Die Emissionen des Treibhausgases Distickstoffoxid (N2O) konnten von einem interdisziplinären Forscherteam der Uni Innsbruck, BOKU und Uni Wien in einem noch nie dagewesenen Detaillierungsgrad untersucht werden.
Zukünftig können daraus Modelle erstellt werden, die die Emissionsdynamik aus Land- und Forstwirtschaft unter globalen Klimaveränderungen vorhersagen.
N2O-Emissionen durch Dürre und Gießen nach Trockenheit
Distickstoffoxid (N2O), allgemein als Lachgas bekannt, ist ein starkes Treibhausgas das zur Erderwärmung und Ozonzerstörung führt. Was man bereits wusste: Ein großer Anteil der N2O-Emissionen resultiert aus dem im Boden enthaltenen Stickstoff, der über verschiedene abiotische und biologische Prozesse in N2O umgewandelt wird. Eine aktuelle Studie zeigt, dass die Wiederbefeuchtung von Böden nach extremer Trockenheit zu großen N2O-Emissionen führt und bereits in Dürreperioden signifikante N2O-Emissionen entstehen.
Diese Entdeckung wurde durch das Zusammenspiel zweier Projekte möglich: das vom FWF geförderte Projekt NitroTrace und das vom FFG geförderte Projekt LTER-CWN (Long Term Ecosystem Research for Carbon, Water and Nitrogen). Für die Studie wurden von einer Alm im Tiroler Stubaital Bodenblöcke entnommen und im botanischen Garten der Universität Innsbruck extremer Trockenheit und einer anschließender Wiederbefeuchtung ausgesetzt. Diese Wetterbedingungen spiegeln die klimatischen Veränderungen wider, denen viele Regionen der Erde, darunter auch die Alpen, zunehmend ausgesetzt sind.
„Unser Ziel war es, den Nettoeffekt von Trockenheit und Wiederbefeuchtung auf den Entstehungsprozess von N2O und seine Emissionen zu quantifizieren, der derzeit weitgehend unerforscht ist.“ – Eliza Harris und Michael Bahn (Forschungsteam Funktionelle Ökologie, Uni Innsbruck)
Entgegen der Lehrmeinung hat der Prozess der Nitrifikation, also der Umwandlung von Ammonium in Nitrat, der bei Trockenheit vorherrschend ist, keine signifikante Rolle für die N2O Produktion gespielt, sondern eine Kombination von abiotischen Prozessen und erstaunlicherweise, die Denitrifikation. Letztere kennt man bisher vor allem aus vernässten Böden.
Fingerabdruck von Lachgas-Emissionen
Ausschlaggebend für den Forschungserfolg war der Einsatz des Laserisotopenspektroskops, das die Universität für Bodenkultur Wien gemeinsam mit der Universität Wien angeschafft hatte.
„Mit dieser neuartigen Analysetechnik können wir die Isotopenzusammensetzung von N2O bestimmen. So erhalten wir einen Fingerabdruck für die zugrunde liegenden Prozesse, die für das emittierte N2O verantwortlich sind, was uns wiederum hilft, die mikrobielle Rolle bei seiner Bildung besser zu verstehen. “ – Eliza Harris (Forschungsteam Funktionelle Ökologie, Uni Innsbruck)
BOKU-Forscher*innen sind für diese hochmoderne Instrumentierung verantwortlich, die diese neuen Erkenntnisse ermöglichte: „Nun können wir uns endlich erklären, warum wir selbst bei extremer Dürre Lachgasemission beobachten“, so Eugenio Diaz-Pines und Sophie Zechmeister-Boltenstern vom Institut für Bodenforschung an der BOKU. „Dies wird Auswirkungen auf zukünftige Empfehlungen für die Landwirtschaft haben.“
Zukunft & langfristige Ziele
Die Forscher*innen erhoffen sich, durch diese Methoden in ähnlichen Forschungsprojekten weitere Erkenntnisse zu Rückkoppelungseffekten zwischen Klimaveränderungen und dem Stickstoffkreislauf zu erhalten. Langfristiges Ziel ist es, mit Modellen die Emissionsdynamik von Ökosystemen vor dem Hintergrund klimatischer Veränderungen voraussagen zu können.
Die Studie erschien im Fachmagazin Science Advances:
E. Harris, E. Diaz-Pines, E. Stoll, M. Schloter, S. Schulz, C. Duffner, K. Li, K. L. Moore, J. Ingrisch, D. Reinthaler, S. Zechmeister-Boltenstern, S. Glatzel, N. Brüggemann, M. Bahn, Denitrifying pathways dominate nitrous oxide emissions from managed grassland during drought and rewetting. Sci. Adv. 7, eabb7118 (2021).
https://doi.org/10.1126/sciadv.abb7118
Kontakt:
Dr. Eugenio Diaz-Pines
Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) / University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna
Institut für Bodenforschung
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(LB)
Quelle: Universität für Bodenkultur Wien
Foto: © Andrius/ pexels.com
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