A new version of this entry is available:
Loading...
Doctoral Thesis
2003
Emission von Ammoniak (NH₃) und Lachgas (N₂O) von landwirtschaftlich genutzten Böden in Abhängigkeit von produktionstechnischen Maßnahmen
Emission von Ammoniak (NH₃) und Lachgas (N₂O) von landwirtschaftlich genutzten Böden in Abhängigkeit von produktionstechnischen Maßnahmen
Abstract (English)
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 Allgäu 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 Allgäu, 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.
Abstract (German)
Ziel der Untersuchungen war es, ereignisbezogene Emissionen an NH₃ und N₂O in landwirtschaftlichen Betriebssystemen zu erfassen. Messungen wurden bei der Ausbringung von Flüssigmist sowie bei mineralischer Düngung auf Acker und Grünland durchgeführt. Des Weiteren fanden N₂O-Emissionen während Frost / Tau-Zyklen statt. Der Einfluss von Pflanzenbeständen auf den NH₃- und N₂O-Haushalt wurde ebenfalls untersucht. Die Untersuchungen fanden auf Standorten im Allgäu, Oberschwaben, in Hohenheim (Filderebene) sowie in Gefäßversuchen statt.
Die NH₃-Emissionen nach Flüssigmistdüngung auf Grünlandflächen variierten zwischen 11 und 40% des ausgebrachten NH4+-N. Niedrige Emissionen (< 20%) traten immer dann auf, wenn kurz nach der Düngung Niederschläge auftraten und somit der Flüssigmist in den Boden eingeschwemmt wurde. Die Ausbringungstechnik (Prallteller, Schleppschlauch, Gülleinjektion) hatte unter diesen Bedingungen keinen deutlichen Einfluss auf die NH₃-Emission.
Die N₂O-Emission nach Flüssigmistdüngung auf Grünland lag am Versuchstandort Hohenheim bei 0,16% des ausgebrachten NH4+-N. Im Vergleich dazu lagen die Emissionen im Allgäu zwischen 1,7 und 2,3% des ausgebrachten NH4+-N. Gülleinjektion führte zu höheren N₂O-Emissionen als die Ausbringung mit dem Prallteller. Im Allgäu war die N₂O-Emission nach mineralischer N-Düngung deutlich geringer (0,3 bis 0,8% des gedüngten N) als nach Gülledüngung. Die N-Düngerform in Hohenheim hatte keinen deutlichen Einfluss auf die Emissionen (<0,16% des gedüngten N). Es zeigten sich somit deutliche Unterschiede zwischen den beiden Versuchsstandorten bezüglich der N₂O-Verluste, die zum einen auf die unterschiedlichen Bodeneigenschaften und zum anderen auf die unterschiedlichen Witterungsbedingungen (Niederschlag, Temperatur) während der Versuche zurückzuführen sind. Die gemessenen höheren Emissionen nach Düngung von Flüssigmist im Vergleich zu mineralischen N-Düngern sind dadurch zu erklären, dass mit dem Flüssigmist neben N auch C-Verbindungen in den Boden gelangen, die sich fördernd auf die mikrobielle N₂O-Bildung auswirken.
Die NH₃-Emissionen nach Flüssigmistdüngung auf Ackerflächen mit dem Prallteller variierten zwischen 25 und 35% des ausgebrachten NH4+-N. Durch Ausbringung mit einem Güllegrubber, bei dem eine sofortige Einarbeitung des Flüssigmistes im selben Arbeitsgang erfolgte, wurden die NH3-Emissionen deutlich vermindert (6% des ausgebrachten NH4-N). Die Ausbringung mit dem Schleppschlauch führte im Vergleich zur Pralltellerausbringung nicht immer zu einer Verringerung der Emissionen. In höheren Pflanzenbeständen allerdings wurden mit dem Schleppschlauch geringere NH₃-Emissionen gemessen.
Die N₂O-Emissionen nach Flüssigmistdüngung auf Ackerflächen variierten zwischen 0,1 und 2,2% des ausgebrachten NH4-N, wobei die Emissionen nach platzierter Ausbringung mit dem Schleppschlauch immer höher waren als nach Ausbringung mit dem Prallteller. Mineralische Düngung war mit geringerer N₂O-Emission verbunden (<0,13% des ausgebrachten N), vor allem wenn Ammoniumdünger zusammen mit einem Nitrifikationshemmstoff ausgebracht wurden.
Die Einarbeitung von Zwischenfrüchten führte zu einer deutlichen Erhöhung der N₂O-Emission. Dabei war die Emission nach Einarbeitung von Leguminosen besonders hoch. Bei Gefäßversuchen zeigte sich eine diurnale Rhythmik der N₂O- und NH₃-Flüsse in wachsenden Raps- und Wickebeständen, die als Hinweis für einen stomatären Fluss dieser N-Verbindungen gewertet werden können.
Auch bei Temperaturen zwischen 0 und 5°C, also außerhalb der Vegetationszeit, traten N₂O-Emissionen auf, die auf N-gedüngten Ackerflächen höher waren als auf ungedüngten Flächen. In Gefäßversuchen war nach Frost / Tau-Ereignissen die N₂O-Emission aus einem Weißkleebestand (Pflanzen und Boden) höher als aus einem Weidelgrasbestand (Pflanzen und Boden). In unbewachsenen Bodensäulen traten nach Frost / Tau-Ereignissen nur dann besonders hohe N₂O-Emissionen auf, wenn die Bodengehalte an Nitrat und wasserlöslichem organischen Kohlenstoff hoch waren.
Aus den Ergebnissen wird gefolgert, dass die Emissionen von NH₃ und N₂O nach organischer und anorganischer N-Düngung durch geeignete Ausbringungstechnik (unmittelbare Einarbeitung), geeignete Düngertechnologie (z.B. Zusatz von Nitrifikationshemmstoffen) sowie durch Ausbringung bei günstiger Witterung und gute zeitliche und mengenmäßige Anpassung der Düngung an den wachstumsbedingten Bedarf der Pflanzen verringert werden können. Da auch bei tiefen Temperaturen hohe N₂O-Emissionen auftreten können, haben pflanzenbauliche Maßnahmen, welche die Verfügbarkeit an mineralischem N und leicht abbaubarer organischer Substanz im Boden während der kalten Jahreszeit beeinflussen, eine große Bedeutung für die N₂O-Emission von landwirtschaftlichen Nutzflächen.
File is subject to an embargo until
This is a correction to:
A correction to this entry is available:
This is a new version of:
Notes
Publication license
Publication series
Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
search.filters.institute.330alt
Examination date
2003-02-19
Supervisor
Edition / version
Citation
Identification
DOI
ISSN
ISBN
Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Collections
Original object
Free keywords
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Leick2003,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/4978},
author = {Leick, Barbara Cornelia Elisabeth},
title = {Emission von Ammoniak (NH₃) und Lachgas (N₂O) von landwirtschaftlich genutzten Böden in Abhängigkeit von produktionstechnischen Maßnahmen},
year = {2003},
school = {Universität Hohenheim},
}