Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (PT BLE)
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| Titel: | Verbesserte Abschätzung und Verminderung von Lachgasemissionen im Zuge des Managements von Feldfruchtreststoffen und Auswirkungen auf Bodenkohlenstoffspeicherung (ResidueGas) |
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| Titel (englisch): | Improved estimation and mitigation of nitrous oxide emissions and soil carbon storage from crop residues (ResidueGas) |
| Akronym: | ResidueGas |
| Beschreibung (dt.): | Feldfruchtresiduen stellen einen wesentlichen Eintrag von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) in Böden dar und haben auf unterschiedlichster Art und Weise einen entscheidenden Einfluß auf die Treibhausgasbilanz von Böden. Feldfruchtresiduen sind eine zentrale Komponente bei der Berechnung der Beiträge der Landwirtschaft zu N2O Emissionen im Rahmen nationaler Emissionsinventare. Residuen sind zudem von außergewöhnlicher Bedeutung für die Erhaltung und Verbesserung von Boden-C und N-Vorräten und damit für die Bodenfruchtbarkeit. In Abhängigkeit von Menge und Qualität der Feldfruchtresiduen, deren Einarbeitung und des Klimas, können diese den Treibhausgasfußabdruck von Agrarökosystemen entscheidend beeinflussen von einer Netto-Senke bis hin zu einer Netto-Quelle. N2O Emissionen im Zuge des Residuenmanagements variieren in Abhängigkeit von deren Qualität, dem Management und der Böden. Diese Variabilität ist derzeit in den Inventarberechnungen nicht berücksichtigt, so dass diese Berechnungen eine hohe Unsicherheit aufweisen. Diese Unsicherheit behindert die Entwicklung von verbesserten Feldfruchtanbausystemen mit denen eine Verbesserung der Treibhausgasbilanz von Agrarökosystemen erreicht werden könnte. ResidueGas hat das Ziel verbesserte Methoden zur Quantifizierung von N2O Emissionen im Zuge des Managements von Agrarresiduen zu entwickeln und präzisere Emissionsfaktoren zur Verfügung zu stellen, welche z.B. die Residuenqualität, Boden, Management und Klima berücksichtigen. ResidueGas wird zudem die besten Managementmethoden in Hinblick auf minimaler N2O Freisetzung bei Maximierung der Bodenkohlenstoffspeicherung identifizieren und kommunizieren. Das Transnationale Team von ResidueGas hat die notwendige breite Expertise zur Bearbeitung dieses komplexen Themas und bringt dazu Experten aus dem Agronomiesektor mit Spezialisten zur Treibhausgasmessung und Modellierung, wie auch Experten für die Erstellung nationaler Emissionsinventare zusammen. |
| Beschreibung (engl.): | Crop residues provide large inputs of carbon (C) and nitrogen (N) to soils and contribute to the net GHG balance of soils in different ways. They are included as a key component in national emissions inventories for nitrous oxide (N2O) from agriculture. Residue are also a major contributor to sustaining or enhancing soil organic carbon (SOC) and N contents and thus soil fertility. Depending on the amount of C and N in crop residues and their contributions to N2O emissions or to the SOC balance residues might increase or decrease the GHG footprint of agroecosystems. Studies have shown that N2O emissions from N in crop residues vary considerably depending on residue quality, residue management and soils. This is currently not reflected in emissions inventories or likely not sufficiently in simulation models. This makes current emission inventories uncertain and in many cases biased. Lack of knowledge and precise model estimation of N2O emissions and SOC storage from crop residues limits the design of improved crop management systems for net GHG emissions reductions. ResidueGas will document an improved methodology to quantify N2O emissions from agricultural crop residues management, including standards for estimating the amount of N in residues and improved emission factors for crop residue that include effects of residue quality, management, soils and climate on emissions. ResidueGas will further identify and communicate best practice for crop residue management strategies with respect to their net greenhouse gas effect in terms of N2O emissions and SOC storage. The transnational team in ResidueGas has the necessary breadth of high-level expertise to undertake the task, covering knowledge on relevant cropping systems, measurements of GHG emissions (N2O and SOC) at both field and lab scales, access to existing data on crop residues and emissions, expertise in biogeochemical modelling of GHG emissions and knowledge on GHG inventory reporting at farm and national scale. WP1 provides methods and data for improving the quantification of N and C inputs from crop residues. The activity will identify methods to estimate plant biomasses recycled to soils, including roots, and to characterize the crop residues. Data on a large range of crop residues varying by their origin, plant species, plant parts, and their main chemical characteristics will be collected. WP2 will quantify the magnitude and variability of N2O emissions associated with the application of crop residues to soils, and identify strategies to reduce emissions. WP3 determines the separate and interacting effects of crop residue quality, residue management, soil type, moisture and temperature on emissions of N2O and CO2. Data will be used for validating the N2O emission and SOC storage models in WP4, and for improving methodologies for up-scaling of N2O and CO2 emission estimates to national levels (WP5). WP4 aims at improving the biogeochemical models LandscapeDNDC (KIT) and CERES-EGC (INRA) to enable evaluating residue management effects on on the GHG balance of agricultural systems and to quantify model uncertainties. The work will result in a Decision Support Tool (DST) serving as an innovative and cost effective tool to support end-users to obtain simple approximate estimates of soil N2O emissions and SOC changes as affected by residue management. WP5 will provide a synthesis of data collected within the project to improve estimates of greenhouse gas emissions from crop residues reported in national inventories. WP6 identifies and quantifies mitigation measures that can reduce nitrous oxide emissions from crop residues and contribute to storing soil carbon. WP7 ensures efficient coordination of the project activities, including the organisation and sharing of data and communication of project results as well as involvement of stakeholders |
| Ergebnis (dt.): | Kurzfassung Die Einarbeitung von Pflanzenrückständen in landwirtschaftlichen Böden ist eine gängige Praxis zur Erhaltung und eventuell Erhöhung der organischen Bodenkohlenstoffvorräte. Gleichzeitig kann dies jedoch auch zu erhöhten Emissionen des Treibhausgases Lachgas (N2O) aus Böden führen. Diese Problematik Stand im Fokus des ResidueGas-Projektes, d.h. die Beantwortung der Frage inwieweit die Einarbeitung von Pflanzenrückständen sich auf N2O-Emissionen und Bodenkohlenstoffvorräten unter derzeitigen und zukünftigen Klimabedingungen auswirkt. ResidueGas konnte zeigen, dass die Höhe der N2O-Emissionen in Folge der Einarbeitung von Residuen in Böden von den biochemischen Eigenschaften der Pflanzenrückstände abhängt, wobei insbesondere zwischen unreifen, d.h. vor Abtrocknung, und ausgereiften (z.B. Stroh) Residuen unterschieden werden sollte. Die Experimente zeigten zudem, dass die Entfernung von Rückständen eine wirksame Option zur Verringerung der Emissionen bei unreifen Ernterückständen ist, während die Auswirkungen der Bewirtschaftung bei reifen Ernterückständen geringer und uneinheitlich waren. Jedoch muss hierbei berücksichtigt werden, dass bei einer verminderten oder fehlenden Rückführung von Ernterückstände in landwirtschaftliche Böden die Bodenkohlenstoffvorräte stark sinken können und die Bodenfruchtbarkeit zurückgeht. Modellierung des Pflanzenrückstands-Management für ganz Europa sowohl unter den derzeitigen als auch unter den für die Zukunft prognostizierten Klimabedingungen zeigt, dass veränderte Raten der Einarbeitung von Rückständen entscheidenden Einfluss auf die Zu- und Abnahme von Bodenkohlenstoffvorräten haben. Hierbei ist zu beachten, dass der positive Klimaeffekt durch mögliche Zunahmen der Bodenkohlenstoffvorräte nach ca. 20 Jahren durch eine Zunahme der bodenbürtigen N2O-Emissionen ausgeglichen werden und letztendlich über Zeiträume >30 Jahren zu einer Netto-Zunahme der Treibhausgasemissionen aus landwirtschaftlich genutzten Böden führen dürfte. |
| Ergebnis (engl.): | Abstract Incorporating plant residues into agricultural soils is a common practice to maintain and possibly increase soil organic carbon stocks. At the same time, however, this can also lead to increased emissions of the greenhouse gas nitrous oxide (N2O) from soils. This issue was the focus of the ResidueGas project, i.e. to answer the question to what extent the incorporation of crop residues affects N2O emissions and soil carbon stocks under current and future climate conditions. ResidueGas was able to show that the magnitude of N2O emissions as a result of residue incorporation into soils depends on the biochemical properties of the plant residues, with a particular distinction between immature, i.e. before drying, and mature (e.g. straw) residues. The experiments also showed that residue removal is an effective option to reduce emissions for immature crop residues, while the effects of management were smaller and inconsistent for mature crop residues. However, it is important to keep in mind that if crop residues are reduced or not returned to agricultural soils, soil carbon stocks and soil fertility can quickly decline. Modeling of crop residue management for all of Europe under both current and projected future climate conditions shows that changing rates of residue incorporation have a critical influence on increases and decreases in soil carbon stocks. It should be noted here that the positive climate effect from potential increases in soil carbon stocks is likely to be offset by an increase in soil-borne N2O emissions after about 20 years, ultimately leading to a net increase in greenhouse gas emissions from agricultural soils over periods >30 years. |
| Laufzeit: | Beginn: 01.01.2018 / Ende: 30.06.2021 |
| Ausf. Einrichtung: | Karlsruher Institut für Technologie (Großforschungsaufgabe) - Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), Garmisch-Partenkirchen |
| Themenfelder: | Pflanzenbau, crop production |
| Förderprogramme: | EU-Forschung |
| Schlagworte: | Wissenstransfer / Vernetzung, knowledge transfer, networking, Emissionen, emissions, Ackerbau, crop production, Klimaanpassung, climate change adaptation, Klimaschutz, climate protection |
| Stichpunkte: | FACCE ERA-GAS (Cofunded Call) |
| Förderkennzeichen: | 2817ERA08C |
| Dokument zum Download: | 2817ERA08C_Abschlussbericht ResidueGas.pdf (1,4 MB) 2817ERA08C_Steckbrief ResidueGas.pdf (331,1 KB) 2817ERA08C_Kurzfassungen (de/en) ResidueGas.pdf (46,7 KB) |
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