source revealed a landfill approximately 6 km north-west of the CAU as well as 5.5 km west of DBW. Measurements conducted at the landfill site itself showed a diurnal methane emission pattern as well, with maximum concentrations up to 450 ppm during nighttime and minimum concentrations of about 10 ppm during daytime.Zwei Messgeräte, zur Untersuchung des klimarelevanten Treibhausgasaustauschs zwischen landwirtschaftlich genutzten Böden und der Atmosphäre in der Nordchinesischen Tiefebene, werden in dieser Arbeit präsentiert. Sie basieren auf dem Prinzip der photoakustischen Spektroskopie mithilfe von Diodenlasern (Tunable Diode Laser Photoacoustic Spectroscopy, TDL-PAS). Die Geräte sind für in situ Echtzeitmessungen von Spurengasen geeignet. Nachweisgrenzen bei Methan von 85 ppb und bei Ammoniak von 111 ppb wurden erzielt. Für die Messkampagne auf dem Versuchsfeld Dongbeiwang (DBW) in Peking war es notwendig die Instrumente an die rauen Umweltbedingungen in China, wie zum Beispiel starke Temperaturschwankungen, hohe Luftfeuchtigkeit sowie große Feinstaubemissionen anzupassen. Dafür waren eine präzise Temperaturstabilisierung des Systems sowie eine Langzeitstabilität der verwendeten Laserdiode nötig. Ferner sollte die Möglichkeit eines mehrtägigen unbeaufsichtigten Betriebs gegeben sein. Nachdem diese Voraussetzungen in Deutschland erfüllt und verifiziert wurden, erfolgte der Transport der Geräte nach China. Im Rahmen einer Messkampagne in den Jahren 2006 und 2007 wurden in Peking Daten über den Spurengasaustausch erhoben. Des Weiteren sind in Deutschland mobile, geschlossene Kammern für die Spurengasmessungen entwickelt worden. Sie bestanden aus zwei Teilen: einem im Boden installierten Rahmen aus rostfreiem Edelstahl, in den verschiedene Ackerfrüchte gepflanzt werden konnten, sowie einer Plexiglashaube, die für einen definierten Zeitraum, gewöhnlich für 60 Minuten, auf dem Rahmen mittels Kistenschlössern befestigt und anschließend wieder entfernt wurde. Insgesamt wurden sieben Rahmen in China gebaut und in DBW installiert. Drei Hauben unterschiedlicher Höhe (250, 500 und 1000 mm) wurden aus 8 mm dickem, farblosem Plexiglas in Deutschland gebaut und ebenfalls nach China transportiert. Die Innovation dieser Messkammern bestand aus der Möglichkeit, bis zu acht Kühlakkus im Rahmen zu befestigen, um den Temperaturanstieg der eingeschlossenen Luft zu minimieren. Zu diesem Zweck wurden zwei Ventilatoren verwendet, die für eine gleichmäßige Durchmischung der eingeschlossenen Luft sorgten. Vergleichsmessungen ergaben eine Reduktion des Temperaturanstiegs um bis zu 10 K bei Einsatz der Kühlakkus. Außerdem konnte die Temperatur der eingeschlossenen Luft mit Hilfe der Kühlakkus auf nahezu Umgebungstemperatur stabilisiert werden. Für die Methanmessungen wurde die dynamische Kammermethode angewandt, wobei die Methankonzentration in der geschlossenen Kammer kontinuierlich bestimmt wurde, indem das Gas mittels einer Pumpe aus der Haube heraus und durch das Messsystem im Umluftverfahren gepumpt wurde. Aus der Zu- oder Abnahme der Methankonzentration während der Kammerschließzeit konnten Austauschraten berechnet werden. Die ermittelten Daten ergaben, dass es sich bei dem Boden in DBW, einem ?Calcaric Cambisol? nach FAO Klassifikation, um eine Methansenke handelte. Die Austauschraten lagen zwischen ?0,17 und ?3,33 mg CH4-C m-² d-¹ bei Winterweizen und zwischen ?0,68 und ?2,07 mg CH4-C m-² d-¹ bei unbedecktem Boden. Die Austauschraten bei Sommermais waren etwas geringer und lagen zwischen ?0,51 und ?1,0 mg CH4-C m-² d-¹ sowie zwischen ?0,53 und ?1,14 mg CH4-C m-² d-¹ für die Kontrollfläche. Während der Austauschmessungen wurden sowohl bei Winterweizen als auch bei der Kontrollfläche morgens erhöhte Methankonzentrationen gemessen. Deshalb wurde von einem Tagesgang der Methankonzentration ausgegangen, der während einer 24-Stunden-Messung in DBW untersucht wurde. Im Verlauf dieser Messung konnten nachts Methankonzentrationen in der Umgebungsluft von bis zu 22 ppm, dem elffachen der normalen Konzentration, nachgewiesen werden. Da während der vorangegangenen Messungen in DBW keine Methanemissionen aus dem Boden auftraten, wurde angenommen, dass das Methan aus einer anderen Quelle stammte. Nach diesem Ergebnis wurden Messungen der Umgebungskonzentration von Methan an anderen Orten in der Nähe von DBW durchgeführt, um die Methanquelle zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurde ein Ultraschallanemometer zur Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitsmessung mit dem TDL-PA System gekoppelt. So konnte während einer mehrtägigen Messung in DBW ein Methantagesgang mit nächtlichen Maximumkonzentrationen von bis zu 40 ppm und nachmittäglichen Minimumkonzentrationen von 1,4 ppm verifiziert werden. Eine Mehrtagesmessung auf dem Campus der CAU, 3,2 km südlich von DBW, lieferte ein ähnliches Resultat. Dies deutete auf einen Tagesgang der atmosphärischen Grenzschicht durch den Einfluss der städtischen Wärmeinsel hin. Nachts entsteht durch Temperaturinversion eine statisch stabile Luftschicht, die sich nach Sonnenaufgang durch turbulente Wärmetransporte von der Unterlage erwärmt und anschließend auflöst. Tagsüber entsteht eine Schicht mit guter Durchmischung, die sogenannte Mischungsschicht. Die Höhe dieser atmosphärischen Grenzschicht wurde für den Herbst in Peking von Zhang berechnet. Es zeigten sich Höhen von 1 km tagsüber und 200 ? 400 m nachts. Durch die erhöhten nächtlichen Methankonzentrationen sowohl in DBW als auch an der CAU konnte belegt werden, dass sich eine Methanquelle in der näheren Umgebung der Messorte befinden musste. Eine Mülldeponie etwa 5,5 km westlich von DBW und 6 km nordwestlich der CAU konnte als Methanquelle identifiziert werden. Messungen auf der Deponie ergaben ebenfalls einen Tagesgang der Methankonzentrationen mit maximalen Emissionen von bis zu 450 ppm während der Nacht und Minimumkonzentration von 10 ppm tagsüber

Fertigen einer Broschüre zum Anbau von Gemengen für die Praxis des Pflanzenbaus im ökologischen Landbau

Ziel dieses Projektes war die Fertigung einer Broschüre zum Anbau von Gemengen für die Praxis des ökologischen Landbaus auf Grundlage einer Literaturauswertung und der eigenen Forschungsergebnisse der Arbeitsgruppe am Instituts für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung. Darüber hinaus wurden 23 in der Beratung des ökologischen Landbaus tätigen Personen befragt, um das Wissen aus der Forschung zu ergänzen und eine praxisnahe Broschüre erstellen zu können. In der Broschüre werden ackerbaulich genutzte Gemenge angesprochen, wie z.B. Kleegrasgemenge oder Körnerfruchtgemenge aus Erbse, Hafer und / oder Sommergerste. In einem allgemeinen Teil werden die Vorteile und Beson-derheiten des Gemengeanbaus erläutert, wie z.B. die Erzielung eines Mehrertrag des Gemenges gegenüber den Reinsaaten oder die Abwehr von Krankheiten oder Schädlingen im Gemenge. Im speziellen Teil der Broschüre werden konkrete Anleitungen zum praktischen Anbau einzelner Gemengekombi-nationen gegeben. Hier sind z.B. Empfehlungen zur Aussaat, Bestandespflege und Ernte sowie einige Anbautelegramme zu finden. Unsicherheiten gibt es derzeit noch im Bereich der Aussaattechnik, wie zur Höhe der Aussaatstärke oder zur Kombinationseignung verschiedener Arten oder Sorten, insbesondere für die Bedingungen des ökologischen Landbaus und bei den Körnerfruchtgemengen. Weiterhin liegen Forschungsdefizite bei der Erntetechnik, der ökonomischen Bewertung der Gemenge sowie der Fruchtfolgewirkung bzgl. der Übertragung von Krankheiten und Schädlingen. Das Projekt konnte deutlich zeigen, dass gegenwärtig Forschungsergebnisse nur unzureichend Eingang in die Praxis finden. Die hohe Nachfrage zur Broschüre mit Beginn der Werbemaßnahmen lässt darauf schließen, dass die Broschüre hier einen Beitrag zur Kommunikation zwischen Forschung und Praxis leisten kann

Environmental and economic assessment of the intensive wheat - maize production system in the North China Plain

To ensure food security for its vast population input intensification in crop production has been one of Chinas major strategies in the last decades. However, the negative environmental impact of the highly intensive crop production becomes apparent. Especially the emission of greenhouse gases (GHG) constitutes a major sustainability issue of crop production in China. The winter wheat - summer maize (WW-SM) double cropping system plays a crucial role for Chinas national food security. Strong research efforts mainly focusing on field experiments insufficiently consider the economic viability of the proposed improvement strategies and farmersactual crop management. Therefore this study aims to fill this void by assessing farmersactual crop management in the WW-SM production system, with regard to its environmental and economic performance to derive suitable improvement strategies for more sustainable crop production in the North China Plain (NCP). This cumulative PhD thesis consists of three papers published or accepted with revisions in international peer-reviewed journals. A field survey conducted in 2011 interviewing 65 WW-SM producing farm households constitutes the core data base for the thesisanalysis. The data was supplemented by expert interviews and specific secondary data. Partial life cycle analysis and economic assessment were conducted, comprising GHG emission, product carbon footprint (PCF), gross margin (GM), variable cost per unit product and life cycle costing (LCC) as key environmental and economic indicators, respectively. The first article describes the status quo of single farm environmental and economic performance of 65 WW-SM producers. The results revealed a huge heterogeneity among farms. Astonishingly no trade-off between productivity and sustainability could be identified in the region. Building on cluster analysis, with farms grouped according to their economic and environmental performance into poor, fair and good producers, the regional GHG mitigation potential was estimated. Under the scenario assumption that all grain in the NCP is produced under good production conditions, 21% and 7% of GHG could be mitigated in wheat and maize production, respectively. To be able to address the existing heterogeneity and develop strategies towards attaining GHG mitigation in practice, the second article aimed at assessing the factors determining farmers current environmental and economic performance. Using stepwise multiple linear regression (SMLR) it was revealed that nitrogen (N) input and electricity for irrigation were responsible for 0.787 and 0.802 of variability (adjusted R2) in the GHG emission results of the WW and SM production, respectively. Electricity for irrigation and labor were the most significant factors explaining the differences in LCC of WW and SM production, with an adjusted coefficient of determination (adjusted R2) of 0.397 and 0.29. This finding indicates that N input, electricity for irrigation and labor are key target areas for lowering GHG emissions and production costs of the WW-SM production system in the NCP. As revealed in the second article overuse of N fertilizer, which actually constitutes a major current issue in China, offers great potential for reducing GHG emissions and production costs in the WW-SM production system. Therefore in the third article three simple and easily to apply N fertilizer recommendation strategies are tested, which could be implemented on large scale through the existing agricultural advisory system of China, at comparatively low cost. Building on the household dataset, the effects of the three N strategies under constant and changing yield levels on PCF and GM were determined for every individual farm household. The N fixed rate strategy realized the highest improvement potential in PCF and GM in WW; while the N coefficient strategy performed best in SM. The analysis furthermore revealed that improved N management has a significant positive effect on PCF, but only a marginal and insignificant effect on GM. On the other side, a potential 10 % yield loss would have only a marginal effect on PCF, but a detrimental effect on farmersincome. It will be of vital importance to avoid any yield reductions and respective severe financial losses, when promoting and implementing advanced fertilization strategies. Therefore, it is furthermore recommended to increase the price of fertilizer, improve the agricultural extensions system, and recognize farmers fertilizer related decision-making processes as key research areas. The presented thesis gives valuable contributions to the development of environmentally and economically more sustainable crop production systems in the NCP. The thesis concludes that an adjustment in the agricultural advisory system is required, supported by more interdisciplinary research, which is able to address the inherent complexity of realizing more sustainable crop production in China.In seinen Anstrengungen Ernährungssicherheit für seine riesige Bevölkerung zu gewährleisten, stellt die Intensivierung der Pflanzenproduktion Chinas wichtigste Strategie dar. Jedoch treten in den letzten Jahren vermehrt die negativen Umweltwirkungen der hochintensiven Pflanzenproduktion zu Tage. Emission von Treibhausgasen (THG) und der entsprechende Beitrag zur globalen Erwärmung sind besonders ein großes Nachhaltigkeitsproblem der Pflanzenproduktion in China. Als wichtigstes Anbausystem in Nordchina spielt das Winterweizen - Sommermais - Doppelanbausystem eine wichtige Rolle für Chinas Ernährungssicherheit. Die Agrarforschung konzentriert sich auf Feldversuchsbasierte Ansätze. Daher zielt die vorliegende Studie darauf ab, diese Lücke durch die Evaluierung des tatsächlichen ackerbaulichen Managements der Landwirte im WW-SM Produktionssystem zu schließen. Durch die ökologische und ökonomische Bewertung des Systems können passende Verbesserungsstrategien für eine nachhaltigere Pflanzenproduktion in China entwickelt werden, mit besonderem Fokus auf THG Vermeidung in der nordchinesischen Tiefebene (NCT). Diese kumulative Dissertation besteht aus drei Artikeln, die in internationalen peer-reviewed Zeitschriften veröffentlicht oder mit Revision zur Veröffentlichung akzeptiert sind. Eine 2011 durchgeführte Feldstudie bei der 65 WW-SM produzierende landwirtschaftliche Betriebe befragt wurden stellt die Datengrundlage dieser Thesis. Die Daten wurden durch Experteninterviews und spezifische Sekundärdaten ergänzt. Partielle Lebenszyklusanalyse und ökonomische Bewertung wurden durchgeführt, die THG-Emissionen, Produkt-CO2-Fußabdruck (PCF), Deckungsbeitrag (DB), variable Kosten pro Produktionseinheit (VK) und Lebenszykluskosten (LZK) als ökologische und ökonomische Schlüsselindikatoren umfassten. Der erste Artikel beschreibt eine sehr hohe Heterogenität unter den Betrieben. Erstaunlicherweise zeigte sich in der Region nicht der erwartete Zielkonflikt zwischen Produktivität und Nachhaltigkeit; Hochertragsbetreibe emittierten keine erhöhten Mengen an THG pro Hektar im Vergleich zu den Niedrigertragsbetrieben. Aufbauend auf Clusteranalyse, bei der die Betriebe entsprechend ihres ökologischen und ökonomischen Abschneidens nach schwachen, mittleren und guten Betreiben gruppiert wurden, wurde das regionale THG-Vermeidungspotential bewertet. Um die existierende Heterogenität zu adressieren und Treibhausgasvermeidungsstrategien für die Praxis zu entwickeln, zielte der zweite Artikel darauf ab, die Einflussfaktoren des ökonomischen und ökologischen Abschneidens der Landwirte zu eruieren. Während im Durchschnitt 4107 und 3185 kg CO2-äquivalente THG-Emissionen pro Hektar, und LZK von 1176 und 1190 US$ pro Hektar im WW und SM ermittelt wurden, existiert eine gewaltige Streuung unter den Produzenten. Die Ergebnisse zeigt, dass Stickstoffdüngung, Elektrizität für Bewässerung und Arbeitseinsatz die Schlüsselgebiete zur Verringerung der THG-Emissionen und Produktionskosten in der WW und SM Erzeugung in der NCP darstellen. Wie die Analyse des zweiten Artikels gezeigt hat, liegt in der Reduzierung der Stickstoffüberdüngung, die derzeit eines der akutesten Probleme der Pflanzenproduktion in China darstellt, ein sehr großes Potential die THG-Emissionen und Produktionskosten im WW-SM Anbausystem zu reduzieren. Daher werden im dritten Artikel drei klare und einfach anzuwendende N-Düngungsempfehlungsstrategien getestet, die in großem Maßstab durch das existierende landwirtschaftliche Beratungssystem Chinas zu geringen Kosten implementiert werden könnten. Aufbauend auf dem detaillierten Pflanzenproduktions-datensatz der 65 WW-SM produzierenden Betriebe wurde Szenarien-Analyse angewandt. Die Effekte der drei N-Strategien auf PCF und DB wurden unter konstantem und sich verändernden Ertragsniveau unter den Produktionsbedingungen jedes individuellen Haushalts bestimmt. Die N fixierte Rate Strategie erzielte das höchste Verbesserungspotential im PCF und DB im WW; hingegen erzielte die N Koeffizienten Strategie die besten Ergebnisse im SM. Die Analyse hat desweiteren gezeigt, dass ein verbessertes N Management ein signifikant positiven Effekt auf PCF hat, jedoch nur einen marginalen und insignifikanten Effekt auf DB. Auf der anderen Seite hätte ein potentieller Ertragsverlust um 10% nur einen marginalen Effekt auf den PCF, jedoch einen sehr nachteiligen Effekt auf das Einkommen der Landwirte. Die vorliegende Thesis bietet wichtige Beiträge zur Entwicklung ökologisch und ökonomisch nachhaltigerer Pflanzenproduktionssysteme in der NCT. Die aufeinander aufbauenden Analysen der drei Artikel zeigt klar, dass eine potentielle Optimierung des ackerbaulichen Managements der Landwirte, dass auf eine Verringerung der Umweltbelastung abzielt, gleichzeitig zu einer ökonomisch vorteilhaften Entwicklung führt