Geoökologisches Kolloquium SS 2005

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PD Dr. Klaus Butterbach-Bahl
Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Garmisch-Partenkirchen
Thursday, 30.06.2005 16:15 H6

Erstellung von Emissionskatastern bodenbürtiger N- und C-Spurengase unter Verwendung mechanistischer Modelle

Die Emission von N- und C-Spurengasen aus Böden (hier N2O, NO & CH4), ist mit mikrobiellen N- und C-Umsetzungsprozessen verknüpft, wobei die Emission letztendlich das Produkt aus gleichzeitig im Boden stattfindenden Konsumptions- und Produktionsprozessen ist. Neben oxidativen Prozessen wie z.B. der Nitrifikation und der CH4-Oxidation sind auch insbesondere reduktive Prozesse wie die Denitrifikation und die Methanogenese an der N- und C-Spurengasproduktion aber auch Konsumption beteiligt (z.B. Reduktion von N2O zu N2 im Zuge der Denitrifikation). Zusätzlich zu den aufgeführten mikrobiellen Prozessen müssen auch physiko-chemische Prozesse, wie z.B. die NO-Produktion über Chemodenitrifikation in Böden mit pH-Werten <4.0 oder die verschiedenen Emissionswege von N- und C-Spurengasen aus Böden berücksichtigt werden. Letztendlich ist die Höhe der N- und C-Spurengasemission von einer Vielzahl von abiotischen und biotischen Faktoren wie z.B. Witterung (Temperatur, Niederschlag, Bodenfeuchte), Bodeneigenschaften (Textur, pH, organische Substanz im Boden), Vegetation (Baumartenverteilung, mikrobielle-pflanzliche Konkurrenz um im Boden vorhandenen Stickstoff) oder dem direkten bzw. indirekten anthropogenen Einfluß (z.B. Land-Management, N-Deposition) abhängig. In Konsequenz dieser Komplexität der in die Emission von N-und C-Spurengasen aus Böden involvierten Prozesse ist der Austausch von Spurengasen zwischen Biosphäre und Atmosphäre zeitlich und räumlich hoch variabel und sind die bisher vorliegenden Abschätzungen sehr unsicher. Dies bedeutet, daß eine zuverlässige regionale/globale Abschätzung des Biosphäre-Atmosphäre-Austauschs und eine realistische Prognose der Dynamik von Rückkopplungsprozessen unter sich ändernden Umweltbedingungen aufgrund der großen Diversität von z.B. Wald-Ökosystemen und Umweltbedingungen durch messtechnische Ansätze allein nicht zu verwirklichen ist. Die Lösung dieser dringenden umweltpolitischen Fragestellungen ist nur durch die Entwicklung und Anwendung prozeßorientierter Modelle möglich, die es erlauben, den ökosystemaren C- und N-Kreislauf und den daran gekoppelten C- und N-Spurengasaustauschs mit der Atmosphäre präzise zu simulieren. In den letzten Jahren wurden am IMK-IFU verschiedene prozeßorientierte Modelle entwickelt, validiert und z.B. zur Erstellung von Emissionsinventarien bodenbürtiger N- und C-Spurengase eingesetzt. Beispielhaft sei hier das durch Kopplung der Modelle PnET-N-DNDC (Waldökosysteme) bzw. DNDC (Agrarökosysteme) an ein Geographisches Informationssystem (GIS) entstandene Inventar der bodenbürtigen N-Spurengasemissionen aus forstwirtschaftlich genutzten Böden der Europäischen Union genannt, das im Rahmen des EU-Projektes NOFRETETE erarbeitet wurde. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, daß die Wälder Europas eine wichtige Quelle für N-Spurengase (NO und N2O) darstellen. Entsprechende Anwendungen des Modells liegen inzwischen auch für tropische Regenwaldökosysteme vor.
Innerhalb des Vortrags wird auf die Entwicklung des Modells sowie dessen Anwendung auf ausgewählte Versuchsstandorte und die Skalierung von Ergebnisse in die Landschaftsebene detailliert eingegangen werden.


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