Modellierung des Einflusses flüssig-organischer Düngung und zugehöriger Applikationstechnik auf N2O- und N2-Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Reinhard Well
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420651168

Die Applikation flüssig-organischen Düngers auf Ackerböden beeinflusst gasförmige Verluste an Stickstoff (N) als NO, N2O und N2 sowie die Nitratauswaschung. Diese Verluste beeinträchtigen die N-Effizienz im Ackerbau und tragen zu Treibhauseffekt, Ozonzerstörung in der Stratosphäre und Eutrophierung von Gewässern bei. Das Ausmaß der Emissionen ist abhängig von der komplexen Interaktion zwischen der Applikationstechnik und der Zusammensetzung des organischen Düngers mit den Bodenverhältnissen. Während die Art der Düngereffekte auf die N-Transformationen einschließlich der gasförmigen Emissionen grundsätzlich bekannt ist, ist ihre Vorhersagbarkeit derzeit noch dürftig, insbesondere weil bisherige Untersuchungen meist nicht die N2-Emissionen quantifizieren konnten und weil die bisherigen Modelle die Bedeutung der räumlichen Ausbreitung von Komponenten des organischen Düngers im Boden nicht berücksichtigen. Unser Antrag behandelt die generellen Fragen, wie flüssig-organische Dünger und ihre Applikationstechnik die Emissionen von N2 und N2O von Ackerböden beeinflussen, wie optimierte Techniken die Emissionen mindern könnten und wie Modelle verbessert werden müssten um eine robuste Prognose der Düngereffekte zu ermöglichen. Um Antworten zu finden wollen wir Laborexperimente mit organisch gedüngten Böden unter kontrollierten Bedingungen durchführen und mit deren Ergebnissen Prognosemodelle prüfen und verbessern. Darüber hinaus sollen Mikro-Lysimeter- und Felddaten kooperierender Projekte genutzt werden um die Modelle zu prüfen. Der erste Teil des Arbeitsprogramms beinhaltet kontrollierte Laborversuche zum Vergleich der verschiedene Applikationstechniken in Kombination mit Boden und Düngereigenschaften im Hinblick auf ihre Effekte auf N2- und N2O-Emissionen. Der zweite Teil beinhaltet die Prüfung und Verbesserung von empirischen und prozess-basierten Modellen anhand der experimentellen Daten. Wir werden zunächst ein konzeptionelles "Statisches Modell" prüfen, welches die räumliche Ausbreitung von Düngerkomponenten berücksichtigt. Ziel ist es, die Eignung seiner Algorithmen für die Implementierung in die mechanistischen, numerischen Modelle "CoupModel" und "Manure-DNDC" zu prüfen. Letztere sind im Prinzip geeignet um den Effekt der Düngerapplikation auf Respiration, Diffusion, Mineralisation und pH-Wert und deren Einfluss auf die Emissionen im Zeitverlauf zu simulieren. Allerdings fehlt diesen Modellen die Fähigkeit, die starke räumliche Heterogenität der N-Transformationen als Folge der Düngerapplikation abzubilden. Als letztes planen wir, die verbesserten Modelle zu verwenden, um Effekte flüssig-organischer Düngung auf N2 und N2O Emissionen für realistische Szenarien mit variablen Bedingungen und in Abhängigkeit von Düngereigenschaften zu simulieren und damit auch mögliche Optionen zur Minderung der Emissionen durch optimiertes Düngungsmanagement zu prüfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen