Emission von Ammoniak (NH3) und Lachgas (N2O) von landwirtschaftlich genutzten Böden in Abhängigkeit von produktionstechnischen Maßnahmen

Ziel der Untersuchungen war es, ereignisbezogene Emissionen an NH3 und N2O in landwirtschaftlichen Betriebssystemen zu erfassen. Messungen wurden bei der Ausbringung von Flussigmist sowie bei mineralischer Dungung auf Acker und Grunland durchgefuhrt. Des Weiteren fanden N2O-Emissionen wahrend Frost / Tau-Zyklen statt. Der Einfluss von Pflanzenbestanden auf den NH3- und N2O-Haushalt wurde ebenfalls untersucht. Die Untersuchungen fanden auf Standorten im Allgau, Oberschwaben, in Hohenheim (Filderebene) sowie in Gefasversuchen statt. Die NH3-Emissionen nach Flussigmistdungung auf Grunlandflachen variierten zwischen 11 und 40% des ausgebrachten NH4+-N. Niedrige Emissionen (< 20%) traten immer dann auf, wenn kurz nach der Dungung Niederschlage auftraten und somit der Flussigmist in den Boden eingeschwemmt wurde. Die Ausbringungstechnik (Prallteller, Schleppschlauch, Gulleinjektion) hatte unter diesen Bedingungen keinen deutlichen Einfluss auf die NH3-Emission. Die N2O-Emission nach Flussigmistdungung auf Grunland lag am Versuchstandort Hohenheim bei 0,16% des ausgebrachten NH4+-N. Im Vergleich dazu lagen die Emissionen im Allgau zwischen 1,7 und 2,3% des ausgebrachten NH4+-N. Gulleinjektion fuhrte zu hoheren N2O-Emissionen als die Ausbringung mit dem Prallteller. Im Allgau war die N2O-Emission nach mineralischer N-Dungung deutlich geringer (0,3 bis 0,8% des gedungten N) als nach Gulledungung. Die N-Dungerform in Hohenheim hatte keinen deutlichen Einfluss auf die Emissionen (<0,16% des gedungten N). Es zeigten sich somit deutliche Unterschiede zwischen den beiden Versuchsstandorten bezuglich der N2O-Verluste, die zum einen auf die unterschiedlichen Bodeneigenschaften und zum anderen auf die unterschiedlichen Witterungsbedingungen (Niederschlag, Temperatur) wahrend der Versuche zuruckzufuhren sind. Die gemessenen hoheren Emissionen nach Dungung von Flussigmist im Vergleich zu mineralischen N-Dungern sind dadurch zu erklaren, dass mit dem Flussigmist neben N auch C-Verbindungen in den Boden gelangen, die sich fordernd auf die mikrobielle N2O-Bildung auswirken. Die NH3-Emissionen nach Flussigmistdungung auf Ackerflachen mit dem Prallteller variierten zwischen 25 und 35% des ausgebrachten NH4+-N. Durch Ausbringung mit einem Gullegrubber, bei dem eine sofortige Einarbeitung des Flussigmistes im selben Arbeitsgang erfolgte, wurden die NH3-Emissionen deutlich vermindert (6% des ausgebrachten NH4-N). Die Ausbringung mit dem Schleppschlauch fuhrte im Vergleich zur Pralltellerausbringung nicht immer zu einer Verringerung der Emissionen. In hoheren Pflanzenbestanden allerdings wurden mit dem Schleppschlauch geringere NH3-Emissionen gemessen. Die N2O-Emissionen nach Flussigmistdungung auf Ackerflachen variierten zwischen 0,1 und 2,2% des ausgebrachten NH4-N, wobei die Emissionen nach platzierter Ausbringung mit dem Schleppschlauch immer hoher waren als nach Ausbringung mit dem Prallteller. Mineralische Dungung war mit geringerer N2O-Emission verbunden (<0,13% des ausgebrachten N), vor allem wenn Ammoniumdunger zusammen mit einem Nitrifikationshemmstoff ausgebracht wurden. Die Einarbeitung von Zwischenfruchten fuhrte zu einer deutlichen Erhohung der N2O-Emission. Dabei war die Emission nach Einarbeitung von Leguminosen besonders hoch. Bei Gefasversuchen zeigte sich eine diurnale Rhythmik der N2O- und NH3-Flusse in wachsenden Raps- und Wickebestanden, die als Hinweis fur einen stomataren Fluss dieser N-Verbindungen gewertet werden konnen. Auch bei Temperaturen zwischen 0 und 5°C, also auserhalb der Vegetationszeit, traten N2O-Emissionen auf, die auf N-gedungten Ackerflachen hoher waren als auf ungedungten Flachen. In Gefasversuchen war nach Frost / Tau-Ereignissen die N2O-Emission aus einem Weiskleebestand (Pflanzen und Boden) hoher als aus einem Weidelgrasbestand (Pflanzen und Boden). In unbewachsenen Bodensaulen traten nach Frost / Tau-Ereignissen nur dann besonders hohe N2O-Emissionen auf, wenn die Bodengehalte an Nitrat und wasserloslichem organischen Kohlenstoff hoch waren. Aus den Ergebnissen wird gefolgert, dass die Emissionen von NH3 und N2O nach organischer und anorganischer N-Dungung durch geeignete Ausbringungstechnik (unmittelbare Einarbeitung), geeignete Dungertechnologie (z.B. Zusatz von Nitrifikationshemmstoffen) sowie durch Ausbringung bei gunstiger Witterung und gute zeitliche und mengenmasige Anpassung der Dungung an den wachstumsbedingten Bedarf der Pflanzen verringert werden konnen. Da auch bei tiefen Temperaturen hohe N2O-Emissionen auftreten konnen, haben pflanzenbauliche Masnahmen, welche die Verfugbarkeit an mineralischem N und leicht abbaubarer organischer Substanz im Boden wahrend der kalten Jahreszeit beeinflussen, eine grose Bedeutung fur die N2O-Emission von landwirtschaftlichen Nutzflachen. The goal of this research was to quantify event-based NH3 and N2O emissions in various farming systems and to propose emission-avoidance strategies. Emission measurements were made on pasture land (Allgaeu, Hohenheim) and on cultivated fields (Hohenheim, Biberach). These measurements were made after applying organic and mineral fertilizers, after incorporating crop residues, and after freeze / thaw cycles; furthermore, experiments were conducted using container plants of different species (leguminous, and non-leguminous) and different fertilizers. NH3 emissions data was gathered under field conditions using the wind tunnel method and the IHF method (Integrated Horizontal Flux). In the container experiments, data was gathered by taking photo-acoustic measurements. N2O emissions data was compiled using closed chambers (Hohenheim measuring chambers) and using an open-chamber system in which an exchange occurred between the air in the chambers and the ambient air. N2O levels were determined using a gas chromatograph or by photo-acoustic measurements. The NH3 emissions after applying liquid manure to pasture land varied between 11 and 40% of the total nitrogen applied. Emission levels of less than 20% occurred when it rained shortly after spreading liquid manure causing it to be washed into the soil. The application technique (splash plate, surface banding and liquid manure injection) had no apparent influence on NH3 emissions under these conditions. The N2O emissions after liquid manure fertilization on pasture land in Hohenheim were 0.16% of the total NH4+-N. In comparison, the emissions in the Allgau were between 1.7 and 2.3% of the total NH4+-N applied. Liquid manure injection led to higher emissions as did application using a splash plate. In the Allgau, the N2O emissions after mineral-nitrogen fertilization were markedly lower (0.3 to 0.8% of applied N) than after liquid manure application. In Hohenheim, the nitrogen form had no distinct influence on the emissions (<0.16% of applied N). Definitive differences between the two locations were observed during the experiments. These differences were based on N2O losses due to the respective soil and weather conditions (precipitation, temperature). The higher emissions after applying liquid manure compared to those after applying mineral nitrogen fertilizer are explainable in that aside from the nitrogen compounds found in liquid manure, carbon compounds which promote the microbial formation of N2O were also entering the soil. The NH3 emissions after liquid manure fertilization on cultivated fields using a splash plate varied between 25 and 35% of the applied NH4+-N. By using a slurry cultivator which combines application with immediate incorporation, the NH3 emissions can be clearly reduced to 6% of the applied NH4+-N. Application with a drag hose, in comparison to using a splash plate, did not always result in an emission reduction; however, in taller plants, a readable emission reduction was measured. The N2O emissions after liquid manure application on cultivated fields varied between 0.1 and 2.2% of the applied NH4+-N whereby the emissions after guided application with the drag hose were always higher than after using a splash plate. Mineral fertilizer had lower N2O emissions (<0.13% of applied N), especially when ammonium fertilizer was brought out in combination with a nitrification inhibitor. The incorporation of green manure crops notedly increased N2O emissions. N2O emission after the incorporation of legumes was especially high. In the container experiments, a diurnal rhythm of the N2O and NH3 flows in growing rape and vetch was observed. This indicated a stomatal flow of these gaseous nitrogen forms. N2O emissions also occurred outside of the vegetation period at temperatures between 0 and 5°C, with the N2O emissions from the nitrogen fertilized parcels being greater than the emissions from the unfertilized parcels. In container experiments, the N2O emissions after freeze / thaw cycles were greater from white clover than from perennial rye grass. In fallow soil columns, the N2O emissions after freeze / thaw cycles were especially high if the content of nitrate and water-soluble organic carbon in the soil was large. The results of this research show that the emission of nitrogen-containing compounds after organic and inorganic fertilization can be reduced through application methods (immediate incorporation), appropriate fertilization technology (addition of nitrification inhibitors), but also through fertilizer application under favourable weather conditions to include seasonal and volume adjustment of the fertilizer based on the growth requirements of the plants. Because high N2O emissions can also occur at low temperatures, cultivation practices that influence the availability of mineral nitrogen and easily degradable organic substances in the soil during cold weather have a large impact on the N2O emissions from agricultural land.