Vortrag, Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Stabile Isotope, Bayreuth: 08.10.2007 - 10.10.2007
Abstract:
Als Folge des sich abzeichnenden Klimawandels mit einer Zunahme von Extremereignissen wird gerade für die Mittelgebirge ein häufigeres Auftreten von Sommerdürren mit anschließenden Starkregenereignissen erwartet. Der Kenntnisstand über die Wirkung dieser schnellen und tiefgreifenden Veränderungen der meteorologischen Randbedingungen auf Bodenprozesse ist bisher sehr gering. Um den Einfluss von Dürre und anschließendem Regenereignis auf die N2O-Emissionen zu untersuchen, wurde ein Austrocknungs-/Wiederbefeuchtungs-Experiment in einem Fichtenwald im Fichtelgebirge (NO Bayern, Deutschland) durchgeführt. Dafür wurde auf drei Manipulationsflächen eine experimentelle Austrocknung des Bodens durch Dachkonstruktionen (je 400 m2) induziert. Drei nicht manipulierte Flächen dienten als Kontrollen. Im Anschluss an eine 46-tägige Trockenperiode im Jahr 2006 wurden die Manipulationsflächen mit 60 mm Beregnungslösung an zwei Tagen wiederberegnet. Wöchentlich wurden auf den Experimental- und Kontrollflächen die N2O-Flüsse zwischen Boden und Atmosphäre mittels der „closed chamber“-Methode in Verbindung mit einem photoakustischen Infrarot-Analysator gemessen. Weiterhin wurden in den Böden der 6 Flächen Bodenluftproben entnommen (6 verschiedene Tiefen im Bereich von 6 bis 70 cm Tiefe) und auf N2O-Konzentrationen, δ15N und δ18O mittels PreCon-GC-IRMS hin untersucht. Die δ15N- und δ18O-Werte von N2O können benutzt werden, um Rückschlüsse auf biogene Entstehungsprozesse (Nitrifikation, Denitrifikation) oder eventuelle Konsumptionsprozesse (Reduktion zu N2 durch Denitrifikation) zu ziehen. Während der experimentellen Trockenperiode, die zufällig von einer natürlichen Trockenheit begleitet war, fungierte der Boden der Manipulations- und Kontrollflächen als signifikante Senke für atmosphärisches N2O. Begleitet wurde dies von N2O-Konzentrationen, die im O-Horizont unter der N2O-Konzentration von Umgebungsluft lagen. Die höchsten N2O-Konzentrationen konnten im Mineralboden beobachtet werden (600 bis 3000 ppb in etwa in 70 cm Bodentiefe). Die δ15N-Werte des N2O in den O-Horizonten, die etwa denen der Umgebungsluft entsprachen (3,1 bis 6,4 ‰; ambient: 5,9 ‰) werden als Mischung aus Diffusion von atmosphärischem N2O in den Boden, der Diffusion von N2O aus tieferen Bodenhorizonten in oberflächennahe Horizonte sowie Reduktion von N2O zu N2 in den O-Horizonten interpretiert. Durch Wiederbefeuchtung wurde die Senkenfunktion des Waldbodens aufgehoben. Dieses Ergebnis hat eine überaus wichtige Bedeutung für die globalen Bilanzen des in der Atmosphäre besonders klimawirksamen Spurengases N2O (Klimawirksamkeit pro Molekül etwa 320-mal höher als die von CO2 über eine Zeitspanne von 100 Jahren). Bisher wurde für globale Bilanzen als einzige Senkenfunktion für N2O in der Atmosphäre der Abbau in der Stratosphäre zu NO unter Ozonverbrauch angenommen. Wie die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, können aber auch Waldböden der gemäßigten Breiten bei extremen Trockenperioden zeitweise zu einer Senke für N2O werden.