A1 Der Einfluss von erhöhtem CO2 und Temperatur auf Treibhausgasemissionen [funded by LOEWE]
PI(s) for this project:
Otmar Löhnertz
Prof. Dr. Lutz Breuer
Prof Christoph Müller
Prof. Dr. Claudia Kammann
Abstract:
Erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen beeinflussen die Photosynthese¬leistung der Pflanzen und wirken sich im Allgemeinen positiv auf das Pflanzenwachstum aus. Dabei werden verstärkt C-Verbindungen in den Wurzelraum abgegeben, die zu einer Erhöhung der mikrobiellen Aktivität mit erhöhten Atmungsraten führen können. Neben einer Stimulierung der CO2-Produktion wirkt sich ein erhöhter C-Eintrag auch positiv auf die Produktions- und Konsumptionsprozesse der Treibhausgase CH4 und N2O aus. Dabei stammen die Gase aus verschiedenen mikrobiellen C- und N-Transformationsprozessen im Boden, wobei die Interaktionen zwischen Klimawandel und THG-Produktion noch weitgehend unverstanden sind. Die lange Datenreihe zu Rückkopplungseffekten von erhöhtem CO2 auf die THG-Freisetzungen in Grünlandökosystemen aus dem Gießen-FACE zeigt, dass sich die THG-Freisetzungen mehr als verdoppeln können. Modellsimulationen haben darüber hinaus gezeigt, dass durch die Kombination von erhöhtem CO2 und erhöhter Temperatur mit noch deutlicheren positiven Effekten auf die THG-Emissionen zu rechnen ist. Erhöhte Temperaturen haben neben pflanzenphysiologischen Aspekten vor allem einen Einfluss auf die Wasserdynamik in Ökosystemen, die wieder¬um die THG-Emissionen stark beeinflussen können. Es existieren bislang keine verlässlichen Langzeitdatensätze, um die Veränderungen der THG-Emissionen in Kombination mit den abiotischen und biotischen Faktoren in Agrar-Ökosystemen (Grünland, Gemüse und Weinbau) erklären zu können. Diese Daten sind notwendig für die Entwicklung von Prognosemodellen (vgl. Projektbereich B) und zur Entwicklung von realistischen Verminderungsstrategien z.B. mittels stabiler C-Verbindungen (Biokohle).
Description:
Wissenschaftliche Ziele:
1. Quantifizierung des Einflusses von erhöhtem CO2 und erhöhter Temperatur auf die THG-Emissionen und der beeinflussenden Faktoren im Grünland (Core-Experiment I).
2. Analyse der Auswirkungen von erhöhtem CO2 auf die THG-Emissionen und der beeinflussenden Faktoren von Spezialkulturen (Core-Experiment II).
3. Identifizierung von den anteiligen in situ CO2-Emissionen unter erhöhtem CO2 und erhöhter Temperatur im Grünland.
Arbeitsplan:
Die Untersuchungen werden in den Core-Experimenten durchgeführt und orientieren sich dabei an den Erfahrungen mit der Gießen-FACE-Anlage. Die THG-Emissionen sollen ab Beginn der LOEWE-Phase einmal wöchentlich mit der statischen Kammermethode quantifiziert werden. Zur Ermittlung der zeitlichen Dynamik (täglich, saisonal) werden monatlich jeweils 5-tägige Messkampagnen mit automatisierten Kammern (LICOR 8100) durchgeführt. Da die Begasung mit einem im 13C abgereicherten CO2 erfolgt, kann das durch die Photosynthese aufgenommene CO2 im System Boden-Pflanze-Atmosphäre nachverfolgt werden. In situ Messungen der 13C-Signatur des emittierten CO2 und des CO2 im Bodenprofil werden zusammen mit den monatlichen Messkampagnen durchgeführt (Picarro Analyser). In Kombination mit Messungen der C-Konzentrationen in Bodenaggregaten und deren 13C-Signaturen sowie in der unter- und oberirdischen Pflanzenbiomasse, werden die anteiligen CO2-Produktionsprozesse quantifiziert. Die Untersuchungen zu den Dynamiken von C- und N-Pools im Boden, sowie Veränderungen des Boden-Mikrobioms und dessen Aktivität werden in Kooperation mit AP A2.1 durchgeführt. Veränderungen der Ökophysiologie der Pflanzen (Photosynthese-, Transpirationsraten), die auch die THG-Emissionen beeinflussen, werden in Kooperation mit AP A3.2 durchgeführt und die Datensätze werden in Zusammenarbeit mit Projektbereich B ausgewertet.
In assoziierten Projekten sollen schon während der LOEWE-Phase die anteiligen N2O-Emissionen (mit Hilfe von stabilen Isotopen) im laufenden Gießen-FACE quantifiziert werden (DFG-Projekt, MU1302/6-1) und auch die Möglichkeit der THG-Verminderung mittels Biokohleaufbringung wird während der LOEWE-Phase im Rahmen einer laufenden Feldstudie untersucht (HLUG-Projekt).