Treibhausgasflüsse induziert durch differenzierte Bodenbearbeitung und Düngung in einer Kleegras – Umbruch – Winterweizen Sequenz unter Biobedingungen

Reduced tillage is technically a challenging task in organic arable farming due to weeds but also concerning the destruction of grass-clover leys. It changes the stratification of organic matter within soils which might lead to more compacted, less aerated soils and thus to higher greenhouse gas emissions. There are hardly any data existing assessing organic reduced tillage systems. Nitrous oxide and methane fluxes were therefore monitored in a two-year period including a grass-clover ley, its destruction and winter wheat. Results are presented

Impact of reduced tillage on greenhouse gas emissions and soil carbon stocks in an organic grass-clover ley - winter wheat cropping sequence

Organic reduced tillage aims to combine the environmental benefits of organic farming and conservation tillage to increase sustainability and soil quality. In temperate climates, there is currently no knowledge about its impact on greenhouse gas emissions and only little information about soil organic carbon (SOC) stocks in these management systems. We therefore monitored nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) fluxes besides SOC stocks for two years in a grass-clover ley – winter wheat – cover crop sequence. The monitoring was undertaken in an organically managed long-term tillage trial on a clay rich soil in Switzerland. Reduced tillage (RT) was compared with ploughing (conventional tillage, CT) in interaction with two fertilisation systems, cattle slurry alone (SL) versus cattle manure compost and slurry (MC). Median N2O and CH4 flux rates were 13 μg N2O-N m−2 h−1 and −2 μg CH4C m−2 h−1, respectively, with no treatment effects. N2O fluxes correlated positively with nitrate contents, soil temperature, water filled pore space and dissolved organic carbon and negatively with ammonium contents in soil. Pulse emissions after tillage operations and slurry application dominated cumulative gas emissions. N2O emissions after tillage operations correlated with SOC contents and collinearly to microbial biomass. There was no tillage system impact on cumulative N2O emissions in the grass-clover (0.8–0.9 kg N2O-N ha−1, 369 days) and winter wheat (2.1–3.0 kg N2O-N ha−1, 296 days) cropping seasons, with a tendency towards higher emissions in MC than SL in winter wheat. Including a tillage induced peak after wheat harvest, a full two year data set showed increased cumulative N2O emissions in RT than CT and in MC than SL. There was no clear treatment influence on cumulative CH4 uptake. Topsoil SOC accumulation (0–0.1 m) was still ongoing. SOC stocks were more stratified in RT than CT and in MC than SL. Total SOC stocks (0–0.5 m) were higher in RT than CT in SL and similar in MC. Maximum relative SOC stock difference accounted for +8.1 Mg C ha−1 in RT-MC compared to CT-SL after 13 years which dominated over the relative increase in greenhouse gas emissions. Under these site conditions, organic reduced tillage and manure compost application seems to be a viable greenhouse gas mitigation strategy as long as SOC is sequestered

N2O-Freisetzung zweier Ackerflächen mit unterschiedlichen Ertragserwartungen nach Einarbeitung von 15N-markiertem Senf

Auf zwei Teilertragsflächen eines Ackers im Tertiären Hügelland Bayerns wurden Ver¬suchs¬plots eingerichtet, auf denen 15N-angereicherter Senf ausgebracht wurde, als Kontrolle dienten jeweils zwei Plots ohne Senfapplikation. Die N2O-Emissionen aus den Hoch¬ertrags¬plots waren höher als aus den Plots im Niedrigertragsbereich. Dies wurde auf die höheren Wassergehalte des Hochertragsbodens zurückgeführt. Durch die Senfapplikation erhöhte sich die annuelle N2O-Emission um 2,1 (Niedrig-ertrag) bzw. 1,7 kg N2O-N ha-1 (Hoch¬ertrag) auf 4,0 bzw. 4,7 kg N2O-N ha-1 a-1. Bezogen auf den zusätzlich über den Senf eingebrachten N (55 kg N ha-1) berechnen sich daraus Emissionsfaktoren von 3,7 bzw. 3,1%. Im Gegensatz dazu konnte anhand der 15N-Anreicherung der N2O-Emission nach¬gewiesen werden, dass lediglich jeweils 0,16 kg N ha-1 (entsprechend 0,3%) direkt aus dem Senfmaterial stammte. Somit wurde durch die Zugabe von Senf bodeninterner N durch Priming freigesetzt und in N2O umgewandelt

Auswirkung von Düngermenge und Applikation eines Nitrifikationsinhibitors auf die N2O-Emission beim Winterweizenanbau

In einem zweijährigen Feldversuch wurde der Effekt eines Nitrifikationsinhibitors (DMPP) und unterschiedlicher N-Düngermengen auf die N2O-Verluste beim Winterweizenanbau untersucht. Eine DMPP-Applikation konnte sowohl bei trockenen als auch bei feuchten Bedingungen die N2O-Emissionen effektiv reduzieren. Die Abhängigkeit zwischen N-Saldo und annuelle N2O-Freisetzung konnte mittels DMPP auch stark reduziert werden

Reduzierte Bodenbearbeitung im Biolandbau – Klimaaspekte

Die Umstellung vom Pflug auf eine reduzierte Bodenbearbeitung wird als Möglichkeit zur Minderung des Klimawandels im Zusammenhang mit einer erhöhten Humusanreicherung diskutiert. Ob reduzierte Bodenbearbeitungssysteme im biologischen Landbau zu einer erhöhten Lachgas-Entwicklung (N2O) führen, wurde bisher nur wenig beleuchtet. Im Langzeit-Bodenbearbeitungsversuch des FiBL in Frick wurden daher N2O-Emissionen über zwei Jahre hinweg und die Humusvorräte dreizehn Jahre nach Versuchsbeginn bis in eine Tiefe von 50 cm gemessen und mit weiteren mitteleuropäischen Studien verglichen. Die kürzlich publizierte Studie von Krauss et al. (2017) zeigt, dass es bei den N2O-Emissionen in der Weizen- und Kunstwiesenperiode keine Unterschiede zwischen den Bodenbearbeitungsverfahren gab. Einschliesslich einer Gründüngung waren die N2O-Emissionen während des gesamten Beobachtungszeitraums von zwei Jahren im reduzierten Verfahren leicht erhöht. Nach 13 Jahren Versuchszeit wurde in Frick eine Kohlenstoffanreicherung von 7–8 % in der Profiltiefe 0–50 cm im reduzierten System nachgewiesen. Im Schnitt von fünf mitteleuropäischen Studien zur reduzierten Bodenbearbeitung im Biolandbau wurde hingegen nur eine nicht signifikante Kohlenstoffanreicherung von 3 % berechnet. In allen Untersuchungen wurde eine deutliche Humusumverteilung im Bodenprofil beobachtet. Im System mit reduzierter Bodenbearbeitung und organischer Düngung im Biolandbau wird also wie im konventionellen Direktsaatverfahren Humus an der Oberfläche angereichert, die Bodenschutzziele sind damit erreicht. Wurden im Frick-Versuch die N2O-Emissionen mit der Kohlenstoffanreicherung verrechnet, ergab sich gegenüber dem Pflugverfahren im Schnitt eine Kohlenstoff-Sequestrierleistung von 1,8 t CO2-eq. ha–1 a–1 im reduzierten System und damit eine leicht positive Wirkung in Sachen Klimaschutz

Einfluss einer platzierten N-Düngung und eines Nitrifikationshemmstoffs auf die N2O-Freisetzung im Gemüsebau

Es wurden ganzjährige Untersuchungen zum Einfluss eines Nitrifikationshemm-stoffs (NI, DMPP) bzw. einer N-Depot-düngung auf die N2O-Freisetzung aus einer gemüsebaulich genutzten Parabraun¬erde nahe Hohenheim durchgeführt. Als Kontrolle diente eine breitwürfige N-Düngung gleicher Düngerhöhe. In beiden Versuchsjahren konnte die annuelle N2O-Emission gegenüber der Kontrollvariante mittels NI um 40% reduziert werden. Dabei zeigte sich auch ein emissionsmindernder Effekt im Winterhalbjahr. Der Grund dafür ist bisher unklar. Im Gegensatz zum NI-Einsatz konnte die annuelle Emission mit platzierter N-Düngung nicht vermindert werden, obwohl eine Hemmung der Nitrifikation im Düngerdepot aufgrund der hohen NH4+-Konzentration nachgewiesen wurde

Einfluss des Leguminosenanteils und früher Abfuhr des Pflanzenaufwuchses von Greening-Mischungen auf die N2O-Winteremissionen einer Ackerfläche

Seit 2014 gilt für Landwirte mit Betrieben >15 ha, dass 5% der Betriebsfläche als ökologische Vorrangfläche bewirtschaftet werden sollen. Hierfür werden für Ackerland sog. „Greening“-Saatgutmischungen angeboten, welche sich stark in ihrer Zusammensetzung, und damit in ihren Eigenschaften wie z.B. Menge und Zeitpunkt von Nährstoffaufnahme unterscheiden. Bisher gibt es keine Untersuchungen zum Einfluss solcher Greening-Mischungen und deren Management auf die Freisetzung des klimarelevanten Spurengases N2O. Hauptziel des Feldversuches war deshalb die Quantifizierung von winterlichen N2O-Emissionen und möglicher Nitratauswaschung in Abhängigkeit von (1) Winterbegrünung, (2) Leguminosenanteil der Begrünung und (3) der Biomasse-Abfuhr. Dazu wurden zwischen dem 17.11.15 und 02.06.16 Spurengasmessungen mit der geschlossenen Kammermethode auf einem Parzellenversuch des LTZ Karlsruhe in Ettlingen durchgeführt. Bodentyp war eine Parabraunerde. Der Versuch wurde konventionell bewirtschaftet. Die Ansaat der Zwischenfrüchte erfolgte am 11.08.2015, Folgefrucht war Mais. Es wurden die folgenden Varianten beprobt: (1) Schwarzbrache, (2) Gelbsenf ohne Abfuhr, (3) Gelbsenf mit Abfuhr der oberirdischen Biomasse, (4) eine „Greening“-Mischung mit 55% Leguminosenanteil ohne Abfuhr, (5) Mischung (4) mit Abfuhr, (6) eine „Greening“-Mischung mit 95% Leguminosenanteil ohne Abfuhr und (7) Mischung (6) mit Abfuhr. Erhöhte N2O-Flussraten traten kurzzeitig nach Frost/Tau im Januar 2016 und nach N-Düngung im Mai 2016 auf. Die höchsten N2O-Flussraten innerhalb dieser Studie wurden mit 405 µg N2O-N m-2 h-1 Mitte April 2016 nach der Grund-Bodenbearbeitung in der Schwarzbrache gemessen. Die N2O-Flüsse waren positiv mit den Nitratgehalten des Oberbodens (0-30 cm) korreliert. Die kumulativen N2O Emissionen über den Messzeitraum von 6,5 Monaten schwankten zwischen 0,8 kg N2O-N ha-1 im Gelbsenf und 1,6 kg N2O-N ha-1 bei der Mischung mit 95% Leguminosen ohne Abfuhr. Mit steigendem Leguminosenanteil in der Saatmischung stiegen die mittleren kumulativen N2O-Emissionen an. Die Abfuhr der oberirdischen Biomasse im Oktober führte zu deutlichen und teils statistisch signifikanten Minderungen der N2O-Freisetzung. Am größten war die Minderung durch Abfuhr in der Variante mit 95% Leguminosen. Die Schwarzbrache zeigte im Herbst die höchsten Nitratgehalte im Oberboden sowie in 30-60 cm Tiefe. Es kam über Winter in allen Behandlungen zu einer Nitratverlagerung in die Tiefe 60-90 cm. Die geringsten Konzentrationen im Unterboden fanden sich dabei bei der Behandlung mit Gelbsenf