Treibhausgase in der Landwirtschaft – eine Einführung Dr. Jens Leifeld AGROSCOPE FAL Reckenholz

Treibhausgase in der Landwirtschaft – eine Einführung

Dr. Jens Leifeld

AGROSCOPE FAL ReckenholzEidgenössische Forschungsanstalt für Agarökologie und Landbau

1. Grundlagen

Global Change, Globale Treibhausgasflüsse, Wirkungsweise Treibhausgase, Global Warming Potentials, Klimakonvention, Kyoto-Protokoll, Senkenanrechung

2. Entstehung von Treibhausgasen in der Landwirtschaft

Redoxchemie, Entstehung und Verbrauch von N2O und CH4; Corg-Gehalte landwirtschaftlicher Böden/Sequestrierung

3. Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft

Treibhausgasbilanzen gem. IPCC, Zeitliche Entwicklung der THG-Emissionen Schweiz, Reduktionsstrategien- und Potenziale

Global Change – Rekapitulation:

Parallelität atmosphärische CO2-Konzentration und Temperaturschwankung

Anstieg der atm. Konzentration der Treibhausgase CO2, N2O, CH4

Menschlicher Einfluss auf die Zusammensetzung der Erdatmosphäre:Heutige atmosphärische CO2-Konzentration höher als in den letzten 400000 a.

Anomalien der Oberflächentemperatur nördl. Hemisphäre in den letzten 1000 Jahren

Ein signifikanter Anteil des Anstiegs der Treibhausgaskonzentration in der

Atmosphäre ist anthropogen

Es gibt einen signifikanten, anthropogen verursachten Anstieg der

Temperatur

Average annual budget of CO2 for 1980 to 1989 and for 1989 to 1998 (in

Gt C a-1) ( 90% confidence interval) ; IPCC (2000)

1980 to 1989 1989 to 1998

(1) Fossil fuel combustion and cement production 5.5 0.5 6.3 0.6

(2) Storage in the atmosphere 3.3 0.2 3.3 0.2

(3) Ocean uptake 2.0 0.8 2.3 0.8

(4) Net terrestrial uptake = (1)-[(2)+(3)] 0.2 1.0 0.7 1.0

(5) Emissions from land-use change 1.7 0.8 1.6 0.8

(6) “Missing sink”: Residual terrestrial uptake = (4)+(5) 1.9 1.3 2.3 1.3

Grundlagen I. Quellen und SenkenCO2-Budget Global

Mt CH4/year

Natural sources

Wetlands 115Termites 20Ocean 10Hydrates 5Sum Natural 150Antropogenic sources

Energy 75Landfills 40Ruminants 80Rice agriculture 100Biomass Burning 55Sum Anthropogenic 350Total Source 500Sinks

Soils 10Trophosperic OH 450Total sink 460Imbalance 40

Grundlagen I. Quellen und SenkenMethan (IPCC 2001)

Mt N/year

Natural Sources

Ocean 3.0NH3-oxidation Atmosphere 0.6Tropical Soils

Wet Forest 3.0 Dry Savannas 1.0Temperate Soils

Forests 1.0 Grasslands 1.0Sum Natural 9.6Anthropogenic Sources

Agricultural Soils 4.2Biomass Burning 0.5Industrial Sources 1.3Cattle and Feedlots 2.1Sum Anthropogenic 8.1Total Sources 17.7 (implied: 16.2)Stratospheric Sink (Photodissociation)

12.3

Imbalance 3.9

Grundlagen I. Quellen und SenkenLachgas (IPCC 2001)

-25-20-15-10

-505

1015202530

CO2 CH4 N2O

Fossil fuel

Emissions LULUCF

Uptake atmosphereand oceansMissing sink

Natural sources

AnthropogenicsourcesSink

Sin

k

S

ourc

eGrundlagen I. Globale Quellen und Senken

in CO2-Äquivalenten (Gt CO2 a-1)

Grundlagen II. Wirkungsweise TreibhausgaseStrahlungsbilanz der Erde (W m-2)

16867

324

390 78 24

235107 342

Incomingradiation

Backradiation

Surfaceradiation

LatentHeat (ET)

Sensibleheat

Outgoinglongwave

Reflected solarradiation

Absorptionby surface

Absorptionby atmosphere

GHGGHG

342 – 107 = 235; 24 + 78 + 390 = 492 - 324 = 168; 168 + 67 = 235

atmosphere

surface

Grundlagen II. Wirkungsweise TreibhausgaseRadiative Forcing und Global Warming Potenials GWP

Radiative Forcing: „Change in net (down minus up) irradiance at the tropopause“

Für CO2: RF = 5.35*ln(C/C0) [W m-2]RF = 5.35*ln(365/278) = 1.46 = 0.017 W m-2 ppmv-1

Radiative forcing 1850-1990ies (W m-2)

Percentage increase relative to incoming radiation

CO2 +1.46 0.43

CH4 +0.48 0.14

N2O +0.15 0.04

Halocarbons +0.34 0.10

Sum +2.43 0.71

Grundlagen II. Wirkungsweise Treibhausgase GWP und mittlere Verweildauer der Kyoto-Treibhausgase

Global Warming Potential: „A measure of the relative radiative effect of a given substance compared to another, integrated over a chosen time horizon.“ Ein relatives Mass für die Treibhauswirksamkeit von 1 kg einer Substanz relativ zu 1 kg CO2.

TH

0

r

TH

0

x

dtr(t)a

dtx(t)a

xGWP

TH time horizon; ax radiative efficiency due to one unit increase in

atmospheric abundance (W m-2 kg-1); ar radiative efficiency of CO2

x(t) time-dependent decay of the substancer(t) time-dependent decay of the reference CO2

Grundlagen II. Wirkungsweise Treibhausgase GWP und mittlere Verweildauer der Kyoto-Treibhausgase

Gas GWP 100-Jahreshorizont

Mittlere Verweildauer in der Atmosphäre

(Jahre)

CO2 1 50-200

CH4 23 12

N2O 296 114

Hydrofluorocarbons (HFC) 12-12000 1.4-19

Perfluorocarbons (PFC) 5700-11900 2600-50000

Sulphur hexafluoride (SF6) 22000 3200

CO2-Äquivalente: z.B. 1 kg CH4 entspricht 23 kg CO2-Äquivalenten für einen 100-jahres Zeitraum

United Nations Framework Convention on Climate Change UNFCCC (http://unfccc.int/) 1992

Acknowledging that change in the Earth's climate and its adverse effects are a common concern of humankind, …

Determined to protect the climate system ...,

Have agreed as follows:... to achieve ... stabilization of greenhouse gas concentrations in the atmosphere at a level that would prevent dangerous anthropogenic interference with the climate system. Such a level should be achieved within a time-frame sufficient to allow ecosystems to adapt naturally to climate change, ...

Grundlagen III. UNFCCC

Kyoto-Protokoll, 1997 (I)

1. Each Party in achieving its quantified emission limitation and reduction commitments under Article 3, in order to promote sustainable development, shall implement and/or further elaborate policies and measures in accordance with its national circumstances, such as:

(i) Enhancement of energy efficiency in relevant sectors of the national economy;

(ii) Protection and enhancement of sinks and reservoirs of greenhouse gases not controlled by the Montreal Protocol, taking into account its commitments under relevant international environmental agreements; promotion of sustainable forest management practices, afforestation and reforestation;

(iii) Promotion of sustainable forms of agriculture in light of climate change considerations;

(iv) Research on, and promotion, development and increased use of, new and renewable forms of energy, of carbon dioxide sequestration technologies and of advanced and innovative environmentally sound technologies;

…

Grundlagen III. Kyoto-Protokoll

Kyoto-Protokoll, 1997 (II): Instrumente Sinks and Reservoirs

Article 3.3: The net changes in greenhouse gas emissions by sources and removals by sinks resulting from direct human-induced land-use change and forestry activities, limited to afforestation, reforestation and deforestation since 1990, measured as verifiable changes in carbon stocks in each commitment period, shall be used to meet the commitments under this Article of each Party included in Annex I.

Article 3.4: … each Party included in Annex I shall provide ... data to establish its level of carbon stocks in 1990 and to enable an estimate to be made of its changes in carbon stocks in subsequent years. The Conference of the Parties ... shall decide upon modalities, rules and guidelines as to how, and which, additional human-induced activities related to changes in greenhouse gas emissions by sources and removals by sinks in the agricultural soils and the land-use change and forestry categories shall be added to, or subtracted from, the assigned amounts for Parties included in Annex I


Nachfolgekonferenzen Bonn und Marrakesh

Forest management, cropland management, grazing land management, and revegetation area are eligible land-use, land-use change and forestry activities under 3.4 of the Kyoto Protocol.

A Party have to demonstrate, that such activities have occurred since 1990 and are human-induced.

Accounting excludes removals resulting from elevated CO2, indirect N deposition, dynamic effects of age structure.


Stichwörter

Joint Implementation: Klimaschutzprojekte zwischen Industrieländern (Annex I Staaten) mit Emissionsgutschriften. Senkenprojekte: Land- und Forstwirtschaft. Forstwirtschaft Art. 3.4: max. 1.83 Mt CO2 (=CAP für CH)

Clean Development Mechanism: Klimschutzprojekte zwischen Annex- I – und Entwicklungsländern. Senkenprojekte: Nur Aufforstung und Wiederaufforstung bis jährlich max. 1% der nationalen Emissionen 1990

Emission Trading: Handelspartner für Emissionszertifikate: Alle Annex-I Länder

Net Net accounting: Änderung der Nettobilanz gegenüber 1990: Gilt nur für landw. Aktivitäten, nicht für Waldbewirtschaftung

Verification: IPCC Good Practice Guidance LULUCF; Stichwörter: independent assessments, direct measurement, modelling, remote sensing

Grundlagen III. Kyoto-ProtokollF

lexi

ble

Mec

hani

smen

Verpflichtungen der Schweiz

Mit der Ratifizierung des Kyoto-Protokolls verpflichtet sich die Schweiz, für die erste Verpflichtungsperiode 2008-2012 zur Reduktion der Treibhausgasemissionen um 8% relativ zu 1990 (base year):

Bruttoemissionen 1990: 53 Mt CO2 equiv. 4.3 Mt CO2 equiv.pro Jahr Vermeidungsverpflichtung 2008-2012

CO2-Gesetz: Verringerung der fossilen CO2-Emissionen um 10% in 2010 relativ zu 1990.

Grundlagen III. Kyoto-Verpflichtung Schweiz

Zusammenfassung Grundlagen

•Anstieg GHG Konzentration Atmosphäre seit Industrialisierung•Statistischer Zusammenhang Anstieg GHG und Temperatur •Kausaler Zusammenhang Anstieg GHG und Temperatur wahrscheinlich

•Physikalische Wirkung GHG Strahlungsbilanz •Normierung auf GWP (Einheitswährung)

•Völkerrechtliche Verpflichtung zur Verminderung Treibhausgasemissionen

•CO2-Quellen Global: Anteil Landnutzungsänderung/Landwirtschaft = 21%

•CH4-Quellen Global: Anteil Landnutzungsänderung/Landwirtschaft = 67%

•N2O-Quellen Global: Anteil Landnutzungsänderung/Landwirtschaft = 84%

(bezogen jeweils auf die anthropogenen Quellen)

1. Grundlagen






Treibhausgase und Landwirtschaft I.Treibhausgase als Produkte von Redoxreaktionen

Aox + Bred Ared + Box Allgemeine Reaktionsgleichung

O2 + (CH2O) H2O + CO2 Beispiel Oxidation org. Substanz0 0,+I,-II +I,-II +IV,-II

Redoxpotential E: Elektrochemische Arbeitsfähigkeit eines Elektrons (V)Redoxpotential der Gesamtreaktion = Summe der Einzelpotentiale

Beispiel:

Oxidationshalbreaktion:

CH2O+H2O CO2+4e-+4H+; E = +0.42V

Reduktionshalbreaktion:

O2+4e-+4H+ 2H2O; E = +0.82 V

Redoxpotential Gesamtreaktion = +0.82 V + 0.42 V = +1.24 V

Redoxpotential Gesamtreaktion = +0.82 + 0.42 = +1.24 V

Änderung der freien Energie: G = -nFE0´ [J]n = Anzahl Elektronen; F = Faraday-Konstante (9.68*10^4J/mol/V); E0´ = Redoxpotential bei pH7 (V)

Das bedeutet für die Oxidation organischer Substanz im Boden mit O2 als Oxidationsmittel:O2 + (CH2O) H2O + CO2

G = -4*9.68*10^4*1.24 = -480 kJ/mol

Das Redoxpotential einer Reaktion ist direkt proportional zur Änderung in der freien Energie G


Oxidation organischer Substanz (CH2O) mit unterschiedlichen Elektronenakzeptoren:

Oxidationsmittel Redoxpotential Gesamtreaktio

n (V)

G (kJ/mol Kohlenstoff)

Oxidationsmittel (mol)

O2 H2O 1.24 -478 1

NO3- N2 1.16 -450 0.8

MnO2 Mn(II) 0.56 -217 4

Fe(OH3) Fe(II) 0.24 -91 4

SO42- H2S 0.21 -81 0.5

Die Nutzung alternativer Elektronenakzeptoren verringert die energetische Effizienz der C-Oxidation


Anaerobe Atmung

Aerobe Atmung

Red

oxre

ihe

Mineral FertilizerFixationDeposition

NH4

NO3

Plant residues

Mineralisa

tion

Ion

exch

ange

Manure

Organic N

NO

3 le

achi

ngN

H3

emis

sion

2NO3- 2NO2

- 2NO N2O N2

Denitrification

+V +III +II +I 0

Plan

t

upta

ke

Nitrification

NH4+

(N2O) NO2 - NO3

-

-III +I +III +V

N- emissions

Treibhausgase und Landwirtschaft II.Lachgas

2NO3- + 2CH2O + 2H+ N2O + 2CO2 + 3H2O | 1.04 V; Halbreaktion: +0.56 V

O2 + CH2O H2O + CO2 | 1.24 V; Halbreaktion: +0.82 V

Die Denitrifizierung im Boden ist an niedrigere Redoxpotentiale gekoppelt und geschieht bevorzugt bei O2-Defizit

Treibhausgase und Landwirtschaft II.Lachgas

O2-Konzentration (%)0%1%5%

10%15%21%22%

Durchmesser: 12 mm

Bereiche unterschiedlicher O2-Konzentration treten gleichzeitig im Boden auf; Wassergehaltsabhängig!

(Sexstone et al., 1985)

Treibhausgase und Landwirtschaft II.

Sind solche O2-Gradienten im Aggregatinneren typisch oder untypisch?(Angaben u.a. aus: Hillel 1998; Fenchel 1998)

O2 Konzentrationsdifferenz C Aggregatoberfläche – Aggregatinneres:

C=S*R^2/6D, mitC=Konzentrationsunterschied Oberfläche – Zentrum; R=Aggregatdurchmesser, S=O2 Verbrauchsrate, D=Diffusionskoeffizient O2 in Wasser

Für C = O2-Konz. bei Sättigung = Kh (O2) * pO2 (=0.21) ergibt sich durch Umstellen nach R: R = [C *6D/S]^0.5 = Aggregatdurchmesser, bei dem für eine definierte O2-Verbrauchsrate S im Aggregat pO2 = 0 wird.

S = 32 – 160 (Bodenproben) bzw. 3600 (Grasabbau aerob) [nmol O2/ml/h]

Treibhausgase und Landwirtschaft II.

Sind solche O2-Gradienten im Aggregatinneren typisch oder untypisch?(Angaben u.a. aus: Hillel 1998; Fenchel 1998)

S = 32 – 160 (Bodenproben) bzw. 3600 (Grasabbau aerob) [nmol O2/ml/h]

294.0

93.0

7.316.4 1.5

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

O2-Verbrauch (nmol/ml/h)

Min

imu

m a

gg

reg

ate

dia

mte

r fo

r O

2-D

efic

it (

mm

)

Treibhausgase und Landwirtschaft III.Methan

Eh = -200 bis +100 mV

Eh = < -200 mV

Eh = > +100 mV

Methanogenesis

Organic matterinput

SO42-

SO42-

NO3-, Fe3+, Mn4+

NO3-, Fe3+, Mn4+

Water table

Methanotrophs

Methane emission

Methane- oxidation

Methanogens

dept

h

Eh = -200 bis +100 mV

Eh = < -200 mV

Eh = > +100 mV

Two pathways of methane formation:

1) CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O 2a) Fermentation org. matter acetate, H2, CO2, ethanol, 2b) CH3COO- + H+ CH4 + CO2

Methanogenes

Methanotrophes

Treibhausgase und Landwirtschaft III.Methan

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Treibhausgase und Landwirtschaft IV.Boden-C Pools

1. InputLandnutzungManagement ErtragDüngung

2. TurnoverManagement (Bodenbedeckung,Bodenbelüftung)StreuqualitätAbiotische FaktorenBodenbiologie

Soil-C

= Input * Turnover time(steady-state)

Plant biomass

Zwei Stellschrauben:

Zusammenfassung Treibhausgase und Landwirtschaft

1. Treibhausgase als Produkte von Redoxreaktionen:

aerobe Bereiche begünstigen oxidierte Species

anaerobe Bereiche begünstigen reduzierte Species:

Denitrifikation, Methanbildung, Torfakkumulation

2. Kohlenstoffakkumulation/Kohlenstoffverlust im Boden: Produkt

von Inputmenge und Turnoverzeit; Akkumulation ist reversibel

1. Grundlagen






Treibhausgasbilanzen LandwirtschaftMethodischer Ansatz IPCC

Tier 1: Only IPCC default values are used

Tier 2: Country-specific modification of default emission factors and activity data = higher resolution and certainty

Tier 3: Country-specific modification plus dynamic modelling and/or inventory measurement systems = highest certainty

Incr

ease

in

com

plex

ity

Grundlage jedes Emissionsinventars: Emission = Aktivität * Emissionsfaktor •Aktivität: z.B. Menge N-Dünger pro Fläche und Jahr; Tierzahl•Emissionsfaktor: z.B. Anteil N2O-Emission pro Einheit Dünger-N

Treibhausgasbilanzen LandwirtschaftMethodischer Ansatz IPCC: Bodenkohlenstofffaktoren

Base factor * Default C stock native * Tillage factor * Input factors

Table 2. Potential rates of carbon gains and losses (-) (t C ha-1 a-1) for human-induced activities that are potentially relevant for Swiss agriculture (IPCC, 2000).

Activity Key practice Carbon gain1 Time interval2

Confidence3

Cropland Conservation tillage 0.34 50-100 H management Fertilisation, crop rotation,

organic amendments 0.1 to 0.3 H

Incorporation of biosolids, manure, straw, etc.

0.2 to 1.0 50-100 M

Ley-arable farming 0.54 100 M Forages in rotation 0.3 37 M

Improved management2 0.22 40 M Grazing land management Increased productivity2 0.51 M Species introduction2:

Legumes Grasses

1.09 3.34

Conversion of agricultural land

Conversion arable to permanent grassland

0.5 to 1.0 50 M

Set-asides 0.52 50 M Wetland management

Conversion to agriculture -1 to -19 >100 M

Wetland restoration 0.1 to 1.0 >100 M 1 global estimates, otherwise data for temperate regions 2 time interval to which estimated rate applies 3 relative confidence: H = high, M = medium, L = low

TreibhausgasbilanzenC-Sequestrierungsraten

TreibhausgasbilanzenN2O-Emissionen Landwirtschaft n. IPCC

L iq u idS ys te m s

S o lid S to ra gea n d d ry lo t

Manure m anagem ent

A n im a l p ro d uc tion

Synthetic N Anim al wasteapplied to soil

N -fix ing crop s Crop re sidue s

Cultivation o fH istosols

D ire c t so ile m iss io ns

Atm osphericdepo sitio n

Leach ing an drun-off

In d irec t e m iss io ns

Agricultural soils

N 2O A griculture

TreibhausgasbilanzenN2O-Emissionsfaktoren (IPCC, 2000)

Beispiele Emissionsfaktoren N2O (% der Aktivität)1

Weidegang 2.0

Güllelagerung 0.1

Mistlagerung 2.0

Mineral-N 1.25

Ernterückstände Ackerbau und Grünland

1.25

N-Fixierung Ackerbau 1.251. Mittelwerte

Beispiel Aktivität Milchkuh: Weidegang

Gülle Stall

Mist Stall

106 kg N a-1

29.6 kg N

69 kg N

7.3 kg N

Treibhausgasbilanzen N2O-Emissionen Berechnung Schweiz(Faktoren IPCC; Aktivitäten modifiziert nach Schmidt et al., 2000)

Beispiel für Tier 2 approach: Emissionsfaktoren = IPCC, Aktivitäten: CH-spezifisch(Tierkategorien, NH3-Emissionen, Anteil Haltungssysteme, fracleach,)

Anzahl Tiere Handelsdünger

Direkte Emissionen Handelsdünger

NOx Emissionen Handelsdünger

Indirekte Emission: Leaching & Runoff

Indirekte Emission: Deposition

NOx & NH3

Emissionen Weide

Lagerung Gülle & Mist

NH3 Emissionen Gülle & Mist

Emissionen Aus-bringung Hofdünger

Ausscheidung Weide

NH3 Emissionen Ackerland

Landwirtschaftliche Nutzfläche

Erntemenge Ackerkulturen

Emission Fixierung Ackerleguminosen

Emissionen Ernterückstände

Fläche Wiesen und Weiden

Emissionen Ernte-rückstände Weiden

Emissionen Fixierung Klee

Direkte Emissionen Ernterückstände

Direkte Emissionen Fixierung

Emission Aus-scheidung Weide

Emission Lagerung Gülle & Mist

Ausbringung Gülle & Mist

NOx Emissionen Gülle & Mist

NH3 Emissionen Handelsdünger

Ausbringung Handelsdünger

TreibhausgasbilanzenCH4-Emissionen Tierhaltung

Methane emissions agriculture: Enteric fermentation EF+Manure management MM:

MM: Emission factor:(Activity: animal number)

EF: Emission factor:(Activity: animal number)

Ym: methane conversion rate

TreibhausgasbilanzenCH4-Emissionen Tierhaltung Schweiz

Methanemissionsfaktoren (kg CH4/Tier/Jahr, CH, 2001)

EF MM

Dairy Cattle 103.58 14.43

Non-dairy Cattle 42.43 3.38

Pigs 1.08 3.41

Sheep 7.13 0.14

Poultry 0.01 0.01

TreibhausgasbilanzenNettoeffekt Mineralboden ( g CO2-Äquiv. m-2 a-1; Robertson et al., 20002)

Management CO2 N2O CH4 Net GWP1

Soil C N –fert. Lime Fuel

Annual crops

Conventional Tillage

0 27 23 16 52 -4 114

No till -110 27 34 12 56 -5 14

Perennial crops

Alfalfa -161 0 80 8 59 -6 -20

Poplar -117 5 0 2 10 -5 -105

Succession

Early succession

-220 0 0 0 15 -6 -211

Old sucession 0 0 0 0 21 -25 -4

(1) Positive = emission (2) 1 g CO2 m-2 = 10 kg CO2 ha-1

Treibhausgasbilanzen

Gesamtemissionen CH (links) und Anteile der Sektoren im Jahr 2000 (rechts)

(BUWAL Treibhausgasinventar: http://www.umwelt-schweiz.ch/

Landwirtschaft: 53% CH447% N2O

Treibhausgasbilanzen Landwirtschaft (BUWAL Treibhausgasinventar)

Category

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

% o

f to

tal G

HG

re

du

ctio

n 1

99

0 to

20

01

0

5

10

15

20

25

301. EF Dairy cattle 2. EF Non-dairy cattle and others 3. Manure management CH4

4. Manure management N2O

5. N2O Mineral N

6. N2O Manure spreading

7. N2O Pastures

8. N2O Crop residues

9. N2O N fixation

10. N2O N Deposition

11. N2O Leaching and run-off

12. N2O Organic soils

-10%

year

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Gg C

O2-E

qu

iva

len

t

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

CC4 (CO2-Equiv.)

N2O (CO2-Equiv.)

Time-course GHG emissions agriculture

Treibhausgasbilanzen

Anteile CH4, N2O, und CO2 an landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen/LULUCF (BUWAL, 2000)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Mt

CO

2-Ä

quiv

alen

te

CH4 N2O CO2

Entericfermentationdavon Cattle

Manuremanagementdavon Cattle

Agricultural soils

2.86 2.59 0

Ausgeglichene Flüsse beim Bodenkohlenstoff?

?

Teil 3: Nationale Ebene: Bodenkohlenstoff

Boden und Landnutzungstyp

t org

anis

cher

Koh

lens

toff

je H

ekta

r

0

200

800

1000

1200

1400

1600

1800AckerKunstwiesegünstiges Wieslandungünstiges Wiesland und alpwirtschaftliche Nutzflächenintakte Moorekultivierte Moore

Mineralische Böden

Organische Böden

1. Mineralböden: 0-100 cm; Moore: 0-200 cm

(Leifeld et al., 2003)

Kohlenstoffgehalte in landwirtschaftlichen Böden der Schweiz je Hektar1

Treibhausgasbilanzen Bodenkohlenstoff Schweiz

Teil 3: Nationale Ebene: Bodenkohlenstoff

year

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400

Mt o

rgan

ic c

arbo

n

0

5

10

15

20

25

30

35

40

mean decay rate 9.52 t CO2-C ha-1 a-1

fast decay rate 11.68 t CO2-C ha-1 a-1

slow decay rate 7.34 t CO2-C ha-1 a-1

area: 12000 ha, rate 11.68 t CO2-C ha-1 a-1

area: 22000 ha, rate 7.34 t CO2-C ha-1 a-1

Cultivated area since 1885: 17000 ha

Vergangene und prognostizierte C-Verluste kultivierter Moore

Deutliche C-Verluste durch Moorkultivierung seit 1885

Treibhausgasbilanzen Bodenkohlenstoff Schweiz

Leifeld et al., 2003

Teil 3: Nationale Ebene: C-Sequestrierung

activity

0 1 2 3 4 5 6

ann

ual s

eque

stra

tion

(103

t C

O2)

0

400

800

1200

1. current sink by no till2. all arable land converted to no till (mean)3. all arable land converted to permanent grassland (mean)4. conversion of all cropped peatlandsto permanent grassland (mean)5. restoration of all cultivated peatlands (mean)6. total potential sink (mean)1

Übersicht über mögliche Senkenaktivitäten und Senkenpotentiale1 in der Schweiz

1: Aktivität 3+5

1: Einschliesslich vermeidbarer Emissionen

TreibhausgasbilanzenSequestrierungspotentiale Schweiz I

Teil 3: Nationale Ebene: C-Sequestrierung

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

N2O-Emission

Agriculture

CH4-Emission

Agriculture

Current sink:No-till

Totalpotential sink

agriculture(mean)

Forest sinkaccording to Swiss Green-house Gas

Inventory (1)

Currentsource:

Cultivatedpeatlands

Currentsource:

Urbanisation

MtC

O2-

equi

vale

nts

Das C-Senkenpotential im Vergleich zu anderenTreibhausgasflüssen in der Schweiz

1. Mittel der Periode 1990 – 1999 (Schweizerisches Treibhausgasinventar)

Treibhausgasbilanzen Sequestrierungspotentiale Schweiz II

C-Senken Landwirtschaft können max. 21% der landwirtschaftlichen CH4 und N2O-Emissionen kompensieren

Zusammenfassung Treibhausgasbilanzen

1. IPCC-Methodik: Aktivität * Emissionsfaktor, Tier 1-3

2. Bei Methan und Lachgas ist die Landwirtschaft bedeutendste Emittent

in der Schweiz (entspricht dem globalen Bild)

3. Methanemissionen wurden seit 1990 v.a. durch eine Verkleinerung des

Kuhbestandes verringert; N2O durch Verringerung Mineral-N und

Futtermittelimporte

4. Reduktionsstrategien: Weiter verringerte Tierzahlen und Abnahme N-

Einsatz Landwirtschaft ohne Kompensation durch Importe!!

5. Landwirtschaftliche CO2-Flüsse sind bedeutend; CO2 Emissionen aus

Mooren in Treibhausgasinventare integriert, Mineralböden nicht

6. Das „Senkenpotential“ kann weder die CH4 und N2O-Emissionen der

Landwirtschaft noch die historischen C-Verluste kompensieren!

Mögliche Themen Diplomarbeiten

1. Torfabbau durch Moorkultivierung: Indikatoren und Einflussgrössen

2. Bodenkohlenstoffvorräte und Umsetzungsraten entlang eines

topographischen Gradienten (ev. Oberwallis)

Interessierte kontaktieren mich unter:

Jens Leifeld, AGROSCOPE FAL Reckenholz, Reckenholzstrasse 191,

8046 Zürich, Tel. 01 3777 510, e-mail [email protected]

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Treibhausgase in der Landwirtschaft – eine Einführung Dr. Jens Leifeld AGROSCOPE FAL Reckenholz