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J. Augustin, Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V.
LANDSCHAFTSPROZESSE LANDNUTZUNG UND WIRKUNGEN LANDNUTZUNGSKONFLIKTE UND GOVERNANCE
BLF LBG LSA LSE LWH SO
J. Augustin, ZALF e.V.
FNR-Biogas-Verbund
THG-Biogas-VerbundPotenziale zur Minderung der Freisetzung von klimarelevanten Spurengasen beim Anbau von Energiepflanzen zur Gewinnung von Biogas
LBG LSE
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Erhöhte Klimawirkung durch Anbau von Energiepflanzen bzw. Gärrestausbringung?
Wichtige Eigenschaften von Güllen und Gärresten (nach Döhler u. a. 2010)
Trockenmasse%
C/N-Verhältnis pH-Wert NH4-NKg/t FM
Rindergülle
Gärrest (Rindergülle/Nawahroh)
9,1
7,3
10,8
6,8
7,3
8,3
1,8
2,6
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Erhöhte Klimawirkung des Energiepflanzenanbaus infolge verstärkter N2O-Freisetzung?
Produktion von Biotreibstoff soll höheres Treibhaus-potenzial bewirken
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Energiepflanzenanbau soll ein 33-115% geringeres Treibhauspotenzial als der Einsatz fossiler Energie haben
Widerspruch
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Erhöhter Humusverlust durch Anbau von Energiepflanzen?
"So werden vermehrt Raps und Mais auf Kosten weniger umweltgefährdender Kulturen angebaut.„ (Sachverständigenrat für Umweltfragen, Sondergutachten 2007)
Büro für Bodenschutz & Ökologische Agrarkultur
Wirkung von Gärresten auf Vorrat an organischer Bodensubstanz (Corg): möglicherweise nicht negativ (Reinhold bzw. Leithold, 2010)
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Methodische Probleme bei der Untersuchung der Dynamik des Vorrats an organischem Bodenkohlenstoff
„… Die jährlichen Veränderungen betragen selbst bei extremen Änderungen der Bewirtschaftung weniger als 0,01% Corg. Bedingt durch die hohe räumliche und zeitliche Variabilität ist die Fehlergrenze > 0,1% Corg. Der Nachweis von Veränderungen der Corg-Gehalte im Boden erfordert Untersuchungen in regelmäßigen Abständen (möglichst jährlich) über einen längeren Zeitraum (> 20 Jahre)...“
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Zwischenfazit: erhebliche Wissensdefizite bei den Folgewirkungen des Anbaus von Energiepflanzen
Verstärkung des anthropogenen Treibhauseffektes durch langfristigen Anbau von Energiepflanzen für „Biogas“?• Hohe mineralische N- Düngung � erhöhte Lachgasfreisetzung und verminderte Methanaufnahme?
• Einsatz stickstoffreicher Gärrückstände � erhöhte Lachgasfreisetzung (Ammoniak)?
• Humusabbau bei mangelnder C-Rückführung � (Netto-)Kohlendioxidfreisetzung?
• Wissen ist viel zu lückenhaft und widersprüchlich, um die langfristigen Wirkungen des Energiepflanzenanbaus klar einschätzen zu können
• Daher können derzeit keine Maßnahmen zur zielgerichteten Minderung der Belastung erarbeitet werden
Dilemma
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• Einfluss von von mineralischer N-Düngung, Gärrest-Einsatz, Fruchtart und Fruchtfolge auf die Nettoaustauschrate von N2O, CH4, CO2 und die resultierende Klimawirkung sowie die NH3-Verflüchtigung
• Einfluss der Standortverhältnisse auf den Spurengasaustausch, Klimawirkung und NH3-Verflüchtigung
• Einfluss der Wechselbeziehungen zwischen Düngung (Gärrest-Einsatz), Fruchtart und Standort auf den Vorrat an organischer Bodensubstanz OBS)
Schwerpunkte der Untersuchungen im Verbundvorhaben
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Zielstellungen und Ergebnisse
• Verallgemeinerungsfähige Aussagen zum Einfluss von Bewirtschaftung und Standort auf den Spurengasaustausch, die Klimawirkung und den Corg-Vorrat beim Energiepflanzenanbau
• Präzisierte Modelle zur Abschätzung der Relevanz des Energiepflanzenanbaus als Quelle und Senke von Treibhausgasen und seiner Klimawirkung
• Grundlagen für die Gestaltung von Energieanbausystemen mit reduzierter Klimawirkung und langfristiger Erhaltung des Corg-Vorrats
• Erstellen von standortspezifischen Ökobilanzen des Energiepflanzenanbaus
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• Energiepflanzenanbau auf relevanten Ackerbaustandorten Deutschlands
• Konversionspfad Biogas als Energieträger
• Beurteilung der Klimawirkung des Energiepflanzenanbaus zwischen Aussaat und Ernte unter Berücksichtigung von Gärrest-Ausbringung
Systemgrenzen
• Standorte: relevante Versuchsstandorte des EVA - Projektes
• Energiepflanzenanbau: Fruchtarten und Fruchtfolgen des EVA – Projektes
• International verwendete Methoden und Modelle (Vergleichbarkeit und Übertragbarkeit)
• Laufzeit: 01.09.2010 – 31.12.2015
Rahmenbedingungen
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Hohenschulen (K)
Gülzow (G)
Dedelow (D)
Dornburg (J)
Ascha (A)
Abb. nach Jungkunst et al. 2006
Durchführung von identischen Untersu-chungen (v.a. Gasflussmessungen) auf breitem Standortspektrum in Kopplung mit dem EVA-Projekt
Vorgehensweise
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Gegenstand der der Feldmessungen
„Kleiner Gärrestversuch“: Einfluss von FF und Gärresten auf Klima- und Boden-C-Bilanz
Stufe 1: 100% Mineral-NStufe 2: 50% Mineral-N + 50% Gärrest-NStufe 3: 100% Gärrest-N(immer zwei Fruchtfolgejahre parallel = 6 Messvarianten)
„Großer Gärrestversuch“: Einfluss von Gärresten auf N2O-EmissionMineralisch mit ortsüblicher N-Menge (Kontrolle)0 % Gärrest-MDÄ50 % Gärrest-MDÄ75 % Gärrest-MDÄ100 % Gärrest-MDÄ125 % Gärrest-MDÄ200 % Gärrest-MDÄ(7 reguläre Varianten + 1 Zusatzvariante mit Piadin)
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Fruchtfolge(n)Kleiner Gärrestv.
Große
r Gärrestv.
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Struktur des Verbundvorhabens
Minderung der GasemissionenCAU-Mühling
Messung des Gasaustauschesund der KlimawirkungZALF-Augustin, HSWT-Drösler
ROS-Glatzel, CAU-Mühling
CAU-Kage/Pacholski
Messwerte/Spurengasbilanzen
Messung und Minderung des Gasaustausches und der Klimawirkung
Erstellen von Ökobilanzen
vTI-Stichnothe
ZALF-Augustin
Bilanzansätze/
Basismodelle
Modellentwicklung und -anwendung
CAU-Kage
Modellierung Regionalisierung
ZALF-Werner/Bethwell
Regionalisierung/ Szenarienanalysen
Koordination: ZALFJ. AugustinU. Hagemann
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Ergebnisse
Ulrike HagemannMethodik des THG-Biogas-Verbunds und der Ergebnisse zu C-Flüssen und C-Bilanzen
Jürgen AugustinErgebnisse des THG-Biogas-Verbundes zu N-Flüssen und N-Bilanzen
Henning KageRegionalisierung und Szenarienanalysen im THG-Biogas-Verbund
Heinz StichnotheVergleich gemessener und modellierter THG-Flüsse beim Anbau von Energiepflanzen