AREAL – cAtchment nitRous oxide Emissions and nitrAte Leaching

• Antragsteller: Dr. Tobias Houska; Dr. David Kraus
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Ökologie der Landnutzung
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420449836

Die Abschätzung von Stickstoffdioxidemissionen (N2O) und Nitratauswaschung (NO3) in landwirtschaftlichen Einzugsgebieten sind für Umweltwissenschaft und -politik von entscheidender Bedeutung. Diese Stickstoffverbindungen tragen zum Klimawandel und zur Grundwasserverschmutzung bei, Ein tiefgreifendes Prozessverständniss ist nötig, um wirksame Minderungsstrategien zu entwickeln. Unser Antrag zielt darauf ab, ein robustes Upscaling-Verfahren für N2O-Emissionen und NO3-Auswaschung auf der Einzugsgebietsebene zu entwickeln, um Minderungsmaßnahmen implementiert zu können. 1. Feld- und Labormessungen: Durchführung lokaler Kammer- und Labormessungen zur Erfassung von mikrobiell erzeugten N-Flüssen und Prozessraten. Diese Messungen liefern wichtige Daten für ein umfassendes Prozessverständnis. 2. Verwendung von Satellitendaten mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung, um Informationen über Geomorphologie, Topographie, Landnutzung, Biomasse und Bodenwasserhaushalt zu sammeln. Dies dient der Verbesserung unseres flächenhaften Verständnisses des Einzugsgebiets. 3. Modellierung: Durch Integration von maschinellem Lernen und mechanistischer Modellierung planen wir, die Informationen aus den gesammelten Datensätzen zu analysieren und damit die Skalierung von N2O-Emissionen und NO3-Auswaschung auf die gesamte Einzugsgebietsskale erreichen. Unser Arbeitsprogramm besteht aus zwei eng miteinander verknüpften Arbeitspaketen, die den Fokus auf Datenerhebung und Modellierung legen. WP 1 Datenerhebung: Wir planen die Erstellung eines Datensatzes, der N2O- und NH3-Emissionen, NO3-Auswaschung, δ15N-Isotopenzusammensetzung des Bodens sowie laborbasierte Messungen von N-Prozessraten wie Bruttonitrifikation erfasst. Damit soll ein tieferes Verständnis der mikrobiellen N-Umsatzprozesse, darunter Nitrifikation und Denitrifikation, und ihrer Rolle bei der N2O-Produktion und NO3-Auswaschung erreicht werden. Kontinuierliche Messungen an bereits identifizierten N2O-Emissions-Hotspots, sowie potenziellen Hot Moments wie Frost-Tau-Perioden und Düngeereignisse möchten wir einem Monitoring unterziehen. WP 2 Modellierung: Die Daten aus WP1 möchten wir zur Verbesserung von Modellevorhersagen von N2O-Emissionen und NO3-Auswaschung nutzen. Prozessbasierte Modellierung sowie ein Isotopenmodell sollen hier zum Einsatz kommen. Dabei wollen wir durch die Kombination von maschinellem Lernen und biogeochemischer Modellierung sollen strukturelle Mängel unseres Modells aufgedeckt und verbessert werden. Unser interdisziplinäre Projektantrag zielt darauf ab, unser Verständnis der N2O-Emissionen und NO3-Auswaschung auf der Ebene des Einzugsgebiets zu vertiefen und letztlich wertvolle Erkenntnisse für die Umweltbewertung und Strategien zur Eindämmung der Auswirkungen in landwirtschaftlich genutzten Gebieten zu liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen