Einfluß unterschiedlicher Nitrifikationsinhibitoren auf die N2O-Freisetzung nach Gülleinjektion bei Silomais

Lachgas (N₂O) ist ein klimarelevantes Spurengas. Es trägt zu 8% am anthropogenen Treibhauseffekt bei und ist am stratosphärischen Ozonabbau beteiligt. Ca. 85% der anthropogenen N₂O-Emission wird auf landwirtschaftliche Tätigkeiten zurückgeführt. Über die Hälfte der Emissionen stammt aus boden­bürtigen Quellen. In Böden wird N₂O überwiegend während der mikrobiellen N-Transformationsprozesse Nitrifikation und Denitrifikation gebildet, die Bedeutung der Ni­trifikanten-Denitrifikation wird in jüngster Zeit ebenfalls als wichtiger Prozess der N₂O-Bildung diskutiert. Da N-Dünger das Substrat für diese Prozesse zur Verfügung stellen, steigt die N₂O-Freisetzung in der Regel mit der N-Düngermenge an.

Eine derzeit, aufgrund des hohen Minderungspotentials, intensiv diskutierten Möglichkeiten zur Minderung der N₂O-Freisetzung ist der Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren. Akiyama et al. (2010) berechneten in einer Meta-Analyse von Felddaten zur N₂O-Freisetzung ein Minderungspotential von über 30% verglichen mit praxisüblicher, breitflächigen N-Düngerapplikation. Dieses Minderungspotential ist, verglichen mit al­ter­na­ti­ven Maßnahmen zur N₂O-Emissionreduktion, als besonders hoch einzustufen. Allerdings beruhen die meisten der von Akiyama et al. (2010) verwendeten Datensätze auf Messungen, die nicht ganzjährig durchgeführt wurden, die auf Standorten ermittelt wurden, auf denen im Winter kein Frost/Tau-Wechsel aufgetreten ist und stammen zudem überwiegend aus Versuchen mit mineralischer N-Düngung.

Für eine zuverlässige Bewertung von Maßnahmen zur Emissionsminderung sind jedoch annuelle Datensätze Voraussetzung, weil die Emissionen im Winter etwa 50% der gesamten Jahresemission ausmachen und dadurch Einsparungen während der Vegetationsperiode kompensiert werden können.

Smith (1997) sowie Flessa et al. (2002) berichteten von besonders hohen N₂O-Emissionen nach Ausbringung von frischer organischer Substanz mit Q₁₀-Werten zwisc1hen 4 und 6. Dies wurde auf den erhöhten O₂-Bedarf beim Umsatz der organischen Substanz und der damit verbundenen O₂-Zehrung begründet. Flessa und Beese (1995) fanden einen starken Rückgang des O₂-Partialdrucks in Bodenkompartimenten mit eingearbeiteten Zuckerrübenblättern, wohingegen der Partialdruck in Kompartimenten ohne Zuckerrübenblatt auf einem „aeroben“, gut durchlüfteten Niveau blieb.

Die gleichzeitige Verfügbarkeit von mineralischem N als Substrat für N₂O-bildende Prozesse in Böden sowie von leicht verfügbarem C und die damit verbundene Förderung anaerober Prozesse (u.a. der Denitrifikation) zeigte sich auch bei Ebinger (2010) in einem Feldversuch mit Mangold. Je näher der Umbruchtermin der Winterzwischenfrucht (in diesem Fall Grün­roggen) im Frühjahr und der Termin der mineralischen N-Düngung des nachfolgend an­ge­bauten Mangolds zusammenlagen, desto höher waren die N₂O-Emissionen.

Das oben beschriebene Zusammenspiel hoher N_min-Verfügbarkeit und eines gleichzeitig hohen C-Umsatzes dürfte auch der Grund dafür sein, dass, verglichen mit einer oberflächigen Applikation, extrem hohe N₂O-Emissionen bei Gülleinjektion auftreten (Flessa & Beese, 2000; Wulf et al., 2002). Obwohl dieser Effekt bereits häufig nachgewiesen wurde, wurden bis heute keine Strategien zur Minderung dieser Injektions-induzierten N₂O-Emissionen getestet. Der Zusatz von Nitrifikationsinhibitoren könnte hier eine interessante Lösung bieten, weil die Nitratbildung aus dem Gülle-bürtigen Ammonium zeitlich verzögert auftritt und so eine Desynchronisation der Nitratverfügbarkeit mit dem C-Angebot (aus der Gülle) für die überwiegende C-heterotrophe, denitrifizierende Biomasse erreicht werden könnte.

Aus den bisher beschriebenen Versuchsergebnissen lassen sich für das skizzierte Projekt die folgenden Hypothesen ableiten:

1)      Die N₂O-Emissionen steigen, verglichen mit einer Variante mit breitflächig eingearbeiteter Gülle, durch Gülleinjektion sehr stark an wogegen die NH₃-Emissionen abnehmen

2)      Der Zusatz von Nitrifikationsinhibitoren (NIs) führt aufgrund der zeitliche Ent­kopp­lung des Substratangebots bei der Denitrifikation (C und NO₃^-) zu einer Minderung der N₂O-Freisetzung aus der Denitrifikation und so zu einer Reduktion der N₂O-Emission

3)      Unterschiedliche NIs haben aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Ei­gen­schaften unterschiedliche Minderungspotentiale bei Gülleinjektion

4)       Der Anteil der Winteremission an der annuellen Emission ist relevant und muss bei den Untersuchungen deshalb berücksichtigt werden